一种装配式道路压电发电系统及铺设方法与流程

本发明属于道路工程领域，涉及压电发电技术，具体涉及一种装配式道路压电发电系统及铺设方法。

背景技术：

道路中蕴藏着丰富的机械能，若能将其加以利用转换为清洁电能，则可有效缓解传统能源枯竭的现状。压电能量采集技术可通过压电材料的正压电效应实现此转换。道路压电能量采集技术主要采用具有一定结构的压电发电装置铺设于路面结构中。然而现有的压电发电装置存在力电转换效率不高、防水防尘能力不足、道路交通环境适用性差等问题影响其使用，同时已公开的装置铺设方式以单个装置直接零散埋入路面或单模块混凝土封装埋设为主，施工工艺复杂，费时费力，施工质量难以保障，且此种埋设方式铺设的发电路面能量采集效率较低，难以适应道路行车长期碾压。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种装配式道路压电发电系统及铺设方法法，以解决现有技术中压电发电系统对道路交通环境适用性差的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种装配式道路压电发电系统，包括底板，底板上阵列式安装有多个独立的压电发电装置，多个压电发电装置分为多个组，同一个组中的压电发电装置与对应的同一个电能存储器相连，多个电能存储器之间通过导线串联；

所述的压电发电装置包括上凸限位基板，上凸限位基板内嵌入式安装有多个压电俘能单元，多个压电俘能单元均与上凸限位基板侧壁上设置的输出端口相连，压电俘能单元的上表面凸出至上凸限位基板外与盖合在上凸限位基板上的下凹盖板接触；

所述的下凹盖板的四角设置设置有限位螺栓安装沉孔，所述的上凸限位基板的四角均设置有限位螺栓安装通孔，所述的底板上设置有限位螺栓安装盲孔，限位螺栓依次穿过限位螺栓安装沉孔和限位螺栓安装通孔并与限位螺栓安装盲孔相连，将压电发电装置安装在底板上；

所述的限位螺栓上还设置有防松动机构。

本发明还具有如下技术特征：

所述的防松动机构包括在限位螺栓的螺栓头上沿着径向开设有贯通的第一销钉卡槽，所述的限位螺栓安装沉孔的顶部四周的下凹盖板上沿着径向开设有多个对称布设的第二销钉卡槽，第二销钉卡槽的内端贯通限位螺栓安装沉孔的侧壁，销钉卡装在第一限位卡槽和第二限位卡槽内。

所述的底板上开设有吊装和固定孔。

所述的电能存储器上盖合有封装隔断箱，封装隔断箱下边缘四周开设有多个走线孔口。

所述的多个电能存储器通过导线与外部电能输出终端相连。

本发明还保护一种装配式道路压电发电系统的铺设方法，所述的装配式道路压电发电系统采用如上所述的装配式道路压电发电系统；

该方法按照以下步骤进行：

步骤一，现场开槽施工：

在道路板块上沿行车轮迹带方向或沿行车道方向开挖与装配式道路压电发电系统相匹配的发电系统安装槽，开挖导线安装槽，并对槽底进行整平处理；

步骤二，吊装装配式道路压电发电系统：

将装配式道路压电发电系统吊装至发电系统安装槽的槽位处，并固定装配式道路压电发电系统，将导线铺设在导线安装槽内；

步骤三，路面填平压实

根据道路板块的铺设路面类型，选择与路面耦合性高的凹槽填料填平槽位并进行压实和养护处理。

所述的发电系统安装槽与装配式道路压电发电系统之间的固定方式为螺栓固定或胶黏剂固定。

所述的吊装方式为电磁吊具吊装或通过吊装和固定孔使用机械吊具吊装。

所述的导线上套装有护管。

本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

(ⅰ)本发明的系统采用全装配、模块化设计，提高了道路压电发电系统的能量转换效率，实现了装配的规模化与施工的便捷化，更好地与实际道路应用环境契合。

(ⅱ)本发明的压电发电装置“上凹下凸”式层间结构、非贯穿的俘能单元槽及钢板基底限位螺栓固定槽设计，提高了压电发电装置在实际道路应用环境中的耐久性及防水、防尘能力。整体式限位基板设计，避免了俘能单元滑移和螺栓剪切破坏；限位螺栓采用防松动设计，防止限位螺栓在路面长久振动荷载下的松动，进一步提高了装置耐久性。

