[發明專利]一種微生物燃料電池能量獲取及其自供電的電路及方法

有效

• 申請號: 201710317906.X
• 申請日: 2017-05-08
• 公開（公告）號: CN106992570B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 羅志聰;趙勇;鄭書河;葉大鵬
• 申請（專利權）人: 福建農林大學
• 主分類號: H02J7/00
• 分類號: H02J7/00;H02M3/335
• 代理公司: 福州元創專利商標代理有限公司 35100
• 代理人: 蔡學俊;薛金才

本發明提供一種微生物燃料電池能量獲取及其自供電的電路及方法。利用微生物電源為沉積物微生物燃料電池，該種形式的電池最大的優點就是免維護，在改善環境的同時提供源源不斷的電能；最佳功率點跟蹤電路利用數字信號處理器根據微生物燃料電池最佳功率點變化，通過串行總線控制遲滯比較器的參考電壓實現最佳功率點跟蹤。升壓電路利用耦合電感進行升壓，電容作為儲能元件，通過控制升壓電路工作通時間，使電路工作在恒壓恒流恒阻恒功率等模式下。所述自供電電路就是在經過初始化后，儲能元件A會被充電并為最佳功率點跟蹤電路和升壓電路提供電能。

技術領域

本發明涉及微生物燃料電池領域，尤其涉及一種微生物燃料電池能量獲取及其自供電的電路及方法。

背景技術

微生物燃料電池是近年來迅速發展起來的一種新型燃料電池技術。由于其可以在降解污染物的同時可將生物質中化學能直接轉化為電能,可獲得更高的能量轉化效率,是未來緩解能源和環境問題的有效途徑,近幾年來引起了科研工作者的深入研究。就單單對實驗室制備的“空氣-陰極”微生物燃料電池來說，其最大功率密度在短短的幾年內從過去僅僅1mW?m^-2飛躍般發展到6.9W?m^-2。傳統的測定燃料電池功率密度方法是利用一系列不同值的外接電阻得到其對應電壓值，或者使用恒電位儀進行電化學掃描。當外部電阻等于內部電阻時，就得到其最大功率密度。這種測量結果代表了微生物燃料電池的輸出潛力，但不等于電池實際有功功率，因為電池所產生的電能被外接電阻轉化成熱能而非被電子產品所利用。此外，微生物燃料電池的最大功率輸出還隨內部阻力影響參數（如底物濃度，PH和溫度）變化而變化。

為了有效利用微生物燃料電池輸出的電能，最常見的方法是使用超級電容器被動地收集微生物燃料電池的輸出電能。這種方法不能最大化微生物燃料電池的輸出電能。利用最大功率點跟蹤技術（MPPT）使微生物燃料電池輸出端的負載阻值等于其電池內阻時可以最大化微生物燃料電池的輸出功率。現有的MPPT技術（如擾動和觀察、梯度法等）是通過實時優化外部負載電阻值，使微生物燃料電池輸出電能最大化。此類方法需要大量的控制電路。傳統微生物燃料電池應用電路需要配置外部電池（如鋰電池、鉛蓄電池等）為最佳功率點跟蹤電路、升壓電路等電路供電。由于外部電池壽命有限，限制了微生物燃料電池的應用。

發明內容

為了克服現有技術存在的不足，本發明提供一種微生物燃料電池能量獲取及其自供電的電路及方法。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案實現：一種微生物燃料電池能量獲取及其自供電的電路，其特征在于：包括微生物燃料電池、自供電電路、最佳功率點跟蹤電路及升壓電路；所述微生物燃料電池一輸出與所述升壓電路一輸入連接，另一輸出與所述最佳功率點跟蹤電路第一輸入連接；所述升壓電路輸出分別與負載、最佳功率點跟蹤電路第二輸入連接；最佳功率點跟蹤電路輸出與所述升壓電路另一輸入連接；自供電電路輸出與所述最佳功率點跟蹤電路第三輸入連接。

在本發明一實施例中，所述自供電電路包括初始化模塊及第一儲能元件。

在本發明一實施例中，所述升壓電路輸出與最佳功率點跟蹤電路第二輸入之間設置有一二極管；所述二極管陽極接升壓電路輸出，所述二極管陰極接最佳功率點跟蹤電路第二輸入。

在本發明一實施例中，所述升壓電路輸出與負載之間設置有一穩壓二極管；穩壓二極管陰極與升壓電路輸出，陽極接地。

在本發明一實施例中，所述升壓電路輸出還與第二儲能元件連接。

在本發明一實施例中，所述最佳功率點跟蹤電路包括遲滯比較器、反相器及數字信號處理器；所述微生物燃料電池輸出分別與遲滯比較器一輸入、數字信號處理器輸入連接；遲滯比較器另一輸入與數字信號處理器輸出連接；遲滯比較器輸出與反相器輸入連接；反相器輸出與升壓電路連接。

在本發明一實施例中，最佳功率點跟蹤電路輸出與所述升壓電路另一輸入之間設置有一MOS管。