本实用新型专利技术属于新能源收集转化技术领域，公开了一种压电式沥青路面电能收集装置及其收集方法，包括电能收集电路(5)和压电换能器(1)；电能收集电路(5)包含整流模块(6)、滤波电容(7)、电压转换器(8)和第一充电电容(17)；本实用新型专利技术通过压电换能器(1)、整流模块(6)、滤波电容(7)、电压转换器(8)、第一充电电容(17)和对第一充电电容(17)的充电功率进行限定管理的脉冲充电单元(21)21，可以使第一充电电容的输入功率稳定在第二充电电容的输出功率的一半左右，能够使第一充电电容稳定地储存压电换能器产生的电量。
【技术实现步骤摘要】
本技术属于新能源收集转化
，尤其涉及一种压电式沥青路面电能收集装置。
技术介绍
当车辆驶过沥青路面时，沥青路面因受到车辆碾压会发生变形和振动，从而产生机械能，而所产生的机械能会通过振动以热能形式散发到外界中。在路面服役期间，要经受上千万次由行驶车辆引起的机械振动，产生大量的机械能。若能将路面产生的机械能转换为电能，不但可以产出清洁的电能，还可以减小路面的振动和变形，减少路面结构损伤，降低结构维护成本以及减少噪音污染等。目前，利用压电效应可以将交通荷载对路面所做的机械功部分转化为电能，实现上述设想。具体来说，现有技术中一种具体的实现方法为：在路面中预先埋入压电换能器，当车辆驶过时，压电换能器与路面结构产生协同变形，压电换能器的核心材料(如PZT)内部的正负电荷中心发生相对位移，从而导致它的表面上出现异号极化电荷，进而产生电势差(电压)，从而将过往车辆作用于沥青路面的机械能转化为电能。转化后的电能可为道路沿线的信息板、反光路钮等提供能量，甚至能为道路特殊设施(如隧道、服务区)和沿线居民提供充足电能，此种方式对促进公路交通建设领域绿色清洁能源利用、保护环境具有重要的社会效益。然而，压电换能器产生的是交流电，输出的电流方向频繁转换，导致现有的压电式电能收集装置无法稳定地收集所述压电装置产生的电量。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种压电式沥青路面电能收集装置，解决了现有技术中存在的压电装置产生的是交流电，输出的电流方向频繁转换，导致现有的压电式电能收集装置无法稳定地收集所述压电装置产生的电量的问题。为了达到上述目的，本技术采用以下技术方案予以实现。一种压电式沥青路面电能收集装置，包括电能收集电路和设置在沥青路面内的压电换能器；其中，所述电能收集电路包含处理器、整流模块、滤波电容、电压转换器和第一充电电容；所述压电换能器的电压输出端的正、负极分别通过导线和所述整流模块的电压输入端的正、负极对应连接；所述整流模块的电压输出端的正极分别与所述滤波电容的正极和所述电压转换器的输入端连接，所述整流模块的电压输出端的负极分别与所述滤波电容的负极、所述电压转换器的接地端、所述电压转换器的最大功率点控端、所述电压转换器的电流辅助端及所述第一充电电容的负极连接，所述第一充电电容的负极接地；所述电压转换器的主输出端和所述第一充电电容的正极连接；所述电压转换器的使能端和所述处理器的电流导通或断开指令输出端连接，所述电压转换器的辅助输出端和处理器的电压输入端连接；所述电压转换器的辅助输出端向所述处理器的电压输入端输入辅助电压，所述处理器设有电压阈值，所述处理器将辅助电压的值与电压阈值进行比较并做出判断，当辅助电压的值大于所述电压阈值时，处理器的电流导通或断开指令输出端给所述电压转换器的使能端发出使主输出端电流导通的信号，所述电压转换器的主输出端输出电流。进一步地，所述电能收集电路还设有脉冲充电单元，所述脉冲充电单元包含：第二充电电容、第一场效应管、电压比较器、第二场效应管、第一电阻、第二电阻和稳压二极管；所述第二充电电容的正极分别与所述电压转换器的输出端、所述第二场效应管的源极及所述第一电阻的一端连接，所述第二充电电容的负极分别与所述第一场效应管的源极、所述电压比较器的公共地端、所述第二电阻的一端及所述第一充电电容的负极连接；所述第二场效应管的栅极与所述第一场效应管的漏极连接，所述第二场效应管的漏极及所述第一充电电容的正极连接；所述电压比较器的输入端的正极分别与所述第一电阻的另一端及所述第二电阻的另一端连接，所述电压比较器输入端的负极与所述稳压二极管的输出端连接，稳压二极管的输入端与所述电压转换器的主输出端连接；所述电压比较器的输出端与所述第一场效应管的栅极连接。进一步地，所述电能收集电路还包括补偿电容，所述整流模块的电压输出端的负极还连接所述补偿电容的负极，所述补偿电容的正极与所述电压转换器的电流辅助端连接。进一步地，所述脉冲充电单元还包含：第三电阻和第一电容，所述第三电阻的一端与所述第二充电电容的正极连接，所述第三电阻的另一端与所述第一场效应管的漏极连接；所述第一电容的一端与第二充电电容的正极连接，第一电容的另一端与所述第二场效应管的漏极连接。进一步地，所述第一场效应管、第二场效应管分别为P型场效应管。进一步地，所述电压转换器的型号为LTC3105。本技术的有益效果是，通过压电换能器、整流模块、滤波电容、电压转换器、第一充电电容和对第一充电电容的充电功率进行限定管理的脉冲充电单元，可以使第一充电电容的输入功率稳定在第二充电电容的输出功率的一半左右；解决了现有技术中存在的压电装置产生的是交流电，输出的电流方向频繁转换，导致现有的压电式电能收集装置无法稳定地收集所述压电装置产生的电量的问题。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本技术进行详细说明。