控制发电装置的发电电流的方法及系统与流程

本发明涉及人力发电技术领域，具体涉及一种控制发电装置的发电电流的方法及系统。

背景技术：

随着科技的发展和生活水平的改善，娱乐运动的方式日益丰富。小型船舶是目前较受欢迎的一种娱乐运动器材，除电力/内燃机驱动部件外，其通常设置有人力驱动装置，包括脚踏装置、手摇装置等。

在相关器材中，现有技术人员采用一种踩踏单车，将踩踏单车的机械能转化为供船舶使用的电能，节约船舶能耗。但是踩踏单车的机械能转化为电能的过程中，现有控制发电装置的方法及系统，通常注重发电效率，没有考虑人体的运动需求。一般情况下，当踩踏单车的速度较快时，表明该踩踏人员精力充沛，需要一个更剧烈的运动效果，现有的控制发电装置的方法及系统难以满足上述需求。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种控制发电装置的发电电流的方法及系统，其能够提供满足人体的多种运动需求的发电电流。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种控制发电装置的发电电流的方法，包括以下步骤：

采集发电装置的瞬时发电电压值和实际发电电流值；

获取档位电流值，并根据瞬时发电电压值和档位电流值计算目标发电电流值；

判断实际发电电流值与目标发电电流值的差值是否超过预设的阈值，若是，以当前实际发电电流值进行发电；若否，调节实际发电电流值直至差值不超过预设的阈值，并以调节后的实际发电电流值进行发电。

在上述技术方案的基础上，计算目标发电电流值的公式如下：

或者

其中，I表示目标发电电流值；U表示发电装置的瞬时发电电压值；Io表示档位电流值；P表示发电装置的最大发电功率；Ua表示发电装置的最大发电电压。

在上述技术方案的基础上，所述可选的档位电流值至少为3个，包括7A、9A以及11A。

本发明的目的在于还提供一种控制发电装置的发电电流的系统，包括：

电压采集电路，其用于采集发电装置的瞬时发电电压值；

电流采集电路，其用于采集发电装置的实际发电电流值；

CPU控制电路，其用于获取档位电流值，并根据瞬时发电电压值和档位电流值计算目标发电电流值，所述CPU控制电路还用于判断实际发电电流值与目标发电电流值的差值是否超过预设的阈值；

主功率电路，其被配置为：若差值不超过预设的阈值，所述主功率电路以当前实际发电电流值进行发电；若差值超过预设的阈值，所述主功率电路用于调节实际发电电流值直至差值不超过预设的阈值，并以调节后的实际发电电流值进行发电。

在上述技术方案的基础上，计算目标发电电流值的公式如下：

或者

其中，I表示目标发电电流值；U表示发电装置的瞬时发电电压值；Io表示档位电流值；P表示发电装置的最大发电功率；Ua表示发电装置的最大发电电压。

在上述技术方案的基础上，所述可选的档位电流值至少为3个，包括7A、9A以及11A。

在上述技术方案的基础上，所述系统还包括：故障保护电路，其用于将所述实际发电电流值与预设的保护电流值比较，若所述实际发电电流值超过预设的保护电流值时，所述故障保护电路将故障信号发送至所述CPU控制电路。

在上述技术方案的基础上，所述故障保护电路还用于将所述瞬时发电电压值与预设的保护电压值比较，若所述瞬时发电电压值超过预设的保护电压值时，所述故障保护电路将故障信号发送至所述CPU 控制电路。

在上述技术方案的基础上，所述系统还包括：复位重启电路，其与所述CPU控制电路连接。

在上述技术方案的基础上，所述系统还包括：电源，其与所述主功率电路连接。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的控制发电装置的发电电流的方法及系统，通过采集发电机瞬时发电电压值，同时将实际发电电流值与发电装置的瞬时发电电压值相关联，随着瞬时发电电压值变化，实际发电电流值也变化，人体感受到负载也变化，需要提供踩踏单车的踩踏力也变化，满足了人体多种运动的需求。

附图说明

图1为本发明实施例中控制发电装置的发电电流的方法的流程图；

图2为本发明实施例中控制发电装置的发电电流的系统的结构示意图；

图3为本发明实施例中电压采集电路图；

图4为本发明实施例中电流采集电路图；

图5为本发明实施例中CPU控制电路图；

图6为本发明实施例中主功率电路图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1所示，本发明实施例提供一种控制发电装置的发电电流的方法，包括以下步骤：

