基于摩擦发电机的储能装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于摩擦发电机的储能装置，以解决摩擦发电机所产生的电能在存储时损耗较大的问题。该装置包括：依次相连的第一摩擦发电机、第一整流电路、第一开关控制元件、耦合式电感线圈组、第二开关控制元件和储能元件，其中，第一摩擦发电机用于将机械能转换为电能；第一整流电路用于对第一摩擦发电机输出的电能进行整流处理；第一开关控制元件用于根据第一整流电路输出的电能值，使第一整流电路与耦合式电感线圈组断开或连通；耦合式电感线圈组用于存储第一整流电路输出的电能；第二开关控制元件用于根据耦合式电感线圈组中的电能值，使耦合式电感线圈组与储能元件断开或连通；储能元件用于存储耦合式电感线圈组输出的电能。
【专利说明】
基于摩擦发电机的储能装置
技术领域
[0001]本发明涉及电子电路领域，特别涉及一种基于摩擦发电机的储能装置。
【背景技术】
[0002]个人电子设备和传感器网络的迅速发展为用户带来了诸多便利。目前，大多数个人电子设备和传感器网络采用电池等储能元件进行供电，但是，在这种供电方式中，一旦储能元件的电量耗尽将无法正常工作。因此，如何为其提供一种便携的、可持续供电的能源成为一个至关重要的问题。
[0003]为了解决上述问题，一种采用摩擦发电机为电池等储能元件补充供电的技术应运而生。摩擦发电机通过对高分子材料的表面改性和微纳结构设计以及不同材料的精心配对，充分发挥和利用摩擦起电效应和静电耦合效应，将人类自身以及自然界中无处不在的运动、摩擦、压力、震动、气流、水流等机械能转换成电能加以储存和应用。
[0004]但是，由于摩擦发电机阻抗高、且输出的电能为电压极高的脉冲电，导致摩擦发电机的阻抗与储能元件的阻抗相差悬殊，所以电能存储时损耗较大。这样一来，摩擦发电机所产生的电能中很大一部分都被浪费了，并未得到有效利用。因此，如何避免电能在存储过程中的损耗，从而将摩擦发电机输出的电能高效地存储在储能元件中，以便及时补充储能元件消耗的电能成为目前亟待解决的难题。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种基于摩擦发电机的储能装置，用以解决现有技术中的摩擦发电机所产生的电能在存储过程中损耗较大，导致利用率不高的问题。
[0006]本发明提供了一种基于摩擦发电机的储能装置，包括:第一摩擦发电机、第一整流电路、第一开关控制元件、耦合式电感线圈组、第二开关控制元件以及储能元件，其中，
[0007]第一摩擦发电机，用于将作用在其上的机械能转换为电能；
[0008]第一整流电路，其与第一摩擦发电机相连，用于对第一摩擦发电机输出的电能进行整流处理；
[0009]第一开关控制元件，其分别与第一整流电路和耦合式电感线圈组相连，用于监测第一整流电路输出的电能值，在监测到的第一整流电路输出的电能值小于第一预设阈值时断开，和/或，在监测到的第一整流电路输出的电能值大于或等于第一预设阈值时闭合；
[0010]耦合式电感线圈组，其通过第一开关控制元件与第一整流电路相连，用于在第一开关控制元件闭合时存储第一整流电路输出的电能；
[0011]第二开关控制元件，其分别与耦合式电感线圈组和储能元件相连，用于监测耦合式电感线圈组中的电能值，在监测到的耦合式电感线圈组中的电能值小于第二预设阈值时断开，和/或，在监测到的耦合式电感线圈组中的电能值大于或等于第二预设阈值时闭合；
[0012]储能元件，其通过第二开关控制元件与耦合式电感线圈组相连，用于在第二开关控制元件闭合时存储耦合式电感线圈组输出的电能。
[0013]可选地，耦合式电感线圈组包括第一电感线圈和第二电感线圈。
[0014]可选地，第一电感线圈通过第一开关控制元件与第一整流电路相连，用于存储第一整流电路输出的电能;其中，第一开关控制元件在监测到的第一整流电路输出的电能值小于第一预设阈值时断开，和/或，在监测到的第一整流电路输出的电能值大于或等于第一预设阈值时闭合。
[0015]可选地，第二电感线圈与第一电感线圈相互耦合，用于存储第一电感线圈输出的电能;第二电感线圈通过第二开关控制元件与储能元件相连，其中，第二开关控制元件在监测到的第二电感线圈中的电能值小于第二预设阈值时断开，和/或，在监测到的第二电感线圈中的电能值大于或等于第二预设阈值时闭合。
[0016]可选地，第一摩擦发电机包括第一端和第二端，第一整流电路包括第一端、第二端、第三端和第四端，第一开关控制元件包括第一端和第二端，第一电感线圈包括第一端和第二端，第二电感线圈包括第一端和第二端，第二开关控制元件包括第一端和第二端，储能元件包括第一端和第二端，其中，
[0017]第一摩擦发电机的第一端和第二端分别与第一整流电路的第一端和第二端对应相连；
[0018]第一整流电路的第四端与第一电感线圈的第二端相连；
[0019]第一开关控制元件的第一端与第一整流电路的第三端相连，第一开关控制元件的第二端与第一电感线圈的第一端相连；
[0020]第二开关控制元件的第一端与第二电感线圈的第一端相连，第二开关控制元件的第二端与储能元件的第一端相连；
[0021]第二电感线圈的第二端同时与第一电感线圈的第二端以及储能元件的第二端相连。
[0022]可选地，第一开关控制元件进一步包括:与储能元件的第一端和第二端分别相连的第一电源端和第二电源端;和/或，第二开关控制元件进一步包括:与储能元件的第一端和第二端分别相连的第一电源端和第二电源端。
[0023]可选地，第一开关控制元件进一步包括:比较器、晶体管开关、一电阻、第二电阻和第三电阻，其中，比较器包括第一端、第二端、第三端、第四端和第五端，晶体管开关包括第一端、第二端和第三端，第一电阻包括第一端和第二端，第二电阻包括第一端和第二端，第三电阻包括第一端和第二端，其中，
[0024]比较器的第二端同时与第三电阻的第一端和晶体管开关的第一端相连作为第一开关控制元件的第一端与第一整流电路的第三端相连；
[0025]晶体管开关的第二端作为第一开关控制元件的第二端与第一电感线圈的第一端相连；
[0026]比较器的第三端与第一电阻的第一端相连作为第一开关控制元件的第一电源端与储能元件的第一端相连；
[0027]比较器的第四端同时与第二电阻的第二端和第三电阻的第二端相连作为第一开关控制元件的第二电源端与储能元件的第二端相连；
[0028]比较器的第一端同时与第一电阻的第二端和第二电阻的第一端相连;比较器的第五端与晶体管开关的第三端相连。
[0029]可选地，第一开关控制元件进一步包括:比较器、晶体管开关、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻，其中，比较器包括第一端、第二端、第三端、第四端和第五端，晶体管开关包括第一端、第二端和第三端，第一电阻包括第一端和第二端，第二电阻包括第一端和第二端，第三电阻包括第一端和第二端，第四电阻包括第一端和第二端，其中，
[0030]第四电阻的第一端与晶体管开关的第一端相连作为第一开关控制元件的第一端与第一整流电路的第三端相连；
[0031]晶体管开关的第二端作为第一开关控制元件的第二端与第一电感线圈的第一端相连；
[0032]比较器的第三端与第一电阻的第一端相连作为第一开关控制元件的第一电源端与储能元件的第一端相连；
[0033]比较器的第四端同时与第二电阻的第二端和第三电阻的第二端相连作为第一开关控制元件的第二电源端与储能元件的第二端相连；
