CN108471175A - 一种基于高温热释电的新型激光无线充电装置 - Google Patents

一种基于高温热释电的新型激光无线充电装置 Download PDF

Info

Publication number
CN108471175A
CN108471175A CN201810409929.8A CN201810409929A CN108471175A CN 108471175 A CN108471175 A CN 108471175A CN 201810409929 A CN201810409929 A CN 201810409929A CN 108471175 A CN108471175 A CN 108471175A
Authority
CN
China
Prior art keywords
high temperature
electrode
temperature
pyroelectricity
wireless charging
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201810409929.8A
Other languages
English (en)
Inventor
秦利锋
欧阳溯
张金惠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xiamen University
Original Assignee
Xiamen University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xiamen University filed Critical Xiamen University
Priority to CN201810409929.8A priority Critical patent/CN108471175A/zh
Publication of CN108471175A publication Critical patent/CN108471175A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/30—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using light, e.g. lasers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N11/00—Generators or motors not provided for elsewhere; Alleged perpetua mobilia obtained by electric or magnetic means
    • H02N11/002—Generators

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

本发明提供了一种基于高温热释电的新型激光无线充电装置，高温电极分为左高温电极和右高温电极，金属薄板、左高温电极、高温压电晶体、右高温电极和散热片依次同轴层叠固定设置，螺栓由金属薄板的左侧贯穿至散热片的右侧并通过垫片和螺母固定连接；金属薄板接收发射的激光，利用激光加热使其短时间内温度升至高温，热量传导到高温压电晶体的左侧，而右高温电极连接散热片，在高温压电晶体上产生温度变化，使得高温压电晶体通过热释电效应将热能转化为电能，并由左高温电极和右高温电极连线引出，为传感器网络的内置电池进行充电。

