基于單刀雙擲型開關(guān)進(jìn)行自動保護(hù)的微生物燃料電池組的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種基于單刀雙擲型開關(guān)進(jìn)行自動保護(hù)的微生物燃料電池組，所述微生物燃料電池組由n組微生物燃料電池單元串聯(lián)而成，n為大于1的自然數(shù)；并且，每一組所述微生物燃料電池單元還并聯(lián)有一個開關(guān)器件；其中，所述微生物燃料電池單元為m個并聯(lián)的微生物燃料電池單體，m為自然數(shù)。開關(guān)器件采用單刀雙擲型開關(guān)，能夠有效將已發(fā)生反極或者將要發(fā)生反極的微生物燃料電池隔離，提高微生物燃料電池組整體工作性能，同時還延長了各個微生物燃料電池的使用壽命。另外，還能夠及時定位將要發(fā)生反極的微生物燃料電池，有助于盡快檢查原因，排除故障。
【專利說明】基于單刀雙擲型開關(guān)進(jìn)行自動保護(hù)的微生物燃料電池組

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于電源【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于單刀雙擲型開關(guān)進(jìn)行自動保護(hù)的微生物燃料電池組。

【背景技術(shù)】
[0002]微生物燃料電池是一種將有機物直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置，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。尤其在污水處理方面，微生物燃料電池可以采用可生物降解的廢水為燃料，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(jìn)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]單個微生物燃料電池具有輸出電壓小以及輸出功率較低等問題，因此，為使微生物燃料電池輸出的電能得到有效利用，需要將多個微生物燃料電池進(jìn)行串并聯(lián)，形成微生物燃料電池組，以輸出足夠負(fù)載使用的電能。
[0004]但在實際研究和應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，對于由多個微生物燃料電池串聯(lián)形成的微生物燃料電池組，當(dāng)工作電流較大時，電池組中的某些電池會出現(xiàn)反極現(xiàn)象，即微生物燃料電池的正負(fù)極極性發(fā)生反轉(zhuǎn)。在此情況下，整個電池組的輸出電壓降低，并且，發(fā)生極性反轉(zhuǎn)的微生物燃料電池也容易損壞，縮短了微生物燃料電池的使用壽命。
實用新型內(nèi)容
[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本實用新型提供一種基于單刀雙擲型開關(guān)進(jìn)行自動保護(hù)的微生物燃料電池組，用以解決上述問題。
[0006]本實用新型采用的技術(shù)方案如下:
[0007]本實用新型提供一種基于單刀雙擲型開關(guān)進(jìn)行自動保護(hù)的微生物燃料電池組，所述微生物燃料電池組由η組微生物燃料電池單元串聯(lián)而成，η為大于I的自然數(shù)；并且，每一組所述微生物燃料電池單元還并聯(lián)有一個開關(guān)器件；其中，所述微生物燃料電池單元為m個并聯(lián)的微生物燃料電池單體，m為自然數(shù)；
[0008]其中，所述開關(guān)器件為單刀雙擲型開關(guān)；所述微生物燃料電池組還包括:電壓采樣電路和控制器；
