CN104518230B - 一种自动检测MFCs电池组电压反转电池的控制电路与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种自动检测MFCs电池组电压反转电池的控制电路，以及一种自动检测MFCs电池组电压反转电池的控制方法。本发明提供了一种自动检测MFCs串联电池组中电压发生反转的电池的控制电路及方法，能有效的将电压发生反转的电池与总串联电路断开连接，串联电路中其他电池重新连在一起，从而提高回路的总电压。当向电压发生反转的单体MFC中添加新的营养物质时，反转电池电压回升，再次产生正电压，该检测选通电路又重新将该断开的电池连接到总串联回路，从而周而复始，提高MFCs串联电池组总电压。不仅能有效的剔除串联中电压反转的电池，而且能够使反转电池处理污水的能力有所提高，对于微生物燃料电池作为能源研究具有很大的价值。

Description

一种自动检测MFCs电池组电压反转电池的控制电路与方法
技术领域
本发明涉及电路检测切换技术，更具体地说，涉及一种自动检测MFCs电池组电压反转电池的控制电路，以及一种自动检测MFCs电池组电压反转电池的控制方法。
背景技术
近些年来，人口不断增长，预计在2050年全球人口将超过94亿，人口增长随之而来的能源危机也逐渐凸显。在过去的一个世纪，石油等化石燃料是人类的主要能源来源，然而，石油预计将在未来的100年或更久后枯竭。因此，寻找清洁新能源，进行能源结构改革变得尤为重要。为此，研究者们开发了太阳能、地热能、风能等多种清洁能源。而废水中也含有能量，这些能量以可生化降解的有机物的形式存在，高效地利用废水中的能量，将在变废为宝的同时，实现水利基础设施所需能源的自给自足。
微生物燃料电池是近年来快速发展的一种在废水处理方面非常有前景的技术，与此同时，燃料电池还能通过外部回路产生电流，从而产生可再生能量。但是，单个MFC产生的电压较低，功率较低，不足以在实际生活中应用。于是，为了得到较高的电压，将多个MFC串联在一起是非常有必要的。当串联微生物燃料电池，单体电池会呈现负电压或者反向极化，称为电压反转，单体MFC发生电压反转，串联回路总电压几乎接近零电压或者负电压，串联总电压并不能实现电压升高的目的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种提高MFCs串联电池组的总电压，把发生电压反转电池剔除串联电路的自动检测MFCs电池组电压反转电池的控制电路，以及自动检测MFCs电池组电压反转电池的控制方法。
本发明的技术方案如下：
一种自动检测MFCs电池组电压反转电池的控制电路，回路中串联检测选通电路，每个单体MFC各接入一个检测选通电路，检测选通电路设置有直通线路、加载线路；当单体MFC极性正常时，直通线路截止，加载线路导通，单体MFC作为电源串联接入回路；当单体MFC极性反转时，直通线路导通，加载线路截止，单体MFC不接入回路。
作为优选，检测选通电路包括比较器、分别接入在直通线路与加载链接上的直通mos管、加载mos管，比较器检测单体MFC的两极电压差，通过控制电平，控制直通mos管、加载mos管的通断，进而控制直通线路、加载线路的通断。
作为优选，单体MFC的正极、负极分别与比较器的正相输入端、反相输入端连接，单体MFC的正极还与检测选通电路的正极输出端连接；比较器的输出端分别连接直通mos管、加载mos管的栅极，直通mos管、加载mos管分别接入直通线路、加载线路，且直通mos管、加载mos管的导通方向分别与直通线路、加载线路的电流方向相同；直通mos管、加载mos管均连接检测选通电路的负极输出端。
作为优选，直通mos管为P沟道mos管，加载mos管为N沟道mos管；直通mos管的漏极、加载mos管的源极均与检测选通电路的负极输出端连接；直通mos管的源极与检测选通电路的正极输出端连接，加载mos管的漏极与单体MFC的负极连接。
一种自动检测MFCs电池组电压反转电池的控制方法，对每个串联在回路上的单体MFC进行检测，当单体MFC极性正常时，单体MFC作为电源串联接入回路；当单体MFC极性反转时，单体MFC的两极在回路上短接，单体MFC不接入回路。
作为优选，对单体MFC的检测具体为：对单体MFC的正极、负极通过比较器进行比较，当单体MFC极性正常时，比较器控制单体MFC的两极在回路上开路，单体MFC作为电源串联接入回路；当单体MFC极性反转时，比较器控制单体MFC的两极在回路上短接，单体MFC从回路上断开，单体MFC不接入回路。
作为优选，对单体MFC的检测通过检测选通电路完成，检测选通电路串联在回路上，每个单体MFC各接入一个检测选通电路，检测选通电路设置有直通线路、加载线路；当单体MFC极性正常时，直通线路截止，加载线路导通，单体MFC作为电源串联接入回路；当单体MFC极性反转时，直通线路导通，加载线路截止，单体MFC不接入回路。
