李忠杰
副教授，硕导
联系方式：lizhongjie@shu.edu.cn
办公电话：021-66136396
l 个人简介
李忠杰，上海大学机自学院副教授、硕士生导师。
从事电子元器件、分布式能源管理芯片、自供能技术及系统与装备，微纳能源材料等方向的研究，在超低频俘能技术、高效机电转化技术、摩擦纳米发电技术等方面取得系列成果：攻克了超低频振动俘获、电磁式机电转化等关键技术，关键技术指标达到了国际先进水平；主持及参与多项国家级和省部级项目；发表科技论著30余篇；获发明专利30余项。担任IEEE 电力电子协会能量收集技术中国区分委会委员，Frontiers of Mechanical Engineering期刊的reviewer editor，受邀作国际学术会议报告7次，VEH2021国际大会分会主席。《上海大学学报》青年编委。
l 主要研究领域
1、自供能技术与系统
2、机电能源材料
l 代表性成果
在Advanced Materials, Nano Energy, ACS Applied Materials & Interfaces, Applied Energy, Energy Conversion and Management, Energy, Renewable Energy, IEEE Transactions on Mechatronics等国际Top期刊，ASME SMASIS, IVANDVC等国内外顶级会议上，发表SCI/EI论文30余篇、获授权发明专利30余项。
▪ 论文
1、YIN P, AW K C, JIANG X, et al. Fish Gills Inspired Parallel-Cell Triboelectric Nanogenerator [J]. Nano Energy, 2022, 106976. Top期刊，共同通讯；
2、SHEN F, LI Z, XIN C, et al. Interface Defect Detection and Identification of Triboelectric Nanogenerators via Voltage Waveforms and Artificial Neural Network [J]. ACS Applied Materials & Interfaces, 2022. Top期刊，共同通讯；
3、LI Z, PENG X, HU G, et al. Towards real-time self-powered sensing with ample redundant charges by a piezostack-based frequency-converted generator from human motions [J]. Energy Conversion and Management, 2022, 258(115466. Top期刊，一作；
4、SUN J, ZHANG L, LI Z, et al. A Mobile and Self‐Powered Micro‐Flow Pump Based on Triboelectricity Driven Electroosmosis [J]. Advanced Materials, 2021, 33(34): 2102765. Top期刊；
5、PENG Y, ZHANG L, LI Z, et al. Experimental Investigation of Coil Thickness in Electromagnetic Energy Harvesters for Power Density Improvement; proceedings of The International Conference on Applied Nonlinear Dynamics, Vibration and Control, F, 2021 [C]. Springer. 国际会议，获会议最佳论文奖；
6、PENG Y, XU Z, WANG M, et al. Investigation of frequency-up conversion effect on the performance improvement of stack-based piezoelectric generators [J]. Renewable Energy, 2021, 172(551-63. Top期刊，通讯；
7、PAN Q, WANG B, ZHANG L, et al. Whisk-inspired Motion Converter for Ocean Wave Energy Harvesting [J]. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 2021. Top期刊，共同通讯；
8、LI Z, PENG Y, XU Z, et al. Harnessing energy from suspension systems of oceanic vehicles with high-performance piezoelectric generators [J]. Energy, 2021, 120523. Top期刊，共同一作；
9、LI Z, LIU Y, YIN P, et al. Constituting abrupt magnetic flux density change for power density improvement in electromagnetic energy harvesting [J]. International Journal of Mechanical Sciences, 2021, 198(106363. Top期刊，一作；
10、LI Z, JIANG X, YIN P, et al. Towards self-powered technique in underwater robots via a high-efficiency electromagnetic transducer with circularly abrupt magnetic flux density change [J]. Applied Energy, 2021, 302(117569. Top期刊，一作；
11、LI Z, JIANG X, PENG Y, et al. Design and Experimental Studies of a Heel-Embedded Energy Harvester for Self-Powered Wearable Electronics; proceedings of the Smart Materials, Adaptive Structures and Intelligent Systems, F, 2021 [C]. American Society of Mechanical Engineers. 顶会，一作；
12、LI Z, YANG Z, NAGUIB H E. Introducing revolute joints into piezoelectric energy harvesters [J]. Energy, 2020, 192(116604. Top期刊，一作；
