基于压电材料二次电荷采集的电动汽车直流压电发电装置制造方法及图纸

基于压电材料二次电荷采集的电动汽车直流压电发电装置，涉及一种电动汽车发电装置，该装置包括压电片在轮辋中的分布系统、电荷收集系统和储能系统。压电材料在受到外界应力时在其表面会产生大量电荷，本发明专利技术利用压电材料这一特性作为电荷产生装置。以纳米ZnO陶瓷片组成发电单元，充分利用压电材料储存能量的形式和能量释放速率的不同，分两次对其电场能和应变场能分别收集，以充分利用发电材料产生的电荷。本发明专利技术充分利用绿色环保可再生能源，本发明专利技术电荷收集、存储和利用过程易于控制，输出的电能可直接用于电动汽车电源系统进行充电，充电效率高，大大降低能源成本，尤其适用于当下节能减排、绿色环保、高效利用能源的潮流。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电动汽车发电装置，特别是涉及一种基于压电材料二次电荷采集的电动汽车直流压电发电装置。
技术介绍
压电材料是指在受到压力作用时会在两端面间出现电荷和电压的材料。利用压电材料这一性质可实现机械能与电能的相互转换。压电效应的原理是，当压电晶体在外力作用下发生形变时，在它的某些相对应的表面产生异号电荷，这种没有外界附加电场作用，只是由于形变而产生的电荷现象称为正压电效应。与之对应当对压电材料施加一外电场时，不仅在压电材料两端产生电荷，同时也产生形变的现象称为逆压电效应。压电发电技术涉及材料、机械、电子、自动化、电气工程等诸多学科。因此，有许多学科之间交叉的问题尚未解决，在该领域尚需进行大量的理论研究和实验分析。然而，随着电子元器件的高度集成化、低功耗电子器件和无线电射频技术的发展，为压电发电技术的应用提供了重要基础；另一方面，随着制造技术和材料科学的发展，不断出现了高发电性能、高机电耦合转换效率的压电材料。压电发电与其他发电形式相比，压电发电装置结构简单、不发热、无电磁干扰、易加工制作，实现结构上的微小化、集成化较容易，尤其适用于各类传感器、监测系统和其它低功耗电子设备。压电发电由于其自身的优点，越来越受到人们的广泛关注，在医疗、军事等领域已经开展了相关的研究工作，并成为目前新型发电方式中的一个研究热点。随着生活水平的不断增高，国人的汽车拥有率也逐年增高。汽车的运行需要汽油或者天然气，这都是一些污染性的物质，会对人体和自然产生副作用。现在国际倡导保护环境、高效节能，通过对机—电耦合与转换效应的高效压电发电汽车的研发来实现这一目的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于压电材料二次电荷采集的电动汽车直流压电发电装置，提供了一种轻便发电装置，以充分利用汽车行驶过程中对轮胎的机械压力，提高电动汽车的续航时间，降低新能源汽车能源成本。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：基于压电材料二次电荷采集的电动汽车直流压电发电装置，所述发电装置发电单元是由纳米ZnO陶瓷片在高强度的碳纤维上经堆积、并联而成的无底圆筒形状，电荷收集装置是根据能量形式不同的分两次高效收集能量装置，通过DC-DC变换器控制将收集的电荷暂存于超级电容器，充电电路是自适应形充电开关电路；无底圆筒形发电单元是均匀分布于汽车轮辋及其其它圆形交通工具的轮轴上，由碳纤维作为底座构成等臂式压电振子，压电振子粘附在轮辋表面，经并联后与电荷收集装置相连；根据能量形式不同的分两次高效收集能量装置是一次能量收集装置，收集电场能瞬间释放的能量；二次能量回收装置是回收应变场产生的较为缓慢的能量，该装置由电流放大器、整流滤波电路、模拟电子开关、简易车速检测装置、DC-DC降压变换器及电容连接而成；DC-DC变换器的控制作用，控制是否对超级电容器充电，同时电荷收集装置放电，利用DC-DC变换器的均压作用，实现收集部分和储存部分的通断；自适应形充电开关电路，是通过电子电路，检测充电电压、电流特征以判定是否对电源进行充电，并对电源有保护的作用的装置。