CN114775361B - 基于温差发电供汽车充电的压电传感道路系统及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于温差发电供汽车充电的压电传感道路系统及制作方法，包括：P型半导体混凝土压电传感路面包括基辅路面层、第一铜网、P型半导体混凝土、第三铜网、压电传感路面系统；N型半导体混凝土压电传感路面包括基辅路面层、第二铜网、N型半导体混凝土、第四铜网、压电传感路面系统；第一铜网、第二铜网均自对应半导体混凝土压电传感路面的侧边向外延伸形成连接耳，连接耳与温差发电控制系统连接，温差发电控制系统与电力收集系统相连；压电传感路面系统内包括无线充电电圈发射器，电力收集系统向无线充电电圈发射器供电，车载无线电能接收器接受发射的电能并向车载电池供电。本发明能够产生绿色电源供应汽车进行无线充电。
Description
技术领域
本发明涉及新能源供应技术领域，具体是基于温差发电供汽车充电的压电传感道路系统及制作方法。
背景技术
随着石油资源的日渐匮乏和日益严重的环境污染问题，新能源汽车的普及是大势所趋，而限制其发展的最主要因素就是车载电池的容量有限，一次充放电行走里程无法与现有油车相比，且充电基站的建设离加油站的现有规模还有很大差距。如何增加新能源汽车的充电方式，提高其充电便捷性和充电效率是新能源汽车目前最迫切需要解决的问题。
专利申请号为CN201810591529.3公开了一种无线充电智慧高速公路系统：将新能源车停在指定位置，采用智能充电机器人安装到汽车内部，或用磁力固定于车底盘上进行供电电缆的电力输送。该系统虽然能够使新能源车边冲边走，但主要存在以下几个问题：(1)输送电力仍为火力发电为主的供电电缆，并不能有效调整能源结构，达到绿色电源的标准；(2)需要使新能源车停在指定地点安装充电机器人，步骤繁琐；(3)智能机器人器件成本较高，而充电时长较短，且需要归还交付，其应用范围受到限制。
专利CN201410157443.1公开了一种无线充电专线道路：将无线电能发射器预埋在道路中，该道路虽然实现了无线电能发射器在道路中对于新能源车的边走边冲，但主要存在以下几个问题：(1)电力来源为电缆输送，电线依赖性强，无法实现自供应；(2)无线电能发射器放电和断电需信号控制，无效放电时长过长，并不能有效节省电力。
发明内容
发明目的：针对以上缺点，本发明提供基于温差发电供汽车充电的压电传感道路系统，能够基于热电性产生绿色电源供应汽车进行无线充电。同时，本发明还提供基于温差发电供汽车充电的压电传感道路系统的制备方法。
技术方案：为解决上述问题，本发明提供的一种基于温差发电供汽车充电的压电传感道路系统，包括：P型半导体混凝土压电传感路面、位于P型半导体混凝土压电传感路面一侧的N型半导体混凝土压电传感路面、温差发电控制系统、电力收集系统、车载无线电能接收器；
P型半导体混凝土压电传感路面包括从下至上依次铺设的基辅路面层、第一铜网、P型半导体混凝土、第三铜网、压电传感路面系统；N型半导体混凝土压电传感路面包括从下至上依次铺设的基辅路面层、第二铜网、N型半导体混凝土、第四铜网、压电传感路面系统；第一铜网、第二铜网均自对应半导体混凝土压电传感路面的侧边向外延伸形成连接耳，连接耳与温差发电控制系统连接，温差发电控制系统与电力收集系统相连；温差发电控制系统用于对连接耳输出的电流进行整流、稳压处理后输出，电力收集系统用于存储温差发电控制系统输出的电流；所述P型半导体混凝土包含石墨烯；N型半导体混凝土包含Fe2O3纳米金属颗粒；
压电传感路面系统内包括无线充电电圈发射器，电力收集系统向无线充电电圈发射器供电，车载无线电能接收器用于接受无线充电电圈发射器发射的电能并向车载电池供电。
进一步的，P型半导体混凝土(12)的原料按重量份包括以下组分：水泥40-60份、粉煤灰10-20份、细骨料45-65份、粗骨料110-150份、石墨烯纳米片5-10份、萘系减水剂1-2份、氧化石墨烯5-10份和水30-40份；N型半导体混凝土(22)的原料按重量份包括以下组分：水泥40-60份、粉煤灰10-20份、细骨料45-65份、粗骨料110-150份、Fe2O3纳米金属颗粒15-20份、萘系减水剂1-2份和水30-45份；所述粗骨料为60％粒径为15-25mm的碎石和40％粒径为5-15mm的碎石；细骨料为中国ISO标准砂。
