本发明专利技术提供一种多个微生物燃料电池联合输出能量的装置和方法，包括：n个一级能量调控支路、控制器、电子开关、DC-DC变换电路和一个二级储能元件；n个一级能量调控支路为并联联接方式，均包括微生物燃料电池单体、电能采集电路、一级储能元件和隔离二极管；各个隔离二极管的负极连接到二级管公共负极结点；该二级管公共负极结点分别与电子开关的一端和控制器的输入端连接，控制器的输出端与电子开关连接；电子开关的另一端通过DC-DC变换电路和二级储能元件连接。能够有效收集和利用每个微生物燃料电池的输出能量，还同时能够避免微生物燃料电池串联造成的反极等问题，延长每个微生物燃料电池的使用寿命。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种，包括：n个一级能量调控支路、控制器、电子开关、DC-DC变换电路和一个二级储能元件；n个一级能量调控支路为并联联接方式，均包括微生物燃料电池单体、电能采集电路、一级储能元件和隔离二极管；各个隔离二极管的负极连接到二级管公共负极结点；该二级管公共负极结点分别与电子开关的一端和控制器的输入端连接，控制器的输出端与电子开关连接；电子开关的另一端通过DC-DC变换电路和二级储能元件连接。能够有效收集和利用每个微生物燃料电池的输出能量，还同时能够避免微生物燃料电池串联造成的反极等问题，延长每个微生物燃料电池的使用寿命。【专利说明】
本专利技术属于电子电路
，具体涉及一种多个微生物燃料电池联合输出能量 的装置和方法。
技术介绍
微生物燃料电池 （Microbial fuel cell, MFC)是一种利用微生物将有机物化学能 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。尤其在污水处理领域，微生物燃料电池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。 由于单个微生物燃料电池的输出电压和输出功率较低，为有效利用微生物燃料电 池输出的电能，需要将多个微生物燃料电池进行联接，组成电池组，以输出足够负载使用的 电能。常用的联接方式为串联、并联或混联。但在研究和应用中发现，对于多个微生物燃料 电池串联形成的电池组，当工作电流较大时，电池组中的某些微生物燃料电池会出现反极 现象，即单个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，发生极性反转的微生物燃料电池也容易损坏。而对于多个微生物燃料电池并联形成 的电池组，虽然不会发生反极现象，但并联形成的电池组不能提高微生物燃料电池输出电 压，无法为需要较高电压的负载供电；同时，由于各个微生物燃料电池内阻的差异性，当各 个微生物燃料电池并联输出时，对微生物燃料电池也不利。由此可见，现有技术中的多个微 生物燃料电池联合输出方案，无论采用多个微生物燃料电池串联、并联或混联，均存在以上 弊端，不利于微生物燃料电池的推广和使用。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷，本专利技术提供一种多个微生物燃料电池联合输出能量的 装置和方法，用以解决上述问题。 本专利技术采用的技术方案如下： 本专利技术提供一种多个微生物燃料电池联合输出能量的装置，包括：n个一级能量 调控支路、控制器、电子开关、DC-DC变换电路和一个二级储能元件； 其中，η个所述一级能量调控支路为并联联接方式；每一个一级能量调控支路均 包括微生物燃料电池单体、电能采集电路、一级储能元件和隔离二极管；所述电能采集电路 用于采集所述微生物燃料电池输出的电能，并存储到所述一级储能元件，所述一级储能元 件的输出端与隔离二极管的正极连接； 各个隔离二极管的负极连接到二级管公共负极结点；然后，该二级管公共负极结 点分别与所述电子开关的一端和所述控制器的输入端连接，所述控制器的输出端与所述 电子开关连接，用于根据所述二级管公共负极结点的电压值而控制所述电子开关是否导 通；所述电子开关的另一端通过所述DC-DC变换电路和所述二级储能元件连接，通过所述 DC-DC变换电路，将一级储能元件所存储的电能传输到所述二级储能元件中。 优选的，所述电能采集电路为电荷泵；所述一级储能元件为第一电容；所述DC-DC 变换电路为具有升压功能的DC-DC变换电路；所述二级储能元件为第二电容或蓄电池。 优选的，所述电荷泵采用Seiko Instruments Inc.的S-882Z系列芯片；所述第一 电容为超级电容；所述第二电容为超级电容；所述DC-DC变换电路为升压式DC-DC变换电 路或升压降压式DC-DC变换电路。 