[00109559]压电路面能量收集技术
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技术详细介绍
合作方式：☒整体转让 ☒技术许可 ☒作价入股 ☒合作开发 ☐其它_____
成果简介：
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。
成熟程度及推广应用情况：
目前处于何种研发阶段：☐研发 ☐小试 ☒中试 ☐小批量生产 ☐产业化；
样机：☒有 ☐无
已投入成本：40 万元。
推广应用情况：在云南省麻昭高速、昆明 G320 国道进行了工程试点。
期望技术转移成交价格（大概金额）：80 万元。
技术优势：
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
性能指标：
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。
市场分析：
该技术可转移向智慧交通基础设施、交通运输工程、新型能源行业、自供电传感技术。
经济效益分析：
车辆对沿轮迹带纵向布设的压电能量收集装置的作用根据轴载、轴距、轴数的不同，传递至能量收集装置的载荷、作用时间、作用次数区别很大，输出电能也相差很大。正常交通量下，随着源源不断的车流驶入沿纵向布设有能量收集装置车道，大量的机械能被不停地转换为电能。现以超车道小汽车的交通量为10000 辆/d，慢车道各种货车的交通量为 6000 辆/d 计算，假设车辆行驶过程中压电能量收集装置碾压概率为 100%，则双车道高速公路在 10000 辆/日小汽车、6000 辆/日货车交通流量情况下，每百米压电路面小汽车及货车分别对压电系统做功可转换出电能约为 1.21 kWh，该部分能量与给路面传感器、道路标志 LED供电可以大幅降低施工布线、电池更换维护成本。
自主研发的压电能量收集系统突破了常规能源污染大、部分新能源受天气地理位置限制而不能连续发电的缺陷，利用压电效应将路面因车辆作用产生的变形能转化为电能，可以实现能源的无害化和资源化，在偏远山区交通基础设施应用，可以有效解决供电难题，降低供电成本。压力发电技术是一种绿色清洁能源技术，大规模应用推广后，将有弥补日益增长的交通能耗需求、降低碳排放、作为一种绿色交通技术的社会效益。
成果亮点：
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。
