一种用于新能源公交车的踩踏式压电发电器及其发电方法技术

本发明专利技术具体涉及一种用于新能源公交车的踩踏式压电发电器及其发电方法，属于新能源发电技术领域。发电器包括若干个基板，基板为矩形，矩形四边均设置连接槽；若干个基板通过连接件与连接槽可拆卸连接；基板表面上阵列设置若干个圆槽；若干个圆槽内均设置压电柱；若干个圆槽内的压电柱通过电连接，并联成一组压电堆；一组压电堆为发电电路；若干个基板上方均设置防护层；防护层盖合若干个圆槽内的压电柱。本发明专利技术有利于减少停车场建设大量的充电桩，路线较长的新能源公交车在行驶时不间断充电，减少停车充电时间，提高工作效率，减少充电成本，及能够达到快速充电供电给新能源汽车。

【技术实现步骤摘要】
一种用于新能源公交车的踩踏式压电发电器及其发电方法
本专利技术具体涉及一种用于新能源公交车的踩踏式压电发电器及其发电方法，属于新能源发电

技术介绍
当今社会，新能源汽车是指除汽油、柴油发动机之外所有其它能源汽车。包括燃料电池汽车、混合动力汽车、氢能源动力汽车和太阳能汽车等，其废气排放量比较低。新能源公交车大部分采用纯电动公交车，这是一种采用单一蓄电池作为储能动力源的汽车，它利用蓄电池作为储能动力源，通过电池向电动机提供电能，驱动电动机运转，从而推动汽车行驶。新能源公交车的能源供应相对简单成熟，只要有电力供应的地方都能够充电。但是需要公交公司的停车场建设大量的充电桩，新能源公交车蓄电池单位重量储存的能量太少，路线较长的新能源公交车经常需要充电，现在急需能在使用时减少建设大量充电桩及能够达到快速充电供电给新能源汽车的发电装置及其发电方法。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的不足，提出了一种用于新能源公交车的踩踏式压电发电器及其发电方法，解决了需要建设大量充电桩导致成本过高及能够达到快速充电供电给新能源汽车的问题。本专利技术为实现上述专利技术目的，采取的技术方案如下：一种用于新能源公交车的踩踏式压电发电器，包括若干个基板，所述基板为矩形，矩形四边均设置连接槽；所述若干个基板通过连接件与连接槽可拆卸连接；所述基板表面上阵列设置若干个圆槽；所述若干个圆槽内均设置压电柱；所述若干个圆槽内的压电柱通过电连接，并联成一组压电堆；所述一组压电堆为发电电路；所述若干个基板上方均设置防护层；所述防护层盖合若干个圆槽内的压电柱。作为本专利技术的优选技术方案：还包括整流储能装置；所述整流储能装置包括整流电路和储能电路；所述整流电路的输出端与储能电路的输入端连接；所述整流电路的的输入端与发电电路的输出端连接。作为本专利技术的优选技术方案：还包括外接电路；所述外接电路的输入端与储能电路的输出端连接。作为本专利技术的优选技术方案：所述矩形四边居中均设置连接槽；所述连接槽为榫槽；所述连接件为连接榫卯件；所述若干个基板通过连接榫卯件与榫槽可拆卸连接。作为本专利技术的优选技术方案：所述防护层采用防护橡胶层。基于一种用于新能源公交车的踩踏式压电发电器的发电方法，包括以下步骤：步骤1、乘客在上下车时踩踏上下梯面上的发电器，形成踩踏力F，如下公式所示：公式(1)中，τ是乘客对发电器的踩踏加载时间，F0是乘客体重，t是踩踏时间；步骤2、乘客的踩踏力F传递到的下面的压电堆表面，形成表面电荷，表面电荷产生的电场，如下公式所示：公式(2)中，D为电位移，E为电场强度，T为应力，S为应变，∈T表示在常应力下的介电常数，sE表示常电场时的刚度常数，d33为耦合系数；步骤3、通过形成的电场产生出发电器的电压U、电能W、发电功率P，如下公式所示：公式(3)中，A为发电器的截面面积，h为发电器的厚度，ε为介电常数，压电电容C＝εA/h，电荷量Q＝AD＝Ad33T＝d33F；步骤4、产生的电能W供公交车直接使用或累积储存。本专利技术所述的一种用于新能源公交车的踩踏式压电发电器及其发电方法，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本专利技术有利于减少停车场建设大量的充电桩，路线较长的新能源公交车在行驶时不间断充电，减少停车充电时间，提高工作效率，减少充电成本，及能够达到快速充电供电给新能源汽车。附图说明图1为本专利技术的发电器连接示意图；图2为本专利技术的发电器俯视图；图3为本专利技术的整流储能装置连接示意图；图4为本专利技术的连接榫卯件示意图；图5为本专利技术的发电方法示意图；图6为本专利技术的乘客对发电器的加载历程示意图；图7为本专利技术的发电器电压对时间的变化示意图；图8为本专利技术的发电器电能对时间的变化示意图；图9为本专利技术的发电器电功率对时间的变化示意图；附图中，1-基板；2-压电柱；3-防护层；4-连接件；5-整流储能装置。具体实施方式下面结合附图详细的描述本专利技术的作进一步的解释说明,以使本领域的技术人员可以更深入地理解本专利技术并能够实施,但下面通过参考实例仅用于解释本专利技术,不作为本专利技术的限定。