进一步的，还包括压电传感控制器、压电传感控制单元；所述压电传感路面系统包括压电传感路面层、若干压电薄膜传感器、若干无线充电电圈发射器；压电薄膜传感器与无线充电电圈发射器均内嵌于压电传感路面层内，压电薄膜传感器位于无线充电电圈发射器上方且靠近压电传感路面层顶面，压电薄膜传感器与无线充电电圈发射器之间不接触；压电传感控制单元设置于相邻无线充电电圈发射器的交界处；压电传感控制器与电力收集系统、无线充电电圈发射器连接；所述压电传感路面层的原料按重量份包括以下组分：水泥60-70份、粉煤灰15-30份、细骨料45-65份、粗骨料110-150份、减水剂1-2份和水35-55份；
压电薄膜传感器用于将汽车经过压电传感路面层时产生压力信号传输至压电传感控制器，压电传感控制器接受压力信号后向电力收集系统、压电传感控制单元发送放电指令；电力收集系统依据放电指令将电力通过压电传感控制器输送至无线充电电圈发射器；压电传感控制单元依据放电指令控制无线充电电圈发射器放电。
通过设置压力传感控制器实现只有当汽车经过道路时才控制无线电线圈进行放电，避免无效放电时长过长，节约能源。
进一步的，还包括钢筋网；第三铜网电极与压电传感路面系统之间、第四铜网电极与压电传感路面系统之间均铺设有钢筋网。通过增设钢筋网层增加道路系统的承载能力。
进一步的，压电薄膜传感器以无线充电电圈发射器的直径为间隔铺设于压电传感路面层上。
进一步的，第一铜网、第二铜网、第三铜网、第四铜网处均设有温度检测仪和温差电动势检测仪。通过安装温度检测仪和温差电动势检测仪获取实施的道路的温度数据和电流数据。
进一步的，压电薄膜传感器为PVDF薄膜。
此外，本发明还提供一种基于温差发电供汽车充电的压电传感道路系统的制作方法，包括以下具体步骤：
(1)将含水率为10％的水泥稳定石粉渣均匀铺设，经过路面处理后再铺设的橡胶沥青层作为垫层；
(2)将粗骨料倒入垫层上方，碾压平整后铺设第一铜网；于垫层上方且位于第一铜网一侧铺设第二铜网；
(3)制备P型半导体混凝土、N型半导体混凝土、压电传感路面层；
(4)将P型半导体混凝土于第一铜网上浇筑铺平后再进行机械梯度搅拌，搅拌完成后再铺设第三铜网；将N型半导体混凝土于第二铜网上浇筑铺平后再进行机械梯度搅拌，搅拌后再铺设第四铜网；
(5)将钢筋网分别铺设于第三铜网、第四铜网之上，将压电传感路面层于钢筋网上浇筑铺平后进行机械梯度搅拌；
(6)搅拌完成后将无线充电线圈发射器根据车道规划于压电传感路面层上进行铺设，后安装压电传感控制单元于相邻两线圈交界处；
(7)于无线充电线圈发射器上方继续浇筑压电传感路面层并铺平；再将压电薄膜传感器以无线充电线圈发射器的直径为间隔横向铺设于压电传感路面层上，于压电薄膜传感器上方继续浇筑压电传感路面层并铺平；
(8)浇筑完成后，在压电传感路面层上方洒水并用纺织物或麻袋覆盖，进行养护；
(9)养护完成后，利用导线将第一铜网、第二铜网、压电传感控制器、电力收集系统、温差发电控制系统进行连接。
进一步的，步骤(8.4)中P型半导体混凝土进行机械梯度搅拌具体为采用搅拌器先以30-60r/min的速度慢速搅拌3～5min，再以120-150r/min的速度快速搅拌5～8min。
进一步的，步骤(8.4)中步骤(8.4)中N型半导体混凝土进行机械梯度搅拌是采用搅拌器先以80-90r/min的速度慢速搅拌3～5min，再以130-150r/min的速度快速搅拌5～8min。
有益效果：本发明所述基于温差发电供汽车充电的压电传感道路系统相对于现有技术，其显著优点是：1、用P型、N型半导体混凝土构造PN温差发电机进行热纯绿色发电，具有无机械运动、无噪声、无污染、无需输电线路架构为道路输送电力的优点；2、P型、N型半导体混凝土具备一定的机械性能，修筑道路整体性良好，抗压抗弯抗折性能优越，可应用范围广；3、压电传感路面系统可以监测路面汽车行驶状况及时调度电力，使得无车辆处的无线充电线圈处于断电状态，节约能源；4、利用白天路面的高热量进行温差发电供应新能源汽车的边走边冲，既可以降低路面温度缓解城市热岛效应又能建立清洁灵活的城市能源结构。
