具有自动保护功能的微生物燃料电池组的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种具有自动保护功能的微生物燃料电池组，所述微生物燃料电池组由n组微生物燃料电池单元串联而成，n为大于1的自然数；并且，每一组所述微生物燃料电池单元还并联有一个开关器件；其中，所述微生物燃料电池单元为m个并联的微生物燃料电池单体，m为自然数。开关器件可采用二极管或单刀双掷型开关，能够有效将已发生反极或者将要发生反极的微生物燃料电池隔离，提高微生物燃料电池组整体工作性能，同时还延长了各个微生物燃料电池的使用寿命。
【专利说明】具有自动保护功能的微生物燃料电池组
【技术领域】
[0001]本实用新型属于电源【技术领域】，具体涉及一种具有自动保护功能的微生物燃料电池组。
【背景技术】
[0002]微生物燃料电池是一种将有机物直接转化为电能的装置，作为一种新兴的技术，在新能源、污水处理、水质检测等方面得到了研究和应用。尤其在污水处理方面，微生物燃料电池可以采用可生物降解的废水为燃料，在产生电能的同时治理环境污染，实现废物的资源化利用，促进经济、社会与环境的协调发展。因此，微生物燃料电池为缓解和解决能源与环境问题提供了一种切实有效的新思路。
[0003]单个微生物燃料电池具有输出电压小以及输出功率较低等问题，因此，为使微生物燃料电池输出的电能得到有效利用，需要将多个微生物燃料电池进行串并联，形成微生物燃料电池组，以输出足够负载使用的电能。
[0004]但在实际研究和应用中发现，对于由多个微生物燃料电池串联形成的微生物燃料电池组，当工作电流较大时，电池组中的某些电池会出现反极现象，即微生物燃料电池的正负极极性发生反转。在此情况下，整个电池组的输出电压降低，并且，发生极性反转的微生物燃料电池也容易损坏，缩短了微生物燃料电池的使用寿命。
实用新型内容
[0005]针对现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种具有自动保护功能的微生物燃料电池组，用以解决上述问题。
[0006]本实用新型采用的技术方案如下:
[0007]本实用新型提供一种具有自动保护功能的微生物燃料电池组，所述微生物燃料电池组由η组微生物燃料电池单元串联而成，η为大于I的自然数；并且，每一组所述微生物燃料电池单元还并联有一个开关器件；其中，所述微生物燃料电池单元为m个并联的微生物燃料电池单体，m为自然数。
[0008]优选的，所述开关器件为二极管；所述二极管的正极与所述微生物燃料电池单元的阳极相连接，所述二极管的负极与所述微生物燃料电池单元的阴极相连接。
[0009]优选的，所述二极管为肖特基二极管。
[0010]优选的，所述二极管为由MOS管和控制电路构成的理想二极管。
[0011]优选的，所述开关器件为单刀双掷型开关；所述微生物燃料电池组还包括:电压米样电路和控制器；
[0012]所述电压采样电路的输入端分别与每一个所述微生物燃料电池单元的两端连接，用于分别采集每一个所述微生物燃料电池单元的端电压；所述电压采样电路的输出端与所述控制器的输入端连接；所述控制器的输出端分别与各个所述单刀双掷型开关的驱动电路连接，通过所述驱动电路，改变所述单刀双掷型开关的通电通路。
[0013]优选的，设η组微生物燃料电池单元按串联先后顺序分别表示为:第I组微生物燃料电池单元、第2组微生物燃料电池单元…第η组微生物燃料电池单元；第I组微生物燃料电池单元的正极与第η组微生物燃料电池单元的负极作为外电路的输出；第I组微生物燃料电池单元并联的单刀双掷型开关表示为第I单刀双掷型开关、第2组微生物燃料电池单元并联的单刀双掷型开关表示为第2单刀双掷型开关…第η组微生物燃料电池单元并联的单刀双掷型开关表示为第η单刀双掷型开关；
[0014]则:第I单刀双掷型开关的第I静触头与第I组微生物燃料电池单元的正极相连，第I单刀双掷型开关的第2静触头与第I组微生物燃料电池单元的负极相连，第I单刀双掷型开关的动触头与外部负载的正极相连；
