CN110103862A - 一种车载隔振平台用压电能量回收底座 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种车载隔振平台用压电能量回收底座，该底座包括底座承载模组、压电能量回收模组、底座边固定模块和底座角固定模块，两块所述压电能量回收模组承装设置在底座承载模组内，四个底座边固定模块布置在底座承载模组的每条边的中间位置，四个底座角固定模块布置在底座承载模组的四个顶角位置，所述底座边固定模块和底座角固定模块的作用是用于将底座承载模组和车载箱体紧密固定。该回收底座能够回收路面激励和车载动力源产生的振动能量，在长期无能源补给的野外科考任务车补充能源，其承载隔振平台起到固定和保护作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种能量回收装置，具体的说是一种回收车载隔振平台用压电能量回收底座，该装置能够回收路面激励和车载动力源产生的振动能量，能够在长期无能源补给的野外科考任务车补充能源。
背景技术
随着我国开展深地探测项目的不断深入，野外科考任务越来越复杂，工作时间更长，科考地区越来越深入，因此对工作车辆续航里程和车载电子元件的持续工作续航能力要求越来越高。由于野外地形复杂，路面不平度较高，车身会频繁发生振动，振动所产生的能量往往被忽视。此外，由于深地探测科考车辆本身称重较大，对车辆悬架系统的弹簧设计刚度较高，而相应的减震效果则会减弱，所以路面激励依然会很大部分的传到到车身上；与此同时，深地探测车辆对动力系统要求较高，所以高功率的发动机和相关系统会同样会成为振动源，从而传导至车身。振动作为能量的一种表现形式在传统车辆都会被忽视，并以如内能的形式浪费掉，而对于无供给源的野外深地探测车辆来说，任何形式地能量如果可以被回收利用，则对车辆本身续航能量最大化十分有利，直接为完成科考任务的顺利完成提供了保障。本发明提出的用于回收振动能量的压电能量回收底座可以有效地将该部分能量回收。本发明涉及底座安装在深地科考车辆的车厢内，底座上方搭载车载隔振平台，在车辆运动时，地面与车轮产生的振动会传导到压电能量回收底座上，并由于所带搭载的隔振平台由于自身重力和安装其上的冷原子重力梯度仪的重力而对压电能量回收底座产生变频率的挤压，而此时根据压电陶瓷阵列的电荷效应，会产生电位差，而该部分能量将会通过能量回收系统回收至动力电池组内。长时间的振动能量回收积累可为车载电子元件提供额外电力补给，增长续航工作时间，并未整车动力系统提供一定的能源补充，确保有效地完成科考任务。
发明内容
本发明的目的是要提供一种车载隔振平台用压电能量回收底座，该回收底座能够回收路面激励和车载动力源产生的振动能量，在长期无能源补给的野外科考任务车补充能源，其承载隔振平台起到固定和保护作用。
本发明的目的是这样实现的，一种车载隔振平台用压电能量回收底座，该底座包括底座承载模组、压电能量回收模组、底座边固定模块和底座角固定模块，两块所述压电能量回收模组承装设置在底座承载模组内，四个底座边固定模块布置在底座承载模组的每条边的中间位置，四个底座角固定模块布置在底座承载模组的四个顶角位置，所述底座边固定模块和底座角固定模块的作用是用于将底座承载模组和车载箱体紧密固定。
所述压电能量回收模组由上保护壳、正极集流体、圆柱形压电阵列、压电阵列保护模组、负极集流体和下保护壳由上至下依次组装构成，所述正极集流体安装在上保护壳内，所述圆柱形压电阵列装载在压电阵列保护模组中，所述圆柱形压电阵列是由多个压电单体组成，所述压电阵列保护模组上带有多个圆柱孔，所述正极集流体的下表面带有圆形正极凸起，每个所述压电单体安装在对应的圆柱孔内，且压电单体的高度略高于圆柱孔的深度，压电单体的上表面与正极集流体下表面的圆形正极凸起完全接触，而压电单体的下表面与负极集流体的上表面完全接触。负极集流体安装于下保护壳的下保护壳凹槽中。其中正极集流体和负极集流体设计形式为串联排布且正负极排布形式相互对应。
