本申请公开了一种摩擦纳米发电机的发电控制方法及装置，用以在输入的机械能频率改变的情况下提升发电机能量传输效率。摩擦纳米发电机包括机械能输入模块、电容器、能量存储模块和开关；开关用于控制电容器切换充电模式和放电模式；该方法包括：获取电容器在采集时间内多个时间点的电压值；当基于电压值确定输入的机械能的频率发生变化时，根据电容器在多个时间段中各时间段的电能增量计算各时间段的平均功率；其中任一时间段的起始时刻为多个时间点中任一时间段对应的时间点，任一时间段的结束时刻为采集时间的结束时刻；获取多个平均功率中的最大平均功率对应的目标时间段，根据目标时间段的起始时刻和结束时刻计算开关的切换频率。切换频率。切换频率。
【技术实现步骤摘要】
一种摩擦纳米发电机的发电控制方法及装置
[0001]本申请涉及摩擦纳米发电机
，尤其涉及一种摩擦纳米发电机的发电控制方法及装置。
技术介绍
[0002]全球碳中和的目标促使人们关注环境友好的能源收集技术。近年来，基于接触起电和静电感应的耦合效应，摩擦纳米发电机(Triboelectric Nanogenerator，TENG)是将随机的低频机械能(也称为高熵能)转化为电能以用于分布式能源应用的最有潜力的方法。TENG能够将环境中的机械能转化为电能，并通过能量转换、电力产生、电力传输和电力应用实现一些列连贯的能量流供应。为了提升能量流的效率，相关技术中在能量转换、发电、电力传输和用电方面均作了改进，比如在能量转换方面提出了采用相位设计将脉冲电压转换为恒压输出，理论上可以使得TENG的固有能量输出效率提升一倍。但是传统的技术仅在各个环节作了相应的改进，缺少对于整体系统的控制。尤其是目前TENG的机械能输入是变化的，因此如何应对变化的机械能输入以及如何在能量流中有效传输能量，是至关重要的。
技术实现思路
[0003]本申请提供一种摩擦纳米发电机的发电控制方法及装置，用于在输入的机械能频率改变的情况下提升能量传输效率。
[0004]第一方面，本申请实施例提供了一种摩擦纳米发电机的发电控制方法，所述摩擦纳米发电机包括机械能输入模块、电容器、能量存储模块和开关；所述开关用于控制所述电容器切换充电模式和放电模式，所述充电模式为所述电容器根据机械能输入模块输入的机械能进行充电，所述放电模式为所述电容器向所述能量存储模块放电；所述方法包括：
[0005]获取所述电容器在采集时间内多个时间点的电压值；
[0006]当基于获取的电压值确定所述机械能输入模块输入的机械能的频率发生变化时，根据所述电容器在多个时间段中各时间段的电能增量计算所述各时间段的平均功率；其中任一时间段的起始时刻为所述多个时间点中所述任一时间段对应的时间点，所述任一时间段的结束时刻为所述采集时间的结束时刻；
[0007]确定多个平均功率中的最大平均功率对应的目标时间段，并根据所述目标时间段的起始时刻和结束时刻计算所述开关的切换频率。
[0008]在一些实施例中，所述基于获取的电压值确定所述机械能输入模块输入的机械能的频率发生变化，包括：
[0009]获取预先存储的所述多个时间点中任一时间点的标准电压值；
[0010]当在所述任一时间点获取的电压值与所述标准电压值不相同时，确定所述机械能输入模块输入的机械的频率发生变化。
[0011]在一些实施例中，所述方法还包括：
[0012]获取所述电容器的第一电压值和第二电压值；所述第一电压值为所述电容器在所
述任一时间段的起始时刻的电压值，所述第二电压值为所述电容器在所述任一时间段的结束时刻的电压值；
[0013]根据所述第一电压值、所述第二电压值和所述电容器的电容值计算所述电容器在所述任一时间段内的电能增量。
[0014]在一些实施例中，当所述电容器处于放电模式时，所述方法还包括：
[0015]通过所述开关控制所述电容器的电能不为零。
[0016]在一些实施例中，所述方法还包括：
[0017]根据所述电容器在所述采集时间之后的任一时间段的电压值计算在所述采集时间之后的任一时间段的实际平均功率；
[0018]计算所述实际平均功率与所述最大平均功率之间的差值；
[0019]当所述差值大于预设值时，重新启动计算所述开关的切换频率的操作。
[0020]第二方面，本申请实施例提供了一种摩擦纳米发电机的发电控制装置，所述摩擦纳米发电机包括机械能输入模块、电容器、能量存储模块和开关；所述开关用于控制所述电容器切换充电模式和放电模式，所述充电模式为所述电容器根据机械能输入模块输入的机械能进行充电，所述放电模式为所述电容器向所述能量存储模块放电；所述装置包括：
[0021]获取单元，用于获取所述电容器在采集时间内多个时间点的电压值；
[0022]处理单元，用于当基于获取的电压值确定所述机械能输入模块输入的机械能的频率发生变化时，根据所述电容器在多个时间段中各时间段的电能增量计算所述各时间段的平均功率；其中任一时间段的起始时刻为所述多个时间点中所述任一时间段对应的时间点，所述任一时间段的结束时刻为所述采集时间的结束时刻；
[0023]所述处理单元，还用于确定多个平均功率中的最大平均功率对应的目标时间段，并根据所述目标时间段的起始时刻和结束时刻计算所述开关的切换频率。
[0024]在一些实施例中，所述处理单元，还用于：
