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為了提高物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)效率，利用電池供電物聯(lián)網(wǎng)終端已成為當(dāng)前的主流模式，但電池壽命有限，安裝方便也意味著需要定期更換電池，確保傳感器網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行，大大限制了物聯(lián)網(wǎng)的增長(zhǎng)率。

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現(xiàn)實(shí)生活中有數(shù)億傳感器

想象一下，當(dāng)數(shù)十億甚至數(shù)百億傳感器使用電池供電時(shí)，維護(hù)產(chǎn)生的勞動(dòng)力和物質(zhì)資源成本將達(dá)到不可預(yù)測(cè)的數(shù)量，這只是經(jīng)濟(jì)支出。著名的英國(guó)研究公司IDTechEx在其《BatteryEliminationinElectronicsandElectricalEngineering研究報(bào)告指出，如果電池必須更換，物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)將無法部署數(shù)千億，至少80%的物聯(lián)網(wǎng)價(jià)值將被破壞。主要原因是手動(dòng)維護(hù)需求、電池壽命有限、節(jié)能技術(shù)造成的數(shù)據(jù)空白，以及大量對(duì)環(huán)境造成危害的電池。

事實(shí)上，電池供電傳感器在物聯(lián)網(wǎng)快速發(fā)展過程中面臨的困難遠(yuǎn)不止上述。一些隱藏的問題也客觀地影響了傳感器的耐久性和穩(wěn)定性。如果這些問題不盡快解決，將對(duì)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的未來發(fā)展產(chǎn)生重大影響。

01:電池供電傳感器需要手動(dòng)維護(hù)

為傳感器供電的電池壽命有限確保傳感器網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。根據(jù)分析師預(yù)測(cè)的數(shù)據(jù)，假設(shè)我們?yōu)槿f億傳感器配備了一個(gè)可持續(xù)10年的電池，我們需要每天更換2.7萬元，以保持傳感器網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。如果電池壽命縮短到3年，每天更換的電池?cái)?shù)量將接近10億次。目前，整個(gè)過程仍需手動(dòng)完成，這將帶來持續(xù)的成本和材料成本。

各種電池供電表需要定期更換電池

更重要的是，頻繁更換電池破壞了連接傳感器的核心價(jià)值。企業(yè)部署物聯(lián)網(wǎng)傳感器的主要原因之一是，這些設(shè)備可以幫助企業(yè)消除設(shè)備、機(jī)械、管道或其他資產(chǎn)的自動(dòng)監(jiān)控。但是，如果這些傳感器本身仍然需要定期維護(hù)，以確保其正常運(yùn)行，那么實(shí)施自動(dòng)監(jiān)控的意義將大大降低。

02:電池壽命有限可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)缺口

電池電源傳感器將面臨耗電，停止工作傳感器不會(huì)上傳任何數(shù)據(jù)到背景，除非運(yùn)行維護(hù)團(tuán)隊(duì)能夠提前發(fā)現(xiàn)傳感器電池耗盡，準(zhǔn)確掌握傳感器位置信息并及時(shí)更換，否則企業(yè)將完全丟失傳感器收集的所有數(shù)據(jù)。

監(jiān)測(cè)電力塔的傳感器壽命耗盡可能導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)

其次，由于企業(yè)或工廠通常使用傳感器來監(jiān)控和傳輸安全或重要的設(shè)備數(shù)據(jù)，電池的耗盡很可能會(huì)造成人身傷害或重大資產(chǎn)損失。

傳感器通常低頻傳輸數(shù)據(jù)

實(shí)時(shí)性是物聯(lián)網(wǎng)傳感器的核心能力之一。在樂觀情況下，企業(yè)部署在化工廠管道節(jié)點(diǎn)等關(guān)鍵位置的傳感器應(yīng)經(jīng)常上傳數(shù)據(jù)，以持續(xù)監(jiān)測(cè)有毒物質(zhì)是否泄漏。

