유비쿼터스 센싱의 배터리 장애 극복 — 마침내

2021년 9월 27일 

자체 전원 센서가 판도를 바꾸는 이유

사물에 인터넷을 통해 데이터를 전송할 수 있는 컴퓨팅 장치를 장착하는 것은 기업이 운영되고 개인이 생활하는 방식에 혁명을 일으킬 것이라고 수년 동안 약속했습니다. 사물 인터넷(IoT)이 스마트폰, 연결된 온도 조절기, 웨어러블 피트니스 추적기, 심지어 음주 습관을 모니터링하는 물병을 통해 우리의 개인 생활에 분명히 영향을 미치고 있지만 전문가가 예측한 것보다 편재에 도달하는 것이 더디고 훨씬 더 오래 걸립니다. 산업 비즈니스에서 예상보다 더 느립니다.

조 배터리 문제

2012년, IBM은 2015년까지 1조 개의 연결된 기기를 예상 . 세상은 그 숫자에 가까워지지 않았다. IBM의 1조 개 디바이스 예측이 시사하는 바 중 하나는 볼륨입니다. 이는 1조 개의 IoT 센서가 데이터를 수집, 분석 및 전송하는 데 필요한 1조 개의 배터리입니다. 배터리 수명은 현재까지 가장 혁신의 초점이었습니다. VLSI 회로에 관한 2017년 교토 심포지엄에서 발표된 논문에서는 IoT 장치의 배터리 수명을 연장하기 위해 업계에서 연구하고 있는 새로운 방법에 대해 설명했습니다.

업계가 결국 평균 IoT 배터리 수명 10년이라는 목표를 달성했다고 가정해 보겠습니다. 1조개의 장치가 있는 세상에서 매일 몇 개의 배터리를 교체해야 할까요? 정답은 273,972,603입니다. 설상가상으로 업계가 목표에 미치지 못하고 배터리 수명이 2년밖에 되지 않는다면, 이는 지구상의 모든 사람(74억 명)이 5일마다 배터리를 교체한다는 의미입니다.

우리는 매일 10억 개 이상의 배터리를 교체할 수 없습니다. 최상의 시나리오에서도 1조 개의 IoT 장치에 전력을 공급하려면 매일 2억 7,400만 개의 배터리를 교체해야 합니다. 그리고 그것은 이러한 배터리가 모두 10년의 전체 기대 수명에 도달했다고 가정합니다. 분명히 이것은 실현 가능한 계획이 아닙니다.

점심 전에 처음 1억 3,700만 배터리를 교체할 수 있습니까?

자신의 비즈니스에서 IoT를 실제로 활용할 수 있는 방법을 반영하는 실제 용어로 설명하겠습니다.

시설 전체에 10,000개의 산업용 IoT 장치를 배포한다고 상상해 보십시오. 센서는 전략적으로 배치되어 기계 및 장비의 상태와 성능에 대한 실시간 데이터를 전송하고, 다양한 부문의 온도 및 공기 품질을 모니터링하고, 증기 시스템, HVAC 시스템 및 기타 중요한 기반 시설의 상태를 전달하기 위해 누출되었습니다.

10,000개 배터리의 평균 수명이 5년이라는 낙관적인 개념을 가정하면 팀은 매년 대략 2,000개 또는 매일 약 5개의 배터리를 교체하게 됩니다(가정용 연기 감지기 문제를 생각하지만 스테로이드 사용). 우리가 이야기하는 장치의 유형에 따라 배터리 자체를 교체하는 데 각각 몇 달러에서 수백 달러의 비용이 들 수 있습니다. 아마도 더 우려되는 점은 배터리를 교체하기 위해 원격 센서를 찾는 비용이 종종 배터리 자체 비용보다 훨씬 더 높다는 것입니다.

이 모든 것이 기계 엔지니어 협회(Institute of Mechanical Engineers)에서 인용한 2017년 보고서에 따르면 "사물 인터넷이 번성하려면 배터리를 제거해야 합니다 .” 이것이 가장 기본적인 문제입니다. 업계에서는 배터리에 대한 의존도를 완전히 없애는 대신 배터리 수명에 집중하고 있습니다.

배터리가 비용 효율적인 IIoT 배포를 제한하는 5가지 이유

배터리 구동 센서는 수동 유지 관리가 필요합니다.
가장 명백한 문제는 모든 배터리가 결국 교체되어야 한다는 것입니다. 앞서 지적했듯이 방전된 배터리에 액세스하고 교체하는 비용은 이러한 프로세스를 여전히 수동으로 수행해야 하기 때문에 새 배터리 자체 비용보다 리소스와 인력 면에서 훨씬 더 많은 경우가 많습니다. 이러한 빈번한 수동 작업의 필요성은 연결된 센서의 핵심 가치를 즉시 무효화합니다.

제한된 수명으로 인해 업무상 중요한 데이터에 공백이 생길 수 있음
방전된 배터리의 불가피성은 배터리를 검사하고 교체하는 데 필요한 한계 노동력과 자본 자원을 넘어선 결과를 초래할 수 있습니다. 공장의 IoT 센서를 감독하는 팀이 방전된 배터리를 즉시 발견하고 신속하게 센서로 가서 교체할 수 없다면, 공장은 센서가 그 사이에 수집하고 전송했던 모든 데이터를 영구적으로 잃게 됩니다. 설상가상으로 무선 센서 네트워크에서는 주의 깊게 관리하더라도 배터리가 빨리 소모됩니다.

