介绍一款完全免电池、免维护的物联网方案

2021-01-15 12:30:51 来源:EETOP
在今年的消费电子展(CES)上,人们关注的焦点之一是不仅要实现无线化,而且要实现无电池化,其中一个解决方案来自两家公司,分别是e-peas和Sequans Communications,他们宣布了一个合作项目,以创建一个连续的无电池物联网解决方案,而且无需任何维护。 

无电池设计的挑战

由于要在智慧城市中更换数百万个IoT设备的电池是非常费力费时的,因此工程师已在设计中采用了各种各样的能量收集方法。 

例如,太阳能光伏(PV)电池在理论上将能够从太阳中收集能量,以实现持续供电。这种能量存储和供应形式的缺点是,采集是不可预测的。 

由太阳能收集供电的无线传感器网络节点的示例 

手持设备在阳光下的照射时间可能有限,因此一些设备的构造是为了从室内照度(lux)水平中吸收足够的能量。然而,这些设备容易因电源故障而在随机的时间间隔内开启和关闭。

最后,一些设计依靠射频到直流电源转换器来保持无电池状态。例如,以色列的一家无晶圆厂半导体公司Wiliot从一个比标准邮票还小的设备中采集无线电波。这些系统引起的问题是它们必须保持适当的接近距离才能正常运行,从而限制了设计的灵活性。

 e-peas的 "环境能源管理器"

e-peas专注于提供能量收集的解决方案,以摆脱电池和外部电源的束缚。从热能解决方案到振动和光伏电池,e-peas探索了许多硬件解决方案来实现这个无电池的未来。

最近推出的AEM10941是一款以光伏电池为能源,以双电芯超级电容为存储管理的芯片。AEM IC提供了自动切换主/备电池的能力。 

 

AEM10941的框图展示了一个可以连续充电、存储、送电的自立系统。图片使用由e-peas提供 

芯片旨在为任何传感器无线供电。当存储能量耗尽时,可以实现系统冗余。然后,在切换回之前的,可以使用一个可选的主电池电源进行充电。

该组件的中心是两个提供高功率转换的稳压开关转换器。AEM的一项独特功能是“冷启动”能力,即设备能够从断电位置启动时,需要300 mV的输入,这可以通过添加一些电阻器来实现。除过充电保护外,当电池电量低时,每个引脚都会收到来做负载发出报警。 

Sequans的Monarch LTE-M / NB

 经过三年的研发,Sequans宣称已经开发出了一个NB-IoT物联网应用平台,无需外部组件。Sequans的MonarchLTE-M/NB-IoT模块集成了专为电能表、工业传感器和智能家居设备打造的第二代Monarch N芯片平台。 

 

芯片具有一个嵌入式安全系统,据说可以根据数据流量模式优化能源。支持物联网的模块是云兼容的,需要低功耗的2.5 V到5.5 V的单轨电源直接连接。

Sequans的Monarch模块采用了专有的动态电源管理系统,具有自适应睡眠和主动模式,以节约电能,将电池寿命延长至15年。Monarch解决方案包括一个评估工具包,为设计者提供参考设计、原理图布局和PCB布局的设计文件。

 e-peas和Sequans的自供电解决方案

将e-peas AEM能量收集IC与Sequans的Monarch平台相结合,就可组合成一种无电池的自供电蜂窝物联网连接解决方案。新设备将把e-peas的AEM光伏电池获得的能量转移到存储设备中,然后再转移到Sequans的模块中,后者将为一个测量功率、光和湿度的传感器供电。 

Sequans物联网业务部门负责人Didier Dutronc表示,该公司与e-peas联合努力的重要性:“能源收集技术将迎来一个新的时代,物联网设备将不再需要电池驱动。”

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