Description

一种基于高温热释电的新型激光无线充电装置
技术领域
本发明应用于无线充电领域，特别涉及一种基于激光加热原理和压电晶体的热释电效应，先将激光能量转化为热能，再将其转化为电能，为无线传感器网络内置电池充电的装置。
背景技术
近年来，基于低成本、低功耗、小体积的传感器节点的无线传感器网络(WSN)受到了越来越广泛的关注，通常情况下，这些无线传感网络节点设备都是依靠传统的电池来提供能量，如镍氢电池、锂聚合物电池等。传统电池存在一些缺点，其寿命有限，不可循环利用，使用一段时间后需要更换或者充电，维护不便成本巨大。因此，研究人员提出自供电方式(太阳能发电、压电供能)，能从周围环境吸收能量，转化为电能为无线传感网络内置电池充电或替代电池供电。但是太阳能的能量输出大小及收集效率受阴雨天气、体积等缺点的限制；而压电振动能量收集也主要依赖于周围环境的振动，这些自供电的方式受环境限制过大，无法得到一个稳定高效的能量供给。而主动供能方式受环境的限制较小，能够稳定可控地提供能源供给。
主动供能的无线充电技术按照使用的电磁波的频段进行划分，总体上可以分为两大类:基于非辐射电磁场(近场频段)和基于辐射性的电磁场(远场频段)。但是近场频段的无线充电方式传输距离较短，不适用于户外供电。远场频段中的基于光伏效应的激光充电方式可实现远距离供能，2016年，俄罗斯“能源”火箭航天公司用激光为手机充电，在1.5km以外成功为手机充电1h。虽然能有效地进行远距离输电，但是这种充电方式也存在一些缺陷，其一是光伏电池接收的激光强度有限制，强度过大时，光伏电池的输出特性下降；其二光伏电池不耐高温，在高强度激光照射时，电池材料会热熔，导致其在大功率供能的传输领域的应用受到了限制。因而对能耐高温、可以进行大功率激光能量传输技术提出了要求。
发明内容
本发明提出一种基于高温热释电的新型激光无线充电方法，提供了一种耐高温，能传输大功率激光能量的技术手段，为无线传感网络内置电池进行充电，特别涉及一些诸如高温，高空，化学腐蚀等极端环境，解决诸如桥梁上的监测传感器网络的电池充电问题，作业人员在地面上对准安装在桥梁上该装置的金属薄板发射激光，利用激光加热金属薄板，再通过高温压电晶体的热释电效应将热能转化为电能，为传感器网络的内置电池进行充电。
本发明通过如下技术方案来解决上述存在的技术问题:一种基于高温热释电的新型激光无线充电装置，包括螺栓、金属薄板、高温压电晶体、垫片、螺母、散热片、高温电极；
所述高温电极分为左高温电极和右高温电极，所述金属薄板、左高温电极、高温压电晶体、右高温电极和散热片依次同轴层叠固定设置，所述螺栓由金属薄板的左侧贯穿至散热片的右侧并通过所述垫片和螺母固定连接；
所述金属薄板接收发射的激光，利用激光加热使其短时间内温度升至高温，热量传导到高温压电晶体的左侧，而右高温电极连接散热片，在高温压电晶体上产生温度变化，使得高温压电晶体通过热释电效应将热能转化为电能，并由左高温电极和右高温电极连线引出，为传感器网络的内置电池进行充电。
在一较佳实施例中：所述金属薄板的材质为铝。
在一较佳实施例中：所述压电晶体的材料为稀土钙硼酸盐ReCa4O(BO3)3。
在一较佳实施例中：所述压电晶体为单片或多片结构。
在一较佳实施例中：所述压电晶体的形状为成圆形或方形。
在一较佳实施例中：所述高温电极为铂电极。
在一较佳实施例中：所述高温电极为块状或者薄膜电极。
相对于现有的发电技术，本发明具有以下优点和有益效果：
1.本发明优点之一是避免了维护人员近距离接触极端环境的风险，保证了维护人员的作业安全，能从远距离对高处的传感器网络的内置电池进行充电。
2.本发明优点之二是相比大阳能发电，压电振动方式的被动供电，在有太阳照射或振动产生的时候才会提供电能，受环境限制较大，而本发明中的新型激光无线充电方式，是一种半自动供电方式，维护人员只需定期对传感器网络的内置电池进行集中充电即可。
3.本发明优点之三是相对于基于光伏效应的激光充电技术，由于光伏电池材料特性的限制，采用高温压电晶体能耐高温的特性，有望实现大功率激光能量传输。
附图说明
图1为本发明优选实施例中基于高温热释电的新型激光无线充电装置的爆炸图；
图2为本发明优选实施例中基于高温热释电的新型激光无线充电装置的组装图。
具体实施方式
以下通过附图对本发明做进一步说明，但本发明不仅限于此实施例。
结合图1-2所示，本发明提供一种基于高温热释电的新型激光无线充电装置，包括螺栓1、金属薄板2、高温压电晶体3、垫片4、螺母5、散热片6、高温电极7；
所述高温电极7分为左高温电极和右高温电极，所述金属薄板2、左高温电极、高温压电晶体3、右高温电极和散热片6依次同轴层叠固定设置，所述螺栓1由金属薄板2的左侧贯穿至散热片6的右侧并通过所述垫片4和螺母5固定连接；这样就将上述的所述金属薄板2、左高温电极、高温压电晶体3、右高温电极和散热片6同轴层叠固定设置在一起了。
作业人员在地面上对准安装在桥梁上激光供电设备的金属薄板2发射激光，金属薄板2接收发射的激光，利用激光加热使其短时间内温度升至高温，热量传导到高温压电晶体3的左侧，而右高温电极7的右侧连接散热器6，在高温压电晶体3上形成温度差，而其具有的热释电效应将热能转化为电能，并由高温电极7连线引出，为传感器网络的内置电池进行充电。
本实施例中，所述金属薄板2的材质为铝，也可以是其它材质的金属、。
所述高温压电晶体3的材质为稀土钙硼酸盐ReCa4O(BO3)3，也可以是其它具有热释电效应的高温压电材料。
所述高温压电晶体3为单片结构，也可以设计成多片结构。
所高温压电晶体3的形状为方形，也可以设计成圆形。
所述高温电极7的材质为铂(Pt)电极，也可以是其它耐高温的电极。
所述高温电极7为块状电极，也可以是薄膜电极。
所述散热片可以选取不同种类规格，本实施例中为铝制合金散热片。
综上所述，本发明提出的基于高温热释电的新型激光无线充电方法能实现大功率激光能量的传输，进行远距离无线充电，避免了维护人员直面极端环境和高空作业的危险，供能不受周围环境的限制，可以稳定高效地为传感器网络的内置电池进行远距离充电。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于高温热释电的新型激光无线充电装置，其特征在于：包括螺栓、金属薄板、高温压电晶体、垫片、螺母、散热片、高温电极；
所述高温电极分为左高温电极和右高温电极，所述金属薄板、左高温电极、高温压电晶体、右高温电极和散热片依次同轴层叠固定设置，所述螺栓由金属薄板的左侧贯穿至散热片的右侧并通过所述垫片和螺母固定连接；
所述金属薄板接收发射的激光，利用激光加热使其短时间内温度升至高温，热量传导到高温压电晶体的左侧，而右高温电极连接散热片，在高温压电晶体上产生温度变化，使得高温压电晶体通过热释电效应将热能转化为电能，并由左高温电极和右高温电极连线引出，为传感器网络的内置电池进行充电。
2.根据权利要求1所述的基于高温热释电的新型激光无线充电装置，其特征在于：所述金属薄板的材质为铝。
3.根据权利要求1所述的基于高温热释电的新型激光无线充电方法，其特征在于：所述压电晶体的材料为稀土钙硼酸盐ReCa4O(BO3)3。
4.根据权利要求1所述的基于高温热释电的新型激光无线充电方法，其特征在于：所述压电晶体为单片或多片结构。
5.根据权利要求1所述的基于高温热释电的新型激光无线充电方法，其特征在于：所述压电晶体的形状为成圆形或方形。
6.根据权利要求1所述的基于高温热释电的新型激光无线充电方法，其特征在于：所述高温电极为铂电极。
7.根据权利要求1所述的基于高温热释电的新型激光无线充电方法，其特征在于：所述高温电极为块状或者薄膜电极。
CN201810409929.8A 2018-05-02 2018-05-02 一种基于高温热释电的新型激光无线充电装置 Pending CN108471175A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810409929.8A CN108471175A (zh) 2018-05-02 2018-05-02 一种基于高温热释电的新型激光无线充电装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810409929.8A CN108471175A (zh) 2018-05-02 2018-05-02 一种基于高温热释电的新型激光无线充电装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN108471175A true CN108471175A (zh) 2018-08-31

