在智慧城市建设进程中，市电与电池是当前应用最为广泛的两类供电模式。其中，市电具备持续稳定供电的优势，能够满足大功率终端的长期运行需求，但该模式对城市建设规划布局存在较强依赖性，且额外产生的建设成本较高；电池供电则属于一次性投入模式，其使用周期可提前预判，不过需定期开展更换与维护工作，后期会产生高额人工成本，更适用于低功耗、部署数量大且具备便携拆卸需求的终端设备。

然而，电池在实际应用中不仅面临环保合规要求，还存在维护费用高昂、使用寿命有限等突出问题。而微能量采集技术的出现，恰好对电池供电的不足形成了有效补充，为智慧城市供电提供了新的解决方案。

微能量采集技术，是指通过专业的能量转化技术，从周边环境中捕获取之不尽、用之不竭的能量并转化为电能，进而作为电源为各类终端设备供电的技术类型。

一、技术架构设计

微能量采集和管理系统的核心功能是实现环境能量到电能的转化，并对电能进行实时监测与高效释放，最终为下游传感器、通信模块等终端负载提供稳定供电。该系统主要由三大核心部分构成：微能量采集模块、能量管理模块以及集成负载（含通信模块、传感器等）。

微能量采集模块包含多种能量采集装置，常见的有太阳能电池板、温差发电片、按压发电模块、振动发电模块等，可根据环境能量类型灵活选型；能量管理模块是整个系统的核心单元，负责电能的统筹管控；而微能量采集模块、通信模块、传感器等组件，均可依据实际应用场景与行业具体需求进行针对性调整，具备较强的适配性。

二、能量管理模块

能量管理模块通过专用芯片实现电量监测、采集与智能管控，其核心设计思路包括三个方面：一是对环境能量采集获得的电量进行实时监测，合理分配电能用于负载电路供电与储电装置充电；二是优化放电管理策略，最大限度提升电量利用率；三是保障供电稳定性，满足终端设备运行需求。

该模块的核心部件通常为微能量采集电源管理芯片，由于需要适配弱光等复杂环境下的能量采集需求，芯片需具备极低的冷启动电压。长期以来，国内此类芯片依赖进口，典型代表如 TI 的 BQ25570 芯片。

随着国内芯片产业的快速崛起，国产微能量采集 PMIC 已实现量产突破。以米德方格的 MF9006 芯片为例，该芯片集成了电量管理、充放电管理、储能器件管理等多功能于一体，是一款专为微光收集场景设计的管理充电芯片。其冷启动门槛极低，可在输入电压低至 400mV、功率低至 15μW 的场景下启动运行；启动后能够通过太阳能电池板等光能量转换装置获取直流电，为可充电电池或超级电容器等储能元件充电，同时通过两个 LDO 稳压器为不同负载提供稳定工作电压，适配性与实用性较强。

三、集成负载

系统配置的低功耗传感器、微处理器等组件，均实现了微瓦级能耗水平，有效降低了整体供电压力。在所有负载中，通信模块是能量消耗的主要部分。目前，以中国移动 NB-IoT 为代表的低功耗广域网模组已达到超低功耗标准，以 NB-IoT 模组 M5312 为例，其工作状态下的能耗为 100~500mW（具体取决于网络信号强度），平均能耗约 200mW；热启动模式下，一次完整通信流程（从唤醒、网络注册、数据传输到休眠）的平均时长为 15~30s。

当前，各类微能量采集方式的供电能力与适配通信方式已形成明确对应关系（相关对应关系如图所示），可为实际应用中设计可行的微能量采集供电解决方案提供重要参考。

四、行业应用研究

采用微能量采集技术替代传统电池供电，能够有效减轻智慧城市建设中废旧电池处理的环保压力，同时具备显著的经济优势。

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