[0034]比较器的第一端同时与第一电阻的第二端和第二电阻的第一端相连;比较器的第二端同时与第三电阻的第一端和第四电阻的第二端相连;比较器的第五端与晶体管开关的第三端相连。
[0035]可选地，第三电阻和第四电阻为分压电阻，且第三电阻与第四电阻之间的分压比的数值范围为1:100-100:1。
[0036]可选地，第三电阻与第四电阻之间的分压比的数值范围为1:20-20:1。
[0037]可选地，进一步包括:第二摩擦发电机和第二整流电路，其中，
[0038]第二摩擦发电机，其与第二整流电路相连，用于将作用在其上的机械能转换为电會K;
[0039]第二整流电路，其与储能元件相连，用于对第二摩擦发电机输出的电能进行整流处理，并将电能输出至储能元件，为储能元件补充电能。
[0040]可选地，第二摩擦发电机包括第一端和第二端，第二整流电路包括第一端、第二端、第三端和第四端，其中，
[0041]第二摩擦发电机的第一端和第二端分别与第二整流电路的第一端和第二端对应相连；
[0042]第二整流电路的第三端和第四端分别与储能元件的第一端和第二端对应相连。
[0043]可选地，还进一步包括:电池元件，其中，电池元件与第一开关控制元件和/或第二开关控制元件相连，用于为第一开关控制元件提供监测第一整流电路输出的电能值所需的电能，和/或，为第二开关控制元件提供监测耦合式电感线圈组中的电能值所需的电能。
[0044]可选地，第一电感线圈与第二电感线圈通过异名端相连的方式进行耦合。
[0045]可选地，第一摩擦发电机和第二摩擦发电机为三层结构、四层结构、五层居间薄膜结构或五层居间电极结构摩擦发电机，摩擦发电机至少包含构成摩擦界面的两个相对面，摩擦发电机具有至少两个输出端;其中，
[0046]三层结构摩擦发电机包括:依次层叠设置的第一电极，第一高分子聚合物绝缘层，以及第二电极，其中，第一高分子聚合物绝缘层与第二电极相对的两个面构成摩擦界面；
[0047]四层结构摩擦发电机包括:依次层叠设置的第一电极，第一高分子聚合物绝缘层，第二高分子聚合物绝缘层以及第二电极，其中，第一高分子聚合物绝缘层与第二高分子聚合物绝缘层相对的两个面构成摩擦界面；
[0048]五层居间薄膜结构摩擦发电机包括:依次层叠设置的第一电极、第一高分子聚合物绝缘层、居间薄膜层、第二高分子聚合物绝缘层以及第二电极，其中，第一高分子聚合物绝缘层与居间薄膜层相对的两个面和/或第二高分子聚合物绝缘层与居间薄膜层相对的两个面构成摩擦界面；
[0049]五层居间电极结构摩擦发电机包括:依次层叠设置的第一电极、第一高分子聚合物绝缘层、居间电极层、第二高分子聚合物绝缘层以及第二电极，其中，第一高分子聚合物绝缘层与居间电极层相对的两个面和/或第二高分子聚合物绝缘层与居间电极层相对的两个面构成摩擦界面。
[0050]可选地，构成摩擦界面的两个相对面中的至少一个面上设置有微纳结构。
[0051]可选地，构成摩擦界面的两个相对面中的至少一个面向外拱起形成凸面，使两个摩擦界面之间形成间隙。
[0052]可选地，第一摩擦发电机和第二摩擦发电机分别为多个并联和/或串联连接的摩擦发电机，其中，多个并联和/或串联连接的摩擦发电机通过平铺方式和/或层叠方式设置。
[0053]在本发明提供的基于摩擦发电机的储能装置中，第一摩擦发电机所产生的电能经过整流之后，通过耦合式电感线圈组进行存储后再提供给储能元件，由于耦合式电感线圈组自身的阻抗及耦合作用能够使第一摩擦发电机的阻抗与储能元件的阻抗相匹配，由于阻抗匹配时输出功率最大，使第一摩擦发电机输出的电能得到最大程度的利用，避免了电能在存储过程中的大量损耗。因此，通过本发明提供的储能装置，能够及时补充储能元件消耗的电能，使储能装置一直处于电量充足的状态。
【附图说明】
[0054]图1示出了本发明提供的基于摩擦发电机的储能装置的一种结构图；
[0055]图2a以模块形式示出了本发明实施例一提供的一种基于摩擦发电机的储能装置的结构图；
[0056]图2b以电子元器件形式示出了本发明实施例一提供的一种基于摩擦发电机的储能装置的结构图；
[0057]图3示出了采用内阻法测量摩擦发电机阻抗时，不同阻值的电阻的功率与阻值关系的不意图；
[0058]图4示出了本发明实施例二提供的一种基于摩擦发电机的储能装置的结构图；
[0059]图5a示出了实施例一中的储能装置包含第一种结构的第一开关控制元件时的结构示意图；
[0060]图5b示出了实施例二中的储能装置包含第一种结构的第一开关控制元件时的结构示意图；
[0061]图6a示出了实施例一中的储能装置包含第二种结构的第一开关控制元件时的结构示意图；
[0062]图6b示出了实施例二中的储能装置包含第二种结构的第一开关控制元件时的结构示意图。
【具体实施方式】
[0063]为充分了解本发明之目的、特征及功效，借由下述具体的实施方式，对本发明做详细说明，但本发明并不仅仅限于此。
[0064]本发明提供了一种基于摩擦发电机的储能装置，可以解决现有技术中的摩擦发电机所产生的电能在存储过程中损耗较大，导致利用率不高的问题。
[0065]图1示出了本发明提供的基于摩擦发电机的储能装置的一种结构图，如图1所示，该储能装置包括:第一摩擦发电机10、第一整流电路20、第一开关控制元件30、耦合式电感线圈组40、第二开关控制元件50以及储能元件60，其中，第一摩擦发电机10，用于将作用在其上的机械能转换为电能;第一整流电路20，其与第一摩擦发电机10相连，用于对第一摩擦发电机10输出的电能进行整流处理;第一开关控制元件30，其分别与第一整流电路20和耦合式电感线圈组40相连，用于监测第一整流电路20输出的电能值，在监测到的第一整流电路20输出的电能值小于第一预设阈值时断开，和/或，在监测到的第一整流电路20输出的电能值大于或等于第一预设阈值时闭合;耦合式电感线圈组40，其通过第一开关控制元件30与第一整流电路20相连，用于在第一开关控制元件30闭合时存储第一整流电路20输出的电能;第二开关控制元件50，其分别与耦合式电感线圈组40和储能元件60相连，用于监测耦合式电感线圈组40中的电能值，在监测到的耦合式电感线圈组40中的电能值小于第二预设阈值时断开，和/或，在监测到的耦合式电感线圈组40中的电能值大于或等于第二预设阈值时闭合;储能元件60，其通过第二开关控制元件50与耦合式电感线圈组40相连，用于在第二开关控制元件50闭合时存储耦合式电感线圈组40输出的电能。
[0066]其中，耦合式电感线圈组可以通过多种形式实现，例如，可以由相互并联和/或相互串联的一组或多组电感线圈构成。可选地，耦合式电感线圈组包括第一电感线圈和第二电感线圈。其中，第一电感线圈通过第一开关控制元件与第一整流电路相连，用于存储第一整流电路输出的电能;其中，第一开关控制元件在监测到的第一整流电路输出的电能值小于第一预设阈值时断开，即控制第一整流电路与第一电感线圈断开，和/或在监测到的第一整流电路输出的电能值大于或等于第一预设阈值时闭合，即控制第一整流电路与第一电感线圈连通;第二电感线圈与第一电感线圈相互耦合，用于存储第一电感线圈输出的电能;第二电感线圈通过第二开关控制元件与储能元件相连，其中，第二开关控制元件在监测到的第二电感线圈中的电能值小于第二预设阈值时断开，即控制第二电感线圈与储能元件断开，和/或在监测到的第二电感线圈中的电能值大于或等于第二预设阈值时闭合，即控制第二电感线圈与储能元件连通。
