一種壓電發(fā)電式汽車供電系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種壓電發(fā)電式汽車供電系統(tǒng)，包括壓電薄膜堆和能量存儲(chǔ)器，壓電薄膜堆是由1層或多層壓電薄膜層疊組成，所述壓電薄膜堆封裝在絕緣彈性保護(hù)套中置于汽車的外胎與內(nèi)胎之間，并且緊貼汽車外胎的內(nèi)表面，利用汽車行駛過程中產(chǎn)生的周期性壓力而發(fā)電，并通過能量存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)換后存儲(chǔ)在能量存儲(chǔ)器中，本實(shí)用新型的供電系統(tǒng)體積小、安裝靈活，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，節(jié)能環(huán)保，實(shí)現(xiàn)自供電，取代了笨重的蓄電池(電瓶)，大大減輕了汽車的負(fù)荷，增加了汽車行駛過程的靈活性和安全性。
【專利說明】
一種壓電發(fā)電式汽車供電系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于汽車供電系統(tǒng)研究技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種壓電發(fā)電式汽車供電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]環(huán)境與發(fā)展是世界各國(guó)普遍關(guān)注的焦點(diǎn)問題，發(fā)展不僅是滿足當(dāng)代人的需要，還要考慮和不損害后代人的生存條件。因此，保護(hù)人類賴以生存的環(huán)境成為世界共同關(guān)心的問題。汽車作為現(xiàn)代最重要的交通工具，在方便人們出行的同時(shí)，也帶來了許多弊端，汽車行駛給環(huán)境帶來的污染就是主要的弊端之一，它通過排放的廢氣污染環(huán)境，在世界各國(guó)，汽車污染早已不是新的話題。汽車作為一個(gè)流動(dòng)的污染源，隨其數(shù)量越來越多、使用范圍越來越廣，它對(duì)世界環(huán)境的負(fù)面效應(yīng)也越來越大，尤其是危害城市環(huán)境，引發(fā)呼吸系統(tǒng)疾病，造成地表空氣臭氧含量過高，加重城市熱島效應(yīng)，使城市環(huán)境轉(zhuǎn)向惡化，因此汽車污染日益成為全球性問題。為了人類的可持續(xù)發(fā)展，防治汽車污染已經(jīng)成了刻不容緩的全球性問題，這就需要人類共同努力在科技創(chuàng)新、節(jié)能減排等方面來防治汽車污染。
[0003]目前汽車的車燈主要通過車內(nèi)的蓄電池(電瓶)對(duì)它進(jìn)行供電，而蓄電池則需要汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)其進(jìn)行供電，也就是說，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)既要為汽車行駛提供動(dòng)力能源，又要為蓄電池提供能量以滿足車燈的能源使用，這樣就增加了內(nèi)燃機(jī)的工作負(fù)荷，加大尾氣的排放量，增加了環(huán)境的污染。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]為了克服現(xiàn)有汽車供電系統(tǒng)所用蓄電池所存在不足，本實(shí)用新型提供了一種可取代蓄電池供電并且節(jié)能環(huán)保、結(jié)構(gòu)輕便能夠?qū)崿F(xiàn)自供電的壓電發(fā)電式汽車供電系統(tǒng)。
