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Energy Harvesting

Überall dort, wo Vibrationen in der Umgebung vorhanden sind, kann diese kinetische Energie umgesetzt werden, um abgesetzte Sensoren mit Strom zu versorgen. Unsere induktiven, kapazitiven und piezoelektrischen Generatoren decken eine breite Palette von Schwingungsfrequenzen und ~amplituden ab.

Die hocheffiziente Extraktion von Umgebungsenergie mittels kinetischer Energy Harvester erfordert applikationsspezifische Schnittstellenschaltungen. Diese Schnittstellenschaltungen gewährleisten den optimalen Betrieb der kinetischen Energiewandler sowie die effiziente Speicherung der extrahierten Umgebungsenergie in einem Speicherelement wie zum Beispiel einem Doppelschichtkondensator oder einer wieder aufladbaren Dünnschichtbatterie. 

Interface

Optimiertes Energy Harvesting von Vibrationsenergie
mittels piezoelektrischem Energiewandler und Schnittstellenschaltung

Die von uns entwickelten integrierten Schnittstellenschaltungen in CMOS Technologie berücksichtigen die unterschiedlichen Energiewandlungsprinzipien der kinetischen Energy Harvester und werden daher speziell an deren Eigenschaften angepasst. So kommen zum Beispiel für piezoelektrische Energiewandler andere Ansätze zur Extraktion der Energie zum Einsatz als für elektromagnetische Energiewandler. Diese an den jeweiligen Typ angepasste Energieaufbereitung ermöglicht die Realisierung von hocheffizienten Energieextraktionseinheiten bestehend aus Energy Harvester und Schnittstellenschaltung.

Der Fokus unserer Arbeit liegt auf der Entwicklung energieautarker hocheffizienter adaptiver Schnittstellenschaltungen, welche sich veränderlichen Umgebungsbedingungen wie zum Beispiel der Änderung der Vibrationsfrequenz, der Anregungsamplitude oder der anregenden Signalform anpassen. Diesbezüglich untersuchen und verwenden wir Schaltungstechniken für niedrigste Versorgungsspannungen und Leistungen (engl. ultra low-voltage, ultra low-power), welche einen zuverlässigen Betrieb unserer Schnittstellenschaltungen bei variierenden Versorgungsspannungen über einen weiten Spannungsbereich auch bei geringsten Eingangsleistungen garantieren.

Foto-EH-Chip

Chipfoto der Schnittstellenschaltung

Des Weiteren zielen unsere Forschungsaktivitäten darauf ab, elektronische Einheiten wie zum Beispiel kabellose Funksensorknoten ausfallsicher und Wirkungsgrad optimiert mittels Energy Harvesting zu betreiben. Dieser Ansatz verlangt spezielle Spannungswandlungseinheiten, welche mit minimaler Eigenleistungsaufnahme applikationsspezifische Spannungspegel generieren und für veränderliche Laststromprofile ausgelegt sind. Eine Energiemanagementeinheit bestehend aus einer hocheffizienten Schnittstellenschaltung sowie einer hocheffizienten Spannungswandlungseinheit ermöglicht somit den Betrieb energieautarker elektronischer Einheiten, welche vollständig aus der Umgebung mit Energie versorgt werden.

Energy Managment

Einheit zum Energiemanagement bestehend aus Schnittstellenschaltung
und applikationsspezifischer Spannungsregelung

 

Aktuelle und abgeschlossene Projekte im Forschungsbereich Energy Harvesting

Benutzerspezifische Werkzeuge