步骤S1，采集发电装置的瞬时发电电压值和实际发电电流值。具体地，发电装置可以理解为踩踏单车与发电机组合而成的人力机械装置，为方便后续表述，发电装置与发电机等同。当人力踩踏单车时，发电机的转子转动发电。发电机瞬时发电电压值表达式为：

U＝nBSwsin wt

其中，n为线圈匝数，B为磁感应强度，S为线圈面积，w为转子转动的角速度。n、B以及S为已知参数，影响瞬时发电电压值的为转子转动的角速度，即人的踩踏速度。

步骤S2，获取档位电流值，并根据瞬时发电电压值和档位电流值计算目标发电电流值。具体地，计算目标发电电流值的公式如下：

或者

其中，I表示目标发电电流值；U表示发电装置的瞬时发电电压值；Io表示档位电流值；P表示发电装置的最大发电功率；Ua表示发电装置的最大发电电压。

步骤S3，判断实际发电电流值与目标发电电流值的差值是否超过预设的阈值，若是，以当前实际发电电流值进行发电；若否，调节实际发电电流值直至差值不超过预设的阈值，并以调节后的实际发电电流值进行发电。

下面以具体发电实例对本发明实施例中的控制发电装置的发电电流的方法进行说明。

踩踏单车的踩踏力的计算公式如下：

其中，F为踩踏力；D为踩踏力臂；M为发电机的电磁转矩，电磁转矩的计算式为：

M＝CTΦI1

其中，CT为转矩常数，Φ为磁通量，I1为实际发电电流值，则有

上式中，CT、Φ以及D均为常数，踩踏单车的踩踏力F主要由实际发电电流值I1确定。

由于实际发电电流值与目标发电电流值的差值小于预设的阈值，一般可以理解为I1＝I，则发电装置的实际发电电流表达式为：

或者

当踩踏单车档位选定后，对应的档位电流值Io是定值，发电装置的最大发电功率P和最大发电电压Ua为设定或者选择的定值。此时，踩踏单车越快，即转子转动的角速度w越大，发电机瞬时发电电压值 U越大，发电装置的实际发电电流值I1越大，需要踩踏单车的踩踏力 F越大。

与现有技术相比，本发明实施例中的控制发电装置的发电电流的方法，通过采集发电机瞬时发电电压值，若瞬时发电电压值较大，发电机转子转动的角速度较快，表明人体的运动需求大。同时将实际发电电流值与发电装置的瞬时发电电压值相关联，若瞬时发电电压值较大，实际发电电流值也较大，人体感受到负载较大，需要提供更大地踩踏单车的踩踏力，满足了人体更剧烈运动的需求。

此外，若瞬时发电电压值适中且恒定时，发电机转子转动的角速度稳定，实际发电电流值也稳定，人体感受到负载比较均衡，需要提供踩踏单车的踩踏力恒定，人体运动强度适中。

若瞬时发电电压值较小时，发电机转子转动的角速度较小，实际发电电流值也小，人体感受到负载小，需要提供踩踏单车的踩踏力小，人体运动强度小，体感休闲。

作为优选的实施方式，本发明实施例中档位电流值至少为3个，包括7A、9A以及11A。具体地，发电装置设有多个档位，每个档位对应一个档位电流，通过发电装置的实际发电电流表达式可知，瞬时发电电压值恒定，发电机转子转动的角速度恒定，若档位电流值越大，则实际发电电流值也越大，人体感受到负载越大。即同一踩踏速度下，不同档位人体感受到负载是不同的，踩踏人员可以根据体能或者需求选择符合自身的档位进行踩踏运动。多个可选的档位电流值提供一个范围更大的运动需求。

参见图2所示，本发明实施例还提供一种控制发电装置的发电电流的系统，包括：电压采集电路、电流采集电路、CPU控制电路以及主功率电路。

参见图3所示，电压采集电路，其用于采集发电装置的瞬时发电电压值。参见图4所示，电流采集电路，其用于采集发电装置的实际发电电流值。具体地，发电装置可以理解为踩踏单车与发电机组合而成的人力机械装置，当人力踩踏单车时，发电机的转子转动发电。发电机瞬时发电电压值表达式为：

U＝nBSwsin wt

其中，n为线圈匝数，B为磁感应强度，S为线圈面积，w为转子转动的角速度。n、B以及S为已知参数，影响瞬时发电电压值的为转子转动的角速度，即人的踩踏速度。

参见图5所示，CPU控制电路，其用于获取档位电流值，并根据瞬时发电电压值和档位电流值计算目标发电电流值，CPU控制电路还用于判断实际发电电流值与目标发电电流值的差值是否超过预设的阈值。具体地，计算目标发电电流值的公式如下：

