專利名稱:一種采用壓電效應(yīng)的能量收集車內(nèi)節(jié)能系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種汽車節(jié)能技術(shù)，尤其涉及一種采用壓電材料將駕駛時所施加的力和身體重力轉(zhuǎn)換為電能從而節(jié)約車輛能源的車內(nèi)節(jié)能系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
駕駛員在操控車輛時需要對方向盤上施加各種壓力，每次按開關(guān)時也同樣要施加力，踩油門、離合器、制動踏板等都必須施加力。隨著壓電材料應(yīng)用技術(shù)的逐漸成熟，可以將這些力轉(zhuǎn)換成電能，用于對車內(nèi)電器供電，從而節(jié)約車輛能源。在現(xiàn)有技術(shù)中，有將壓電材料放置在輪胎上，利用車輪轉(zhuǎn)動期間施加到輪胎上壓力使壓電材料產(chǎn)生電能的技術(shù)方案，也有將壓電材料放置在汽車發(fā)動機(jī)上，利用汽車發(fā)動機(jī)震動使壓電材料產(chǎn)生電能等技術(shù)方案，但是都存在能量收集點(diǎn)單一、裝置功能單一等不足。例如
公開日為2005年04月06日、 公開號為CN1603155A的專利文獻(xiàn)公開了這樣的技術(shù)方案將壓電裝置置于汽車懸掛系統(tǒng)中，利用振動能量產(chǎn)生電能，并作為一種電力供應(yīng)加以存儲和利用，上述壓電裝置與電力變換裝置連接，電力變換裝置又分別與儲能裝置或最終用電負(fù)載相連，該方案尤其對于電動汽車和混合動力汽車，所獲得的電能可直接供動力電源使用等。該方案雖然將壓電材料運(yùn)用于汽車發(fā)動機(jī)懸掛系統(tǒng)中，對振動能量進(jìn)行了有效利用，但是，仍存在對能量的收集點(diǎn)少，方式單一等不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的在汽車上利用壓電材料產(chǎn)生電能時能量收集點(diǎn)過少，方式單一等技術(shù)問題，提供一種采用壓電效應(yīng)的能量收集車內(nèi)節(jié)能系統(tǒng)，它能夠有效收集駕駛員駕駛操作時所產(chǎn)生的能量以及身體作用于座椅后的振動能量，并將這些能量轉(zhuǎn)換為為電能供車內(nèi)用電器使用，從而達(dá)到節(jié)約能源的目的。
本發(fā)明對現(xiàn)有技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的，一種采用壓電效應(yīng)的能量收集車內(nèi)節(jié)能系統(tǒng)，包括壓電模塊，儲能裝置，該系統(tǒng)還包括
收集電路，收集電路連接壓電模塊，用于將壓電模塊的交變電轉(zhuǎn)換為直流電，并對電壓進(jìn)行檢測；
電壓調(diào)理電路，用于將收集電路輸出的直流電變換為適于對儲能裝置進(jìn)行充電的直流電，儲能裝置輸出端連接車內(nèi)用電器；
切換電路，用于控制儲能裝置、車載蓄電池的輸出；
微處理器，所述微處理器控制切換電路；
壓電模塊安裝在油門踏板、制動踏板、離合器踏板、座椅減震器、方向盤及車內(nèi)開關(guān)所在位置。
