Defining Modular Power Systems in the Context of Wearables

התועלת של מכשיר לביש הוא ישירות tethered ליכולתו להישאר מופעל לאורך היום של המשתמש.אדריכלות כוח מסורתית מסתמכת על סוללות ליתיום-פולימר (Li-Po) אשר הוא מחווט קשה עד היום של המערכת הראשי של מערכת ההפעלה, בעוד עיצוב זה מפשט ייצור ובטיחות מים, הוא יוצר תקרה נוקשה על חיי התפקודיים של המכשיר וגמישות מודולרית באופן עצמאי, אשר יכול להיות מוחלף על ידי פונקציות סטנדרטיות של מערכת ההפעלה, או סטנדרטית של תכונות סטנדרטיות.

במהות, גישה מודולרית מקלקלת את מקור האנרגיה של המכשיר אלקטרוניקה הליבה של המכשיר.זה מושג באמצעות ארכיטקטורת ברמת מערכת הכוללת ערכת סוללות נשללה או נגיש למשתמש, ממשקי חשמל סטנדרטיים (כגון pins pogo או מחברים מגנטיים), ועיגול חכם ניהול כוח משולב (PMIC) שמתנהל משא ומתן על כוח בין המכשיר הראשי לבין מרכיביו המודולאריים זה כדי להתאים את מקור כוחם, במקום להגדיר את מקור כוח יציב, במקום להגדיר את מקור כוח.

אדריכלות מודולרית

מערכת כוח מודולרית חזקה עבור לבישים מסתמכת על כמה מרכיבים מרכזיים הפועלים ב-Unison.הגורם העיקרי הוא תא הסוללה מודולרי עצמו, אשר עשוי להיות שוכן בשקיקה נוקשה עבור עמידות או תוכנן כמשכת גמישה לאינטגרציה.המחבר הוא קריטי באותה מידה, הדורש מנגנון קידוד אבטחה מאובטח במהלך תנועה קפדנית תוך שמירה קלה על השימוש, בסופו של דבר, מכיל את יכולת תקשורת אופטית של דבר, המאפשרת של מערכת אבטחה בודדת של טיפול אופטית, כדי להתאים את יכולת תקשורת יעילה, והתאמה אישית, כדי להתאים את מערכת אבטחה של מערכת אבטחה, אשר מאפשרת זיהוי מערכת אבטחה של מערכת אבטחה של מערכת אבטחה, אשר מאפשר זיהוי מערכת אבטחה של מערכת אבטחה, אשר מאפשר זיהוי מערכת אבטחה של מערכת אבטחה של מערכת אבטחה של תפקוד גוף יעיל של תפקוד גוף מוסמך, לעתים קרובות, אשר מאפשר זיהוי מערכת אבטחה בודדת, אשר מבטיח, לעתים קרובות, אשר מאפשר זיהוי מערכת אבטחה של מערכת אבטחה של מערכת אבטחה של מערכת אבטחה של מערכת אבטחה של מערכת אבטחה של מערכת אבטחה של מערכת אבטחה של מערכת אבטחה בודדת, אשר מבטיח מערכת אבטחה סטנדרטית, אשר מבטיח מערכת אבטחה סטנדרטית, אשר מבטיח מערכת אבטחה, אשר מבטיח מערכת אבטחה, לעתים קרובות, אשר מבטיח מערכת אבטחה בודדת, אשר מבטיח מערכת אבטחה בודדת, לעתים קרובות, אשר מבטיח מערכת אבטחה

עקרונות עיצוב מרכזיים: שינוי ו Scalability

שני עקרונות הליבה שולטים בעיצוב של מערכות אלה. Interchangeability מבטיח כי מודול מרוקן יכול להיות חילופי בצורה חלקה עבור אחד טעון לחלוטין ללא צורך כלים מיוחדים או לסגור את המכשיר (חם-swapping) Scalability מאפשר למערכת לקבל מודולים של יכולות שונות או כימאים בתוך אותו טביעת רגל פיזית.משתמש יכול לבחור מודול דק, נמוך לחבושות יומיומיות וגמישות גבוהה יותר עבור מודול יעיל של מערכת הפעלה פשוטה.

פריצות דרך וחדשנות שמצמצמצו את הנוף

המעבר מהרעיון למציאות מסחרית מואץ על ידי מדע חומרי משמעותי ופריצת דרך הנדסית חשמלית.החידושים האלה מתייחסים ישירות להסכמי הסחר ההיסטוריים בין מודולריות, גודל, משקל, עמידות שפעם הפריעה לאימוץ בתבשים.

