[发明专利]一种压电式路面振动能量收集系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种振动能量收集系统，具体涉及一种压电式路面振动能量收集系统。

背景技术

随着经济的发展和社会的进步，新的技术正在日新月异地改变我们的生活，但随之带来的是人类对资源需求的不断增加。长期以来作为人类主要能源的化石能源在不断消耗，2012年12月瑞士银行发布了全球石油领域现状的报告，该报告指出，世界已探明石油储量约有1.8万亿桶，这意味着，按现在的石油消费状况，世界石油储备仅可供开采46年。随着化石能源的不断枯竭，能源危机将不断加剧，人类正迫切寻求可替代能源。自然环境中存在的风能、太阳能、地热能等可再生能源是近年来研究的重点。道路设施中也存在着大量可转换能量，如路面上行驶的车辆所消耗的燃料化学能只有约17％用来推动汽车行进，大部分能量是以发动机散热、噪声和路面振动形式被周围环境吸收。这些能量都是潜在的可利用能量，如果能够有效收集这些能量，则可以为缓解能源紧张提供一种可行的途径。由于混凝土路面属于大模量特殊结构物，且受载环境多为低频、重载条件，如何有效收集路面的机械能是目前所需要攻克的难题。

路面压电式振动能量收集是指通过压电效应将路面振动的机械能转换为电能，再将产生的电能通过调压电路、整流电路、控制电路和储能电路将电能存储到蓄电池中或直接利用。

压电效应是指压电材料在受到外部作用力下，内部正负电荷发生有规律的相对移动，从而导致其表面出现异性极化电荷，形成电位移的现象。压电发电研究自1880年发现以来就一直没有间断，压电发电材料也由最初的单晶体材料发展到现在的到多晶的铁电体材料和有机材料，压电发电技术逐渐成熟，相关能量收集利用的解决方案也在不断完善。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种压电式路面振动能量收集系统，适用于路面这种大模量特殊结构物中，并能在低频、重载环境条件下有效将路面振动机械能转化为电能。

为了实现上述发明目的，本发明采取的技术方案是：

一种压电式路面振动能量收集系统，包括传荷部件，安装在传荷部件内的压电发电元件和能量收集装置；所述能量收集装置包括与压电发电元件连接的调压电路，与调压电路连接的整流电路，与整流电路连接的控制电路，以及与控制电路连接的能量存储电路。

所述传荷部件为方形或者圆形组合式结构，包括带有凸缘且凸缘相对布置的上底板1-1和下底板1-2，布置在上底板1-1和下底板1-2凸缘间的中板4，布置在上底板1-1和下底板1-2凸缘周圈以及中板4周圈的中框5，所述中板4的中心开有电路安装孔3，其内布置有整流电路、调压电路、控制电路和能量存储电路，所述电路安装孔的四周均匀的开有三个压电发电元件安装孔，其内布置压电发电元件2，所述三个压电发电元件安装孔间开有螺栓安装孔，其内插有固定螺栓7固定中板4与上底板1-1和下底板1-2，所述上底板1-1和下底板1-2与三个压电发电元件安装孔内设置的压电发电元件接触部位嵌有电极片6；所述中框5的边沿开有引出电线孔8。

所述压电式路面振动能量收集系统埋设在路面以下预设深度，产生的电能通过传荷部件上预留的引出电线孔8引出。

所述上底板1-1、下底板1-2和中框5的材料为PA66+GF30尼龙材料；所述中板4的材料为掺有二硫化钼的MC尼龙材料，所述电极片6的材料为导电用铜或铝合金材料。

所述压电发电元件2为堆栈式压电换能器或钹式压电换能器，所述堆栈式压电换能器为由多个两极粘结有铜箔电极2-2的圆形压电陶瓷片2-1堆叠形成的堆栈结构，再通过导线连接成并联电路结构；所述钹式压电换能器为由多个钹式压电换能器单元堆叠，通过导线连接形成并联结构，所述钹式压电换能器单元包括圆形压电陶瓷片2-3，置于圆形压电陶瓷片2-3两边的金属端帽2-4，紧贴圆形压电陶瓷片2-3和金属端帽2-4外周圈的外圈固定金属环2-5，固定在外圈固定金属环2-5上下端的外部承力板2-6；所述堆栈式压电换能器或钹式压电换能器的连接方式均为物理串联，电学并联。

所述压电发电元件2的压电陶瓷片材料为锆钛酸铅PZT或聚偏二氟乙烯PVDF。

所述整流电路采用全桥整流技术，所述调压电路采用微型调压贴片，所述控制电路为电源管理电路，所述储能装置为电容或者蓄电池。

本发明和现有技术相比，具有如下优点：