CN209955780U - 一种基于压电发电技术的路面不停车充电系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种基于压电发电技术的路面不停车充电系统，包括压电发电模块、电能存储模块、路面安装模块和车辆充电模块；压电发电模块和电能存储模块均封装在路面安装模块内，且压电发电模块的输出端与电能存储模块的输入端电连接；路面安装模块和车辆充电模块均安装在路面结构表面层内，且车辆充电模块的输出端裸露在路面结构表面，车辆充电模块的输入端与电能存储模块的输出端电连接；车辆充电模块的输出端配设有电能接收部件，电能接收部件安装在车辆上并与车辆内部的蓄电池电连接。本实用新型实现了利用回收的路面机械能转化成电能为纯电动车辆不停车充电，有效解决了纯电动车辆续航受电池容量限制的问题和充电不便的问题。

Description

一种基于压电发电技术的路面不停车充电系统
技术领域
本实用新型涉及一种充电系统，具体涉及一种基于压电发电技术的路面不停车充电系统。
背景技术
随着经济及工业的发展，汽车已逐步普及化，传统燃油汽车对石油消耗巨大，而且排放尾气中含有大量有害气体，严重污染空气环境。新能源汽车是当今发展的趋势，而纯电动汽车无污染零排放是新能源汽车发展的重中之重，由于现有技术的限制，高密度、低成本的车用蓄能电池一直未能商用，一般纯电动乘用车的续航里程鲜有突破300km；而且受充电桩的数量、分布以及充电时间的限制，电动汽车的充电显得非常的麻烦。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于压电发电技术的路面不停车充电系统，解决了纯电动车辆续航受电池容量限制的问题和充电不便的问题。
本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于压电发电技术的路面不停车充电系统，包括压电发电模块、电能存储模块、路面安装模块和车辆充电模块；
所述压电发电模块和电能存储模块均封装在所述路面安装模块内，且所述压电发电模块的输出端与所述电能存储模块的输入端电连接；
所述路面安装模块和所述车辆充电模块均安装在路面结构表面层内，且所述车辆充电模块的输出端裸露在路面结构表面，所述车辆充电模块的输入端与所述电能存储模块的输出端电连接；
所述车辆充电模块的输出端配设有电能接收部件，所述电能接收部件安装在车辆上并与车辆内部的蓄电池电连接。
在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。
进一步，所述压电发电模块包括以阵列形式排列的多个压电换能器，每个所述压电换能器均包括受力构件以及安装在所述受力构件内部的压电振子，所述压电振子由PZT压电陶瓷材料或者PVDF压电复合材料构成。
进一步，所述电能存储模块包括整流电路、调压电路、储能电路和充放电控制电路，每个所述压电换能器的压电振子均分别与所述整流电路的输入端电连接，所述整流电路的输出端与所述调压电路的输入端电连接，所述调压电路的输出端通过所述充放电控制电路与所述储能电路的输入端电连接，所述储能电路的输出端通过所述充放电控制电路与所述车辆充电模块的输入端电连接。
进一步，所述路面安装模块包括刚性安装底座及刚性活动盖帽构件，所述刚性安装底座和所述刚性活动盖帽构件内部设有空腔，所述压电发电模块和电能存储模块封装在所述空腔内，所述刚性活动盖帽构件可上下浮动的安装在所述刚性安装底座上部。
进一步，所述车辆充电模块包括路面安装部件和安装在路面安装部件上的电能传输部件，以及安装在车辆上的电能接收部件。
进一步，所述路面安装部件为由工程塑料PA66或酚醛树脂制作而成的矩形构件，所述路面安装部件镶嵌在路面结构内；所述电能传输部件为底部设有安装支座及分路电缆的导电钢轨，所述分路电缆安装在所述安装支座内，所述电能传输部件镶嵌在所述路面安装部件内，且导电钢轨的顶部裸露在路面结构表面；所述电能接收部件具体为具有逆变功能的接触电刷。
本实用新型的有益效果是：本实用新型一种基于压电发电技术的路面不停车充电系统，利用压电发电技术，将车辆作用在路面的机械能转换为电能，再利用产生的电能为车辆行驶供电，有效降低了车辆在路面的能量损失，提高了能量利用效率，是一种新型的节能路面；同时实现了利用回收的路面机械能转化成电能为纯电动车辆不停车充电，有效解决了纯电动车辆续航受电池容量限制的问题和充电麻烦的问题。
附图说明
图1为本实用新型一种基于压电发电技术的路面不停车充电系统的工作原理图；
图2为压电发电模块中压电换能器的结构示意图；
图3为电能存储模块的结构框图；
图4为路面安装模块的俯视图；
图5为路面安装模块的剖面图；
图6为本实用新型一种基于压电发电技术的路面不停车充电系统的路面安装的剖面图；
图7为车辆充电模块的结构示意图；