為了延長(zhǎng)電池壽命，許多物聯(lián)網(wǎng)傳感器配置的數(shù)據(jù)更新頻率非常低，有時(shí)甚至每10天或更長(zhǎng)時(shí)間傳輸一次。這將導(dǎo)致管理者無法準(zhǔn)確掌握被監(jiān)控設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)。隨著時(shí)間的推移，這些滯后的數(shù)據(jù)將大大提高誤判的可能性，不僅不能反映物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)感知的特點(diǎn)，而且給企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)帶來巨大的安全風(fēng)險(xiǎn)。

物理尺寸限制了傳感器的功能

在構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)傳感器的許多分立元件中，電池體積最大，主要是為了確保設(shè)備有足夠的電池壽命。然而，電池的大尺寸和重量通常限制了傳感器的實(shí)用性，如電子標(biāo)簽、電子卡和其他對(duì)重量和大小非常敏感的產(chǎn)品，因此很難使用該方案。

電池體積極大地限制了產(chǎn)品的小型設(shè)計(jì)

其次，大電池使小型產(chǎn)品開發(fā)也充滿了挑戰(zhàn)。在產(chǎn)品體積的限制下，產(chǎn)品開發(fā)工程師必須選擇減少電池尺寸或功能，但很難確保產(chǎn)品不會(huì)失去既定的電池壽命和功能需求。

0Inphi代理5.潛在的健康風(fēng)險(xiǎn)和環(huán)境污染

鋰電池具有重量輕、耐久性長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已成為物聯(lián)網(wǎng)傳感器供電的首選。但同時(shí)，由于其潛在的有毒材料，這些鋰電池也對(duì)人類健康和自然環(huán)境構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。

面對(duì)不斷出現(xiàn)的電池需求，制造商必然需要開采大量的鋰、鈷、鎳、錳和石墨等生產(chǎn)鋰電池的關(guān)鍵原材料。整個(gè)過程不僅需要消耗大量的能源和水，而且經(jīng)常對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境造成化學(xué)污染和地質(zhì)破壞。其次，鈷、銅等電池在生產(chǎn)和廢物處理過程中意外浸危害人類健康。

原材料開采對(duì)生態(tài)造成了巨大的破壞

另一方面，電池原材料的無限開采不利于可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。客觀原因之一是材料資源儲(chǔ)備有限。當(dāng)?shù)厍蛏蠜]有材料時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)將面臨無電池可用的困境。

06:限制傳感器的摩爾定律

近年來，物聯(lián)網(wǎng)傳感器的性能在智能化和集成度方面都有了顯著提高，但值得注意的是，長(zhǎng)期以來，為這些設(shè)備供電的電池的性能升級(jí)速度非常緩慢。

克萊姆森大學(xué)在《精密無電池感應(yīng)》一文中指出，摩爾定律(半導(dǎo)體性能每18個(gè)月翻一番)不適用于電池技術(shù)生產(chǎn)和研究中使用的化學(xué)和制造技術(shù)，不同于其他技術(shù)領(lǐng)域。

電池的性能進(jìn)步速度遠(yuǎn)低于半導(dǎo)體

隨著20世紀(jì)末微電子技術(shù)的發(fā)展，鋰電池得到了廣泛的應(yīng)用，其性能進(jìn)一步提高，耐久性更長(zhǎng)，重量大大降低，但總體而言，電池性能的各個(gè)方面每年只有幾個(gè)百分點(diǎn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足以跟上整體計(jì)算能力的進(jìn)步，難以支持物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的需求。

07:元件差異限制續(xù)航時(shí)間

目前，大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備都是高度集成的。設(shè)備中的數(shù)據(jù)傳感、處理、內(nèi)存和通信模塊需要電池模塊供電，以確保正常運(yùn)行。然而，值得注意的是，不同制造商開發(fā)的部件在功耗優(yōu)化方面存在差異。當(dāng)這些部件集成在一起時(shí)，將不可避免地影響設(shè)備的整體壽命。

