基于鐵電結構的能量捕獲及存儲技術研究.pdf

1、在過去的幾年中,由于期望便攜式設備和無線電設備的電池使用期限不斷增加,促進能量捕獲及存儲領域產生了根本性的發(fā)展。當前的便攜式設備和無線電設備都是由電化學電池提供能源的,電池有限的壽命給使用帶來很多麻煩,必要時需要定期更換電池。至于在電池容量有限的外部場所的情況下,傳感器本身必須很容易獲得能源或允許設備一次性使用很長一段時間。為此,需設計能夠捕捉周圍環(huán)境能量,并將環(huán)境能量轉化為可用電能的電源設備。能量捕獲的理念就是開發(fā)不需替換供電電源的自

2、供電設備。在周圍環(huán)境當中,始終存在著一些可以捕獲的能量,包括廢熱、振動、電磁波、風能、水能、太陽能等等。其中,振動能量是無處不在的,但往往比較微弱或者不夠連續(xù),想要有效的使用它們,就需要將這些能量收集起來,然后轉化處理成設備可用電能,并且存儲到合適的介質當中去。
　　 本文基于鐵電材料的鐵電效應,研究如何高效的將鐵電材料轉換出來的電荷能量收集整理并存儲起來,在需要時為便攜式設備或無線電設備提供能源。關鍵在于收集整理存儲電能的過程

3、中,如何盡可能的減小損耗,提高能量捕獲效率,并最終實現長壽命、高能量密度、集成化等優(yōu)點。本文的側重點是電路結構設計,通過仿真分析和實驗驗證相結合的方法,發(fā)展能量捕獲及存儲技術。
　　 本文分六章,各章的主要研究內容如下:
　　 第1章,概述本課題的研究背景與意義。在綜合能量捕獲及存儲技術研究現狀的基礎上,提出本課題的主要研究內容及研究過程中的特色以及創(chuàng)新點。
　　 第2章,研究如何提高能量捕獲及存儲效率。歸納總結

4、了壓電式能量捕獲及存儲的各種方法,對比各種方法的在不同情況下的優(yōu)缺點,并分析其可實施性。影響效率的幾個關鍵因素包括:壓電材料類型、壓電材料結構、耦合模式、耦合系數、諧振頻率、電路結構、存儲介質等。通過各種方法,改變這些因素,能夠達到提高效率的目的。
　　 第3章,介紹鐵電材料特性;分析鐵電懸臂梁模型。對本研究中所使用的基本材料鐵電體做了大概介紹,主要包括鐵電疇結構及PMN.PT特性,并對鐵電懸臂梁進行了理論分析。
　　

5、第4章,分析能量捕獲及存儲電路結構。對于鐵電材料因應變而產生的電量,必須要進行整流、濾波、穩(wěn)壓幾個步驟,才能為大多數電子設備所用。本章節(jié)內容主要是先使用Orcad電路仿真軟件對幾種整流濾波電路進行模擬仿真,然后選擇合適的穩(wěn)壓芯片和其他電子元件,最后使用Protel電路設計軟件,完成電路結構的整體設計。
　　 第5章,能量捕獲及存儲的實驗研究。搭建鐵電懸臂梁振動試驗臺及基于LabVIEW的數據采集系統。使用設計好的電路結構,對鐵電