מודולים סוללה גמישים ופורשים

סוללות לבישיות מוקדמות היו בלוקים קשיחים שהכתיבו את גורם הצורה של המכשיר.ההתפתחויות האחרונות באלקטרוליטים של מדינת מוצק וטכניקות פיזור סרטים דקים אפשרו לייצור תאים שניתן לכופף, לסובבים, ולעמוד על הגוף האנושי.אלה מודולים גמישים אלה יכולים להשתלב ישירות ברצועות שעון, פסים ראש, או בד של בגדים חכמים.

Hot-Swappable Power Cartridges ו- מגנטיק Packs

עבור מכשירים שבהם אפס זמן הוא קריטי - כגון צגים רפואיים או ראשי תקשורת מקצועיים - מחסניות כוח חם-יבש הופיעו כפתרון מעשי.מערכות אלה לנצל מחברים מגנטיים לנצנצנצ'ינג המאפשר למשתמש ל detach מחסנית מחוספסת ונספח אחד טרי בתוך זמן שני, כל בעוד המכשיר ממשיך לפעול על שבבים פנימיים קטנים או חדשנות בעיצובים מתקדמים, יכול כעת להתמודד עם בעיות ארוכות טווחיות.

Resonant and Over-the-Air Wireless Charging

בעוד טעינה חוטית נותרה נפוצה, מערכות כוח מודולריות יותר ויותר עם מודולים טעינה אלחוטית מתקדמים כי לפשט את תהליך הקידוד של המערכת האקולוגית כולה. Resonant inductive טעינה, סטנדרטי תחת פרוטוקולים כמו FLT:0Qi2FLT:1, מציעה מרחבים מרחביים גדולים יותר, המאפשר למשתמש להציב מטען ללא היערכות מדויקת יותר, על פני השטח הפנימי ( ⁇ ) וניתן להזיזוע"ל להחלפתו של כלי רכב פנימיים).

מודולים של אנרגיה היברידית

אולי החדשנות הטרנספורמציית ביותר בכוח מודולרי היא שילוב של רכיבים קציר אנרגיה שמשלמים כוח מהסביבה והפיזיולוגיה של המשתמש.מודולים אלה נועדו להשלים את הסוללה העיקרית, להאריך את זמני הריצה בין האשמות חיצוניות.

  • (FLT:0) גנרטורים אנדרומואלקטריים (TEGss): 1:1 אועד את הטמפרטורה שונה בין העור (כ 32-34 ° C) ואוויר נוח לייצר מיקרו-וואטאז' מתמשך. מראש בחומרי TEG גמישים שיפרו את היעילות עד לנקודה שבה מודול של כף יד יכול לייצר 20-50 מיקרו-וואט לסנטימטר רבוע, מספיק עבור חיישן נמוך.
  • (FLT:0) ,Pitazoelectric Harvesters:cioFLT:1 לכידת אנרגיה מתנועת הגוף. מודרני מקצירים מבוססי MEMS הם קטנים מספיק כדי להתאים למודולים המהדהדים עם התדר הטבעי של הגאה האנושית או נדנדה הזרוע, מה שממיר אנרגיה קינטית לתוך זרם חשמלי.
  • תאים סולאריים גמישים:0 (צילום: 0): 10FLT:1 ; תאים סולאריים גמישים, צבעים-רגישים יכולים להשתלב לתוך פני השטח העליון של מודול חשמל או ארוג לתוך פס. בעוד אור מקורה מניב זרמים נמוכים, אור שמש ישיר יכול לספק עלייה משמעותית עבור בגדי ספורט בחוץ.

מודולים אלה משולבים לעתים קרובות עם סוללה קטנה או supercapacitor בתוך אותה החבילה, יצירת רשת מיקרו-אנרגיה המכילה עצמי. סקר שפורסם לאחרונה ב FLT:0 אלקטרוניקה טבע אלקטרוניקה FLT:1 מדגיש כי ההתכנסות של אלקטרוניקה נמוכה כוח אלקטרוניקה מודולים קציר יעיל מאפשר אוטונומיה מכשיר לסירוגין, שבו הוא פועל בעיקר על אנרגיה מתפתל.