[0005]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案包括壓電薄膜堆和能量存儲(chǔ)器，所述壓電薄膜堆是由I層或多層壓電薄膜層疊組成，壓電薄膜堆封裝在絕緣彈性保護(hù)套中置于汽車的外胎與內(nèi)胎之間，并且緊貼汽車外胎的內(nèi)表面，并且每層壓電薄膜的厚度為0.07?0.09mm，所述壓電薄膜堆的電流輸出端穿過絕緣彈性保護(hù)套通過導(dǎo)線與能量存儲(chǔ)器的電流輸入端連接，并可將壓電薄膜堆受機(jī)械擠壓或伸張所產(chǎn)生的電能存儲(chǔ)在能量存儲(chǔ)器中。
[0006]上述壓電薄膜堆是緊貼在汽車外胎內(nèi)表面并在同一圓周上均布的2?5塊，每塊壓電薄膜堆的電流輸出端通過沿車轂內(nèi)表面布設(shè)的導(dǎo)線與能量存儲(chǔ)器連接。
[0007]上述絕緣彈性保護(hù)套是橡膠材料制成，并且其厚度為0.5?1mm。
[0008]上述的壓電薄膜是采用單晶PMN-PT/環(huán)氧1-3型復(fù)合材料制成，使壓電轉(zhuǎn)換效果更好。
[0009]上述能量存儲(chǔ)器是由倍壓整流電路和LTC3588-1壓電能量收集電源、負(fù)載電阻R、蓄電穩(wěn)壓電容ClO連接構(gòu)成，其中:倍壓整流電路的輸出端與LTC3588-1壓電能量收集電源的引腳PZ2以及負(fù)載電阻的輸入端相連，負(fù)載電阻的輸出端與LTC3588-1壓電能量收集電源的引腳PZl相連，蓄電穩(wěn)壓電容與LTC3588-1壓電能量收集電源的輸出端并聯(lián)連接。
[0010]上述倍壓整流電路是2?6倍放大的倍壓整流電路，與壓電薄膜的厚度相適應(yīng)，提高電能轉(zhuǎn)換效率。
[0011]上述負(fù)載電阻R的阻值為100?130kΩ，蓄電穩(wěn)壓電容ClO的電容量是30?60yF。
[0012]本實(shí)用新型的壓電發(fā)電式汽車供電系統(tǒng)，其是在汽車的外胎和內(nèi)胎之間添加壓電薄膜，利用汽車行駛過程中產(chǎn)生的周期性壓力而發(fā)電，并通過能量存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)換后存儲(chǔ)在能量存儲(chǔ)器中，可根據(jù)需要對(duì)汽車的照明或者儀表系統(tǒng)供電，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:
[0013](I)本實(shí)用新型利用了壓電薄膜輕質(zhì)柔順，也可彎曲折疊，能承受長(zhǎng)期、反復(fù)、高強(qiáng)度的沖擊荷載作用，而不失效，大小尺寸、形狀可隨意剪裁，而不受任何限制，也不破壞結(jié)構(gòu)，利用汽車行駛過程中產(chǎn)生巨大的周期性機(jī)械擠壓或伸張而發(fā)電，通過電路轉(zhuǎn)化技術(shù)將該電能輸送給車燈，節(jié)能環(huán)保，實(shí)現(xiàn)自供電。
[0014](2)本實(shí)用新型通過η倍倍壓整流電路先對(duì)壓電薄膜產(chǎn)生的低頻、弱交流電信號(hào)進(jìn)行放大后利用LTC3588-1的壓電式能量收集電源芯片，集成了低損失全波橋式整流器和高效率降壓型轉(zhuǎn)換器，從而實(shí)現(xiàn)高效率轉(zhuǎn)換、保證輸出電壓穩(wěn)定。
[0015](3)本實(shí)用新型的壓電薄膜體積小、對(duì)汽車的車胎影響小，保證車胎的氣壓大小不受影響，確保汽車的行駛安全，此外，通過設(shè)置絕緣彈性保護(hù)套一方面保護(hù)壓電薄膜受外力影響過大，影響其使用壽命，另一方面利用絕緣彈性保護(hù)套固定壓電薄膜，防止其在內(nèi)胎壓力變小時(shí)在車胎內(nèi)滑動(dòng)。
