压电路面能量收集技术

成果编号：39462

价格：面议

完成单位：北京科技大学

单位类别：

完成时间：未填写

成熟程度：试生产阶段

服务产业领域：能源环保

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发布人：江苏省生产力促进中心科技资源开发与技术转移处在线

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路面在设计使用期内，要经受千万次以上车辆轴载的反复作用，路面将会从行车荷载和重力做的功中获得应变能和振动能，如果能将这些能量加以转换、收集和利用，将为道路交通运输行业节能减提供新的技术。为实现道路交通运输行业节能减排的目标，依托交通运输部建设科技项目“沥青路面压电技术与设备集成研究”，以麻昭高速试点工程为依托，探索研究出了一套路面压电发电系统，为公路沿线的用电设施提供一种潜在、规模可观、可再生的清洁能源。经过多年的研究开发，基于压电材料的机电转换效应，根据沥青路面的交通载荷特点，通过理论分析、室内试验和工程应用，研究开发了适用于沥青路面的压力发电装置、能量提取电路、能量存储技术以及用电设备，建立了一套路面压电能量收集及应用系统，成功探索出一种潜在的、可再生的清洁绿色能源的应用技术。作为一项节能、新型的能量收集技术，随着科学技术发展，应用成本降低及各领域技术水平的提高，路面压电能量收集技术未来必将具有广阔的应用前景。

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成果介绍

科技计划：

成果形式：

合作方式：技术转让、技术开发、技术入股

参与活动：

专利情况：未申请专利

成果简介

成果概况

创新要点

优选了压电陶瓷 PZT-5H 材料，提出了三片堆叠并联堆栈式压电换能器结构，设计了多组压电单元阵列式布局及防水耐磨的外封装结构，实现了压力发电器在250 万次等效荷载作用下的输出电能衰减小于 10%；针对路面压力发电高电压、低电流、脉冲非连续的特点，自主设计研发了自检测峰值电压的同步电荷提取电路作为能量收集电路，相比于商用能量采集模块，综合能量收集效率提高 50%，实现了压电微能量高效采集存储；建成的国内首个高速公路压电路面实现了 LED交通指示牌的自供电。该项技术为交通基础设施的运营提供了一种绿色清洁、可再生的能源供应方式

主要技术指标

路面用压电发电器承载力≥600kN；能量转换率不低于 40%；疲劳荷载≥250 万次；满铺百米车道日发电量 1.21 kWh。

其他说明

1. 自主知识产权，研究成果已授权发明专利 3 项，申请 5 项。 2. 成果来源：国家高技术研究发展计划(863 计划)课题“基于物联网的区域桥梁自供电分布式智能监测与诊断技术”、交通运输部建设科技项目“沥青路面压电技术与设备集成研究”、企业横向项目“沥青路面压电技术集成优化及应用研究”。 3. 技术先进性：国际领先。研发的路面压电能量收集系统，经过 250 万次等效轴载作用后电能输出衰减小余 10%，使用寿命远高于国内外同类技术。自制改进型同步电荷提取电路，适用于道路压电发电高电压低电流脉冲非连续的特征，且能量收集效率高于商用的微能量收集芯片 LTC3331，是其 1.5 倍的能量收集效率。 4. 获奖情况： 2020 年度中国公路学会科学技术奖一等奖。

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