[0009]所述電壓采樣電路的輸入端分別與每一個所述微生物燃料電池單元的兩端連接，用于分別采集每一個所述微生物燃料電池單元的端電壓；所述電壓采樣電路的輸出端與所述控制器的輸入端連接；所述控制器的輸出端分別與各個所述單刀雙擲型開關(guān)的驅(qū)動電路連接，通過所述驅(qū)動電路，改變所述單刀雙擲型開關(guān)的通電通路。
[0010]優(yōu)選的，設(shè)η組微生物燃料電池單元按串聯(lián)先后順序分別表示為:第I組微生物燃料電池單元、第2組微生物燃料電池單元…第η組微生物燃料電池單元；第I組微生物燃料電池單元的正極與第η組微生物燃料電池單元的負(fù)極作為外電路的輸出；第I組微生物燃料電池單元并聯(lián)的單刀雙擲型開關(guān)表示為第I單刀雙擲型開關(guān)、第2組微生物燃料電池單元并聯(lián)的單刀雙擲型開關(guān)表示為第2單刀雙擲型開關(guān)…第η組微生物燃料電池單元并聯(lián)的單刀雙擲型開關(guān)表示為第η單刀雙擲型開關(guān)；
[0011]則:第I單刀雙擲型開關(guān)的第I靜觸頭與第I組微生物燃料電池單元的正極相連，第I單刀雙擲型開關(guān)的第2靜觸頭與第I組微生物燃料電池單元的負(fù)極相連，第I單刀雙擲型開關(guān)的動觸頭與外部負(fù)載的正極相連；
[0012]第j單刀雙擲型開關(guān)的第I靜觸頭與第j組微生物燃料電池單元的正極相連，第j單刀雙擲型開關(guān)的第2靜觸頭與第j組微生物燃料電池單元的負(fù)極相連，第j單刀雙擲型開關(guān)的動觸頭與第j_l組微生物燃料電池單元的負(fù)極相連；其中，I < j < n，j為自然數(shù)；
[0013]第η單刀雙擲型開關(guān)的第I靜觸頭與第η組微生物燃料電池單元的正極相連，第η單刀雙擲型開關(guān)的第2靜觸頭與第η組微生物燃料電池單元的負(fù)極相連，第η單刀雙擲型開關(guān)的動觸頭與外部負(fù)載的負(fù)極相連；
[0014]對于第h組微生物燃料電池單元，正常情況下，第h單刀雙擲型開關(guān)的動觸頭與第I靜觸頭導(dǎo)通；當(dāng)所述電壓采樣電路采集到第h組微生物燃料電池單元的端電壓低于預(yù)設(shè)極小值時，控制器通過驅(qū)動電路，使第h單刀雙擲型開關(guān)的動觸頭與第2靜觸頭導(dǎo)通，使該第h組微生物燃料電池單元被旁路。
[0015]優(yōu)選的，所述單刀雙擲型開關(guān)為單刀雙擲型模擬開關(guān)或單刀雙擲型機械繼電器。
[0016]本實用新型提供的基于單刀雙擲型開關(guān)進(jìn)行自動保護(hù)的微生物燃料電池組具有以下優(yōu)點:
[0017]本實用新型提供的基于單刀雙擲型開關(guān)進(jìn)行自動保護(hù)的微生物燃料電池組，能夠有效將即將要發(fā)生反極的微生物燃料電池隔離，提高微生物燃料電池組整體工作性能，同時還延長了各個微生物燃料電池的使用壽命。另外，還能夠及時定位將要發(fā)生反極的微生物燃料電池，有助于盡快檢查原因，排除故障。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型提供的二極管作為開關(guān)器件m = I時的電路原理圖；
[0019]圖2為本實用新型提供的二極管作為開關(guān)器件m > I時的電路原理圖；
[0020]圖3為單刀雙擲型開關(guān)作為開關(guān)器件正常狀態(tài)下的電路原理圖；
[0021]圖4為單刀雙擲型開關(guān)作為開關(guān)器件MFC2故障狀態(tài)下的電路原理圖。

【具體實施方式】
[0022]以下結(jié)合附圖對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)說明:
[0023]本實用新型提供一種具有自動保護(hù)功能的微生物燃料電池組，微生物燃料電池組由η組微生物燃料電池單元串聯(lián)而成，η為大于I的自然數(shù)；并且，每一組微生物燃料電池單元還并聯(lián)有一個開關(guān)器件；其中，微生物燃料電池單元為m個并聯(lián)的微生物燃料電池單體，m為自然數(shù)。
