行驶车辆振动能转换微电能系统研究

发布时间：2020-10-21 22:33

　　 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。
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM619
【部分图文】：

图２－１压应意

山东大学硕士学位论文??将振动能量转换为电能，压电悬臂梁结构如图２－３所示［３５］。后来Ｓａａｄｍｉ等人对??压电悬臂梁结构又进行了系统周密的研究，发现如果在悬臂梁的末端再放置一质??量块，可以使悬臂梁的自振频率迅速降低，使其振动频率更加接近实际生活环境??中的振动频率，从而提高发电效率［３６］。??Ｔ??电胶??Ｉ?＇??梁基??图２－３悬臂梁结构压振发电器示意图??悬臂梁结构可以通过调节固定在远端的质量块重量来调节自身的振动频率，??从而可以达到共振状态来提高输出电量值，但悬臂梁结构体积庞大，需要空间，??而在对密度和强度要求都非常高的路面结构，并不适宜采用悬臂梁结构。??王青萍等人在单层悬臂梁基础上延伸了研究设计方向，将很多压电片堆叠在??一起

Ｔ??电胶??Ｉ?＇??梁基??图２－３悬臂梁结构压振发电器示意图??以通过调节固定在远端的质量块重量来调节自身态来提高输出电量值，但悬臂梁结构体积庞大，要求都非常高的路面结构，并不适宜采用悬臂单层悬臂梁基础上延伸了研究设计方向，将很多置绝缘材料，形成一种夹心结构，实现多压电片所示［３７］。Ｐｌａｔｔ等人也同样研宄设计出一种多层比较厚度相同的单片压电片产生能量要大的多［３８］
【参考文献】

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本文编号：2850676