本发明所述的制备方法相对于现有技术，其显著优点是：为满足实现温差发电所需的路面要求提供的制备方法。
附图说明
图1所示为本发明所述道路系统的结构示意图；
图2所示为本发明中P型半导体混凝土压电传感路面示意图；
图3所示为本发明中汽车压电触发无线电圈放电的示意图；
图4所示为温差发电系统与温差发电控制系统导线连接示意图；
图5为本发明所述道路系统的实施原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进一步说明。
如图1至图2所示，本发明所述的基于温差发电供汽车充电的压电传感道路系统，具体包括P型半导体混凝土压电传感路面1、N型半导体混凝土压电传感路面2、温差发电控制系统3、电力收集系统4。
具体的，P型半导体混凝土压电传感路面1包括从上之下依次铺设的压电传感路面系统9、钢筋网14、第三铜网13、P型半导体混凝土12、第一铜网11、基辅路面层8；N型半导体混凝土压电传感路面2包括从上之下依次铺设的压电传感路面系统9、钢筋网14、第四铜网23、N型半导体混凝土22、第二铜网21、基辅路面层8。以上所述铜丝网的网目尺寸为3×3mm2。N型半导体混凝土压电传感路面2位于P型半导体混凝土压电传感路面1的一侧，中间间隔形成路面绿化带区域，温差发电控制系统3、电力收集系统4设置于路面绿化带区域内。
其中，所述的压电传感路面系统9为从上之下依次铺设的压电传感路面层92、若干压电薄膜传感器91、压电传感路面层92、若干无线充电电圈发射器93、压电传感路面层92。若干无线充电电圈发射器93均匀的分布于压电传感路面层92上，相邻无线充电电圈发射器91的交界处安装有压电传感控制单元7，压电传感控制单元7用于控制无线充电电圈发射器93的充电和放电。若干压电薄膜传感器91为PVDF压电薄膜传感器，其以无线充电电圈发射器93的直径尺寸为间隔横向的铺设于压电传感路面层92；且PVDF压电薄膜传感器靠近压电传感路面系统9的顶面。所述的钢筋网14为螺纹钢筋141和光圆钢筋143组成的钢筋网，其中螺纹钢筋141位于下层，光圆钢筋143位于上层，螺纹钢筋141和光圆钢筋143通过扎条142连接。基辅路面层8为从上之下依次铺设的橡胶沥青层81、水泥垫层82。
第一铜网11相对于P型半导体混凝土压电传感路面1的侧边的边界向外凸出10mm-20mm形成第一连接耳101；第二铜网21相对于N型半导体混凝土压电传感路面2的侧边的边界向外凸出10mm-20mm形成第二连接耳102；第一连接耳101与第二连接耳102对称设置并且均位于向路面绿化带区域内。第一连接耳101与二连接耳102组成的连接耳10与温差发电控制系统3连接，温差发电控制系统3用于对连接耳10输出的电流进行整流、稳压处理后输出。
如图1所示，温差发电控制系统3包括整流器31、与整流器31正负极输出端对应连接的总控制器32；总控制器32包括升压稳压控制器及逆变器。温差发电控制系统3与电力收集系统4相连，电力收集系统4收集P型半导体混凝土压电传感路面1、N型半导体混凝土压电传感路面2由于温差产生的电流。电力收集系统4包括电容器41，电容器41与总控制器32的输出端相连，电容器41为自愈式低压并联。
具体的，如图4所示，电容器41的阴极接线柱42通过导线D经过总控制器32阴极(图中未显示)与整流器31的阴极相连；电容器41的阳极接线柱43与通过导线C经过总控制器32阳极(图中未显示)与整流器31的阳极相连。整流器31为全桥整流器，包括第一二极管311、第二二极管312、第三二极管313、第四二极管314。第二连接耳102通过导线A与整流器31中的第一二极管311与第二二极管312的结合点相连；第一连接耳101通过导线B与整流器31中的第三二极管313与第四二极管314的结合点相连。整流器31的四个二极管搭建的全桥电路可以使电流单向流动，无论夏季外热内冷还是冬季内热外冷，温差发电所产生的电流均按同一方向储入电容器，无需人为调节正负电极，一年四季免维护、免调节发电。