[0024]每組微生物燃料電池單元分別獨立并聯(lián)一個開關(guān)器件，通過開關(guān)器件，實現(xiàn)將已發(fā)生反極或者將要發(fā)生反極的微生物燃料電池單元隔離，達(dá)到延長各個微生物燃料電池的使用壽命、提高微生物燃料電池組整體工作性能的目的。開關(guān)器件可以選擇二極管或者單刀雙擲型開關(guān)，下面就這兩種情況分別介紹:
[0025]實施例一:開關(guān)器件為二極管
[0026]如圖1所示，η組微生物燃料電池單元串聯(lián)，而每一組微生物燃料電池單元即為一個微生物燃料電池單體，分別表示為MFCpMFC^MFCn ;并且，每一個微生物燃料電池單體分別并聯(lián)一個二極管，即
[0027]如圖2所示，η組微生物燃料電池單元串聯(lián)，而每一組微生物燃料電池單元為m個并聯(lián)的微生物燃料電池單體，例如，對于第I組微生物燃料電池單元，其由MFCn、MFCyMFClm共m個微生物燃料電池單體并聯(lián)而成；每一組微生物燃料電池單元分別并聯(lián)一個二極管，即=D1、D2...Dno
[0028]無論對于圖1或圖2，每組微生物燃料電池單元分別獨立并聯(lián)一個二極管，正常使用中，二極管截止；當(dāng)單個微生物燃料電池單元發(fā)生反極時，二極管導(dǎo)通，將發(fā)生反極的微生物燃料電池單元旁路掉。例如，對于圖1，當(dāng)任意一個微生物燃料電池單體發(fā)生反極時，例如=MFC2發(fā)生反極，則二極管D2導(dǎo)通，將MFC2旁路掉。對于圖2，當(dāng)某一組微生物燃料電池單元整體發(fā)生反極時，則將該單元旁路掉。
[0029]由于微生物燃料電池輸出電壓較低，二極管應(yīng)選用正向壓降(Vf)較低的肖特基二極管，或由MOS管和控制電路或其它器件構(gòu)成的理想二極管，其具有正向壓降極小、反向漏電流極小的特點，從而能夠?qū)崿F(xiàn)及時將發(fā)生反極的微生物燃料電池單元旁路的效果。
[0030]本實施例開關(guān)器件采用二極管，具有電路簡單、成本低廉的優(yōu)勢，可以當(dāng)微生物燃料電池發(fā)生反極時有效保護(hù)電池。但在微生物燃料電池發(fā)生反極前，單個電池的電學(xué)性能已經(jīng)變差，輸出電壓急劇下降，此時如能提前將電池隔離，將更有效的保護(hù)電池。同時，如能定位到性能變差的電池，將有助于盡快檢查原因，排除故障。
[0031]實施例二:開關(guān)器件為單刀雙擲型開關(guān)
[0032]實施例一采用二極管作為開關(guān)器件，只有當(dāng)某一個微生物燃料電池單元已經(jīng)發(fā)生反極現(xiàn)象時，才能夠?qū)⒃撐⑸锶剂想姵貑卧月返?。但是，已?jīng)發(fā)生反極現(xiàn)象的微生物燃料電池單元，其電學(xué)性能已經(jīng)變差，因此，將已經(jīng)發(fā)生反極現(xiàn)象的微生物燃料電池單元旁路掉，仍然具有對該微生物燃料電池單元保護(hù)力度有限的不足。
[0033]基于此，本實施例提供一種開關(guān)器件為單刀雙擲型開關(guān)的電路，在單個微生物燃料電池單元上并聯(lián)單刀雙擲型開關(guān)，同時，各組微生物燃料電池單元的兩端連接到電壓采樣電路，電壓米樣電路的輸出端與控制器的輸入端連接；控制器的輸出端分別與各個單刀雙擲型開關(guān)的驅(qū)動電路連接，通過驅(qū)動電路，改變單刀雙擲型開關(guān)的通電通路。例如，當(dāng)某個微生物燃料電池單元的端電壓低于設(shè)定值如0.3V時，表明該微生物燃料電池單元將要發(fā)生反極現(xiàn)象，因此，控制器驅(qū)動單刀雙擲型開關(guān)，將該微生物燃料電池單元旁路，達(dá)到提前將微生物燃料電池單元隔離，更有效的保護(hù)電池組的效果。單刀雙擲型開關(guān)可以采用低驅(qū)動電流、低導(dǎo)通電阻的模擬開關(guān)或機械繼電器。