13、LI Z, LUO J, XIE S, et al. Instantaneous peak 2.1 W-level hybrid energy harvesting from human motions for self-charging battery-powered electronics [J]. Nano Energy, 2020, 81(105629. Top期刊，一作；
14、DUAN C, LI Z, LIU F. Condition-based maintenance for ship pumps subject to competing risks under stochastic maintenance quality [J]. Ocean Engineering, 2020, 218(108180. Top期刊，通讯；
15、LI Z, YAN Z, LUO J, et al. Performance comparison of electromagnetic energy harvesters based on magnet arrays of alternating polarity and configuration [J]. Energy conversion and management, 2019, 179(132-40. Top期刊，一作；
16、LI Z, LI T, YANG Z, et al. Toward a 0.33 W piezoelectric and electromagnetic hybrid energy harvester: Design, experimental studies and self-powered applications [J]. Applied Energy, 2019, 255(113805. Top期刊，一作；
17、LI Z, YANG Z, NAGUIB H, et al. Design and studies on a low-frequency truss-based compressive-mode piezoelectric energy harvester [J]. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, 2018, 23(6): 2849-58. Top期刊，一作；
18、LI Z, SAADATNIA Z, YANG Z, et al. A hybrid piezoelectric-triboelectric generator for low-frequency and broad-bandwidth energy harvesting [J]. Energy conversion and management, 2018, 174(188-97. Top期刊，一作；
▪ 获奖
获ICANDVC会议最佳论文奖（2021）
▪ 知识产权
1、一种基于饮水鸟的常温热机发电装置
2、基于压电堆与调频效应的人体穿戴式能量收集器
3、一种基于磁通密度突变的旋转式微型水下发电机
4、一种鞋履能量收集装置
5、一种用于低频运动的电磁摩擦电混合式能量收集器
6、一种低频受压模式压电能量收集器
7、一种减振装置
▪ 成果展示
1、项目组于2021年在国际上创新提出高输出功率的便携式电磁压电混合人体运动能量收集器。所开发能量收集装置充分利用了交替排布磁体的强磁通密度突变率特点和压电叠堆的低内阻、高功率特点。在成人行走时，能量收集器获得瓦特级输出能量，核心指标达到国际先进水平，首次突破性实现任对超级电容和百毫安时级别锂电池的快速充电工作。以该类型能量收集器为基础开发的自供能定位装置实现了远距离传感+位置信息交互的关键技术的突破。该成果发表于Nano Energy 2021 106543（IF：17.9）
图1 基于电磁压电混合人体运动能量收集器
2、项目组于2021年针对水下机器人电能补给问题，首次提出一种以磁通密度突变为基础的自供能机理。利用交替式排布圆形磁体阵列为系统提供磁通密度突变特性。在相邻磁体交界处，磁通突变程度最大，理论上在此处获得最大输出电压与最优功率。当水流速为0.64 m/s时，样机可以获得0.51W的平均输出功率，能量转换效率达30.91%，在50秒内完成20 mF超级电容从0 V充满至29 V，满足水下机器人的锂供电电池的充电需求。该成果发表于Applied Energy 302 117569（IF：9.746）。
图2 一种基于磁通密度突变的水下机器人自供能机理
3、申请人项目组于2021年首次提出了单位体积内磁通密度突变次数（磁通密度突变次数表示为β，β=0,1,2,3,5,7）研究的电磁能量收集器。当β从1增加到3时，磁通密度突变次数是影响输出性能的主要因素，输出性能不断提高。当β=3时，电磁能量收集器获得最高的输出电压、最佳的瞬时功率和最大的充电电容器性能，当β>3时，磁通密度的变化幅度是影响输出性能的主要因素，β的增大导致每个磁单元体积的减小，减小了磁通密度的变化幅度,导致输出性能降低。当使用最佳磁体阵列配置（β=3）时，电磁能量收集器在1g加速度，19.9Hz共振频率下，最高的输出电压达26V、最佳瞬时功率高达284mW。该成果发表于International Journal of Mechanical Sciences 198 106363（IF：5.329）。
图3 单位体积内磁通密度突变次数对功率密度的关键影响研究
4、基于Halbach和N-S极交替排布的立方磁体、Halbach和N-S交替排布的三角形磁体四种磁体，首次提出基于磁通突变机理的能量收集器对比研究。仿真结果发现，相较Halbach磁铁，N-S交替排布磁体阵列在相邻两磁铁交界处磁通密度实现接近阶跃式的突变，磁通变化增大有效提高了感应电压，从而使其产生的感应电压显著提高，输出功率明显增加。依据该理论设计的电磁能量收集装置相较优越的性能。使用N-S交替排布的立方磁体电磁能量收集器，在9.8 m/s2 的谐波激励下，最高电压响应为20 V，最大均值输出功率为35.5 mW，其体积和质量功率密度平均值分别为0.50 mW/cm3 和0.28 mW/g，数倍于经典Halbach构型的结果。该成果发表于Energy Conversion and Management 2019 179 132-140 （IF: 9.7）。
图4 磁通密度突变型阵列较Halbach型俘能功率密度极大提升现象研究
l 科研项目
1、“十四五”军委KJW首批重点项目-子课题，XXX自供能XXX，2022-2024，主持；
2、基于超低频与超小型大功率密度能量收集器的水下智能侦察装备自供能技术研究，国家自然科学基金委，2021-2023，主持；
3、基于超大功率密度电磁能量收集器的低功耗海洋装备自供能技术研究，上海市科学技术委员会，2020-2023，主持；
4、电子元器件自主性评价要求及评价方法分析，中国人民解放军军事科学院，2021-2021，主持；
5、美“星链”低轨星座技术架构及建设情况研究，中国人民解放军军事科学院，2021-2022，主持；
6、无人艇集群协同决策技术软件，连云港杰瑞电子有限公司，2021-2022，主持。
l 国际合作
与加拿大多伦多大学、新西兰奥克兰大学、新加坡南洋理工、台湾国立大学、香港城市大学等多家单位能量收集领域知名团队保持紧密合作。
