Energiemangement für Funksensoren Mit Piezogenerator und Batterie

Zur Versorgung energieautarker Funksensoren eignen sich Batterien und Mikrogeneratoren, die aus der Umgebung Energie sammeln – Energy Harvester. Geschickt ist die Kombination aus beidem: Energy Harvester plus Batterie.

In Industrieanlagen werden mehr und mehr Systeme zur Fernüberwachung und -steuerung gefordert. Solche Systeme ermöglichen Prozessingenieuren und Managern einen Überblick über die korrekte Funktion und helfen ihnen auch bei der Entscheidungsfindung. Der einfachste Weg, die Fernüberwachung und -steuerung zu verbessern, ist der Einsatz eines Funknetzwerkes wie z.B. des Dust Network SmartMesh, ein Funksensornetzwerk, das in weitläufigen und abgelegenen Industrieanlagen einfach zu installieren ist. Smart-Mesh-Sensoren und -Controller werden oft dort eingesetzt, wo eine Stromversorgung nicht immer gewährleistet ist. In solchen Fällen ist der Einsatz eines Energy Harvester zur Stromversorgung der Funksensoren interessant.

Spannungsregler-IC verwaltet zwei Quellen und steuert Energiespeicher

Der LTC3330 ist ein Spannungswandler-IC, das speziell für den Betrieb mit Mi­kro­generatoren und Batterien entwickelt wurde – mit sehr niedriger Ruhestromaufnahme. Es kann direkt an einen piezoelektrischen Wandler und an eine Batterie angeschlossen werden, um einen Funksensorknoten unterbrechungsfrei zu versorgen. Neben dem Abwärtswandler für den Piezogenerator enthält der LTC3330 einen Auf-/Abwärtswandler, der von einer Primärzelle gespeist wird.

Liefert der Piezogenerator Energie, nutzt der LTC3330 ihn als Energiequelle anstelle der Batterie. Mit der Energie wird die Last, der Funksensorknoten, versorgt und ein Superkondensator am Ausgang geladen. Liefert der Piezogenerator für eine kurze Zeit keine Energie, weil z.B. die Vibration als Antriebskraft fehlt, versorgt zunächst der Superkondensator die Last. Erst wenn die Vibrationspause so lange anhält, dass der Superkondensator weitgehend entladen und die Ausgangsspannung unter den Mindestwert zu sinken droht, schaltet der LTC3330 auf die Batterie zur Versorgung des Funksensors.

Durch diese Kombination von Energy Harvesting und Superkondensator im LTC3330 kann die Laufzeit der Primärzelle um einige Größenordnungen erhöht werden. Damit ergeben sich im Betrieb deutlich weniger Wartungseinsätze zum Wechseln der Batterie – eine Einsparung, die mit der Anzahl der Funksensorknoten und Funkcontroller zu multiplizieren ist.