压电发电机系统和包括这种压电发电机系统的电气系统技术方案

技术编号:18466960 阅读:23 留言:0更新日期:2018-07-18 16:31
压电发电机系统(100)包括至少一个压电发电机单元(650),至少一个压电发电机单元包括压电模块(Mji,i)的阵列(440),每个压电模块包括压电部件(Eji,i)和AC/DC转换器(Cji,i)。阵列(400)中的压电模块(Mji,i)彼此串联连接,并且它们皆设置在按彼此并联连接的多个组(i)中。当动态负载(F1,F2..Fn)作用于压电发电机单元(650)时,按将预定量的力(F)以预定速度施加至压电模块(Mji,i)的方式调节负载(F1,F2..Fn),使得阵列(400)向例如电动交通工具(1000)中的一个或更多个电池(250)供应高电功率(Pout‑tot),其中每个电池(250)能够根据其对应电力电平至少在储存、待机以及供应状态下工作。

Piezoelectric generator system and electrical system including such piezoelectric generator system

The piezoelectric generator system (100) includes at least one piezoelectric generator unit (650), at least one piezoelectric generator unit including an array of Mji (I) (440), each of which includes a Eji (I) and a AC/DC converter (Cji, I). The piezoelectric modules (Mji, I) in the array (400) are connected to each other in series, and they are arranged in a plurality of groups (I) connected in parallel. When a dynamic load (F1, F2..Fn) acts on a piezoelectric generator unit (650), a load (F1, F2..Fn) is adjusted in a manner that is applied to a predetermined speed (F) at a predetermined speed to a piezoelectric module (Mji, I), so that the array (400) supplies a high power power (Pout TOT) to one or more batteries (250) in an electric traffic tool (1000), each of which is a Pout TOT). The battery (250) can work at least in storage, standby and supply state according to its corresponding power level.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】压电发电机系统和包括这种压电发电机系统的电气系统本申请要求保护2015年12月2日提交的欧洲专利申请EP15382601.1的权益。本公开涉及压电发电机系统和包括这种压电发电机系统的电气系统。
技术介绍
全球能源需求的持续增长是目前存在的最重要的问题之一,其造成了能源匮乏、污染能源的使用、对气候变化的影响、疾病、预期寿命缩短、贫困、饥饿以及为控制能源的战争。近年来,这引起了相当大的关注,并且提出了针对污染能源的替代方案,如可再生能源和可持续能源。然而,它们没有提供足够的能源来应对增加的能源需求,因此所述非环保能源仍在大量使用。诸如水力或风力(eolicpower)发电厂的清洁能源需要大量的自然力来发电,举例来说,如移动水力发电厂的涡轮机需要由风力或落水来提供的大的力。这涉及到地理上的限制,因此这些发电厂不能在地球的所有地方传送电力。另一方面,最大的污染者之一是交通工具,无论是通过公路、海上还是空中,因为它们使用化石燃料。出于上述理由,电动交通工具越来越多地被开发和使用,如将电动马达与内燃机组合的混合动力交通工具。当混合动力交通工具中的电池耗尽或需要额外的动力来加速时,或者当必须进行更长旅程时,燃料发动机也需要继续循环。尽管电动交通工具变得越来越流行,但他们遭受有限的自主性,因为电池应当经常再充电。例如,使用60kWh电池的电动交通工具具有大约370km的驾驶自主性,而使用85kWh电池的电动交通工具具有约480km的驾驶自主性。因此,尽管本领域已经努力开发具有高能量密度的电池以便增加交通工具驾驶自主性并减少电池充电时间,但仍然需要非常大的可再充电电池来提供合理的驾驶自主性。