行驶车辆振动能转换微电能系统研究

摘要

每天公路上行驶的车辆数以万计，在汽车高速行驶的过程中，汽车振动对路面的直接作用所产生的机械能最终都转换成为热能在外界环境中消耗殆尽。如何收集行驶车辆振动引发的路面振动能量，并将其转换成为人们可以直接利用的微电能，为道路附属设施供电，已成为目前新能源开发利用的一个研究方向。因此，加强行驶车辆振动引发的路面振动能量转化成电能进行收集利用的研究，具有重要的理论意义和应用价值，本文具体工作如下: 本文在详细叙述压力振动发电基本理论的基础上，对振动发电的基本类型、压电效应、压电材料、压电基础理论、压振发电器的结构理论进行了深入分析。根据压电材料的电学参数及压电效应原理，选用由PZT-5H材料制作的压电单元作为核心部件，按照分析确定的夹心式结构及设计方法，采用外部密封结构封装制作压振发电器;将压振发电器、能量收集电路、储能元件等构建汽车振动能量转换装置，实现了由行驶车辆振动引发路面振动所产生的振动能量向微电能的转化。 对制作完成的汽车振动能量转换装置进行静水压力测试、抗压性能测试，实验验证了装置良好的防水及抗压性能;对压振发电器封装的发电性能进行测试，实验验证了封装结构对汽车振动能量转换装置的发电性能没有影响;采用小型动态加载机对加载载荷、加载频率对装置发电性能的影响进行验证，加载载荷或加载频率越大，装置的电能输出值就越大;装置的加载电压衰减率较低，具备较好的抗疲劳能力。 以山东滨莱高速S29（滨州-淄博）路段高速公路实际工程作为试验路段，给出装置的布设方案;对汽车振动能量转换装置的电能输出进行测试分析;计算汽车振动能量转换装置的输出电能;实验验证了该装置为公路附属微电设备LED（发光二极管Light Emitting Diode）标识牌供电的有效性，并对其经济效益进行了分析。

目录

声明

摘要

1．1研究背景与意义

1．2发展现状

1．3研究内容

第二章压力振动发电理论基础

2．1振动发电的基本类型

2．2压电效应

2．3压电材料

2．4压电基础理论

2．4．1压电方程

2．4．2压电参数

2．5压振发电器结构理论

2．5．1压振发电器结构分类

2．5．2压振发电器发电机理

2．6本章小结

第三章汽车振动能量转换装置

3．1压电单元制备

3．1．1材料选择

3．1．2压电单元结构分析

3．2压振发电器制备

3．2．1结构设计及压电单元布设

3．2．2内部电路及密封

3．3能量收集装置设计

3．3．1能量收集电路

3．3．2储能元件

3．3．3输出控制方式

3．4汽车振动能量转换装置集成

3．5本章小结

第四章 汽车振动能量转换装置实验室测验

4．1防水及强度测试

4．1．2强度测试

4．2封装结构对发电性能的影响

4．3室内加载机实验

4．3．1加载载荷对输出电能的影响

4．3．2加载抗疲劳测试

4．3．3加载频率对输出电能的影响

4．4本章小结

第五章 路面铺设试验

5．1．2装置布设方案

5．1．3装置铺设

5．2汽车振动能量转换装置电能输出测试

5．2．1轴载与输出电压的关系

5．2．2车速与输出电压的关系

5．3输出电能计算

5．4经济效益分析

5．5本章小结

6．1总结

6．2展望

参考文献

致谢