CN205231822U - 一种用于道路的压力发电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型专利公开了一种用于道路的压力发电系统，包括：压电模块、整流模块、储能模块；所述压电模块，将路面压力对其所作的机械功转化为电能；所述整流模块，与所述压电模块电连接，将来自压电模块的电能转化为特定电压的直流电；所述储能模块，与所述整流模块电连接，接收并存储来自整流模块的电能。本专利通过在道路部署发电系统，将车辆在路面行驶时对路面所做的机械功收集并转化为电能存储在储能装置，实现了能量循环利用的功能，并将这部分电能输出至外部用电单位主要指电动汽车，解决了目前电动汽车的充电难题，具有很好的实用性。

Description

一种用于道路的压力发电系统

技术领域

本实用新型涉及发电领域，尤指一种压力发电系统。

背景技术

随着社会发展，汽车数量不断增加，传统燃油汽车在方便人们出行的同时，也消耗了大量的石油，此外，燃油汽车排放尾气污染了环境，因而，不需要使用传统化石能源的新能源汽车，因其清洁、环保的特点，受到了广泛的关注。

新能源汽车依靠高效的电动马达驱动，电能的获取方式多种多样，譬如在车身覆盖太阳能电池板，依靠太阳能发电；譬如在车身安装氢燃料电池，利用氢燃料电池发电。目前最主流的方式是在汽车上安装大容量可充电电池，称为电动汽车，在使用电动汽车前先给电池充电，这样电动汽车依靠电池内存储的电能行驶一定的距离，存在的问题是由于目前电动汽车保有量低导致充电装置并不像加油站一样普及，造成充电不方便，若电动汽车在行驶途中电量耗尽，会给驾驶人带来很大麻烦。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种用于道路的压力发电系统，利用汽车在道路上行驶时对路面所做的机械功发电，将电能存储后再给电动汽车充电，既节约了能源又解决了现有电动汽车的充电问题。

本实用新型提供的技术方案如下：

一种用于道路的压力发电系统，包括：压电模块、整流模块、储能模块；所述压电模块，将路面压力对其所作的机械功转化为电能；所述整流模块，与所述压电模块电连接，将来自压电模块的电能转化为特定电压的直流电；所述储能模块，与所述整流模块电连接，接收并存储来自整流模块的电能。

本专利将压力所做的机械功转化为电能并将电能收集存储，既经济又环保。

进一步优选地，所述压电模块包括至少一个压电器件和粘接材料。

本专利利用多个压电器件发电，利用粘接材料固定并隔离压电器件。

进一步优选的，所述压电器件包括至少一个压电陶瓷片以及至少一个金属基板，所述压电陶瓷片与所述金属基板通过粘接层叠为平面器件。

本专利利用压电陶瓷片的压电效应发电，采用金属基板使压电陶瓷片能够在外力消失后恢复形变。

进一步优选的，所述压电器件以串联、或并联的方式相互电连接。

本专利将多个压电器件串并联，提高了压电模块输出的电流和电压。

进一步优选的，所述压电器件被所述粘接材料包裹，嵌入所述粘接材料内部，所述压电器件在所述粘接材料内等距规则分布。

本专利利用粘接材料包裹压电器件，保护了压电器件，提高了压电模块的可靠性。

进一步优选的，所述道路的路面为多层结构的柔性路面。

本专利利用多层柔性路面的特点，使路面压力能很好的传递到压电模块，提高了发电效率。

进一步优选的，所述压电模块在所述路面的层与层之间，所述粘接材料粘接所述路面的层与层。

本专利考虑到多层柔性路面的特点，将压电模块放在层间，并用粘接材料粘接层面，使压电模块能够很好的固定并工作。

进一步优选的，还包括输出电压调整模块，所述输出电压调整模块与所述储能模块电连接，将储能模块存储的电能以特定的电压输出至外部用电单位。

本专利利用电压调整模块使储能模块输出的电压满足外部用电单位的要求。

进一步优选的，所述储能模块包括电池模块和电池保护模块，所述电池模块为锂离子电池、磷酸铁锂电池、或铅酸电池的串并联组合，所述电池保护模块监控电池模块的多项工作参数。