הערכת היתרונות האסטרטגיים של ארכיטקטורות מודולריות

החידושים הטכניים המתוארים מתרגמים להטבות מוחשיות עבור משתמשי קצה ויצרנים.אימוץ אסטרטגיית כוח מודולרית אינה רק תוספת תכונה; היא מייצגת שינוי יסודי כיצד מכשירים לבישים מעוצבים, משמשים ו unposed של.

תוחלת חיים פונקציונלית וזכות לתיקון

היתרון המיידי ביותר לצרכנים הוא הפחתת הפונקציונליות של המכשיר מבריאות הסוללה.בלבושים חתומה מסורתיים, ההשפלה הבלתי נמנעת של סוללות ליתיום-יון (בדרך כלל מגיעה ל 80% יכולת לאחר 300 מחזורים) הופכת את המכשיר כולו מיושן, גם אם חומרת העיבוד היא פונקציונלית לחלוטין.מערכת כוח מודולרית מאפשרת למשתמש להחליף סוללה מחוסמת עם מודול טרי, באופן מיידי לשחזר את הביצועים האלקטרוניקה הגדלים באופן ישיר, כמו תיקון סביבתי.

אופטימיזציה של כוח-מימון

מקרים שונים של שימוש לכפות דרישות כוח שונות מאוד על תלייה.תיקון רפואי קבוע ניטור גלוקוז בדם דורש הפעלה עקבית, כוח נמוך במשך ימים או שבועות. מציאות מוגברת (AR) מול, לעומת זאת, דורש התפרצויות של כוח גבוה עבור עריכת ועיבוד. מערכות מודולריות מעצימות את המשתמשים כדי להתאים את המכשיר שלהם עבור זרימת העבודה הספציפי שלהם. a Professional באמצעות עונד עבור ניהול צי יכול להשתמש בקיבולת גבוהה עבור מחסנית בלתי אפשרית עבור מחסנית 12 שעות, בעוד אימון זה יכול היה מעדיף ספורטאי קבוע, בעוד אימון קבוע, בעוד אימון קבוע, עם רמת אימון קבוע, בעוד אימון קבוע של 12 שעות עם ספורטאי קבוע, בעוד אימון עם ספורטאי קבוע, בעוד אימון עם ספורטאי קבוע, עם רמת אימון עם ספורטאי קבוע, עם מחסנית קבועה של ספורטאי עם ספורטאי.

חוסן תפעולי וצמצום תקופת הנפילה

ביישומים מקצועיים וקריטיים, ה- downtime אינו אי נוחות; זהו מצב כשלון.מודולים כוח סנופי מאפשרים מודל מבצעי "סביב השעה" טכנאי שירות שדה יכול להחליף סוללה מרוסנת עבור סוללה טעון אחד בשניים, ולא לחדד את המכשיר שלהם לחיוב למשך שעה.עבור לוגיסטיקה ופעולות מתפתלות באמצעות סורקים ותקשורת, זה מתורגם לפרודוקטיביות נמוכה יותר, כמו גלגולי בטיחות תפעוליים, הוא פחות.

ניווט לאתגרי ההנדסה ועיצוב Constraints

למרות היתרונות ברורים, יישום מערכת חשמל מודולרית אינה ללא מכשולים הנדסיים משמעותיים.מגבלות אלה דורשות ניתוח זהיר של סחר חליפין במהלך פיתוח המוצר.

ביקורת: The Water Proofing and Durability Challenge

האתגר ההנדסי העיקרי בכל מכשיר מודולרי הוא שמירה על דירוג גבוה להגנה מפני התקפה (IP) שדרת עבור מחסנית סוללה הוא נקודת כניסה פוטנציאלית ללחות, אבק, הזיעה. Achieving IP67 או תקני IP68 (התנגדות לקידוד ואבק) דורשות כלי גז חזקים, חותם אורינג, ומגעים קורוזוניים-resistantistant.

שמירה על בטיחות ובטיחות

ממשק המחבר הוא נקודה של כישלון פוטנציאלי.המראה הנוכחי גבוה מן המערכת ללבוש כוח-hungry יכול לגרום קשת או overהתחממות יתר אם אנשי הקשר להיות מלוכלך או מקודד. יתר על כן, פרוטוקולי בטיחות חייבים להיות בנוי לתוך המערכת כדי להתמודד עם מודול מלוטש או פגוע. BMS (מערכת ניהול Battery) חייב לתקשר עם המכשיר כדי לאמת את הבריאות של מודולים ובטיחות מצב המאפשרת שחרור מתקדם של מערכת מגע עם מערכת מגע עם מערכת יחסים מתקדמת כמו גם עם מערכת מגע עם מערכת מגע מתקדמת.

