井下微能量收集装置设计

摘要：

井下无线传感节点能量有限,可利用能量收集技术将井下环境能量转换为电能为传感节点供电,从而延长无线传感节点生命周期.测试并分析了井下巷道弱光环境下光照强度,结果表明距光源1～2 m范围内,光照强度为50～170 Lux,符合非晶硅、钙钛矿等光电材料工作范围,因此将井下弱光能量转换为电能具有可行性.采用30 cm×40 cm非晶硅光伏电池板、BQ25505型电源管理芯片和锂电池设计了 一种井下微能量收集装置,可将井下弱光能量转换为电能并存储.针对井下环境能量不连续的特点,设计了能量缓存机制,即采用容量较小的可充电锂电池为能量缓存电池,选用较大固定容量的锂电池为备用电池,当可充电锂电池电压达到设计值时由其供电,当电压不足时切换备用电池供电,确保无线传感节点正常工作.对微能量收集装置进行了实验室及井下测试,结果表明:装置在50 Lux以上光照强度条件下即可输出毫瓦级电能;当井下光照强度达到170 Lux以上时,装置能够利用转换的能量为低功耗无线传感节点供电,无需启用后备电池;当光照强度未达到170 Lux时,能量缓存机制协调可充电锂电池和备用电池为无线传感节点供电,有效提高了节点生命周期.

关键词：井下无线传感网络、无线传感节点、井下环境能量、能量收集、光伏电池、能量缓存

所属期刊栏目：47

分类号：TD67(矿山电工)

资助基金：国家重点研发计划;天地科技股份有限公司科技创新创业资金专项资助项目

在线出版日期：2021-06-21（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共6页

页码：24-29