摘要：能量采集創新技術可幫助終端設備實現免電池零功耗運行，一舉解決物聯網發展因供電難題所面臨的種種挑戰，讓實現千億物聯傳感的大規模部署變得可行，助力產業邁上發展快車道。

自20世紀90年代以來，物聯網這一新興技術憑借其可使物與物實現數據傳輸的特點，在國內外得到了迅速的發展和廣泛的應用。從智能音箱到智能手機，從物流供應鏈上的射頻識別標簽到可穿戴智能健身追蹤器，物聯網的大規模應用徹底改變了我們的生活方式。

特別是近年來，數字化發展成為全球各個國家和地區的共識，物聯網終端設備和傳感器的新增數量更是與日俱增，極大地推動了各個行業的數字化轉型速度。但就是在這么一片形式向好的大環境下，物聯網的規模卻并未得到高速增長。

根據專業機構IoT AnaIytics發布的物聯網跟蹤報告顯示：截止2021年，全球物聯網實際連接數僅為117億，雖在逐年增長，卻與之前各大機構預測的2021年達到萬億市場的目標相距甚遠。

物聯網增長之所以不及預期，存在諸多方面的原因。但從整個產業目前的共同遭遇來看，持續的成本投入、過大的傳感器及電池尺寸、壽命限制是阻礙物聯網高速增長的三大主要挑戰。

物聯網挑戰一：持續的成本投入

現實中，企業想要采集數據實施新的數字化運營方式，需部署大量的傳感器進行數據采集工作，這的確是一筆不小的投資，但隨著產業的不斷成熟，傳感器的采購成本并不會給企業帶來很重的經濟負擔。

與之相反，安裝和維護才是企業付出高成本的主要原因。目前，傳感器主要采用小部分布線供電和大部分電池供電兩種方式，于前者而言，大量的傳感器部署必將造成額外的線材成本和人力成本；部署后可能存在的線路損壞和排查也會帶來不小的成本投入。

若采用電池供電，優勢在于安裝更加便捷，但礙于電池有限的續航，當設備安裝完畢之后，企業還需要安排人力定期更換電池以維系物聯網設備網絡的正常運行，在產品運行的全生命周期內，往往需要3次以上的電池更換和維護，若需要維護的傳感器數量眾多或處于偏遠位置，其產生的綜合成本可能呈幾何級增長。

因此，在推進物聯網項目實施的過程中，這種需要前期投入+持續投入成本的特性，讓大部分企業在決策時變得更加謹慎。

物聯網挑戰二：維護困難

投資成本高昂往往和物聯網增長的第二個難點密切相關，即傳感器不確定的維護需求。不論是布線供電還是電池供電的傳感器，在小規模部署的情況下，人力維護基本可以保障整個物聯網網絡的正常運行，但一旦傳感器的部署數量達到百億乃至千億時，維護工作將充滿巨大挑戰。

設想一下，為一萬只電池供電的智慧水表依靠傳統人工提供維保是能夠完成的的，當這個數量上升到十萬、百萬級別持續的維護就讓企業變得難受起來，如果這個數量達到幾億、幾十億之后呢？屆時，面臨數目巨大且分布零散的維護需求，企業所需付出的人力和物力成本將達到一個恐怖的數字。以此類推其他需要大范圍、大規模部署的傳感設備，也將面臨同樣的難題。

除了維護非常困難之外，對于需要長期采集數據的物聯網設備來說，實時性顯得尤為關鍵，無電后更換電池前的空窗期難免會造成數據缺失，數據采集的實時性得不到保障。

若在此階段發生意外性事件，只會造成更大損失。其次，設備本身消耗電量的不一致導致為設備更換電池的時間節點也并不同步，當傳感器數量眾多時，這種偶發性事件將會變成常態事件，對于整個物聯網網絡的正常運行造成極大影響。

物聯網挑戰三：壽命限制

物聯網設備想要持續運行，穩定的供電是必備條件。目前，IoT節點主要實行小部分采用布線供電和大部分采用電池供電兩種方式，隨著物聯網應用場景的多元化，布線供電這一復雜且高成本的供電方式已逐漸顯得力不從心。

反觀電池供電，卻因為簡單便捷的形式博得了行業的喜愛。但這并非毫無代價，眾所周知，設備的續航時間取決于功率需求的限制，功耗越低續航越久，功耗越高續航越短。想要延長物聯設備續航時長的唯一方法就是降低功耗或者增加儲能模塊尺寸。很顯然，無論哪種結果都與現行的需求相背離。

