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Senstickのエナジーハーベスト化

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SenStickの
エナジーハーベスト化
ユビキタスコンピューティングシステム研究室 森田達弥
2016/12/20(Tue) プロジェクト実習

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• IoT社会の実現においてセンサや受信機などの無線端末の電源
をいかに確保するかが重要な問題となる
• 環境にばらまいた大量の端末への定期的な二次電池の充電は
運用コストが高い
• 端末の充電において環境に存在する薄いエネルギーを電力に
変換...

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SenStickに環境発電モジュールを追加した新しいセンサノード
の設計開発を行い,その消費電力および屋内空間計測に向け
た有用性を調査する
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Senstickのエナジーハーベスト化

  1. 1. SenStickの エナジーハーベスト化 ユビキタスコンピューティングシステム研究室 森田達弥 2016/12/20(Tue) プロジェクト実習
  2. 2. • IoT社会の実現においてセンサや受信機などの無線端末の電源 をいかに確保するかが重要な問題となる • 環境にばらまいた大量の端末への定期的な二次電池の充電は 運用コストが高い • 端末の充電において環境に存在する薄いエネルギーを電力に 変換するエナジーハーベスティングが有用な手段となる 情報 2
  3. 3. SenStickに環境発電モジュールを追加した新しいセンサノード の設計開発を行い,その消費電力および屋内空間計測に向け た有用性を調査する 3
  4. 4. エナジーハーベスティングとは? 1: アンビエントエネルギーから電気エネルギーを生成する技術 2: 不安定な発電デバイスの発電電力を電子機器に取り出す(収穫する)技術 3: 半導体集積回路(LSI)の低電力化 1: 発電技術 2: パワーマネジメ ント(pm)技術 3: 低電力回路 バッテリレス端末の 要素エナジーハーベス ティング技術 本来はこの要素に従っ て端末を設計する (今回は後付け) 4
  5. 5. • まず、端末の利用環境、消費電力、コストなどを考慮してエネ ルギー源を決定する • 今回はビルのような屋内施設に多数のSenStickを設置すると 想定する 発電技術 1: 光エネルギー 2: 力学的エネル ギー 3: 熱エネルギー 3: 環境電波エネ ルギー 1: 光エネルギー 3: 環境電波エネ ルギー 電波は共有資源としての性質が非常に強く電界強度は規制により細かく制限さ れているため給電のみを目的として環境中に強い電磁界を発生させるのは社会 的に困難 5
  6. 6. • 光起電力を利用して発電を行う方式で変換効率が規模に よって変わらないため任意の規模での利用が可能で、セン サノード向けの電源として有望 • 太陽光を利用した場合、約100𝑚𝑊/𝑐𝑚2の電力が得られ、 標準的なオフィスの照明を利用した場合、約100𝜇𝑊/𝑐𝑚2 の電力が得られると言われている • 課題は発電効率の設置環境による変動 光エネルギーを利用した発電 2: パワーマネジメント (pm)技術 6
  7. 7. • 通常、太陽電池などのEnergy Harvesterから得たエネルギー はキャパシタや二次電池などのEnergy Storageに蓄えられる • 動作に必要な電力が蓄えられたら端末を間欠動作させる • 端末の消費電力、どのくらいの間隔で動作させるのかなどか らEnergy HarvestarとEnergy Storageの規模を決定する Energy Storage Energy Harvester System Load 典型的なハードウェア構成 PM技術 7
  8. 8. 間欠動作のイメージ 8
  9. 9. • 以上のことからSenStickのエナジーハーベスト化として以下 のような回路をイメージしている • 充放電の回数が増えるためEnergy Strageには電気二重層 コンデンサを用いる • PM Unitでスイッチングや昇圧などの処理を行う 回路設計イメージ Solar Cell SenStick PM Unit EDLC 9
  10. 10. • まずSenStickの消費電力調査から始め、Energy Harvesterと Energy Storageの規模を決定することから始める • 1月の全国大会原稿締め切りまでに構想は決定する • 3月の発表までにプロトタイプを試作する 今後の予定 10

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