← 返回
基于PCB纳米发电机的管道能量收集器与简易输入电压采样无桥AC-DC转换器
PCB Nanogenerator-Based Pipeline Energy Harvester with A Simple Input Voltage Sampling Bridgeless AC-DC Converter
| 作者 | Zhengge Chen · Jianping Xu · Shungang Xu |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2025年9月 |
| 技术分类 | 储能系统技术 |
| 技术标签 | 储能系统 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | PCB纳米发电机 无桥AC - DC转换器 流体动能收集 能量收集系统 功率输出 |
语言:
中文摘要
为实现面向管道的能量收集（EH），本文提出一种微型涡轮驱动的印刷电路板（PCB）纳米发电机以及一种用于流体动能收集的非对称无桥交直流转换器。轴向磁通永磁（AFPM）PCB纳米发电机结构紧凑且功率密度高。此外，本文还提出了一种带有基于电阻的输入电压采样网络的非对称无桥交直流转换器，该转换器无需输入二极管。本文介绍了PCB纳米发电机的结构、无桥电路的工作模式和电路控制逻辑，并进行了仿真。最后，搭建并测试了所提出的能量收集系统，该系统在转速为1500转/分钟时可收集96毫瓦的能量。
English Abstract
To achieve pipeline-oriented EH, this letter proposes a mini turbine-driven PCB nanogenerator and an asymmetrical bridgeless AC-DC converter for fluid kinetic energy collection. The axial-flux permanent-magnet (AFPM) PCB nanogenerator has a compact structure and high power density. Besides, an asymmetric bridgeless AC-DC converter with a resistor-based input voltage sampling network is proposed, which is input diode free. The PCB nanogenerator structure, the bridgeless circuit operation modes, and circuit control logic are presented, along with simulations. Finally, the proposed EH system is built and tested, which can harvest 96mW at the rotational velocity of 1500rpm.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看，这项基于PCB纳米发电机的管道能量收集技术呈现出独特的应用价值。该技术采用轴向磁通永磁（AFPM）结构和无桥AC-DC转换器，实现了在1500转/分钟下96毫瓦的能量收集能力，这为我们在分布式能源管理和物联网监测领域提供了新的技术路径。
对于阳光电源的储能和智能运维系统而言，该技术可应用于大型光伏电站和风电场的冷却管道监测。传统方案中，管道流量、压力等传感器节点需要外部供电或频繁更换电池，而这种能量收集装置能够利用冷却液或空气流动的动能实现自供电，显著降低运维成本。特别是在我们的液冷储能系统中，冷却管道的流体动能本身就是可利用的能源，这与我们追求系统级能效优化的理念高度契合。
技术层面，该方案的PCB集成化设计和无桥拓扑结构减少了功率损耗，这与阳光电源在逆变器高效率转换方面的技术积累存在协同效应。然而，96毫瓦的功率输出目前仅能支持低功耗传感器应用，距离为功率电子设备供电还有较大差距。技术挑战主要集中在：如何在低流速工况下提升发电效率、如何与现有SCADA系统无缝集成、以及长期运行的可靠性验证。
建议将此技术纳入我们的能源物联网生态研究范畴，优先在智慧能源管理平台的边缘计算节点进行试点验证，探索与超级电容混合储能的集成方案，逐步构建真正意义上的零功耗监测网络，这将进一步强化阳光电源在智能化新能源系统解决方案领域的竞争优势。