[0067]由此可见，在本发明提供的基于摩擦发电机的储能装置中，第一摩擦发电机产生的电能经过整流之后，通过耦合式电感线圈组进行存储后再提供给储能元件，由于耦合式电感线圈组自身的阻抗及耦合作用能够使第一摩擦发电机的阻抗与储能元件的阻抗相匹配，由于阻抗匹配时输出功率最大，使第一摩擦发电机输出的电能得到最大程度的利用，避免了电能在存储过程中的大量损耗。因此，通过本发明提供的储能装置，能够及时补充储能元件消耗的电能，使储能装置一直处于电量充足的状态。
[0068]下面结合几个具体实施例对本发明中的基于摩擦发电机的储能装置进行详细介绍:
[0069]实施例一、
[0070]图2a和图2b示出了本发明实施例一提供的一种基于摩擦发电机的储能装置的结构图。其中，图2a示出了模块化的结构图，图2b示出了以电子元器件表示的结构图。该储能装置包括:第一摩擦发电机10、第一整流电路20、第一开关控制元件30、第一电感线圈401、第二电感线圈402、第二开关控制元件50和储能元件60。
[0071 ]下面详细介绍上述各个部分之间的电路连接关系:
[0072]如图2a和图2b所示，第一摩擦发电机10至少具有两个端，分别为第一端1A和第二端10B。第一整流电路20具有四个端，分别为第一端20A、第二端20B、第三端20C和第四端20D。第一开关控制元件30具有三个端，分别为第一端30A、第二端30B、第一电源端30C和第二电源端(图中未示出)，在实际情况中，第一开关控制元件30的第二电源端通常为接地端，与第一开关控制元件30的第一电源端30C配合使用，当然，第一开关控制元件30的第二电源端也可接其它参考电位点，此处不做限定。第一电感线圈401具有两个端，分别为第一端401A和第二端401B。第二电感线圈402具有两个端，分别为第一端402A和第二端402B。第二开关控制元件50具有三个端，分别为第一端50A、第二端50B、第一电源端50C和第二电源端(图中未示出)，在实际情况中，第一开关控制元件50的第二电源端通常为接地端，与第一开关控制元件50的第一电源端50C配合使用，当然，第一开关控制元件50的第二电源端也可接其它参考电位点，此处不做限定。储能元件60具有两个端，分别为第一端60A和第二端60B。
[0073]具体地，第一摩擦发电机10的第一端1A和第二端1B分别与第一整流电路20的第一端20A和第二端20B对应相连。第一整流电路20的第三端20C和第四端20D分别与第一开关控制元件30的第一端30A和第一电感线圈401的第二端401B对应相连。第一开关控制元件30的第二端30B与第一电感线圈401的第一端401A相连，第一开关控制元件30的第一电源端30C同时与第二开关控制元件50的第一电源端50C和储能元件60的第一端60A相连。第二开关控制元件50的第一端50A和第二端50B分别与第二电感线圈402的第一端402A和储能元件60的第一端60A对应相连。第二电感线圈402的第二端402B同时与第一电感线圈401的第二端401B和储能元件60的第二端60B相连。第一开关控制元件30的第二电源端(图中未示出)和第二开关控制元件50的第二电源端(图中未示出)都与储能元件60的第二端60B相连。
[0074]图2a和图2b所示的电路连接关系仅为示意性的一种连接关系，本领域技术人员还可以对其中的部分元器件的连接方式进行各种灵活改动，本发明对此不作限定。例如，第一开关控制元件30显然也可以连接在第一整流电路20的第四端20D与第一电感线圈401的第二端401B之间；与之类似地，第二开关控制元件50显然也可以连接在第二电感线圈402的第二端402B与储能元件60的第二端60B之间。
[0075]另外，储能元件60的第一端60A与第一开关控制元件30的第一电源端30C和第二开关控制元件50的第一电源端50C相连，以及储能元件60的第二端60B与第一开关控制元件30的第二电源端(图中未示出)和第二开关控制元件50的第二电源端(图中未示出)相连的目的在于向第一开关控制元件30以及第二开关控制元件50提供电能，本领域技术人员还可以灵活选择其它实现方式，例如，一种方式，第一开关控制元件30以及第二开关控制元件50采用无源器件实现，在该种方式下，可以省去储能元件60的第一端60A与第一开关控制元件30的电源端30C和第二开关控制元件50的电源端50C之间，以及储能元件60的第二端60B与第一开关控制元件30的第二电源端(图中未示出)和第二开关控制元件50的第二电源端(图中未示出)之间的电路连接。另一种方式，本实施例中的储能装置进一步包括与第一开关控制元件30(即与第一开关控制元件30的第一电源端30C和第二电源端)和第二开关控制元件50(即与第二开关控制元件50的第一电源端50C和第二电源端)相连的电池元件，在该种方式下，也可以省去储能元件60的第一端60A与第一开关控制元件30的电源端30C和第二开关控制元件50的电源端50C之间，以及储能元件60的第二端60B与第一开关控制元件30的第二电源端(图中未示出)和第二开关控制元件50的第二电源端(图中未示出)之间的电路连接。另夕卜，第一开关控制元件30和/或第二开关控制元件50还可以同时与电池元件和储能元件相连，以便根据实际情况选择电池元件和储能元件中的至少一个进行供电，例如，可以设置为当储能元件60有电时，优先利用储能元件60供电；或者，当电池元件有电时，优先利用电池元件供电等。总之，本领域技术人员可以对上述电路结构进行各种变形，只要能够实现通过耦合式电感线圈组提高电能输出的目的即可。
[0076]而且，在图2a和图2b所示的电路中，储能元件60的第一端60A和第二端60B既可以输入电能也可以向外提供电能，在其它的实施例中，储能元件60还可以具备单独的电能输出端，由该电能输出端与第一开关控制元件30的第一电源端30C和第二电源端，以及第二开关控制元件50的第一电源端50C和第二电源端相连。
[0077]下面结合上述的电路连接关系，介绍实施例一的储能装置的工作原理:其中，第一摩擦发电机10用于将作用在其上的机械能转换为电能。第一整流电路20用于对第一摩擦发电机10输出的电能进行整流处理。第一开关控制元件30，用于根据第一整流电路20输出的电能值，控制第一整流电路20与第一电感线圈401之间的断开或连通;第一电感线圈401和第二电感线圈402形成耦合式电感线圈组，用于存储第一整流电路20输出的电能;第二开关控制元件50，用于根据第二电感线圈402输出的电能值，控制第二电感线圈402与储能元件60的断开或连通;储能元件60，用于存储由第一电感线圈401和第二电感线圈402形成的耦合式电感线圈组输出的电能。
[0078]实施例一的储能装置的工作过程具体包含下述几个步骤:
[0079]步骤一:当外力作用在第一摩擦发电机10上时，第一摩擦发电机10将作用在其上的机械能转换为电能，并通过第一摩擦发电机10的第一端1A和第二端1B输出至第一整流电路20;
[0080]步骤二:第一整流电路20通过其第一端20A和第二端20B接收到上述电能后，对该电能进行整流处理，并通过其第三端20C和第四端20D输出至第一开关控制元件30的第一端30A和第一电感线圈401的第二端401B;
