[发明专利]一种摩擦纳米发电机的能量管理电路和能量管理方法

说明书

本发明提供一种摩擦纳米发电机的能量管理电路和能量管理方法，能量管理电路包括：脉冲电流控制开关、中间储能元件和目标储能元件，其中，脉冲电流控制开关，用于在所述摩擦纳米发电机的两个相对运动部分的移动使摩擦纳米发电机的两个电极层之间产生感应静电荷后，瞬时接通所述两个电极层产生瞬间脉冲电流；中间储能元件，用于存储所述瞬间脉冲电流的电能；目标储能元件，用于存储所述中间储能元件输出的电能。脉冲电流控制开关的设置克服摩擦纳米发电机的输出电流小的缺点，输出瞬时脉冲大电流，提高了瞬时输出功率，通过引入具有感抗特性的元件作为能量转换和存储过程的中介来实现摩擦纳米发电机TENG的高效能量存储。

技术领域

本发明涉及将机械能转变为电能技术领域，特别是涉及可以将机械能转化为电能的摩擦纳米发电机的能量管理电路和管理方法。

背景技术

机械能是广泛存在的能量形式，包括海浪、风能、各种运动物体的动能，以及人体活动如步行、跑动、跳动等形式。这些机械能虽然广泛存在，但是常常被忽视，没有有效的收集手段加以利用，通常被浪费。

目前，机械能转化为电能的发电机所利用的原理主要有静电感应，电磁感应和特殊材料的压电性能等。然而，已经发明的静电感应发电机，存在体积大、适用性窄等缺点，电磁感应发电机和压电发电机则普遍存在结构复杂，对材料有特殊要求和成本较高等缺陷。摩擦纳米发电机是最近发明的一种新型的将机械能转化为电能的方式。但是，摩擦纳米发电机存在输出电流和输出功率小的缺点，将其能量进行存储效率很低，难于实用。

发明内容

本发明涉及一种利用脉冲电流控制开关将摩擦纳米发电机输出转化为瞬时大功率的电学脉冲的能量管理方法，能够将摩擦纳米发电机产生的静电能进行高效率存储，可以为电子器件提供持续电源。

为实现上述目的，本方法提供一种摩擦纳米发电机的能量管理电路，包括：脉冲电流控制开关、中间储能元件和目标储能元件，其中，

脉冲电流控制开关，用于在所述摩擦纳米发电机的两个相对运动部分的移动使摩擦纳米发电机的两个电极层之间产生感应静电荷后，瞬时接通所述两个电极层产生瞬间脉冲电流；

中间储能元件，用于存储所述瞬间脉冲电流的电能；

目标储能元件，用于存储所述中间储能元件输出的电能。

优选的，所述脉冲电流控制开关的设置位置，使所述两个电极层之间的电势差最大时，所述脉冲电流控制开关闭合。

优选的，包括两个所述脉冲电流控制开关，每个所述脉冲电流控制开关单独控制所述两个电极层瞬时连通；

在两个所述脉冲电流控制开关分别闭合时，所述中间储能元件两端与所述两个电极层的连接相反。

优选的，所述脉冲电流控制开关为接触式开关，包括两个触头和两个接触端，所述触头和接触端分别设置在所述摩擦纳米发电机的两个相对运动部分，随着所述摩擦纳米发电机的相对运动所述触头和接触端同步相对运动；其中，两个所述触头连接所述中间储能元件；所述两个接触端分别与所述两个电极层连通；当所述两个触头与所述两个接触端接触时，所述接触式开关闭合。

优选的，包括两个所述接触式开关，并且两个所述接触式开关共用所述两个触头。

优选的，所述中间储能元件为电感元件。

优选的，所述电感元件的电感范围在1μH到100H之间，其中优选在1mH到50H之间，更优选在100mH到20H之间。

优选的，所述目标储能元件为电容元件。

优选的，所述电容元件与二极管连接后与所述中间储能元件并联连接。

优选的，所述电容元件的电容范围在1μF到100mF之间，其中优选在100μF到50mF之间，更优选在500μF到20mF之间之间。