Ricarica della batteria con circuito piezoelettrico

In questo post impariamo un metodo per raccogliere elettricità gratuita da un tappetino piezoelettrico incastrato camminandoci sopra e proviamo a indagare su come questa energia può essere utilizzata per caricare una piccola batteria.

Normalmente un corpo umano trasporta un'enorme quantità di energia che viene semplicemente sprecata nel nostro normale lavoro quotidiano. Ad esempio energia sotto forma di calore dal nostro corpo e dalla superficie della testa, energia attraverso ogni nostro movimento mentre ci sediamo e lavoriamo, dormiamo ecc.

Tuttavia la più grande quantità di energia che viene semplicemente sprecata è mentre si cammina. Qui vedremo come il nostro processo di camminata può essere utilizzato per generare elettricità utilizzando dispositivi piezo. In uno dei miei articoli precedenti ho pubblicato un argomento simile che spiegava come generare elettricità dalle scarpe utilizzando un solenoide , qui studieremo come un piezo può essere utilizzato per raccogliere elettricità dai nostri passi, sebbene questo concetto potrebbe essere molto più debole con le sue specifiche e quindi molto inefficiente con le prestazioni rispetto alla sua controparte a solenoide.

Prima di iniziare ad applicare un piezo per il nostro circuito generatore di energia libera attivato a pedale, sarebbe interessante saperlo quanta potenza massima può effettivamente generare un piezo quando viene esercitata una pressione ottimizzata.

Se analizziamo uno standard Cicalino piezo da 27 mm , scopriamo che quando viene colpito o colpito bruscamente (senza danneggiarlo) è in grado di generare da 1 a 3 V CC, il che può essere in grado di illuminare intensamente un LED da 5 mm. Bene, sembra impressionante, tuttavia colpire il giusto tipo di forza alla giusta velocità e nel punto giusto è qualcosa che sembra difficile da eseguire. Tuttavia, potrebbe essere possibile far funzionare questi dispositivi per lo scopo previsto ragionevolmente bene, con uno sforzo pianificato.

Come discusso sopra, un elemento piezoelettrico può essere in grado di generare fino a 3 V, ma la corrente (amp) può essere molto inferiore a circa 10-20 mA, quindi per il funzionamento di un carico relativamente più grande come caricare una batteria questa corrente potrebbe non essere sufficiente e noi può richiedere un numero elevato di elementi piezoelettrici per lavorare insieme al fine di produrre una maggiore quantità di corrente da essi.

Come collegare più piezo insieme per aumentare la corrente

Per aumentare la quantità di corrente da un circuito generatore di tappetino piezoelettrico, diventa indispensabile unirli in parallelo, poiché il collegamento in parallelo provoca l'aggiunta di corrente mentre il collegamento in serie consente l'aggiunta di tensione.

Per implementare questo, ogni piezo deve includere il proprio separato unità raddrizzatore a ponte , come mostrato nella figura seguente:

L'immagine mostra un piezo piezoelettrico a due terminali da 27mm alla base, l'area di colore dorato rappresenta la piastra metallica del piezo mentre il cerchio bianco rappresenta il materiale piezoelettrico centrale adagiato sulla piastra dorata.

Sulla parte bianca del piezo possiamo vedere un nastro isolante nero attaccato per fornire una piattaforma di appoggio isolata per il raddrizzatore a ponte che è composta da 4 diodi Schottky BAS86 (mostrati di colore rosso).

Il ponte è saldamente assemblato sulla suddetta superficie con spezzoni di fili di rame, ne possiamo vedere due terminanti dalle giunzioni centrali del ponte raddrizzatore, uno saldato sulla placca dorata del piezo mentre l'altro saldato sul materiale piezo bianco centrale (fare attenzione durante la saldatura sulla superficie bianca poiché è piuttosto delicata e potrebbe essere facilmente rimossa).

Le estremità positiva e negativa del ponte sono terminate usando fili rosso / nero, e questi fili da ciascuno dei gruppi piezo / ponte devono essere collegati insieme. Significa che supponiamo di avere 50 di tali assemblaggi piezoelettrici, quindi tutti i fili rossi dei 50 assemblaggi dovrebbero essere uniti insieme e i 50 fili neri uniti insieme.

Questi giunti negativi / positivi comuni possono quindi essere collegati a un condensatore elettrolitico di valore superiore., E più avanti ai terminali della batteria (+) (-) (per la carica).

I diodi possono essere ulteriormente fissati applicando alcune gocce di super colla su ciascuno dei diodi.

