为什么说能量采集是物联网的未来？

摘要：能量采集创新技术可帮助终端设备实现免电池零功耗运行，一举解决物联网发展因供电难题所面临的种种挑战，让实现千亿物联传感的大规模部署变得可行，助力产业迈上发展快车道。

自20世纪90年代以来，物联网这一新兴技术凭借其可使物与物实现数据传输的特点，在国内外得到了迅速的发展和广泛的应用。从智能音箱到智能手机，从物流供应链上的射频识别标签到可穿戴智能健身追踪器，物联网的大规模应用彻底改变了我们的生活方式。

特别是近年来，数字化发展成为全球各个国家和地区的共识，物联网终端设备和传感器的新增数量更是与日俱增，极大地推动了各个行业的数字化转型速度。但就是在这么一片形式向好的大环境下，物联网的规模却并未得到高速增长。

根据专业机构IoT AnaIytics发布的物联网跟踪报告显示：截止2021年，全球物联网实际连接数仅为117亿，虽在逐年增长，却与之前各大机构预测的2021年达到万亿市场的目标相距甚远。

2015年至2021年物联网预测以及实际取得的连接数

物联网增长之所以不及预期，存在诸多方面的原因。但从整个产业目前的共同遭遇来看，持续的成本投入、过大的传感器及电池尺寸、寿命限制是阻碍物联网高速增长的三大主要挑战。

物联网挑战一：持续的成本投入

现实中，企业想要采集数据实施新的数字化运营方式，需部署大量的传感器进行数据采集工作，这的确是一笔不小的投资，但随着产业的不断成熟，传感器的采购成本并不会给企业带来很重的经济负担。

与之相反，安装和维护才是企业付出高成本的主要原因。目前，传感器主要采用小部分布线供电和大部分电池供电两种方式，于前者而言，大量的传感器部署必将造成额外的线材成本和人力成本；部署后可能存在的线路损坏和排查也会带来不小的成本投入。

若采用电池供电，优势在于安装更加便捷，但碍于电池有限的续航，当设备安装完毕之后，企业还需要安排人力定期更换电池以维系物联网设备网络的正常运行，在产品运行的全生命周期内，往往需要3次以上的电池更换和维护，若需要维护的传感器数量众多或处于偏远位置，其产生的综合成本可能呈几何级增长。

因此，在推进物联网项目实施的过程中，这种需要前期投入+持续投入成本的特性，让大部分企业在决策时变得更加谨慎。

物联网挑战二：维护困难

投资成本高昂往往和物联网增长的第二个难点密切相关，即传感器不确定的维护需求。不论是布线供电还是电池供电的传感器，在小规模部署的情况下，人力维护基本可以保障整个物联网网络的正常运行，但一旦传感器的部署数量达到百亿乃至千亿时，维护工作将充满巨大挑战。

设想一下，为一万只电池供电的智慧水表依靠传统人工提供维保是能够完成的的，当这个数量上升到十万、百万级别持续的维护就让企业变得难受起来，如果这个数量达到几亿、几十亿之后呢？届时，面临数目巨大且分布零散的维护需求，企业所需付出的人力和物力成本将达到一个恐怖的数字。以此类推其他需要大范围、大规模部署的传感设备，也将面临同样的难题。

除了维护非常困难之外，对于需要长期采集数据的物联网设备来说，实时性显得尤为关键，无电后更换电池前的空窗期难免会造成数据缺失，数据采集的实时性得不到保障。

若在此阶段发生意外性事件，只会造成更大损失。其次，设备本身消耗电量的不一致导致为设备更换电池的时间节点也并不同步，当传感器数量众多时，这种偶发性事件将会变成常态事件，对于整个物联网网络的正常运行造成极大影响。

物联网挑战三：寿命限制

物联网设备想要持续运行，稳定的供电是必备条件。目前，IoT节点主要实行小部分采用布线供电和大部分采用电池供电两种方式，随着物联网应用场景的多元化，布线供电这一复杂且高成本的供电方式已逐渐显得力不从心。

反观电池供电，却因为简单便捷的形式博得了行业的喜爱。但这并非毫无代价，众所周知，设备的续航时间取决于功率需求的限制，功耗越低续航越久，功耗越高续航越短。想要延长物联设备续航时长的唯一方法就是降低功耗或者增加储能模块尺寸。很显然，无论哪种结果都与现行的需求相背离。