רצף התקינה: Prorietary vs. Open Ecosystems

כיום, השוק של כוח ללבוש מודולרי הוא מאוד מפורש. רוב היצרנים לפתח מחסניות קנייניות וממשקים עבור המכשירים הספציפיים שלהם.זה מגביל את היכולת של המשתמש להנפיק מודולים חלופיים של ספקים של צד שלישי ומונע יצירת מערכת אקולוגית אוניברסלית שבה מכשירים מרובים חולקים את אותם קובצי כוח. בעוד עיצובים קנייניים מאפשרים אופטימיזציה מקסימלית של גורם, התעשייה יכולה להפיק תועלת מממשק סטנדרטי, בדומה לממשק USB סטנדרטי עבור דרישות סטנדרטיות סטנדרטיות עבור אופטיות.

עתיד הטרגדיה: העשור הבא של כוח לביש

במבט קדימה, המסלול של מערכות חשמל מודולריות מצביע על מכשירים שאינם רק שמירה עצמית אלא גם אנרגיה אוטונומית יותר ויותר.

סולידריות המדינה Batteries כמו מודול Keystone

הפרסומות הנרחבות של סוללות מוצקות של מדינתיות (SSBs) יהיו רגע מלוטש עבור כוח בעל אופי מודולרי.אסB מציעים דחיסות אנרגיה גבוהה משמעותית (בדרך כלל 2-3x הנוכחית Li-Po), טעינה מהירה יותר, וכימיה בטוחה יותר (אין שוק אלקטרוליטנטי נוזלי), מודול מוצק של אותה כמות של אנרגיה כיום יכול שעון חכם גבוה במשך כמה שבועות על החלפת שוק יחיד, כמו גם עבור מחזור זמן קצר יותר של 5 קפיצה מתאימה של מחזור זמן, 000, 000, 000, 000 מתאים, 000.

ניהול כוח חיזוי ו- AI-Driven Optimization

מערכות מודולריות עתידיות תכלול אינטליגנציה מעבר ללוגיקה פשוטה BMS. Machine Learning (ML) מודלים הפועלים על המעבד הראשי של הישבן או מעבד ניהול כוח ייעודי של ניהול כוח משותף ילמד את דפוסי צריכת האנרגיה האופייניים של המשתמש (ML) המערכת תנבא מתי מודול יהיה מרוקן ומציע חילופים יזום או להתאים את הפרמטרים ביצועים (הבהרת מסך, חיישן) כדי להרחיב את הזמן בהתבסס על פעילות המשתמש הנוכחית, מאנרגיה אקטיבית, לצרכי משאבים פעילים עבור כוח לא יציבים.

לקראת אוטונומיה אנרגיה

המטרה הסופית של חדשנות כוח מודולרי היא להשיג מצב של פעולה כמעט-פרטיבית.זה יהיה לממש על ידי שילוב של מודולים יעילים מאוד של איסוף אנרגיה עם אלקטרוניקה אולטרה-עוצמה אחסון גדול של המדינה אחסון המדינה מוצק המדינה.דמיין כי בעיקר פועל על חום הגוף ואור מתווך במהלך היום, רק הדורש השקעה עליונה ממחסנית מודולרית במהלך תקופות זמן אינטנסיבי של שימוש (GPS), מעקב אחר סביבת חירום משמעותית, תוך כדי הפעלת כוח הפעלה מהירה.

החידושים במערכות כוח מודולריות משנים באופן יסודי את הקשר בין המשתמש לבין המכשיר לביש שלהם.על ידי הפיכת הסוללה מרכיב חד פעמי, חד פעמי למשאב גמיש, אינטליגנטי, ומשתנה, מערכות אלה מאפשרות דור של מכשירים המסוגלים יותר, יציבים יותר, ובסופו של דבר יותר בר קיימא. כמו מדע חומרים ואלקטרוניקה כוח להמשיך להתבגר, הגישה מודולרית תהפוך לאדריכלות סטנדרטית עבור משתמשים רגילים, חופשיים, חופשיים, ממעבדים, ומשחררים של עריצות של משתמשים מדי יום.