所述底座边固定模块由边上平板、边斜支撑和边底板三部分组成，其中边上平板垂直设置在边底板的一侧用于连接固定车载隔振平台侧平面，所述边上平板上带有一个水平台阶，在水平台阶的下面加工有用于连接底座边固定模块和底座承载模组的边底座连接螺栓孔，所述边斜支撑设置在边上平板和边底板之间用于支撑和抵消车厢倾斜带来的侧向力，所述边底板上带有用于连接底座边固定模块和车厢地板的边车厢连接螺栓孔。
所述底座角固定模块由角上平板、角斜支撑和角底板三部分构成，其中所述角上平板为角钢形结构、其上带有一个凸台，所述角上平板垂直设置在角底板的内侧，角上平板用于连接固定车载隔振平台棱边和侧平面，所述角斜支撑设置在角上平板和角底板之间用于支撑和抵消车厢倾斜带来的侧向力，所述凸台上加工有角底座连接螺栓孔用于连接底座角固定模块和底座承载模组，所述角底板上加工有边车厢连接螺栓孔用于连接底座角固定模块和车厢地板。
本发明的优点和技术效果是：
1、本发明振动能量回收底座能够有效地利用压电阵列模组受挤压产生电流的特性将路面激励引起的车身振动以能量形式收集并存储起来，从而实现“变废为宝”的目的。能量回收底座产生的能量可为车载电子元件提供额外电力补给，增长续航工作时间。同时根据能量守恒原则，压电阵列的吸能效果可间接的减少路面激励能量传导至车载隔振平台的振动冲击能量。
2、本发明振动能量回收底座集流体为串联形式，可以输出较高的电压，若直接回收至电池模组中由于电池本身电压窗口限制，瞬时高电压会对电池模组寿命产生强烈影响，因此本法本发明采用复合电源动力电池组即超级电容器和锂电池的组成形式来解决瞬时高电压对储能装置的冲击，延长锂电池的寿命 。
3、本发明振动能量回收底座外形为口字型设计，相比于传统的方形金属块更符合轻量化设计，降低整车重量，且同时保证了固定上方隔振平台的功能。
4、本发明振动能量回收底座可根据车身振动程度自由选择配置压电能量回收模组的数量，以方便最大化回收车身振动能量。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图。
图2是本发明图1的分解结构示意图。
图3是本发明压电能量回收模组结构示意图。
图4是本发明压电能量回收模组的爆炸图。
图5 是本发明底座承载模组结构示意图。
图6是本发明图4中上保护壳的主视图。
图7是本发明图4中压电块阵列的立体结构图。
图8是本发明图4中压电阵列保护模组的主视图。
图9是本发明图4中负极集流体的主视图。
图10是本发明图4中下保护壳的主视图。
图11是本发明底座边固定模块的立体结构图。
图12是本发明底座角固定模块的立体结构图。
图13是本发明能量回收流程图。
图14是车载隔振平台采用本发明压电能量回收底座应用实例示意图。
具体实施方式
如图1、2所示：一种车载隔振平台用压电能量回收底座，该底座包括底座承载模组1、压电能量回收模组2、底座边固定模块3和底座角固定模块4，两块所述压电能量回收模组2承装设置在底座承载模组1内，四个底座边固定模块3布置在底座承载模组1的每条边的中间位置，四个底座角固定模块4布置在底座承载模组1的四个顶角位置，所述底座边固定模块3和底座角固定模块4的作用是用于将底座承载模组1和车载箱体紧密固定。
