一种微振动压电俘能电池的制作方法

本发明属于压电发电领域，具体涉及一种微振动压电俘能电池。

背景技术：

随着压电发电技术的发展，自供电技术在微机电系统供电、无线传感器网络节点自供电、军事用电子产品、生物医疗电子产品、人类生活电子产品等占据越来越重要的地位。传统干电池或锂电池体积较大不易于与微机械设备集成，且寿命短，需要维护和更换，同时还存在污染。电磁式压电自发电电池存在磁体与线圈尺寸较大，输出电压较低等问题。而压电发电装置可以将环境振动能转换为电能，且压电发电设备易于集成、无电磁干扰、使用寿命长，因此，压电自发电技术脱颖而出，其中利用环境振动发明的压电自发电结构越来越多，其中一种思路是设计出与普通纽扣电池相同大小的、能适应微弱环境振动的、结构简单且易于集成的压电自供电电池。

技术实现要素：

为了解决目前一般的干电池、锂电池体积较大不易于与微机械设备集成、需要维护和更换且寿命短，电磁式压电自发电电池也难于与微机电系统集成、输出电压低，很多自发电电池无法在微弱环境激励下工作等问题，提出了一种微振动压电俘能电池，包括电池顶盖、电池外壳、压电悬臂梁、悬挂弹簧、支撑弹簧和底座，电池盖板、电池外壳组成了电池密封腔，压电悬臂梁通过悬挂弹簧连接在电池顶盖底面正中位置，底座和支撑弹簧用来感知和传递环境振动，将环境振动转化微型俘能电池壳体的持续振动，电池内部悬挂弹簧由于电池壳体振动会维持较长时间往复变形，压电悬臂梁持续振动，提高了能量俘获效率。此微振动压电俘能电池通过外部整流电路和储能电容将压电片发的能量储存，当将其布置于受振动的微机电设备时，可以为设备供电，且易于集成，无需更换，无电磁干扰，应用范围广。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明一种微振动压电俘能电池，包括：电池顶盖、电池外壳，其特征在于还包括压电悬臂梁、悬挂弹簧、支撑弹簧和底座，其中：所述电池顶盖为一圆片形构件；所述电池外壳为一带底的圆筒形壳体；所述电池顶盖和电池外壳连接组成密封电池腔体；所述压电悬臂梁由弹性基板、扇形压电片和环形质量块组成，弹性基板由圆片及圆片外阵列的若干扇形悬臂梁组成，扇形压电片对称粘贴在弹性基板上扇形悬臂梁上下表面，环形质量块对称粘贴在扇形压电悬臂梁外缘上下表面；所述悬挂弹簧和支撑弹簧均为螺旋弹簧；所述底座为厚圆片形构件，圆片上表面正中布置有圆形沉槽；所述悬挂弹簧上端连接在电池顶盖底面正中位置，下端连接在压电悬臂梁圆片上表面；所述支撑弹簧上端连接在电池外壳筒底外表面正中位置，下端安装在底座上圆形沉槽中，支撑弹簧高度大于底座上圆形沉槽高度2mm以上。

工作时，安装此微振动压电俘能电池的微机电设备受到环境振动时，无论平面内横动还是竖直方向扰动，支撑弹簧都会摆动较长时间，从而带动电池壳体振动较长时间，悬挂弹簧一方面受电池外壳振动，另一方面受压电悬臂梁重力影响，产生持续往复变形，因此压电悬臂梁可将环境振动能充分利用转化为电能，通过外部整流电路和储能电容将电能储存，为外接微机电设备供电。

附图说明

图1是本发明一种微振动压电俘能电池安装关系示意图。

图2是本发明一种微振动压电俘能电池剖视图。

图3是本发明一种微振动压电俘能电池压电悬臂梁零件结构示意图。

具体实施方式

参照图1、图2和图3，本发明一种微振动压电俘能电池由电池顶盖（1）、电池外壳（2）、压电悬臂梁（3）、悬挂弹簧（4）、支撑弹簧（5）和底座（6）组成，其中：所述电池顶盖（1）为一圆片形构件；所述电池外壳（2）为一带底的圆筒形壳体；所述电池顶盖（1）和电池外壳（2）粘接组成密封电池腔体；所述压电悬臂梁（3）由弹性基板（31）、扇形压电片（32）和环形质量块（33）组成，弹性基板（31）由圆片及圆片外阵列的若干扇形悬臂梁组成，扇形压电片（32）对称粘贴在弹性基板（31）上扇形悬臂梁上下表面，环形质量块（33）对称粘贴在扇形压电悬臂梁外缘上下表面；所述悬挂弹簧（4）和支撑弹簧（5）均为螺旋弹簧；所述底座（6）为厚圆片形构件，圆片上表面正中布置有圆形沉槽；所述悬挂弹簧（4）上端焊接在电池顶盖（1）底面正中位置，下端焊接在压电悬臂梁（3）圆片上表面；所述支撑弹簧（5）上端连接在电池外壳（2）筒底外表面正中位置，下端安装在底座（6）上圆形沉槽中，支撑弹簧（5）高度大于底座（6）上圆形沉槽高度2mm以上。

工作时，安装此微振动压电俘能电池的微机电设备受到环境振动时，无论平面内横动还是竖直方向扰动，支撑弹簧都会摆动较长时间，从而带动电池壳体振动较长时间，悬挂弹簧一方面受电池外壳振动，另一方面受压电悬臂梁重力影响，产生往复变形，因此压电悬臂梁可将环境振动能充分利用转化为电能，通过外部整流电路和储能电容将电能储存，为外接电子元器件供电。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种微振动压电俘能电池，包括：电池顶盖、电池外壳、压电悬臂梁、悬挂弹簧、支撑弹簧和底座，其中：所述电池顶盖、电池外壳组成了电池密封腔；所述压电悬臂梁和悬挂弹簧组成了压电发电单元；所述底座和支撑弹簧分别吸收和传递外界振动。当该装置布置在受微弱振动的微机电设备内代替传统电池时，支撑弹簧会发生扭转和摆动将振动传递到电池内部压电发电单元，悬挂弹簧续往复变形，实现外界一次振动，压电发电单元多次振动的效果，提高了能量俘获效率。该微振动压电俘能电池，主要用于微机电系统、无线传感器等领域，具有结构简单、免维护、寿命长、节能环保、易于集成和环境适应性强等优点。

技术研发人员：吴越;刘清华;韦东东;陈全渠;马文瑞
受保护的技术使用者：长春吉威新能源科技发展有限公司
技术研发日：2017.06.15
技术公布日：2019.01.04