图8为本实用新型一种基于压电发电技术的路面不停车充电系统在道路横断面的布置图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
11、受力构件，12、压电振子，21、第一电能存储模块容纳空腔，22，第二电能存储模块容纳空腔，23、压电发电模块容纳空腔，3、刚性构件，31、刚性安装底座，32、刚性活动盖帽构件，33、压头，4、导电钢轨，51、整流电路，52、调压电路，53、储能电路，54、充放电控制电路，6、安装支座，7、分路电缆，8、接触电刷。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
如图1所示，一种基于压电发电技术的路面不停车充电系统，包括压电发电模块、电能存储模块、路面安装模块和车辆充电模块；
所述压电发电模块和电能存储模块均封装在所述路面安装模块内，且所述压电发电模块的输出端与所述电能存储模块的输入端电连接；
所述路面安装模块和所述车辆充电模块均安装在路面结构表面层内，且所述车辆充电模块的输出端裸露在路面结构表面，所述车辆充电模块的输入端与所述电能存储模块的输出端电连接；
所述车辆充电模块的输出端配设有电能接收部件，所述电能接收部件安装在车辆上并与车辆内部的蓄电池电连接。
在本实用新型中：
所述压电发电模块包括以阵列形式排列的多个压电换能器，压电换能器的结构如图2所示，每个所述压电换能器均包括受力构件11以及安装在所述受力构件11内部的压电振子12，所述压电振子12由PZT压电陶瓷材料或者PVDF压电复合材料构成。在本具体实施例中，受力构件11内部设有多个(偶数个)压电振子12，多个压电振子经正反并联堆叠而成(即：所有压电振子的正极连接在一起，所有压电振子的负极连接在一起)，具有高寿命、高耐冲击载荷、高力电转换效率的优点。
图3为电能存储模块的电路原理框图，所述电能存储模块包括整流电路51、调压电路52、储能电路53和充放电控制电路54，每个所述压电换能器的压电振子均分别与所述整流电路51的输入端电连接，所述整流电路51的输出端与所述调压电路52的输入端电连接，所述调压电路52的输出端通过所述充放电控制电路54与所述储能电路53的输入端电连接，所述储能电路53的输出端通过所述充放电控制电路54与所述车辆充电模块的输入端电连接。压电发电模块将车辆产生的冲击载荷转换为脉冲电信号，经整流电路51转换为直流信号，后经调压电路52转换为低压信号存储至储能电路53，并最终由储能电路53向车辆充电模块放电，储能电路53的充放电过程由充放电控制电路54控制，防止过度充电或过度放电对储能电路53中储能元件产生损坏。在本具体实施例中，整流电路51、调压电路52和储能电路53的具体电路结构及连接关系是本领域技术人员所公知的，例如，整流电路51具体可以为脉冲整流器，调压电路52具体可以为稳压器，储能电路53具体可以为蓄电池或储能电容，充放电控制电路54可以为蓄电池充放电控制器或超级电容充放电控制器。电能存储模块的整流电路51及调压电路52单独封装，储能电路53单独封装，以便于后期维护。
路面安装模块的结构如图4和图5所示，所述路面安装模块包括具有盖帽结构的刚性构件3，所述刚性构件3内部设有空腔，所述压电发电模块和电能存储模块封装在所述空腔内。其中，所述刚性构件3包括刚性安装底座31及刚性活动盖帽构件32，所述刚性安装底座31和刚性活动盖帽构件32内部设有空腔，所述压电发电模块和电能存储模块封装在所述空腔内，所述刚性活动盖帽构件32可上下浮动的安装在所述刚性安装底座31上部，刚性活动盖帽构件32能够在一预设范围内上下活动，传递车辆对路面载荷至压电发电模块。具体的，所述空腔包括第一电能存储模块容纳空腔21、第二电能存储模块容纳空腔22和压电发电模块容纳空腔23，第一电能存储模块容纳空腔21和第二电能存储模块容纳空腔22设置在刚性安装底座31内，压电发电模块容纳空腔23设置在刚性活动盖帽构件32内，所述刚性安装底座31上设有与压电发电模块容纳空腔23正对的压头33。压电发电模块安装在压电发电模块容纳空腔23中，电能存储模块的储能电路53安装在第二电能存储模块容纳空腔22内，电能存储模块的整流电路51及调压电路52封装后安装在第一电能存储模块容纳空腔21内。整个路面安装模块由强度高、刚度大、韧性好、耐磨耐腐蚀的PA尼龙或其他工程塑料经加工而成。
