Ontwikkeling van een uitrekbaar battery pack voor mobiele textiel toepassingen.

Doelgroep: Master in de ingenieurswetenschappen: elektrotechniek

Promotor: Jan Vanfleteren

Begeleider: Thomas Vervust, Frederick Bossuyt

Locatie: CMST, Technologiepark 914A, 9052 Zwijnaarde

Aantal studenten: 1 of 2

Trefwoorden: Elektronica, hardware ontwerp, batterij, flexibel, rekbaar, assemblage, integratie, textiel, praktische realisatie

Situering


Steeds meer en meer integreert men gebruikerselektronica in onze omgeving zonder dat we het merken. De nadruk ligt hier op het verhogen van het gebruikerscomfort. Draagbare high tech toestellen als mp3 spelers, gsm’s, PDA’s, … zijn niet meer weg te denken uit het huidige straatbeeld. Ook chips in bijvoorbeeld bankkaarten, paspoorten, badges en verpakkingen zijn een deel van de elektronica waar men dagelijks mee rondloopt. Integratie van elektronica in kledij is een volgende stap in deze ‘ambient intelligence’ revolutie.

CMST is partner in verschillende projecten waarbij onze bijdrage het ontwikkelen is van technologie voor het integreren van elektronica in textiel. Aangezien de focus vooral ligt op het gebruikerscomfort, moet er overgegaan worden van de klassieke PCB technologieën naar meer flexibele, zelfs uitrekbare elektronische substraten. Heden zijn we in staat om elektronica te integreren in uitrekbare materialen (silicones, polyurethanen,...) zodat elektronica integreerbaar wordt in textiel zoals kledij, tapijten,... De elektronica beweegt mee met het lichaam, kan uitrekken en voelt zacht aan. Allerhande toepassingen kunnen bedacht worden zoals monitoring van lichaamsfuncties, bewegingsdetectie, signalisatie, ...


Een belangrijk onderdeel van elk elektronisch systeem is de voeding. In huidige draagbare toepassingen worden vooral rigide batterijen gebruikt. In deze thesis willen we een dun, deels flexibel, deels rekbaar battery pack ontwerpen die geschikt is voor integratie in textiel.

Doelstelling

Het doel van de voorgestelde thesis is het ontwerp en realisatie van een herlaadbaar battery pack voor integratie in textiel. De ontwikkeling van een dergelijke module impliceert een veelzijdige aanpak, waarin elektronisch ontwerp, assemblagetechnieken, integratie en evaluatie uitgebreid aan bod komen. Binnen de CMST groep is voldoende expertise aanwezig om deze thesis te ondersteunen in elk van deze verschillende gebieden. Er zal vertrokken worden van ultradunne, flexibele lithium polymer cellen (dikte 0.5mm tot 1mm). Deze cellen hebben een nominale spanning van 3.7V en een nominale capaciteit die afhankelijk is van de grootte van de cel (vb: 44x61mm->200mAh).



In een eerste fase wordt de nodige elektronica ontworpen om deze cellen efficiënt te laden en te beschermen tegen kortsluiting, overladen, te ver ontladen, ... Hierbij word een literatuurstudie gedaan naar de verschillende mogelijkheden om een dergelijk ”battery management system” te ontwerpen.
In een tweede fase wordt er gekeken naar de combinatie van verschillende (kleinere) cellen om een flexibeler en zelfs rekbaar battery pack te ontwikkelen. Het principe is schematisch voorgesteld in onderstaande figuur. De verschillende flexibele delen worden via rekbare interconnecties met elkaar verbonden.

Eventueel kan er gekeken worden of de battery pack kan aangevuld worden met één of meerdere flexibele fotovoltaïsche zonnecellen om de batterij bij te laden en zo de levensduur te verlengen. De flexibele zonnecellen worden dan via hetzelfde principe met rekbare interconnecties met elkaar verbonden.

Van bij het begin van de scriptie dient men bij het ontwerp rekening te houden met de praktische realisatie van de battery pack. De cellen worden samen met de nodige elektronica ingebed in een uitrekbaar materiaal (vb silicone). Deze module wordt vervolgens geïntegreerd in textiel. Er is voldoende kennis beschikbaar binnen CMST om deze technologiestappen uit te voeren. In bijlage een filmpje van een rekbaar LED display. Dit display wordt momenteel aangestuurd door een rigide batterij die niet geïntegreerd is in textiel. Daar zal de rekbare battery pack echter verandering in brengen!

Opmerkingen

Bij deze thesis komen zeer uiteenlopende aspecten aan bod. Enerzijds betekent dit dat er niet verwacht kan worden dat elk deelsaspect tot op het bot uitgediept wordt. Anderzijds impliceert dit dat het nogal moeilijk is dit onderwerp kort voor te stellen en evenveel recht te doen aan elk van de deelaspecten die erbij komen kijken. Kom dus gerust eens langs voor meer informatie en eventuele vragen.

 

Bijlagen

 

In bijlage vindt u enkele filmpjes van eerdere demonstrators waarbij rekbare elektronica geïntegreerd werd in textiel. Het betreft een rekbare 7x8 Led matrix met een scrollende text.

č
LED_Matrix.wmv
(5813k)
Thomas Vervust,
Mar 11, 2010, 3:23 AM
č
LED_Matrix_On_Textile.wmv
(3860k)
Thomas Vervust,
Mar 11, 2010, 3:23 AM
Comments