應(yīng)用于微生物燃料電池的控制裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種應(yīng)用于微生物燃料電池的控制裝置，應(yīng)用于微生物燃料電池向負載供電的系統(tǒng)中，包括電流采樣電路、電壓采樣電路、MPPT控制電路和可調(diào)節(jié)負載RL；所述電流采樣電路的輸入端與所述電壓采樣電路的輸入端分別與所述微生物燃料電池的輸出端連接；所述電流采樣電路的輸出端與所述電壓采樣電路的輸出端分別連接到所述MPPT控制電路的輸入端；所述MPPT控制電路的輸出端與所述可調(diào)節(jié)負載RL的調(diào)節(jié)端連接。對微生物燃料電池的輸出電壓、電流進行檢測，并通過MPPT控制算法對電路參數(shù)進行調(diào)節(jié)，能夠使微生物燃料電池工作在最大功率輸出狀態(tài)，提高了微生物燃料電池的工作效率。
【專利說明】應(yīng)用于微生物燃料電池的控制裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于電源【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種應(yīng)用于微生物燃料電池的控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]微生物燃料電池(MFC，Microbial Fuel Cell)能夠?qū)⒂袡C物直接轉(zhuǎn)化為電能，作為一種新興的技術(shù)，在新能源、污水處理、水質(zhì)檢測等方面得到了研究和應(yīng)用。微生物燃料電池能夠利用各種能被微生物降解的有機物為燃料，當采用可生物降解的廢水為燃料時，可在產(chǎn)生電能的同時治理環(huán)境污染，實現(xiàn)廢物的資源化利用，促進經(jīng)濟、社會與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。因此，微生物燃料電池為緩解和解決能源與環(huán)境問題提供了一種切實有效的新思路。
[0003]微生物燃料電池是利用電化學技術(shù)將微生物代謝能轉(zhuǎn)化為電能的一種裝置，是與微生物學、電化學及材料科學交叉融合而發(fā)展起來的一種全新的電能生產(chǎn)技術(shù)。如圖1所示，為微生物燃料電池的原理圖，MFC通常由兩個室組成，即厭氧的陽極室和需氧的陰極室，燃料在陽極室細菌的催化作用下被氧化，產(chǎn)生的電子通過位于細胞外膜的電子載體，(例如，細胞色素)傳遞到陽極，再經(jīng)過外電路到達陰極，質(zhì)子通過質(zhì)子交換膜到達陰極，氧化劑在陰極與質(zhì)子和電子反應(yīng)生成水。其中，電子載體通常為細胞色素，氧化劑一般為氧氣。
[0004]在微生物燃料電池的研究和應(yīng)用中，通常希望電池輸出盡可能高的功率。相關(guān)研究表明，同其他類型的電池一樣，微生物燃料電池的輸出功率隨著輸出電壓、電流的變化而變化，在某個輸出電壓或電流處，輸出功率將達到最高值。如圖2所示，為兩種微生物燃料電池的輸出電流-功率關(guān)系曲線。
[0005]由于微生物燃料電池利用電池中發(fā)生的各種生物化學、電化學過程產(chǎn)生能量，反應(yīng)機理復(fù)雜，受各種因素影響較大。因此，微生物燃料電池的輸出特性是變化的，其輸出不僅受溫度、反應(yīng)物濃度、PH等因素影響，還隨時間而變化。微生物燃料電池輸出特性的變化，使電池難以持續(xù)工作在最大功率輸出狀態(tài)，從而限制了微生物燃料電池的應(yīng)用。
實用新型內(nèi)容
[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本實用新型提供一種應(yīng)用于微生物燃料電池的控制裝置，能夠使微生物燃料電池工作在最大功率輸出狀態(tài)，提高了微生物燃料電池的工作效率。
[0007]本實用新型采用的技術(shù)方案如下:
[0008]本實用新型提供一種應(yīng)用于微生物燃料電池的控制裝置，應(yīng)用于微生物燃料電池向負載供電的系統(tǒng)中，包括電流采樣電路、電壓采樣電路、MPPT(Maximum Power PointTracking，最大功率點跟蹤)控制電路和可調(diào)節(jié)負載& ;所述電流采樣電路的輸入端與所述電壓采樣電路的輸入端分別與所述微生物燃料電池的輸出端連接；所述電流采樣電路的輸出端與所述電壓采樣電路的輸出端分別連接到所述MPPT控制電路的輸入端；所述MPPT控制電路的輸出端與所述可調(diào)節(jié)負載&的調(diào)節(jié)端連接。