或者

其中，I表示目标发电电流值；U表示发电装置的瞬时发电电压值；Io表示档位电流值；P表示发电装置的最大发电功率；Ua表示发电装置的最大发电电压。

参见图6所示，主功率电路，其被配置为：若差值不超过预设的阈值，主功率电路以当前实际发电电流值进行发电；若差值超过预设的阈值，主功率电路用于调节实际发电电流值直至差值不超过预设的阈值，并以调节后的实际发电电流值进行发电。

下面以具体发电实例对本发明实施例中的控制发电装置的发电电流的系统进行说明。

踩踏单车的踩踏力的计算公式如下：

其中，F为踩踏力；D为踩踏力臂；M为发电机的电磁转矩，电磁转矩的计算式为：

M＝CTΦI1

其中，CT为转矩常数，Φ为磁通量，I1为实际发电电流值，则有

上式中，CT、Φ以及D均为常数，踩踏单车的踩踏力F主要由实际发电电流值I1确定。

由于实际发电电流值与目标发电电流值的差值小于预设的阈值，可以理解为I1＝I，则发电装置的发电电流表达式为：

或者

当踩踏单车档位选定后，对应的档位电流值Io是定值，发电装置的最大发电功率P和最大发电电压Ua为设定或者选择的定值。此时，踩踏单车越快，即转子转动的角速度w越大，发电机瞬时发电电压值越大，发电装置的实际发电电流值I1越大，需要踩踏单车的踩踏力F 越大。

与现有技术相比，本发明实施例中的控制发电装置的发电电流的系统，电压采集电路采集发电机瞬时发电电压值，若瞬时发电电压值较大，发电机转子转动的角速度较快，表明人体的运动需求大。同时将实际发电电流值与发电装置的瞬时发电电压值相关联，若瞬时发电电压值较大，实际发电电流值也较大，人体感受到负载较大，需要提供更大地踩踏单车的踩踏力，满足了人体更剧烈运动的需求。

此外，若瞬时发电电压值适中且恒定时，发电机转子转动的角速度稳定，实际发电电流值也稳定，人体感受到负载比较均衡，需要提供踩踏单车的踩踏力恒定，人体运动强度适中。

若瞬时发电电压值较小时，发电机转子转动的角速度较小，实际发电电流值也小，人体感受到负载小，需要提供踩踏单车的踩踏力小，人体运动强度小，体感休闲。

作为优选的实施方式，本发明实施例中档位电流值至少为3个，包括7A、9A以及11A。具体地，发电装置设有多个档位，每个档位对应一个档位电流，通过发电装置的实际发电电流表达式可知，瞬时发电电压值恒定，发电机转子转动的角速度恒定，若档位电流值越大，则实际发电电流值也越大，人体感受到负载越大。即同一踩踏速度下，不同档位人体感受到负载是不同的，踩踏人员可以根据体能或者需求选择符合自身的档位进行踩踏运动。多个可选的档位电流值提供一个范围更大的运动需求。

作为优选的实施方式，参见图2所示，本发明实施例中的控制发电装置的发电电流的系统，还包括故障保护电路，其用于将实际发电电流值与预设的保护电流值比较，若实际发电电流值超过预设的保护电流值时，故障保护电路将故障信号发送至CPU控制电路，CPU控制电路进而锁定主功率电路停止发电，保障系统安全。

参见图2所示，故障保护电路还用于将瞬时发电电压值与预设的保护电压值比较，若瞬时发电电压值超过预设的保护电压值时，故障保护电路将故障信号发送至CPU控制电路，CPU控制电路进而锁定主功率电路停止发电，保障系统安全。

作为优选的实施方式，参见图2所示，本发明实施例中的控制发电装置的发电电流的系统还包括复位重启电路，其与CPU控制电路连接，用于接收外部模块的复位指令，并将复位信号发送至CPU 控制电路，进而使系统复位重启。当系统因某种原因停止工作后，复位重启电路协助系统重新正常运行。

作为优选的实施方式，参见图2所示，本发明实施例中的控制发电装置的发电电流的系统还包括电源，其与主功率电路连接，用于接收发电装置产生的电能，并为系统提供电能。

作为优选的实施方式，参见图2所示，本发明实施例中的控制发电装置的发电电流的系统还包括通讯电路，其与CPU控制电路连接，用于与外部模块通信，上传数据或者接收指令。

此外，参见图2所示，为了存储发电装置产生的电能，本发明实施例中的控制发电装置的发电电流的系统连接能量存储设备，用于存储发电装置产生的电能。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。