工程师如何提高新设备的电池寿命？

随着物联网达到新的高度，它的缺点开始显现。物联网的采用在消费者和商业领域都在飞速发展，但随着它变得越来越突出，它需要改进的地方变得更加清晰。物联网电池寿命是这些技术面临的最明显问题之一。

2019 年，全球连接了超过159 亿台物联网设备。专家预计，到 2030 年，这一数字将增加两倍以上，但这种显着的增长带来了问题。最终用户对这些设备的期望会更高，而增加的功能会限制电池寿命，从而影响它们的实用性。

当前物联网电池寿命的问题

物联网电池寿命的裂缝已经开始出现。虽然智能手机可能符合也可能不符合物联网设备的条件，但它们体现了更高功能带来的问题。大多数手机在需要充电之前持续不到 30 小时，而且所有无线功能都已关闭。

物联网的支柱无线通信是一个臭名昭著的能源消耗者。发送、接收和处理无线电信号会消耗大量电力，这些设备处理的数据越多，这个问题就越严重。物联网小工具必须做更多的事情才能发展，但如果它们牺牲电池寿命来增加功能，它们的吸引力就会有限。

物联网设备已经变得比传统替代品更受欢迎。如果它们在更换标准产品时电池寿命没有得到改善，那么许多日常功能就会变得不那么方便。如果您的电子产品在需要充电之前只持续几个小时，那么它们是否是无线的并不重要。

值得庆幸的是，这个问题有一些解决方案。以下是工程师未来如何提高物联网电池寿命的方法。

新的连接标准

由于无线连接是电池寿命问题背后的主要原因，它也是领先的解决方案。如果传输和接收无线数据不需要太多能量，物联网设备的使用寿命会更长。一些新的连接标准为当今流行的选项提供了低功耗的替代方案。

例如，当它变得更广泛可用时，5G 新无线电 (NR) 将比 LTE 网络更节能。在 LTE 网络中，基站在传输前只能休眠不到一毫秒，因为它们需要许多始终在线的信号。5G NR 可以在通知之间休息 20 毫秒，从而实现低功耗睡眠模式。

5G NR 网络目前还远未普及，但它们正在增长。随着物联网设备变得更易于访问，工程师可以设计符合此连接标准的物联网设备，从而节省电力。

唤醒芯片

同样，物联网硬件的最新进展可以延长设备睡眠时间，提高物联网电池寿命。称为唤醒接收器的新芯片仅在必要时唤醒设备，使其长时间处于低功耗睡眠模式。他们通过完全专用于唤醒设备的第二个无线电接收器来做到这一点。

通常，物联网设备需要不断地搜索信号以查看它们是否需要传输数据。使用唤醒芯片，主系统可以在这个超低功耗的专用接收器寻找唤醒签名时休息。收到这个信号后，芯片会唤醒设备的其余部分。由于这是它提供的唯一功能，因此芯片本身不会消耗太多功率。

IEEE 正在将该技术整合到一个称为 IEEE 唤醒标准的新系统中。在某些情况下，这项技术理论上可以将物联网电池寿命从数月延长至数年。

改进的冷却解决方案

物联网工程师可以延长电池寿命的另一种方法是解决设备冷却解决方案。2015 年的一项研究发现，尽管最初的容量有所提高，但许多物联网设备仍在使用的锂离子电池在更高的温度下会更快地退化。更有效的冷却可以防止这种退化，使电池寿命更长。

较新的散热器可以消散数百瓦的热量浪费，使物联网设备保持在最佳温度。这些无风扇解决方案可在不占用太多空间的情况下保持低温，这对小型设备很有帮助。对于更大、更耗电的应用，液体冷却解决方案可能是理想的选择。

目前，对于许多物联网设备来说，热量并不是一个紧迫的问题。随着它们添加更多功能并消耗更多功率，这将成为一个越来越重要的问题。现在研究更好的冷却技术可以防止将来出现问题。

替代电源

一个更直接的解决方案是寻找电池之外的能源。也许无线设备最明显的替代品是太阳能。面板已经为许多户外技术(如灯光和跟踪摄像头)提供动力，并且它们可以为物联网小工具做同样的事情。

如果太阳能一直不是一个实用的选择，设备可以使用面板作为辅助电源。当电池开始失效时，或者当物品感觉到它处于阳光直射下时，它可以切换到太阳能。这将减少电池的一些需求，延长其使用寿命。

一些新兴技术也支持其他无线充电模式。几家公司已经开发出可以在几英尺外为设备供电的充电器，而且它们的效率越来越高。随着时间的推移和技术的进步，这可能是提高物联网电池寿命的潜在解决方案。

更长的电池寿命将释放物联网的全部潜力

更长的电池寿命将使物联网成为传统技术的更可行的替代品。如果收费持续时间更长，消费者和企业可以在更多领域应用这些设备。

物联网电池寿命方面的挑战限制了这些设备的实用性并阻碍了它们未来的发展。相比之下，当物联网产品在需要新电池之前持续更长时间时，它们的采用率可能会飙升。现在寻找这个问题的解决方案可以为未来的成功铺平道路。