图1是本技术的一种压电式沥青路面电能收集装置的电能收集电路原理图；图2是本技术的一种压电式沥青路面电能收集装置的电能收集电路实施例的结构示意图；图3为图2的脉冲充电单元的电路图；图4是本技术的一种压电式沥青路面电能收集装置的电能收集电路实施例的整体结构示意图；图5为本技术的一种压电式沥青路面电能收集装置的收集方法的流程框图；图6为本技术的一种压电式沥青路面电能收集装置的收集方法的脉冲充电单元部分的流程框图。图中，1、压电换能器；2、沥青路面；3、处理器；4、电压电流检测装置；5、电能收集电路；6、整流模块；7、滤波电容；8、电压转换器；9、第二充电电容；10、第三电阻；11、第一场效应管；12、第一电容；13、电压比较器；14、第二场效应管；15、第一电阻；16、第二电阻；17、第一充电电容；18、稳压二极管；19、负载；20、补偿电容；21、脉冲充电单元。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。参照图1，本技术的一种压电式沥青路面电能收集装置，包括设置在沥青路面2内的压电换能器1和电能收集电路5；电能收集电路5包含整流模块6、滤波电容7(即C1)、电压转换器8、处理器3和第一充电电容17(即C4)。具体地，压电换能器1的电压输出端的正、负极分别通过导线与整流模块6的电压输入端的正、负极对应连接；整流模块6的电压输出端的正极分别与滤波电容7的正极及电压转换器8的输入端(即VIN管脚)连接，整流模块6的电压输出端的负极分别与滤波电容7的负极、电压转换器8的接地端(即GND管脚)、电压转换器8的最大功率点控端(即MPPC管脚)、电压转换器8的电流辅助端(即AUX管脚)及第一充电电容17的负极连接，第一充电电容17的负极接地；电压转换器8的主输出端(即VOUT管脚)与第一充电电容17的正极连接；第一充电电容17的电压输出端连接有负载19；电压转换器8的使能端(即SHDN管脚)和处理器3的电流导通或断开指令输出端连接，电压转换器8的辅助输出端(即LDO管脚)和处理器3的电压输入端连接。电压转换器8的辅助输出端(LDO管脚)向处理器3的电压输入端输入辅助电压，处理器3设有电压阈值，处理器3将辅助电压的值与电压阈值进行比较并做出判断，当辅助电压的值大于所述电压阈值时，处理器3的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种压电式沥青路面电能收集装置，其特征在于，包括电能收集电路(5)和设置在沥青路面(2)内的压电换能器(1)；其中，所述电能收集电路(5)包含处理器(3)、整流模块(6)、滤波电容(7)、电压转换器(8)和第一充电电容(17)；所述压电换能器(1)的电压输出端的正、负极分别通过导线和所述整流模块(6)的电压输入端的正、负极对应连接；所述整流模块(6)的电压输出端的正极分别与所述滤波电容(7)的正极和所述电压转换器(8)的输入端连接，所述整流模块(6)的电压输出端的负极分别与所述滤波电容(7)的负极、所述电压转换器(8)的接地端、所述电压转换器(8)的最大功率点控端、所述电压转换器(8)的电流辅助端及所述第一充电电容(17)的负极连接，所述第一充电电容(17)的负极接地；所述电压转换器(8)的主输出端和所述第一充电电容(17)的正极连接；所述电压转换器(8)的使能端和所述处理器(3)的电流导通或断开指令输出端连接，所述电压转换器(8)的辅助输出端和处理器(3)的电压输入端连接。
【技术特征摘要】
1.一种压电式沥青路面电能收集装置，其特征在于，包括电能收集电路(5)和设置在沥青路面(2)内的压电换能器(1)；其中，所述电能收集电路(5)包含处理器(3)、整流模块(6)、滤波电容(7)、电压转换器(8)和第一充电电容(17)；所述压电换能器(1)的电压输出端的正、负极分别通过导线和所述整流模块(6)的电压输入端的正、负极对应连接；所述整流模块(6)的电压输出端的正极分别与所述滤波电容(7)的正极和所述电压转换器(8)的输入端连接，所述整流模块(6)的电压输出端的负极分别与所述滤波电容(7)的负极、所述电压转换器(8)的接地端、所述电压转换器(8)的最大功率点控端、所述电压转换器(8)的电流辅助端及所述第一充电电容(17)的负极连接，所述第一充电电容(17)的负极接地；所述电压转换器(8)的主输出端和所述第一充电电容(17)的正极连接；所述电压转换器(8)的使能端和所述处理器(3)的电流导通或断开指令输出端连接，所述电压转换器(8)的辅助输出端和处理器(3)的电压输入端连接。2.根据权利要求1所述的压电式沥青路面电能收集装置，其特征在于，所述电能收集电路(5)还设有脉冲充电单元(21)，所述脉冲充电单元(21)包括：第二充电电容(9)、第一场效应管(11)、电压比较器(13)、第二场效应管(14)、第一电阻(15)、第二电阻(16)和稳压二极管(18)；所述第二充电电容(9)的正极分别与所述电压转换器(8)的输出端、所述第二场效应管(14)的源极及所述第一电阻(15)的一端连接，所述第二充电电容(9)的负极分别与所述第一场效应管(11)的源极、所述电压比较器(13...
【专利技术属性】
技术研发人员：何创，纪小平，肖剑，邹祥，甄逸康，李景尧，熊越，赵汉杰，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：新型
国别省市：陕西;61
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