發布日期：2022-07-14 點擊率：83
能夠從所處環境中采集能量的系統已經存在了,其中最為人所知的可能是自供電的手表。但是,現在的IC已經能以和石英電子手表差不多的功耗執行尖端的功能,因此催生了一場開發能量采集技術和標準的競賽。在很多應用中,環境自身可以通過溫度差異、振蕩或光線來能夠提供所需的能量。
由于能量采集器一般需要很長時間才能夠采集到很少的能量,而這些能量隨后又會被傳感器上的數據傳輸系統損耗,因此在很多情況下采集器都帶有一個電容器來作為能量存儲子系統。在飛機制造、個人健康監控系統或防入室盜竊檢測系統等各種應用中,能量采集-或者說能量積聚,將形成一個規模可能達到數十億美元的市場。
柏林研究咨詢公司VDI/VDE Innovation + Technik GmbH“獨立微系統”研究項目負責人Marco Voigt表示,由于能量采集的重要性,已經被德國聯邦政府納入其總值5億歐元(約億美元)的研究支持項目中。
有關能量采集的研究已經展開了。例如,Fraunhofer集成電路研究院(簡稱Fraunhofer IIS)就展出了一個基于半導體的熱力發電機(TEG),可以將溫差轉換成電能。這一設備佩帶在人身上,利用人體熱量作為能量來源。Fraunhofer IIS管理經理Peter Spies表示,這一設備可用于醫療監控裝置中。
利用人體熱量來產生電能的Fraunhofer能量采集器
另外,IMEC荷蘭分部最近也在利用壓電效應來開發一個能源采集設備。該設備將機械振蕩轉換成大約40mw的電能。
IMEC研究人員Bert Gyselinckx表示,如今的壓電元件所用的材料都是鋯鈦酸鉛(PZT)。但是,這一材料在大規模生產時是很難處理的。他希望這一問題能在未來五年內解決,而壓電能量采集器也能實現工業化生產。
還有一些公司則已經取得了更大的進展。比如,Perpetuum公司的能量采集器就已經進入了工業化生產階段。該公司的CEO Roy Freeland表示:“我們主要是通過一個圈磁體系統來將振蕩轉換成電能。”
Freeland將振蕩能和動能區分了開來。他說:“按照我們的定義,動能的頻率只有大約1Hz,是非常低的,和心跳頻率差不多。”Perpetuum公司目前在開展的一個動能研究項目-用于病人監測系統的能量采集器,就是利用了這一點。目前Perpetuum公司的能量采集系統產量不高,而另一家公司則已經進入了大規模生產。
EnOcean公司 (Germany)已經在供應電力動態能量轉換器,這種轉換器與開關無線連接,因此開關可以放置于室內的任何地方,不需要通過線連接到電網,也不需要電池。按動按鍵所需的能量被轉換成無線發射器的電能,該發射器可以觸發電路來開啟室內的燈光。EnOcean公司營銷經理Zeljko Angelovski表示,雖然這種產品可能會被看作是種擺設,但該公司已經賣出了數萬臺。
除了無線燈光開關,EnOcean還生產熱能和太陽能采集器。該公司的熱量采集器于今年7月發布,啟動電壓為10mV,遠低于其它產品所需的啟動電壓。
但是,能量采集器的突破并沒有到來。Wicht公司的分析人士Bouchaud表示,從數量上來看,這一技術的最大市場應該是輪胎氣壓監控系統(TPMS),預計應用于MEMS技術的TPMS系統將在2012年左右開始飛速發展。傳統的TPMS是采用昂貴且笨重的電池來供電的,這也是TPMS中成本最大的組件。而新型TPMS則采用了振蕩能量采集器,可以從輪緣上移動到輪胎內部,以獲得除壓力之外的更多信息,使得智能化輪胎能采集并發送輪胎氣壓、牽引力、磨損、溫度等更多數據。
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