[發明專利]應用于微生物燃料電池的控制裝置及控制方法

有效

• 申請號: 201310616853.3
• 申請日: 2013-11-27
• 公開（公告）號: CN104078692A
• 公開（公告）日: 2014-10-01
• 發明（設計）人: 徐勁草;謝濤;劉銳;姚新
• 申請（專利權）人: 中科宇圖天下科技有限公司
• 主分類號: H01M8/04
• 分類號: H01M8/04;H01M8/16
• 代理公司: 北京市盛峰律師事務所 11337
• 代理人: 趙建剛

技術領域

本發明屬于電源技術領域，具體涉及一種應用于微生物燃料電池的控制裝置及控制方法。

背景技術

微生物燃料電池(MFC，Microbial?Fuel?Cell)能夠將有機物直接轉化為電能，作為一種新興的技術，在新能源、污水處理、水質檢測等方面得到了研究和應用。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，可在產生電能的同時治理環境污染，實現廢物的資源化利用，促進經濟、社會與環境的協調發展。因此，微生物燃料電池為緩解和解決能源與環境問題提供了一種切實有效的新思路。

微生物燃料電池是利用電化學技術將微生物代謝能轉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展起來的一種全新的電能生產技術。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，再經過外電路到達陰極，質子通過質子交換膜到達陰極，氧化劑在陰極與質子和電子反應生成水。其中，電子載體通常為細胞色素，氧化劑一般為氧氣。

在微生物燃料電池的研究和應用中，通常希望電池輸出盡可能高的功率。相關研究表明，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-功率關系曲線。

由于微生物燃料電池利用電池中發生的各種生物化學、電化學過程產生能量，反應機理復雜，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，使電池難以持續工作在最大功率輸出狀態，從而限制了微生物燃料電池的應用。

發明內容

針對現有技術存在的缺陷，本發明提供一種應用于微生物燃料電池的控制裝置及控制方法，能夠使微生物燃料電池工作在最大功率輸出狀態，提高了微生物燃料電池的工作效率。

本發明采用的技術方案如下：

本發明提供一種應用于微生物燃料電池的控制裝置，應用于微生物燃料電池向負載供電的系統中，包括電流采樣電路、電壓采樣電路、MPPT(Maximum?Power?Point?Tracking，最大功率點跟蹤)控制電路和可調節負載R_L；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節負載R_L的調節端連接。

優選的，所述可調節負載R_L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。

優選的，還包括蓄電池；所述蓄電池與所述DC-DC變換電路連接。

優選的，所述DC-DC變換電路采用BUCK、BOOST、BUCK-BOOST這三種電路形式，或這三種電路的變形。

優選的，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。

本發明還提供一種微生物燃料電池的控制方法，包括以下步驟：

S1，當微生物燃料電池向可調節負載R_L供電時，電流采樣電路定時采集所述微生物燃料電池的電池輸出電流值I1，并將采集到的所述電池輸出電流值I1發送給MPPT控制電路；

電壓采樣電路定時采集所述微生物燃料電池的電池輸出電壓值U1，并將采集到的所述電池輸出電壓值U1發送給所述MPPT控制電路；

S2，所述MPPT控制電路接收電池輸出電流值I1和電池輸出電壓值U1，然后基于MPPT控制算法，調節所述可調節負載R_L，控制所述微生物燃料電池持續工作在最大功率輸出狀態。

優選的，還包括：所述可調節負載R_L包括：DC-DC變換電路和外部負載R；所述MPPT控制電路調節所述DC-DC變換電路的工作狀態，控制所述微生物燃料電池持續工作在最大功率輸出狀態。