工程師如何提高新設(shè)備的電池壽命？

隨著物聯(lián)網(wǎng)達到新的高度，它的缺點開始顯現(xiàn)。物聯(lián)網(wǎng)的采用在消費者和商業(yè)領(lǐng)域都在飛速發(fā)展，但隨著它變得越來越突出，它需要改進的地方變得更加清晰。物聯(lián)網(wǎng)電池壽命是這些技術(shù)面臨的最明顯問題之一。

2019 年，全球連接了超過159 億臺物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。專家預(yù)計，到 2030 年，這一數(shù)字將增加兩倍以上，但這種顯著的增長帶來了問題。最終用戶對這些設(shè)備的期望會更高，而增加的功能會限制電池壽命，從而影響它們的實用性。

當前物聯(lián)網(wǎng)電池壽命的問題

物聯(lián)網(wǎng)電池壽命的裂縫已經(jīng)開始出現(xiàn)。雖然智能手機可能符合也可能不符合物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的條件，但它們體現(xiàn)了更高功能帶來的問題。大多數(shù)手機在需要充電之前持續(xù)不到 30 小時，而且所有無線功能都已關(guān)閉。

物聯(lián)網(wǎng)的支柱無線通信是一個臭名昭著的能源消耗者。發(fā)送、接收和處理無線電信號會消耗大量電力，這些設(shè)備處理的數(shù)據(jù)越多，這個問題就越嚴重。物聯(lián)網(wǎng)小工具必須做更多的事情才能發(fā)展，但如果它們犧牲電池壽命來增加功能，它們的吸引力就會有限。

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備已經(jīng)變得比傳統(tǒng)替代品更受歡迎。如果它們在更換標準產(chǎn)品時電池壽命沒有得到改善，那么許多日常功能就會變得不那么方便。如果您的電子產(chǎn)品在需要充電之前只持續(xù)幾個小時，那么它們是否是無線的并不重要。

值得慶幸的是，這個問題有一些解決方案。以下是工程師未來如何提高物聯(lián)網(wǎng)電池壽命的方法。

新的連接標準

由于無線連接是電池壽命問題背后的主要原因，它也是領(lǐng)先的解決方案。如果傳輸和接收無線數(shù)據(jù)不需要太多能量，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的使用壽命會更長。一些新的連接標準為當今流行的選項提供了低功耗的替代方案。

例如，當它變得更廣泛可用時，5G 新無線電 (NR) 將比 LTE 網(wǎng)絡(luò)更節(jié)能。在 LTE 網(wǎng)絡(luò)中，基站在傳輸前只能休眠不到一毫秒，因為它們需要許多始終在線的信號。5G NR 可以在通知之間休息 20 毫秒，從而實現(xiàn)低功耗睡眠模式。

5G NR 網(wǎng)絡(luò)目前還遠未普及，但它們正在增長。隨著物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備變得更易于訪問，工程師可以設(shè)計符合此連接標準的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，從而節(jié)省電力。

喚醒芯片

同樣，物聯(lián)網(wǎng)硬件的最新進展可以延長設(shè)備睡眠時間，提高物聯(lián)網(wǎng)電池壽命。稱為喚醒接收器的新芯片僅在必要時喚醒設(shè)備，使其長時間處于低功耗睡眠模式。他們通過完全專用于喚醒設(shè)備的第二個無線電接收器來做到這一點。

通常，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備需要不斷地搜索信號以查看它們是否需要傳輸數(shù)據(jù)。使用喚醒芯片，主系統(tǒng)可以在這個超低功耗的專用接收器尋找喚醒簽名時休息。收到這個信號后，芯片會喚醒設(shè)備的其余部分。由于這是它提供的唯一功能，因此芯片本身不會消耗太多功率。

IEEE 正在將該技術(shù)整合到一個稱為 IEEE 喚醒標準的新系統(tǒng)中。在某些情況下，這項技術(shù)理論上可以將物聯(lián)網(wǎng)電池壽命從數(shù)月延長至數(shù)年。

改進的冷卻解決方案

物聯(lián)網(wǎng)工程師可以延長電池壽命的另一種方法是解決設(shè)備冷卻解決方案。2015 年的一項研究發(fā)現(xiàn)，盡管最初的容量有所提高，但許多物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備仍在使用的鋰離子電池在更高的溫度下會更快地退化。更有效的冷卻可以防止這種退化，使電池壽命更長。

較新的散熱器可以消散數(shù)百瓦的熱量浪費，使物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備保持在最佳溫度。這些無風扇解決方案可在不占用太多空間的情況下保持低溫，這對小型設(shè)備很有幫助。對于更大、更耗電的應(yīng)用，液體冷卻解決方案可能是理想的選擇。

目前，對于許多物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備來說，熱量并不是一個緊迫的問題。隨著它們添加更多功能并消耗更多功率，這將成為一個越來越重要的問題。現(xiàn)在研究更好的冷卻技術(shù)可以防止將來出現(xiàn)問題。

替代電源

一個更直接的解決方案是尋找電池之外的能源。也許無線設(shè)備最明顯的替代品是太陽能。面板已經(jīng)為許多戶外技術(shù)(如燈光和跟蹤攝像頭)提供動力，并且它們可以為物聯(lián)網(wǎng)小工具做同樣的事情。

如果太陽能一直不是一個實用的選擇，設(shè)備可以使用面板作為輔助電源。當電池開始失效時，或者當物品感覺到它處于陽光直射下時，它可以切換到太陽能。這將減少電池的一些需求，延長其使用壽命。

一些新興技術(shù)也支持其他無線充電模式。幾家公司已經(jīng)開發(fā)出可以在幾英尺外為設(shè)備供電的充電器，而且它們的效率越來越高。隨著時間的推移和技術(shù)的進步，這可能是提高物聯(lián)網(wǎng)電池壽命的潛在解決方案。

更長的電池壽命將釋放物聯(lián)網(wǎng)的全部潛力

更長的電池壽命將使物聯(lián)網(wǎng)成為傳統(tǒng)技術(shù)的更可行的替代品。如果收費持續(xù)時間更長，消費者和企業(yè)可以在更多領(lǐng)域應(yīng)用這些設(shè)備。

物聯(lián)網(wǎng)電池壽命方面的挑戰(zhàn)限制了這些設(shè)備的實用性并阻礙了它們未來的發(fā)展。相比之下，當物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品在需要新電池之前持續(xù)更長時間時，它們的采用率可能會飆升?，F(xiàn)在尋找這個問題的解決方案可以為未來的成功鋪平道路。