[0081]步骤三:在上述步骤一和步骤二进行的过程中，第一开关控制元件30利用经过储能元件60的第一端60A和第二端60B输出至其第一电源端30C和第二电源端的电能，实时监测第一整流电路20输出的电能值，当监测到的第一整流电路20输出的电能值小于第一预设阈值时，第一开关控制元件30中的开关保持在常开状态，以使第一整流电路20与第一电感线圈401之间的电路维持在断开状态；当监测到的第一整流电路20输出的电能值大于或者等于第一预设阈值时，第一开关控制元件30中的开关从常开状态切换为闭合状态，以使第一整流电路20与第一电感线圈401连通，进而使第一整流电路20输出的电能存储在第一电感线圈401中。
[0082]例如，以电压参数为例，假如第一开关控制元件30中的第二预设电压阈值(即第一预设阈值)为100V，若第一整流电路20输出的电压值大于或者等于第二预设电压阈值100V，则第一整流电路20通过第一开关控制元件30与第一电感线圈401连通，进而使第一整流电路20输出的电能存储在第一电感线圈401中，若第一整流电路20输出的电压值小于第二预设电压阈值100V，则第一开关控制元件30使第一整流电路20与第一电感线圈401断开。
[0083]步骤四:第一电感线圈401通过其第一端401A和第二端401B接收到第一整流电路20输出的电能后，对上述电能进行存储。由于第一电感线圈401与第二电感线圈402形成耦合式电感线圈组，故第一电感线圈401中存储的电能会输出至第二电感线圈402中进行存储。优选地，如图2b所示，第一电感线圈401和第二电感线圈402之间通过异名端相互连接的方式进行耦合，以提高由第一电感线圈401和第二电感线圈402构成的耦合式电感线圈组的电能存储率。
[0084]步骤五:在上述步骤一至步骤四进行的过程中，第二开关控制元件50利用经过储能元件60的第一端60A和第二端60B输出至其第一电源端50C和第二电源端的电能，实时监测第二电感线圈402输出的电能值，若第二电感线圈402输出的电能值大于或者等于第二预设阈值，第二开关控制元件50使第二电感线圈402与储能元件60连通，进而使第二电感线圈402输出的电能存储在储能元件60中；若第二电感线圈402输出的电能值小于第二预设阈值，第二开关控制元件50使第二电感线圈402与储能元件60断开。
[0085]以电压参数为例，假如第二开关控制元件50中的第二预设电压阈值(即第二预设阈值)为100V，若第二电感线圈402输出的电压值大于或者等于第一预设电压阈值100V，则第二电感线圈402通过第二开关控制元件50与储能元件60连通，使第二电感线圈402输出的电能存储在储能元件60中；若第二电感线圈402输出的电压值小于第一预设电压阈值100V，第二开关控制元件50使第二电感线圈402与储能元件60断开。由于摩擦发电机输出的电压较高，通常情况下，每次有效的发电过程所产生的电压值都会高于100V，因此，将第二预设阈值设置为100V时，可以使每次有效的发电过程产生的电能都得以存储。当然，本领域技术人员也可以根据需要对第二预设阈值的具体数值进行灵活调整，而且，该第二预设阈值也可以通过电流的形式表示。
[0086]应当理解的是，上述步骤一至步骤五是一个循环往复的过程，这样就实现了为储能元件60补充供电的功能，弥补了储能元件60为外界提供电能的损耗，从而延长了整个储能装置的使用寿命。
[0087]另外，根据阻抗匹配原则，当信号源内阻与负载阻抗匹配时输出功率最大。因此，在实施例一中，利用由第一电感线圈401和第二电感线圈402形成的耦合式电感线圈组来使第一摩擦发电机10与储能元件60的阻抗相互匹配，进而使第一摩擦发电机10的输出功率达到最大。
[0088]具体地，根据阻抗匹配原则，通过下述方式确定耦合式电感线圈组的相关参数:
[0089]首先，根据内阻法测量第一摩擦发电机的阻抗(即内部阻抗)。具体地，先将第一摩擦发电机与不同阻值的电阻相连，测试电阻的分压值，然后结合公式P = U2/R绘制出不同阻值的电阻的功率与阻值关系图，其中，P为功率，U为电压，R为电阻，如图3所示。根据第一摩擦发电机的阻抗与其连接的电阻的阻抗相等时输出功率最大的原则，找到功率密度最大点后，读取对应的阻值，该阻值即为第一摩擦发电机的阻抗。本领域技术人员还可以灵活采取其它多种方式来确定第一摩擦发电机的阻抗，本发明对具体的确定方式不作限定。此外，在测得不同电阻的分压值后，也可以通过公式I=U/R，先求得I，然后根据公式P = I2R绘制出不同阻值的电阻的功率与阻值关系图，其中，P为功率，I为电流，R为电阻，如图3所示。
[0090]然后，确定储能元件的阻抗。具体地，可以根据实际应用中使用的储能元件的参数情况来确定储能元件的阻抗，也可以通过其它各种方式来确定储能元件的阻抗。
[0091]最后，根据第一摩擦发电机的阻抗以及储能元件的阻抗来确定耦合式电感线圈组的参数。具体地，可以将上述第一摩擦发电机的阻抗理解为初级阻抗，将上述储能元件的阻抗理解为次级阻抗，根据已知公式可知，初级阻抗与次级阻抗的阻抗比的关系为:初级阻抗= (nXn)次级阻抗，其中，η为第一电感线圈和第二电感线圈之间的匝数比。由此确定出第一电感线圈和第二电感线圈之间的匝数比为η:1。又根据公式L = NVRg = PoAcNiVlg，即可确定第一电感线圈的电感量，以及第二电感线圈的电感量L2 = N2/Rg=l/Rg = ^OAcyig。其中，N为线圈匝数，仏为磁阻，μο为磁导率常数，Ac为磁芯截面积，18为间隙长度。上式中，磁导率常数μο、磁芯截面积Ac、间隙长度I g为已知量，与选用的磁芯的材质、磁芯几何尺寸有关。
[0092]由此可见，在本实施例中，通过为耦合式电感线圈组选择合适的参数，使第一摩擦发电机的阻抗与储能元件的阻抗相互匹配，从而使第一摩擦发电机的输出功率达到最大值，有效减少了因阻抗不匹配所导致的电能浪费，进而能够高效地为储能元件补充电能。
[0093]另外，实施例一中设置有第一开关控制元件，通过第一开关控制元件能够监测第一整流电路输出的电能值，并仅在第一整流电路输出的电能值高于第一预设阈值时向第一电感线圈存储电能。通过该种方式，当第一摩擦发电机在无意间受到微小振动而发电时，由于产生的电能很小、不足以接通第一开关控制元件，因此避免了反复多次充电的情况发生，对于延长储能装置内部电子器件的使用寿命大有裨益。另外，本领域技术人员也可以对实施例一进行各种改动和变形。例如，在实施例一的基础上，进一步将第一开关控制元件设置为无源器件或能够通过摩擦发电机自供电的器件，从而达到既无需额外消耗储能元件的电能，又能够监测第一整流电路输出的电能值的目的。
[0094]实施例二、
[0095]图4示出了本发明实施例二提供的一种基于摩擦发电机的储能装置的结构图，如图4所示，该储能装置包括:第一摩擦发电机10、第一整流电路20、第一开关控制元件30、第一电感线圈401、第二电感线圈402、第二开关控制元件50、储能元件60、第二摩擦发电机70以及第二整流电路80。由此可见，实施例二在实施例一的基础上，进一步增加了第二摩擦发电机70和第二整流模块80，除此之外，实施例二的其余部分与实施例一均相同，下面仅对实施例二与实施例一的不同部分进行描述，对于相同部分此处不再赘述。
