Genvej til ’batterifrie’ trådløse sensorer

Det danske firma TEGnology står bag banebrydende termoelektrisk generator (TEG), der helt kan eliminere batterier i f.eks. trådløst opkoblede sensorsystemer. En demo- og udviklingsplatform er netop præsenteret.

FLIPTEM36 TEG-modulet baner vejen for at opbygge f.eks. vedligeholdsfrie trådløse sensorer, som kan fungere helt uden batterier – naturligvis under den forudsætning, at TEG-modulet placeres i et miljø, hvor der kan etableres en ’kold’ og en ’varm’ overflade, der jo er hele fundamentet i konceptet.

Perspektiverne i TEGnology’s teknologi og moduler – som blev beskrevet deltajeret i i Elektronik & Data, nr. 2, 2017 (http://www.e-pages.dk/odsgard/556/) – er ekstremt store, og TEGnology er nu gået et skridt videre og har præsenteret en fleksibel demo- og udviklingsplatform, der gør det meget let og enkelt at demonstrere potentialet med FLIPTEM36 modulet i forskellige applikationssammenhænge.

Demo- og udviklingsplatformen – der kan konfigureres på en lang række forskellige måder alt efter kravene i slutapplikationer – blev vist første gang på TEGnology’s stand i forbindelse med ’Energy Harvesting Europe’ udstillingen/konferencen, der blev afholdt i Berlin i maj måned.

Det grundlæggende koncept

FLIPTEM36 modulet kan operere med en overfladetemperatur på op til 125 grader C, og jo større temperaturforskel, der er mellem de to overflader, jo større effekt/strøm kan modulet levere direkte til systemet og/eller et lagringselement som f.eks. en kondensator.

Det maksimale effektlevering ved en overfladetemperatur på 125 grader C på den ene overflade og 20 grader C på den anden – altså en forskel på 105 grader C - er 9000 uW, mens FLIPTEM36 ved overfladetemperaturer på f.eks. henholdsvis 60 grader C og 20 grader C – en forskel på 40 grader C – kan levere respektable 1200 uW.

Og selv ved lave temperaturer og temperaturforskelle vil modulet kunne levere effekter, der vil kunne forsyne en simpel sensoroperation, hvis systemet dimensioneres optimalt.

Et oplagt applikationseksempel vil være placering på en radiator, hvor modulet kan forsyne en trådløs opkoblet termostat, men TEG modulerne vil også være oplagte at bruge i utallige industrielle applikationer, hvor der jo netop ofte vil være varme overflader f.eks. på eller ved produktionsudstyr eller forsyningssystemer, hvor TEG-modulet og sensorsystem kan placeres. Der er i øvrigt tale om sammenhænge, hvor der i praksis ofte slet ikke kan bruges batterier på grund af for høje omgivelsestemperaturer.

FLIPTEM36 modulet (og kommende varianter) er i øvrigt lette at serieproducere med en lav koststruktur, ligesom konverteringseffektiviteten er særdeles høj i sammenligning med de kendte TEG produkter. En helt afgørende differentierende faktor i sammenligning med eksisterende termoelektriske generator er, at TEGnology’s elementer er baseret på billige og bredt tilgængelige materialer som bl.a. antimoni, magnesium, silicium og zinc.

Eksisterende produkter benytter typisk det ekstremt kostbare og sjældne materiale tellurium, hvilket i sig selv udelukker egentlig masseproduktion og dermed også anvendelse i højvolumen produkter. Det er således først med introduktionen af FLIPTEM36, at termoelektriske elementer kan betragtes som en egentlig mainstream produktteknologi med et bredt anvendelsespotentiale.

Udviklingsplatformen skal booste interessen

I den nye demo- og udviklingsplatform er der integreret et FLIPTEM36 modul med en køleplade monteret på den ’kolde’ side af modulet. På udstillingen i Berlin blev den indkapslede demo- og udviklingsplatform demonstreret, mens den var monteret direkte på en elektrisk radiator med en temperatur på typisk 51 grader C på den ’varme’ side og 37 grader C på den ’kolde’ ved kølepladen.

