Preview

Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE)

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Доступ платный или только для Подписчиков

Особенности функционирования делителя напряжения для накопителей кинетической энергии и водородных батарей

https://doi.org/10.15518/isjaee.2024.03.071-080

Аннотация

Представлены результаты теоретического и экспериментального исследования бестрансформаторного диодно-конденсаторного делителя напряжения для накопителей кинетической энергии и водородных батарей. Исследовано влияние количества ячеек делителя, длительности цикла, сопротивления нагрузки, обратных емкостей диодов и емкостей дополнительных конденсаторов на максимальное и минимальное напряжение нагрузки в установившемся режиме. Установлено, что при увеличении сопротивления нагрузки коэффициент деления напряжения не сохраняется. В результате при изменении параметров схемы делителя требуется повторная оценка коэффициента деления. Установлено, что такое поведение параметров делителя обусловлено наличием обратных емкостей диодов. Для расчета параметров исследуемых цепей бестрансформаторного диодно-конденсаторного делителя получены аналитические выражения, показано их хорошее согласие с экспериментальными данными. Таким образом, эти выражения могут быть использованы на этапе предварительного проектирования систем, использующих бестрансформаторные диодно-конденсаторные делители напряжения. В целом, проведенный анализ и развиваемый подход позволяют существенно сузить диапазон поиска необходимых параметров системы на этапе предварительного проектирования и сократить время проектирования.

Об авторах

В. П. Драгунов
Новосибирский государственный технический университет
Россия

Драгунов Валерий Павлович -  профессор кафедры полупроводниковых приборов и микроэлектроники, доцент, доктор технических наук
 

 Новосибирск 



Д. И. Остертак
Новосибирский государственный технический университет
Россия

Остертак Дмитрий Иванович -  заведующий
кафедрой полупроводниковых приборов и микроэлектроники, доцент, кандидат технических наук 

 Новосибирск 



Д. М. Казымов
Новосибирский государственный технический университет
Россия

Казымов Дмитрий Максимович -  лаборант-исследователь кафедры полупроводниковых приборов и микроэлектроники 

 Новосибирск 



Е. Ю. Коваленко
Новосибирский государственный технический университет
Россия

Коваленко Екатерина Юрьевна -  лаборант-исследователь кафедры полупроводниковых приборов и микроэлектроники 

 Новосибирск 



Список литературы

1. Shaikh F. K., Zeadally S. Energy harvesting in wireless sensor networks: A comprehensive review // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2016. – Vol. 55. – P. 1041-1054.

2. Lundblad T., Taljegard M., Johnsson F. Centralized and decentralized electrolysis-based hydrogen supply systems for road transportation – A modeling study of current and future costs // International Journal of Hydrogen Energy. – 2023. – Vol. 48, № 12. – P. 4830-4844.

3. Linares J. I., Herranz L. E., Moratilla B. Y. Maximum efficiency of direct energy conversion systems. Application to fuel cells // International Journal of Hydrogen Energy. – 2011. – Vol. 36, № 16. – P. 10027-10032.

4. Jia Y., Xue A., Zhou Z., Wu Z., Chen J., Ma K., et al. Magnetostrictive/piezoelectric drum magnetoelectric transducer for H2 detection // International Journal of Hydrogen Energy. – 2013. – Vol. 38. – P. 14915-14919.

5. Huang X., Zhong T. Hydrokinetic energy harvesting from flow-induced vibration of a hollow cylinder attached with a bi-stable energy harvester // Energy Conversion and Management. – 2023. – Vol. 278, Art. – No. 116718.

6. Hu T., Wang H., Harmon W., Bamgboje D., Wang Z. -L. Current Progress on Power Management Systems for Triboelectric Nanogenerators // IEEE Trans Power Electron. – 2022. – Vol. 37. – P. 9850-9864.

7. Li Z., Yan Z., Luo J., Yang Z. Performance comparison of electromagnetic energy harvesters based on magnet arrays of alternating polarity and configuration // Energy Conversion and Management. – 2019. – Vol. 179. – P. 132-140.

8. Zhou S., Cao J., Inman D. J., Lin J., Liu S., Wang Z. Broadband tristable energy harvester: Modeling and experiment verification // Applied Energy. – 2014. – Vol. 133. – P. 33-39.

9. Wang J., Zhou S., Zhang Z., Yurchenko D. High-performance piezoelectric wind energy harvester with Y-shaped attachments // Energy Conversion and Management. – 2019. – Vol. 181. – P. 645-652.