Si può anche optare per diodi SMD in modo da rendere il ponte estremamente compatto e leggero.

Questo conclude l'assemblaggio del ponte piezo che spiega come collegare i piezo in parallelo per moltiplicare l'uscita di corrente, ora andiamo avanti e impariamo il miglior metodo possibile per configurare l'assieme sopra con un meccanismo che convertirà più efficacemente i gradini in elettricità dai piezo .

Meccanismo del generatore di elettricità a stuoia piezoelettrica

Come abbiamo appreso dai nostri studi precedenti, un piezo potrebbe non generare elettricità efficacemente a meno che non venga colpito o colpito con un qualche tipo di forza o sobbalzo, per essere precisi il colpo dovrebbe essere scattante, al fine di produrre il massimo da questi dispositivi.

Ciò implica che la pressatura morbida di un piezo non sarà sufficiente per pilotare questi dispositivi in ​​modo ottimale, il che significa che semplicemente premendo il gruppo piezoelettrico con i piedi non aiuterà a generare in modo significativo da essi.

Ricorda che il piezo è diverso da una cella di carico.

Il tappetino piezo deve essere dotato di un meccanismo che deve essere in grado di convertire anche un passo lento del piede in un colpo scattante sui piezo .

Dopo alcune riflessioni ho ideato il seguente metodo per implementare un piezo mat che, si spera, sarebbe in grado di ottenere il massimo dai dispositivi. Se hai una soluzione migliore puoi sentirti libero di usarla al posto di questa.

Lo schema seguente mostra il meccanismo costituito da una tavola di legno imperniata al centro e ricoperta da uno strato di schiuma o spugna. Ogni volta che qualcuno calpesta la schiuma, la tavola si inclina con un 'tonfo' provocando una quantità significativa di vibrazioni sull'intera tavola. Lo stesso si ripete quando il pedale viene sollevato dal sistema.

Posizionamento piezo

Il posizionamento del gruppo piezoelettrico può essere visto nella figura sopra.

L'area grigia è la base del tappetino, la sezione giallastra indica la tavola di legno con un'asta centrale girevole in modo che possa scivolare dolcemente su entrambi i lati ogni volta che una persona ci calpesta.

I complessi piezo discussi sopra possono essere fissati sulla superficie inferiore della tavola verso il bordo per consentire il massimo impatto su di essi. Il bordo della plancia produrrà il massimo impatto rispetto alla sezione centrale del perno, quindi è consigliabile spostare i piezo il più vicino possibile al bordo della plancia.

Attaccare i Piezos richiederà cure speciali

Non puoi semplicemente attaccare i piezo direttamente sulla tavola indicata, perché così facendo smorzeremmo semplicemente il movimento del piezo rendendoli piuttosto inefficienti.

Il metodo giusto sarebbe quello di perforare fori sottodimensionati e attaccare i piezo attraverso di essi in modo che solo il bordo dei piezo sia in grado di entrare in contatto con la tavola mentre la loro parte centrale pende nello spazio dei fori, come mostrato di seguito

Come si può vedere nel disegno sopra, la tavola è perforata con fori corrispondenti al numero di piezo che devono essere attaccati, un piezo può essere visto fissato da sotto la tavola in modo tale che solo il suo bordo dorato faccia contatto con la tavola mentre il la parte centrale rimanente rimane distaccata all'interno dello spazio del foro.

Questo metodo di incollaggio garantisce l'impatto vibrazionale più efficace sui piezo ogni volta che viene colpito con il passo di qualcuno.

Miglioramento della forza del passo sul generatore piezo mat

Nella sezione precedente abbiamo appreso la tecnica di una tavola imperniata caricata con i piezo per imporre un tipo di movimento a flip flop in risposta ai passi, in modo che la tavola provochi il massimo impatto vibrazionale sui piezo.

Il processo potrebbe essere ulteriormente migliorato aggiungendo un magnete su ciascuna estremità della tavola, come mostrato di seguito:

Come possiamo vedere, viene inserito un chiodo di ferro sul bordo inferiore della tavola e un magnete posto sulla base inferiore parallelamente al chiodo, in modo tale che ogni volta che la tavola tende a inclinarsi per un calpestio del piede, il magnete tira maggiormente il bordo rapidamente verso il lato inclinato provocando un maggiore impatto di 'battito' sul lato interessato, che a sua volta provoca una quantità equivalente di stress vibratorio maggiore sul rispettivo gruppo piezoelettrico, garantendo una maggiore generazione di elettricità da essi.