在駕駛車輛時做的最多的動作就是把握方向盤、踩油門、踩制動踏板、離合器，以及按壓各種開關(guān)，通過在這些部位安裝壓電模塊后就可將所付出的能量轉(zhuǎn)化為電能供車內(nèi)用電器使用，同時在車內(nèi)座位減震器上安裝壓電模塊就可以將乘員身體的重力作用轉(zhuǎn)化為電能供車內(nèi)用電器使用，該方案通過上述系統(tǒng)將這些能量加以收集轉(zhuǎn)換為電能，存儲在儲能裝置中，供車燈、音響、空調(diào)控制器等電器使用。在儲能裝置的剩余電量少于規(guī)定值時，微處理器就會將蓄電池切入為車內(nèi)用電器供電。
作為優(yōu)選，壓電模塊分為按壓式壓電模塊、按鍵式壓電模塊、振動式壓電模塊，按壓式壓電模塊安裝在油門踏板、制動踏板、離合器踏板、方向盤上，按鍵式壓電模塊安裝在車內(nèi)開關(guān)所在位置，振動式壓電模塊安裝在座椅減震器上。為盡可能多的產(chǎn)生能量又有合適的電壓輸出，采用多層壓電薄膜并聯(lián)的形式封裝成為壓電模塊。按壓式壓電模塊的封裝形式，適合于安裝在油門踏板、制動踏板、離合器踏板以及方向盤上；按鍵式壓電模塊的封裝形式，適合于安裝在車內(nèi)開關(guān)的安裝位置，可以作為觸摸開關(guān)代替原機(jī)械開關(guān)；振動式壓電模塊的封裝形式，適合于安裝在座椅減震器上。
作為優(yōu)選，每個按鍵式壓電模塊通過所述收集電路連接在微處理器的不同I/O接口上。每個按鍵式壓電模塊代表一個開關(guān)，通過收集電路連接在不同的I/o接口，微處理器鑒別開關(guān)位置、功能后發(fā)送指令到相應(yīng)控制器去實(shí)現(xiàn)開關(guān)的控制功能，因此，按鍵式壓電模塊在廣生電能冋時也完成了開關(guān)功能。作為優(yōu)選，微處理器通過CAN總線連接整車控制器、車身控制器。微處理器通過CAN總線將有關(guān)指令發(fā)送到CAN總線所連接的控制器。
作為優(yōu)選，收集電路包括充電整流橋，檢測整流橋，電壓比較器，充電整流橋用于對儲能裝置充電，檢測整流橋輸出連接電壓比較器，電壓比較器的輸出用于對充電整流橋輸出電壓進(jìn)行降壓斬波控制。當(dāng)充電整流橋的輸出電壓高于允許的最高充電電壓時，降壓斬波電路工作。降壓斬波電路采用通用的DC-DC變換器電路。
作為優(yōu)選，儲能裝置是鋰電池，鋰電池的輸出端連接車內(nèi)用電器。使用端電壓與車載蓄電池電壓相同的鋰電池作為儲能電池。
作為優(yōu)選，鋰電池的正極連接A/D轉(zhuǎn)換器，在鋰電池的輸出回路中連接電流傳感器，電流傳感器的輸出端連接A/D轉(zhuǎn)換器，微處理器通過A/D轉(zhuǎn)換器測量鋰電池的剩余電量。當(dāng)鋰電池的剩余電量減少至規(guī)定值時，微處理器從鋰電池切換到車載蓄電池為車內(nèi)用電器供電。
作為優(yōu)選，切換電路包括第一繼電器，第二繼電器，第一繼電器控制鋰電池的輸出，第二繼電器控制車載蓄電池的輸出。第一繼電器和第二繼電器執(zhí)行鋰電池與車在蓄電池間的切換。
作為優(yōu)選，微處理器還連接點(diǎn)火開關(guān)。如果在點(diǎn)火開關(guān)打到on檔時，而鋰電池電量少于30%，微處理器將電源切換到車載蓄電池為車內(nèi)用電器供電，以保護(hù)鋰電池免于過放電；如果點(diǎn)火開關(guān)打到off檔，那么只要鋰電池低于30%并且鑰匙不在車內(nèi)就停止對車內(nèi)用電器供電，如果鑰匙在車內(nèi)，微處理器將電源切換至車載蓄電池給車內(nèi)用電器供電。
本發(fā)明帶來的有益效果是，將駕駛員或車內(nèi)乘員在車內(nèi)各個開關(guān)上、座椅減震器上所施加的力，以及駕駛員在油門踏板、制動踏板、方向盤上所施加的力，轉(zhuǎn)化為電能為車內(nèi)一些用電器所用，有效地節(jié)約了能源，也避免了由于駕駛員忘記關(guān)閉車內(nèi)用電器而導(dǎo)致車載蓄電池使用壽命降低或電能耗盡等問題的發(fā)生，同時按鍵式壓電模塊可以代替車內(nèi)部分機(jī)械開關(guān)，解決了機(jī)械開關(guān)壽命短可靠性不高等問題。