[0016](4)本實(shí)用新型的供電系統(tǒng)體積小、安裝靈活，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以取代笨重的蓄電池(電瓶)為汽車照明或儀表盤等供電，大大減輕了汽車的負(fù)荷，增加了汽車行駛過程的靈活性和安全性。
【附圖說明】
[0017]圖1為實(shí)施例1的供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為圖1中能量存儲(chǔ)器5的電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]現(xiàn)結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行進(jìn)一步說明。
[0020]實(shí)施例1
[0021]由圖1可知，本實(shí)施例的壓電發(fā)電式汽車供電系統(tǒng)是由壓電薄膜堆4、絕緣彈性保護(hù)套3以及能量存儲(chǔ)器5組成。
[0022]具體是:本實(shí)施例的壓電薄膜堆4是由3層長(zhǎng)度為25cm、寬度為23cm、厚度為0.09mm的壓電薄膜層疊構(gòu)成，達(dá)到換能作用，本實(shí)施例的壓電薄膜選用單晶PMN-PT/環(huán)氧1-3型復(fù)合材料制成，壓電薄膜堆4封裝在絕緣彈性保護(hù)套3中，其正、負(fù)電極延伸至絕緣彈性保護(hù)套3外，利用絕緣彈性保護(hù)套3對(duì)壓電薄膜起到保護(hù)和輔助作用，該絕緣彈性保護(hù)套3的厚度為
0.7mm，采用彈性較好的橡膠材料制成。該絕緣彈性保護(hù)套3是貼著汽車的外胎2內(nèi)表面安裝，即在汽車的外胎2與內(nèi)胎I之間，壓電薄膜堆4的正、負(fù)電流輸出端子通過沿著車轂和車輪軸的導(dǎo)線與安裝在汽車底盤上的能量存儲(chǔ)器5的電流輸入端連接，將所產(chǎn)生的電能存儲(chǔ)在能量存儲(chǔ)器5中，能量存儲(chǔ)器5與汽車的照明系統(tǒng)連接，為照明系統(tǒng)供電。
[0023]本實(shí)施例的能量存儲(chǔ)器5是由倍壓整流電路5-1和LTC3588-1壓電能量收集電源5-2、負(fù)載電阻R、蓄電穩(wěn)壓電容ClO連接構(gòu)成，參見圖2，本實(shí)施例的倍壓整流電路5-1是由電容Cl?C6和整流二極管Dl?D6按照極性相加的原理串接起來所形成的，將壓電薄膜堆4所產(chǎn)生的高電壓、低電流的交流電經(jīng)倍壓整流電路5-1后放大6倍。該倍壓整流電路5-1的電壓輸出端與LTC3588-1壓電能量收集電源5-2連接。
[0024]本實(shí)施例的LTC3588-1壓電能量收集電源5-2是采用Linear公司產(chǎn)品，屬于常用電路，其PZ2引腳與倍壓整流電路5-1的電壓輸出端直接連接，PZl引腳通過負(fù)載電阻R與倍壓整流電路5-1的電壓輸出端相連，S卩PZl引腳和PZ2引腳的兩端并聯(lián)負(fù)載電阻R起到分流作用，防止電流過大損壞芯片。本實(shí)施例的LTC3588-1的壓電式能量收集電源中采用高能鎳碳超級(jí)電容器Cll，即一個(gè)電極采用電極活性碳電極，而另一個(gè)電極采用電容電極材料或電池電極，集鎳氫電池能量密度和電容器功率密度優(yōu)勢(shì)于一身，實(shí)現(xiàn)了普通超級(jí)電容器與電池結(jié)合為一體，從而兼有一般超級(jí)電容器和蓄電池的優(yōu)異性能。在LTC3588-1壓電能量收集電源5-2的輸出存儲(chǔ)端上并聯(lián)連接有一個(gè)蓄電穩(wěn)壓電容ClO，用于保持有穩(wěn)定的電壓輸出作用，防止負(fù)載過大對(duì)電路造成損壞。