組成物聯網設備的元件之中，能量儲存模塊的尺寸尤為突出，這主要是因為大多數物聯網設備通常采用電池供電，如若縮減該模塊尺寸必將同步減少電池數量，繼而導致設備續航時間大幅縮短。

如果想要維持設備長時間的正常運行，則必須定期更換電池。前期部署少量設備還可以勉強支撐，但當物聯網設備部署規模擴大至百億千億級時，這將會為后期的維護帶來巨大的挑戰。

首先，為數目眾多的終端設備更換電池勢必帶來高昂的人力物力成本，其次，對于需要長期采集數據的設備來說，更換電池前的空窗期難免會造成數據缺失，且設備本身消耗電量的不一致導致為設備更換電池的時間節點也不一致，這也是一個難以解決的問題；最后，數量龐大的廢棄電池將對環境產生巨大影響，這主要是因為電池中使用了多類污染物材料。

近年來，隨著便攜式技術的發展，人們對于電池的依賴急劇提高。根據中研普華出版的《2020-2025年中國鋰電池及其負極材料回收再利用市場投資規劃研究報告》顯示：全球如今每年廢棄的鋰電池超過50萬噸，其中大部分源自小型電子產品。

預計到2030年，全球對鋰電池的需求將增加10倍。這將直接導致制造電池的原材料（如鋰、鋅、鈷和錳）儲備量極速下降，倘若按照這個趨勢發展下去，物聯網未來能否持續依賴電池供電將充滿極大的不確定性。

基于布線和電池供電的物聯網所存在的成本及環境污染等問題，推動了業界對物聯設備替代供電方案的研究，并一致認為新的形式應具備更加精簡、更低成本、電源更好管理三大特點。在種種設計思路中，以環境能量作為發電介質的能量采集脫穎而出，被認為是實現未來物聯網大規模部署的關鍵技術之一。

飛英思特能量采集促進產業發展

在我們生活的環境當中，存在著諸多微弱的能量，例如光能、振動能、RF射頻能、TEG溫差能等等，通過能量采集技術將這些能量進行采集并轉化為電能，可使設備能夠無限期運行而免布線、免更換電池，不僅減少了整體運營成本，還能避免電池污染。

在能量采集技術供電方案下，設備儲能模塊的電池將被超級電容所替代，從而為設備的小型化設計提供了客觀條件，大大拓寬了物聯網終端的應用領域。但是目前用于能量收集的電源管理IC（PMIC）往往需要大量的外部硬件工程來確定如何調節能量收集換能器的輸入及IC保護等，這將增加整體物料（BOM）成本和額外的空間。

飛英思特作為領先的無源物聯網科技企業，基于自研的能量采集技術，推出了微能量管理模組解決方案和微能量管理芯片解決方案，得益于高度集成的設計，大幅降低了后續的開發難度，工程師只需將換能器（如光伏電池）插入能量管理模組/芯片，再將后端電路連接到輸出即可快速完成無源產品的原型設計。

通過搭載飛英思特的供電解決方案，設備的供電難題和高昂持有成本將被徹底打破，憑借其高效穩定的微能量采集和管理技術，產品無需布線、無需更換電池即可實現其生命周期內的永久續航，不受場景或電池壽命造成的供電限制，綜合成本也將得到大幅下降。

應用方面，飛英思特所提供的兩種能量整體解決方案擁有巨大的想象空間，幾乎可應用于物聯網各個行業的低功耗設備，例如會展行業的智能電子胸牌、數碼產品行業的智能手表、健身行業的可穿戴式健身追蹤器等等。

此類低功耗的設備通過搭載微能管理模組/芯片，不僅能大幅提高設備的續航時長，條件滿足的前提下甚至還可以實現設備生命周期內的永久續航。于企業而言，打造此類開發成本更低且無需維護的設備，將顯著提升自身的市場核心競爭力。

從上述可見，供電問題可能是物聯網發展至今所遭遇的最大瓶頸之一，更大范圍的應用需求迫使著物聯網作出新的改變，可設備的整體尺寸和續航都是開發者必須所考慮的因素，傳統的供電方式很難兩者兼顧。

如今，采取全新的能量管理解決方案，不僅可以解決此類難題，開發成本也將隨之降低。對于整個行業而言，這一創新技術的意義更加重大，它不僅重續了物聯網快速發展的道路，還提高了運營效率，使可持續變成現實。