[0034]具體的，開關(guān)器件為單刀雙擲型開關(guān)；微生物燃料電池組還包括:電壓采樣電路和控制器；
[0035]電壓采樣電路的輸入端分別與每一個微生物燃料電池單元的兩端連接，用于分別采集每一個微生物燃料電池單元的端電壓；電壓采樣電路的輸出端與控制器的輸入端連接；控制器的輸出端分別與各個單刀雙擲型開關(guān)的驅(qū)動電路連接，通過驅(qū)動電路，改變單刀雙擲型開關(guān)的通電通路。
[0036]設(shè)η組微生物燃料電池單元按串聯(lián)先后順序分別表示為:第I組微生物燃料電池單元、第2組微生物燃料電池單元…第η組微生物燃料電池單元；第I組微生物燃料電池單元的正極與第η組微生物燃料電池單元的負(fù)極作為外電路的輸出；第I組微生物燃料電池單元并聯(lián)的單刀雙擲型開關(guān)表示為第I單刀雙擲型開關(guān)、第2組微生物燃料電池單元并聯(lián)的單刀雙擲型開關(guān)表示為第2單刀雙擲型開關(guān)…第η組微生物燃料電池單元并聯(lián)的單刀雙擲型開關(guān)表示為第η單刀雙擲型開關(guān)；
[0037]則:第I單刀雙擲型開關(guān)的第I靜觸頭與第I組微生物燃料電池單元的正極相連，第I單刀雙擲型開關(guān)的第2靜觸頭與第I組微生物燃料電池單元的負(fù)極相連，第I單刀雙擲型開關(guān)的動觸頭與外部負(fù)載的正極相連；
[0038]第j單刀雙擲型開關(guān)的第I靜觸頭與第j組微生物燃料電池單元的正極相連，第j單刀雙擲型開關(guān)的第2靜觸頭與第j組微生物燃料電池單元的負(fù)極相連，第j單刀雙擲型開關(guān)的動觸頭與第j_l組微生物燃料電池單元的負(fù)極相連；其中，I < j < n，j為自然數(shù)；
[0039]第η單刀雙擲型開關(guān)的第I靜觸頭與第η組微生物燃料電池單元的正極相連，第η單刀雙擲型開關(guān)的第2靜觸頭與第η組微生物燃料電池單元的負(fù)極相連，第η單刀雙擲型開關(guān)的動觸頭與外部負(fù)載的負(fù)極相連；
[0040]對于第h組微生物燃料電池單元，正常情況下，第h單刀雙擲型開關(guān)的動觸頭與第I靜觸頭導(dǎo)通；當(dāng)電壓采樣電路采集到第h組微生物燃料電池單元的端電壓低于預(yù)設(shè)極小值時，控制器通過驅(qū)動電路，使第h單刀雙擲型開關(guān)的動觸頭與第2靜觸頭導(dǎo)通，使該第h組微生物燃料電池單元被旁路，從而保護(hù)了該組微生物燃料電池單元。
[0041]以n = 3，m = I為例，如圖3所示，第I組微生物燃料電池單元、第2組微生物燃料電池單元和第3組微生物燃料電池單元串聯(lián)，分別表示為=MFCp MFC2和MFC3 ^FC1關(guān)聯(lián)的單刀雙擲型開關(guān)表示為SWp MFC2關(guān)聯(lián)的單刀雙擲型開關(guān)表示為SW2、MFC3關(guān)聯(lián)的單刀雙擲型開關(guān)表示為SW3 ;對于SW3，al為動觸頭；a2為第I靜觸頭；a3為第2靜觸頭；圖3所示電路為正常工作狀態(tài)，此時，各開關(guān)的動觸頭均與第I靜觸頭導(dǎo)通；當(dāng)電壓采樣電路采集到MFC2的端電壓低于預(yù)設(shè)極小值時，控制器通過驅(qū)動電路，使SW2的動觸頭與第2靜觸頭導(dǎo)通，從而將MFC2旁路掉，即變?yōu)閳D4所示電路狀態(tài)。
[0042]另外，本實施例中，控制器還可以連接顯示器，通過顯示器顯示即將發(fā)生反極現(xiàn)象的微生物燃料電池單元標(biāo)識，從而達(dá)到及時定位故障電池的目的，有助于盡快檢查原因，排除故障。