所述的基于压电材料二次电荷采集的电动汽车直流压电发电装置，所述压电陶瓷片用碳纤维支撑，并从其中一端的两表面引出两条高强度耐磨导线与其下层的压电片并联，将堆叠的压电片通过底层的碳纤维粘附于汽车的橡胶轮胎内部的轮辋上，压电片上引出的导线经橡胶轮胎与挡圈之间引出与电流放大器输入端连接；电流放大器、整流滤波器模拟电子开关S1、S2、S3，简易测速装置、一次电荷收集装置、二次电荷收集装置、DC-DC降压器安放于电路板上并固定于轮辐上；电流放大器输出端与整流滤波电路输入端相连，整流滤波器输出端分别与电子开关S1、简易车速控制装置相连接，简易车速控制装置输出端直接连接电子开关S2，信号输出端与S2的控制输入口连接， DC-DC降压器的控制输出端分别与S2、S3连接，输出端与超级电容器连接；超级电容器引出导线，经车轮与轮轴之间已有的部件引至汽车电源处，依次与稳压器、电压比较器、电压放大器充电控制芯片、模拟电子开关、电源相连， 电压比较器输入端分别与超级电容器和稳压器输出端连接，输出端与充电控制芯片连接。所述的基于压电材料二次电荷采集的电动汽车直流压电发电装置，所述压电陶瓷片以3-5层堆叠，两列紧密排布在轮辋上，并依次分A、B、C、D四个区，各区均有导线与外界相连。所述的基于压电材料二次电荷采集的电动汽车直流压电发电装置，所述电流放大器采用OPA333型号运算放大器，整流电路采用桥式整流电路，一、二次电荷收集装置采用电容收集，由两耐压值介于25-50V的陶瓷电容并联按构成。所述的基于压电材料二次电荷采集的电动汽车直流压电发电装置，所述电子开关S1、S2分别与一次电荷收集装置、S3连接，S3接二次电荷收集装置；一次二次电荷收集装置同时与DC-DC降压器输入端连接。所述的基于压电材料二次电荷采集的电动汽车直流压电发电装置，所述超级电容器采用3V、300F电容，由两只串联而成。所述的基于压电材料二次电荷采集的电动汽车直流压电发电装置，所述稳压器采用RH-RHMK连续导电式直流稳压器，电压放大器采用D623 3-48电压放大器模块，电压比较采用LM211P型差分电压比较器、充电控制芯片采用TMS320LF2407。所述的基于压电材料二次电荷采集的电动汽车直流压电发电装置，其特征在于，所述充电控制芯片与电池管理系统相连，充电控制芯片输出端与模拟电子开关S4连接。本专利技术的优点与效果是：本专利技术公开了一种基于压电材料二次电荷采集的电动汽车直流压电发电装置，包括压电片在轮辋中的分布系统、电荷收集系统和储能系统。压电材料在受到外界应力时在其表面会产生大量电荷，本专利技术利用压电材料这一特性作为电荷产生装置。以纳米ZnO陶瓷片组成发电单元，充分利用压电材料储存能量的形式和能量释放速率的不同，分两次对其电场能和应变场能分别收集，以充分利用发电材料产生的电荷。并利用储能装置将产生的电荷储存到新能源电动汽车电源系统供其使用。本专利技术利用新能源电动汽车在行驶过程中安装在轮胎轮辋处的纳米压电陶瓷片在受到压力时产生的电荷，进行高效的收集和利用，以增加新能源汽车续航时间。本专利技术充分利用绿色环保可再生能源，本专利技术结构简单，电荷收集、存储和利用过程易于控制，输出的电能可直接用于对新能源电动汽车电源系统进行充电，充电效率高，大大降低能源成本，尤其适用于当下节能减排、绿色环保、高效利用能源的潮流，具有很好的市场应用前景和明显的经济效益。附图说明图1为多片压电片在轮辋上的堆叠及排列形式；图2为能量收集部分示意图；图3为储能部分示意图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术进行详细说明。本专利技术基于机—电耦合与转换效应的新型高效直流压电发电机装置，结合汽车轮胎内部空间小，受力大的特点，其以纳米陶瓷压电材料作为压电单元，在较小空间内采用堆叠、并联的方式平铺于汽车轮辋内侧，使装置尽可能多的产生电荷并尽可能高的提高对外界应力的承受能力。