如图1所示，还包括压电传感控制器5，压电传感控制器5通过导线与电力收集系统4、无线充电电圈发射器93相连接。如图3所示，当汽车15前轮经过压电传感路面层92时，压电薄膜传感器91产生压力信号传输至压电传感控制器5，压电传感控制器5接受压力信号后向电力收集系统4、压电传感控制单元7发送放电指令；电力收集系统4依据放电指令将电力通过压电传感控制器5输送至无线充电电圈发射器93；同时，压电传感控制单元7依据放电指令控制无线充电电圈发射器93放电。位于新能源汽车内部的车载无线电能接收器6接受无线充电电圈发射器93发射的电能并向车载电池16供电。
此外，位于四铜网位置均布有温度检测仪和温差电动势检测仪，获得道路系统实时数据。其中，温度检测仪采用温度传感器，用于同步记录P型半导体混凝土12、N型半导体混凝土22的路面上下两侧的温度值，这样可以获得两侧路面温度差。温差电动势检测仪采用电压测量计，由于P型半导体混凝土12的路面上下两侧温差不同，P型半导体混凝土12两端的第一铜网电极11与第三铜网电极13通过P型半导体混凝土12连通后会有电流产生，同理，N型半导体混凝土22两端第二铜网电极21与第四铜网电极23也由电流产生，接入电压测量计即可获得温差电动势。
此外，本发明还提供一种基于温差发电供汽车充电的压电传感道路系统的制作方法，包括以下具体步骤：
(1)将含水率为10％的水泥稳定石粉渣均匀铺设20cm，经过振动压路机静压一遍，碾压速度为2.5km/h，然后再通过振动压路机轻振两遍，振动频率为35Hz，其振幅在1.2mm左右，推进速度为1.5km/h，最后通过振动压路机静压三遍形成水泥垫层再铺设5cm的橡胶沥青层作为垫层。
(2)将粗骨料倒入垫层上方，所述粗骨料为60％粒径为15-25mm的碎石和30％粒径为5-15mm的碎石；振动压路机碾压四到五遍平整后放置第一铜网；于垫层上方且位于第一铜网一侧间隔一段区域铺设第二铜网；
(3)制备P型半导体混凝土、N型半导体混凝土、压电传感路面层；
(4)将P型半导体混凝土于第一铜网上浇筑铺平30cm后再进行机械梯度搅拌，即采用搅拌器先以30-60r/min的速度慢速搅拌3～5min，再以120-150r/min的速度快速搅拌5～8min；搅拌完成后再铺设第三铜网；
将N型半导体混凝土于第二铜网上浇筑铺平30cm后再进行机械梯度搅拌，即采用搅拌器先以80-90r/min的速度慢速搅拌3～5min，再以130-150r/min的速度快速搅拌5～8min；搅拌后再铺设第四铜网；
(5)将接着将直径1.5cm的螺纹钢筋和直径1cm的光圆钢筋用扎条编织成钢筋网分别铺设于第三铜网、第四铜网之上，将压电传感路面层于钢筋网上浇筑铺平16cm后进行机械梯度搅拌；
(6)搅拌完成后将无线充电线圈发射器根据车道规划于压电传感路面层上进行铺设，后安装压电传感控制单元于相邻两线圈交界处；
(7)继续浇筑压电传感路面层于无线充电线圈发射器上方铺平3cm；再将压电薄膜传感器以无线充电线圈发射器的直径为间隔横向铺设于压电传感路面层上，继续浇筑压电传感路面层于压电薄膜传感器上方铺平1cm；
(8.8)浇筑完成后，在压电传感面层上方洒水覆盖层面达2～3mm水层，用纺织物或麻袋覆盖上层，每日早中晚各喷洒一次以保持路面湿润，养护28天。
(8.9)养护完成后，利用导线将第一铜网、第二铜网、压电传感控制器、电力收集系统、温差发电控制系统进行连接。
此外，本发明中制备P型半导体混凝土的原料按重量份包括以下组分：水泥40份、粉煤灰10份、细骨料45份、粗骨料110份、石墨烯纳米片5份、萘系减水剂1份、氧化石墨烯5份和水30份。水泥为普通硅酸盐水泥，其28天抗压强度≥42.5，28天抗折强度≥6.5，比表面积≥300。石墨烯纳米片厚度为15-20nm，表面积为60-80m2g-1。氧化石墨烯可参照专利CN202110124791.9进行制备。P型半导体混凝土通过如下方法制备：