本专利中的储能模块包括电池模块和电池保护模块，采用的锂离子电池、磷酸铁锂电池、铅酸电池均为常见大容量电池类型，采用电池保护模块使电池处于正常的工作状态。

进一步优选的，还包括显示模块，所述显示模块与所述电池保护模块电连接，所述显示模块包括电池模块输出电压显示区、电池模块电量显示区、电池模块健康状况显示区。

本专利设置显示模块，使电池的各项参数能直观的显示。

本实用新型的技术效果在于：

本专利通过在道路部署发电系统，将车辆在路面行驶时对路面所做的机械功收集并转化为电能存储在储能装置，实现了能量循环利用的功能，并将这部分电能输出至外部用电单位主要指电动汽车，解决了目前电动汽车的充电难题，具有很好的实用性。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种用于道路的压力发电系统的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明：

图1为一种用于道路的压力发电系统的主要结构示意图。

图2为一种用于道路的压力发电系统的完整结构示意图。

图3为实施例三所述的压力发电系统的结构示意图。

图4为实施例三所述的路面和行车车载压力发电面板的结构示意图。

图5为实施例三所述的行车车载压力发电面板的结构示意图。

图6为实施例三所述的电能储存及转换站的结构示意图。

图7为实施例三所述的蓄能单元的结构示意图。

图中标号说明：

10-压电模块，20-整流模块，30-储能模块，31-电池模块，32-电池保护模块，40-输出电压调整模块，50-显示模块，100-沥青路面，110-沥青上面层，120-沥青中面层，130-沥青下面层，200-行车车载压力发电面板，300-蓄能单元，400-电能存储及转换站。

具体实施方式

为了更清楚地说明本专利实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本专利的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本专利相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

实施例一，如图1所示，一种用于道路的压力发电系统，包括：压电模块10、整流模块20、储能模块30；压电模块10，将路面压力对其所作的机械功转化为电能；整流模块20，与压电模块10电连接，将来自压电模块10的电能转化为特定电压的直流电；储能模块30，与整流模块20电连接，接收并存储来自整流模块20的电能。压电模块10包括多个压电器件和粘接材料；压电器件包括压电陶瓷片、金属基板，压电陶瓷片与金属基板粘接；压电器件以串联、或并联的方式相互电连接；压电器件被粘接材料包裹，嵌入粘接材料内部；道路路面为多层结构柔性路面，压电模块10在路面的层与层之间，粘接材料粘接路面的层与层，压电模块在粘接材料内等距规则分布。

本实施例中，压电模块10包括多个压电器件和粘接材料，粘接材料可以是常用的环氧树脂类材料，其主要特点是具有一定的弹性以及绝缘性能，多个压电器件被粘接材料包裹，隔绝了压电器件和外部环境，保护了压电器件，同时单个压电模块10的大小很方便的调整。多层结构柔性路面可以是常见的两层或三层结构的沥青路面，压电模块10埋在路面内层，避免直接与路面上的车辆接触，提高了模块工作可靠性，柔性路面使来自路面上车辆的压力很好的传递到压电模块10，一个压电模块10内的多个压电器件通过串联或并联相互电连接，串联可以提高整个模块的输出电压，并联可以提高整个模块的输出电量，在压电模块10中集合多个压电器件，充分利用了车辆行驶中对路面所做的机械功，提高了单个压电模块10的发电效率。

压电器件包括压电陶瓷片和金属基板，压电陶瓷作为典型的压电材料，具有很好的压电效应，在外力作用下其表面产生电势，同时自身产生一定的形变，金属基板提供弹性支撑的功能，在路面没有车的时候，金属基板和压电陶瓷片保持平面状态，没有形变，当路面有车经过时，来自路面的压力通过柔性路面分散到多个串并联的压电模块10上，金属基板和压电陶瓷片在外力的作用下产生形变，压电陶瓷表面产生电势，车辆驶离后，金属基板在内部应力的作用下带动压电陶瓷恢复平面状态。压电陶瓷片和金属基板可以用绝缘粘接材料粘接或采用烧结的方式使两者结合。

