[发明专利]一种基于压电发电的能量收集装置及控制系统和控制方法

权利要求书

1.一种基于压电发电的能量收集装置，包括发电装置、能量转换模块和存储装置；所述发电装置包括盖板、冲击块、固定柱、压电双晶片阵列、底板和导线；所述底板上表面两端设置有固定柱，底板和固定柱为一体式，固定柱内壁上设置有竖直排列向内的多个凹槽，两个固定柱上的凹槽对应设置，在同一条水平线上，凹槽内设有压电双晶片，压电双晶片之间设置有弹簧，底板与压电双晶片之间设置有弹簧，压电双晶片上连接有导线；所述固定柱之上有盖板，盖板下端设置有冲击板；所述导线连接能量转换模块；所述能量转换模块采用倍压整流电路，连接存储装置；所述存储装置采用超级电容，并联稳压二极管；还包括控制系统，其包括检测模块、中央处理器和执行模块，所述检测模块包括形变检测装置、整流电压检测装置和电容电量检测装置；所述形变检测装置设置于压电双晶片外壁，用于检测压电双晶片的形变量；所述整流电压检测装置连接于四倍压整流电路，用于检测整流输出电压的大小；所述电容电量检测装置，用于检测超级电容中的电量；所述中央处理器采用的是单片机，用于接受检测模块的信号，与预设值进行比较，生成执行信号；所述执行模块，包括与盖板接触的挤压装置、设置于整流电路与存储装置之间的整流开关和设置于电容上的电容开关；所述中央处理器通信连接检测模块和执行模块中的所有设备；所述压电双晶片阵列包括同一层并联的N个压电双晶片和N层串联的压电双晶片，N>2；所述底板和盖板都采用的是胶木材料，尺寸为400mm×400mm；冲击块的厚度为10mm，固定柱上表面高出压电双晶片上表面9.8mm。

2.根据权利要求1所述的基于压电发电的能量收集装置，其特征在于：所述压电双晶片包括压电片、金属片和导线；所述金属片设置于两块压电片之间，金属片和压电片之间有胶层；所述金属片和压电片上分别连接有导线，两个压电片之间用导线连接。

3.根据权利要求2所述的基于压电发电的能量收集装置，其特征在于：所述金属片长度为60mm、厚度为0.5mm，压电片长度为42mm，厚度为0.15mm；压电片与金属片的长度比为0.7；所述压电片采用的是掺杂改性的高性能PZT压电陶瓷材料。

4.根据权利要求1所述的基于压电发电的能量收集装置，其特征在于：所述倍压整流电路为四倍压整流电路；所述四倍压整流电路由整流二极管D1、D2、 D3、D4，以及滤波电容器C1、 C2、C3、C4组成，D1、 C1和发电输出组成闭合电路，D1、D2和 C2组成闭合电路，D2、D3和C3组成闭合电路，D3、 D4和D3组成闭合电路，C1、D1、D2和C3的连线相交于一点，D2、C2、D3和C4的连线相交于一点，C3、D3、和D4的连线相交于一点。

5.根据权利要求1所述基于压电发电的能量收集装置，其特征在于：还包括控制方法，其步骤为：

步骤一：发电装置开始工作后，通过形变检测装置检测压电双晶片的形变量，并将形变量转化为数字信号01，上传到单片机；同时整流电压检测装置将整流电压转化为数字信号02，上传到单片机；超级电容上的检测装置也将检测电量转化为数字信号03，上传到单片机；

步骤二：单片机接受检测模块上传的数字信号，将数字信号01与预设的压电双晶片的形变阈值比较，若大于阈值发出执行信号001；将数字信号02与预设的电容的极限电压值对比，若大于极限电压值发出执行信号002；将数字信号03与预设的超级电容的容量值对比，若大于容量值发出执行信号003；

步骤三：执行模块接受执行信号001，挤压装置的下压量和速度减小，直至小于阈值，才恢复挤压量和速度；执行模块接受执行信号002，整流开关断开，降低发电电压，直至整流电压小于极限电压值，执行模块接受执行信号003，将挤压装置停止工作，同时关掉整流开关和电容开关。