微生物燃料電池電能采集系統(tǒng)的研究.pdf

1、隨著環(huán)境的污染以及化石能源的逐漸消耗,新能源得到了很大的關(guān)注。微生物燃料電池是一種以生活污水等生物質(zhì)能為燃料的電池,在處理廢水的同時(shí)產(chǎn)生電能。微生物燃料電池的反應(yīng)條件溫和,燃料來源廣泛,在環(huán)境與能源方面前景廣闊。但是微生物燃料電池的輸出功率小于1mW,開路電壓約0.7V,微弱的輸出功率使電池的電能難以直接驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備。電池串聯(lián)通常能提高總的輸出電壓,但是微生物燃料電池在串聯(lián)過程中會(huì)出現(xiàn)反轉(zhuǎn)現(xiàn)象,即電池的極性發(fā)生改變,總的輸出功率沒有得到

2、相應(yīng)的提升。因此,課題的內(nèi)容是微能源的電能采集和電池串聯(lián)反轉(zhuǎn)現(xiàn)象的解決。
　　本文采用電荷泵采集微生物燃料電池的電能,以超級(jí)電容存儲(chǔ)電池的電量。當(dāng)儲(chǔ)能電容兩端電壓值達(dá)到設(shè)定的閾值時(shí),通過開關(guān)的控制,電容開始放電,升壓成5V為負(fù)載供電;當(dāng)電容電壓降到設(shè)定值后,開關(guān)斷開,電容又開始充電。儲(chǔ)能電容自動(dòng)的充放電,系統(tǒng)循環(huán)的運(yùn)行,負(fù)載間歇的工作。對于電池串聯(lián)時(shí)的反轉(zhuǎn)問題,本文采用把電池的串聯(lián)轉(zhuǎn)化成儲(chǔ)能電容串聯(lián)的方法,電池分別為電容充電,通過

3、控制開關(guān)的閉合,儲(chǔ)能電容串聯(lián)放電提供給負(fù)載,防止了反轉(zhuǎn)的發(fā)生,采集了電池組的電量。在負(fù)載端,本文設(shè)計(jì)了以nRF24L01為數(shù)據(jù)傳輸模塊的無線傳感器,當(dāng)微生物燃料電池通過電源管理電路輸出5V時(shí),驅(qū)動(dòng)傳感器采集環(huán)境中的溫度和濕度,微控制器讀取數(shù)據(jù),通過無線模塊發(fā)送數(shù)據(jù)。接收端接收傳感器數(shù)據(jù),通過串口傳輸至上位機(jī)。上位機(jī)是基于虛擬儀器的串口軟件,具有微控制器和計(jì)算機(jī)的串口通信功能,包括數(shù)據(jù)的顯示和存儲(chǔ)。
　　實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果表明,微生物燃料