IEC 62830-4:2019

Semiconductor devices - Semiconductor devices for energy harvesting and generation - Part 4: Test and evaluation methods for flexible piezoelectric energy harvesting devices

IEC 62830-4:2019 describes terms, definitions, symbols, configurations, and test methods that can be used to evaluate and determine the performance characteristics of flexible piezoelectric energy harvesting devices for practical use. This document is applicable to energy harvesting devices for consumers, general industries, wearable electronics, military, and biomedical applications without any limitations of device technology and size.

Dispositifs à semiconducteurs - Dispositifs à semiconducteurs pour récupération et production d'énergie - Partie 4: Méthodes d’essai et d’appréciation pour les dispositifs de récupération d’énergie piézoélectrique souples

L’IEC 62830-4:2019 décrit les termes, définitions, symboles, configurations et les méthodes d’essai pouvant être utilisés pour apprécier et déterminer les caractéristiques de performance des dispositifs de récupération d’énergie piézoélectrique souples dans le contexte d’une utilisation pratique. Le présent document s’applique aux dispositifs de récupération d’énergie destinés au grand public, aux industries générales, aux appareils électroniques portatifs et aux applications militaires et biomédicales, sans restriction concernant la technologie et la taille des dispositifs.

General Information

• Status: Published
• Publication Date: 26-Feb-2019
• ICS: 01 - GENERALITIES. TERMINOLOGY. STANDARDIZATION. DOCUMENTATION
• ICS: 31.080.99 - Other semiconductor devices
• Technical Committee: TC 47 - Semiconductor devices
• Drafting Committee: WG 7 - TC 47/WG 7
• Current Stage: PPUB - Publication issued
• Start Date: 29-Mar-2019
• Completion Date: 27-Feb-2019

Standards Content (Sample)

IEC 62830-4 ®
Edition 1.0 2019-02
INTERNATIONAL
STANDARD
NORME
INTERNATIONALE
colour
inside
Semiconductor devices – Semiconductor devices for energy harvesting and
generation –
Part 4: Test and evaluation methods for flexible piezoelectric energy harvesting
devices
Dispositifs à semiconducteurs – Dispositifs à semiconducteurs pour
récupération et production d’énergie –
Partie 4: Méthodes d’essai et d’appréciation pour les dispositifs de récupération
d’énergie piézoélectrique souples

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devices
Dispositifs à semiconducteurs – Dispositifs à semiconducteurs pour

récupération et production d’énergie –

Partie 4: Méthodes d’essai et d’appréciation pour les dispositifs de récupération

d’énergie piézoélectrique souples

INTERNATIONAL
ELECTROTECHNICAL
COMMISSION
COMMISSION
ELECTROTECHNIQUE
INTERNATIONALE
ISBN 978-2-8322-6609-0
ICS 31.080.99
– 2 – IEC 62830-4:2019 © IEC 2019
CONTENTS
FOREWORD . 4
1 Scope . 6
2 Normative references . 6
3 Terms and definitions . 6
3.1 General terms . 6
3.2 Piezoelectric transducer . 8
3.3 Characteristic parameters . 8
4 Essential ratings and characteristic parameters . 10
4.1 Limiting values and operating conditions . 10
4.2 Additional information . 11
5 Test method . 11
5.1 General . 11
5.2 Electrical characteristics . 12
5.2.1 Test procedure . 12
5.2.2 Capacitance . 13
5.2.3 Open circuit voltage . 14
5.2.4 Short circuit current . 14
5.2.5 Open circuit voltage with various induced strains . 15
5.2.6 Short circuit current with various induced strains . 15
5.2.7 Open circuit voltage with various induced frequencies . 16
5.2.8 Short circuit current with various induced frequencies. 17
5.2.9 Output load voltage . 18
5.2.10 Output current . 19
5.2.11 Output power . 19
5.2.12 Optimal load impedance . 20
5.2.13 Maximum output power . 20
5.2.14 Test procedure . 20
5.2.15 Temperature range . 21
5.2.16 Relative humidity range . 22
5.2.17 Input bending motion range . 22
5.2.18 Input stretching motion range . 22
5.2.19 Input twisting motion range . 22
Annex A (informative) Piezoelectric modes . 23
A.1 General . 23
A.2 d mode. 23
A.3 d mode. 23
Annex B (informative) Classification of flexible piezoelectric energy harvesters . 25
B.1 General . 25
B.2 Piezoelectric thin film with top and bottom electrodes (d mode). 25
B.3 Piezoelectric thin film with comb structured electrodes (d mode) . 25
B.4 Piezoelectric nano wire with top and bottom electrodes . 25
B.5 Flexible piezoelectric material with top and bottom electrodes . 25
Annex C (informative) Input motions . 27
C.1 Classification of strain motions. 27
C.2 Example of test method . 27

Annex D (informative) Electromechanical coupling . 29
D.1 Compliance and coupling coefficient relation. 29
D.2 Young’s modulus and coupling coefficient relation . 29
Bibliography . 30

Figure 1 – Flexible energy harvester using a flexible substrate with a piezoelectric film . 7
Figure 2 – Equivalent circuit of flexible piezoelectric energy harvester . 9
Figure 3 – Measurement procedure of flexible piezoelectric energy harvesters . 12
Figure 4 – Test setup for the electrical characteristics of a flexible piezoelectric energy
harvester . 13
Figure 5 – Open circuit voltage of a flexible piezoelectric energy harvester . 14
Figure 6 – Short circuit current of a flexible piezoelectric energy harvester . 14
Figure 7 – Open circuit voltage of the flexible piezoelectric energy harvester with
various induced strains . 15
Figure 8 – Short circuit current of the flexible piezoelectric energy harvester with

various induced strains . 16
Figure 9 – Open circuit voltage of the flexible piezoelectric energy harvester with
various induced frequencies . 17
Figure 10 – Short circuit current of the flexible piezoelectric energy harvester with
various induced frequencies . 18
Figure 11 – Output load voltages of flexible piezoelectric energy harvester at various

external loads . 19
Figure 12 – Output current of the flexible piezoelectric energy harvester at various
output voltages . 19
Figure 13 – Output power of the flexible piezoelectric energy harvester at various
external loads . 20
Figure 14 – Output power and voltage of the flexible piezoelectric energy harvester at

various input bendi
...