能量收集是指電子設(shè)備所處的環(huán)境大多有很多可利用的能量（例如：機(jī)械振動、太陽光照、電磁場和溫度變化等），通過某種方式將這些環(huán)境能量轉(zhuǎn)化為電能，以供設(shè)備后續(xù)使用。能量收集日益引起人們的關(guān)注，原因是世界各國在大力發(fā)展可再生能源，而且越來越小的電子系統(tǒng)可以通過越來越低的能量運(yùn)行。例如：大型建筑物中用來監(jiān)控房間溫度的小裝置可以利用建筑物自身的極微小振動來獲得能源動力。

據(jù)報道，全球第一款自供電的智能機(jī)械手表Ressence Type 2正式發(fā)布，它由“iPod之父”和Nest聯(lián)合創(chuàng)始人Tony Fadell共同打造。這是一款機(jī)械手表——時鐘運(yùn)行及功能由手表內(nèi)的機(jī)械裝置實現(xiàn)，但是可與智能手機(jī)應(yīng)用程序配對使用。這主要受益于新型電子表冠（e-Crown），它可以解決“智能”與“指針”手表難題。該款手表由太陽能和動力擒縱結(jié)構(gòu)共同驅(qū)動運(yùn)行，當(dāng)進(jìn)入“日光節(jié)約時制（夏令時）”或者動力儲備消耗光后，佩戴者只需輕觸表盤即可重置至正確時間，象征著Ressence對混合時計的未來趨勢展望。

自供電的智能機(jī)械手表Ressence Type 2

Ressence Type 2電子表冠（e-Crown）是一個嵌入式系統(tǒng)，將機(jī)械機(jī)芯與內(nèi)部ROCS顯示模塊連接起來，獨特的設(shè)計使其不會干擾從發(fā)條盒到指針的齒輪系。這一創(chuàng)新的技術(shù)完全取代了傳統(tǒng)的機(jī)械指針表冠。該電子表冠（e-Crown）由87個組件構(gòu)成，是一個微型的機(jī)電系統(tǒng)，要求每個組件都必須非常小且功耗低。由于研發(fā)人員的精心設(shè)計，該系統(tǒng)每天僅需要1.8焦耳的能量即可保證正常運(yùn)行。憑借兩種能量收集技術(shù)，該系統(tǒng)的能量是可以自給自足的，無需更換電池。

自供電的智能機(jī)械手表Ressence Type 2電子表冠（e-Crown）電路板，集成了太陽能收集、機(jī)械（動）能收集、能源管理、觸控傳感、藍(lán)牙等功能

自供電的智能機(jī)械手表Ressence Type 2內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)

以智能手表為代表的可穿戴設(shè)備及物聯(lián)網(wǎng)（IoT）節(jié)點為何需要能量收集？反過來，能量收集技術(shù)會促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)的快速增長嗎？為什么特斯拉（Tesla）公司會采用能量收集技術(shù)？當(dāng)手機(jī)和計算機(jī)還沒出現(xiàn)的時候，能量收集技術(shù)就展現(xiàn)出魅力了嗎？我們這份長達(dá)215頁的《電子設(shè)備的能量收集技術(shù)-2020版》報告介紹了智能機(jī)械手表Ressence Type 2，并解答了上述問題，可謂恰逢其時！

特斯拉Solar Roof太陽能屋頂

半導(dǎo)體晶圓和薄膜光伏（PV）技術(shù)

近年來，便攜式及可穿戴式電子設(shè)備開始大規(guī)模應(yīng)用于專業(yè)領(lǐng)域和人類日常生活中，并且朝著小型化、智能化、多功能化和柔性化發(fā)展。然而，可穿戴電子設(shè)備面臨的主要問題是現(xiàn)有的電池不足以為其持續(xù)供電。為解決供電問題，除了提高蓄電池的能量密度以外，最近引起廣泛關(guān)注的另一種有效方法是將能量生成裝置和儲能裝置同時集成到自充電能源系統(tǒng)（SCPS）中，這就使得收集的能量可以存儲起來實現(xiàn)可持續(xù)電力供應(yīng)。研究人員已經(jīng)成功研制出多種能量收集器件，包括光伏器件、摩擦納米發(fā)電機(jī)（TENG）、壓電納米發(fā)電機(jī)（PENG）和熱電器件等，這些能量收集器件可以與儲能設(shè)備（電池、超級電容器）結(jié)合起來，進(jìn)一步被集成在柔性、可穿戴電子設(shè)備中。

能量收集系統(tǒng)設(shè)計

自充電能源系統(tǒng)示意圖

能量采集也為物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展和改善帶來巨大的好處，通過在環(huán)境中部署自供電的傳感器節(jié)點，可獲得一種總體擁有成本較低的解決方案。對于那些無需外部充電就能使用更長時間的應(yīng)用來說，能量采集是提升其性能水平的一項關(guān)鍵要素。它還能大大降低電池更換的頻率，從而節(jié)約成本，而電池更換通常比電池本身更花錢。在將“智能”發(fā)揮到極致，以及將物聯(lián)網(wǎng)帶到眾多的新地點和應(yīng)用中，能量采集扮演著重要角色。

本報告對多種能量收集技術(shù)原理進(jìn)行闡述并實施對比分析，并重點介紹了能量收集技術(shù)創(chuàng)造新的業(yè)務(wù)及機(jī)遇，同時展示了能量收集的新產(chǎn)品情況，以及它們?nèi)绾胃淖兛纱┐麟娮釉O(shè)備和醫(yī)療保健。

電磁發(fā)電機(jī)、壓電發(fā)電機(jī)和摩擦納米發(fā)電機(jī)的基本原理

能量收集技術(shù)具有眾多潛在應(yīng)用，除了柔性/可穿戴電子設(shè)備和醫(yī)療保健，還包括植入式器件（如心臟起搏器）、運(yùn)動監(jiān)測、工業(yè)監(jiān)控、自供電傳感器等。但是也面臨著一些問題：多數(shù)技術(shù)及產(chǎn)品仍處于概念驗證階段；整體系統(tǒng)的能量收集效率是目前最大的問題；選擇適用于能量收集的電池、超級電容器系統(tǒng)非常重要……本報告提供各項能量收集技術(shù)的潛在應(yīng)用領(lǐng)域介紹，以及新材料機(jī)遇和技術(shù)發(fā)展趨勢，以闡述能量收集技術(shù)的成功之道。
責(zé)任編輯:pj