21ic訊橋梁的安全監(jiān)控、零瓦待機、智能照明控制……等這些看似風(fēng)馬牛不相及的領(lǐng)域，今天，它們都將和一個概念——微型能量收集(EnergyHarvesting)技術(shù)聯(lián)系在一起。微型能量收集技術(shù)雖然現(xiàn)在還沒有得到大規(guī)模商用，但在剛剛開幕的第十二屆慕尼黑上海電子展富士通半導(dǎo)體的展臺上，我們驚喜地看到微型能量收集技術(shù)已經(jīng)取得了重大技術(shù)突破，這為討論已久的無電池、半永久續(xù)航應(yīng)用的廣泛普及奠定了基礎(chǔ)。

圖1.慕尼黑上海電子展富士通半導(dǎo)體展示新一代節(jié)能環(huán)保技術(shù)。

富士通半導(dǎo)體此次重點展示了其最新推出的在微光條件下也可以實現(xiàn)97%轉(zhuǎn)換效率的光環(huán)境發(fā)電pMIC，并且此電源管理IC還可以實現(xiàn)低至0.35V的超低電壓啟動。這些技術(shù)上的突破使得以往處于概念階段的無電池、半永久應(yīng)用場景即將成為現(xiàn)實，并且為綠色節(jié)能應(yīng)用供應(yīng)了更廣闊的想象空間。

市場現(xiàn)狀與趨勢

事實上，微型能量收集并不是一個全新的概念，它之所以一直沒有被真正的廣泛應(yīng)用的最大原因是其能量收集端所能收集到的能量和其實際能夠推動的能量消耗端所消耗的能量之間一直處于不平衡的狀態(tài)，簡單點說就是其收集的能量不夠用?？上驳氖请S著傳感器、MCU、RF等器件功耗的不斷降低，以及微型能量收集電源管理IC技術(shù)的突破，使得系統(tǒng)能量收支逐漸趨于平衡。富士通半導(dǎo)體市場部高級經(jīng)理王韻在展會現(xiàn)場介紹說。

而據(jù)日經(jīng)Bp社的測算，這類應(yīng)用的能量收集和能量消耗情況在2010年和2011年階段的時候已經(jīng)非常接近，而2011年以后，他們認(rèn)為微型能量收集技術(shù)所能收集的能量已經(jīng)完全可以用于能量消耗的部分。

另據(jù)美國InnovativeResearchandproducts(iRAp)公司的調(diào)查顯示，到2014年，整個微型能量收集的市場規(guī)模將達到12.54億美元。而從2009年開始，其市場一直保持每年73%的高上升率。

英國的IDTechEx公司也曾供應(yīng)數(shù)據(jù)：能量收集與能源類相關(guān)設(shè)備市場規(guī)模將由2010年的4.4億美元上升至2020年的6.05億美元，微型能量收集技術(shù)將成為一個非常有潛力的市場。

將無電池應(yīng)用變?yōu)楝F(xiàn)實

我們的生活圈中存在各種能量，如光、熱、無線電波和振動等，如下圖2所示。這些能量以太陽能、電磁、壓電等形式輸入能量收集電源管理IC(pMIC)，用于能量收集。輸出功率可以用于傳感器、低功耗MCU或存儲在存儲元件中，如雙電層電容和全固態(tài)二次電池。

圖2.能量收集系統(tǒng)配置。

富士通半導(dǎo)體及合作伙伴們一直在設(shè)想有什么應(yīng)用方法可以使這些生活中隨處可見的能源被收集起來。在展會現(xiàn)場，富士通半導(dǎo)體王韻例舉了幾種非常有意思的能量收集應(yīng)用。如下圖3所示，這些應(yīng)用包括：無需鑰匙就能打開車門、水管理系統(tǒng)、無電池遙控、自定位系統(tǒng)等。

圖3.微型能量收集技術(shù)可實現(xiàn)的無電池應(yīng)用例子。

日常生活中，這些應(yīng)用假如使用電池，就要手動更換電池。電池確實是非常便宜，但是很多情況下對基礎(chǔ)設(shè)施的電池進行更換的費用往往代價昂貴，而且廢舊電池屬于污染物。那么，此時能量收集方法就是解決方法。

關(guān)于微型能量收集的無電池應(yīng)用(batteryless)，富士通半導(dǎo)體關(guān)注的重要領(lǐng)域之一就是在物聯(lián)網(wǎng)即所謂的傳感器網(wǎng)絡(luò)(sensornetwork)的應(yīng)用，幫助這類系統(tǒng)中的傳感器節(jié)點(sensornode)以及用于通信的RF模塊實現(xiàn)半永久的供電。王韻進一步指出。