Entwicklung und Optimierung eines piezoelektrischen Energy-Harvesting-Systems zur Energieversorgung eines Güterverfolgungssystems im Logistikbereich

摘要

Es wird die Entwicklung und Optimierung eines piezoelektrischen Energy-Harvesting-Systems zur autarken Energieversorgungeiner Güterverfolgungsanwendung im Logistikbereich vorgestellt. Das Energy-Harvesting-System ist zusammen mit einemFunksender an einem zu ortenden Objekt angebracht. Durch Erschütterungen bei Bewegung des Objekts wird solange elektrischeEnergie gewandelt und zwischengespeichert, bis genügend vorhanden ist, um eine ortbare Funknachricht mit derIdentifikationsnummer des Objekts zu senden. Zur Entwicklung des Harvesters werden zun?chst Designkriterien für dieoptimale Geometrie biegebalkenbasierter piezoelektrischer Energy-Harvester anhand analytischer Methoden ermittelt. ImAnschluss wird das Harvesting-System auf die mechanische Anregung und den elektrischen Energiebedarf hin absolutdimensioniert. Um auch das nichtlineare elektrische Netzwerk zur Energieextraktion und dessen Rückwirkung auf denHarvester korrekt zu berücksichtigen, kommt hierbei ein spezieller modal reduzierter Simulationsansatz in Verbindung mitrealistischen Finite-Elemente-Simulationen zum Einsatz. Anschlie?end wird die Energieextraktionsschaltung hinsichtlichihrer Energieextraktions-Effizienz und der Einsetzbarkeit für verschiedene Anregungsszenarien ausgelegt. DieFunktionalit?t des Energy-Harvesting-Systems, bestehend aus Energy-Harvester, Energieextraktionsnetzwerk undFunkschaltung, konnte abschlie?end für verschiedene Anregungsszenarien nachgewiesen werden.