[0015]第j单刀双掷型开关的第I静触头与第j组微生物燃料电池单元的正极相连，第j单刀双掷型开关的第2静触头与第j组微生物燃料电池单元的负极相连，第j单刀双掷型开关的动触头与第j_l组微生物燃料电池单元的负极相连；其中，I < j < n，j为自然数；
[0016]第η单刀双掷型开关的第I静触头与第η组微生物燃料电池单元的正极相连，第η单刀双掷型开关的第2静触头与第η组微生物燃料电池单元的负极相连，第η单刀双掷型开关的动触头与外部负载的负极相连；
[0017]对于第h组微生物燃料电池单元，正常情况下，第h单刀双掷型开关的动触头与第I静触头导通；当所述电压采样电路采集到第h组微生物燃料电池单元的端电压低于预设极小值时，控制器通过驱动电路，使第h单刀双掷型开关的动触头与第2静触头导通，使该第h组微生物燃料电池单元被旁路。
[0018]优选的，所述单刀双掷型开关为单刀双掷型模拟开关或单刀双掷型机械继电器。
[0019]本实用新型提供的具有自动保护功能的微生物燃料电池组具有以下优点:
[0020]本实用新型提供的具有自动保护功能的微生物燃料电池组，能够有效将已发生反极或者将要发生反极的微生物燃料电池隔离，提高微生物燃料电池组整体工作性能，同时还延长了各个微生物燃料电池的使用寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本实用新型提供的二极管作为开关器件m = I时的电路原理图；
[0022]图2为本实用新型提供的二极管作为开关器件m > I时的电路原理图；
[0023]图3为单刀双掷型开关作为开关器件正常状态下的电路原理图；
[0024]图4为单刀双掷型开关作为开关器件MFC2故障状态下的电路原理图。
【具体实施方式】
[0025]以下结合附图对本实用新型进行详细说明:
[0026]本实用新型提供一种具有自动保护功能的微生物燃料电池组，微生物燃料电池组由η组微生物燃料电池单元串联而成，η为大于I的自然数；并且，每一组微生物燃料电池单元还并联有一个开关器件；其中，微生物燃料电池单元为m个并联的微生物燃料电池单体，m为自然数。
[0027]每组微生物燃料电池单元分别独立并联一个开关器件，通过开关器件，实现将已发生反极或者将要发生反极的微生物燃料电池单元隔离，达到延长各个微生物燃料电池的使用寿命、提高微生物燃料电池组整体工作性能的目的。开关器件可以选择二极管或者单刀双掷型开关，下面就这两种情况分别介绍:
[0028]实施例一:开关器件为二极管
[0029]如图1所示，η组微生物燃料电池单元串联，而每一组微生物燃料电池单元即为一个微生物燃料电池单体，分别表示为MFCpMFC^MFCn ;并且，每一个微生物燃料电池单体分别并联一个二极管，即
[0030]如图2所示，η组微生物燃料电池单元串联，而每一组微生物燃料电池单元为m个并联的微生物燃料电池单体，例如，对于第I组微生物燃料电池单元，其由MFCn、MFCyMFClm共m个微生物燃料电池单体并联而成；每一组微生物燃料电池单元分别并联一个二极管，即=D1、D2...Dno
[0031]无论对于图1或图2，每组微生物燃料电池单元分别独立并联一个二极管，正常使用中，二极管截止；当单个微生物燃料电池单元发生反极时，二极管导通，将发生反极的微生物燃料电池单元旁路掉。例如，对于图1，当任意一个微生物燃料电池单体发生反极时，例如=MFC2发生反极，则二极管D2导通，将MFC2旁路掉。对于图2，当某一组微生物燃料电池单元整体发生反极时，则将该单元旁路掉。
[0032]由于微生物燃料电池输出电压较低，二极管应选用正向压降(Vf)较低的肖特基二极管，或由MOS管和控制电路或其它器件构成的理想二极管，其具有正向压降极小、反向漏电流极小的特点，从而能够实现及时将发生反极的微生物燃料电池单元旁路的效果。