由附图11所示：所述底座边固定模块3由边上平板31、边斜支撑32和边底板35三部分组成，其中边上平板31垂直设置在边底板35的一侧用于连接固定车载隔振平台侧平面，所述边上平板31上带有一个水平台阶36，在水平台阶36的下面加工有用于连接底座边固定模块3和底座承载模组1的边底座连接螺栓孔33，所述边斜支撑32设置在边上平板31和边底板35之间用于支撑和抵消车厢倾斜带来的侧向力，所述边底板35上带有用于连接底座边固定模块3和车厢地板的边车厢连接螺栓孔34。
由附图12所示：所述底座角固定模块4由角上平板41、角斜支撑42和角底板45三部分构成，其中所述角上平板41为角钢形结构、其上带有一个凸台46，所述角上平板41垂直设置在角底板45的内侧，角上平板41用于连接固定车载隔振平台棱边和侧平面，所述角斜支撑42设置在角上平板41和角底板45之间用于支撑和抵消车厢倾斜带来的侧向力，所述凸台46上加工有角底座连接螺栓孔43用于连接底座角固定模块4和底座承载模组1，所述角底板45上加工有边车厢连接螺栓孔44用于连接底座角固定模块4和车厢地板。
为更好的说明压电回收模组2的组成和工作原理，将利用图4压电能量回收模组爆炸图来具体描述。
由附图4、6、7、8、9所示：所述压电能量回收模组2由上保护壳21、正极集流体22、圆柱形压电阵列23、压电阵列保护模组24、负极集流体25和下保护壳26由上至下依次组装构成，所述正极集流体22安装在上保护壳21内，所述圆柱形压电阵列23装载在压电阵列保护模组24中，所述圆柱形压电阵列23是由多个压电单体231组成，根据压电材料特性，压电单体231采用材料压电系数为d33（压电材料具体型号为PZT-5H），所述压电阵列保护模组24上带有多个圆柱孔241，所述正极集流体22的下表面带有圆形正极凸起221，每个所述压电单体231安装在对应的圆柱孔241内，且压电单体231的高度略高于圆柱孔241的深度，压电单体231的上表面与正极集流体22下表面的圆形正极凸起221完全接触，而压电单体231的下表面与负极集流体25的上表面完全接触。负极集流体25安装于下保护壳26的下保护壳凹槽261中。集流体指汇集电流的结构或零件，其功用主要是将压电材料产生的电流汇集起来以便形成较大的电流对外输出，本发明所有集流体为铜片，在本发明中正极集流体22和负极集流体25设计形式为串联排布且正负极排布形式相互对应。
由附图5所示：所述底座承载模组1上带有边凸台11和角凸台12。
为充分挤压圆柱形压电阵列23产生较高电压，压电能量回收模组2中所有组成部分间无实体连接装置，固定方式主要是采用将压电能量回收模组2整体放入底座承载模组1已开好槽中，而底座承载模组1中对应的边凸台11和角凸台12上的螺孔13可以将上部车载隔振平台固定压电能量回收底座上。
由图13所示：当压电能量回收装置受到挤压产生电流和电压时，通过内置的正负极集流体和外置的连接导线，此后将收集到的电流和电压传递给储能系统。储能系统主要由整流电路、滤波电容、单向DC-DC转换器和动力电池组（由超级电容和锂电池组成）组成。通过整流电路的作用是将压电能量回收装置产生的交流电转换为直流电，然而整流电路虽然可将交流电变成直流电，但其脉动成分较大，因此电流通过整流电路后再进入滤波电路，以减小整流后直流电中的脉动成分。超级电容在此处的作用主要是利用电压窗口宽的特点接收压电能量回收装置的高电压脉冲，担任锂电池组前段的电压缓冲装置，从而保护锂电池的寿命。
图14所示：本发明为车载隔振平台配套底座，当野外深地探测车辆行驶在复杂路面上时，路面激励将会通过车轮传导到车厢上，路面激励将首先由车辆悬架系统的弹簧阻尼抵消掉一部分，剩余仍有大部分振动能量传导到车厢上，压电能量回收底座是固连在车厢上的，所以其与车厢的振动效果是一样的。车载隔振平台搭载重力梯度仪固连在压电能量回收底座上，并会通过自身传感器利用空气弹簧、钢索弹簧和电推杆调节姿态以保持上方重力梯度仪保持平衡。当下方车厢振动时，上方隔振平台会做出对应动作以保持顶部平衡，所以中间的压电能量回收底座来回受挤压，以此产生能量，能量将由外部导线通过控制器指令传导到能量回收系统最终存入动力电池模组中，并完成能量回收整个过程，如此重复，从而达到能量采集目的。