산업 플랜트의 일부 센서는 안전 및 규정 준수에 필수적인 데이터를 기록 및 스트리밍하기 때문에 배터리 수명이 다하면 비즈니스에 심각한 위험을 초래할 수 있습니다.

배터리 수명을 절약하기 위해 센서는 종종 데이터를 덜 자주 전송하도록 구성됩니다.
이상적으로는 산업 플랜트의 IoT 장치(예:시설의 화학 작업 근처에 위치하여 독성 누출에 대한 대기를 지속적으로 모니터링하는 센서)가 데이터를 매우 자주 전송해야 합니다. 1분에 여러 번 업데이트하는 것이 이상적입니다.

그러나 모든 데이터 전송에는 전력이 소모됩니다. 따라서 배터리 수명을 연장하기 위해 많은 IoT 센서가 데이터를 이상적인 것보다 훨씬 덜 자주(때로는 24시간마다 한 번씩) 전송하도록 구성됩니다.

이는 공장 운영자에게 센서가 캡처하는 데이터에 대한 부정확한 그림을 제공할 수 있습니다.

물리적 치수로 인해 센서 기능이 제한될 수 있음
배터리는 종종 IoT 센서 시스템의 가장 큰 부분을 차지하므로 엔지니어가 센서에 추가할 배터리를 선택하는 데 한계가 있습니다. 또한 배터리의 크기, 무게 및 치수는 종종 센서의 유용성을 제한합니다. 이는 배터리의 물리적 특성으로 인해 센서가 수행할 수 있는 애플리케이션 유형과 배터리가 센서 보드에서 공존할 수 있는 다른 구성 요소 및 배터리가 배치될 수 있는 위치(임베디드 위치는 필수 배터리 교체).

가능한 안전 위험 및 환경적 피해
미국 국립 보건원(NIH) 보고서 IoT 센서에 일반적으로 사용되는 리튬 배터리는 "잠재적인 독성 물질로 인해 환경 오염 및 인체 건강에 악영향을 미칠 수 있습니다."

전 세계적으로 배터리 구동 IoT 장치의 지속적인 배포(특히 이러한 장치가 예상대로 수십억 또는 수백억 대가 출시되는 경우)는 특히 우려됩니다.

무배터리 솔루션
산업용 IoT 혁명을 위한 솔루션:완전히 자체적으로 구동되는 무선 IoT 센서를 중심으로 구축된 완전히 개발되고 유비쿼터스한 감지 솔루션에 필요한 모든 구성 요소를 통합하는 종단 간 시스템입니다.

특허받은 새로운 핵심 반도체 및 무선 네트워킹 기술을 통해 장치는 주변에서 수집된 낮은 수준의 에너지로 작동하여 초저전력 작동을 무한정 가능하게 하기에 충분한 전력을 생성할 수 있습니다. 센서는 지속적으로 작동하며 배터리가 필요하지 않습니다.

에너지는 낮은 수준의 실내 태양열, 실외 태양열, 열전 효과(온도 구배에서 생성된 주변 에너지 포착), 압전 재료(예:특정 수정 및 세라믹)의 진동 및 환경을 통과하는 전파. 에너지 하베스팅을 활용하는 다른 "저전력"의 단일 목적 전자 부품과 달리, 새로운 완전한 센서 장치는 여러 센서를 사용하여 일련의 데이터를 수집할 수 있을 뿐만 아니라 해당 데이터를 무선으로 처리, 분석 및 전송할 수 있습니다. 동일한 배터리 더 적은 전력 예산.

자체 전원 공급 시스템을 "영원한 센서"라고 생각하시면 됩니다. 유지 관리나 배터리 잔량 확인을 위해 물리적으로 검사할 걱정 없이 배포할 수 있기 때문입니다.

배터리 문제는 산업용 사물 인터넷(IIoT)의 채택을 방해하고 이전에는 액세스할 수 없었던 실행 가능한 인텔리전스를 생성할 수 있는 퍼베이시브 센싱 기능과 같은 상당한 이점을 산업체에서 박탈했습니다. 이 솔루션은 물리적 센서, 데이터 캡처 및 처리 기능, 무선 통신, 분석 및 보고 소프트웨어 플랫폼과 같은 전체 환경이 진정한 에코시스템으로 작동하도록 설계된 통합 풀 스택 퍼베이시브 센싱 플랫폼입니다. 이러한 혁신은 마침내 기업이 IIoT가 약속한 수조 달러의 가치를 실현하는 데 도움이 될 수 있습니다.

라파엘 레예스 현재 무배터리 무선 센서와 클라우드 분석을 결합하여 종단 간 산업용 IoT 솔루션을 제공하는 기술 회사인 Everactive의 제품 마케팅 이사로 재직 중이며, 여기서 그는 신제품 및 판촉 전략에 대한 고객 중심의 시장 출시 전략을 주도하고 있습니다. 기존 제품의 경우.
Rafael은 제품 마케팅 및 제품 개발 분야에서 10년 이상의 경험을 가지고 있습니다. B2C 및 B2B 기업 내에서 5년의 전략 기획 경험과 5년의 사업부 관리 경험이 결합되어 있습니다.