CN114599541A - 用于车辆的压电能量收集系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种被构造用以安装在车辆(1)上的压电能量采集系统(10)，其特征在于，该系统(10)包括：‑内面板(12)；‑能够相对于内面板(12)以滑动方式移动的外面板(14)；‑设置在内面板(12)和外面板(14)之间的至少一个可变形的压电元件(16)，所述压电元件(16)在变形时能够产生电功率；‑固定地连接到外面板(14)的多个冲击元件(18)，当外面板(14)和内面板(12)彼此足够接近时，冲击元件适于在至少一个压电元件(16)上施加压缩力，所述压缩力导致至少一个压电元件(16)的机械变形；‑排斥装置(22)，其适于将外面板(14)从内面板(12)移开；‑电功率存储单元(24)；‑单向电路(26)，其将至少一个压电元件(16)连接到电功率存储单元(24)，所述单向电路(26)适于用由至少一个压电元件(16)产生的电功率为电功率存储单元(24)充电，同时防止电荷从电功率存储单元(24)施加到至少一个压电元件(16)。
Description
技术领域
本发明涉及一种被构造用以安装在车辆上的压电能量收集系统。
本发明可以应用于重型车辆，诸如卡车、公共汽车和建筑设备等。尽管本发明将针对卡车进行描述，但本发明不限于该特定车辆，而是还可以用于其它车辆，诸如公共汽车、建筑设备和乘用车等。本发明还可以用于其它运输工具，诸如轮船、小船、飞机和任何可能受风影响的交通工具。
背景技术
由于能源危机和与使用化石燃料相关的环境问题，可再生和清洁能源已成为越来越受关注的领域。未来几十年，全球电力需求预计将增长近80％。要摆脱对化石燃料的依赖，需要一场清洁能源革命。
近年来，已经提出了化石燃料的替代品。特别是，电动或混合动力车辆得到越来越多的发展。然而，电动汽车的自主性有限，因为电池必须经常再充电。一般来说，电池再充电只能在特定的充电站进行。在再充电操作期间中，车主不能使用车辆。因此，现有的对电动车辆的电池再充电的方法并不令人满意。
因此，需要一种新的充电方法来避免上述问题。
一种解决方案可能包括安装车载电能收集系统，该系统可以产生电能量，并且将该能量充电到车辆的电池中。
现有的车载电能收集系统通常使用固定在车辆外部的太阳能电池板。然而，这种太阳能电池板产生的能量通常很低。此外，这些太阳能电池板在夜间和多云环境中没有用处。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种电能收集系统，该系统可以安装在车辆上以对其电池进行充电。
该目的通过根据权利要求1所述的系统来实现。因此，该目的通过一种被构造用以安装在车辆上的压电能量收集系统来实现，该系统包括：
-内面板；
-外面板，该外面板能够相对于所述内面板以滑动方式移动；
-至少一个可变形的压电元件，该压电元件设置在所述内面板和所述外面板之间，所述压电元件在其变形时能够产生电功率；
-多个冲击元件，所述多个冲击元件被固定地连接到外面板，并且当所述外面板和所述内面板彼此足够接近时，所述多个冲击元件适于在所述至少一个压电元件上施加压缩力，所述压缩力导致所述至少一个压电元件的机械变形；
-排斥装置，该排斥装置适于将所述外面板从所述内面板移开；
-电功率存储单元；
-单向电路，该单向电路将所述至少一个压电元件连接到电功率存储单元，所述单向电路适于用由所述至少一个压电元件产生的电功率为所述电功率存储单元充电，同时防止将电荷从所述电功率存储单元施加到所述至少一个压电元件。
通过这样配置，本发明的系统允许将由于风冲击在外面板上的动能转换成用于操作车辆的电功率。所述外面板可以有利地限定车辆的外部部件，诸如导风板或门板等。
本发明的系统还允许在下雨条件下产生电功率，此时水滴撞击外面板导致该外面板移动更靠近内面板，从而导致压电元件的机械变形，从而导致产生电功率。因此，本发明的系统即使在车辆静止时也允许产生电功率。
