一種金屬空氣電池電壓控制裝置及控制電壓的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種用于金屬空氣燃料電池的電壓控制方法，通過檢測金屬空氣電池的電壓，控制輸出控制開關(guān)和DC/DC模塊的工作狀態(tài)。當(dāng)電池電壓在負(fù)載額定工作電壓范圍之內(nèi)時(shí)，電池經(jīng)過輸出控制開關(guān)輸出電能；當(dāng)電池電壓在負(fù)載額定工作電壓范圍之外時(shí)，電池經(jīng)過DC/DC模塊穩(wěn)壓后輸出電能。此方法既可以保證電池系統(tǒng)的輸出電壓滿足負(fù)載要求，又可以盡可能的減少由穩(wěn)壓器件引起電能損耗。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬空氣電池以空氣中的氧作為正極活性物質(zhì)，金屬鋅、鎂、鋁等作為負(fù)極活性物質(zhì)，空氣中的氧氣可源源不斷地通過氣體擴(kuò)散電極到達(dá)電化學(xué)反應(yīng)界面與金屬鋅、鎂、鋁等反應(yīng)而放出電能。金屬空氣電池的開路電壓與工作電壓存在一定的差異，比如單節(jié)鋅空電池的開路電壓約為1.4V，單節(jié)鎂空電池的開路電壓約為1.6V，而二者工作電壓約為IV。這使得金屬空氣電池系統(tǒng)的輸出電壓很難穩(wěn)定在很窄的范圍內(nèi)，很難滿足負(fù)載的需求。通常是采用開關(guān)型穩(wěn)壓器件，也就是DC/DC模塊來穩(wěn)定金屬空氣電池的輸出電壓。但是受到DC/DC模塊效率的限制會(huì)損失一部分電能，就會(huì)多消耗一些金屬燃料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0004]一種金屬空氣電池電壓控制裝置，主要由電壓檢測電路、電壓控制電路、輸出控制開關(guān)、理想_■極管電路和具有關(guān)斷功能的DC/DC |旲塊構(gòu)成；
[0005]金屬空氣電池的正極輸出端經(jīng)過電壓檢測電路后分為兩路:其中一路經(jīng)過輸出控制開關(guān)后與理想二極管電路的一個(gè)輸入端電連接，另一路經(jīng)過DC/DC模塊后與理想二極管電路的另一輸入端電連接；
[0006]理想二極管電路的輸出端與負(fù)載電連接；
[0007]所述電壓控制電路與電壓檢測電路、輸出控制開關(guān)、DC/DC模塊信號(hào)連接；
[0008]金屬空氣電池的負(fù)極輸出端經(jīng)過DC/DC模塊后與負(fù)載的負(fù)極電連接；
[0009]上述金屬空氣電池電壓控制裝置中，電壓檢測電路檢測金屬空氣電池輸出電壓，電壓控制電路根據(jù)金屬空氣電池的電壓輸出不同的控制信號(hào)，控制輸出控制開關(guān)及DC/DC模塊的工作狀態(tài)。
[0010]所述理想二極管電路由兩個(gè)理想二極管控制器和兩個(gè)MOSFET組成，兩個(gè)MOSFET的輸入端分別連接輸出控制開關(guān)的輸出端和DC/DC模塊的輸出端，兩個(gè)MOSFET的輸出端連接在一起，與負(fù)載的正極電連接。
[0011]所述電壓檢測電路采用電壓傳感器或分壓電路。
[0012]所述電壓控制電路采用具有AD轉(zhuǎn)換功能的單片機(jī)或者電壓比較器。
[0013]所述輸出控制開關(guān)采用功率型MOSFET或固態(tài)繼電器、或電磁繼電器。
[0014]所述金屬空氣電池電壓控制裝置控制電壓的方法，通過檢測金屬空氣電池的電壓，控制輸出控制開關(guān)和DC/DC模塊的工作狀態(tài)，當(dāng)電池電壓在負(fù)載額定工作電壓范圍之內(nèi)時(shí)，電池經(jīng)過輸出控制開關(guān)輸出電能；當(dāng)電池電壓在負(fù)載額定工作電壓范圍之外時(shí)，電池經(jīng)過DC/DC模塊穩(wěn)壓后輸出電能。