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从柔性电池到能量收集:为可穿戴设备供电的崎岖之路

随着数字健康应用的增多,医疗可穿戴设备市场蓬勃发展,越来越多的人能够在家监测自身健康状况。

智能可穿戴贴片需要不显眼的小型电源来运行,而且电源还得具备柔性,这颇具挑战。不过,柔性电池技术正迅速发展。

根据IDTechEx的一份报告,从2014年开始,该技术随着可穿戴设备市场的增长而发展。但它最初并不是令人满意的,因为“早期的柔性电池往往是薄膜式、印刷而成,通常不可充电,且容量和功率较低”。

可充电电池是新型柔性电池技术的有前景的发展方向之一。可充电电池技术包括锂聚合物(LiPo)电池,它能实现灵活的电池设计,可塑造成适合小型可穿戴设备的形状。

通过标准实现安全性和柔韧性

IEC发布了众多标准,这些标准有助于明确这些技术的安全性和效率。从可穿戴设备最常用的锂离子电池的安全性和性能标准开始,IEC/TC 21(IEC第21技术委员会)发布了IEC 63370标准,以确保锂离子电池和充电系统的安全。IECEE(IEC电工设备和元件合格评定方案体系)是IEC管理的四个合格评定体系之一。它实施着一个测试电池的安全性、性能、组件互操作性、能效、电磁兼容性和有害物质的计划。

IEC/TC 119包含了对柔性电子设备的部分标准化定义,明确了用于生产柔性可穿戴设备的新型柔性材料和印刷技术。IEC/TC 47发布了许多与可穿戴设备中广泛使用的传感器相关的标准,并制定了IEC 62951-2《涉及柔性和可拉伸的半导体器件》标准。IEC还成立了一个专门规范可穿戴设备的委员会,即IEC/TC 124。

能量收集面临的挑战

可穿戴设备的能量收集技术正在引起大量关注。无论是通过人体运动、热量还是汗液来获取能量,自供电设备都引起了科学界的广泛关注。其好处是显而易见的:不需要任何电池,无论大小,从表面上看,使用人体作为电源似乎特别环保。但研究人员正在努力使用能量收集技术来满足现有可穿戴应用的能源需求。能量水平低、能量效率低以及频繁断电等都是需要克服的挑战。

压电振动能量收集是可穿戴设备的首选能量收集方法,IEC/TC 49负责制定压电技术标准,包括压电、介电和静电设备的相关标准。TC 47制定的IEC 62830-1系列包括评估基于振动的压电能量收集装置性能的方法。

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