本发明的系统还允许在车辆经受例如由车辆行驶的不平坦地形引起的振动时产生电功率。这种振动导致外面板更靠近内面板，从而导致压电元件的机械变形，从而导致电能的产生。
在以下描述和从属权利要求中公开了本发明的其它优点和有利特征。
附图说明
参考附图，以下是作为示例引用的本发明的实施例的更详细描述。
在这些附图中：
图1是包括根据本发明的压电能量收集系统的卡车的驾驶室的示意性侧视图；
图2a是根据本发明的系统的第一实施例在正常状态下的示意性侧视图；
图2b是与图2a类似的在压缩状态下的视图；
图3a是根据本发明的系统的第二实施例在正常状态下的示意性侧视图；
图3b是与图3a类似的在压缩状态下的视图；
图4a是根据本发明的系统的第三实施例在正常状态下的示意性侧视图；
图4b是与图4a类似的在压缩状态下的视图；
图5是图2a所示系统的构造细节的放大图。
具体实施方式
图1示出了配备有根据本发明的压电能量收集系统的卡车1的前端的示意性侧视图。如所示出的，卡车1具有驾驶室2，在该驾驶室2上安装有导风板3。导风板3安装在驾驶室2的顶部，使得当卡车1沿方向VD移动时，沿相反方向WD流动的气流撞击导风板3的弯曲外表面。该弯曲外表面支撑本发明的系统10。因此，由于气流相对于车辆的相对速度，气流在系统10上传递动能，该动能由系统10转换成电功率。
图2a和图2b示出了本发明的压电能量收集系统的第一实施例。在该第一实施例中，压电能量收集系统10包括内面板12和能够相对于该内面板12以滑动方式移动的外面板14。外面板14可以有利地限定卡车1的风挡板3的弯曲外表面。内面板12和外面板14可以有利地沿它们的侧端用密封元件28分开，所述密封元件28防止流体进入内面板12和外面板14之间。
内面板12的朝向外面板14定向的内周边支撑沿前后方向D彼此间隔开的多个第一中空柱形元件15。如图5中详细示出的，每个第一柱形元件15沿相对于前后方向D基本垂直的方向定向，并且每个第一柱形元件15限定用于固定地安装在其底部的压电盘形板16的壳体，该压电板16的厚度被构造成在第一柱形元件15内部留下自由空间17。该自由空间17适于接纳盘形冲击元件18，所述冲击元件18经由横梁件19固定地连接到外面板14。压电板16和冲击元件18可以有利地限定相同的轴向方向，所述轴向方向大致垂直于前后方向D。
内面板12的内周边还支撑沿前后方向D彼此远离的多个第二中空柱形元件23。每个第二柱形元件23相对于前后方向D沿大致垂直方向定向，并且每个第二柱形元件23限定用于固定地安装在其底部的第一盘形磁体22的壳体，该第一磁体22的厚度被构造成在第二柱形元件23内部留下自由空间25。该自由空间25适于接收第二盘形磁体22，所述第二磁体22经由横梁件21固定地连接到外面板14。第一磁体和第二磁体22可以有利地限定相同的轴向方向，所述轴向方向大致垂直于前后方向D。第一磁体和第二磁体22有利地被构造成在它们彼此靠近时产生排斥力。例如，第一磁体22的N极或S极可以朝向第二磁体22的N极或S极定向。
在图2a所示的正常状态下，内面板12和外面板14彼此相距距离d1。该正常状态例如在卡车1停止或低速行驶或无风时出现。当卡车1在VD方向上以中速或高速行驶时，沿相反方向WD流动的气流冲击外面板14并且对其施加压缩力。因此，外面板14趋向于更靠近内面板12，这导致图2b所示的压缩状态。在该压缩状态下，内面板12和外面板14之间的距离d2小于距离d1。当卡车1减速或风的作用减弱时，外面板14在磁体22的作用下返回到图2a所示的位置。因此，在风施加的压缩力和由磁体施加的排斥力的作用下，系统10在其正常状态和其压缩状态之间的转换本质上将是循环的。