作为优选，单体MFC的正极、负极分别与比较器的正相输入端、反相输入端连接，单体MFC的正极还与检测选通电路的正极输出端连接；比较器的输出端分别连接直通mos管、加载mos管的栅极，直通mos管、加载mos管分别接入直通线路、加载线路，且直通mos管、加载mos管的导通方向分别与直通线路、加载线路的电流方向相同；直通mos管、加载mos管均连接检测选通电路的负极输出端。
作为优选，当单体MFC极性正常时，正极电势比负极高，对外呈正电压，比较器输出高电平，加载mos管导通，直通mos管截止，则直通线路截止，加载线路导通，单体MFC作为电源串联接入回路；当单体MFC极性反转时，正极电势比负极低，对外呈负电压，比较器输出低电平，加载mos管截止，直通mos管导通，则直通线路导通，加载线路截止，单体MFC不接入回路。
本发明的有益效果如下：
本发明提供了一种自动检测MFCs串联电池组中电压发生反转的电池的控制电路及方法，能有效的将电压发生反转的电池与总串联电路断开连接，串联电路中其他电池重新连在一起，从而提高回路的总电压。当向电压发生反转的单体MFC中添加新的营养物质时，反转电池电压回升，再次产生正电压，该检测选通电路又重新将该断开的电池连接到总串联回路，从而周而复始，提高MFCs串联电池组总电压。不仅能有效的剔除串联中电压反转的电池，而且能够使反转电池处理污水的能力有所提高，对于微生物燃料电池作为能源研究具有很大的价值。
附图说明
图1是本发明所述的电路示意图；
图2是检测选通电路的示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明进行进一步的详细说明。
本发明提供一种自动检测MFCs电池组电压反转电池的控制方法，对每个串联在回路上的单体MFC进行检测，当单体MFC极性正常时，单体MFC作为电源串联接入回路；当单体MFC极性反转时，单体MFC的两极在回路上短接，单体MFC不接入回路。
对单体MFC的检测具体为：对单体MFC的正极、负极通过比较器进行比较，当单体MFC极性正常时，比较器控制单体MFC的两极在回路上开路，单体MFC作为电源串联接入回路；当单体MFC极性反转时，比较器控制单体MFC的两极在回路上短接，单体MFC从回路上断开，单体MFC不接入回路。
对单体MFC的检测通过检测选通电路完成，检测选通电路串联在回路上，每个单体MFC各接入一个检测选通电路，检测选通电路设置有直通线路、加载线路；当单体MFC极性正常时，直通线路截止，加载线路导通，单体MFC作为电源串联接入回路；当单体MFC极性反转时，直通线路导通，加载线路截止，单体MFC不接入回路。
单体MFC的正极、负极分别与比较器的正相输入端、反相输入端连接，单体MFC的正极还与检测选通电路的正极输出端连接；比较器的输出端分别连接直通mos管、加载mos管的栅极，直通mos管、加载mos管分别接入直通线路、加载线路，且直通mos管、加载mos管的导通方向分别与直通线路、加载线路的电流方向相同；直通mos管、加载mos管均连接检测选通电路的负极输出端。
当单体MFC极性正常时，正极电势比负极高，对外呈正电压，比较器输出高电平，加载mos管导通，直通mos管截止，则直通线路截止，加载线路导通，单体MFC作为电源串联接入回路，并且产生正电压；当单体MFC极性反转时，正极电势比负极低，对外呈负电压，比较器输出低电平，加载mos管截止，直通mos管导通，则直通线路导通，加载线路截止，单体MFC不接入回路，所以不会拉低串联回路的总电压。
基于所述的自动检测MFCs电池组电压反转电池的控制方法，本发明还提供一种自动检测MFCs电池组电压反转电池的控制电路，如图1所示，回路中串联检测选通电路，每个单体MFC各接入一个检测选通电路，检测选通电路设置有直通线路、加载线路；当单体MFC极性正常时，直通线路截止，加载线路导通，单体MFC作为电源串联接入回路；当单体MFC极性反转时，直通线路导通，加载线路截止，单体MFC不接入回路。
如图2所示，检测选通电路包括比较器、分别接入在直通线路与加载链接上的直通mos管、加载mos管，比较器检测单体MFC的两极电压差，通过控制电平，控制直通mos管、加载mos管的通断，进而控制直通线路、加载线路的通断。
单体MFC的正极、负极分别与比较器的正相输入端、反相输入端连接，单体MFC的正极还与检测选通电路的正极输出端连接；比较器的输出端分别连接直通mos管、加载mos管的栅极，直通mos管、加载mos管分别接入直通线路、加载线路，且直通mos管、加载mos管的导通方向分别与直通线路、加载线路的电流方向相同；直通mos管、加载mos管均连接检测选通电路的负极输出端。