[0096]其中，第二摩擦发电机70至少具有两个端，分别为第一端70A和第二端70B。第二整流模块80具有四个端，分别为第一端80A、第二端80B、第三端80C和第四端80D。具体地，第二摩擦发电机70的第一端70A和第二端70B分别与第二整流模块80的第一端80A和第二端80B对应相连，用于将作用在其上的机械能转换为电能输出至第二整流模块80。第二整流模块80的第三端80C和第四端80D分别与储能元件60的第一端60A和第二端60B对应相连，用于对第二摩擦发电机70输出的电能进行整流处理，从而为储能元件60提供电能。
[0097]在实施例二中，之所以设置第二摩擦发电机70和第二整流模块80是为了避免储能元件60中剩余的电能不足以驱动第一开关控制元件30和/或第二开关控制元件50，导致第一开关控制元件30无法监测第一整流电路20输出的电能值和/或第二开关控制元件50无法监测第二电感线圈402输出的电能值的情况发生，也就是说，当储能元件60中剩余的电能很少时，可以通过第二摩擦发电机70将作用在其上的机械能转换为电能，并通过第二整流模块80对其进行整流处理后，为储能元件60提供电能，进而为第一开关控制元件30和/或第二开关控制元件50提供电能，以保证整个储能装置的正常工作。
[0098]另外，本领域技术人员还可以对上述各个实施例进行各种灵活改动和变形。例如，在上述实施例中，第一开关控制元件集监测和通断功能于一身，即:既要监测第一整流电路输出的电能值，又要根据监测到的第一整流电路输出的电能值进行断开或闭合。在本发明其它的实施例中，第一开关控制元件也可以通过单纯的开关电路实现，此时，可以额外再设置一个开关控制器，由开关控制器负责监测第一整流电路输出的电能值，并根据监测到的第一整流电路输出的电能值控制第一开关控制元件的通断，开关控制器可以选择由储能元件供电和/或由电池元件供电等多种供电方式。与之类似地，第二开关控制元件也可以通过单纯的开关电路实现，由开关控制器负责监测耦合式电感线圈组中的电能值，并根据监测结果控制第二开关控制元件的通断，此时，可以设置两开关控制器，分别控制第一开关控制元件和第二开关控制元件，也可以设置一个开关控制器，同时控制第一开关控制元件和第二开关控制元件。当仅设置一个开关控制器时，仅需为一个开关控制器供电，从而可以节约电能消耗;当设置两个开关控制器时，两个开关控制器还可以采取主备工作方式，即优先由主用开关控制器同时控制第一开关控制元件和第二开关控制元件，并在主用开关控制器故障或无电时转由备用开关控制器控制第一开关控制元件和第二开关控制元件，从而提高储能装置的耐用性。
[0099]另外，在上述各个实施例中，第一开关控制元件的通断可以完全取决于第一整流电路输出的电能值，即:实时监测第一整流电路输出的电能值，只要监测到的第一整流电路输出的电能值小于第一预设阈值则断开，大于或等于第一预设阈值则闭合，此时，第一开关控制元件内部的控制逻辑为:在第一整流电路输出的电能值小于第一预设阈值时断开，以及在第一整流电路输出的电能值大于或等于第一预设阈值时闭合。除此之外，第一开关控制元件还可以通过常开式开关来实现，即:第一开关控制元件默认处于断开状态，只有当监测到的第一整流电路输出的电能值大于或等于所述第一预设阈值时才转为闭合状态，此时，由于第一开关控制元件默认为断开状态，因此，其内部的控制逻辑为:当第一整流电路输出的电能值大于或等于第一预设阈值时闭合。与之类似地，第一开关控制元件还可以通过常闭式开关来实现，即:第一开关控制元件默认处于闭合状态，只有当监测到的第一整流电路输出的电能值小于第一预设阈值时才转为断开状态，此时，由于第一开关控制元件默认为闭合状态，因此，其内部的控制逻辑为:当第一整流电路输出中的电能值小于第一预设阈值时断开。总之，本领域技术人员可以对第一开关控制元件的具体实现细节进行灵活调整，类似地，第二开关控制元件也可以相应地通过多种方式实现，此处不再赘述。
[0100]为了便于实施本发明，下面给出第一开关控制元件的两种可能的具体结构:
[0101]图5a示出了实施例一中的储能装置包含第一种结构的第一开关控制元件时的结构示意图，图5b示出了实施例二中的储能装置包含第一种结构的第一开关控制元件时的结构示意图。如图5a和图5b所示，在第一开关控制元件30的第一种结构中，进一步包括:比较器301、晶体管开关302、第一电阻303、第二电阻304和第三电阻305，其中，比较器301包括第一端301A、第二端301B、第三端301C、第四端301D和第五端301E，晶体管开关包括第一端302A、第二端302B和第三端302C，第一电阻303包括第一端303A和第二端303B，第二电阻304包括第一端304A和第二端304B，第三电阻305包括第一端305A和第二端305B。
[0102]具体地，比较器301的第二端301B同时与第三电阻305的第一端305A和晶体管开关302的第一端302A相连作为第一开关控制元件30的第一端30A与第一整流电路20的第三端20C相连；晶体管开关302的第二端302B作为第一开关控制元件30的第二端30B与第一电感线圈401的第一端401A相连；比较器301的第三端301C与第一电阻303的第一端303A相连作为第一开关控制元件30的第一电源端30C与储能元件60的第一端60A相连；比较器301的第四端301D同时与第二电阻304的第二端304B和第三电阻305的第二端305B相连作为第一开关控制元件30的第二电源端与储能元件60的第二端60B相连;比较器301的第一端301A同时与第一电阻303的第二端303B和第二电阻304的第一端304A相连；比较器301的第五端301E与晶体管开关302的第三端302C相连。
[0103]其中，晶体管开关302可以是匪OS晶体管等各类能够实现开关功能的元器件。由此可见，第一种形式的第一开关控制元件主要利用比较器和晶体管开关实现通断功能，其内部工作原理如下:比较器301的第一端301A(也叫比较器的负端)用于设置基准电压，其中，该基准电压是通过合理设置储能元件60的输出电压值以及第一电阻303和第二电阻304的阻值，使输入比较器301的第一端301A的基准电压的数值与上文提到的第一预设阈值相同。另外，比较器301的第二端301B(也叫比较器的正端)用于接收比较电压(即第一整流电路20输出的电压值)，该比较电压是由第一整流电路20整流后输出的正向电压，当比较电压大于或者等于基准电压时，比较器301输出高电平，从而使晶体管开关302导通，进而使第一整流电路20输出的电能存储至第一电感线圈401，反之，当比较电压小于基准电压时，比较器301输出低电平，从而使晶体管开关302保持断开，进而使第一整流电路20与第一电感线圈401断开。其中，第三电阻305可以设置为接地，以防止出现悬空状态而使比较器301误触发。
[0104]图6a示出了实施例一中的储能装置包含第二种结构的第一开关控制元件时的结构示意图，图6b示出了实施例二中的储能装置包含第二种结构的第一开关控制元件时的结构示意图。如图6a和图6b所示，在第一开关控制元件30的第二种结构中，进一步包括:比较器301、晶体管开关302、第一电阻303、第二电阻304、第三电阻305和第四电阻306，其中，比较器301包括第一端301A、第二端301B、第三端301C、第四端301D和第五端301E，晶体管开关302包括第一端302A、第二端302B和第三端302C，第一电阻303包括第一端303A和第二端303B，第二电阻304包括第一端304A和第二端304B，第三电阻305包括第一端305A和第二端305B，第四电阻306包括第一端306A和第二端306B。