如图6和图7所示，所述车辆充电模块包括路面安装部件和安装在路面安装部件上的电能传输部件，以及安装在车辆上的电能接收部件。所述路面安装部件为由工程塑料PA66或酚醛树脂制作而成的具有高强度、耐腐蚀、抗老化、绝缘的矩形构件，所述路面安装部件并列、连续镶嵌在路面结构内(图6中的道路结构具体为：最底层为道路底基层，中间层为道路基层，顶层为路面结构表面层)；所述电能传输部件为底部设有安装支座6、充放电控制电路54及分路电缆7的导电钢轨4，所述充放电控制电路54及分路电缆7安装在所述安装支座6内，所述电能传输部件镶嵌在所述路面安装部件内，且导电钢轨4的顶部裸露在路面结构表面，所述导电钢轨4的底部与充放电控制电路54连接，充放电控制电路54与所述电能存储模块的输出端通过分路电缆7电连接；导电钢轨4为具有耐磨及优良导电性能的金属导轨。所述电能接收部件具体为具有逆变功能的接触电刷8，接触电刷8可以将接受的电信号转换存储至车辆内蓄电池；可在接触电刷8配设逆变器，接触电刷8通过逆变器与车辆内部的蓄电池电连接；另外接触电刷8是安装在车辆上的，当接触电刷8与导电钢轨4接触时，即可实现充电。另外，导电钢轨4的通电状态可以由充放电控制电路控制，充放电控制电路上配设有充放电控制电路开关，当车辆行驶至充电路面范围内，触发所述充放电控制电路开关开启，能量存储模块向电能传输部件输电，电能接收部件通过与电能传输部件接触受电，实现车辆充电；待车辆充电完成后驶离充电路面，充放电控制开关关闭，电能传输部件断电，为下一次充电做准备，以达到节能目的。
图8为本实用新型一种基于压电发电技术的路面不停车充电系统的道路横断面布置图；所述路面安装模块及车辆充电模块分别安装于不同车道，多组路面安装模块通过电缆并联连接，再与车辆充电模块连接。具体的，路面安装模块安装在车道A、B(能量收集车道)的轮迹带区域，按一定阵列布置，车辆充电模块安装在车道C(不停车充电车道)的左、右轮迹带中央；车辆行驶在路面上会对载荷传递装置产生冲击载荷，路面安装模块为刚性盖帽结构，能够将车辆重载载荷放大后传递至压电发电模块，实现机械能到电能的转换。路面安装模块内部为空腔结构，安装有压电换能装置及能量存储装置。车辆震动产生的机械能经压电换能装置转换为电能后传递至电能存储模块，电能存储模块与车辆充电模块之间由电缆连接，车辆驶入充电路面区域后，载荷感应开关打开，电能存储模块向车辆充电模块放电；当车辆需要充电时，驶入充电车道，车辆伸出接触电刷与通电导轨接触，电能经通电导轨、接触电刷后传输至车辆内部的逆变器，经逆变后向车辆蓄电池供电，实现了利用回收的路面机械能转化成电能为电动车辆的不停车充电。因目前受技术限制，压电发电模块的能量转换效率较低，可布置多条能量收集车道，收集路面能量汇集至车辆充电车道，为充电车辆供电。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于压电发电技术的路面不停车充电系统，其特征在于：包括压电发电模块、电能存储模块、路面安装模块和车辆充电模块；
所述压电发电模块和电能存储模块均封装在所述路面安装模块内，且所述压电发电模块的输出端与所述电能存储模块的输入端电连接；
所述路面安装模块和所述车辆充电模块均安装在路面结构表面层内，且所述车辆充电模块的输出端裸露在路面结构表面，所述车辆充电模块的输入端与所述电能存储模块的输出端电连接；
所述车辆充电模块的输出端配设有电能接收部件，所述电能接收部件安装在车辆上并与车辆内部的蓄电池电连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于压电发电技术的路面不停车充电系统，其特征在于：所述压电发电模块包括以阵列形式排列的多个压电换能器，每个所述压电换能器均包括受力构件以及安装在所述受力构件内部的压电振子，所述压电振子由PZT压电陶瓷材料或者PVDF压电复合材料构成。
3.根据权利要求2所述的一种基于压电发电技术的路面不停车充电系统，其特征在于：所述电能存储模块包括整流电路、调压电路、储能电路和充放电控制电路，每个所述压电换能器的压电振子均分别与所述整流电路的输入端电连接，所述整流电路的输出端与所述调压电路的输入端电连接，所述调压电路的输出端通过所述充放电控制电路与所述储能电路的输入端电连接，所述储能电路的输出端通过所述充放电控制电路与所述车辆充电模块的输入端电连接。
4.根据权利要求1至3任一项所述的一种基于压电发电技术的路面不停车充电系统，其特征在于：所述路面安装模块包括刚性安装底座及刚性活动盖帽构件，所述刚性安装底座和所述刚性活动盖帽构件内部设有空腔，所述压电发电模块和电能存储模块封装在所述空腔内，所述刚性活动盖帽构件可上下浮动的安装在所述刚性安装底座上部。
5.根据权利要求1至3任一项所述的一种基于压电发电技术的路面不停车充电系统，其特征在于：所述车辆充电模块包括路面安装部件和安装在路面安装部件上的电能传输部件，以及安装在车辆上的电能接收部件。
6.根据权利要求5所述的一种基于压电发电技术的路面不停车充电系统，其特征在于：所述路面安装部件为由工程塑料PA66或酚醛树脂制作而成的矩形构件，所述路面安装部件镶嵌在路面结构内；所述电能传输部件为底部设有安装支座及分路电缆的导电钢轨，所述分路电缆安装在所述安装支座内，所述电能传输部件镶嵌在所述路面安装部件内，且导电钢轨的顶部裸露在路面结构表面；所述电能接收部件具体为具有逆变功能的接触电刷。
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