直通mos管为P沟道mos管，加载mos管为N沟道mos管；直通mos管的漏极、加载mos管的源极均与检测选通电路的负极输出端连接；直通mos管的源极与检测选通电路的正极输出端连接，加载mos管的漏极与单体MFC的负极连接。
以设置两个单体MFC的电路为例，本发明的工作原理如下：
1、两个单体MFC通过检测选通电路接入串联回路，此时，两个单体MFC都表现为正电压，串联回路总电压为两电池电压之和；
2、串联回路中一个单体MFC发生电压反转；
3、检测选通电路将发生电压反转的单体MFC与串联回路断开连接，从串联回路中剔除；
4、当向电压发生反转的单体MFC中添加营养物质后，电池电压回升，产生正电压；
5、检测选通电路又重新将反转的单体MFC接入到串联回路。
上述实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定。只要是依据本发明的技术实质，对上述实施例进行变化、变型等都将落在本发明的权利要求的范围内。

Claims (6)

1.一种自动检测MFCs电池组电压反转电池的控制电路，其特征在于，回路中串联检测选通电路，每个单体MFC各接入一个检测选通电路，检测选通电路设置有直通线路、加载线路；检测选通电路包括比较器、分别接入在直通线路与加载链接上的直通mos管、加载mos管，比较器检测单体MFC的两极电压差，通过控制电平，控制直通mos管、加载mos管的通断，进而控制直通线路、加载线路的通断；
对每个串联在回路上的单体MFC进行检测，对单体MFC的正极、负极通过比较器进行比较，当单体MFC极性正常时，比较器控制单体MFC的两极在回路上开路，直通线路截止，加载线路导通，单体MFC作为电源串联接入回路；当单体MFC极性反转时，比较器控制单体MFC的两极在回路上短接，直通线路导通，加载线路截止，单体MFC不接入回路。
2.根据权利要求1所述的自动检测MFCs电池组电压反转电池的控制电路，其特征在于，单体MFC的正极、负极分别与比较器的正相输入端、反相输入端连接，单体MFC的正极还与检测选通电路的正极输出端连接；比较器的输出端分别连接直通mos管、加载mos管的栅极，直通mos管、加载mos管分别接入直通线路、加载线路，且直通mos管、加载mos管的导通方向分别与直通线路、加载线路的电流方向相同；直通mos管、加载mos管均连接检测选通电路的负极输出端。
3.根据权利要求2所述的自动检测MFCs电池组电压反转电池的控制电路，其特征在于，直通mos管为P沟道mos管，加载mos管为N沟道mos管；直通mos管的漏极、加载mos管的源极均与检测选通电路的负极输出端连接；直通mos管的源极与检测选通电路的正极输出端连接，加载mos管的漏极与单体MFC的负极连接。
4.一种自动检测MFCs电池组电压反转电池的控制方法，其特征在于，对每个串联在回路上的单体MFC进行检测，当单体MFC极性正常时，单体MFC作为电源串联接入回路；当单体MFC极性反转时，单体MFC的两极在回路上短接，单体MFC不接入回路；
对单体MFC的检测具体为：对单体MFC的正极、负极通过比较器进行比较，当单体MFC极性正常时，比较器控制单体MFC的两极在回路上开路，单体MFC作为电源串联接入回路；当单体MFC极性反转时，比较器控制单体MFC的两极在回路上短接，单体MFC从回路上断开，单体MFC不接入回路；
对单体MFC的检测通过检测选通电路完成，检测选通电路串联在回路上，每个单体MFC各接入一个检测选通电路，检测选通电路设置有直通线路、加载线路；当单体MFC极性正常时，直通线路截止，加载线路导通，单体MFC作为电源串联接入回路；当单体MFC极性反转时，直通线路导通，加载线路截止，单体MFC不接入回路。
5.根据权利要求4所述的自动检测MFCs电池组电压反转电池的控制方法，其特征在于，单体MFC的正极、负极分别与比较器的正相输入端、反相输入端连接，单体MFC的正极还与检测选通电路的正极输出端连接；比较器的输出端分别连接直通mos管、加载mos管的栅极，直通mos管、加载mos管分别接入直通线路、加载线路，且直通mos管、加载mos管的导通方向分别与直通线路、加载线路的电流方向相同；直通mos管、加载mos管均连接检测选通电路的负极输出端。
6.根据权利要求4所述的自动检测MFCs电池组电压反转电池的控制方法，其特征在于，当单体MFC极性正常时，正极电势比负极高，对外呈正电压，比较器输出高电平，加载mos管导通，直通mos管截止，则直通线路截止，加载线路导通，单体MFC作为电源串联接入回路；当单体MFC极性反转时，正极电势比负极低，对外呈负电压，比较器输出低电平，加载mos管截止，直通mos管导通，则直通线路导通，加载线路截止，单体MFC不接入回路。
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