[0105]具体地，第四电阻306的第一端306A与晶体管开关302的第一端302A相连作为第一开关控制元件30的第一端30A与第一整流电路20的第三端20C相连；晶体管开关302的第二端302B作为第一开关控制元件30的第二端30B与第一电感线圈401的第一端401A相连;比较器301的第三端301C与第一电阻303的第一端303A相连作为第一开关控制元件30的第一电源端30C与储能元件60的第一端60A相连;比较器301的第四端301D同时与第二电阻304的第二端304B和第三电阻305的第二端305B相连作为第一开关控制元件30的第二电源端与储能元件60的第二端60B相连；比较器301的第一端301A同时与第一电阻303的第二端303B和第二电阻304的第一端304A相连；比较器301的第二端301B同时与第三电阻305的第一端305A和第四电阻306的第二端306B相连；比较器301的第五端301E与晶体管开关302的第三端302C相连。
[0106]其中，晶体管开关302可以是匪OS晶体管等各类能够实现开关功能的元器件。由此可见，第二种形式的第一开关控制元件也是利用比较器和晶体管开关来实现的，其与第一种形式的区别在于增加了第四电阻306。其内部工作原理如下:比较器301的第一端301A(也叫比较器的负端)用于设置基准电压，其中，该基准电压是通过合理设置储能元件60的输出电压值以及第一电阻303和第二电阻304的阻值，使输入比较器301的第一端301A的基准电压的数值与上文提到的第一预设阈值相同。另外，比较器301的第二端301B(也叫比较器的正端)用于接收比较电压(即第一整流电路20输出的电压值)，该比较电压是由第一整流电路20整流后输出的正向电压，且该正向电压经第三电阻305和第四电阻306分压后输入比较器301的第二端301B，当比较电压大于或者等于基准电压时，比较器301输出高电平，从而使晶体管开关302导通，进而使第一整流电路20输出的电能存储至第一电感线圈401，反之，当比较电压小于基准电压时，比较器301输出低电平，从而使晶体管开关302保持断开，进而使第一整流电路20与第一电感线圈401断开。其中，第三电阻305和第四电阻306的主要作用在于分压，以便调节输入比较器301的第二端301B的电压范围，防止因输入电压过高而使比较器301损坏。
[0107]可选地，第三电阻305与第四电阻306之间的分压比的数值范围为1:100-100:1。更优选地，第三电阻305与第四电阻306之间的分压比的数值范围为1:20-20:1。
[0108]另外，在上述的各个实施例中，第二开关控制元件50还可以灵活通过二极管、整流桥等各种形式实现。
[0109]若第二开关控制元件50采用二极管实现时，二极管具有两端，分别为第一端(正端)和第二端(负端)，其中，二极管的第一端(即第二开关控制元件50的第一端50A)和第二端(即第二开关控制元件50的第二端50B)分别与第二电感线圈402的第一端402A和储能元件60的第一端60A对应相连，当第二电感线圈402中的电能值大于或者等于二极管正向导通电压(即第二预设阈值)时，第二电感线圈402储能元件60连通，反之，当第二电感线圈402中的电能值小于二极管的正向导通电压(即第二预设阈值)时，第二电感线圈402储能元件60断开。
[0110]若第二开关控制元件50采用整流桥实现时，整流桥具有四端，分别为第一端、第二端、第三端和第四端，其中，整流桥的第一端和第二端分别与第二电感线圈402的第一端402A和第二端402B对应相连，整流桥的第三端和第四端分别与储能元件60的第一端60A和第二端60B对应相连，当第二电感线圈402中的电能值大于或者等于整流桥导通电压(即第二预设阈值)时，第二电感线圈402储能元件60连通，反之，当第二电感线圈402中的电能值小于整流桥的导通电压(即第二预设阈值)时，第二电感线圈402储能元件60断开。
[0111]在上述的各个实施例中，储能元件可以是电解电容器、石墨烯超级电容器、陶瓷电容器等各类储能元件，本发明对储能元件的具体形式不作限定，凡是能够存储电能的元件均可应用于本发明。
[0112]另外，在上述的各个实施例中，第一摩擦发电机和第二摩擦发电机均可以通过多种形式实现，可以灵活选择三层结构摩擦发电机、四层结构摩擦发电机、五层居间薄膜结构摩擦发电机或五层居间电极结构摩擦发电机，本发明对摩擦发电机的具体形式不作限定，只要能够实现摩擦起电的效果即可。
[0113]其中，第一摩擦发电机的数量可以为一个，也可以为多个；当采用多个第一摩擦发电机时，多个第一摩擦发电机之间采用串联和/或并联的方式进行连接，且多个第一摩擦发电机之间不仅可以采用平铺的方式设置，还可以采用层叠的方式进行设置，更可以采用层叠与平铺相结合的方式设置，此处不做限定，本领域技术人员可以根据需要进行选择。与之类似地，第二摩擦发电机的数量及设置方式也可以参照上述关于第一摩擦发电机的描述进行多种选择。
[0114]为了便于理解，下面通过几个示例简单介绍几种可供选择的摩擦发电机的具体结构:
[0115]示例一、
[0116]摩擦发电机的第一种结构为三层结构，其包括:依次层叠设置的第一电极，第一高分子聚合物绝缘层，以及第二电极。具体地，第一电极设置在第一高分子聚合物绝缘层的第一侧表面上;且第一高分子聚合物绝缘层的第二侧表面与第二电极相对设置。在上述结构中，第一高分子聚合物绝缘层的第一侧表面与第一电极之间相对固定，第一高分子聚合物绝缘层的第二侧表面与第二电极之间在受到按压或发生弯曲时接触摩擦并在第二电极和第一电极处感应出电荷。因此，在本示例中，第一高分子聚合物绝缘层和第二电极相对设置的两个面作为摩擦发电机的摩擦界面，上述的第一电极和第二电极分别作为摩擦发电机的两个输出端。
[0117]其中，该方式通过金属与聚合物进行摩擦，主要利用了金属容易失去电子的特性，使摩擦界面之间形成感应电场，从而产生电压和/或电流。
[0118]示例二、
[0119]摩擦发电机的第二种结构为四层结构，其包括:依次层叠设置的第一电极，第一高分子聚合物绝缘层，第二高分子聚合物绝缘层以及第二电极。具体地，第一电极设置在第一高分子聚合物绝缘层的第一侧表面上;第二电极设置在第二高分子聚合物绝缘层的第一侧表面上;其中，第一高分子聚合物绝缘层的第二侧表面与第二高分子聚合物绝缘层的第二侧表面在受到按压或发生弯曲时接触摩擦并在第一电极和第二电极处感应出电荷。因此，在本示例中，第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层相对设置的两个面作为摩擦发电机的摩擦界面。其中，第一电极和第二电极分别作为摩擦发电机的两个输出端。
[0120]示例三、
