一种金属空气电池电压控制装置及控制电压的方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种用于金属空气燃料电池的电压控制方法，通过检测金属空气电池的电压，控制输出控制开关和DC/DC模块的工作状态。当电池电压在负载额定工作电压范围之内时，电池经过输出控制开关输出电能；当电池电压在负载额定工作电压范围之外时，电池经过DC/DC模块稳压后输出电能。此方法既可以保证电池系统的输出电压满足负载要求，又可以尽可能的减少由稳压器件引起电能损耗。
【背景技术】
[0002]金属空气电池以空气中的氧作为正极活性物质，金属锌、镁、铝等作为负极活性物质，空气中的氧气可源源不断地通过气体扩散电极到达电化学反应界面与金属锌、镁、铝等反应而放出电能。金属空气电池的开路电压与工作电压存在一定的差异，比如单节锌空电池的开路电压约为1.4V，单节镁空电池的开路电压约为1.6V，而二者工作电压约为IV。这使得金属空气电池系统的输出电压很难稳定在很窄的范围内，很难满足负载的需求。通常是采用开关型稳压器件，也就是DC/DC模块来稳定金属空气电池的输出电压。但是受到DC/DC模块效率的限制会损失一部分电能，就会多消耗一些金属燃料。
【发明内容】
[0003]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案来实现:
[0004]一种金属空气电池电压控制装置，主要由电压检测电路、电压控制电路、输出控制开关、理想_■极管电路和具有关断功能的DC/DC |旲块构成；
[0005]金属空气电池的正极输出端经过电压检测电路后分为两路:其中一路经过输出控制开关后与理想二极管电路的一个输入端电连接，另一路经过DC/DC模块后与理想二极管电路的另一输入端电连接；
[0006]理想二极管电路的输出端与负载电连接；
[0007]所述电压控制电路与电压检测电路、输出控制开关、DC/DC模块信号连接；
[0008]金属空气电池的负极输出端经过DC/DC模块后与负载的负极电连接；
[0009]上述金属空气电池电压控制装置中，电压检测电路检测金属空气电池输出电压，电压控制电路根据金属空气电池的电压输出不同的控制信号，控制输出控制开关及DC/DC模块的工作状态。
[0010]所述理想二极管电路由两个理想二极管控制器和两个MOSFET组成，两个MOSFET的输入端分别连接输出控制开关的输出端和DC/DC模块的输出端，两个MOSFET的输出端连接在一起，与负载的正极电连接。
[0011]所述电压检测电路采用电压传感器或分压电路。
[0012]所述电压控制电路采用具有AD转换功能的单片机或者电压比较器。
[0013]所述输出控制开关采用功率型MOSFET或固态继电器、或电磁继电器。
[0014]所述金属空气电池电压控制装置控制电压的方法，通过检测金属空气电池的电压，控制输出控制开关和DC/DC模块的工作状态，当电池电压在负载额定工作电压范围之内时，电池经过输出控制开关输出电能；当电池电压在负载额定工作电压范围之外时，电池经过DC/DC模块稳压后输出电能。
[0015]与现有技术相比，本发明所述金属空气电池输出电压可长时间稳定在一定范围内，且可在保证电池系统的输出电压满足负载要求的同时尽可能的减少由稳压器件引起电能损耗。
【附图说明】
[0016]图1为本发明提供的一种金属空气电池电压控制装置的结构示意图。
[0017]图中101是金属空气电池；102是电流检测电路；103是电量计量显不电路；104是电压检测电路；105是电压控制电路；106是输出控制开关；107是具有关断功能的DC/DC模块；108是理想二极管电路；109是风扇。
[0018]图2为本发明提供的一种用于金属空气燃料电池的电压控制方法程序流程图。
[0019]图3为实施例1中电池电压Vs和电池输出电压Vo随时间变化情况的情况。
【具体实施方式】
[0020]实施例1
[0021]一种金属空气电池的电压装置，其示意图如图1所示。图中，101是金属空气电池；102是电压检测电路；103是电压控制电路；104是输出控制开关；105是具有关断功能的DC/DC模块；106是理想二极管电路。实施例中，101金属空气电池为额定输出功率为360W，最高电压为36V的镁空气电池；102电压检测电路采用300K和20K两个电阻构成分压电路，其中20K的电阻为取样电阻；103电压控制电路采用ATmega8单片机，采集电压检测电路的信号，控制104和105的工作状态；104输出控制开关采用功率型MOSFET ;10?C/DC模块的功率为500W，输入电压为18?36V，输出电压为24V ；106理想二极管电路由两个理想二极管控制器以及两个MOSFET构成，理想二极管控制器为LTC4357，MOSFET为FDB3632。