更长的续航时间意味着更多的电池数量

组成物联网设备的元件之中，能量储存模块的尺寸尤为突出，这主要是因为大多数物联网设备通常采用电池供电，如若缩减该模块尺寸必将同步减少电池数量，继而导致设备续航时间大幅缩短。

如果想要维持设备长时间的正常运行，则必须定期更换电池。前期部署少量设备还可以勉强支撑，但当物联网设备部署规模扩大至百亿千亿级时，这将会为后期的维护带来巨大的挑战。

首先，为数目众多的终端设备更换电池势必带来高昂的人力物力成本，其次，对于需要长期采集数据的设备来说，更换电池前的空窗期难免会造成数据缺失，且设备本身消耗电量的不一致导致为设备更换电池的时间节点也不一致，这也是一个难以解决的问题；最后，数量庞大的废弃电池将对环境产生巨大影响，这主要是因为电池中使用了多类污染物材料。

近年来，随着便携式技术的发展，人们对于电池的依赖急剧提高。根据中研普华出版的《2020-2025年中国锂电池及其负极材料回收再利用市场投资规划研究报告》显示：全球如今每年废弃的锂电池超过50万吨，其中大部分源自小型电子产品。

预计到2030年，全球对锂电池的需求将增加10倍。这将直接导致制造电池的原材料（如锂、锌、钴和锰）储备量极速下降，倘若按照这个趋势发展下去，物联网未来能否持续依赖电池供电将充满极大的不确定性。

集邦咨询：2020-2025年全球钴的供需情况及预测

基于布线和电池供电的物联网所存在的成本及环境污染等问题，推动了业界对物联设备替代供电方案的研究，并一致认为新的形式应具备更加精简、更低成本、电源更好管理三大特点。在种种设计思路中，以环境能量作为发电介质的能量采集脱颖而出，被认为是实现未来物联网大规模部署的关键技术之一。

飞英思特能量采集促进产业发展

在我们生活的环境当中，存在着诸多微弱的能量，例如光能、振动能、RF射频能、TEG温差能等等，通过能量采集技术将这些能量进行采集并转化为电能，可使设备能够无限期运行而免布线、免更换电池，不仅减少了整体运营成本，还能避免电池污染。

在能量采集技术供电方案下，设备储能模块的电池将被超级电容所替代，从而为设备的小型化设计提供了客观条件，大大拓宽了物联网终端的应用领域。但是目前用于能量收集的电源管理IC（PMIC）往往需要大量的外部硬件工程来确定如何调节能量收集换能器的输入及IC保护等，这将增加整体物料（BOM）成本和额外的空间。

飞英思特作为领先的无源物联网科技企业，基于自研的能量采集技术，推出了微能量管理模组解决方案和微能量管理芯片解决方案，得益于高度集成的设计，大幅降低了后续的开发难度，工程师只需将换能器（如光伏电池）插入能量管理模组/芯片，再将后端电路连接到输出即可快速完成无源产品的原型设计。

能量采集技术原理

通过搭载飞英思特的供电解决方案，设备的供电难题和高昂持有成本将被彻底打破，凭借其高效稳定的微能量采集和管理技术，产品无需布线、无需更换电池即可实现其生命周期内的永久续航，不受场景或电池寿命造成的供电限制，综合成本也将得到大幅下降。

应用方面，飞英思特所提供的两种能量整体解决方案拥有巨大的想象空间，几乎可应用于物联网各个行业的低功耗设备，例如会展行业的智能电子胸牌、数码产品行业的智能手表、健身行业的可穿戴式健身追踪器等等。

此类低功耗的设备通过搭载微能管理模组/芯片，不仅能大幅提高设备的续航时长，条件满足的前提下甚至还可以实现设备生命周期内的永久续航。于企业而言，打造此类开发成本更低且无需维护的设备，将显著提升自身的市场核心竞争力。

从上述可见，供电问题可能是物联网发展至今所遭遇的最大瓶颈之一，更大范围的应用需求迫使着物联网作出新的改变，可设备的整体尺寸和续航都是开发者必须所考虑的因素，传统的供电方式很难两者兼顾。

如今，采取全新的能量管理解决方案，不仅可以解决此类难题，开发成本也将随之降低。对于整个行业而言，这一创新技术的意义更加重大，它不仅重续了物联网快速发展的道路，还提高了运营效率，使可持续变成现实。