(1)将石墨烯纳米片与水泥放入氧化锆球行星球磨机中，使用球磨法研磨使石墨烯纳米片在水泥中均匀分布得到石墨烯水泥，其中球磨机转速为600r/min，预定球磨时长14h。
(2)将氧化石墨烯与分散剂十二烷基苯磺酸钠、助分散剂聚丙烯酸混合，加水搅拌进行预分散，得到预分散液；对预分散液用超声分散仪进行超声分散得到石墨烯分散液，其中石墨烯分散液中各组分的用量与水的质量比为：氧化石墨烯5.0wt％，分散剂0.5wt％，助分散剂0.2wt％；预分散搅拌速度190r/min，温度30℃，搅拌时间为30min；超声分散功率5000W，超声搅拌速度90r/min，超声温度35℃，超声搅拌时间25min。
(3)将石墨烯水泥、粉煤灰、细骨料、减水剂依次加入石墨烯分散液中，加水拌合，进行机械梯度搅拌，即采用搅拌器先以40r/min的速度慢速搅拌7min，再以150r/min的速度快速搅拌10min。
本发明中制备N型半导体混凝土的原料按重量份包括以下组分：水泥40份、粉煤灰10份、细骨料45份、粗骨料110份、Fe2O3纳米金属颗粒15份、萘系减水剂2份和水30份。N型半导体混凝土通过如下方法制备：
(1)将Fe2O3金属颗粒与水泥放入氧化锆球行星球磨机中，使用球磨法研磨使Fe2O3纳米颗粒在水泥中均匀分布得到Fe2O3水泥，其中球磨机转速为550r/min，预定球磨时长17h。
(2)将Fe2O3纳米颗粒与分散剂聚乙烯吡咯烷酮、助分散剂聚丙烯酸混合，加水搅拌进行预分散，得到预分散液，对预分散液用超声分散仪进行超声分散得到Fe2O3分散液，其中Fe2O3分散液中各组分的用量与水的质量比为：Fe2O3为10.0wt％，分散剂1.0wt％，助分散剂0.5wt％；预分散搅拌速度170r/min，温度20℃，搅拌时间为20min；超声分散功率6000W，超声搅拌速度120r/min，超声温度30℃，超声搅拌时间25min。
(3)将Fe2O3水泥、粉煤灰、细骨料、减水剂依次加入Fe2O3分散液中，加水拌合，进行机械梯度搅拌；机械梯度搅拌是采用行星搅拌机先以50r/min的速度慢速搅拌8min，再以170r/min的速度快速搅拌10min。
本发明中制备压电传感路面系统的原料按重量份包括以下组分：水泥65份、粉煤灰15份、细骨料45份、粗骨料110份、减水剂1份、压电薄膜传感器10份和水35份。具体的：
(1)将水泥、粉煤灰、细骨料、减水剂按比例依次倒入搅拌机中，加水拌合，进行机械梯度搅拌；机械梯度搅拌是采用行星搅拌机先以40r/min的速度慢速搅拌10min，再以180r/min的速度快速搅拌15min。铺设于P型半导体混凝土层或N型半导体混凝土层之上16cm；
(2)将无线充电电圈发射器铺满，每两线圈交界处安装一枚压电传感控制单元用于控制线圈的放电与断电；
(3)按比例将水泥、粉煤灰、细骨料、粗骨料、减水剂和水的混合物料继续浇筑于无线电圈上方铺平3cm。将PVDF压电薄膜传感器以无线充电电圈发射器的直径为间隔横向铺设于浇筑混合物上，继续浇筑于PVDF压电薄膜传感器上方铺平1cm。
如图5所示，本发明的工作原理为：混凝土加入Fe2O3后具有显著的N型导电性，表现出电子运动，而混凝土加入石墨烯P型导电材料后，混凝土中存在空穴运动。因此在两种复合材料连接后形成了PN温差发电机，不但保有了混凝土的机械性能，更增强了其热电性能。在夏季日光直射条件下，路面与路基下温差能达到40℃以上。根据塞贝克效应，由半导体混凝土制成的道路上下两端出现温度梯度时会导致热端的载流子向冷端扩散，形成温差电动势。再通过四个二极管构成的全桥电路使电流单向移动通过总控制器，升压稳压后储入电容器中，在压电传感器探测到汽车到达处时，压电控制器调用电力输送至对应位置处的无线充电电圈，用于给新能源汽车底盘的无线电能接收器充电再储存于车载电容中。
