電池+能量收集混合電源設計完整指南
在低功耗的物聯網(IoT)裝置和感測網路中,電源系統設計是決定性能、壽命和維護成本的關鍵因素之一。特別是將 電池 與 能量收集 結合的 混合電源設計 ,越來越受到關注,因為它可以同時實現持續供電與環境永續性。 為什麼需要混合電源設計 僅依靠電池供電,長時間運行會縮短更換或充電週期,增加維護成本。另一方面,單純依靠能量收集,輸出功率可能不穩定。將兩種方式結合,能同時確保 電力穩定性 與 運行效率 。 核心組成部分 能量收集器 – 根據環境選擇適合的來源,如太陽能光伏(PV)、熱電發電機(TEG)、壓電元件或 RF 收集模組 電池 – 根據容量、壽命和充放電特性選擇鋰離子、鋰聚合物或鈕扣電池 電源管理 IC(PMIC) – 必須包含 MPPT 功能、超低功耗啟動和電池保護電路 儲能元件 – 使用超級電容或備用電池應對峰值負載 設計考量 負載分析 – 測量平均/峰值電流、工作週期和待機電流,以制定電力預算 能源來源特性分析 – 考慮環境變化,如光照、溫差、振動及 RF 強度 充放電效率優化 – 最小化轉換損耗,並採用充放電管理演算法 韌體節能策略 – 在電力不足時調整取樣與通訊週期,並有效利用休眠模式 應用案例 混合電池+能量收集設計已應用於智慧農業土壤感測器、橋樑安全監測設備、工業設備診斷感測器以及災害檢測網路等。特別是在偏遠地區或難以接近的安裝位置,混合電源是必不可少的。 結論 結合電池與能量收集的電源設計 ,能同時滿足長期運行、環境永續性與維護效率的需求。成功設計的關鍵在於充分的環境分析、精確的元件選擇,以及有系統的電源管理策略。