您的無線物聯網設備計劃已全部設置：識別傳感器，選擇超低功耗處理器，并確定無線連接格式，協議和頻段（圖1）。還有一件事：確保有足夠的可靠電力使這個物聯網設備無人值守地運行，并且在應用程序需要的時候。物聯網設備是設計上的功率誤差，因此提供所需的少量功率應該不是什么大問題，對吧？

圖1：通用物聯網設計的大大簡化的系統級框圖顯示了其三個“外部”連接：傳感器（或傳感器），直流電源和無線端口連接（天線）。

與大多數工程決策一樣，答案并不簡單。根據安裝的具體情況，有許多可能的設備供電選擇：附近的交流線路，可用的直流電軌，能量收集或電池。前兩個選擇要求物聯網設備保持連接狀態;第三個具有更大的自由度，但物聯網設備仍然受到收獲傳感器放置的限制;只有電池選項提供最大的放置靈活性，但需要更換，

AC線：這似乎是最簡單的選擇，因為它可以根據需要提供盡可能多的功率。問題是它需要一個AC/DC轉換器。該AC/DC轉換器可以是購買的外部單元（甚至是基本的“墻壁疣”）;但是這種轉換器可能相對較大且成本較高，并且許多型號的設計或制造不是為了多年的可靠運行。或者，可以在物聯網設備PC板上構建一個小型AC/DC電路，但除了成本和尺寸負擔之外，由于存在線路電壓，這會帶來安全和監管批準問題。

直流導軌：如果要在相關系統中的直流導軌附近使用物聯網，例如在家用電器中，它可能是一個不錯的選擇，因為一個簡單的板載DC/DC轉換器可以很小，很低 - 成本高，可靠。當然，重要的是要確保在物聯網設備需要時為此直流電源供電并且可用，并且不會被用戶無意中關閉或進入靜止狀態，在此狀態下無法提供軌電流和物聯網負載實際需要時的電壓。

能量收集：這通常是一個非常好的選擇，因為它可以是一種無頭痛，中等成本的幾乎“無所事事”的來源。最常采集的能源是振動/動力學（壓電），光伏（太陽能）和熱能（TEC，TEG，熱電堆，熱電偶）。不幸的是，能量收集通常是不切實際的，因為沒有可靠或一致的能量來源被清除，因為許多物聯網設備被放置在黑暗，安靜的地方，并且換能器是可以清除的低效能量源。

如果收獲是一個可行的選擇，那么就有了獨立的IC，它可以相對簡單和便宜地捕獲零星的微量能量，將其引導到存儲元件（超級電容器通常優于可充電電池），并管理其使用。例如，德州儀器（圖2）的bq25570升壓充電器和降壓轉換器是高度集成的能量收集電源的核心。它旨在有效地提取從微瓦到毫瓦的各種高輸出阻抗源產生的功率。電池管理功能可確保可充電電池或超級電容器存儲元件不會被提取的電力過度充電，或通過系統負載耗盡超出安全限制。

圖2：德州儀器（TI）bq25570升壓充電器和降壓轉換器管理從收獲源提取功率，可提供微瓦至毫瓦;它還管理能量存儲組件的情況，以實現最佳性能和保護。

電池：乍一看，這似乎是一個沒有吸引力的選擇，因為電池最終需要更換。但是，如果電池的尺寸和尺寸合適，它實際上通常是最合適的選擇。例如，具有合適容量，特性和制造的鋰電池可以以低成本提供多年的功率，因為鋰具有所有商業可用的電池化學品的每單位重量和體積的最高能量。

許多物聯網設備可以在單個鋰離子電池上運行，新電池的標稱輸出為3.6 V（取決于具體的鋰化學性質），并且仍可提供低至約2.5 V的有用能量。如果物聯網電路需要這些極端之間的穩定軌道，低成本，小型降壓 - 升壓調節器可以解決這個問題。例如，凌力爾特公司的LTC3129同步降壓 - 升壓型DC/DC轉換器（圖3）可在200 mA時提供高達15 V的電壓。它提供降壓和升壓模式之間的無縫轉換，確保在整個輸入電壓范圍內提供穩定的輸出軌。它支持2.42 V至15 V的寬輸入電壓范圍（與單節和多節電池組相稱）和1.4 V至15.75 V的寬輸出范圍。

圖3：凌力爾特公司的LTC3129同步降壓 - 升壓型DC/DC轉換器從降壓模式無縫切換到升壓模式，因此即使輸出電壓源（通常是電池）也能保持恒定的輸出電壓電池參數對物聯網成功至關重要