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述金屬空氣電池輸出電壓可長時(shí)間穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)，且可在保證電池系統(tǒng)的輸出電壓滿足負(fù)載要求的同時(shí)盡可能的減少由穩(wěn)壓器件引起電能損耗。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明提供的一種金屬空氣電池電壓控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖中101是金屬空氣電池；102是電流檢測電路；103是電量計(jì)量顯不電路；104是電壓檢測電路；105是電壓控制電路；106是輸出控制開關(guān)；107是具有關(guān)斷功能的DC/DC模塊；108是理想二極管電路；109是風(fēng)扇。
[0018]圖2為本發(fā)明提供的一種用于金屬空氣燃料電池的電壓控制方法程序流程圖。
[0019]圖3為實(shí)施例1中電池電壓Vs和電池輸出電壓Vo隨時(shí)間變化情況的情況。
【具體實(shí)施方式】
[0020]實(shí)施例1
[0021]一種金屬空氣電池的電壓裝置，其示意圖如圖1所示。圖中，101是金屬空氣電池；102是電壓檢測電路；103是電壓控制電路；104是輸出控制開關(guān)；105是具有關(guān)斷功能的DC/DC模塊；106是理想二極管電路。實(shí)施例中，101金屬空氣電池為額定輸出功率為360W，最高電壓為36V的鎂空氣電池；102電壓檢測電路采用300K和20K兩個(gè)電阻構(gòu)成分壓電路，其中20K的電阻為取樣電阻；103電壓控制電路采用ATmega8單片機(jī)，采集電壓檢測電路的信號(hào)，控制104和105的工作狀態(tài)；104輸出控制開關(guān)采用功率型MOSFET ;10?C/DC模塊的功率為500W，輸入電壓為18?36V，輸出電壓為24V ；106理想二極管電路由兩個(gè)理想二極管控制器以及兩個(gè)MOSFET構(gòu)成，理想二極管控制器為LTC4357，MOSFET為FDB3632。
[0022]金屬空氣電池電壓控制方法程序流程，如圖2所示。即圖1所示電壓控制裝置實(shí)時(shí)檢測金屬空氣燃料電池電壓，當(dāng)電池電壓〉Vsl時(shí)，106斷開，107關(guān)斷，不輸出電能。當(dāng)Vs2<電池電壓< Vsl時(shí)，106斷開，107啟動(dòng)，此時(shí)電池經(jīng)過107輸出電能，107可以穩(wěn)定電池的輸出電壓。當(dāng)Vs3<電池電壓彡Vs2時(shí)，106閉合，107啟動(dòng)。當(dāng)Vs4 <電池電壓彡Vs3時(shí)，106閉合，107關(guān)斷，此時(shí)電池經(jīng)過輸出控制開關(guān)直接輸出電能。當(dāng)Vs5 <電池電壓< Vs4時(shí)，106閉合，107啟動(dòng)。當(dāng)Vs6 <電池電壓彡Vs5時(shí)，106斷開，107啟動(dòng)，此時(shí)電池再次經(jīng)過107輸出電能，107穩(wěn)定電池的電壓。當(dāng)電池電壓< Vs6時(shí)，106斷開，107關(guān)斷，不輸出電能。各電壓設(shè)定值的關(guān)系為Vsl > Vs2 > Vs3 > Vs4 > Vs5 > Vs6。
[0023]在本實(shí)施例中，電池實(shí)際工作過程中，Vsl=36V, Vs2=26V, Vs3=25V, Vs4=24V,Vs5=22V, Vs6=18V。圖3為電池電壓Vs和電池系統(tǒng)輸出電壓Vo隨時(shí)間變化情況。當(dāng)26V<電池電壓彡36V時(shí)，106斷開，107啟動(dòng)。當(dāng)25V <電池電壓彡26V時(shí)，106閉合，107啟動(dòng)。當(dāng)24V <電池電壓彡25V時(shí)，106閉合，107關(guān)斷。當(dāng)22V <電池電壓彡24V時(shí)，106閉合，107啟動(dòng)。當(dāng)18V <電池電壓彡22V時(shí)，106斷開，107啟動(dòng)。