Claims (5)
1.一种车载隔振平台用压电能量回收底座，其特征在于：该底座包括底座承载模组(1)、压电能量回收模组（2）、底座边固定模块（3）和底座角固定模块（4），两块所述压电能量回收模组（2）承装设置在底座承载模组（1）内，四个底座边固定模块（3）布置在底座承载模组（1）的每条边的中间位置，四个底座角固定模块（4）布置在底座承载模组（1）的四个顶角位置，所述底座边固定模块（3）和底座角固定模块（4）的作用是用于将底座承载模组（1）和车载箱体紧密固定。
2.根据权利要求1所述的一种车载隔振平台用压电能量回收底座，其特征在于：所述底座边固定模块（3）由边上平板（31）、边斜支撑（32）和边底板（35）三部分组成，其中边上平板（31）垂直设置在边底板（35）的一侧用于连接固定车载隔振平台侧平面，所述边上平板（31）上带有一个水平台阶（36），在水平台阶（36）的下面加工有用于连接底座边固定模块（3）和底座承载模组（1）的边底座连接螺栓孔（33），所述边斜支撑（32）设置在边上平板（31）和边底板（35）之间用于支撑和抵消车厢倾斜带来的侧向力，所述边底板（35）上带有用于连接底座边固定模块（3）和车厢地板的边车厢连接螺栓孔（34）。
3.根据权利要求1或2所述的一种车载隔振平台用压电能量回收底座，其特征在于：所述底座角固定模块（4）由角上平板（41）、角斜支撑（42）和角底板（45）三部分构成，其中所述角上平板（41）为角钢形结构、其上带有一个凸台（46），所述角上平板（41）垂直设置在角底板（45）的内侧，角上平板（41）用于连接固定车载隔振平台棱边和侧平面，所述角斜支撑（42）设置在角上平板（41）和角底板（45）之间用于支撑和抵消车厢倾斜带来的侧向力，所述凸台（46）上加工有角底座连接螺栓孔（43）用于连接底座角固定模块（4）和底座承载模组（1），所述角底板（45）上加工有边车厢连接螺栓孔（44）用于连接底座角固定模块（4）和车厢地板。
4.根据权利要求3所述的一种车载隔振平台用压电能量回收底座，其特征在于：所述压电能量回收模组（2）由上保护壳（21）、正极集流体（22）、圆柱形压电阵列（23）、压电阵列保护模组（24）、负极集流体（25）和下保护壳（26）由上至下依次组装构成，所述正极集流体（22）安装在上保护壳（21）内，所述圆柱形压电阵列（23）装载在压电阵列保护模组（24）中，所述圆柱形压电阵列（23）是由多个压电单体（231）组成，所述压电阵列保护模组（24）上带有多个圆柱孔（241），所述正极集流体（22）的下表面带有圆形正极凸起（221），每个所述压电单体（231）安装在对应的圆柱孔（241）内，且压电单体（231）的高度略高于圆柱孔（241）的深度，压电单体（231）的上表面与正极集流体（22）下表面的圆形正极凸起（221）完全接触，而压电单体（231）的下表面与负极集流体（25）的上表面完全接触，负极集流体（25）安装于下保护壳（26）的下保护壳凹槽（261）中，其中正极集流体（22）和负极集流体（25）设计形式为串联排布且正负极排布形式相互对应。
5.根据权利要求3 所述的一种车载隔振平台用压电能量回收底座，其特征在于：所述底座承载模组（1）上带有边凸台（11）和角凸台（12）。
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