对电池充电的一种替代方案是用另一已充电的电池代替弱的或耗尽的电池。然而,自动更换电池系统的服务站的建设和维护涉及高成本。近来,已经提出了其它技术,如通过使用特殊软管去除电池内部的电解质或液体并用充满电的电解质替换它来完全给电池充电。尽管这基本上与加油交通工具相对应,以便现有的加油站可以很容易地适应这种应用,但存在所有品牌都应当使用这样的电池和技术的问题,这可能是一个障碍。在任何情况下,不管与增加电池能量密度以提供更多自主性有关的电池技术发展以及减少充电时间的开发,现有技术的发电机系统导致很多缺点。它们仍然提供非常有限的驾驶自主性,电池需要经常再充电,电池充电时间长,需要非常大的基础设施投资,以及与电网饱和有关并因此需要增加电网数量的问题等。压电发电机也早已提出。它们基于存在于由作用在压电部件上的机械力而产生电力的效应。早在1880年,Jacques和PierreCurie就发现了压电现象。当对诸如石英、电气石、黄玉、蔗糖、罗谢尔盐等的晶体施加压力或机械应力时,会产生电势电荷。压电效应目前用于许多应用中,举例来说,如发电机。压电发电机包括由基于压电效应的材料制成的压电部件,使得在它们受到机械力时,根据上述压电现象它们变得极化并产生电力。该机械力例如可以来自在道路上行驶的交通工具,例如,由于重量、运动、冲击、振动等,造成其中装配的减震器移动而产生的力。因此由这种机械力产生的电力在现有技术中是已知的。例如,US3559027、US7936113以及US8143766公开了与交通工具的减震器或悬架相关联的压电发电机的使用。在使用中,压电发电机将所施加的机械能转换成电力,以对电池进行充电,举例来说,如为交通工具提供额外的能源或对混合动力交通工具中的电池进行辅助充电。一般而言,本领域已知的压电发电机通常包括诸如压电纤维复合材料的压电部件,并且可以分类成两种类型。第一组压电发电机配备有压电部件,这些压电部件按一个叠加在另一个之上的片层设置。例如,WO2006047926公开了一种与交通工具悬架相关联的用于发电的压电发电机,该压电发电机包括所述第一组压电发电机。第一组压电发电机的主要缺点在于,由于堆叠的排布结构而造成压电部件中产生的输出电流较小,堆叠的排布结构导致初始作用在压电部件堆上的力仅影响该堆的外层中的压电部件,所述力被逐渐地传送至该堆的内层。第二组压电发电机包括压电杆,举例来说,如在BE881528A1、US8143766或FR2619765中描述的那些。第二组压电发电机的主要缺点在于,由于使用了压电杆,因而所施加的力导致杆扭转,从而导致力逐渐增大,因此由所设定的压电部件产生的电流不合需要地为低。在现有技术的压电发电机中,压电部件串联连接,那么输出电压是所有压电部件产生的电压之和。因此,为了获得高电压输出,作用在压电部件上的力应该为高。这导致损坏或破坏压电部件的高风险,无论它们是上述第一组压电发电机还是第二组压电发电机。因此,迄今为止已经提出的用于利用例如与交通工具悬架相关联的能量来提供电力的压电发电机已经被证明是低效的并且不足以供应用于移动机电交通工具的电力。因此,现有技术中用于交通工具等的压电发电机只能用作额外的能源以部分地移动交通工具等。因此仍然需要能够有效利用动能(即,动力或负载)的发电机,以将它们转换成电力,来为汽车、摩托车、卡车、机车、火车、飞机、船舶、机械装置等提供动力。还需要能够从小的力产生电力的发电机。这种发电机还应能够安装在任何位置,以使所述小的力(例如,世界上任何地方的地理上可获的力)可以由发电机适当地接收,以使其可以减少与全球能源需求的不断增加相关联的上述问题。
技术实现思路
本公开总体上涉及发电和管理领域,并且具体涉及压电发电机系统,已经发现了压电发电机系统以解决现有技术固有的上述问题,同时提供超过现有压电发电机的额外优点,如下文将讨论。描述了具有大量应用的压电发电机系统,如电动交通工具或机器,而不管它们是陆地、水上或空中交通工具或机器,用于风力或水力发电的应用、与交通工具相关联的应用、在地表面上移动的人或动物,以及与一般发电相关联的应用等等。本压电发电机系统包括至少一个压电发电机单元。该压电发电机系统可以包括和根据需要一样多的压电发电机单元,来接收机械动态负载或力并将它们转换成电力。如本文所使用的,动态机械负载或力指的是由压电发电机单元或其值或矢量随时间变化的单元所接收的负载或力。外力或负载例如可以是通过在道路上行驶的交通工具、在轨道上行驶的火车、航行的船舶、飞行的飞机或在轨道上行驶的交通工具、行走在道路上的人或动物连续接收和传送的机动力或负载,其例如因与运动中的质量成比例的重力作用、因不平整的地面、因加速时的惯性、在制动时、右转或左转,甚或因风或水阻力而引起。本压电发电机系统能够将因这种机械动态负载或力而造成的动能转换成通常要用于操作交通工具、机器以及发电的电力。本压电发电机系统中的每个压电发电机单元包括压电模块阵列。如本文所使用的,压电模块阵列是指多个电互连压电模块,其按形成矩阵的虚拟行和列适当地设置。该矩阵可以是方形矩阵,即,具有相同数量的行和列;矩形矩阵,即,由不同数量的行和列形成;或者其可以是不规则矩阵,即,不同的行和列中具有可变数量的元素。