[發明專利]一種高速公路收費站壓電陶瓷鋪設長度與數量的方法

在審

• 申請號: 202210273542.0
• 申請日: 2022-03-18
• 公開（公告）號: CN114710061A
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 劉康鴻;何霖;張盟
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H02N2/18
• 分類號: H02N2/18;H02J7/32
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司 11429
• 代理人: 覃婧嬋

一種高速公路收費站壓電陶瓷鋪設長度與數量的方法，包括如下步驟：S100、計算車輛通過收費站時對地產生的平均壓力F_av；S200、計算壓電陶瓷實際平均受力F；S300、計算高速公路上壓電陶瓷鋪設寬度b與車輛行駛過程中碾壓過壓電陶瓷的概率p；S400、計算每公里鋪設的壓電陶瓷組數量n₀以及陶瓷片數量n。本公開可有效的計算出高速公路路面所鋪設壓電材料可收集的能量，也可以計算出在滿足各種壓電發電設備在高速公路收費站供電需求的情況下，所需要鋪設的壓電陶瓷數量與長度，從而實現能量的循環利用和進行合理的道路規劃。

技術領域

本發明屬于新能源和道路建設領域，特別涉及一種高速公路收費站壓電陶瓷鋪設長度與數量的方法。

背景技術

當前，人們對于壓電材料的關注和應用研究越來越廣泛。壓電發電的結構對于能量的產生和采集擁有重大意義。合適的壓電發電結構，能夠提高發電效率和壓電傳感及能量搜集技術，通過搜集公路路面收到汽車行駛導致路面形變產生的能量，實現能量的二次利用。我國早在2018年高速公路長度已經突破14萬公里，在路面的設計服役期內，路面要經受幾十萬次至上億次車輛軸載的反復作用。在行車荷載作用下，路面結構會產生應力、應變以及位移，路面將會從行車荷載和重力做的功中獲得應變能和動能。道路上汽車行駛產生的大量能量直接損失，造成嚴重的能源浪費。將合適的壓電材料埋入高速公路路面結構當中，則外力所產生的部分機械能可轉化為電能，將這些能力進行轉換與儲存，再用于其他的供電需求，便可實現能量的循環利用，但目前國內尚沒有鋪設方法和應用環境的相關研究。

發明內容

為了解決上述技術問題之一，本公開提供了一種高速公路收費站壓電陶瓷鋪設長度與數量的方法，包括如下步驟：

S100、計算車輛通過收費站時對地產生的平均壓力F_av；

S200、計算壓電陶瓷實際平均受力F；

S300、計算高速公路上壓電陶瓷鋪設寬度b與車輛行駛過程中碾壓過壓電陶瓷的概率p；

S400、計算每公里鋪設的壓電陶瓷組數量n₀以及陶瓷片數量n。

優選的，

步驟S400之后，所述方法進一步包括如下步驟：

S500、計算車輛單次碾過的平均發電量E；

S600、計算收費站實際日平均用電量E₂；

S700、計算高速公路上壓電陶瓷組最短鋪設長度L_min；

S800、計算出最短鋪設長度所需的壓電陶瓷組數量N₀以及陶瓷片數量N。

優選的，

步驟S100通過如下方式計算平均壓力F_av：

F_av＝∑α_im_ig

式中，α_i——某類別車輛通過的概率；

m_i——某類別車輛的重量；

g——重力加速度，9.8N/kg。

優選的，

步驟S200通過如下方式計算平均受力F：

F＝γF_av

式中，γ——衰減系數。

優選的，