[0043]以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視本實用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于單刀雙擲型開關(guān)進(jìn)行自動保護(hù)的微生物燃料電池組，其特征在于，所述微生物燃料電池組由η組微生物燃料電池單元串聯(lián)而成，η為大于I的自然數(shù)；并且，每一組所述微生物燃料電池單元還并聯(lián)有一個開關(guān)器件；其中，所述微生物燃料電池單元為m個并聯(lián)的微生物燃料電池單體，m為自然數(shù)； 其中，所述開關(guān)器件為單刀雙擲型開關(guān)；所述微生物燃料電池組還包括:電壓采樣電路和控制器； 所述電壓采樣電路的輸入端分別與每一個所述微生物燃料電池單元的兩端連接，用于分別采集每一個所述微生物燃料電池單元的端電壓；所述電壓采樣電路的輸出端與所述控制器的輸入端連接；所述控制器的輸出端分別與各個所述單刀雙擲型開關(guān)的驅(qū)動電路連接，通過所述驅(qū)動電路，改變所述單刀雙擲型開關(guān)的通電通路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單刀雙擲型開關(guān)進(jìn)行自動保護(hù)的微生物燃料電池組，其特征在于，設(shè)η組微生物燃料電池單元按串聯(lián)先后順序分別表示為:第I組微生物燃料電池單元、第2組微生物燃料電池單元…第η組微生物燃料電池單元；第I組微生物燃料電池單元的正極與第η組微生物燃料電池單元的負(fù)極作為外電路的輸出；第I組微生物燃料電池單元并聯(lián)的單刀雙擲型開關(guān)表示為第I單刀雙擲型開關(guān)、第2組微生物燃料電池單元并聯(lián)的單刀雙擲型開關(guān)表示為第2單刀雙擲型開關(guān)…第η組微生物燃料電池單元并聯(lián)的單刀雙擲型開關(guān)表示為第η單刀雙擲型開關(guān)； 則:第I單刀雙擲型開關(guān)的第I靜觸頭與第I組微生物燃料電池單元的正極相連，第I單刀雙擲型開關(guān)的第2靜觸頭與第I組微生物燃料電池單元的負(fù)極相連，第I單刀雙擲型開關(guān)的動觸頭與外部負(fù)載的正極相連； 第j單刀雙擲型開關(guān)的第I靜觸頭與第j組微生物燃料電池單元的正極相連，第j單刀雙擲型開關(guān)的第2靜觸頭與第j組微生物燃料電池單元的負(fù)極相連，第j單刀雙擲型開關(guān)的動觸頭與第j_l組微生物燃料電池單元的負(fù)極相連；其中，I < j < n，j為自然數(shù)； 第η單刀雙擲型開關(guān)的第I靜觸頭與第η組微生物燃料電池單元的正極相連，第η單刀雙擲型開關(guān)的第2靜觸頭與第η組微生物燃料電池單元的負(fù)極相連，第η單刀雙擲型開關(guān)的動觸頭與外部負(fù)載的負(fù)極相連； 對于第h組微生物燃料電池單元，正常情況下，第h單刀雙擲型開關(guān)的動觸頭與第I靜觸頭導(dǎo)通；當(dāng)所述電壓采樣電路采集到第h組微生物燃料電池單元的端電壓低于預(yù)設(shè)極小值時，控制器通過驅(qū)動電路，使第h單刀雙擲型開關(guān)的動觸頭與第2靜觸頭導(dǎo)通，使該第h組微生物燃料電池單元被旁路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于單刀雙擲型開關(guān)進(jìn)行自動保護(hù)的微生物燃料電池組，其特征在于，所述單刀雙擲型開關(guān)為單刀雙擲型模擬開關(guān)或單刀雙擲型機械繼電器。
【文檔編號】H01M8/16GK204011564SQ201420427194
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月30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