中文 英语

能源收获取得进展

经过多年的方式与在没有外部电源的情况下创造能量的方式,正在做出真正的努力来商业化这种方法。

人气

事实上,自动设备的梦想已经存在了很长时间 - 数千年。第一个风车和水管约会回到古希腊和记录历史的开始。自缠绕时期的时间返回17世纪后期。Foucault Pendulum在巴黎举动,减去了一些简短的中断,自1851年以来。这是144年来,自两个法国物理学家发现压电性,当施加机械力时,电荷仍然存在于某些材料内。

在大多数情况下,这些方法可以产生能量落入极笨重但有效的营地,如风,太阳能或水能,或者它们仅限于基本上的科学实验。但是,随着在微小的便携式设备中的更多功能的情况下,特别是对于可穿戴和可植入的电子产品 - 随着电池改善和IC功能之间的差距继续扩大 - 能量收获开始引起严重的关注和投资。

该公司首席技术官伯纳德•墨菲(Bernard Murphy)表示:“在实践中,这些来源的能量密度仍然很低,对于便携式应用程序来说,最好的情况是在微瓦范围内,不过你可以通过工业机器的振动获得更高的能量密度。阿特伦塔。“更典型的是数百个Picoatts。因此,它从供电的智能手机供电,这需要毫瓦,或任何与智能手机相当的可穿戴物品。“

就像现在大多数复杂的设计一样,没有灵丹妙药。暗硅、复杂的开关方案、在某些情况下更少且定义更好的功能、更节能的架构以及更好的软硬件协同设计,这些都仍然是必需的。更低的泄漏,新材料和方法,如宽I/O-2或通过硅过孔,以减少驱动信号所需的功率,也正在考虑中。但无论何时,只要有可能,不断增加电池寿命也没什么坏处。

“如果有尖刺的电源需求(偶尔偶尔),充电电容器/超级电容可以工作,”墨菲说。“来自环境无线的能量随着距离源的距离的平方而下降,因此无希望,除非您可以保证您仍然靠近源,这可能会有可能的工业应用。光伏和热电是每平方厘米范围内的几十微型。环境无线与距离来源的距离的平方脱落,因此移动/可穿戴/植入物的值可忽略不计。“

他指出,还有一些工作正在通过MEMS结构的压电/柔性方法来增加功率密度,通过这种方法,许多弯曲悬臂可以产生更高密度的功率。一个这样的发电机已经能够在实验室中产生近0.8毫瓦每平方厘米,这接近手机的水平。”

新地方的新需求
不过,并不是所有的东西都需要这样的能量。但随着越来越多的设备变得移动和联网,肯定会有更多的电池需要充电。更多的电子产品,甚至在家里,至少有一个备用电池,而不仅仅是一个插头。

“如果你的房子里有1000件事,你每年都要改变电池,那么每天三个电池的平均变化,”Rob Aitken说:手臂伙伴。“替代品是什么?能源清除,10年的电池或电池服务每年都在您的房子中换取所有电池。“

Energy scavenging, also known by the more marketing-friendly term, “energy harvesting,” is the option that has garnered the most interest because it’s the least disruptive to lifestyle, and it can be used to supplement batteries that are hard or inconvenient to replace. And even within the current energy-harvesting limitations, it can be useful if the chip architecture is modified.

“因为电力在微瓦范围内,你必须改变你的计算方式,”Aitken说。“一个替代方案是你可以一直运行一些东西。它永远不会睡觉,它不断消耗80微米。这在计算模型中有些变化,但它不是不可思议的。您可以在那种级别运行微控制器,只要您限制通信,所以它不会使用所有能源通信,那么您可以与其他事情进行交互。它在现有的计算模型中,但它是比现在使用的略有不同的模型。“

这些天,现有模型还有其他曲折在市场进入市场,也是真正的商业产品。例如,Maxim Integrated,例如推出了一个安全的NFC / RFID标签验证器,内置能源收获旨在医疗和工业市场。这种方法有什么不同的是标签得到功率的地方。

Maxim Integrated的执行业务经理Hamed Sanogo说:“读取器向标签发送一个信号,然后标签从到达它的电波中恢复能量,启动,并使用那个电波作为一种通信手段。”“我们已经可靠地清理了射频前端,使电波进入到部件中。充电所需的能量在微瓦范围内,而阅读器设备在毫瓦范围内。”

Sanogo表示,在过去的RFID / NFC标签中将简单地倾倒多余的能量,但是,每次微型计数,特别是在医疗应用和传感器上的极端低功率上的重点。将来,读者也可以是智能电话,而不是专用设备,并且发送到一个标签的能量可用于唤醒神经网络中的其他标签。

max66242_block图
Maxim集成的能量收集架构。

设计注意事项
从IC设计角度来看,能量收获增加了几个曲折。其中一个涉及分区。例如,当通信可以到附近的设备而不是位于数百或数千码或米的基站时,发生了什么?

“最大的变化之一是在分区和布局,”PV Srinivas说,地点和路线部门的高级工程总监导师图形。“你必须确保你可以与邻居沟通。必须考虑定时约束,并且通信密度也是如此。有哪些电压在哪里?缓冲还是不可缓冲的?放置成为一个非常关键的因素。“

成本就是成本。能够通过多种方式降低电压并产生能量是必不可少的,但它也必须以低成本进行,因为许多将从能量收集中受益的许多应用是价格敏感的。

“这些设计的目标是低成本和低功耗,您不能承担妥协一个,以便为另一个人享受,”低功耗的产品营销总监Krishna Balachandran说韵律。“你想能够启用能量收集,但是当你这样做时,你也必须保持成本。”

其他选择
虽然我们倾向于从动能或太阳能的角度来获取能源,但在其他领域也有工作正在进行。一个涉及到生物学。早在2008年,麻省理工学院的一组研究人员就发表了一篇论文2008年,看着植物与周围土壤之间的持续电压差异。

“通过厌氧发酵过程产生微生物燃料电池的一些有趣方法,以便能够在工业规模上产生高达2kW的,”哈顿的墨菲说。“可植入的燃料电池可能更有可能使用基于酶的血糖氧化,并且已经在约2MW / cm 2左右进行。但是你必须每两年更换电池,这是缺点。“

麻省理工学院也在努力微价在筹码中,几年前的Darpa正在尝试芯片尺寸的核反应堆。最终成为商业上可行的是未知的,但研究开始倾斜,因为设计团队在更小和较小的设备中致力于更大的功能搜索常规电池技术的局限性的方法。



留下一个回复


(注意:此名称将被公开显示)