Family

ID=63263987

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810409929.8A Pending CN108471175A (zh) 2018-05-02 2018-05-02 一种基于高温热释电的新型激光无线充电装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108471175A (zh)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101077507A (zh) * 2007-06-27 2007-11-28 江苏大学 基于激光加热的微器件温挤压成形方法及装置
CN201345523Y (zh) * 2008-12-26 2009-11-11 清华大学 一种用于输电线路的非接触式激光除冰装置
CN101640247A (zh) * 2008-08-01 2010-02-03 王钦戊 热电能源产生器及其快速储能系统
CN101867011A (zh) * 2009-04-14 2010-10-20 中国科学院物理研究所 一种热释电薄膜材料及其制备方法
CN104157321A (zh) * 2014-08-04 2014-11-19 大连民族学院 低能大流强材料辐照装置
CN104465841A (zh) * 2014-11-18 2015-03-25 上海理工大学 光热电转换器件及制备方法
CN107395115A (zh) * 2017-07-03 2017-11-24 南京航空航天大学 激光照射下光伏阵列背板热电阵列连接架构的确定方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101077507A (zh) * 2007-06-27 2007-11-28 江苏大学 基于激光加热的微器件温挤压成形方法及装置
CN101640247A (zh) * 2008-08-01 2010-02-03 王钦戊 热电能源产生器及其快速储能系统
CN201345523Y (zh) * 2008-12-26 2009-11-11 清华大学 一种用于输电线路的非接触式激光除冰装置
CN101867011A (zh) * 2009-04-14 2010-10-20 中国科学院物理研究所 一种热释电薄膜材料及其制备方法
CN104157321A (zh) * 2014-08-04 2014-11-19 大连民族学院 低能大流强材料辐照装置
CN104465841A (zh) * 2014-11-18 2015-03-25 上海理工大学 光热电转换器件及制备方法
CN107395115A (zh) * 2017-07-03 2017-11-24 南京航空航天大学 激光照射下光伏阵列背板热电阵列连接架构的确定方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
唐菱等: "强激光能量测量的电校准技术研究", 《中国光学学会2011年学术大会》 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Singh et al. Energy harvesting in wireless sensor networks: A taxonomic survey
Roundy et al. Power sources for wireless sensor networks
Akhtar et al. Energy replenishment using renewable and traditional energy resources for sustainable wireless sensor networks: A review
Zhou et al. Harvesting ambient environmental energy for wireless sensor networks: A survey
Narducci Thermoelectric harvesters and the internet of things: technological and economic drivers
CN201656813U (zh) 压电发电机供电的无线传感器网络节点
CN204633448U (zh) 充电电池
CN203261265U (zh) 余热发电装置
Nundrakwang et al. Energy harvesting for self-powered systems
CN110289786A (zh) 多模复合式上变频振动式环境能量采集器
CN108471175A (zh) 一种基于高温热释电的新型激光无线充电装置
CN112187098A (zh) 一种多方向宽频带压电能量收集器
Hadas et al. Energy harvesting–opportunity for future remote applications
CN102437614A (zh) 节能型便携式电子设备及基于该设备实现能量再利用的方法
Muzafar Energy harvesting models and techniques for green IoT: A review
CN205692937U (zh) 一种高安全性锂离子电池高效散热外壳
CN103259459A (zh) 一种便携式废热温差发电装置
袁江波 et al. Vibrated model and experiments of multiple piezoelectric cantilevers in energy harvesting
CN205646056U (zh) 一种具有散热结构的锂离子动力电池
AU2021101345A4 (en) Multi-mode hybrid up-conversion vibration-type ambient energy harvester
KR20190120908A (ko) 열광 발전 장치
CN210745275U (zh) 一种基于热电转换的自动充电手机壳
CN213583939U (zh) 一种带有高温防护结构的锂电池
CN203219221U (zh) 便携式废热温差发电装置
CN206922742U (zh) 一种基于超级电容的可充电无线传感器网络节点

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20180831