【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及风力发电，具体地涉及一种恒电压摩擦纳米发电机的电源管理电路及风速监测方法。
技术介绍
1、风能是一种永不枯竭的可再生资源，利用风力发电，可以减少对传统能源如煤炭、天然气和石油的依赖，从而降低对有限能源的消耗。我国风能资源非常丰富，尤其低频风能分布广泛。基于摩擦起电和静电感应的摩擦纳米发电机由于低频下能量转换高效，对低频风能收集提供了一条有效路径。
2、输出、以及稳定性是评估摩擦纳米发电机性能的两项重要指标。随着研究的不断深入，一方面通过材料选择、结构优化和电荷激励等方法，大幅提高了摩擦纳米发电机的输出；另一方面通过滚动摩擦、界面润滑和非接触等方法，增强了摩擦纳米发电机的稳定性。但是摩擦纳米发电机在风能收集方面仍存在一些问题：摩擦纳米发电机固有的高波峰比脉冲电压输出，不能为电子器件提供稳定持续电能，而且能量输出效率相比于恒电压摩擦纳米发电机要低得多；摩擦纳米发电机的输出和稳定性仍需要增强，以满足大功耗电子器件的用电需求和长时间的稳定持续供能。
3、此外，风速是影响发电机输出的重要因素之一，需要对风速进行动态监测，以进行实时风速监测和风险评估。而传统的风速传感器需要电池供电，电池的使用寿命有限，定期更换维修会造成人力物力的浪费和环境污染。
技术实现思路
1、本专利技术实施例的目的是提供一种电源管理电路、风速监测方法、管理系统，以及恒电压摩擦纳米发电机，其中，所述电源管理电路可以最大化恒电压摩擦纳米发电机的能量输出，实现对风能的高效收集；所述风速监测
2、为了实现上述目的，本专利技术实施例第一方面提供一种电源管理电路，应用于恒电压摩擦纳米发电机，所述电源管理电路电性连接于恒电压摩擦纳米发电机的电能输出端，包括第一电容、第二电容、scr开关以及稳压二极管；
3、所述电源管理电路将输入的电能先存储在第一电容，当第一电容的电压达到稳压二极管的耐压值后，scr开关导通，第一电容放电，放电电流流向第二电容，将总电能存储在第二电容中。
4、可选的，所述电源管理电路还包括电感；
5、所述scr开关导通后，第一电容放电，放电电流经过所述电感处理，电压降低，电流升高，最后将总电能存储在第二电容中。
6、可选的，所述scr开关与所述稳压二极管反并联；
7、所述scr开关的a极与所述第一电容相连，所述scr的k极与所述电感相连，所述scr的g极与所述稳压二极管的正极相连；
8、所述电源管理电路还包括二极管；
9、所述二极管的正极与所述第一电容相连，所述二极管的负极与所述电感相连。
10、本专利技术实施例第二方面提供一种风速监测方法，该监测方法应用于所述电源管理电路，该风速监测方法包括：
11、对所述电源管理电路中的第一电容的电压进行分析，确定所述第一电容的电容电压-时间曲线；
12、根据所述第一电容的电容电压-时间曲线，确定所述第一电容对应的第一间隔时间；
13、其中，所述第一间隔时间为所述第一电容完成一次充电过程或放电过程所需的时间；所述第一电容完成一次充电过程所需的时间为所述第一电容相邻两次充电所间隔的时间，所述第一电容完成一次放电过程所需的时间为所述第一电容相邻两次放电所间隔的时间；
14、将所述第一间隔时间带入监测模型，确定对应的风速；
15、或
16、对所述电源管理电路中的第二电容的电压进行分析，确定所述第二电容的电容电压-时间曲线；
17、根据所述第二电容的电容电压-时间曲线，确定所述第二电容对应的第二间隔时间；
18、其中，所述第二间隔时间为所述第二电容完成一次充电过程所需的时间，所述第二电容完成一次充电过程所需的时间为所述第二电容相邻两次充电所间隔的时间；
19、将所述第二间隔时间带入监测模型，确定对应的风速。
20、可选的，所述监测模型是通过以下方式获得的：
21、对不同风速下所述电源管理电路中的第一电容的电压进行分析，确定不同风速对应的第一电容的电容电压-时间曲线；
22、根据不同风速对应的第一电容的电容电压-时间曲线，确定不同风速下第一电容对应的第一间隔时间；
23、根据所述第一间隔时间和对应的不同风速建立训练数据，对所述训练数据进行标准化和降噪处理，利用机器学习算法对该训练数据进行训练得到监测模型。
24、或
25、对不同风速下所述电源管理电路中的第二电容的电压进行分析，确定不同风速对应的第二电容的电容电压-时间曲线；
26、根据不同风速对应的第二电容的电容电压-时间曲线，确定不同风速下第二电容对应的第二间隔时间；
27、根据所述第二间隔时间和对应的不同风速建立训练数据，对所述训练数据进行标准化和降噪处理，利用机器学习算法对该训练数据进行训练得到监测模型。