[0025]本實(shí)施例的電容(:1工2、03工4、05工6均采用是16￥，47(^?的電容器，01、02、03、04、D5、D6均選用1N4004的二極管，負(fù)載電阻R為120kQ，蓄電穩(wěn)壓電容ClO選用60yF。
[0026]本實(shí)用新型的壓電發(fā)電式汽車供電系統(tǒng)其工作原理是:當(dāng)車輪碾壓絕緣彈性保護(hù)套3對(duì)封裝在絕緣彈性保護(hù)套3內(nèi)的壓電薄膜堆4產(chǎn)生振動(dòng)，壓電薄膜堆4在受到外部作用力時(shí)發(fā)生機(jī)械壓縮與伸張，其機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，電能的形式是高電壓、低電流的交流電，壓電薄膜堆4經(jīng)倍壓整流電路5-1后電壓放大η倍，放大后的電壓輸出端與引腳PZl，PZ2相連，產(chǎn)生的交流電經(jīng)LTC3588-1內(nèi)部的全波橋式整流器整流直流電壓輸出，并給其輸入存儲(chǔ)端的電容C7充電，為了防止電流過大損壞芯片，在引腳PZl，PZ2兩端并聯(lián)一個(gè)電阻R，起到分流作用，充電起始階段，LTC3588-1的輸入存儲(chǔ)端的電容C7兩端的電壓較小，LTC3588-1芯片中的UVLO處于關(guān)閉狀態(tài)，因此電容C7中的電能不能傳送給后級(jí)而繼續(xù)處于充電狀態(tài)，C8、C9兩個(gè)電容在DC/DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行開啟和截止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，起到保持共軌電壓穩(wěn)定的作用，當(dāng)C7兩極的電壓值達(dá)到UVLO的上限時(shí)，UVLO開啟，C7作為DC/DC整流器的輸入端，內(nèi)部集成DC/DC整流器啟動(dòng)，并經(jīng)過高效率集成遲滯降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器的降壓作用后，輸出直流電壓，并給輸出存儲(chǔ)端的電容C11充電，當(dāng)C7電容中的電壓下降至UVLO的下限時(shí)，UVLO再次進(jìn)入閉鎖狀態(tài)，DC/DC轉(zhuǎn)換器與前級(jí)電路的連通回路被斷開，輸入存儲(chǔ)端電容C7又開始進(jìn)入單獨(dú)充電狀態(tài)以致達(dá)到UVLO的上限閾值，這個(gè)過程反復(fù)循環(huán)直到輸出存儲(chǔ)端的電容Cl I充滿，為汽車的照明系統(tǒng)或儀表盤供電，取代常用蓄電池(電瓶)。
[0027]實(shí)施例2
[0028]本實(shí)施例的壓電薄膜堆4是由4層厚度為0.08mm的壓電薄膜層疊構(gòu)成，達(dá)到換能作用，本實(shí)施例的壓電薄膜選用單晶PMN-PT/環(huán)氧1-3型復(fù)合材料制成，壓電薄膜堆4封裝在絕緣彈性保護(hù)套3中，其正、負(fù)電極延伸至絕緣彈性保護(hù)套3外，利用絕緣彈性保護(hù)套3對(duì)壓電薄膜起到保護(hù)和輔助作用，該絕緣彈性保護(hù)套3的厚度為1.0mm，采用彈性較好的橡膠材料制成。該絕緣彈性保護(hù)套3是貼著汽車的外胎2內(nèi)表面安裝，即在汽車的外胎2與內(nèi)胎I之間。本實(shí)施例的壓電薄膜堆4是分布在汽車外胎2內(nèi)表面上的3塊，其各自封裝在絕緣彈性保護(hù)套3中，并且在汽車外胎2上均勻分布，每塊壓電薄膜堆4的正、負(fù)電流輸出端子均是通過沿著車轂和車輪軸布設(shè)的導(dǎo)線與安裝在汽車底盤上的能量存儲(chǔ)器5的電流輸入端連接，將所產(chǎn)生的電能存儲(chǔ)在能量存儲(chǔ)器5中，能量存儲(chǔ)器5與汽車的照明系統(tǒng)連接，為照明系統(tǒng)供電。
