Batteryless Tire Pressure Real-Time Monitoring System Driven by an Ultralow Frequency Piezoelectric Rotational Energy Harvester

压电 电容器 能量收集 能量(信号处理) 振荡(细胞信号) 电气工程 汽车工业 材料科学 电压 功率(物理) 汽车工程 工程类 机械工程 航空航天工程 物理 量子力学 生物 遗传学 统计 数学
作者
Zhiran Yi,Bin Yang,Wenming Zhang,WU Ya,Jingquan Liu
出处
期刊:IEEE Transactions on Industrial Electronics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:68 (4): 3192-3201 被引量:61
标识
DOI:10.1109/tie.2020.2978727
摘要

Tire pressure monitoring system (TPMS) has been brought into the stringent regulatory frameworks of many countries in the automotive market. However, common commercial TPMSs must rely on a life-limited battery, which brings about some safety risks and environmental problems. It is worthy to note that energy harvesting approaches are promising to realize a batteryless TPMS. In this article, a rotation-driven piezoelectric energy harvester with eight typical nonlinear buckled bridges is proposed to effectively scavenge ultralow frequency kinetic energy. Thinned bulk PZT film is employed as the piezoelectric functional layer based on its excellent electromechanical factor. Gear-induced interwell oscillation mechanism ensures the effective deformation of the piezoelectric buckled bridges. The developed harvester can generate the effective output power of 8.9 mW under the optimal resistance of 3 kΩ at 8.3 Hz rotational frequency. The 47, 100, and 330 μF capacitors can be saturated at 14.5, 15.1, and 14.5 V during 10, 19, and 51 s, respectively. Additionally, a commercial TPMS can be effectively powered by this harvester when it works at more than a critical frequency locating at 3.0-3.7 Hz. The commercial TPMS can be operated in realtime when the applied rotational frequency is more than 8.3 Hz.
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