28、可选的，所述监测模型为：
29、y＝k·xn
30、其中，k、n表示监测模型参数，所述监测模型参数是通过模型训练确定的，y表示风速，x表示所述第一间隔时间或所述第二间隔时间。
31、本专利技术实施例第三方面提供一种恒电压摩擦纳米发电机，该摩擦纳米发电机包括所述电源管理电路。
32、可选的，该摩擦纳米发电机包括主发电机，所述主发电机包括非接触的多层定转子pcb板，所述定转子的双面镀有扇形结构的电极，每个扇形具有相同的圆心角度θ，每一面上的扇形电极个数为2π/θ；
33、所述定转子pcb板间设计有相移结构，以使该摩擦纳米发电机的输出电压恒定。
34、可选的，可以通过以下方式实现k相的相移结构：
35、所述定转子分别为k+1片pcb板与k片pcb板，相邻两片定子pcb板的偏移角度是θ/(k+1)，对应的相移的1/(k+1)。
36、所述定转子在完成相移设计后为1组，通过堆叠多组定转子以实现多组拓展。
37、其中，k大于等于1；θ为扇形电极对应的圆心角度。
38、可选的，该摩擦纳米发电机还包括风力驱动模块、泵发电机、以及变速箱；
39、其中，所述风力驱动模块用于在风力驱动下带动泵发电机的摩擦层材料相对运动产生电输出；
40、所述泵发电机的输出端在整流后与所述主发电机的转子pcb板上的电极相连，电荷转移到主发电机的转子pcb板上的电极上，在主发电机定子pcb板的输出电极上静电感应出相反电荷；
41、所述变速箱用于增加所述主发电机的转动频率；
42、其中，所述泵发电机为独立层转盘式摩擦纳米发电机，所述摩擦层的制作材料为柔性材料以及自润滑材料。
43、可选的，所述泵发电机包括定子和转子；
44、其中，所述定子包括位于最下层的亚克力板、位于中间层的导电纤维电极，以及位于上层为ptfe薄膜。...
【技术保护点】
1.一种电源管理电路，应用于恒电压摩擦纳米发电机，其特征在于，所述电源管理电路电性连接于恒电压摩擦纳米发电机的电能输出端，包括第一电容、第二电容、SCR开关以及稳压二极管；
2.根据权利要求1所述的电源管理电路，其特征在于，所述电源管理电路还包括电感；
3.根据权利要求2所述的电源管理电路，其特征在于，所述SCR开关与所述稳压二极管反并联；
4.一种风速监测方法，其特征在于，该监测方法应用于权利要求1所述的电源管理电路，该风速监测方法包括：
5.根据权利要求4所述的风速监测方法，其特征在于，所述监测模型是通过以下方式获得的：
6.根据权利要求4所述的风速监测方法，其特征在于，所述监测模型为：
7.一种恒电压摩擦纳米发电机，其特征在于，该摩擦纳米发电机包括由权利要求1-3所述的电源管理电路。
8.根据权利要求7所述的恒电压摩擦纳米发电机，其特征在于，该摩擦纳米发电机包括主发电机，所述主发电机包括非接触的多层定转子PCB板，所述定转子的双面镀有扇形结构的电极，每个扇形具有相同的圆心角度θ，每一面上的扇
9.根据权利要求8所述的恒电压摩擦纳米发电机，其特征在于，可以通过以下方式实现k相的相移结构：
10.根据权利要求8所述的恒电压摩擦纳米发电机，其特征在于，该摩擦纳米发电机还包括风力驱动模块、泵发电机、以及变速箱；
11.根据权利要求10所述的恒电压摩擦纳米发电机，其特征在于，
12.一种恒电压摩擦纳米发电机管理系统，其特征在于，该管理系统包括：权利要求7-11所述的恒电压摩擦纳米发电机、以及处理器；
...【技术特征摘要】
1.一种电源管理电路，应用于恒电压摩擦纳米发电机，其特征在于，所述电源管理电路电性连接于恒电压摩擦纳米发电机的电能输出端，包括第一电容、第二电容、scr开关以及稳压二极管；
2.根据权利要求1所述的电源管理电路，其特征在于，所述电源管理电路还包括电感；
3.根据权利要求2所述的电源管理电路，其特征在于，所述scr开关与所述稳压二极管反并联；
4.一种风速监测方法，其特征在于，该监测方法应用于权利要求1所述的电源管理电路，该风速监测方法包括：
5.根据权利要求4所述的风速监测方法，其特征在于，所述监测模型是通过以下方式获得的：
6.根据权利要求4所述的风速监测方法，其特征在于，所述监测模型为：
7.一种恒电压摩擦纳米发电机，其特征在于，该摩擦纳米发电机包括由...
【专利技术属性】
技术研发人员：王杰，胡月晓，李昕螈，高毅奎，
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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