物联网电池展望:物联网设备的电池类型

了解物联网电源要求

物联网部署所需的确切电量取决于硬件、软件和用例。例如，一个安装在葡萄园里的物联网传感器，可以测量温度、湿度和湿度水平，但可能在一小时或一天内只向a发送几次少量数据门户网关在网状网络上。另一方面，启用物联网的医疗泵可能需要无线地连接到医院的Wi-Fi并保持近常连接，以定期发送健康数据 - 通过分钟或更高分钟。

同样需要注意的是，虽然农业传感器可能一天只发送几次少量的数据，但它在睡眠模式下消耗的能量很少，在传输数据时也需要大量的能量;这对某些类型的电池是有害的。其他需要持续供电的物联网设备会对电池造成压力，但不会出现这样的能量峰值。

您还必须考虑环境条件。在工业过程中，可以对电池进行恶劣环境。电池供应选择有专门的套管和密封件，以防止灰尘，水分和化学物质进入电池。其他电池必须在极端温度下运行。例如，Panasonic BR-A系列锂硬币电池可以承受-40至125摄氏度的温度。

物联网设备的硬件，包括发射机、传感器和计算卡，都会影响功耗。例如，一个Adafruit GPS芯片在跟踪时使用25毫安，在导航时使用20毫安，而一个英特尔爱迪生计算机卡关掉收音机时使用100毫安。然后，阿鲁巴蓝牙低能量(b) beacon配备两个硬币电池，提供2000毫安小时(毫安时)的能量。

除了硬件，物联网系统中使用的软件和通信协议也会影响功耗。许多物联网应用和协议都是为低功耗和低功耗数据传输而设计的，例如z - wave和Zigbee.家庭自动化通信协议。Z-Wave设备，例如门窗传感器、运动跟踪器或烟雾探测器，并不直接连接互联网。相反，它连接到一个智能家居中心，该中心可以在本地分析数据，也可以将数据发送到云端进行分析。样品z波发射机使用23毫安。一个Zigbee设备，它使用多节点网状网络为了将数据中继到集线器或网关，可以在5毫安到34毫安的任何地方使用。

类型的电池

化学电池——锂电池、碱性电池或铅酸电池——将化学能转化为电能。化学反应使电离子从负极流出(阳极)至正极(阴极)通过电解液对电池进行电解。为了给电池充电，电流被反向流动，从而将电能转换回化学形式。

电池的比较通常基于指标，包括但不限于:

• 电压;
• 单位质量能量，也叫特定的能量，以每公斤瓦时(Wh/kg)计量;
• 单位体积能量，也叫能量密度，单位为瓦时每升(Wh/L);和
• 功率重量比，也叫功率重量比特定的权力，单位是瓦特每公斤(W/kg)。

锂是最轻的金属，具有任何化学电池的最大功率 - 重量比，适用于小型物品，如可穿戴设备，信标和传感器。锂电池进入纽扣电池（BR）和硬币细胞（Cr）品种。

虽然许多锂电池不是可充电的，而且最多锂离子电池是，尽管这伴随着成本增加的权衡。锂电池的保质期很好，使其成为一个受欢迎的选择。其他锂电池包括锂离子聚合物、锂钴、锂锰、锂磷酸盐和钛酸锂。

碱性电池是一项古老的技术。碱性电池有AAA, AA, C, D, N和9伏(V)，由锰氧化物和金属锌的反应提供动力。有些品种是可充电的。由于其可用性和成本，碱性电池是一种流行的选择。

铅酸电池采用硫酸电解液。这些体积较大的电池通常用于汽车、高尔夫球车、电动自行车等。一个12v的汽车电池内部有6个铅酸电池，每一个产生2v。虽然它们在较低的温度下工作得很好，但它们的寿命适中，而且容易受到腐蚀。

其他的电池选择包括镍镉，镍金属氢化物，氧化银，锌空气和锌碳等。

要了解不同类型的电池和电力使用情况，了解如何测量它们是很重要的。相关指标为电流(安培或安培)、电压(伏特)和功率(瓦)，用代数表示为:

安培=瓦/伏特

伏特=瓦/安培

瓦特=伏特*安培

把安培看作负载，负载是用电阻(欧姆或Ω)。用另一种方式考虑负载，想象你驾驶一辆电动摩托车上坡。它会比你在平地上行驶时更快耗尽电池。说它“降下来”是指它的电压不是降至零，而是降到了不能再提供足够电压给设备供电的水平。测量电池的存储量叫做负责，以毫安计。

未来的IOT电池和替代品

今天，研究人员和公司正在测试新型电池和电池替代品，以及调整物联网设备消耗电力的方式。

例如，丰田正在研究一种固态硫化物超离子导体电池，这种电池可以在3分钟内充电，而韩国的研究人员正在研究不锈钢电池，这种电池可以为手机供电一周。

研究人员还在用其他金属和化学物质来做电池电解质，包括铝、泡沫铜基材、锂硫和钠离子。另一家公司用石墨取代了锂离子。这种石墨烯聚合物电池的充放电速度比锂电池快近33倍，比能量为1000 Wh/kg，而锂离子电池的比能量为100 ~ 250 Wh/kg。据报道，石墨烯聚合物电池可以为电动汽车提供近500英里的动力。

其他新电池技术包括薄膜固态电池，这种电池可以灵活地用于消费者物联网设备和可穿戴设备，如智能手表、智能眼镜、耳机、智能服装等。

传统的化学能储存能量的方法也在更新。一个电容器因其储存电荷的能力而得名，用来储存静电。超级电容器虽然是一个古老的概念，但相对来说还是个新概念。超级电容器可以快速充电，但由于重量和成本的关系，它并没有获得多大的吸引力。例如，2.7 V的麦克斯韦D电池价值约20美元，重60克。超级电容器的另一个缺点是无法长时间保持电量，每天会损失高达25%的电量。

物联网电池真的有必要吗?能源收集技术正在成为一种替代物联网电源。研究人员早就知道能量可以由光、运动、温度差和运动产生。一些公司，如PsiKick和EnOcean，开发了无电池的物联网技术，由室内和室外太阳能、无线电波、热和振动提供动力。这种功率，结合超低功率物联网设备设计，提供了电池的替代方案。

然而，仅将能源收集用于电力物联网是争论的热点话题，反对者批评这种电力的可靠性和可用性。

为了缓解这些担忧，企业正在联合力量用电池收获能量。例如，Jennova公司建立了一个与任何能量收集传感器兼容的电源管理电路，提供了一个电池备份，使设备能够保持70%以上的电池容量。大气技术公司是另一家利用能量收集来补充所谓的“永久”电池的公司。

标准和公司正在努力降低物联网系统的功耗，从而降低电池的压力。使用低功耗通信协议，如Zigbee、Z-Wave或BLE，以及低功耗网络，如洛拉(长期)窄带物联网，有助于减少传输数据所需的能量。公司还在构建传感器和设备，这些传感器和设备消耗更少的电源。例如，Silicon Labs提供了一种设备组合，可为电池供电的机器设备削减一半的Wi-Fi电源。

其他的能量收集技术利用的是电磁辐射的能量。例如，一个“捕鼠器”能量采集器可以从-11分贝-毫瓦的无线电功率产生5v的输出。

2015年，华盛顿大学研究人员证实了收集能量的能力通过无线网络使用电磁并提出了一种无线网络供电标准。他们演示了，通过一个原型智能家庭路由器发送持续的流量，从而产生稳定的电力流，Wi-Fi可以为28英尺外的镍电池和锂电池充电，然后用这些电池为温度传感器和摄像头供电。

最近，麻省理工学院的研究人员开发了一种射频收割机，这是一种整流天线，可以覆盖大多数未经许可的工业、科学和无线电波段，包括Wi-Fi。利用二硫化钼和柔性Wi-Fi天线，整流天线可以在Wi-Fi波段收集电子辐射的无线能量。

纳米技术也在制作侵入电池空间。加州大学欧文分校的研究人员发明了一种nanowire-based电极它将金纳米线包裹在二氧化锰的外壳中，外壳上覆盖着一种类似有机玻璃的凝胶电解质。在一项测试中，该电极在三个月内被充电20万次，没有任何容量或电力损失，也没有任何电线断裂。

许多这些概念仍在研究阶段，因此在我们在IOT空间看到它们之前可能有一段时间。然而，研究人员正在采取措施，不仅彻底改变物联网电池，而且可能取代它们。

额外的完沃克罗。