10. Jeong S. Y., Jung H. J., Jabbar H., Hong S. K., Ahn J. H., Sung T. H. Design of a multi-array piezoelectric energy harvester for a wireless switch // International Journal of Hydrogen Energy. – 2016. – Vol. 41. – P. 12696-12703.

11. Song Y., Yang C. H., Hong S. K., Hwang S. J., Kim J. H., Choi J. Y. et al. Road energy harvester designed as a macro-power source using the piezoelectric effect // International Journal of Hydrogen Energy. – 2016. – Vol. 41. – P. 12563-12568.

12. Kurt E., Cottone F., Uzun Y., Orfei F., Mattarelli M., Özhan D. Design and implementation of a new contactless triple piezoelectrics wind energy harvester // International Journal of Hydrogen Energy. – 2017. – Vol. 42. – P. 17813-17822.

13. Shevtsov S., Chang S. -H. Modeling of vibration energy harvesting system with power PZT stack loaded on Li-Ion battery // International Journal of Hydrogen Energy. – 2016. – Vol. 41. – P. 12618-12625.

14. Scamman D., Newborough M., Bustamante H. Hybrid hydrogen-battery systems for renewable offgrid telecom power // International Journal of Hydrogen Energy. – 2015. – Vol. 40. – P. 13876-13887.

15. Tao K., Lye S. W., Miao J., Hu X. Design and implementation of an out-of-plane electrostatic vibration energy harvester with dual-charged electret plates // Microelectronic Engineering. – 2015. – Vol. 135. – P. 32-37.

16. Khan F. U., Qadir M. U. State-of-the-art in vibration-based electrostatic energy harvesting // J Micromech Microeng. – 2016. – Vol. 26. – P. 103001.

17. Zhao C., Yang Y., Upadrashta D., Zhao L. Design, modeling and experimental validation of a lowfrequency cantilever triboelectric energy harvester // Energy. – 2021. – Vol. 214, Art. – No. 118885.

18. Pace G., Serri M., Castillo A. E. D. R., Ansaldo A., Lauciello S., Prato M. et al. Nitrogen-doped graphene based triboelectric nanogenerators // Nano Energy. – 2021. – Vol. 87, Art. – No. 106173.

19. Toyabur Rahman M., Sohel Rana S., Salauddin Md., Maharjan P., Bhatta T., Kim H. et al. A highly miniaturized freestanding kinetic-impact-based non-resonant hybridized electromagnetic-triboelectric nanogenerator for human induced vibrations harvesting // Applied Energy. – 2020. – Vol. 279, Art. – No. 115799.

20. Lo Monaco M., Russo C., Somà A. Numerical and experimental performance study of two-degrees-offreedom electromagnetic energy harvesters // Energy Conversion and Management: X. – 2023. – Vol. 18, Art. – No. 100348.

21. Lagomarsini C., Jean-Mistral C., Monfray S., Sylvestre A. Optimization of an electret-based soft hybrid generator for human body applications // Smart Mater Struct. – 2019. – Vol. 28, Art. – No. 104003.

22. Dragunov V. P., Ostertak D. I. Microelectromechanical converters // Russian Microelectronics. – 2012. – Vol. 41. – P. 107-121.

23. Torres E. O., Rincon-Mora G. A. A 0,7-µm BiCMOS Electrostatic Energy-Harvesting System IC // IEEE J Solid-State Circuits. – 2010. – Vol. 45. – P. 483-496.

24. Truong B. D., Le C. P., Halvorsen E., Roundy S. Power-electronic-interface topology for MEMS energy harvesting with multiple transducers // J. Phys: Conf Ser. – 2018. – Vol. 1052, Art. – No. 012074.

25. Phan T. N., Azadmehr M., Le C. P., Halvorsen E. Low power electronic interface for electrostatic energy harvesters // J. Phys: Conf Ser. – 2015. – Vol. 660, Art. – No. 012087.

26. Dragunov V. P., Ostertak D. .I, Pelmenev K. G., Sinitskiy R. E., Dragunova E. V.. Electrostatic vibrational energy converter with two variable capacitors // Sensors and Actuators A: Physical. – 2021. –Vol. 318, P. 112501.

27. Asanuma H., Oguchi H., Hara M., Yoshida R., Kuwano H. Ferroelectric dipole electrets for output power enhancement in electrostatic vibration energy harvesters // Applied Physics Letters. – 2013. – Vol. 103, Art. – No. 162901.

