21ic訊 橋梁的安全監(jiān)控、零瓦待機(jī)、智能照明控制……等這些看似風(fēng)馬牛不相及的領(lǐng)域，今天，它們都將和一個概念——“微型能量收集(Energy Harvesting)”技術(shù)聯(lián)系在一起。微型能量收集技術(shù)雖然現(xiàn)在還沒有得到大規(guī)模商用，但在剛剛開幕的第十二屆慕尼黑上海電子展富士通半導(dǎo)體的展臺上，我們驚喜地看到微型能量收集技術(shù)已經(jīng)取得了重大技術(shù)突破，這為討論已久的“無電池”、“半永久續(xù)航”應(yīng)用的廣泛普及奠定了基礎(chǔ)。

圖1.慕尼黑上海電子展富士通半導(dǎo)體展示新一代節(jié)能環(huán)保技術(shù)。

富士通半導(dǎo)體此次重點(diǎn)展示了其最新推出的在微光條件下也可以實(shí)現(xiàn)97%轉(zhuǎn)換效率的光環(huán)境發(fā)電PMIC，并且此電源管理IC還可以實(shí)現(xiàn)低至0.35V的超低電壓啟動。這些技術(shù)上的突破使得以往處于概念階段的“無電池”、“半永久”應(yīng)用場景即將成為現(xiàn)實(shí)，并且為綠色節(jié)能應(yīng)用提供了更廣闊的想象空間。

市場現(xiàn)狀與趨勢

“事實(shí)上，微型能量收集并不是一個全新的概念，它之所以一直沒有被真正的廣泛應(yīng)用的最大原因是其能量收集端所能收集到的能量和其實(shí)際能夠推動的能量消耗端所消耗的能量之間一直處于不平衡的狀態(tài)，簡單點(diǎn)說就是其收集的能量不夠用。可喜的是隨著傳感器、MCU、RF等器件功耗的不斷降低，以及微型能量收集電源管理IC技術(shù)的突破，使得系統(tǒng)能量收支逐漸趨于平衡。” 富士通半導(dǎo)體市場部高級經(jīng)理王韻在展會現(xiàn)場介紹說。

而據(jù)日經(jīng)BP社的測算，這類應(yīng)用的能量收集和能量消耗情況在2010年和2011年階段的時候已經(jīng)非常接近，而2011年以后，他們認(rèn)為微型能量收集技術(shù)所能收集的能量已經(jīng)完全可以用于能量消耗的部分。

另據(jù)美國Innovative Research and Products (iRAP)公司的調(diào)查顯示，到2014年，整個微型能量收集的市場規(guī)模將達(dá)到12.54億美元。而從2009年開始，其市場一直保持每年73%的高增長率。

英國的IDTechEx公司也曾提供數(shù)據(jù)：“能量收集與能源類相關(guān)設(shè)備市場規(guī)模將由2010年的4.4億美元增長至2020年的6.05億美元”，微型能量收集技術(shù)將成為一個非常有潛力的市場。

將無電池應(yīng)用變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)

我們的生活圈中存在各種能量，如光、熱、無線電波和振動等，如下圖2所示。這些能量以太陽能、電磁、壓電等形式輸入能量收集電源管理IC(PMIC)，用于能量收集。輸出功率可以用于傳感器、低功耗MCU或存儲在存儲元件中，如雙電層電容和全固態(tài)二次電池。

圖2. 能量收集系統(tǒng)配置。

富士通半導(dǎo)體及合作伙伴們一直在設(shè)想有哪些應(yīng)用方案可以使這些生活中隨處可見的能源被收集起來。在展會現(xiàn)場，富士通半導(dǎo)體王韻例舉了幾種非常有意思的能量收集應(yīng)用。如下圖3所示，這些應(yīng)用包括：無需鑰匙就能打開車門、水管理系統(tǒng)、無電池遙控、自定位系統(tǒng)等。

圖3. 微型能量收集技術(shù)可實(shí)現(xiàn)的無電池應(yīng)用例子。

日常生活中，這些應(yīng)用如果使用電池，就需要手動更換電池。電池確實(shí)是非常便宜，但是很多情況下對基礎(chǔ)設(shè)施的電池進(jìn)行更換的費(fèi)用往往代價昂貴，而且廢舊電池屬于污染物。那么，此時能量收集方案就是解決方案。

“對于微型能量收集的無電池應(yīng)用(batteryless)，富士通半導(dǎo)體關(guān)注的重要領(lǐng)域之一就是在物聯(lián)網(wǎng)即所謂的傳感器網(wǎng)絡(luò)(sensor network)的應(yīng)用，幫助這類系統(tǒng)中的傳感器節(jié)點(diǎn)(sensor node)以及用于通信的RF模塊實(shí)現(xiàn)半永久的供電。” 王韻進(jìn)一步指出。