圖I是本發(fā)明的一種電路原理圖；
圖2是本發(fā)明切換電路控制的一種流程框圖。
圖中I是收集電路，2是檢測整流橋，3是充電整流橋，4是壓電模塊，5是電壓比較器，6是第二繼電器，7是第一繼電器，8是切換電路，9是I/O驅(qū)動，10是A/D轉(zhuǎn)換器，11是微處理器，12是點(diǎn)火開關(guān)，13是整車控制器，14是車身控制器，15是鑰匙電路，16是第一I/O 接口。
具體實(shí)施方式
下面通過實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體說明。
實(shí)施例如圖I所示，本發(fā)明是一種采用壓電效應(yīng)的能量收集車內(nèi)節(jié)能系統(tǒng)，包括壓電模塊，鋰電池，壓電模塊分為按壓式壓電模塊、按鍵式壓電模塊、振動式壓電模塊，按壓式壓電模塊安裝在油門踏板、制動踏板、離合器踏板、方向盤上，按鍵式壓電模塊安裝在車內(nèi)開關(guān)位置，振動式壓電模塊安裝在座椅減震器上；
收集電路I的充電整流橋3和檢測整流橋2的輸入端連接壓電模塊，電壓比較器5控制開關(guān)晶體管VG導(dǎo)通關(guān)斷。在檢測到有高于設(shè)定值的直流電壓時，電壓比較器5輸出高電平，控制開關(guān)晶體管VG關(guān)斷，此時由Dl和LI組成的續(xù)流電路繼續(xù)充電，從而達(dá)到降低充電電壓的目的。每個壓電模塊(按壓式壓電模塊或按鍵式壓電模塊或振動式壓電模塊)分別連接一個收集電路1，所有收集電路并聯(lián)在A點(diǎn)(正極)、B點(diǎn)負(fù)極)；
每個按鍵式壓電模塊所連接的檢測整流橋2正極連接一個I/O接口，供微處理器11判斷是哪個開關(guān)被觸動；
電壓調(diào)理電路包括電壓比較器5、開關(guān)晶體管VG、二極管Dl和電感器LI，用于將充電整流橋輸出的直流電進(jìn)行變換，使過高的直流電壓降低到適于對鋰電池進(jìn)行充電的直流電壓；
切換電路8由第二繼電器6、第一繼電器7構(gòu)成,用于控制鋰電池與車載蓄電池間的切
換；
微處理器11通過CAN接口連接到CAN總線，從而將開關(guān)信號發(fā)送至整車控制器13、車身控制器14，并進(jìn)行鋰電池電量檢測、切換控制以及點(diǎn)火開關(guān)檔位檢測等；
車身控制器14通過鑰匙電路15檢測鑰匙是否在車內(nèi)，車身控制器14、整車控制器13接收微處理器11的開關(guān)指令實(shí)現(xiàn)相應(yīng)開關(guān)控制功能。
壓電模塊安裝在油門踏板、制動踏板、離合器踏板、座位減震器、方向盤及開關(guān)上。
壓電材料產(chǎn)生電壓的公式為 V=d33FAfp/Cp (I)
Cp=οIw/1 (2)
式中d33為壓電材料的壓電常數(shù)^為作用在壓電材料表面的應(yīng)力；Afp是作用力施加的區(qū)域；1，w和t分別是壓電材料的長、寬和厚度Γ !>為壓電材料的相對介電常數(shù)； · ο為真空介電常數(shù)。為使壓電材料盡可能多的產(chǎn)生能量又不有合適的電壓輸出，采用多層壓電薄膜并聯(lián)的形式，分別封裝成為按壓式壓電模塊、按鍵式壓電模塊、振動式壓電模塊。按壓式壓電模塊安裝在油門踏板、制動踏板、離合器踏板以及方向盤上；按鍵式壓電模塊安裝在車內(nèi)開關(guān)的安裝位置，振動式壓電模塊安裝在座椅減震器上。
