本发明专利技术公开了一种用于沥青混凝土路面的压电自发电能量采集与照明装置。将压电自发电单元铺设于沥青混凝土路面下，利用车辆振动或压挤能量产生电能，提供给能量存储装置存储和利用，最后经电源管理系统，提供给道路照明装置作为工作能源。该装置包括：压电自发电单元(1)、能量采集装置(2)、DC-DC变换装置(3)、能量存储装置(4)、电源监测与管理系统(5)和道路照明装置(6)，并且上述的单元、装置和系统依次导线相连，能量存储装置由电源监测与管理系统实时监控，根据监测的能量存储装置工作状态进行调节，从而提供合适的电压与电流给道路照明装置。本发明专利技术不仅可以有效解决城乡公路灯具供电不便的难题，而且既节能，又环保。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及了一种用于沥青混凝土路面的压电自发电能量采集与照明装置，通过将压电自发电单元铺设于沥青混凝土路面下或直接用压电材料作为路面组成部分，利用车辆振动或压挤能量产生电能。
技术介绍
目前，一方面煤炭、石油等传统能源在不断匮乏，另一方面随着能源价格的不断上涨，电能十分宝贵。而通常公路使用的路灯，信号灯以及其他照明灯具采用交流电网供电。由于电网采用中低压为主，对于长距离低压电网而言电力损耗惊人。 潜在可用的环境能源有太阳能、风能等。丰富的太阳能是取之不尽、无污染、廉价、人类能够自由利用的能源。但目前存在所需光照要求复杂、占地面积大、光电转化率低、光伏发电成本高的不足。至于风能发电，风能发电优势突出，风能资源量大质优，但不稳定性大，连续性、可靠性差；且时空分布不均。压电自发电相对传统电能生产模式有相当明显的优势。首先它是真正的可再生性清洁能源，具有完全无污染的生产方式，确保了它在国家法律法规上的重要地位。其次压电自发电产生能量的获取不受地域的限制，凡是有车轮驶过的地方，即将压电自发电单元铺设于公路混凝土路面下或直接用压电材料作为路面组成部分，就可以产生清洁的电能；最后由于电能的产生是相对小范围的，所以电能在利用的时候可以不受输电网络的影响。特别适合于交通信号灯、路灯等公共用电设施的使用。 当汽车在公路上行驶时，会挤压压电自发电单元，使其产生少量电量。除了用在公路上，也可用于铁路以及机场自动人行道的类似系统，在实践中具有重要应用价值。 压电陶瓷作为压电发电装置的机械-电能换能元件，是压电发电装置的核心元件，极化后的压电陶瓷对外呈压电性，压电发电装置利用压电陶瓷的正压电效应产生电压和电荷，它的性能直接影响着压电发电装置的性能优劣。由于压电发电装置相对于其他发电装置，具有结构简单、不发热、无电磁干扰等优点，使其成为自供能系统研究领域中的焦点，在实际应用中有广阔的发展前途。
技术实现思路
本专利技术的目的通过将压电自发电单元铺设于公路混凝土路面下或直接用压电材料作为路面组成部分，利用车辆振动或压挤能量产生电能，给公路上所使用的路灯，信号灯以及其他照明装置提供电能。 本专利技术的用于沥青混凝土路面的压电自发电能量采集与照明装置(参见附图1-7)，由压电自发电单元1、能量采集装置2、 DC-DC变换装置3、能量存储装置4、电源监测与管理系统5以及道路照明装置6组成，并且所述的单元、装置和系统依次导线相连；在外部车辆振动或压挤下产生的机械能通过压电自发电单元1转化为交流电能，再经过能量采集装置2进行电量收集，经过整流、滤波能量存储和限幅后，得到直流的供电电压，提供给DC-DC变换装置3 ;经DC-DC变换装置3的输出提供给能量存储装置4足够的充电电压和电流，由电源监测与管理系统5实时监控，根据监测的能量存储装置工作状态进行调节，从而提供合适的电压与电流给道路照明装置6。 其中压电自发电单元1由叠堆式结构的压电陶瓷片组成，以高性能压电陶瓷材料通过金属导电材料进行串并联组合，其串并联的数量由电压和电流的大小决定，按照独立单元模块的形式，被置于沥青混凝土路面下。 压电自发电单元1转化的电能，再经过能量采集装置2收集电量，即经过桥式整流电路7整流、电容滤波能量存储电路8滤波能量存储，最后经稳压二极管9限幅后，得到直流的供电电压，提供给DC-DC变换装置3。 DC/DC变换装置3将得到直流的供电电压经DC-DC变换装置3后输出给能量存储装置4如可充电电池等，其充电电压和电流由电源监测与管理系统5实时监控，根据监测的电源模块工作参数，调节控制开关，使可充电电池能提供合适的电压与电流给道路照明装置6。 本专利技术中，所述用于公路的压电自发电能量采集与照明装置的压电自发电单元l，其材料为f丐钛矿(Peerovskite)结构的锆钛酸铅(Lead Zirconate-titanate ;PZT)。