當(dāng)電池電壓< 18V時(shí)，106斷開，107關(guān)斷。從圖中可以看出，當(dāng)電池電壓Vs在23V?35V之間變化時(shí)，系統(tǒng)輸出電壓 Vo被有效控制在22.5V?25V之間。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種金屬空氣電池電壓控制裝置，主要由電壓檢測電路、電壓控制電路、輸出控制開關(guān)、理想二極管電路和具有關(guān)斷功能的DC/DC模塊構(gòu)成；其特征在于: 金屬空氣電池的正極輸出端經(jīng)過電壓檢測電路后分為兩路:其中一路經(jīng)過輸出控制開關(guān)后與理想二極管電路的一個(gè)輸入端電連接，另一路經(jīng)過DC/DC模塊后與理想二極管電路的另一輸入端電連接； 理想二極管電路的輸出端與負(fù)載電連接； 所述電壓控制電路與電壓檢測電路、輸出控制開關(guān)、DC/DC模塊信號(hào)連接； 金屬空氣電池的負(fù)極輸出端經(jīng)過DC/DC模塊后與負(fù)載的負(fù)極電連接； 上述金屬空氣電池電壓控制裝置中，電壓檢測電路檢測金屬空氣電池輸出電壓，電壓控制電路根據(jù)金屬空氣電池的電壓輸出不同的控制信號(hào)，控制輸出控制開關(guān)及DC/DC模塊的工作狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述金屬空氣電池電壓控制裝置，其特征在于: 所述理想二極管電路由兩個(gè)理想二極管控制器和兩個(gè)MOSFET組成，兩個(gè)MOSFET的輸入端分別連接輸出控制開關(guān)的輸出端和DC/DC模塊的輸出端，兩個(gè)MOSFET的輸出端連接在一起，與負(fù)載的正極電連接。
3.如權(quán)利要求1所述金屬空氣電池電壓控制裝置，其特征在于: 所述電壓檢測電路采用電壓傳感器或分壓電路。
4.如權(quán)利要求1所述金屬空氣電池電壓控制裝置，其特征在于: 所述電壓控制電路采用具有AD轉(zhuǎn)換功能的單片機(jī)或者電壓比較器。
5.如權(quán)利要求1所述金屬空氣電池電壓控制裝置，其特征在于: 所述輸出控制開關(guān)采用功率型MOSFET或固態(tài)繼電器、或電磁繼電器。
6.一種利用權(quán)利要求1所述金屬空氣電池電壓控制裝置控制電壓的方法，其特征在于: 通過檢測金屬空氣電池的電壓，控制輸出控制開關(guān)和DC/DC模塊的工作狀態(tài)，當(dāng)電池電壓在負(fù)載額定工作電壓范圍之內(nèi)時(shí)，電池經(jīng)過輸出控制開關(guān)輸出電能；當(dāng)電池電壓在負(fù)載額定工作電壓范圍之外時(shí)，電池經(jīng)過DC/DC模塊穩(wěn)壓后輸出電能。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種金屬空氣電池電壓控制裝置。所述電壓控制電路包括電壓檢測電路，電壓控制電路，輸出控制開關(guān)，理想二極管電路和具有關(guān)斷功能的DC/DC模塊。本發(fā)明還涉及一種利用上述電壓控制裝置控制電壓的方法，通過檢測金屬空氣電池的電壓，控制輸出控制開關(guān)和DC/DC模塊的工作狀態(tài)。當(dāng)電池電壓在負(fù)載額定工作電壓范圍之內(nèi)時(shí)，電池經(jīng)過輸出控制開關(guān)輸出電能；當(dāng)電池電壓在負(fù)載額定工作電壓范圍之外時(shí)，電池經(jīng)過DC/DC模塊穩(wěn)壓后輸出電能。此方法既可以保證電池系統(tǒng)的輸出電壓滿足負(fù)載要求，又可以盡可能的減少由穩(wěn)壓器件引起電能損耗。
【IPC分類】H02J7-00
【公開號(hào)】CN104716700
【申請?zhí)枴緾N201310696078
【發(fā)明人】孫公權(quán), 秦兵, 王二東
【申請人】中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
【公開日】2015年6月17日
【申請日】2013年12月15日