當(dāng)踩踏油門踏板、制動踏板、離合器踏板、手握方向盤、操作車內(nèi)開關(guān)以及座椅減震器振動時，在其上安裝的壓電模塊產(chǎn)生電壓通過各自的收集電路I對鋰電池進(jìn)行充電，出現(xiàn)過高充電電壓時由電壓調(diào)理電路調(diào)整后對鋰電池充電。操作車內(nèi)開關(guān)時按鍵式壓電模塊產(chǎn)生電壓，通過充電整流橋3、電壓調(diào)理電路對鋰電池Vl充電，同時檢測整流橋2的電壓信號通過I/O接口比如第一 I/O接口送到微處理器11，微處理器11將該I/O接口代表的開關(guān)功能，以指令方式發(fā)送到CAN總線，通知相應(yīng)控制器執(zhí)行該開關(guān)動作實(shí)現(xiàn)開關(guān)功能。
圖2所示為切換電路控制流程圖,基本步驟包括
步驟101，檢測點(diǎn)火開關(guān)檔位； 步驟102，點(diǎn)火開關(guān)如果為on檔位，則轉(zhuǎn)入步驟104，采集鋰電池剩余電量，否則，轉(zhuǎn)入步驟103 ；
步驟103，判斷點(diǎn)火開關(guān)是否在off檔位，在off檔位則轉(zhuǎn)入步驟108 ；
步驟108，判斷車鑰匙是否在車內(nèi)，在車內(nèi)則轉(zhuǎn)入步驟104采集鋰電池剩余電量；否則，轉(zhuǎn)入步驟109停止供電；
步驟104，通過A/D轉(zhuǎn)換器采集鋰電池電壓Vl及電流傳感器IS測量的電流，計(jì)算出鋰電池剩余電量；
步驟105，判斷鋰電池剩余電量是否大于等于30%，大于等于30%則轉(zhuǎn)入步驟107，繼續(xù)使用鋰電池供電，否則，轉(zhuǎn)入步驟106進(jìn)行電源切換；
步驟106，將供電電源由鋰電池切換至車載蓄電池。
所以本發(fā)明具有將駕駛員或車內(nèi)乘員在車內(nèi)各個開關(guān)上、座椅減震器上所施加的力，以及駕駛員在油門踏板、制動踏板、方向盤上所施加的力，轉(zhuǎn)化為電能為車內(nèi)一些用電器所用，有效地節(jié)約了能源，也避免了由于駕駛員忘記關(guān)閉車內(nèi)用電器而導(dǎo)致車載蓄電池使用壽命降低或電能耗盡等問題的發(fā)生，同時按鍵式壓電模塊可以代替部分機(jī)械開關(guān)等特征。
權(quán)利要求
1.一種采用壓電效應(yīng)的能量收集車內(nèi)節(jié)能系統(tǒng)，包括壓電模塊，儲能裝置，其特征在于，該系統(tǒng)還包括 收集電路，所述收集電路連接壓電模塊，用于將壓電模塊的交變電轉(zhuǎn)換為直流電，并對電壓進(jìn)行檢測； 電壓調(diào)理電路，所述電壓調(diào)理電路用于將收集電路輸出的直流電變換為適于對儲能裝置進(jìn)行充電的直流電，所述儲能裝置輸出端連接車內(nèi)用電器； 切換電路，用于控制儲能裝置、車載蓄電池的輸出； 微處理器，所述微處理器控制切換電路； 所述壓電模塊安裝在油門踏板、制動踏板、離合器踏板、座椅減震器、方向盤及車內(nèi)開關(guān)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求
