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将道路环境中可再生能源转换成电能,实现能量回收再利用的主要技术包括光电、热电、磁电以及压电等模式。其中,压电俘能模式因具有不受光照影响、可以全天候保持能量输出、作用频次高、俘能密度大等特点,而受到广泛的关注。当前,国内外尚未有成熟的路面压电俘能技术应用成果,相关研究仍处于实验探索阶段。本文根据现有研究基础和经验,通过室内车辙试验仪和MTS机模拟实际交通荷载特点,进行压电俘能实验,从路用压电俘能元件的封装、影响俘能效果的因素两方面开展相关研究工作。
首先,基于已有的研究成果,提出一种以MC尼龙和环氧树脂电子灌封胶为主要保护材料的封装方法,并利用车辙试验仪检验压电俘能元件的封装效果。实验结果表明,在标准轴载的往复作用下,该封装方式有效保障了压电俘能元件的完整性以及埋设位置的准确性,有利于提高能量的俘获。考虑实际施工需要,简易的预制化封装方法,极大节省了压电俘能装置的制备时间,同时所使用的封装材料具有强度高、质量轻、防腐蚀、绝缘、防水、耐热老化等多种优点,可很好的适用于路面环境。
其次,基于车辙试验平台,探讨了不同外接电阻、不同埋置深度下,压电俘能元件的电学响应规律。实验结果表明:随着外接电阻的增加,有效电压逐渐增大并最终趋于饱和;而平均功率则先增大后减小,当外接电阻值为40MΩ左右时,平均功率达到最大值。埋置深度对压电俘能元件的能量输出也有着显著影响,埋深10mm输出的平均功率约是埋深40mm时的10倍。该实验结果也验证了车辙试验平台下压电俘能理论模型的准确性。
最后,基于MTS机平台,探讨了不同荷载大小、作用频率以及不同电学连接方式下,压电俘能元件的电学响应规律。实验结果表明,荷载大小、作用频率的增加都有利于提高压电俘能元件的能量输出。当荷载为72kN,作用频率为10Hz时,单片俘能元件的俘能效果最优,可输出有效电压最大值为83.8V,平均功率最大值为0.70mW。
本文从实验层面,探讨了压电俘能元件的封装方式、影响俘能效果的相关参数,为路用压电俘能装置的设计和实际应用提供了一定的参考价值。
首先,基于已有的研究成果,提出一种以MC尼龙和环氧树脂电子灌封胶为主要保护材料的封装方法,并利用车辙试验仪检验压电俘能元件的封装效果。实验结果表明,在标准轴载的往复作用下,该封装方式有效保障了压电俘能元件的完整性以及埋设位置的准确性,有利于提高能量的俘获。考虑实际施工需要,简易的预制化封装方法,极大节省了压电俘能装置的制备时间,同时所使用的封装材料具有强度高、质量轻、防腐蚀、绝缘、防水、耐热老化等多种优点,可很好的适用于路面环境。
其次,基于车辙试验平台,探讨了不同外接电阻、不同埋置深度下,压电俘能元件的电学响应规律。实验结果表明:随着外接电阻的增加,有效电压逐渐增大并最终趋于饱和;而平均功率则先增大后减小,当外接电阻值为40MΩ左右时,平均功率达到最大值。埋置深度对压电俘能元件的能量输出也有着显著影响,埋深10mm输出的平均功率约是埋深40mm时的10倍。该实验结果也验证了车辙试验平台下压电俘能理论模型的准确性。
最后,基于MTS机平台,探讨了不同荷载大小、作用频率以及不同电学连接方式下,压电俘能元件的电学响应规律。实验结果表明,荷载大小、作用频率的增加都有利于提高压电俘能元件的能量输出。当荷载为72kN,作用频率为10Hz时,单片俘能元件的俘能效果最优,可输出有效电压最大值为83.8V,平均功率最大值为0.70mW。
本文从实验层面,探讨了压电俘能元件的封装方式、影响俘能效果的相关参数,为路用压电俘能装置的设计和实际应用提供了一定的参考价值。