由于压电器件的特性，路面上的车辆到达压电模块10上方，压电器件在车辆重力的作用下迅速发生形变，通常形变程度与输出电压成正比，故输出电压迅速增大，随着车辆驶过，形变恢复，输出电压降低，故单个压电器件在路面上一直有车辆经过的情况下整体输出电压表现为一个均值大于零的波浪形，波谷为零电势，而在整个压电模块10中，多个压电器件的串并联放大了波峰的输出电压和输出电流，由于储能模块30充电时需要稳压直流，整流模块20将来自压电模块10的电流整流、滤波、稳压，使输出电流为在一定电压范围内波动的直流电，具体可以采用桥式整流电路加倒L型整流电路加并联稳压电路的结构实现整流滤波稳压，使压力发电产生的电量能够存储在储能单元。

实施例二，为基于实施例一的改进的又一个实施例，如图2所示，除了包括实施例一的结构模块，还包括输出电压调整模块40和显示模块50，以及储能模块30包括电池模块31和电池保护模块32。输出电压调整模块40与储能模块30电连接，将储能模块30存储的电能以特定的电压输出至外部用电单位。储能模块30包括电池模块31和电池保护模块32。电池模块31为锂离子电池、磷酸铁锂电池、或铅酸电池的串并联组合，所述电池保护模块32监控电池模块31的多项工作参数。还包括显示模块50，显示模块50与电池保护模块32电连接，显示模块50包括电池模块输出电压显示区、电池模块电量显示区、电池模块健康状况显示区。

本实施例中，输出电压调整模块40与储能模块30电连接，调节储能模块30的输出电压，使储能模块30存储的电能能够被传输到外部用电单位，给外部用电单位充电，外部用电单位主要是指电动汽车，如特斯拉公司生产的modelS电动车、比亚迪汽车公司生产的E6电动车，电动汽车充电电压通常有很宽的范围，低电压充电快，高电压充电慢，而在我国大陆地区销售的电动汽车均会兼容我国的用电标准，即有效电压为220V频率50赫兹的交流电，故本实施例中输出电压调节模块使储能模块30输出电压稳定在220V直流电，直流电升压的方式很多，譬如可以采用boost变换器，其核心为升压斩波电路，原理是用电感提升电压并用电容使电压保持，又譬如可以采用开关电源加外围梯形电路的方式，使直流电升压到220V直流并稳定输出。

本实施例中的储能模块30包括电池模块31和电池保护电路模块，考虑到现有电池技术，使用的电池模块31可以是锂离子电池、磷酸铁锂电池、铅酸电池，这三种电池也是目前使用比较广泛的动力电池类型，如上述特斯拉公司生产的电动汽车均采用锂电池，而比亚迪汽车生产的电动汽车广泛采用磷酸铁锂电池，铅酸电池则常见于电动自行车，因其使用了高污染的铅元素，虽然有不少优点也面临被淘汰的风险。此外现有电池模块31，主要是锂离子电池和磷酸铁锂电池，其大电容量是基于大量的电池电芯的串并联，如常用于笔记本电池的18650型圆柱锂电池电芯，其容量为2000mAh，输出电压4V左右，通常笔记本电池采用三个电池电芯串联，其电池容量6000mAh，输出电压12V，电池就像个水桶，自身不具备控制充放电的能力，在电池充放电过程中需要避免电池的过度充放，过度充放电会使电池鼓包漏液甚至爆炸，为了避免这种情况发生，给电池模块31配备一个或多个电池保护模块32，而电池电芯在充电情况下其电压会上升，放电情况下电压逐渐下降，范围大致在2V～4V之间，采用一个电池保护模块32保护至少一个电池电芯的方案，一个电池保护模块32包括一颗电池保护芯片和两个功率晶体管组成，电池保护芯片监控电池当前充放电电压结合特定的算法判断电池是否处于过度充放电状态，若检测到当前电池处于过度充放电状态，则切换晶体管使电芯与充电电路或负载脱离，实现保护电芯的目的，电池保护芯片可以是常见的用于笔记本电池、手机电池等的电源保护IC，功率保护芯片为功率型MOSFET晶体管。

为了进一步提升外部用电单位使用本系统充电的用户体验，还提供能够显示电池模块31相关电学参数的显示屏，显示包括输出电压、剩余电量、电池健康度等，显示输出电压使用户能够判断当前充放电是否正常，显示剩余电量使用户能够判断当前电池模块31是否能提供足够的电量，显示电池健康度是考虑到电池的损耗，通常电池在经过多次充放电后容量会逐渐下降，显示健康度使设备维护人员能够在电池彻底损坏前及时更换电池模块31，维持整个系统的正常运行。

