无电池系统设计 让IoT装置不用换电池

5G的高传输技术特性，带动人工智能物联网(AIoT)趋势崛起，联网装置数量的快速成长也在预料之中，在这两年之间甚至将突破千亿个，这些联网装置的「电」从何而来？

在联网装置中，手机即使需要每天充电，也不会造成太大困扰；然而其他近千亿个装置即使一个月或一年才需更换一次电池，但由于数量庞大且可能位于偏远之处(例如环境侦测器被放置于农林渔牧场域)，因此电池更换费时且困难，造成庞大的人力和成本负担。有监于此，在某些电力需求不是太大的特定应用中，无电池系统受到期待。

太阳能和温度差发电最具潜力

无电池系统如何实现？对于芯片设计而言，太阳能、温度差发电、振动发电、射频(RF)能量传输等撷能和传能技术都是可行的方法。关于这些技术，近年国际会议上已有许多相关论文发表。

交通大学电子研究所教授陈柏宏指出，「在这些技术中，太阳能和温度差发电之所以受到看好，是因为功率密度相对较高，单位面积能提供的能量较大，所以较具应用实现潜能。」在各种无电池系统技术中，温度差发电较适用于人体生理信号的传感，不过，目前温度差发电的能量相较于太阳能仍然偏低，且太阳能取得相对容易，因此无电池系统设计仍以太阳能发电为主。

陈柏宏研究团队近年致力于发展电源集成电路、能源撷取电路、无线电力传输电路、低功率电源集成电路等，研发创新的电路技术及系统架构，可将技术整合至物联网装置、穿戴式装置、生医电子装置中，提升装置能源效率及电池续航力。

低功耗传感装置，适用无电池设计

无电池系统的应用，主要是锁定传输数据次数少且时间短的传感装置。举例来说，某个装置也许1小时内只有1毫秒需利用较大电力来传输数据，其他时间仅进行低耗电的侦测和数据储存，因此无电池系统可以利用绝大部分的时间储存能量，为数据传输的那一毫秒钟做好供电准备。目前尚未有相关产品问世，但一般认为此应用实现的可能性极高。

陈柏宏指出，「愈来愈多企业正在开发事件驱动的系统，整体平均耗电不高，可以整合采用太阳能、温度差发电等技术，打造成无电池系统。」在应用方面，物流管理、人和物品的室内定位、商品管理等等，这些都是无电池系统可以发挥的情境。

特定应用规模不大，市场尚未成形

整体来看，目前市面上的物联网装置产品仍多采用较高功率设计，很少有产品可以满足99%时间休眠、1%时间启动的条件，因此无电池系统仍是无用武之地，「技术是可行的，但仍需有产业链其他环节的配合，才有可能促成无电池系统应用的发展。」陈柏宏说。

无电池系统无法快速商业化的另一个原因，在于特定应用的电源芯片都需经过特别设计，然而每一个利基市场的需求规模都不大，不符开发成本效益，导致大部分企业即使了解无电池系统的好处且是未来所需，仍然却步不前。

陈柏宏团队与产业界有许多合作，多与智能电源管理有关，至于无电池系统设计则属于该研究室的前瞻研究，目前仍然持续投入中，且研究成绩已在国际间取得领先地位。期待无电池系统的早日商用，可以一劳永逸解决上千亿个物联网装置更换电池的大麻烦。