每个压电模块都包括压电部件和将在下面进一步描述的交流电流/直流电流转换器(AC/DC转换器)。可以将不同的材料用于压电发电机中的压电部件。例如,可以使用诸如还称作PZT的锆钛酸铅的陶瓷材料。该PZT材料在将动态负载或力施加在其上时,提供横跨压电体的两个相对表面的本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种压电发电机系统(100),该压电发电机系统包括至少一个压电发电机单元(650),每个压电发电机单元(650)包括:压电模块(Mji,i)的阵列(400),所述压电模块(Mji,i)中的每个包括压电部件(Eji,i)和交流电流/直流电流转换器(Cji,i),该交流电流/直流电流转换器用于将由所述压电部件(Eji,i)生成的交流电流转换成直流电流;所述压电模块(Mji,i)的阵列(400)包括多组(i)所述压电模块(Mji,i),所述多组(i)中的每一组以电方式彼此并联连接;所述多组(i)压电模块(Mji,i)包括以电方式彼此串联连接的多个(j1,j2,…ji)压电模块(Mji,i);所述阵列(400)旨在当通过至少一个动态负载(F1,F2..Fn)机械地驱动所述压电模块(Mji,i)时供应电功率(Pout),使得每组(i)的压电模块(Mji,i)中的电压(Vout)大致相同;输入力控制装置(700),该输入力控制装置用于按仅具有预定施加速度的预定量的力(F)作用于所述压电模块(Mji,i)的方式来控制所述动态负载(F1,F2..Fn),使得通过所述压电发电机单元(650)来供应预定电功率(Pout);以及所述输入力控制装置(700)包括:激活板(750),该激活板用于均匀地分布作用在所述压电模块(Mji,i)上的所述预定力(F),以使所述压电模块(Mji,i)都大致同时并且大致在相同的时间内接收大致相同的预定力(F);以及阻尼部件(760),该阻尼部件适于阻尼所述动态负载或力(F1,F2..Fn),以保护所述压电模块(Mji,i)。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.02 EP 15382601.11.一种压电发电机系统(100),该压电发电机系统包括至少一个压电发电机单元(650),每个压电发电机单元(650)包括:压电模块(Mji,i)的阵列(400),所述压电模块(Mji,i)中的每个包括压电部件(Eji,i)和交流电流/直流电流转换器(Cji,i),该交流电流/直流电流转换器用于将由所述压电部件(Eji,i)生成的交流电流转换成直流电流;所述压电模块(Mji,i)的阵列(400)包括多组(i)所述压电模块(Mji,i),所述多组(i)中的每一组以电方式彼此并联连接;所述多组(i)压电模块(Mji,i)包括以电方式彼此串联连接的多个(j1,j2,…ji)压电模块(Mji,i);所述阵列(400)旨在当通过至少一个动态负载(F1,F2..Fn)机械地驱动所述压电模块(Mji,i)时供应电功率(Pout),使得每组(i)的压电模块(Mji,i)中的电压(Vout)大致相同;输入力控制装置(700),该输入力控制装置用于按仅具有预定施加速度的预定量的力(F)作用于所述压电模块(Mji,i)的方式来控制所述动态负载(F1,F2..Fn),使得通过所述压电发电机单元(650)来供应预定电功率(Pout);以及所述输入力控制装置(700)包括:激活板(750),该激活板用于均匀地分布作用在所述压电模块(Mji,i)上的所述预定力(F),以使所述压电模块(Mji,i)都大致同时并且大致在相同的时间内接收大致相同的预定力(F);以及阻尼部件(760),该阻尼部件适于阻尼所述动态负载或力(F1,F2..Fn),以保护所述压电模块(Mji,i)。2.根据权利要求1所述的压电发电机系统(100),其中,所述压电发电机系统还包括电力储存和供应装置(200),该电力储存和供应装置包括至少一个电力储存和供应单元(250),至少一个所述单元(250)能够至少在能够储存电力的第一储存状态和能够传送电力的第二供应状态下工作。3.根据权利要求2所述的压电发电机系统(100),其中,所述压电发电机系统还包括输出控制装置(800),该输出控制装置用于接收来自所有压电发电机(650)的电功率(Pout)和向所述所述电力储存和供应装置(200)供应所述电功率(Pout)。4.根据前述权利要求中的任一项所述的压电发电机系统(100),其中,所述电功率(Pout)与每个压电发电机(650)中的所述动态负载(F1,F2..Fn)正在作用的所述压电部件(Eji,i)的高度(h)、所述压电部件(Eji,i)的面积(A)和所述压电部件(Eji,i)的电压常数(g33)成比例。5.根据权利要求2-4中的任一项所述...

【专利技术属性】
技术研发人员:F·J·安德雷斯·昆卡E·刚萨雷斯·穆尼奥斯
申请(专利权)人:F·J·安德雷斯·昆卡E·刚萨雷斯·穆尼奥斯
类型:发明
国别省市:西班牙,ES

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