[发明专利]一种复合压电-热电的汽车尾气微型能量收集器

说明书

本发明提供了一种复合压电‑热电的汽车尾气微型能量收集器，悬臂梁的一端与支撑座固定连接，另一端沿着水平方向延伸形成自由端；质量块固定在悬臂梁的自由端；压电片固定在悬臂梁的上表面，薄膜电极分别位于压电片的上下表面；散热片固定于上薄膜电极的上表面；能量收集器放置于汽车排气管外围管壁上；悬臂梁受到汽车振动而产生振动，压电片感受悬臂梁振动产生电荷，由薄膜电极引出；压电片的下表面接收由排气管壁传导过来的尾气的热量，而上表面的上薄膜电极放置有散热片，从而在压电片上产生温度变化，由热释电效应产生电荷，再通过薄膜电极引线导出，为气体监测传感器供电。

技术领域

本发明属于微型能量收集领域，特别涉及一种基于压电效应和热释电效应耦合的能量收集器。

背景技术

汽车排气管中的气体监测传感器对于环境保护，提高资源利用率具有重大意义，其锂电池工作的方式由于其电池容量续航有限，频繁更换会带来极大的不便。因而，研究人员提出了一些自供电的解决方式，比如压电式、热电式和静电式，它们都能从周围环境吸收能量，转化为电能。例如2014年，天津大学提出的汽车尾气余热回收热电发电设计，能较为有效吸收汽车尾气中的余热，转化为电能输出；2017年，苏州大学提出的基于汽车振动的摩擦式纳米发电机，证实能在汽车发动机的振动频率下工作输出电能，用于气体传感器的供电。但是热电和振动能量的收集会受制于周围环境，汽车尾气的排放会随汽车的行驶进程和发动机的工作状态变化；而汽车的振动随路况，行驶状态也会有很大的不同，单靠振动能量的收集或是热电能量的收集无法为气体监测传感器提供稳定有效的能量供给。

发明内容

本发明提出一种复合压电-热电的汽车尾气微型能量收集器，为汽车排气管内的气体监测传感器进行供电，该装置不仅能收集汽车的振动能量，同时也能收集尾气中的余热，方便灵活，解决了单一能源的供给问题，即使一种能量来源因环境等因素暂时中断，另一种能量收集也能正常工作，相互补充，同时两者有机地结合提高了能量收集器的收集效率。

本发明通过如下技术方案来解决上述存在的技术问题:一种复合压电-热电的汽车尾气微型能量收集器，包括支撑座、压电片、悬臂梁、质量块、薄膜电极、散热片；

所述悬臂梁的一端与支撑座固定连接，另一端沿着水平方向延伸形成自由端；所述质量块固定在悬臂梁的自由端；所述压电片固定在悬臂梁的上表面，所述薄膜电极分为上、下薄膜电极，分别位于压电片的上下表面；所述散热片固定于上薄膜电极的上表面；

所述支撑座具有与汽车排气管外围管壁相适配的弯曲弧度，使得所述能量收集器放置于汽车排气管外围管壁上；所述悬臂梁受到汽车振动而产生振动，压电片感受悬臂梁振动产生电荷，由薄膜电极引出；所述压电片的下表面接收由排气管壁传导过来的尾气的热量，而上表面的上薄膜电极放置有散热片，从而在压电片上产生温度变化，由热释电效应产生电荷，再通过薄膜电极引线导出，为气体监测传感器供电。

在一较佳实施例中：所述支撑座和悬臂梁由热的良导体材料制成。

在一较佳实施例中：所述悬臂梁具有不同的几何尺寸和形状，其形状可以为矩形、梯形、曲线形中的一种。

在一较佳实施例中：所述压电片为具有热释电效应的压电材料。

在一较佳实施例中：所述压电片为单片或多片结构。

在一较佳实施例中：所述压电片的形状为圆形或方形。

在一较佳实施例中：所述薄膜电极为铂薄膜电极。

在一较佳实施例中：所述质量块具有不同的质量，具体质量根据实际环境中的振动源频率范围设置

相对于现有的发电技术，本发明具有以下优点和有益效果：