在收集电荷方面，一次电荷收集装置收集压电材料瞬间产生的电场能，二次收集装置通过对车速的判断，适时自动收集压电材料的应变场能量。将每次收集到的微小能量通过导线与固定在轮辋外侧的DC-DC变换器相连，DC-DC变换器通过检测收集装置电压和其后的超级电容器的电压，本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于压电材料二次电荷采集的电动汽车直流压电发电装置，其特征在于，所述发电装置发电单元是由纳米ZnO陶瓷片在高强度的碳纤维上经堆积、并联而成的无底圆筒形状，电荷收集装置是根据能量形式不同的分两次高效收集能量装置，通过DC‑DC变换器控制将收集的电荷暂存于超级电容器，充电电路是自适应形充电开关电路；无底圆筒形发电单元是均匀分布于汽车轮辋及其其它圆形交通工具的轮轴上，由碳纤维作为底座构成等臂式压电振子，压电振子粘附在轮辋表面，经并联后与电荷收集装置相连；根据能量形式不同的分两次高效收集能量装置是一次能量收集装置，收集电场能瞬间释放的能量；二次能量回收装置是回收应变场产生的较为缓慢的能量，该装置由电流放大器、整流滤波电路、模拟电子开关、简易车速检测装置、DC‑DC降压变换器及电容连接而成；DC‑DC变换器的控制作用，控制是否对超级电容器充电，同时电荷收集装置放电，利用DC‑DC变换器的均压作用，实现收集部分和储存部分的通断；自适应形充电开关电路，是通过电子电路，检测充电电压、电流特征以判定是否对电源进行充电，并对电源有保护的作用的装置。

【技术特征摘要】
1.基于压电材料二次电荷采集的电动汽车直流压电发电装置，其特征在于，所述发电装置发电单元是由纳米ZnO陶瓷片在高强度的碳纤维上经堆积、并联而成的无底圆筒形状，电荷收集装置是根据能量形式不同的分两次高效收集能量装置，通过DC-DC变换器控制将收集的电荷暂存于超级电容器，充电电路是自适应形充电开关电路；无底圆筒形发电单元是均匀分布于汽车轮辋及其其它圆形交通工具的轮轴上，由碳纤维作为底座构成等臂式压电振子，压电振子粘附在轮辋表面，经并联后与电荷收集装置相连；根据能量形式不同的分两次高效收集能量装置是一次能量收集装置，收集电场能瞬间释放的能量；二次能量回收装置是回收应变场产生的较为缓慢的能量，该装置由电流放大器、整流滤波电路、模拟电子开关、简易车速检测装置、DC-DC降压变换器及电容连接而成；DC-DC变换器的控制作用，控制是否对超级电容器充电，同时电荷收集装置放电，利用DC-DC变换器的均压作用，实现收集部分和储存部分的通断；自适应形充电开关电路，是通过电子电路，检测充电电压、电流特征以判定是否对电源进行充电，并对电源有保护的作用的装置。2.根据权利要求1所述的基于压电材料二次电荷采集的电动汽车直流压电发电装置，其特征在于，所述压电陶瓷片(1)用碳纤维（2）支撑，并从其中一端的两表面引出两条高强度耐磨导线（3）与其下层的压电片并联，将堆叠的压电片通过底层的碳纤维粘附于汽车的橡胶轮胎(4)内部的轮辋（5）上，压电片上引出的导线经橡胶轮胎与挡圈（6）之间引出与电流放大器（8）输入端连接；电流放大器、整流滤波器（9）、模拟电子开关S1、S2、S3，简易测速装置（10）、一次电荷收集装置（11）、二次电荷收集装置（12）、DC-DC降压器（13）安放于电路板上并固定于轮辐（7）上；电流放大器输出端与整流滤波电路输入端相连，整流滤波电路输出端分别与电子开关S1、简易车速控制装置相连接，简易车速控制装置输出端直接连接电子开关...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐德江，王志东，邹毅，张煜，于心意，刘乐乐，郝侍臣，于佳，姜竹楠，高志强，韩刚，高兢，
申请(专利权)人：沈阳工程学院，
类型：发明
国别省市：辽宁;21