[0022]金属空气电池电压控制方法程序流程，如图2所示。即图1所示电压控制装置实时检测金属空气燃料电池电压，当电池电压〉Vsl时，106断开，107关断，不输出电能。当Vs2<电池电压< Vsl时，106断开，107启动，此时电池经过107输出电能，107可以稳定电池的输出电压。当Vs3<电池电压彡Vs2时，106闭合，107启动。当Vs4 <电池电压彡Vs3时，106闭合，107关断，此时电池经过输出控制开关直接输出电能。当Vs5 <电池电压< Vs4时，106闭合，107启动。当Vs6 <电池电压彡Vs5时，106断开，107启动，此时电池再次经过107输出电能，107稳定电池的电压。当电池电压< Vs6时，106断开，107关断，不输出电能。各电压设定值的关系为Vsl > Vs2 > Vs3 > Vs4 > Vs5 > Vs6。
[0023]在本实施例中，电池实际工作过程中，Vsl=36V, Vs2=26V, Vs3=25V, Vs4=24V,Vs5=22V, Vs6=18V。图3为电池电压Vs和电池系统输出电压Vo随时间变化情况。当26V<电池电压彡36V时，106断开，107启动。当25V <电池电压彡26V时，106闭合，107启动。当24V <电池电压彡25V时，106闭合，107关断。当22V <电池电压彡24V时，106闭合，107启动。当18V <电池电压彡22V时，106断开，107启动。当电池电压< 18V时，106断开，107关断。从图中可以看出，当电池电压Vs在23V?35V之间变化时，系统输出电压 Vo被有效控制在22.5V?25V之间。
【主权项】
1.一种金属空气电池电压控制装置，主要由电压检测电路、电压控制电路、输出控制开关、理想二极管电路和具有关断功能的DC/DC模块构成；其特征在于: 金属空气电池的正极输出端经过电压检测电路后分为两路:其中一路经过输出控制开关后与理想二极管电路的一个输入端电连接，另一路经过DC/DC模块后与理想二极管电路的另一输入端电连接； 理想二极管电路的输出端与负载电连接； 所述电压控制电路与电压检测电路、输出控制开关、DC/DC模块信号连接； 金属空气电池的负极输出端经过DC/DC模块后与负载的负极电连接； 上述金属空气电池电压控制装置中，电压检测电路检测金属空气电池输出电压，电压控制电路根据金属空气电池的电压输出不同的控制信号，控制输出控制开关及DC/DC模块的工作状态。
2.如权利要求1所述金属空气电池电压控制装置，其特征在于: 所述理想二极管电路由两个理想二极管控制器和两个MOSFET组成，两个MOSFET的输入端分别连接输出控制开关的输出端和DC/DC模块的输出端，两个MOSFET的输出端连接在一起，与负载的正极电连接。
3.如权利要求1所述金属空气电池电压控制装置，其特征在于: 所述电压检测电路采用电压传感器或分压电路。
4.如权利要求1所述金属空气电池电压控制装置，其特征在于: 所述电压控制电路采用具有AD转换功能的单片机或者电压比较器。
5.如权利要求1所述金属空气电池电压控制装置，其特征在于: 所述输出控制开关采用功率型MOSFET或固态继电器、或电磁继电器。
6.一种利用权利要求1所述金属空气电池电压控制装置控制电压的方法，其特征在于: 通过检测金属空气电池的电压，控制输出控制开关和DC/DC模块的工作状态，当电池电压在负载额定工作电压范围之内时，电池经过输出控制开关输出电能；当电池电压在负载额定工作电压范围之外时，电池经过DC/DC模块稳压后输出电能。
【专利摘要】本发明涉及一种金属空气电池电压控制装置。所述电压控制电路包括电压检测电路，电压控制电路，输出控制开关，理想二极管电路和具有关断功能的DC/DC模块。本发明还涉及一种利用上述电压控制装置控制电压的方法，通过检测金属空气电池的电压，控制输出控制开关和DC/DC模块的工作状态。当电池电压在负载额定工作电压范围之内时，电池经过输出控制开关输出电能；当电池电压在负载额定工作电压范围之外时，电池经过DC/DC模块稳压后输出电能。此方法既可以保证电池系统的输出电压满足负载要求，又可以尽可能的减少由稳压器件引起电能损耗。
【IPC分类】H02J7-00
【公开号】CN104716700
【申请号】CN201310696078
【发明人】孙公权, 秦兵, 王二东
【申请人】中国科学院大连化学物理研究所
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2013年12月15日