[0025]通过所述获取单元获取预先存储的所述多个时间点中任一时间点的标准电压值；
[0026]当在所述任一时间点获取的电压值与所述标准电压值不相同时，确定所述机械能输入模块输入的机械的频率发生变化。
[0027]在一些实施例中，所述获取单元，还用于获取所述电容器的第一电压值和第二电压值；所述第一电压值为所述电容器在所述任一时间段的起始时刻的电压值，所述第二电压值为所述电容器在所述任一时间段的结束时刻的电压值；
[0028]所述处理单元，还用于根据所述第一电压值、所述第二电压值和所述电容器的电容值计算所述电容器在所述任一时间段内的电能增量。
[0029]在一些实施例中，当所述电容器处于放电模式时，所述处理单元，还用于：
[0030]通过所述开关控制所述电容器的电能不为零。
[0031]在一些实施例中，所述处理单元，还用于：
[0032]根据所述电容器在所述采集时间之后的任一时间段的电压值计算在所述采集时间之后的任一时间段的实际平均功率；
[0033]计算所述实际平均功率与所述最大平均功率之间的差值；
[0034]当所述差值大于预设值时，重新启动计算所述开关的切换频率的操作。
[0035]第三方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括控制器和存储器。存储器用于
存储计算机执行指令，控制器执行存储器中的计算机执行指令以利用控制器中的硬件资源执行第一方面任一种可能实现的方法的操作步骤。
[0036]第四方面，提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述各方面的方法。
[0037]本申请提出通过摩擦纳米发电机内的电容器的电压变化情况确定外界输入的机械能是否发生变化，并在机械能发生变化时计算电容器在多个不同长度的时间段内的平均功率，确定其中最大的平均功率对应的时间段即为摩擦纳米发电机电能输出最优的时间段，从而可以根据该时间段计算开关的切换频率，通过开关控制电容器切换充电模式和放电模式，实现高效的电能输出。
附图说明
[0038]此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0039]图1为本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种摩擦纳米发电机的发电控制方法，其特征在于，所述摩擦纳米发电机包括机械能输入模块、电容器、能量存储模块和开关；所述开关用于控制所述电容器切换充电模式和放电模式，所述充电模式为所述电容器根据机械能输入模块输入的机械能进行充电，所述放电模式为所述电容器向所述能量存储模块放电；所述方法包括：获取所述电容器在采集时间内多个时间点的电压值；当基于获取的电压值确定所述机械能输入模块输入的机械能的频率发生变化时，根据所述电容器在多个时间段中各时间段的电能增量计算所述各时间段的平均功率；其中任一时间段的起始时刻为所述多个时间点中所述任一时间段对应的时间点，所述任一时间段的结束时刻为所述采集时间的结束时刻；确定多个平均功率中的最大平均功率对应的目标时间段，并根据所述目标时间段的起始时刻和结束时刻计算所述开关的切换频率。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于获取的电压值确定所述机械能输入模块输入的机械能的频率发生变化，包括：获取预先存储的所述多个时间点中任一时间点的标准电压值；当在所述任一时间点获取的电压值与所述标准电压值不相同时，确定所述机械能输入模块输入的机械的频率发生变化。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：获取所述电容器的第一电压值和第二电压值；所述第一电压值为所述电容器在所述任一时间段的起始时刻的电压值，所述第二电压值为所述电容器在所述任一时间段的结束时刻的电压值；根据所述第一电压值、所述第二电压值和所述电容器的电容值计算所述电容器在所述任一时间段内的电能增量。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的方法，其特征在于，当所述电容器处于放电模式时，所述方法还包括：通过所述开关控制所述电容器的电能不为零。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：根据所述电容器在所述采集时间之后的任一时间段的电压值计算在所述采集时间之后的任一时间段的实际平均功率；计算所述实际平均功率与所述最大平均功率之间的差值；当所述差值大于预设值时，重新启动计算所述开关的切换频率的操作。6.一种摩擦纳米发电机的发电控制装置，其特征在于，所述摩擦纳米发电机包括机械能输入模块、电容器、能量存储模块和开关；所述开关用于控制所述电容器切换充电模式和放电模式，所述充电模式为所述电容器根据机械能输入模块输入的机械能...
【专利技术属性】
技术研发人员：李昕螈，王杰，赵志浩，周灵琳，
申请(专利权)人：北京纳米能源与系统研究所，
类型：发明
国别省市：
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