如图1及图2所示，一种用于新能源公交车的踩踏式压电发电器，包括若干个基板1，基板为矩形，矩形四边均设置连接槽；若干个基板1通过连接件4与连接槽可拆卸连接；基板1表面上阵列设置若干个圆槽；若干个圆槽内均设置压电柱2；若干个圆槽内的压电柱2通过电连接，并联成一组压电堆；一组压电堆为发电电路；若干个基板1上方均设置防护层3；防护层3盖合若干个圆槽内的压电柱2。如图3所示，还包括整流储能装置；整流储能装置包括整流电路和储能电路；整流电路的输出端与储能电路的输入端连接；整流电路的的输入端与发电电路的输出端连接。还包括外接电路；外接电路的输入端与储能电路的输出端连接。整流电路采用全波桥式整流方式，整流电桥D1利用常用的4个整流二极管IN4007成整流桥，把压电堆发生的交流电变成单向脉动直流电。经过滤波电容C使脉动直流趋于平滑。D2限制了储电电容内电量的流失。在储电电容充满后，电容C又起一个交流电流通道和整流的作用，因此其电导要很大，一般取＝50uF。基板1为矩形，矩形四边居中均设置连接槽；连接槽为榫槽；如图4所示，连接件4为连接榫卯件；若干个基板通过连接榫卯件与榫槽可拆卸连接。防护层4采用防护橡胶层。基板1采用钢基板。该发电器俘获由乘客踩踏发电器的能量，压电柱1放置在钢基板的圆槽内，且并联成一组压电堆，踩踏力使压电柱1发生极化电荷，电荷通过整流电路进入储电电容或新能源公交电池组。压电柱2由直径φ＝40mm，高度h＝20mm的PZT-5H压电材料制成，工作模式为d33压缩发电方式。压电柱2位于钢基板的圆槽内，用于将乘客踩踏并通过防护橡胶层传递的机械能转化为电能。钢基板的厚度为10mm,边长200mm，上面有六个空心圆柱，即圆槽，其厚度5mm，内径是20mm，板的每个边上有一个居中通透的榫槽，通过连接榫卯件可将若干个钢基板连接成整体；防护橡胶层起着传递踩踏力和保护发电器内部结构和电路的作用。踩踏力通过防护橡胶层，直接传递到的下面的压电堆，运用压电材料挤压极化，并在电极上产生表面电荷，为d33压缩发电方式，当电路开路时，会有极间电压，电路接通时，会有电流流动。由于上下车的乘客都要经过公交车前后门，前后门台阶处的踩踏力具有快速变化、载荷较大和连续性强的特点。直接铺设在新能源公交车上下楼梯面上的发电器，上下车的乘客是能量源，当乘客上下车时，发电器会受到连续不断的重复踩踏力，并通过橡胶保护层直接传递到的下面的压电堆，使压电柱挤压极化，在电极上产生表面电荷，产生极间电压，经过整流电路，供公交车直接使用或累积储存，如图5所示。基于一种用于新能源公交车的踩踏式压电发电器的发电方法，包括以下步骤：步骤1、乘客上车本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于新能源公交车的踩踏式压电发电器，其特征在于，包括若干个基板(1)，所述基板(1)为矩形，矩形四边均设置连接槽；所述若干个基板(1)通过连接件(4)与连接槽可拆卸连接；所述基板(1)表面上阵列设置若干个圆槽；所述若干个圆槽内均设置压电柱(2)；所述若干个圆槽内的压电柱(2)通过电连接，并联成一组压电堆；所述一组压电堆为发电电路；所述若干个基板(1)上方均设置防护层(3)；所述防护层(3)盖合若干个圆槽内的压电柱(2)。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于新能源公交车的踩踏式压电发电器，其特征在于，包括若干个基板(1)，所述基板(1)为矩形，矩形四边均设置连接槽；所述若干个基板(1)通过连接件(4)与连接槽可拆卸连接；所述基板(1)表面上阵列设置若干个圆槽；所述若干个圆槽内均设置压电柱(2)；所述若干个圆槽内的压电柱(2)通过电连接，并联成一组压电堆；所述一组压电堆为发电电路；所述若干个基板(1)上方均设置防护层(3)；所述防护层(3)盖合若干个圆槽内的压电柱(2)。


2.根据权利要求1所述的用于新能源公交车的踩踏式压电发电器，其特征在于，还包括整流储能装置(5)；所述整流储能装置(5)包括整流电路和储能电路；所述整流电路的输出端与储能电路的输入端连接；所述整流电路的的输入端与发电电路的输出端连接。


3.根据权利要求2所述的用于新能源公交车的踩踏式压电发电器，其特征在于，还包括外接电路；所述外接电路的输入端与储能电路的输出端连接。


4.根据权利要求1所述的用于新能源公交车的踩踏式压电发电器，其特征在于，所述矩形四边居中均设置连接槽；所述连接槽为榫槽；所述连接件(4)为连接榫卯件；所述若干个基板(1)通过连接榫卯件与榫槽可拆卸...

【专利技术属性】
技术研发人员：李冠伦，钱峥杰，王秋梅，蒋泉，袁晓光，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32