实施例一与实施例二为本专利一种用于道路的压力发电系统的具体实施例，表明本专利使如何将行驶在道路的车辆对地面所做的机械功收集并转化为电能存储的，利用压电模块10的压电效应，当车辆行驶到压电器件上方，压电器件表面产生电势，利用多个压电器件的串并联将产生的电量集中收集，利用整流模块20使具有不规则输出电压的类交流电转化为直流电，直流电给储能模块30充电，从而完成了能量的转化和收集，将机械能转化为电能并存储，考虑到本专利的应用场景，利用输出电压调整模块40和显示模块50使系统收集的电能能够输出到外部用电单位如电动汽车，进一步完善了本专利。

实施例三,本实施例如图3所示，包括路面100、行车车载压力发电面板200、蓄能单元300、能量存储及转换站400，路面100为多层结构沥青路面，如图4所示，包括沥青上面层110、沥青中面层120、沥青下面层130，行车车载压力发电面板200，厚度在1-10mm之间，宽度与道路路面标准宽度尺寸相同，长度在1-100000m之间，蓄能单元300蓄积单个行车车载压力发电面板所产生电能，如图6所示，其核心组成单元为电能存储器，并且通过电子线路与行车车载压力发电面板连接，电能储存及转换站400是将通过电线串联起来的各个蓄能单元蓄集的电能进行储存和转换，如图5所示，其核心组成单元为电能转换器。

本专利基于机械能转化电能原理，充分利用了车辆在沥青道路上行驶过程中对道路所释放的机械能，巧妙地设计行车车载压力发电面板将机械能转换为电能，并予以输出，输送至对应的蓄能单元，再将若干个蓄能单元的电能输送至电能储存及转换站，最终提供给电动汽车使用。设置于沥青道路的行车车载压力发电面板，在沥青道路某一界面层中，厚度非常小，不影响沥青道路原有的使用性能。本专利的充电系统以若干点的形式布设于道路周围，自沥青道路修筑完成并通车以后，可长期方便电动汽车的充电和续航，电动汽车不用再担心长距离行驶不方便的问题。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本专利的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本专利的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于道路的压力发电系统，其特征在于，包括：

压电模块、整流模块、储能模块；所述压电模块，将路面压力对其所作的机械功转化为电能；所述整流模块，与所述压电模块电连接，将来自所述压电模块的电能转化为特定电压的直流电；所述储能模块，与所述整流模块电连接，接收并存储来自整流模块的电能。

2.如权利要求1所述的压力发电系统，其特征在于，所述压电模块包括至少一个压电器件和粘接材料。

3.如权利要求2所述的压力发电系统，其特征在于，所述压电器件包括至少一个压电陶瓷片以及至少一个金属基板，所述压电陶瓷片与所述金属基板通过粘接层叠为平面器件。

4.如权利要求2所述的压力发电系统，其特征在于，所述压电器件以串联或并联的方式相互电连接。

5.如权利要求2所述的压力发电系统，其特征在于，所述压电器件被所述粘接材料包裹，嵌入所述粘接材料内部，所述压电器件在所述粘接材料内等距规则分布。

6.如权利要求2-5任意一项权利要求所述的压力发电系统，其特征在于，所述道路的路面为多层结构的柔性路面。

7.如权利要求6所述的压力发电系统，其特征在于，所述压电模块在所述路面的层与层之间，所述粘接材料粘接所述路面的层与层。

8.如权利要求1-5任意一项权利要求所述的压力发电系统，其特征在于，还包括输出电压调整模块，所述输出电压调整模块与所述储能模块电连接，将储能模块存储的电能以特定的电压输出至外部用电单位。

9.如权利要求1-5任意一项权利要求所述的压力发电系统，其特征在于，所述储能模块包括电池模块和电池保护模块，所述电池模块为锂离子电池、磷酸铁锂电池、或铅酸电池的串并联组合，所述电池保护模块监控电池模块的多项工作参数。

10.如权利要求9所述的压力发电系统，其特征在于，还包括显示模块，所述显示模块与所述电池保护模块电连接，所述显示模块包括电池模块输出电压显示区、电池模块电量显示区、电池模块健康状况显示区。