[0029]本實(shí)施例的能量存儲(chǔ)器5是由倍壓整流電路5-1和LTC3588-1壓電能量收集電源5-2、負(fù)載電阻R、蓄電穩(wěn)壓電容ClO連接構(gòu)成，本實(shí)施例的倍壓整流電路5-1是由電容Cl?C3和整流二極管Dl?D3按照極性相加的原理串接起來所形成的，將壓電薄膜堆4所產(chǎn)生的高電壓、低電流的交流電經(jīng)倍壓整流電路5-1后放大3倍。該倍壓整流電路5-1的電壓輸出端與LTC3588-1壓電能量收集電源5-2連接。
[0030]本實(shí)施例的LTC3588-1壓電能量收集電源5-2是采用Linear公司產(chǎn)品，屬于常用電路，其PZ2引腳與倍壓整流電路5-1的電壓輸出端直接連接，PZl引腳通過負(fù)載電阻R與倍壓整流電路5-1的電壓輸出端相連，S卩PZl引腳和PZ2引腳的兩端并聯(lián)負(fù)載電阻R起到分流作用，防止電流過大損壞芯片。在LTC3588-1壓電能量收集電源5-2的輸出存儲(chǔ)端上并聯(lián)連接有一個(gè)蓄電穩(wěn)壓電容C10，用于保持有穩(wěn)定的電壓輸出作用，防止負(fù)載過大對(duì)電路造成損壞。本實(shí)施例的電容C1、C2、C3均采用是16V，470yF的電容器，D1、D2、D3均選用1N4004的二極管，負(fù)載電阻R為10kQ，蓄電穩(wěn)壓電容的電容量是30yF。
[0031]其他的部件均與實(shí)施例1相同。
[0032]實(shí)施例3
[0033]本實(shí)施例的壓電薄膜堆4是由6層厚度為0.07mm的壓電薄膜層疊構(gòu)成，達(dá)到換能作用，壓電薄膜堆4封裝在絕緣彈性保護(hù)套3中，其正、負(fù)電極延伸至絕緣彈性保護(hù)套3外，利用絕緣彈性保護(hù)套3對(duì)壓電薄膜起到保護(hù)和輔助作用，該絕緣彈性保護(hù)套3的厚度為0.5mm，采用彈性較好的橡膠材料制成。該絕緣彈性保護(hù)套3是貼著汽車的外胎2內(nèi)表面安裝，即在汽車的外胎2與內(nèi)胎I之間。本實(shí)施例的壓電薄膜堆4是分布在汽車外胎2內(nèi)表面上的5塊，其各自封裝在絕緣彈性保護(hù)套3中，并且在汽車外胎2上均勻分布，每塊壓電薄膜堆4的正、負(fù)電流輸出端子均是通過沿著車轂和車輪軸布設(shè)的導(dǎo)線與安裝在汽車底盤上的能量存儲(chǔ)器5的電流輸入端連接，將所產(chǎn)生的電能存儲(chǔ)在能量存儲(chǔ)器5中，能量存儲(chǔ)器5與汽車的照明系統(tǒng)連接，為照明系統(tǒng)供電。
[0034]本實(shí)施例的能量存儲(chǔ)器5是由倍壓整流電路5-1和LTC3588-1壓電能量收集電源5-
2、負(fù)載電阻R連接構(gòu)成，本實(shí)施例的倍壓整流電路5-1是由電容Cl?C4和整流二極管Dl?D4按照極性相加的原理串接起來所形成的，將壓電薄膜堆4所產(chǎn)生的高電壓、低電流的交流電經(jīng)倍壓整流電路5-1后放大4倍。該倍壓整流電路5-1的電壓輸出端與LTC3588-1壓電能量收集電源5-2連接。
[0035]本實(shí)施例的LTC3588-1壓電能量收集電源5-2是采用Linear公司產(chǎn)品，屬于常用電路，其PZ2引腳與倍壓整流電路5-1的電壓輸出端直接連接，PZl引腳通過負(fù)載電阻R與倍壓整流電路5-1的電壓輸出端相連，S卩PZl引腳和PZ2引腳的兩端并聯(lián)負(fù)載電阻R起到分流作用，防止電流過大損壞芯片。
[0036]本實(shí)施例的電容(:1工2、03工4均采用是16￥，47(^?的電容器，01、02、03、04均選用1N4004的二極管，負(fù)載電阻R為130kQ。