I den sammenhæng kan der genereres tilstrækkelig med energi til at forsyne demo- og udviklingsplatformens integrerede sensorsystem bestående af en microcontroller, power management enhed, en termistor, en kondensator til energilagring samt et trådløst 2,4GHz kommunikationsmodul, der i den aktuelle demo-applikation afsender en temperaturmåling pr. tredje sekund til en pc.

- Generelt oplever vi stor interesse for vores teknologi. Men når det er sagt, så er det også vores erfaring indtil nu, at mange potentielle kunder gerne ser, vi går et skridt videre og tilbyder en platformsorienteret løsning. Med demo- og udviklingsplatformen, som imponerede mange på udstillingen, kan vi i praksis let demonstrere og ’uddanne’ potentielle kunder i de store fordele, som vores teknologi kan tilbyde som et alternativ til f.eks. batterier i trådløse sensorsystemer, der indgår i miljøer, hvor der på den ene eller anden måde genereres varme, forklarer Paul Egginton, der er CEO i TEGnology.

Fleksibel hardwareplatform

Demo- og udviklingsplatformen er bygget op omkring den såkaldte Odin hardwareplatform, som er udviklet af DELTA (nu en del af FORCE). Der er tale om en modulbaseret løsning, der overordnet sigter på at gøre det ekstremt let og hurtig at opbygge hardware-prototyper i forbindelse med projektevaluering eller feasibility studier af løsninger, der opererer med energy harvesting baserede energikilder som f.eks. solceller og termoelektriske elementer med mere.

Overordnet består platformen af et Odin main-board samt forskellige interface-boards, som bruges til at konfigurere forskellige periferienheders inputs og outputs til et Odin-specifik interface. På den måde bliver det med et ’Lego-lignende’ byggekoncept muligt at lave en hurtig evaluering af forskellige konfigurationer af Odin-boardet samt forskellige sensorer - f.eks. tryk-, temperatur-, gas- og vibrations-sensorer - og trådløse moduler, hvor der pt. bl.a. tilbydes Odin-moduler, der understøtter Bluetooth low energy, Zwave, ZigBee og WiFi, ligesom der er proprietære Odin-løsninger til 2,4 GHz og sub 1 GHz frekvensbåndene.

- Det er meget let og hurtigt at tilpasse demo- og udviklingsplatformen med hensyn til bl.a. sensorer og trådløse moduler til lige netop den applikation, som en kunde ønsker at evaluere, siger Paul Egginton.

Han understreger, at introduktionen af demo- og udviklingsplatformen ikke skal ses som et udtryk for, at TEGnology satser på at udvikle kundespecifikke og systemorienterede løsninger omkring firmaets TEG-moduler.

TEGnology er en komponentproducent, hvis fulde fokus ligger på udvikling og produktion af termoelektriske moduler. En højtemperatur implementering, der bl.a. sigter på brug i automotive og industrielle applikationer, er også præsenteret i en prototypeversion med forventet endelig markedsintroduktion i løbet af efteråret.

Gennem det tætte samarbejde med DELTA omkring udviklingen af demo- og udviklingsplatformen er der nu etableret en relation til en partner med kendskab til FLIPTEM36 modulet og teknologien, der kan assistere med mere systemorienterede aspekter.

- Vi ser rigtig gode muligheder med TEGnology’s produkter i mange sammenhænge, fremhæver Dusan Vuckovic fra DELTA, der har spillet hovedrollen i forbindelse med udviklingen af Odin-konceptet og den nye demo- og udviklingsplatform.

- Vi kan hjælpe interesserede kunder med funktions- og power-optimering samt integration på systemniveau af applikationsspecifikke løsninger, der benytter TEGnology’s TEG-moduler, når den konceptmæssige opbygning som udgangspunkt er blevet evalueret og testet med afsæt i Odin-platformen. Det er en proces, som vi allerede har opbygget erfaring med i forbindelse med udvikling af andre energy-harvesting sensorplatforme, der forsynes fra bl.a. solcellemoduler, understreger Dusan Vuckovic.
http://www.tegnology.dk