基于損耗能量收集的電動汽車壓電發電裝置的設計與功能分析

王志東+齊德江+劉樂樂+張煜+于心意+郝仕臣

摘要：以車載電源為動力的電動汽車是未來發展的必然趨勢。為實現利用壓電材料進行損耗能量收集的目的，設計一種利用汽車行駛時對地的壓力和自身振動來驅動多片壓電片發電的裝置。該裝置由瞬時電容器與壓電片構成一套封閉的系統，通過電容器間的不斷切換實現對壓電片中電場能和應變場能進行充分收集，可提高電荷收集效率，同時也為壓電環境能量采集技術提供新思路。

關鍵詞：壓電效應；發電裝置；設計；功能

中圖分類號：TP277 文獻標識碼：A 文章編號：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和軍事等領域有著廣泛的應用。壓電材料是指在受到外界應力作用時在兩端面間出現電荷聚集現象的晶體材料。利用壓電材料的這一性質可實現機械能—電能的互相轉換。電動汽車在行駛過程中伴隨著巨大的能量消耗，對這些損耗能量收集再利用是提高電動車續航性能的主要方式，也是適應當前節能減排、保護環境的重要手段，有利于電動汽車的廣泛推廣和長遠發展。

1 國內外研究現狀

1.1 美國麻省理工學院的壓電發電鞋

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