(ⅲ)储能模块采用分组采集模式，减少了电路内耗，提高了压电发电系统的能量存储效率，压电发电装置和储能装置间的“热插拔”连接，便于装置内部导线引出及后期养护维修。

(ⅳ)压电发电装置的装配阵列充分考虑了车辆类型及其轮迹带分布特性，有效地提高了压电发电装置的机械振动能捕获效率。

(ⅴ)压电发电装置的系统化装配及整体化铺设，简化了现场施工流程，有效地缩短了施工封闭期，提高了压电发电装置的长期使用性能。

附图说明

图1为装配式道路压电发电系统整体结构示意图。

图2为装配式道路压电发电系统的局部放大示意图。

图3为底板的结构示意图。

图4为压电发电装置内部结构示意图。

图5为防松动机构的结构示意图。

图6为封装隔断箱的结构示意图。

图7为装配式道路压电发电系统的铺设状态示意图。

图中各个标号的含义为：1-底板，2-压电发电装置，3-电能存储器，4-导线，5-防松动机构，6-吊装和固定孔，7-封装隔断箱，8-走线孔口，9-外部电能输出终端，10-道路板块，11-装配式道路压电发电系统，12-发电系统安装槽，13-导线安装槽，14-护管，15-凹槽填料；

201-上凸限位基板，202-压电俘能单元，203-输出端口，204-下凹盖板，205-限位螺栓安装沉孔，206-限位螺栓安装通孔，207-限位螺栓安装盲孔，208-限位螺栓，209-第一销钉卡槽，210-第二销钉卡槽，211-销钉。

以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

本发明基于压电发电技术，提出一种装配式道路压电发电系统及铺设方法，合理设计道路压电发电装置，并将其与配套设施系统化整合，设计完整的装配方案及铺设方法，在提高道路压电发电装置力电转换率、结构耐久性及防水、防尘性能的同时，实现道路压电发电系统的模块化、快速化铺设，为压电发电路面大规模应用提供可能。

需要说明的是，本发明中的所有部件，如无特殊说明，全部均采用现有技术中已知的部件。

遵从上述技术方案，以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

实施例1：

本实施例给出一种装配式道路压电发电系统，如图1至图6所示，包括底板1，底板1上阵列式安装有多个独立的压电发电装置2，多个压电发电装置2分为多个组，同一个组中的压电发电装置2与对应的同一个电能存储器3相连，多个电能存储器3之间通过导线4串联；

压电发电装置2包括上凸限位基板201，上凸限位基板201内嵌入式安装有多个压电俘能单元202，多个压电俘能单元202均与上凸限位基板201侧壁上设置的输出端口203相连，压电俘能单元202的上表面凸出至上凸限位基板201外与盖合在上凸限位基板201上的下凹盖板204接触；

下凹盖板204的四角设置设置有限位螺栓安装沉孔205，上凸限位基板202的四角均设置有限位螺栓安装通孔206，底板1上设置有限位螺栓安装盲孔207，限位螺栓208依次穿过限位螺栓安装沉孔205和限位螺栓安装通孔206并与限位螺栓安装盲孔207相连，将压电发电装置2安装在底板1上；

限位螺栓208上还设置有防松动机构5。

作为本实施例的一种具体方案，防松动机构5包括在限位螺栓208的螺栓头上沿着径向开设有贯通的第一销钉卡槽209，限位螺栓安装沉孔205的顶部四周的下凹盖板204上沿着径向开设有多个对称布设的第二销钉卡槽210，第二销钉卡槽210的内端贯通限位螺栓安装沉孔205的侧壁，销钉211卡装在第一限位卡槽209和第二限位卡槽210内。防松动机构5用于防止限位螺栓208松动。

作为本实施例的一种优选方案，底板1上开设有吊装和固定孔6。吊装和固定孔6在吊装和固定整个装配式道路压电发电系统时使用。

作为本实施例的一种优选方案，电能存储器3上盖合有封装隔断箱7，封装隔断箱7下边缘四周开设有多个走线孔口8。封装隔断箱7，的材质可为合金材料、工程塑料、不锈钢等硬质材料。也可使用小块钢板覆盖于粘结料之上，作为电能存储器3的刚性支撑，起到保护作用。