具体的，石墨烯和Fe2O3掺入到水泥基材料中，使其载流子浓度激增，基体中载流子迁移、扩散及散射行为赋予了热电水泥基复合材料一定的热电性能。内部载流子为携带负电荷的电子和携带正电荷的空穴，当热电混凝土路面上下端存在温差时，热端附近的载流子将具有比冷端附近载流子更高的动能。基于塞贝克效应，半导体混凝土能够根据基体两端温差大小而产生不同的电压以此来实现对结构两侧温度变化的自感知和热电能的转化。热端附近受热激发进入导带或价带的载流子数量也将高于冷端附近，从而在水泥基内部形成载流子从热端到冷端的扩散，形成温差电动势。、
实施例二：
相较于实施例1，P型半导体混凝土通过如下方法制备：本发明中制备P型半导体混凝土的原料按重量份包括以下组分：水泥60份、粉煤灰20份、细骨料65份、粗骨料145份、石墨烯纳米片10份、萘系减水剂2份、氧化石墨烯10份和水40份。P型半导体混凝土通过如下方法制备：
(1)将石墨烯纳米片与水泥放入氧化锆球行星球磨机中，使用球磨法研磨使石墨烯纳米片在水泥中均匀分布得到石墨烯水泥，其中球磨机转速为600r/min，预定球磨时长14h。
(2)将氧化石墨烯与分散剂十二烷基苯磺酸钠、助分散剂聚丙烯酸混合，加水搅拌进行预分散，得到预分散液；对预分散液用超声分散仪进行超声分散得到石墨烯分散液，其中石墨烯分散液中各组分的用量与水的质量比为：氧化石墨烯5.0wt％，分散剂0.5wt％，助分散剂0.2wt％；预分散搅拌速度190r/min，温度30℃，搅拌时间为30min；超声分散功率5000W，超声搅拌速度90r/min，超声温度35℃，超声搅拌时间25min。
(3)将石墨烯水泥、粉煤灰、细骨料、减水剂依次加入石墨烯分散液中，加水拌合，进行机械梯度搅拌，即采用搅拌器先以40r/min的速度慢速搅拌7min，再以150r/min的速度快速搅拌10min。
本发明中制备N型半导体混凝土的原料按重量份包括以下组分：水泥60份、粉煤灰20份、细骨料65份、粗骨料150份、Fe2O3纳米金属颗粒20份、萘系减水剂2份和水45份。N型半导体混凝土通过如下方法制备：
(1)将Fe2O3金属颗粒与水泥放入氧化锆球行星球磨机中，使用球磨法研磨使Fe2O3纳米颗粒在水泥中均匀分布得到Fe2O3水泥，其中球磨机转速为550r/min，预定球磨时长17h。
(2)将Fe2O3纳米颗粒与分散剂聚乙烯吡咯烷酮、助分散剂聚丙烯酸混合，加水搅拌进行预分散，得到预分散液，对预分散液用超声分散仪进行超声分散得到Fe2O3分散液，其中Fe2O3分散液中各组分的用量与水的质量比为：Fe2O3为10.0wt％，分散剂1.0wt％，助分散剂0.5wt％；预分散搅拌速度170r/min，温度20℃，搅拌时间为20min；超声分散功率6000W，超声搅拌速度120r/min，超声温度30℃，超声搅拌时间25min。
(3)将Fe2O3水泥、粉煤灰、细骨料、减水剂依次加入Fe2O3分散液中，加水拌合，进行机械梯度搅拌；机械梯度搅拌是采用行星搅拌机先以50r/min的速度慢速搅拌8min，再以170r/min的速度快速搅拌10min。
实施例三：
相较于实施例1，P型半导体混凝土通过如下方法制备：本发明中制备P型半导体混凝土的原料按重量份包括以下组分：水泥50份、粉煤灰15份、细骨料50份、粗骨料120份、石墨烯纳米片10份、萘系减水剂2份、氧化石墨烯10份和水35份。P型半导体混凝土通过如下方法制备：
(1)将石墨烯纳米片与水泥放入氧化锆球行星球磨机中，使用球磨法研磨使石墨烯纳米片在水泥中均匀分布得到石墨烯水泥，其中球磨机转速为600r/min，预定球磨时长14h。
(2)将氧化石墨烯与分散剂十二烷基苯磺酸钠、助分散剂聚丙烯酸混合，加水搅拌进行预分散，得到预分散液；对预分散液用超声分散仪进行超声分散得到石墨烯分散液，其中石墨烯分散液中各组分的用量与水的质量比为：氧化石墨烯5.0wt％，分散剂0.5wt％，助分散剂0.2wt％；预分散搅拌速度190r/min，温度30℃，搅拌时间为30min；超声分散功率5000W，超声搅拌速度90r/min，超声温度35℃，超声搅拌时间25min。
(3)将石墨烯水泥、粉煤灰、细骨料、减水剂依次加入石墨烯分散液中，加水拌合，进行机械梯度搅拌，即采用搅拌器先以40r/min的速度慢速搅拌7min，再以150r/min的速度快速搅拌10min。
