无电池物联网装置兴起 满足多元应用需求

2020/11/03 - DIGITIMES企划

过去几年物联网装置以不可思议的速度成长，对人类生活带来极大便利性。对于部署于特定位置的物联网装置，尽管装置本身已有省电设计，但因部署位置难以更换电池，因此发展可从外部能源获取电力的无电池物联网装置，成为全球积极投入的研发方向。

目前无电池物联网装置使用的外部能源，大致上可分成太阳能、温差、震动，以及透过无线传能等方式，搭配专属的能源管理芯片，即可提供物联网装置适当的能源。在前述各种环境能源中，目前以太阳能发电最为成熟，除有光能取得容易的优点外，也有发电功率密度较高，可获得较大能量的特性。温度差发电虽然可获得的能量较低，但适合运用于人体生理信号的传感，能量来源最终取决于应用模式与场景。

交通大学电子研究所教授陈柏宏说，采用无电池设计的传感装置，除本身必须采用低功耗设计之外，也需属于传输数据少、时间短的传感装置。唯有如此，才能在绝大部分时间透过太阳能、温差进行充电，并以低耗电状态进行侦测和数据储存，并于符合条件状态下，于极短时间运用大电力传输数据。

平时储存能源，重要时刻发送数据

无电池的物联网装置运用范围非常广泛，以物流管理为例，若仓储本身照明设备提供足够光源，加上物品标签采用对应的设计，平时就藉由吸收能源记录商品的保存状况与内容信息，并储存多余能源，当能量足够后，可将完整产品信息传送至服务器，有助于大幅提升物流管理效率与发货速度。

另外，为掌握洗肾病人的健康状况，目前亦有研发团队将传感元件与软性电路板整合，可贴在病人的手臂上。如此一来，只需搭配具备无线充电功能的手环，即可收集病人的健康状况，对于后续精准治疗将带来极大帮助，也为智能医疗带来更多元的想像。

陈柏宏指出，以往受限于技术上限制，若要确保病人身上的健康侦测装置能24小时运作，不是因内建电池导致产品体积过大，就是得定时为装置进行充电，即便现在有小型移动电源可使用，仍然会让病人感到非常不便。现在将传感元件与软性电路板整合之后，几乎让病人感觉不到侦测装置的存在，即便搭配无线充电功能的手环，也不会影响到日常生活，可顺利收集24小时以上的生理信息，对于改善洗肾病人生活有极大帮助。

除无电池设计之外，能源撷取技术亦可搭配充电电池，实现混合式供电架构。物联网装置平时可透过外部能源运作，并为电池进行充电，当外部能源不足时，则可改由内部电池供电，此举也能有效延长电池使用时间。

尽管前述案例都尚处于技术验证阶段，未来若能进入商业化应用，将可解决物联网装置的电源供应问题，可望扩大物联网应用范畴，为人类创造更棒的智能生活。


图说：交通大学电子研究所教授陈柏宏。