[0037]其他的部件均與實(shí)施例1相同。
[0038]上述實(shí)施例中蓄電穩(wěn)壓電容ClO的電容量可以在30?60yF之間根據(jù)實(shí)際應(yīng)用調(diào)整，所用電容、電阻以及LTC3588-1壓電能量收集電源5-2的輸出電壓大小均可根據(jù)實(shí)際壓電薄膜的大小進(jìn)行調(diào)整。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種壓電發(fā)電式汽車供電系統(tǒng)，包括壓電薄膜堆(4)和能量存儲(chǔ)器(5)，其特征在于所述壓電薄膜堆(4)是由I層或多層壓電薄膜層疊組成，所述壓電薄膜堆(4)封裝在絕緣彈性保護(hù)套⑶中置于汽車的外胎⑵與內(nèi)胎(I)之間，并且緊貼汽車外胎⑵的內(nèi)表面，并且每層壓電薄膜的厚度為0.07?0.09mm，所述壓電薄膜堆(4)的電流輸出端穿過絕緣彈性保護(hù)套(3)通過導(dǎo)線與能量存儲(chǔ)器(5)的電流輸入端連接，并可將壓電薄膜堆(4)受機(jī)械擠壓或伸張所產(chǎn)生的電能存儲(chǔ)在能量存儲(chǔ)器(5)中。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電發(fā)電式汽車供電系統(tǒng)，其特征在于:所述壓電薄膜堆(4)是緊貼在汽車外胎(2)內(nèi)表面并在同一圓周上均布的2?5塊，每塊壓電薄膜堆(4)的電流輸出端通過沿車轂內(nèi)表面布設(shè)的導(dǎo)線與能量存儲(chǔ)器(5)連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電發(fā)電式汽車供電系統(tǒng)，其特征在于所述絕緣彈性保護(hù)套(3)是橡膠材料制成，并且其厚度為0.5?Imm。4.根據(jù)權(quán)利要求1?3任一項(xiàng)所述的壓電發(fā)電式汽車供電系統(tǒng)，其特征在于所述的壓電薄膜是米用單晶PMN-PT/環(huán)氧1_3型復(fù)合材料制成。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓電發(fā)電式汽車供電系統(tǒng)，其特征在于所述能量存儲(chǔ)器(5)是由倍壓整流電路(5-1)和LTC3588-1壓電能量收集電源(5-2)、負(fù)載電阻R、蓄電穩(wěn)壓電容ClO連接構(gòu)成，其中: 所述倍壓整流電路(5-1)的輸出端與LTC3588-1壓電能量收集電源(5-2)的引腳PZ2以及負(fù)載電阻的輸入端相連，負(fù)載電阻的輸出端與LTC3588-1壓電能量收集電源(5-2)的引腳PZl相連，蓄電穩(wěn)壓電容與LTC3588-1壓電能量收集電源(5-2)的輸出端并聯(lián)連接。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓電發(fā)電式汽車供電系統(tǒng)，其特征在于所述倍壓整流電路(5-1)是2?6倍放大的倍壓整流電路。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓電發(fā)電式汽車供電系統(tǒng)，其特征在于所述負(fù)載電阻R的阻值為100?130kΩ，蓄電穩(wěn)壓電容ClO的電容量是30?60yF。
【文檔編號(hào)】B60B19/00GK205490240SQ201620254585
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年3月30日
【發(fā)明人】班效強(qiáng), 沈壯志, 石則云
【申請(qǐng)人】陜西師范大學(xué)