在外面板14从图2a所示位置移动到图2b所示位置期间，每个第一柱形元件15中的冲击元件18和压电板16之间的距离L减小，直到冲击元件18开始接触压电板16为止。这种接触导致压缩力施加到压电板16，这导致所述压电板16的机械变形。压电板16的机械变形产生电能量。该电能量经由单向电路26传输到电功率存储单元24，所述单向电路26被配置成防止将电荷从电功率存储单元24施加到压电板16。例如，二极管可以有利地用于单向电路26中。由单向电路26传输的电能量然后被存储在电功率存储单元24中。
压电板16可以有利地由压电晶体形成，诸如石英、电气石、黄玉、蔗糖、罗谢尔盐或表现出类似行为的任何材料。
图3a和图3b示出了本发明的压电能量收集系统的第二实施例。该第二实施例与第一实施例的不同之处在于冲击元件18和第二磁体22直接连接到外面板14。由此，分别在系统的正常状态和压缩状态下，外面板14和内面板12之间的距离d1'和d2'可小于距离d1和d2。
图4a和图4b示出了本发明的压电能量收集系统的第三实施例。在该第三实施例中，压电能量收集系统10包括内面板12和能够相对于内面板12以滑动方式移动的外面板14。内面板12和外面板14可以有利地沿它们的侧端用密封元件28分开，所述密封元件28防止流体进入内面板12和外面板14之间。
外面板14的朝向内面板12定向的内周边支撑沿前后方向D相互远离的多个盘形冲击元件18。弯曲形状的压电条26在第一端16a和第二端16b之间延伸，并且平行于内面板12和外面板14并且与它们相距一定距离。此外，内面板12或外面板14的内周边分别支撑多个第一盘形磁体22和多个第二盘形磁体22，所述多个第一盘形磁体22和多个第二盘形磁体22沿前后方向D彼此远离。第一磁体和第二磁体22可以有利地每对限定相同的轴向方向，所述轴向方向大致垂直于前后方向D。第一磁体和第二磁体22有利地被构造成在它们彼此靠近时产生排斥力。压电条26设置在所述第一磁体和第二磁体22之间并且远离它们。
在外面板14从图4a所示位置(对应于系统的正常状态)位移到图4b所示位置(对应于系统的压缩状态)期间，冲击元件18和压电条16之间的距离减小，直到冲击元件18与压电条16相接触为止。这种接触导致压缩力施加到压电条16，这导致所述压电条16的机械变形。压电条16的机械变形产生电能量。该电能量经由单向电路26传输到电功率存储单元24，所述单向电路26被配置成防止将电荷从电功率存储单元24施加到压电板16。由单向电路26传输的电能量然后被存储在电能存储单元24中。外面板14在磁体22的作用下以及当风在方向WD上的作用减小时返回到图4a所示的位置。
在本发明的压电能量收集系统的另一实施例(未示出)中，该系统还包括设置在内面板12和外面板14之间的加热线圈。该加热线圈适于在所述内面板12和外面板14之间限定的内部空间内提供热量。因此，当在极冷条件下使用系统时，该加热线圈可以避免在面板12、14上积冰。
应当理解，本发明并不限于上述和附图中示出的实施例；相反，技术人员将认识到，可以在所附权利要求的范围内进行许多改变和修改。
特别地，冲击元件18和/或磁体22的形状可以不同于圆盘。内面板12和外面板14的形状可以是笔直的或者可以包括直形、凸形和/或凹形的组合。在本发明的系统中使用的压电元件可以不同于压电盘形板或压电条：它们可以是环形的、管形的，甚至可以制成定制的形状。
此外，当风沿方向WD的作用减小时，适于将外面板14从内面板12移开的排斥装置22可以不同于磁体，并且可以在压缩弹簧、气弹簧、橡胶材料、机电致动器、液压致动器、气动致动器、弹簧加载滑块机构和自调节液压装置当中选择排斥装置22。
本发明的压电能量收集系统10还可以安装在除卡车之外的任何车辆中，以及安装在所述车辆的除导风板之外的任何外部部件中，例如安装在引擎盖、门板或侧面板中。
Claims (13)
1.一种被构造用以安装在车辆(1)上的压电能量收集系统(10)，其特征在于，所述系统(10)包括：
-内面板(12)；
-外面板(14)，所述外面板(14)能够相对于所述内面板(12)以滑动方式移动；