28. Jie Wei, Risquez S., Mathias H., Lefeuvre E., Costa F. Simple and efficient interface circuit for vibration electrostatic energy harvesters // 2015 IEEE SENSORS, Busan: – IEEE; 2015, p. 1-4.

29. Nintanavongsa P., Muncuk U., Lewis D. R., Chowdhury K. R. Design Optimization and Implementation for RF Energy Harvesting Circuits // IEEE J Emerg Sel Topics Circuits Syst. – 2012. – Vol. 2. – P. 24-33.

30. Ayudhya R. S. N. A switched-capacitor Dickson charge pumps for high-voltage high power applications // 2014 International Conference on Information Science, Electronics and Electrical Engineering, Sapporo, Japan: IEEE; 2014. – P. 1147-1150.

31. de Queiroz A. C. M., Macedo de Oliveira Filho L. C. Unipolar symmetrical variable-capacitance generators for energy harvesting // 2017 IEEE 60th International Midwest Symposium on Circuits and Systems (MWSCAS), Boston, MA: IEEE, 2017, рp. 221-224.

32. Truong B. D., Le C. P., Halvorsen E. Comparative performance of voltage multipliers for MEMS vibration-based energy harvesters // J Phys: Conf Ser 2018. – Vol. 1052, Art. – No. 012118.

33. de Queiroz A. C. M. Analysis of the operation of a regenerative electrostatic energy harvester // 2015 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS), Lisbon, Portugal: IEEE, 2015, p. 1074-1077.

34. Jayaweera H. M. P. C., Muhtaroğlu A. Model Based Optimization of Integrated Low Voltage DC-DC Converter for Energy Harvesting Applications // J Phys: Conf Ser. – 2016. – Vol. 773, Art. – No. 012085.

35. Bedier M., Basset P., Galayko D. A Smart Load Interface and Voltage Regulator for Electrostatic Vibration Energy Harvester // J Phys: Conf Ser 2016. – Vol. 773, Art. – No. 012105.

36. Dragunov V., Dorzhiev V. Electrostatic vibration energy harvester with increased charging current // J Phys: Conf Ser. – 2013. – Vol. 476, Art. – No. 012115.

37. de Queiroz A. C. M. Biased capacitive divider electrostatic generators for energy harvesting // 2017 IEEE 8th Latin American Symposium on Circuits & Systems (LASCAS), Bariloche, Argentina: IEEE, 2017, p. 1-4.

38. de Queiroz A. C. M., De Menezes N. A. T. Energy harvesting with pairs of variable capacitors without control circuits // Analog Integr Circ Sig Process. – 2018. – Vol. 97. – P. 533-544.

39. de Queiroz A. C. M. Steady-State Analysis of Electronic Electrostatic Generators // 2018 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS), Florence: IEEE, 2018, p. 1-5.

40. Mahboubi F. E., Bafleur M., Boitier V., Alvarez A., Colomer J., Miribel P. et al. Self-Powered Adaptive Switched Architecture Storage // J Phys: Conf Ser. – 2016. – Vol. 773, Art. – No. 012103.

41. Karami A., Galayko D., Basset P. Series-Parallel Charge Pump Conditioning Circuits for Electrostatic Kinetic Energy Harvesting // IEEE Trans Circuits Syst I. – 2017. – Vol. 64. – P. 227-240. https://doi.org/10.1109/TCSI.2016.2603064.

42. De Michele G. Protected transformerless AC to DC power converter. Patent US 6061259 A. 2000.

43. Neil J., Francis J. Systems and Methods for Providing a Transformerless Power Supply. Patent US 20160233761 A1. 2016.


Рецензия

Для цитирования:


Драгунов В.П., Остертак Д.И., Казымов Д.М., Коваленко Е.Ю. Особенности функционирования делителя напряжения для накопителей кинетической энергии и водородных батарей. Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2024;(3):71-80. https://doi.org/10.15518/isjaee.2024.03.071-080

For citation:


Dragunov V.P., Ostertak D.I., Kazymov D.M., Kovalenko E.Y. Features of the voltage divider for kinetic energy storage devices and hydrogen batteries. Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2024;(3):71-80. (In Russ.) https://doi.org/10.15518/isjaee.2024.03.071-080

Просмотров: 167


ISSN 1608-8298 (Print)