如何解決可穿戴設(shè)備的電池問題?

近年來，智能手表、智能眼鏡等新型可穿戴設(shè)備不斷出現(xiàn)在我們的生活中。要看到可穿戴設(shè)備的潛力，我們只需看看全球市場的可穿戴設(shè)備數(shù)量，預(yù)計(jì)到2020年，全球市場將從2013年的560萬件增至1.24億件(見圖表1)。在許多發(fā)達(dá)國家，智能手機(jī)市場幾乎已經(jīng)飽和，制造商已經(jīng)在開發(fā)能夠引領(lǐng)新趨勢的設(shè)備，比如可作為外設(shè)連接的可穿戴設(shè)備。物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)也推動了這一趨勢。這一趨勢還受到半導(dǎo)體技術(shù)的推動，該技術(shù)使更多功能、更小的設(shè)備能夠以更高的速度生產(chǎn)。

 

圖1:到2020年，可穿戴設(shè)備數(shù)量將達(dá)到1.24億，其中智能手表和智能眼鏡占近60%。

 

三分之二的可穿戴設(shè)備是穿戴在身體上的終端設(shè)備，如手表和眼鏡，其余則與鞋、衣服或包相連。此外，將設(shè)備植入人體并將其與大腦連接的可能性正在探索中。未來，可穿戴設(shè)備有望將科幻電影變成現(xiàn)實(shí)。盡管可穿戴設(shè)備潛力巨大，但一個大問題仍然存在:我們?nèi)绾卧诓徊粩喑潆姷那闆r下為這些設(shè)備供電?解決辦法是捕獲能量，柏樹提供了一個方便的選擇。

 

電源問題

 

盡管可穿戴設(shè)備的創(chuàng)新正在加速，但電池技術(shù)仍然落后。電池壽命尤其會帶來嚴(yán)重的問題。與智能手機(jī)不同，眼鏡、手表、鞋子和衣服等物品不能在日常生活中充電。如果這些東西以后需要經(jīng)常充電，人們會覺得很麻煩?？纱┐髟O(shè)備需要電池持續(xù)足夠長的時間，以確保我們幾乎不需要取下電池充電，讓我們的身體幾乎意識不到它們的存在。

 

可穿戴設(shè)備一般要求體積小、重量輕?，F(xiàn)在市場上電池的問題是，電池越小，它的能量密度就越低。半導(dǎo)體仍然能夠跟上摩爾定律，以每年200%的速度加速微型化。與此同時，在鋰離子二次電池問世后的20年里，電池技術(shù)僅將單位體積的能量密度提高了約350%，還不到半導(dǎo)體小型化速度的10%。

 

如果我們確實(shí)證明了電池技術(shù)發(fā)展得太慢，那么尋找其他解決方案就很自然了。這促使我們考慮一種全新的技術(shù)，即最近出現(xiàn)的能源捕獲技術(shù)。能源捕獲包括收集或捕獲我們周圍的能源(如光、振動和熱)產(chǎn)生的少量環(huán)境友好型能源，并將其轉(zhuǎn)化為電能。我們需要看看這項(xiàng)技術(shù)是否能為我們提供一種延長可穿戴設(shè)備電池壽命的方法，甚至讓可穿戴設(shè)備在沒有電池的情況下運(yùn)行。值得注意的是，能源捕獲技術(shù)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠成熟。例如，它無法讓手表式的可穿戴設(shè)備在沒有電池的情況下工作。不過，對于那些將簡單數(shù)據(jù)從傳感器傳輸?shù)街悄苁謾C(jī)以記錄日?；顒拥脑O(shè)備來說，它仍然是一個理想的選擇。

 

加快能源收集技術(shù)的應(yīng)用

 

能量捕獲技術(shù)為許多可穿戴設(shè)備提供了一個有前途的電源解決方案。然而，許多工程師對該技術(shù)并不熟悉，而且它的實(shí)現(xiàn)可能會消耗開發(fā)團(tuán)隊(duì)用來增強(qiáng)其產(chǎn)品核心價(jià)值主張的寶貴時間。Cyplas的mb39c811-evbsk-02bluetooth thsmartbeacon starter kit為嵌入式工程師提供了一個簡單快速的選項(xiàng)來嘗試能源捕獲解決方案。

 

套件包括cypulus MB39C811電源管理集成電路(IC)作為標(biāo)準(zhǔn)功能,BluetoothSmart模塊,允許程序重寫在用戶區(qū),和一個太陽能電池板用于檢查房間的操作(參見圖2)。MB39C811相結(jié)合的高效降壓直流/直流轉(zhuǎn)換器集成電路低功耗全波整流橋和比較器系統(tǒng)。當(dāng)連接到單獨(dú)提供的振動收集器(如壓電裝置)時，啟動器組件以利用振動能量和室內(nèi)光能的混合模式工作。