[0121]摩擦发电机的第三种结构为带有居间薄膜的五层结构，包括依次层叠设置的第一电极、第一高分子聚合物绝缘层、居间薄膜层、第二高分子聚合物绝缘层以及第二电极。具体地，第一电极设置在第一高分子聚合物绝缘层的第一侧表面上;第二电极设置在第二高分子聚合物绝缘层的第一侧表面上，且居间薄膜层设置在第一高分子聚合物绝缘层的第二侧表面和第二高分子聚合物绝缘层的第二侧表面之间。在本示例中，居间薄膜层为居间聚合物，其可以直接设置在第一高分子聚合物绝缘层与第二高分子聚合物绝缘层之间，且与第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层之间都不固定，这时，居间薄膜层与第一高分子聚合物绝缘层之间形成一个摩擦界面，居间薄膜层与第二高分子聚合物绝缘层之间形成另一个摩擦界面。或者，居间薄膜层也可以与第一高分子聚合物绝缘层或第二高分子聚合物绝缘层中的一个相对固定，而与另一个构成摩擦界面接触摩擦。例如，居间薄膜层的第一侧表面固定在第二高分子聚合物绝缘层的第二侧表面上，且居间薄膜层的第二侧表面与第一高分子聚合物绝缘层的第二侧表面构成摩擦界面接触摩擦。此时，由于居间薄膜层与第二高分子聚合物绝缘层相对固定，因此，当该摩擦发电机受到挤压时，第一高分子聚合物绝缘层的第二侧表面与居间薄膜层的第二侧表面接触摩擦并在第一电极和第二电极处感应出电荷。
[0122]示例四、
[0123]摩擦发电机的第四种结构为带有居间电极的五层结构，包括:依次层叠设置的第一电极，第一高分子聚合物绝缘层，居间电极层，第二高分子聚合物绝缘层和第二电极;其中，第一电极设置在第一高分子聚合物绝缘层的第一侧表面上;第二电极设置在第二高分子聚合物绝缘层的第一侧表面上，居间电极层设置在第一高分子聚合物绝缘层的第二侧表面与第二高分子聚合物绝缘层的第二侧表面之间。在这种方式中，通过居间电极层与第一高分子聚合物绝缘层和第二高分子聚合物绝缘层之间的摩擦产生静电荷，由此将在居间电极层与第一电极和第二电极之间产生电势差。在本示例中，居间电极层是由能够制作电极的材料制作的。其中，居间电极层与第一高分子聚合物绝缘层相对设置的两个面构成一组摩擦界面，和/或居间电极层与第二高分子聚合物绝缘层相对设置的两个面构成另一组摩擦界面;第一电极和第二电极串联为摩擦发电机的一个输出端;居间电极层作为摩擦发电机的另一个输出端。
[0124]进一步地，为了提高摩擦发电机的发电能力，在上述四种示例中，还可以在构成摩擦界面的两个相对面中的至少一个面上设置微纳结构。因此，当摩擦发电机受到挤压时，两个摩擦界面的相对表面能够更好地接触摩擦，并感应出较多的电荷。上述的微纳结构具体可以采取如下两种可能的实现方式:第一种方式为，该微纳结构是微米级或纳米级的非常小的凹凸结构。该凹凸结构能够增加摩擦阻力，提高发电效率。凹凸结构能够在薄膜制备时直接形成，也能够用打磨的方法使第一高分子聚合物绝缘层的表面形成不规则的凹凸结构。具体地，该凹凸结构可以是半圆形、条纹状、立方体型、四棱锥型、或圆柱形等形状的凹凸结构。第二种方式为，该微纳结构是纳米级孔状结构，此时第一高分子聚合物绝缘层所用材料优选为聚偏氟乙烯(PVDF)，其厚度为0.5-1.2mm(优选1.0mm)，且其相对第二电极的面上设有多个纳米孔。其中，每个纳米孔的尺寸，即宽度和深度，可以根据应用的需要进行选择，优选的纳米孔的尺寸为:宽度为1-1OOnm以及深度为4-50μπι。纳米孔的数量可以根据需要的输出电流值和电压值进行调整，优选的这些纳米孔是孔间距为2_30μπι的均匀分布，更优选的平均孔间距为9μι的均匀分布。
[0125]另外，根据摩擦发电机的工作原理，在摩擦发电机工作的过程中，两个摩擦界面需要不断的接触摩擦和分离，而一直处于接触状态或者分离状态时，发电机则不能具有很好的输出性能。因此，为了能够制作出性能优异的发电机，在上述的四种示例中，摩擦发电机还可以为拱形，例如:进一步地使构成摩擦界面的两个相对面中的至少一个面向外拱起形成凸面(即:至少一个摩擦界面的中间部分朝向远离或接近另一摩擦界面的方向拱起)，由此在两个摩擦界面之间形成间隙，使两个摩擦界面在不受力的情况下能够自动弹起。除此之外，还可以在两个摩擦界面之间设置弹簧和/或垫片，从而进一步使得两个摩擦界面能够在不受力的情况下自动弹起，其中，弹簧和/或垫片既可以设置在两个摩擦界面的边角等位置，也可以设置在两个摩擦界面的中心位置。
[0126]综上所述，本发明提供的基于摩擦发电机的储能装置，针对摩擦发电机产生的电能的特点，设计出与其相适应的电路，为储能元件供电，减少了电能损耗，增加了能量存储利用效率。其中，由于采用摩擦发电机并结合相适应的电路为储能元件补充消耗的电能，延长了储能元件的使用寿命，同时也避免了因电池耗尽而无法使用或更换电池的麻烦。本方案中的基于摩擦发电机的储能装置，不仅质量轻，体积小，便于用户携带和使用；而且其结构及制作工艺简单，成本低廉，适合大规模工业化生产。
[0127]本领域技术人员可以理解，虽然上述说明中，为便于理解，对方法的步骤采用了顺序性描述，但是应当指出，对于上述步骤的顺序并不作严格限制。
[0128]本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，如:R0M/RAM、磁碟、光盘等。
[0129]还可以理解的是，附图或实施例中所示的装置结构仅仅是示意性的，表示逻辑结构。其中作为分离部件显示的模块可能是或者可能不是物理上分开的，作为模块显示的部件可能是或者可能不是物理模块。
[0130]显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
【主权项】
1.一种基于摩擦发电机的储能装置，其特征在于，包括:第一摩擦发电机、第一整流电路、第一开关控制元件、耦合式电感线圈组、第二开关控制元件以及储能元件，其中， 所述第一摩擦发电机，用于将作用在其上的机械能转换为电能； 所述第一整流电路，其与所述第一摩擦发电机相连，用于对所述第一摩擦发电机输出的电能进行整流处理； 所述第一开关控制元件，其分别与所述第一整流电路和所述耦合式电感线圈组相连，用于监测所述第一整流电路输出的电能值，在监测到的所述第一整流电路输出的电能值小于第一预设阈值时断开，和/或，在监测到的所述第一整流电路输出的电能值大于或等于所述第一预设阈值时闭合； 所述耦合式电感线圈组，其通过所述第一开关控制元件与所述第一整流电路相连，用于在所述第一开关控制元件闭合时存储所述第一整流电路输出的电能； 所述第二开关控制元件，其分别与所述耦合式电感线圈组和所述储能元件相连，用于监测所述耦合式电感线圈组中的电能值，在监测到的所述耦合式电感线圈组中的电能值小于第二预设阈值时断开，和/或，在监测到的所述耦合式电感线圈组中的电能值大于或等于所述第二预设阈值时闭合； 所述储能元件，其通过所述第二开关控制元件与所述耦合式电感线圈组相连，用于在所述第二开关控制元件闭合时存储所述耦合式电感线圈组输出的电能。2.根据权利要求1所述的储能装置，其特征在于，所述耦合式电感线圈组包括第一电感线圈和第二电感线圈。3.根据权利要求2所述的储能装置，其特征在于，所述第一电感线圈通过所述第一开关控制元件与所述第一整流电路相连，用于存储所述第一整流电路输出的电能;其中，所述第一开关控制元件在监测到的所述第一整流电路输出的电能值小于所述第一预设阈值时断开，和/或，在监测到的所述第一整流电路输出的电能值大于或等于所述第一预设阈值时闭入口 ο4.根据权利要求2或3所述的储能装置，其特征在于，所述第二电感线圈与所述第一电感线圈相互耦合，用于存储所述第一电感线圈输出的电能;所述第二电感线圈通过所述第二开关控制元件与所述储能元件相连，其中，所述第二开关控制元件在监测到的所述第二电感线圈中的电能值小于所述第二预设阈值时断开，和/或，在监测到的所述第二电感线圈中的电能值大于或等于所述第二预设阈值时闭合。5.