[0009]優(yōu)選的，所述可調(diào)節(jié)負載&包括=DC-DC變換電路和外部負載R ;所述DC-DC變換電路連接在所述微生物燃料電池到所述外部負載R的供電線路上；所述MPPT控制電路的輸出端與所述DC-DC變換電路的輸入端連接。
[0010]優(yōu)選的，還包括蓄電池；所述蓄電池與所述DC-DC變換電路連接。
[0011]優(yōu)選的，所述DC-DC變換電路采用BUCK、B00ST、BUCK_B00ST這三種電路形式，或這三種電路的變形。
[0012]優(yōu)選的，所述電流采樣電路為電流傳感器；所述電壓采樣電路為電壓傳感器。
[0013]本實用新型的有益效果如下:[0014]本實用新型提供的應(yīng)用于微生物燃料電池的控制裝置，對微生物燃料電池的輸出電壓、電流進行檢測，并通過MPPT控制算法對電路參數(shù)進行調(diào)節(jié)，能夠使微生物燃料電池工作在最大功率輸出狀態(tài)，提高了微生物燃料電池的工作效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為現(xiàn)有技術(shù)提供的微生物燃料電池的原理圖；
[0016]圖2為兩種微生物燃料電池的輸出電流-功率關(guān)系曲線圖；
[0017]圖3為本實用新型提供的微生物燃料電池控制原理圖；
[0018]圖4為本實用新型提供的應(yīng)用于微生物燃料電池的控制裝置的原理圖；
[0019]圖5為本實用新型提供的可調(diào)節(jié)負載&采用DC-DC變換電路和外部負載R時的控制原理圖；
[0020]圖6為本實用新型提供的采用擾動觀察法時的控制流程示意圖。
【具體實施方式】
[0021]以下結(jié)合附圖對本實用新型進行詳細說明:
[0022]針對微生物燃料電池難以持續(xù)工作在最大功率輸出狀態(tài)的問題，本實用新型提供一種應(yīng)用于微生物燃料電池的控制裝置，能夠控制微生物燃料電池維持工作在最大輸出功率狀態(tài)、從而增大微生物燃料電池輸出功率。具體思想為:將“最大功率點跟蹤”(MaximumPower Point Tracking,MPPT)技術(shù)應(yīng)用在微生物燃料電池電路中，通過調(diào)節(jié)電池外電路的工作狀態(tài)，匹配微生物燃料電池的輸出特性，使微生物燃料電池維持在最大輸出功率狀態(tài)。
[0023]可將微生物燃料電池及外部負載簡化為圖3所示的電路，微生物燃料電池電動勢為E，內(nèi)阻為r，即微生物燃料電池的表觀內(nèi)阻；外部負載的電阻為&?？梢宰C明，當Rfr時，微生物燃料電池輸出功率最大，為:
[0024]
【權(quán)利要求】
1.一種應(yīng)用于微生物燃料電池的控制裝置，其特征在于，應(yīng)用于微生物燃料電池向負載供電的系統(tǒng)中，包括電流采樣電路、電壓采樣電路、MPPT控制電路和可調(diào)節(jié)負載& ;所述電流米樣電路的輸入端與所述電壓米樣電路的輸入端分別與所述微生物燃料電池的輸出端連接；所述電流采樣電路的輸出端與所述電壓采樣電路的輸出端分別連接到所述MPPT控制電路的輸入端；所述MPPT控制電路的輸出端與所述可調(diào)節(jié)負載&的調(diào)節(jié)端連接；所述可調(diào)節(jié)負載&包括=DC-DC變換電路和外部負載R ;所述DC-DC變換電路連接在所述微生物燃料電池到所述外部負載R的供電線路上；所述MPPT控制電路的輸出端與所述DC-DC變換電路的輸入端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于微生物燃料電池的控制裝置，其特征在于，還包括蓄電池；所述蓄電池與所述DC-DC變換電路連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于微生物燃料電池的控制裝置，其特征在于，所述DC-DC變換電路采用BUCK、BOOST、BUCK-B00ST這三種電路形式，或這三種電路的變形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于微生物燃料電池的控制裝置，其特征在于，所述電流采樣電路為電流傳感器；所述電壓采樣電路為電壓傳感器。
【文檔編號】H01M8/04GK203733888SQ201320763863
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2013年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月27日
【發(fā)明者】徐勁草, 劉銳, 謝濤, 姚新 申請人:中科宇圖天下科技有限公司