关于井下微能量收集装置的设计研究-论文

简介：
本论文聚焦于设计适用于井下环境的能量收集装置，旨在利用微小能量源为传感器等设备供电，提升矿井作业的安全性与效率。 井下无线传感节点的能量供应有限，可以通过能量收集技术将环境中的光能转换为电能来供电，从而延长这些传感器的使用寿命。测试表明，在距离光源1至2米范围内，巷道内的光照强度在50到210Lux之间波动，这一范围适合非晶硅和钙钛矿等光电材料的工作条件，证明了利用井下弱光能量转换为电能是可行的。 为此设计了一种微能量收集装置。该装置采用30厘米×40厘米的非晶硅光伏电池板、BQ25505型电源管理芯片以及锂电池作为主要组件，能够将井下的弱光能源转化为电能并进行存储。考虑到井下环境中的能量供应是不连续的特点，设计了一种能量缓存机制：使用较小容量的可充电锂电池和较大固定容量的备用电池结合的方式，在主电池电压充足时供电；当其电量不足时，则自动切换至备用电池以确保传感器持续运行。 实验测试表明，在光照强度超过50Lux的情况下，该装置能够产生毫瓦级别的电能输出。在井下环境中的光照达到170Lux以上时，设备可以利用收集的能量为低功耗无线传感节点供电，并且无需启动后备电源；而在较低的光照条件下（低于170Lux），能量缓存机制会协调可充电锂电池和备用电池的工作来支持传感器运行，从而有效延长了其生命周期。