根据权利要求2-4任一项所述的储能装置，其特征在于，所述第一摩擦发电机包括第一端和第二端，所述第一整流电路包括第一端、第二端、第三端和第四端，所述第一开关控制元件包括第一端和第二端，所述第一电感线圈包括第一端和第二端，所述第二电感线圈包括第一端和第二端，所述第二开关控制元件包括第一端和第二端，所述储能元件包括第一端和第二端，其中， 所述第一摩擦发电机的第一端和第二端分别与所述第一整流电路的第一端和第二端对应相连； 所述第一整流电路的第四端与所述第一电感线圈的第二端相连； 所述第一开关控制元件的第一端与所述第一整流电路的第三端相连，所述第一开关控制元件的第二端与所述第一电感线圈的第一端相连； 所述第二开关控制元件的第一端与所述第二电感线圈的第一端相连，所述第二开关控制元件的第二端与所述储能元件的第一端相连； 所述第二电感线圈的第二端同时与所述第一电感线圈的第二端以及所述储能元件的第二端相连。6.根据权利要求5所述的储能装置，其特征在于，所述第一开关控制元件进一步包括:与所述储能元件的第一端和第二端分别相连的第一电源端和第二电源端;和/或，所述第二开关控制元件进一步包括:与所述储能元件的第一端和第二端分别相连的第一电源端和第二电源端。7.根据权利要求6所述的储能装置，其特征在于，所述第一开关控制元件进一步包括:比较器、晶体管开关、第一电阻、第二电阻和第三电阻，其中，所述比较器包括第一端、第二端、第三端、第四端和第五端，所述晶体管开关包括第一端、第二端和第三端，所述第一电阻包括第一端和第二端，所述第二电阻包括第一端和第二端，所述第三电阻包括第一端和第二端，其中， 所述比较器的第二端同时与所述第三电阻的第一端和所述晶体管开关的第一端相连作为所述第一开关控制元件的第一端与所述第一整流电路的第三端相连； 所述晶体管开关的第二端作为所述第一开关控制元件的第二端与所述第一电感线圈的第一端相连； 所述比较器的第三端与所述第一电阻的第一端相连作为所述第一开关控制元件的第一电源端与所述储能元件的第一端相连； 所述比较器的第四端同时与所述第二电阻的第二端和所述第三电阻的第二端相连作为所述第一开关控制元件的第二电源端与所述储能元件的第二端相连； 所述比较器的第一端同时与所述第一电阻的第二端和所述第二电阻的第一端相连;所述比较器的第五端与所述晶体管开关的第三端相连。8.根据权利要求6所述的储能装置，其特征在于，所述第一开关控制元件进一步包括:比较器、晶体管开关、第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻，其中，所述比较器包括第一端、第二端、第三端、第四端和第五端，所述晶体管开关包括第一端、第二端和第三端，所述第一电阻包括第一端和第二端，所述第二电阻包括第一端和第二端，所述第三电阻包括第一端和第二端，所述第四电阻包括第一端和第二端，其中， 所述第四电阻的第一端与所述晶体管开关的第一端相连作为所述第一开关控制元件的第一端与所述第一整流电路的第三端相连； 所述晶体管开关的第二端作为所述第一开关控制元件的第二端与所述第一电感线圈的第一端相连； 所述比较器的第三端与所述第一电阻的第一端相连作为所述第一开关控制元件的第一电源端与所述储能元件的第一端相连； 所述比较器的第四端同时与所述第二电阻的第二端和所述第三电阻的第二端相连作为所述第一开关控制元件的第二电源端与所述储能元件的第二端相连； 所述比较器的第一端同时与所述第一电阻的第二端和所述第二电阻的第一端相连;所述比较器的第二端同时与所述第三电阻的第一端和所述第四电阻的第二端相连;所述比较器的第五端与所述晶体管开关的第三端相连。9.根据权利要求8所述的储能装置，其特征在于，所述第三电阻和所述第四电阻为分压电阻，且所述第三电阻与所述第四电阻之间的分压比的数值范围为1:100-100:1。10.根据权利要求9所述的储能装置，其特征在于，所述第三电阻与所述第四电阻之间的分压比的数值范围为I: 20-20:1。11.根据权利要求1-10任一项所述的储能装置，其特征在于，进一步包括:第二摩擦发电机和第二整流电路，其中， 所述第二摩擦发电机，其与所述第二整流电路相连，用于将作用在其上的机械能转换为电能； 所述第二整流电路，其与所述储能元件相连，用于对所述第二摩擦发电机输出的电能进行整流处理，并将所述电能输出至所述储能元件，为所述储能元件补充电能。12.根据权利要求11所述的储能装置，其特征在于，所述第二摩擦发电机包括第一端和第二端，所述第二整流电路包括第一端、第二端、第三端和第四端，其中， 所述第二摩擦发电机的第一端和第二端分别与所述第二整流电路的第一端和第二端对应相连； 所述第二整流电路的第三端和第四端分别与所述储能元件的第一端和第二端对应相连。13.根据权利要求1所述的储能装置，其特征在于，还进一步包括:电池元件，其中，所述电池元件与所述第一开关控制元件和/或所述第二开关控制元件相连，用于为所述第一开关控制元件提供监测所述第一整流电路输出的电能值所需的电能，和/或，为所述第二开关控制元件提供监测所述耦合式电感线圈组中的电能值所需的电能。14.根据权利要求2-13任一项所述的储能装置，其特征在于，所述第一电感线圈与所述第二电感线圈通过异名端相连的方式进行耦合。15.根据权利要求1-14任一项所述的储能装置，其特征在于，所述第一摩擦发电机和所述第二摩擦发电机为三层结构、四层结构、五层居间薄膜结构或五层居间电极结构摩擦发电机，所述摩擦发电机至少包含构成摩擦界面的两个相对面，所述摩擦发电机具有至少两个输出端;其中， 所述三层结构摩擦发电机包括:依次层叠设置的第一电极，第一高分子聚合物绝缘层，以及第二电极，其中，所述第一高分子聚合物绝缘层与所述第二电极相对的两个面构成所述摩擦界面； 所述四层结构摩擦发电机包括:依次层叠设置的第一电极，第一高分子聚合物绝缘层，第二高分子聚合物绝缘层以及第二电极，其中，所述第一高分子聚合物绝缘层与所述第二高分子聚合物绝缘层相对的两个面构成所述摩擦界面； 所述五层居间薄膜结构摩擦发电机包括:依次层叠设置的第一电极、第一高分子聚合物绝缘层、居间薄膜层、第二高分子聚合物绝缘层以及第二电极，其中，所述第一高分子聚合物绝缘层与所述居间薄膜层相对的两个面和/或所述第二高分子聚合物绝缘层与所述居间薄膜层相对的两个面构成所述摩擦界面； 所述五层居间电极结构摩擦发电机包括:依次层叠设置的第一电极、第一高分子聚合物绝缘层、居间电极层、第二高分子聚合物绝缘层以及第二电极，其中，所述第一高分子聚合物绝缘层与所述居间电极层相对的两个面和/或所述第二高分子聚合物绝缘层与所述居间电极层相对的两个面构成所述摩擦界面。16.根据权利要求15所述的储能装置，其特征在于，构成所述摩擦界面的两个相对面中的至少一个面上设置有微纳结构。17.根据权利要求15或16所述的储能装置，其特征在于，构成所述摩擦界面的两个相对面中的至少一个面向外拱起形成凸面，使两个所述摩擦界面之间形成间隙。18.根据权利要求1-17任一项所述的储能装置，其特征在于，所述第一摩擦发电机和第二摩擦发电机分别为多个并联和/或串联连接的摩擦发电机，其中，所述多个并联和/或串联连接的摩擦发电机通过平铺方式和/或层叠方式设置。
【文档编号】H02N1/04GK105990908SQ201610134444
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2016年3月9日
【发明人】郝立星, 徐传毅, 程驰, 赵颖
【申请人】纳智源科技（唐山）有限责任公司