[0033]本实施例开关器件采用二极管，具有电路简单、成本低廉的优势，可以当微生物燃料电池发生反极时有效保护电池。但在微生物燃料电池发生反极前，单个电池的电学性能已经变差，输出电压急剧下降，此时如能提前将电池隔离，将更有效的保护电池。同时，如能定位到性能变差的电池，将有助于尽快检查原因，排除故障。
[0034]实施例二:开关器件为单刀双掷型开关
[0035]实施例一采用二极管作为开关器件，只有当某一个微生物燃料电池单元已经发生反极现象时，才能够将该微生物燃料电池单元旁路掉。但是，已经发生反极现象的微生物燃料电池单元，其电学性能已经变差，因此，将已经发生反极现象的微生物燃料电池单元旁路掉，仍然具有对该微生物燃料电池单元保护力度有限的不足。
[0036]基于此，本实施例提供一种开关器件为单刀双掷型开关的电路，在单个微生物燃料电池单元上并联单刀双掷型开关，同时，各组微生物燃料电池单元的两端连接到电压采样电路，电压米样电路的输出端与控制器的输入端连接；控制器的输出端分别与各个单刀双掷型开关的驱动电路连接，通过驱动电路，改变单刀双掷型开关的通电通路。例如，当某个微生物燃料电池单元的端电压低于设定值如0.3V时，表明该微生物燃料电池单元将要发生反极现象，因此，控制器驱动单刀双掷型开关，将该微生物燃料电池单元旁路，达到提前将微生物燃料电池单元隔离，更有效的保护电池组的效果。单刀双掷型开关可以采用低驱动电流、低导通电阻的模拟开关或机械继电器。
[0037]具体的，开关器件为单刀双掷型开关；微生物燃料电池组还包括:电压采样电路和控制器；
[0038]电压采样电路的输入端分别与每一个微生物燃料电池单元的两端连接，用于分别采集每一个微生物燃料电池单元的端电压；电压采样电路的输出端与控制器的输入端连接；控制器的输出端分别与各个单刀双掷型开关的驱动电路连接，通过驱动电路，改变单刀双掷型开关的通电通路。
[0039]设η组微生物燃料电池单元按串联先后顺序分别表示为:第I组微生物燃料电池单元、第2组微生物燃料电池单元…第η组微生物燃料电池单元；第I组微生物燃料电池单元的正极与第η组微生物燃料电池单元的负极作为外电路的输出；第I组微生物燃料电池单元并联的单刀双掷型开关表示为第I单刀双掷型开关、第2组微生物燃料电池单元并联的单刀双掷型开关表示为第2单刀双掷型开关…第η组微生物燃料电池单元并联的单刀双掷型开关表示为第η单刀双掷型开关；
[0040]则:第I单刀双掷型开关的第I静触头与第I组微生物燃料电池单元的正极相连，第I单刀双掷型开关的第2静触头与第I组微生物燃料电池单元的负极相连，第I单刀双掷型开关的动触头与外部负载的正极相连；
[0041]第j单刀双掷型开关的第I静触头与第j组微生物燃料电池单元的正极相连，第j单刀双掷型开关的第2静触头与第j组微生物燃料电池单元的负极相连，第j单刀双掷型开关的动触头与第j_l组微生物燃料电池单元的负极相连；其中，I < j < n，j为自然数；
[0042]第η单刀双掷型开关的第I静触头与第η组微生物燃料电池单元的正极相连，第η单刀双掷型开关的第2静触头与第η组微生物燃料电池单元的负极相连，第η单刀双掷型开关的动触头与外部负载的负极相连；
[0043]对于第h组微生物燃料电池单元，正常情况下，第h单刀双掷型开关的动触头与第I静触头导通；当电压采样电路采集到第h组微生物燃料电池单元的端电压低于预设极小值时，控制器通过驱动电路，使第h单刀双掷型开关的动触头与第2静触头导通，使该第h组微生物燃料电池单元被旁路，从而保护了该组微生物燃料电池单元。
[0044]以n = 3，m = I为例，如图3所示，第I组微生物燃料电池单元、第2组微生物燃料电池单元和第3组微生物燃料电池单元串联，分别表示为=MFCp MFC2和MFC3 ^FC1关联的单刀双掷型开关表示为SWp MFC2关联的单刀双掷型开关表示为SW2、MFC3关联的单刀双掷型开关表示为SW3 ;对于SW3，al为动触头；a2为第I静触头；a3为第2静触头；图3所示电路为正常工作状态，此时，各开关的动触头均与第I静触头导通；当电压采样电路采集到MFC2的端电压低于预设极小值时，控制器通过驱动电路，使SW2的动触头与第2静触头导通，从而将MFC2旁路掉，即变为图4所示电路状态。