I所述一種采用壓電效應(yīng)的能量收集車內(nèi)節(jié)能系統(tǒng)，其特征在于所述壓電模塊分為按壓式壓電模塊、按鍵式壓電模塊、振動式壓電模塊，所述按壓式壓電模塊安裝在油門踏板、制動踏板、離合器踏板、方向盤上，按鍵式壓電模塊安裝在車內(nèi)開關(guān)所在位置，振動式壓電模塊安裝在座椅減震器上。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述一種采用壓電效應(yīng)的能量收集車內(nèi)節(jié)能系統(tǒng)，其特征在于每個按鍵式壓電模塊通過所述收集電路連接在微處理器的不同I/O接口上。
4.根據(jù)權(quán)利要求
I或3所述一種采用壓電效應(yīng)的能量收集車內(nèi)節(jié)能系統(tǒng)，其特征在于所述微處理器通過CAN總線連接整車控制器、車身控制器。
5.根據(jù)權(quán)利要求
I所述一種采用壓電效應(yīng)的能量收集車內(nèi)節(jié)能系統(tǒng)，其特征在于所述收集電路包括充電整流橋，檢測整流橋，電壓比較器，所述充電整流橋用于對儲能裝置充電，所述檢測整流橋的輸出連接電壓比較器，電壓比較器的輸出用于對充電整流橋輸出電壓進(jìn)行降壓斬波控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求
I或5所述一種采用壓電效應(yīng)的能量收集車內(nèi)節(jié)能系統(tǒng)，其特征在于所述儲能裝置是鋰電池，鋰電池的輸出端連接車內(nèi)用電器。
7.根據(jù)權(quán)利要求
6所述一種采用壓電效應(yīng)的能量收集車內(nèi)節(jié)能系統(tǒng)，其特征在于所述鋰電池的正極連接A/D轉(zhuǎn)換器，在鋰電池的輸出回路中連接電流傳感器，所述電流傳感器的輸出端連接A/D轉(zhuǎn)換器，微處理器通過A/D轉(zhuǎn)換器測量鋰電池的剩余電量。
8.根據(jù)權(quán)利要求
I所述一種采用壓電效應(yīng)的能量收集車內(nèi)節(jié)能系統(tǒng)，其特征在于所述切換電路包括第一繼電器，第二繼電器，所述第一繼電器控制鋰電池的輸出，第二繼電器控制車載蓄電池的輸出。
9.根據(jù)權(quán)利要求
I所述一種采用壓電效應(yīng)的能量收集車內(nèi)節(jié)能系統(tǒng)，其特征在于所述微處理器還連接點(diǎn)火開關(guān)。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種采用壓電效應(yīng)的能量收集車內(nèi)節(jié)能系統(tǒng)，目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的在汽車上利用壓電材料產(chǎn)生電能時能量收集點(diǎn)過少，方式單一等技術(shù)問題，提供一種采用壓電效應(yīng)的能量收集車內(nèi)節(jié)能系統(tǒng)，它包括壓電模塊，儲能裝置，該系統(tǒng)還包括收集電路，收集電路連接壓電模塊，用于將壓電模塊的交變電轉(zhuǎn)換為直流電，并對電壓進(jìn)行檢測；電壓調(diào)理電路，切換電路，微處理器，壓電模塊安裝在油門踏板、制動踏板、離合器踏板、座椅減震器、方向盤及車內(nèi)開關(guān)上。
文檔編號B60R16/03GKCN102887066SQ201210199762
公開日2013年1月23日 申請日期2012年6月15日
發(fā)明者朱祝陽, 丁武俊, 陳冰, 張方偉, 鄧健, 熊想濤, 陳文強(qiáng), 潘之杰, 趙福全 申請人:浙江吉利汽車研究院有限公司杭州分公司, 浙江吉利汽車研究院有限公司, 浙江吉利控股集團(tuán)有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan