细心的人会发现，现在北京和上海的街头一种橘黄色的可租赁单车多起来——这是一个目前比较火热的单车公司的初创项目，用户只需用手机扫描单车上的二维码即可开锁使用，用完后关上车锁即可，单车会自动将定位信息上传至服务器，供下一个用户搜索使用。这是一个典型的基于物联网的创新商业模式。

仔细观察这个项目时，技术控们会关注到一个技术细节——车锁无疑是整个单车“智能化”的核心，担负着车辆定位、信息交互、用户身份认证等职能，那么作为自由游走在城市之中、无“主人”定期关照的设备，它所需的电能从何而来？充电显然没条件，如果使用电池，日常的更换维护显然是个无法完成的任务。唯一一种可能，就是采用能量采集技术，随时随地从环境中获得所需的能量。

图1，上海街头采用能量采集技术的某品牌单车

该品牌单车公开的信息也证实了人们的猜测：最初的产品使用的是太阳能供电，新一代的产品则是将用户骑行过程中的机械动能转换为电能，支持电子设备的运行。这个现实的案例，让我们体会到能量采集技术发展的潜力，特别是在万物互联的时代，网络规模的增长、网络节点流动性的增强，以及一些“人力”难于触及的特殊应用场景的出现，都会演化成能量采集技术扎根的土壤。市场研究数据显示，能量采集元件市场规模将由2009年的7950万美元发展为2020年的超过40亿美元，年平均增长率超过73%。

从可利用的能量源上看，目前的能量技术分为几类：

1. 光能：利用光伏效应，将光能转换为电能，这算是大家最为熟悉、应用最为成熟的一种能量采集技术。提高能量转化效率、缩小能量采集装置的尺寸、增强设备的鲁棒性，无疑是物联网应用对其新的要求。

   
   

2. 热能：基于Peltier和Seebeck效应，温度差可以产生电势差。文献记载，75℃的温差可以产生高达10mW的能量，相当于30节5号电池产生的能量。这一技术更是让可穿戴设备的开发者兴奋，因为人体本身就可以作为一个热源加以利用，现有的人体皮肤接触热电设备，能在5度温差下产生10-20 μW/cm2的功率。

   
   

3. 机械能：即将物体的形变和移动等机械运动能量转化为电能。目前这类能量采集方法主要有两类：一类是通过压电效应产生电能，另一类是利用物体振动等位移做切割磁力线的运动进而发电。随着MEMS等工艺技术的引入，机械能采集装置在微型化方面已大有长进。

   
   

4. 射频能量：我们生活空间中充满电磁波，随着无线设备的不断增加，有人对射频能量动了心思——通过一个谐振天线，将空间中的射频能量收集起来并加以利用，WiFi热点、手机基站、广播基站等都可以成为能量源。这一方法，最初是应用于RFID标签从RFID读卡器获取能量，现在则越来越趋于民用，虽然离最终的商用还有距离，但相关的实验一直十分活跃。

   
   

5. 静电：微型摩擦电发电机是基于摩擦起电和静电感应原理的能量采集技术，其具有简单、高效、器件结构简单、输出功率高、能量转换效率高等优点，在市场中已经能够看到这一技术“传教士”的身影。

不过，上述的种种方法只是“捕获”了能量，而这些微小的环境能量并没有被“驯服”，它们电流小、不连续、不稳定，这些“野性”只有通过整流、转化、储存等一些列电源管理手段，才能最终变为电子设备使用的稳定电源。这也是TI、Linear Tech、Spansion、Silicon Labs、Cypress等一众IC厂商角力的新战场。

也许有一天，当我们身边基于能量采集技术的“无电池”设备多起来时，我们终于可以潇洒地对着曾经束手束脚的电池，说一声“再见”了。

表1，主要能量采集技术

图2，能量采集系统框图