本发明中制备N型半导体混凝土的原料按重量份包括以下组分：水泥50份、粉煤灰15份、细骨料50份、粗骨料120份、Fe2O3纳米金属颗粒15份、萘系减水剂2份和水40份。N型半导体混凝土通过如下方法制备：
(1)将Fe2O3金属颗粒与水泥放入氧化锆球行星球磨机中，使用球磨法研磨使Fe2O3纳米颗粒在水泥中均匀分布得到Fe2O3水泥，其中球磨机转速为550r/min，预定球磨时长17h。
(2)将Fe2O3纳米颗粒与分散剂聚乙烯吡咯烷酮、助分散剂聚丙烯酸混合，加水搅拌进行预分散，得到预分散液，对预分散液用超声分散仪进行超声分散得到Fe2O3分散液，其中Fe2O3分散液中各组分的用量与水的质量比为：Fe2O3为10.0wt％，分散剂1.0wt％，助分散剂0.5wt％；预分散搅拌速度170r/min，温度20℃，搅拌时间为20min；超声分散功率6000W，超声搅拌速度120r/min，超声温度30℃，超声搅拌时间25min。
(3)将Fe2O3水泥、粉煤灰、细骨料、减水剂依次加入Fe2O3分散液中，加水拌合，进行机械梯度搅拌；机械梯度搅拌是采用行星搅拌机先以50r/min的速度慢速搅拌8min，再以170r/min的速度快速搅拌10min。
Claims (8)
1.一种基于温差发电供汽车充电的压电传感道路系统，其特征在于，包括： P型半导体混凝土压电传感路面（1）、位于P型半导体混凝土压电传感路面（1）一侧的N型半导体混凝土压电传感路面（2）、温差发电控制系统（3）、电力收集系统（4）、车载无线电能接收器（6）；
P型半导体混凝土压电传感路面（1）包括从下至上依次铺设的基辅路面层（8）、第一铜网（11）、P型半导体混凝土（12）、第三铜网（13）、压电传感路面系统（9）；N型半导体混凝土压电传感路面（2）包括从下至上依次铺设的基辅路面层（8）、第二铜网（21）、N型半导体混凝土（22）、第四铜网（23）、压电传感路面系统（9）；第一铜网（11）、第二铜网（21）均自对应半导体混凝土压电传感路面的侧边向外延伸形成连接耳（10），连接耳（10）与温差发电控制系统（3）连接，温差发电控制系统（3）与电力收集系统（4）相连；温差发电控制系统（3）用于对连接耳（10）输出的电流进行整流、稳压处理后输出，电力收集系统（4）用于存储温差发电控制系统（3）输出的电流；所述P型半导体混凝土（12）包含石墨烯；N型半导体混凝土（22）包含Fe2O3纳米金属颗粒；
压电传感路面系统（9）内包括无线充电电圈发射器（93），电力收集系统（4）向无线充电电圈发射器（93）供电，车载无线电能接收器（6）用于接受无线充电电圈发射器（93）发射的电能并向车载电池供电；
还包括压电传感控制器（5）、压电传感控制单元（7）；所述压电传感路面系统（9）包括压电传感路面层（92）、若干压电薄膜传感器（91）、若干无线充电电圈发射器（93）；压电薄膜传感器（91）与无线充电电圈发射器（93）均内嵌于压电传感路面层（92）内，压电薄膜传感器（91）位于无线充电电圈发射器（93）上方且靠近压电传感路面层（92）顶面，压电薄膜传感器（91）与无线充电电圈发射器（93）之间不接触；压电传感控制单元（7）设置于相邻无线充电电圈发射器（93）的交界处；压电传感控制器（5）与电力收集系统（4）、无线充电电圈发射器（93）连接；所述压电传感路面层（92）的原料按重量份包括以下组分：水泥60-70份、粉煤灰15-30份、细骨料45-65份、粗骨料110-150份、减水剂1-2份和水35-55份；
压电薄膜传感器（91）用于将汽车经过压电传感路面层时产生压力信号传输至压电传感控制器（5），压电传感控制器（5）接受压力信号后向电力收集系统（4）、压电传感控制单元（7）发送放电指令；电力收集系统（4）依据放电指令将电力通过压电传感控制器（5）输送至无线充电电圈发射器（93）；压电传感控制单元（7）依据放电指令控制无线充电电圈发射器（93）放电；