可根据压电自发电单元1发电能力的强弱，选择压电自发电单元1内压电陶瓷片的数量和串并联连接方式，使能量采集装置2的输出电流、电压与DC/DC变换装置3的输入电流、电压相匹配。 本专利技术中，考虑到压电自发电单元l发出的是毫安级的交流电流，所述用于公路的压电自发电能量采集装置2中桥式整流电路7用到的整流二极管采用正向压降电压较小的二极管，型号为1N57系列；电容滤波能量存储电路8用到的钽电容AVX100uF/16V，型号为D型；其限幅用稳压二极管电路用到的稳压二极管型号为IN47系列。该型号稳压二极管功率为1W，当工作电压远小于稳定电压值时，该稳压二极管不起作用；只有大于稳定电压值时，才起到保护DC-DC变换装置3的作用，防止因DC-DC变换装置3输入电压过高而损坏DC-DC变换器。DC-DC变换装置3中DC-DC变换的选型是根据能量存储装置4的电压和电流的需要进行选择。 本专利技术中，能量存储装置4采用可充电电池如镍氢电池和锂离子电池等。电源监测与管理系统5，由低功耗微处理器和含电压、电流检测单元模块电路共同构成的装置组成，对能量存储装置4的工作参数进行监测，调节控制开关，使可充电电池能提供合适的电压与电流给道路照明装置6。 本专利技术中，道路照明装置6是直流电压供电的LED节能灯，它由能量存储装置4根据LED节能灯正常工作所需电压、电流的大小经过适当的联结后提供给道路照明装置6。采集与照明装置的实物模拟图。采集与照明装置的结构框图。采集装置的原理图。采集装置电路原理图。对镍氢电池充电的电路原理图。对锂离子电池充电的电路原理图。附图说明 图1是用于公路的压电自发电能量 图2是用于公路的压电自发电能量 图3是用于公路的压电自发电能量 图4是用于公路的压电自发电能量 图5是用于公路的压电自发电能量 图6是用于公路的压电自发电能量 图7是用于公路的压电自发电能量电源监测与管理系统单元原理图。具体实施例方式用于公路的压电自发电能量采集与照明装置的实物模拟图如图1所示。图1中1是压电自发电单元，2是能量采集装置，3是DC-DC变换装置，4是能量存储装置，5是电源监测与管理系统，6是道路照明装置。 用于公路的压电自发电能量采集与照明装置的具体实施方式如图2-图7所示。如图2所示，压电自发电单元1的工作方式是通过车辆振动或压挤压电陶瓷，利用压电陶瓷的正压电效应，产生电能，通过导线将电能引出给压电自发电能量采集装置2进行电量收集，再经DC-DC变换装置3的输出提供给能量存储装置4足够的充电电压和电流，由电源监测与管理系统5实时监控，根据监测的能量存储装置工作状态进行调节，提供合适的电压与电流给道路照明装置6。如图3所示，该实施方式中的压电自发电能量采集装置2包括桥式整流电路7、电容滤波能量存储电路8和，稳压二极管限幅9。如图4所示中，整流二极管要求其正向导通压降尽可能小，因此在本专利中二极管采用型号为1N5711。 1N5711二极管的最大反向电压VM = 60V，小电流时正向导通压降VF = 0.41V，最大整流电流IF = 15mA，反向电流IK = 200nA，反向恢复时间t = l.Ons，结电容C。 = 2. OpF。由于钽电容具有体积小、使用湿度范围宽、寿命长、绝缘电阻高、漏电流小、阻抗频率特性好、可靠性高等优点；本专利中采用钽电解电容AVX100uF/1本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于沥青混凝土路面的压电自发电能量采集与照明装置，其特征在于，该装置主要由压电自发电单元（１）、能量采集装置（２）、ＤＣ－ＤＣ变换装置（３）、能量存储装置（４）、电源监测与管理系统（５）和道路照明装置（６）组成，并且所述的单元、装置和系统依次导线相连；压电自发电单元（１）通过车辆振动或压挤压电陶瓷产生电能，通过导线将电能引出给压电自发电能量采集装置（２）进行电量收集，再经ＤＣ－ＤＣ变换装置（３）的输出提供给能量存储装置（４）足够的充电电压和电流，由电源监测与管理系统（５）实时监控，根据监测的能量存储装置工作状态进行调节，提供合适的电压与电流给道路照明装置（６）。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：林伟，陈文，孙华君，周静，吴少鹏，卿辉，李哲，陈军，唐宁，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：83
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