特別是近年來，市場(chǎng)更喜歡耐久性更長(zhǎng)的設(shè)備。為了提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，一些制造商積極開發(fā)超低功耗無線物聯(lián)網(wǎng)傳感器元件，如微控制器（MCU）它是為低功耗而設(shè)計(jì)的，它確實(shí)有助于延長(zhǎng)電池壽命，但如果掃描儀、溫濕度計(jì)傳感器或游戲設(shè)備的芯片不是這樣，即使經(jīng)過高度集成的處理，利用電池供電的傳感器網(wǎng)絡(luò)的電池壽命仍無法顯著提高。

08:獨(dú)立元件導(dǎo)致傳感器性能差

不同部件構(gòu)建的傳感器除了耐久性外，還存在另一個(gè)問題，即這些傳感器缺乏整體協(xié)同性。想象一下，當(dāng)無線傳感器中的數(shù)據(jù)處理能力超過其最大負(fù)荷時(shí)，由于傳感器系統(tǒng)由獨(dú)立的硬件和軟件組成，難以無縫通信，甚至無法發(fā)出相關(guān)問題的報(bào)警，管理者無法知道自然，也無法立即解決此類問題。傳感器將繼續(xù)超負(fù)荷工作，從任務(wù)失敗到設(shè)備損壞數(shù)據(jù)丟失。

由獨(dú)立元件構(gòu)建的傳感器可能會(huì)導(dǎo)致性能差

雖然這類問題非常困難，但并非不可能解決，想象一下，當(dāng)整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建成一個(gè)統(tǒng)一的生態(tài)系統(tǒng)，從供電到數(shù)據(jù)收集到數(shù)據(jù)傳輸，所有部件協(xié)同工作，一旦處理器超載，系統(tǒng)可以將負(fù)載轉(zhuǎn)移到系統(tǒng)負(fù)載較輕的區(qū)域，然后確保設(shè)備能夠正常工作，但所有這些前提必須以可靠的供電為基礎(chǔ)。

解決電池續(xù)航問題的微能管理模塊/芯片

為了滿足不斷出現(xiàn)的市場(chǎng)需求，解決電池帶來的各種問題，飛英思特推出了微能量管理模塊和微能量管理芯片，為客戶帶來更穩(wěn)定的數(shù)據(jù)采集傳輸和更低功耗的供電解決方案。

通過采集微光能、射頻能、微動(dòng)能、溫差能，微能管理模塊/芯片具有復(fù)合環(huán)境能量采集能力（TEG）發(fā)電使設(shè)備在使用過程中不需要更換電池。在滿足條件的前提下，甚至可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備生命周期內(nèi)無電池的永久壽命，消除了維護(hù)設(shè)備和頻繁更換電池帶來的高勞動(dòng)力和物質(zhì)資源成本。

飛英思特能量采集技術(shù)

此外，飛英思特提供的供電解決方案具有高度集成的設(shè)計(jì)，大大降低了后續(xù)開發(fā)的難度。產(chǎn)品開發(fā)工程師不需要進(jìn)行繁重的集成工作，只需將傳感器插入微能管理模塊/芯片，然后將后端電路連接到輸出，即可完成無源產(chǎn)品的原型設(shè)計(jì)，為企業(yè)快速搶占市場(chǎng)贏得機(jī)遇。

通過這些技術(shù)優(yōu)勢(shì)，飛英思特微能管理模塊/芯片不僅可以解決電池供電的各種不足，還大大拓寬了物聯(lián)網(wǎng)低功耗設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域，如醫(yī)療身份卡、物品信息標(biāo)簽等對(duì)體積、耐久性和效率要求較高的產(chǎn)品。

縱觀整個(gè)行業(yè)，電池確實(shí)極大地限制了物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，但作為世界領(lǐng)先的無源無線技術(shù)和產(chǎn)品提供商，飛英思特正試圖通過創(chuàng)新的供電解決方案解決這一問題，期待各行業(yè)的低功耗設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)免維護(hù)、免電池運(yùn)行，幫助減少物聯(lián)網(wǎng)電池對(duì)生態(tài)的破壞。