还包括钢筋网（14）；第三铜网（13）电极与压电传感路面系统（9）之间、第四铜网（23）电极与压电传感路面系统（9）之间均铺设有钢筋网（14）；N型半导体混凝土压电传感路面（2）位于P型半导体混凝土压电传感路面（1）的一侧，中间间隔形成路面绿化带区域，温差发电控制系统（3）、电力收集系统（4）设置于路面绿化带区域内；第一铜网（11）相对于P型半导体混凝土压电传感路面（1）的侧边的边界向外凸出10mm-20mm形成第一连接耳（101）；第二铜网（21）相对于N型半导体混凝土压电传感路面（2）的侧边的边界向外凸出10mm-20mm形成第二连接耳（102）；第一连接耳（101）与第二连接耳（102）对称设置并且均位于向路面绿化带区域内；第一连接耳（101）与第二连接耳（102）组成的连接耳（10）与温差发电控制系统（3）连接。
2.根据权利要求1所述基于温差发电供汽车充电的压电传感道路系统，其特征在于，P型半导体混凝土（12）的原料按重量份包括以下组分：水泥40-60份、粉煤灰10-20份、细骨料45-65份、粗骨料110-150份、石墨烯纳米片5-10份、萘系减水剂1-2份、氧化石墨烯5-10份和水30-40份；
N型半导体混凝土（22）的原料按重量份包括以下组分：水泥40-60份、粉煤灰10-20份、细骨料45-65份、粗骨料110-150份、Fe2O3纳米金属颗粒15-20份、萘系减水剂1-2份和水30-45份；
所述粗骨料为60%粒径为15-25mm的碎石和40%粒径为5-15mm的碎石；细骨料为中国ISO标准砂。
3.根据权利要求1所述基于温差发电供汽车充电的压电传感道路系统，其特征在于，压电薄膜传感器（91）以无线充电电圈发射器（93）的直径为间隔铺设于压电传感路面层（92）上。
4.根据权利要求3所述基于温差发电供汽车充电的压电传感道路系统，其特征在于，第一铜网（11）、第二铜网（21）、第三铜网（13）、第四铜网（23）处均设有温度检测仪和温差电动势检测仪。
5.根据权利要求3所述基于温差发电供汽车充电的压电传感道路系统，其特征在于，压电薄膜传感器（91）为PVDF薄膜。
6.根据权利要求4所述基于温差发电供汽车充电的压电传感道路系统的制作方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
（1）将含水率为10%的水泥稳定石粉渣均匀铺设，经过路面处理后再铺设的橡胶沥青层作为垫层；
（2）将粗骨料倒入垫层上方，碾压平整后铺设第一铜网；于垫层上方且位于第一铜网一侧铺设第二铜网；
（3）制备P型半导体混凝土、N型半导体混凝土、压电传感路面层；
（4）将P型半导体混凝土于第一铜网上浇筑铺平后再进行机械梯度搅拌，搅拌完成后再铺设第三铜网；将N型半导体混凝土于第二铜网上浇筑铺平后再进行机械梯度搅拌，搅拌后再铺设第四铜网；
（5）将钢筋网分别铺设于第三铜网、第四铜网之上，将压电传感路面层于钢筋网上浇筑铺平后进行机械梯度搅拌；
（6）搅拌完成后将无线充电线圈发射器根据车道规划于压电传感路面层上进行铺设，后安装压电传感控制单元于相邻两线圈交界处；
（7）于无线充电线圈发射器上方继续浇筑压电传感路面层并铺平；再将压电薄膜传感器以无线充电线圈发射器的直径为间隔横向铺设于压电传感路面层上，于压电薄膜传感器上方继续浇筑压电传感路面层并铺平；
（8）浇筑完成后，在压电传感路面层上方洒水并用纺织物或麻袋覆盖，进行养护；
（9）养护完成后，利用导线将第一铜网、第二铜网、压电传感控制器、电力收集系统、温差发电控制系统进行连接。
7.根据权利要求6所述温差发电供汽车充电的压电传感道路系统的制作方法，其特征在于，步骤（4）中P型半导体混凝土进行机械梯度搅拌具体为采用搅拌器先以30-60r/min的速度慢速搅拌3-5min，再以120-150r/min的速度快速搅拌5-8min。
8.根据权利要求6所述温差发电供汽车充电的压电传感道路系统的制作方法，其特征在于， 步骤（4）中N型半导体混凝土进行机械梯度搅拌是采用搅拌器先以80-90r/min的速度慢速搅拌3-5min，再以130-150r/min的速度快速搅拌5-8min。
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