基于損耗能量收集的電動(dòng)汽車壓電發(fā)電裝置的設(shè)計(jì)與功能分析

王志東+齊德江+劉樂樂+張煜+于心意+郝仕臣

摘要：以車載電源為動(dòng)力的電動(dòng)汽車是未來發(fā)展的必然趨勢(shì)。為實(shí)現(xiàn)利用壓電材料進(jìn)行損耗能量收集的目的，設(shè)計(jì)一種利用汽車行駛時(shí)對(duì)地的壓力和自身振動(dòng)來驅(qū)動(dòng)多片壓電片發(fā)電的裝置。該裝置由瞬時(shí)電容器與壓電片構(gòu)成一套封閉的系統(tǒng)，通過電容器間的不斷切換實(shí)現(xiàn)對(duì)壓電片中電場(chǎng)能和應(yīng)變場(chǎng)能進(jìn)行充分收集，可提高電荷收集效率，同時(shí)也為壓電環(huán)境能量采集技術(shù)提供新思路。

關(guān)鍵詞：壓電效應(yīng)；發(fā)電裝置；設(shè)計(jì)；功能

中圖分類號(hào)：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2016）12-0036-03

壓電材料是一種重要的功能材料，在航空航天、能源以及冶金化工工業(yè)和軍事等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。壓電材料是指在受到外界應(yīng)力作用時(shí)在兩端面間出現(xiàn)電荷聚集現(xiàn)象的晶體材料。利用壓電材料的這一性質(zhì)可實(shí)現(xiàn)機(jī)械能—電能的互相轉(zhuǎn)換。電動(dòng)汽車在行駛過程中伴隨著巨大的能量消耗，對(duì)這些損耗能量收集再利用是提高電動(dòng)車?yán)m(xù)航性能的主要方式，也是適應(yīng)當(dāng)前節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境的重要手段，有利于電動(dòng)汽車的廣泛推廣和長遠(yuǎn)發(fā)展。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.1 美國麻省理工學(xué)院的壓電發(fā)電鞋

在過去的十幾年中，壓電材料的研究與應(yīng)用取得了重大的進(jìn)展，這主要得益于材料制備工藝的成熟和對(duì)材料性能與機(jī)理的深入研究。20世紀(jì)末，美國麻省理工學(xué)院研究小組研發(fā)出一種將壓電材料置于鞋底的壓電發(fā)電裝置（如圖1所示），該裝置利用人行走時(shí)對(duì)鞋底的壓力，引起置于鞋底的壓電片產(chǎn)生形變進(jìn)而發(fā)電，最終獲得了1.8 mW的平均輸出功率[1]。……