[0045]另外，本实施例中，控制器还可以连接显示器，通过显示器显示即将发生反极现象的微生物燃料电池单元标识，从而达到及时定位故障电池的目的，有助于尽快检查原因，排除故障。
[0046]以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种具有自动保护功能的微生物燃料电池组，其特征在于，所述微生物燃料电池组由η组微生物燃料电池单元串联而成，η为大于I的自然数；并且，每一组所述微生物燃料电池单元还并联有一个开关器件；其中，所述微生物燃料电池单元为m个并联的微生物燃料电池单体，m为自然数。
2.根据权利要求1所述的具有自动保护功能的微生物燃料电池组，其特征在于，所述开关器件为二极管；所述二极管的正极与所述微生物燃料电池单元的阳极相连接，所述二极管的负极与所述微生物燃料电池单元的阴极相连接。
3.根据权利要求2所述的具有自动保护功能的微生物燃料电池组，其特征在于，所述二极管为肖特基二极管。
4.根据权利要求2所述的具有自动保护功能的微生物燃料电池组，其特征在于，所述二极管为由MOS管和控制电路构成的理想二极管。
5.根据权利要求1所述的具有自动保护功能的微生物燃料电池组，其特征在于，所述开关器件为单刀双掷型开关；所述微生物燃料电池组还包括:电压采样电路和控制器； 所述电压采样电路的输入端分别与每一个所述微生物燃料电池单元的两端连接，用于分别采集每一个所述微生物燃料电池单元的端电压；所述电压采样电路的输出端与所述控制器的输入端连接；所述控制器的输出端分别与各个所述单刀双掷型开关的驱动电路连接，通过所述驱动电路，改变所述单刀双掷型开关的通电通路。
6.根据权利要求5所述的具有自动保护功能的微生物燃料电池组，其特征在于，设η组微生物燃料电池单元按串联先后顺序分别表示为:第I组微生物燃料电池单元、第2组微生物燃料电池单元…第η组微生物燃料电池单元；第I组微生物燃料电池单元的正极与第η组微生物燃料电池单元的负极作为外电路的输出；第I组微生物燃料电池单元并联的单刀双掷型开关表示为第I单刀双掷型开关、第2组微生物燃料电池单元并联的单刀双掷型开关表示为第2单刀双掷型开关…第η组微生物燃料电池单元并联的单刀双掷型开关表示为第η单刀双掷型开关； 则:第I单刀双掷型开关的第I静触头与第I组微生物燃料电池单元的正极相连，第I单刀双掷型开关的第2静触头与第I组微生物燃料电池单元的负极相连，第I单刀双掷型开关的动触头与外部负载的正极相连； 第j单刀双掷型开关的第I静触头与第j组微生物燃料电池单元的正极相连，第j单刀双掷型开关的第2静触头与第j组微生物燃料电池单元的负极相连，第j单刀双掷型开关的动触头与第j_l组微生物燃料电池单元的负极相连；其中，I < j < n，j为自然数； 第η单刀双掷型开关的第I静触头与第η组微生物燃料电池单元的正极相连，第η单刀双掷型开关的第2静触头与第η组微生物燃料电池单元的负极相连，第η单刀双掷型开关的动触头与外部负载的负极相连； 对于第h组微生物燃料电池单元，正常情况下，第h单刀双掷型开关的动触头与第I静触头导通；当所述电压采样电路采集到第h组微生物燃料电池单元的端电压低于预设极小值时，控制器通过驱动电路，使第h单刀双掷型开关的动触头与第2静触头导通，使该第h组微生物燃料电池单元被旁路。
7.根据权利要求5所述的具有自动保护功能的微生物燃料电池组，其特征在于，所述单刀双掷型开关为单刀双掷型模拟开关或单刀双掷型机械继电器。
【文档编号】H01M8/02GK203967186SQ201420427379
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年7月30日 优先权日:2014年7月30日
【发明者】徐劲草, 刘锐, 谢涛, 姚新 申请人:中科宇图天下科技有限公司