雖然電池選擇似乎是一個簡單的過程，但物聯網應用有一些特殊的考慮因素，因為它們通常會很長安裝壽命數年甚至數十年。

電池選擇始于眾所周知的標稱輸出電壓（V）和能量容量（mA-Hr）的頂級規格。請注意，具有相同標稱數量的電池（例如流行的2016或2032標識）具有次要因素，這些因素將影響決定使用哪種特定電池和供應商。

電池是一個能量儲存器，然后它“放棄”作為電源。盡管這兩個參數密切相關（功率是能量使用率;能量是功率使用的時間積分），但它們的數量是非常不同的。

將標稱電池電壓與所需供電軌匹配相對容易，但評估所需容量可能很困難。大多數物聯網應用具有非常低的占空比，具有長時間的深度睡眠并且幾乎沒有電流消耗（幾μA是常見的），短時間的活動會使漏極高出許多數量級（在mA電平下）。因此，通常難以準確量化物聯網設備在所需時間段（例如一年）內的總能量需求。

除標稱電壓和容量外，還有其他重要因素選擇超出尺寸，類型和來源的電池時的注意事項。其中包括工作模式，溫度和自放電率：

操作模式：某些電池不是“僵硬的電源”，因此無法提供“脈沖”所需的電源，這意味著它們突然從微安模式轉換為更活躍的毫安模式。這稱為電壓延遲或功率下降，可能導致IoT設備的不穩定運行。

溫度：存儲和工作溫度都是重要因素。工業物聯網設備通常用于熱或冷的位置;消費者設備可能處于更良性的環境中，但可用于室外溫度或安全性聚焦的位置。極端溫度和偏移會影響實際電池容量和壽命。有些電池的設計和規格都適用于寬溫操作，但很多都沒有。即使在不使用物聯網設備時，溫度也是一個潛在的問題，因為它的電池可能在不利條件下運輸或儲存，這會影響使用壽命。

自放電率：這是在應用生命周期方面需要考慮和表征的最具挑戰性的因素之一。標準鋰電池通常具有每年2％至3％的自放電率，即使沒有外部排放，這種化合物也能快速復合并很快產生僅幾年的可行壽命。然而，鋰電池基于類似的化學反應，但使用增強的設計和制造工藝，并且自放電率低于0.7％/年。結果是使用壽命可長達20至40年。

了解一個高端鋰電池，可以看出供應商提供的詳細規格。 Tadiran TL-2450是一款3.6 V主（不可充電）鋰 - 亞硫酰氯（Li-SOCl2）圓盤電池（直徑24 mm，厚5.6 mm，圖4）。它的容量為0.55 Ah，0.5 mA，一直降至2 V.最大推薦連續電流為5 mA，最大脈沖電流能力為10 mA。工作溫度范圍為-55?C至+85?C;該產品具有10年的保質期，即使在長期儲存和/或使用后也可以快速恢復電壓。

圖4： Tadiran TL-2450是一款3.6 V鋰電池，設計使用壽命至少為10年;它帶有用于“半永久性”安裝的焊針，而不是使用可能隨時間腐蝕的電池座。

為了進一步證明這種電池的物聯網配合，有詳細的性能和長期性能數據。例如，圖5顯示了25°C時的放電特性，圖6顯示了在特定條件下的電壓響應與年份的關系。鑒于這些規格，電池帶有引腳應該不會出乎意料，因此它可以焊接到PC板上，而不是使用電池座。

圖5：Tadiran等高端電池的供應商提供了詳細的圖表，例如顯示一系列供電電流的輸出電壓和工作小時數的圖表。注意沒有輸出電壓下垂。

圖6：使用此圖表闡明了電池的使用壽命，該圖表顯示了Tadiran TL-2450在特定工作條件下的脈沖負載性能與使用年限之間的關系。

鋰與堿性：

堿性電池在某些情況下是低成本，廣泛可用且可能可行的物聯網功率選擇。它們可以提供所需的額定電壓和能量容量，但只應在充分理解的情況下使用。這包括更換不是問題或不便的應用（由于它們的高自放電率），只需要工作一年或兩年（它們的壓接密封可能會泄漏），或者它們只會經歷適度的溫度波動（它們的電解質對溫度敏感，不像鋰電池具有非水電解質，因此可以承受更大的溫度波動）。對于大多數物聯網應用而言，鋰電池雖然最初成本較高，但與具有相同額定電壓和能量容量的堿性電池或電池組相比，是首選。