作为本实施例的一种优选方案，多个电能存储器3通过导线4与外部电能输出终端9相连。外部电能输出终端9采用本领域已知的常用外部电能输出终端。

作为本实施例的一种优选方案，电能存储器3与各压电发电装置2的输出端口203之间为热插拔式连接，输出端口203处设弯针接线端子。除热插拔式外，特殊情况下也可选用焊接式连接。

本实施例中，压电俘能单元202采用本领域已知的常用压电俘能单元，优选的，压电俘能单元202的类型可采用堆叠式、桥式、悬臂梁式、月牙式、桩式、钹式、拱式、多层式、纤维板式等类型换能单元的单一应用也可采用多种类型的组合应用。

本实施例中，电能存储器3采用本领域已知的常用电能存储器。优选的，电能存储器3可采用电容、蓄电池、燃料电池、液流电池、超级电容、聚合物电容、混合电容等类型的可用于存储电能的器件。

优选的，底板1的材料可选用不锈钢、硬铝合金、钛合金等合金材料、工程塑料等，形式可选用整体式钢板也可选用分离式钢板。

优选的，下凹盖板204的材料可选择硬铝合金等合金材料、不锈钢、改性pp等改性聚合物、工程塑料等。

优选的，上凸限位基板202采用整体式设计，材料可选择硬铝合金等合金材料、不锈钢、改性pp等改性聚合物、工程塑料等，材质可与上盖板不同。

优选的，销钉211的材料可选用合金材料、不锈钢等抗剪切能力强的材料。

本发明的装配式道路压电发电系统在使用时，将整个装配式道路压电发电系统铺设在路面上，路面上的车辆经过时，给压电发电装置2中的多个压电俘能单元202施加荷载，多个压电俘能单元202受力发生形变产生电能，电能通过电能存储器3采集后通过导线传输至外部电能输出终端9。

实施例2：

本实施例给出一种装配式道路压电发电系统的铺设方法，装配式道路压电发电系统10采用实施例1给出的装配式道路压电发电系统。

如图7所示，该方法按照以下步骤进行：

步骤一，现场开槽施工：

在道路板块10上沿行车轮迹带方向或沿行车道方向开挖与装配式道路压电发电系统11相匹配的发电系统安装槽12，开挖导线安装槽13，并对槽底进行整平处理；

装配式道路压电发电系统11可铺设于行车轮迹带处，也可于全路幅或任意位置铺设。

其中：

为保证碾压频次，两槽位间的横向及纵向间距根据铺设道路通行的主要车辆类型进行调整，纵向间距设置时应使车辆同时或连续碾压纵向两装配式道路压电发电系统，横向间距设置时使车辆不压线即可碾压到装配式道路压电发电系统。

开挖发电系统安装槽12和导线安装槽13时，对于新建道路或改扩建道路铣刨工程，若铺设在非两侧车道，则该铺设车道需先于其他车道完成施工，便于铺设后在其他车道引线，导线4引出后再对引线所经过的车道进行面层施工，避免开槽破坏导线4穿过的行车道路面；若铺设在两侧车道，则无需考虑。对于既有道路，若铺设在非两侧车道，需铣刨铺设装配式道路压电发电系统10的车道，同时在外侧车道开设导线安装槽13；若铺设在两侧车道，则无需考虑。

步骤二，吊装装配式道路压电发电系统：

将装配式道路压电发电系统11吊装至发电系统安装槽12的槽位处，并固定装配式道路压电发电系统11，将导线4铺设在导线安装槽13内；

其中，发电系统安装槽12与装配式道路压电发电系统11之间的固定方式为螺栓固定或胶黏剂固定。

其中，吊装方式为电磁吊具吊装或通过吊装和固定孔6使用机械吊具吊装。

其中，导线4上套装有护管14，作为导线4的保护措施。

步骤三，路面填平压实

根据道路板块的铺设路面类型，选择与路面耦合性高的凹槽填料15填平槽位并进行压实和养护处理。