-至少一个可变形的压电元件(16)，所述至少一个可变形的压电元件(16)设置在所述内面板(12)和所述外面板(14)之间，所述压电元件(16)在变形时能够产生电功率；
-多个冲击元件(18)，所述多个冲击元件(18)被固定地连接到所述外面板(14)，并且当所述外面板(14)和所述内面板(12)彼此足够接近时，所述多个冲击元件(18)适于在所述至少一个压电元件(16)上施加压缩力，所述压缩力导致所述至少一个压电元件(16)的机械变形；
-排斥装置(22)，所述排斥装置(22)适于将所述外面板(14)从所述内面板(12)移开；
-电功率存储单元(24)；
-单向电路(26)，所述单向电路(26)将所述至少一个压电元件(16)连接到所述电功率存储单元(24)，所述单向电路(26)适于用由所述至少一个压电元件(16)产生的电功率为所述电功率存储单元(24)充电，同时防止电荷从所述电功率存储单元(24)施加到所述至少一个压电元件(16)。
2.根据权利要求1所述的系统(10)，其特征在于，所述至少一个压电元件(16)由在第一端和第二端之间延伸的压电条构成，所述压电条平行于所述内面板(12)和所述外面板(14)。
3.根据权利要求1所述的系统(10)，其特征在于，所述至少一个压电元件包括多个压电盘形板(16)，每个压电盘形板(16)都被固定地连接到所述内面板(12)以便面对所述多个冲击元件(18)中的一个冲击元件(18)，所述压电盘形板(16)被并联电连接。
4.根据权利要求3所述的系统(10)，其特征在于，每个压电盘形板(16)形成柱形元件(15)的底部，所述柱形元件(15)的顶部(17)限定自由空间，在所述自由空间内，面对所述压电盘形板(16)的所述冲击元件(18)能够在非接触位置和接触位置之间移动，在所述非接触位置中，所述冲击元件(18)远离所述压电盘形板(16)，而在所述接触位置中，所述冲击元件(18)与所述压电盘形板(16)接触。
5.根据权利要求4所述的系统(10)，其特征在于，每个冲击元件(18)经由横梁件(19)连接到所述外面板(14)。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的系统(10)，其特征在于，所述排斥装置(22)选自磁体、压缩弹簧、气弹簧、橡胶材料、机电致动器、液压致动器、气动致动器、弹簧加载滑块机构和自调节液压装置。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的系统(10)，其特征在于，所述系统(10)还包括设置在所述内面板(12)和所述外面板(14)之间的加热线圈。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的系统(10)，其特征在于，至少所述压电元件(16)由压电晶体形成。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的系统(10)，其特征在于，所述系统(10)还包括密封元件(28)，所述密封元件(28)沿所述内面板(12)和所述外面板(14)的端侧设置在所述内面板(12)和所述外面板(14)之间，所述密封元件(28)防止流体进入所述内面板(12)和所述外面板(14)之间。
10.一种车辆(1)，包括根据前述权利要求中的任一项所述的系统(10)。
11.根据权利要求10所述的车辆(1)，其特征在于，所述车辆(1)是卡车。
12.根据权利要求10或11所述的车辆(1)，其特征在于，所述系统(10)安装在所述车辆(1)的外部部件(3)中。
13.根据权利要求12所述的车辆(1)，其特征在于，所述外部部件选自导风板(3)、引擎盖、门板和侧面板。
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