C.1 Leistungskonverter für diverse Energiequellen

Paralellisierung verschiedener Energiequellen

Stipendiat/in: Joachim Leicht

Das Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung eines CMOS integrierten Leistungskonverters welcher die Kombination mehrerer Micro Energy Harvesting Prinzipien erlaubt.Dafür stehen unterschiedliche Formen von Umgebungsenergiequellenwie z.B. Vibrationen, Licht oder Temperaturgradienten zur Verfügung. Zur effektiven Nutzung dieser Energiequellen werden im Bereich des Micro Energy Harvestings unterschiedliche mikroskalierte Generatoren und dazu passende Schnittstellenschaltungen mit minimalisiertem Eigenenergiebedarfzur Energieaufbereitung eingesetzt. Typischerweise stehen die unterschiedlichen umgebenden Energiequellen nicht permanent zur Verfügung und liefern auch nicht dauerhaft eine gleichbleibende Energiemenge sondern dies hängt stark von unterschiedlichen Umgebungseinflüssen ab. Ein System welches es nun ermöglicht diese unterschiedlichen Umgebungsenergiequellen bzw. Micro Energy Harvesting Generatoreneffizient und simultan zu nutzen bietet im Vergleich zu einem  Eingeneratorensystem eine höhere Versorgungssicherheit sowie eine Maximierung der Energiegewinnung aus der Umgebung. Ein Mehrgeneratorensystem ist daher ein bedeutender Schritt in Richtung energieautarker Systeme wie z.B. miniaturisierter Funksensorknoten.

 Mehrgeneratorensystem zur Versorgung eines Funksensorknotens

Leistungsoptimierung von piezoelektrischen Vibrationswandlern

Stipendiat: Friedrich Hagedorn

Vibrationsgeneratoren bestehen üblicherweise aus einem Masse-Feder-System und nutzen zur Energieumwandlung ein piezoelektrisches, elektromagnetisches oder elektrostatisches Phänomen. Bei Anregung wird das System sowohl durch die elektrische Energieumwandlung als auch durch die mechanischen Reibungsverluste gedämpft. Die elektrische Ausgangsleistung ist genau dann maximal, wenn die beiden Dämpfungsanteile gleich groß sind. Diesen Fall bezeichnet man auch als Leistungsanpassung. Um den Vibrationsgenerator möglichst nahe dem Leistungsmaximum zu betreiben, ist eine elektronische Wandlerschaltung nötig, siehe Abbildung 1. Für Piezogeneratoren existieren bereits Wandlerprinzipien, welche bei resonanter Anregung näherungsweise das Leistungsmaximum erreichen. Allerdings wird in den meisten praktischen Anwendungen die Anregung des Vibrationsgenerators sehr breitbandig sein. Deshalb ist es Ziel dieser Arbeit, die elektrische Ausgangsleistung frequenzunabhängig zu maximieren.

Abbildung 1: Masse-Feder-Dämpfer-System eines Piezogenerators mit elektrischer Wandlerschaltung und Batterie