优选的，所述控制器为电压比较器。 优选的，所述电子开关为M0SFET电子开关。 本专利技术还提供一种多个微生物燃料电池联合输出能量的方法，包括以下步骤： S1，对于每一个一级能量调控支路，微生物燃料电池输出的电能经电能采集电路 升压后，不断储存在一级储能元件中； S2,同时，控制器预设放电开始电压VI以及放电终止电压V2,其中，VI > V2 ; 控制器连续检测二级管公共负极结点的当前电压值V0 ; 当检测到V0大于VI时，控制器控制电子开关导通，一级储能元件开始放电，DC-DC 变换电路将一级储能元件储存的电能进行升压后存储到二级储能元件中；通过二级储能元 件向负载供电；随着放电的进行，二级管公共负极结点的当前电压值逐渐减小，当二级管公 共负极结点的当前电压值小于V2时，控制器控制电子开关断开，微生物燃料电池继续向对 应的一级储能元件充电，直到当二级管公共负极结点的当前电压值大于VI时再导通电子 开关；循环上述过程，实现多个微生物燃料电池联合输出能量。 本专利技术的有益效果如下： 本专利技术提供的，一方面，能够有 效收集和利用每个微生物燃料电池的输出能量，从而为负载提供较大的能量，可应用于需 要较高电压或电流的负载，扩大了微生物燃料电池的应用领域；另一方面，还同时能够避免 微生物燃料电池串联造成的反极等问题，延长每个微生物燃料电池的使用寿命。整个电路 结构还具有电路结构简单、控制简单和成本低的优点。 【专利附图】【附图说明】 图1为本专利技术提供的多个微生物燃料电池联合输出能量的装置的结构示意图； 图2为本专利技术提供的一种具体的多个微生物燃料电池联合输出能量的装置的电 路不意图。 【具体实施方式】 以下结合附图对本专利技术进行详细说明： 如图1所示，本专利技术提供一种多个微生物燃料电池联合输出能量的装置，包括：n 个一级能量调控支路、控制器、电子开关、DC-DC变换电路和一个二级储能元件； 其中，η个一级能量调控支路为并联联接方式；每一个一级能量调控支路均包括 微生物燃料电池单体、电能采集电路、一级储能元件和隔离二极管；电能采集电路用于采集 微生物燃料电池输出的电能，并存储到一级储能元件，一级储能元件的输出端与隔离二极 管的正极连接；参考图1，共有η个一级能量调控支路，第1个一级能量调控支路为MFC1、电 能采集电路1、一级储能元件1和隔离二极管D1 ;第2个一级能量调控支路为串联的MFC2、 电能采集电路2、一级储能元件2和隔离二极管D2…第η个一级能量调控支路为串联的 MFC1、电能采集电路1、一级储能元件η和隔离二极管Dn ; 各个隔离二极管的负极连接到二级管公共负极结点，即图1中的Μ结点；然后，该 二级管公共负极结点分别与电子开关的一端和控制器的输入端连接，控制器的输出端与电 子开关连接，用于根据二级管公共负极结点的电压值而控制电子开关是否导通；电子开关 的另一端通过DC-DC变换电路和二级储能元件连接，通过DC-DC变换电路，将一级储能元件 所存储的电能传输到二级储能元件中；最终通过二级储能元件为负载供电。 实际应用中，电能采集电路可以采用电荷泵；该电荷泵在超低输入电压下即能本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种多个微生物燃料电池联合输出能量的装置，其特征在于，包括：n个一级能量调控支路、控制器、电子开关、DC‑DC变换电路和一个二级储能元件；其中，n个所述一级能量调控支路为并联联接方式；每一个一级能量调控支路均包括微生物燃料电池单体、电能采集电路、一级储能元件和隔离二极管；所述电能采集电路用于采集所述微生物燃料电池输出的电能，并存储到所述一级储能元件，所述一级储能元件的输出端与隔离二极管的正极连接；各个隔离二极管的负极连接到二级管公共负极结点；然后，该二级管公共负极结点分别与所述电子开关的一端和所述控制器的输入端连接，所述控制器的输出端与所述电子开关连接，用于根据所述二级管公共负极结点的电压值而控制所述电子开关是否导通；所述电子开关的另一端通过所述DC‑DC变换电路和所述二级储能元件连接，通过所述DC‑DC变换电路，将一级储能元件所存储的电能传输到所述二级储能元件中。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：徐劲草，刘锐，姚新，谢涛，
申请(专利权)人：中科宇图天下科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11
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