其中，藉無線管道傳遞資訊時，由於不需要配線設備，與有線相比安裝場所的自由度極高，故作為機器對機器(M2M)、家庭能源管理系統(HEMS)、建築能源管理(BEMS)乃至物連網(IoT)等領域必不可少的技術，而越來越受關注。如此透過無線進行資訊通信的感測器節點，即稱為無線感測器節點，其電源供應方式則為本文欲探討的主題。
小量且穩定供應、可重複充電為主要考量
無線感測器節點由電池、感測器、無線通訊晶片、天線、單晶片微控制器等元組件構成，其要求是必須從安裝後獨立持續工作，直至電源耗盡，如圖1所示。無線感測器節點主要有4個功能：提供電氣能源的電源部位、感知物理量轉換成電氣信號的感測器部位、演算處理感測器信號的計算部位、將處理的資料進行資料傳輸的無線通訊部位等。
一般來說，無線感測器節點的電源供應方式是透過蓄電元件之使用，比如電池；而電池又能細分為無法充電之一次電池(錳電池、鹼錳電池、氧化銀電池、鋰電池等)，以及可反覆充電使用之二次電池(鉛酸電池、鎳鎘電池、鎳氫電池、鋰離子電池)。此外，大容量電容器中具有代表性的超級電容，也是可反覆充電的蓄電元件的一種。
使用一次電池可構成成本比較低的系統，但是需要預估耗電量，且定期更換電池；特別是以大型感測器網路來說，考慮到其需要大量感測器節點電池，更換、維護作業便會異常困難。為解決此類問題，近年來我們一直在嘗試將發電元件與可充電的蓄電元件(二次電池)組合，通過進行發電並儲存在蓄電元件中，可實現無需更換感測器節點用電源，即能量採集。
目前，我們正在研究利用日光、振動及熱等自然能源方式的發電元件；考慮到可能會搭載到小型設備上、需較輕薄的尺寸，只能確保提供少量能量。因此對於蓄電元件來說，即使是很小的發電量也能確保充電，且需要持續長時間保持不浪費能量的功能；此外還要求即使循環充放電，性能劣化也得很少。各種二次電池和超級電容都有長處和短處，事實上能夠完全滿足能量收集適用條件的少之又少。
鈦酸鋰做陰極材料 UMA更長壽、安全、有效率
為解決前段所敘述之能量收集用蓄電裝置課題，促使村田研發出小型能源裝置–UMA系列。相較傳統的鋰離子電池(LIB)，此系列裝置是在陰極材料上使用鈦酸鋰的新型鋰離子二次電池；通過更新材料系列，實現了一般的LIB無法實現的高速率充放電、使用壽命長、不發生熱失控的安全性。
產品規格如表1所示：圓柱型(UMAC)容量3mAh、公稱電壓2.3V、最大連續放電電流30mA(10C)；薄型層壓型(UMAL)容量24mAh、公稱電壓2.3V、最大連續放電電流120mA(10C)。1C表示電池容量一小時內可以完全放電的電流值，3mAh時，1C相當於3mA。
普通LIB的最大連續放電電流大約1C左右，適合於具有10倍功率密度，節省空間，想要確保30mA左右電源時。此外，通常給LIB充電時，安全考慮需要控制充電電流，花費時間長；UMA系列充電時無電流限制，可恒定電壓充電，適用於需要急速充電時。
本公司認為，無線感測器節點的蓄電元件需具備以下4個特性：
循環壽命長
為廣泛收集資訊，需要在各式各樣的地方安裝多個感測器節點，這讓更換電池、定期進行維護等作業耗費大量時間和成本。對此，UMA系列可望提供另一種解方–以UMAC為例，其充放電循環的放電容量維持率如圖2所示，假定一次放電率為50%的話，即使在進行5,000次充放電循環後，也能維持90%以上的容量；如果放電量比假設的少，那循環壽命將更長。假設5,000次、每天放電1次的話，大約等於13年，有助於降低感測器節點的維護需求。
可藉微小電流長時間穩定充電
以具有代表性的太陽電池發電元件來說，其發電量是很小的，故產生的稀少能量須毫不浪費地長時間維持供應。UMAC的充電容量保持率如圖2所示，5μA時的充電特性如圖3右所示。其充電完成後放置90天仍能保持88%的容量，換算成漏電流的話，是0.17μA左右的極小漏電流。此外，即使是用5μA的微小電流也能100%充電。如此，即使發電元件的發電量很小，也能確保充電，毫不浪費保持發電獲得寶貴能源。
可直接驅動系統之高速率放電特性
如果蓄電元件不能提供系統峰值負載的話，即使能夠蓄電，也需要電容器等的峰值輔助元件，系統就會變得複雜。UMAC能夠進行30mA的放電，所以可作為BLE和ZigBee等近距離無線電源直接驅動負載；如果是無線通訊等間歇工作的話，因為ESR很低，所以即使是-20℃也能長時間獲得30mA。因此，對於LIB不擅長的低溫放電，UMAC也可以在寒冷的屋外使用，其-20℃環境下脈衝放電30mA時的電壓波形如圖4所示。30mA10m秒的ON時間、週期30秒的脈衝時，UMAC可進行100小時以上的脈衝放電。
充電開始後可直接使用
電容器蓄電的電荷量和電容器兩端電壓成正比，所以從開始充電到系統可以使用之間會有時間滯後。一方面，UMA系列是鋰離子電池，所以通過數%的充電，公稱電壓可以達到2.3V，故可在充電的同時直接使用系統。
關於該特性，本公司網站上有解說，感興趣的讀者可以參照。最後，解說的特性如表2總結所示。
超級電容同樣不容忽視
與電池相比，超級電容具有非常長的循環壽命，可進行電池無法支持的高輸出放電，故可直接驅動高輸出通信系統，可以說是適合遠距感測器網路的蓄電元件。
村田的超級電容有小型、薄型等特性，且具業界超高水準的功率密度和能源密度，可進行電池無法支持的高輸出放電。其產品陣容如表3所示：DMT系列可用於周圍溫度高達85℃，是適合長期用於高溫環境的通用型；DMF系列低ESR，是適合更高峰值輔助的高輸出型。無論哪種類型，最高都能支援10A的放電。
支援無線感測器網路之通信距離的解決方案則如圖5所示。
感測器網路節點的普及是感測器網路發展的一部分，它提高了安裝的自由度，可實現免維護的能量收集。村田的小型能源裝置和超級電容是具有無線感測器節點所需特性的蓄電元件，故本公司不斷挖掘產品長處、擴充產品陣容，不斷為客戶提供方案，為即將到來的IoT時代貢獻自己的力量。
