具体实施方式

结合实施例详细说明本发明，但不对本发明的权利要求做任何限定。

一种电化学发电装置，包括：

电化学反应发电单元：包括电化学反应堆，所述电化学反应堆上带有电化学反应堆温度传感器，且包括：膜电极、双极板、端板、集电流板，所述膜电极是由一个具有质子传输能力的电解质膜以及位于电解质膜两侧具备电化学催化能力的阳极和阴极构成。阳极与阴极是由担载在多孔碳颗粒上的纳米尺度贵金属电催化剂或纯贵金属电催化剂、碳纤维构成的气体扩散层构成。双极板是一种平板式结构，由碳、柔性石墨或金属加工而成，平板的两侧加工有可供液体或气体流动的流场，用于向膜电极传输分配燃料与空气及传输膜电极电化学反应生产的电子。双极板上还加工有可供空气与燃料流动的主通道孔与极板密封线安装槽，主通道孔与极板两侧流场分别连通。端板是由铝、钛合金、不锈钢中的一种材质加工而成，用于从两侧固定压紧双极板、膜电极及集电流板构成的层叠结构反应堆，其上设置有可供螺杆穿过的固定孔及可供定位销固定定位的定位孔，其表面不具有安装结构的区域被镂空，以减轻重量。集电流板用于从电化学反应堆两侧收集电化学反应产生的电流向外输出，其材质可以是铜板、覆铜玻璃纤维板，不锈钢板中的一种，其表面需要镀金、铂或氮化钛防腐导电层

燃料供应单元：包括一个系统内部燃料循环回路与一个外部高浓度燃料输入支路。内部燃料循环回路包括一个集成气体液体分离及混合燃料功能的气液分离器、离子过滤器、燃料浓度检测支路、液体循环泵及连接各部分的管路。液体循环泵从气液分离器底部的混合腔吸取混合后的燃料，通过离子过滤器吸附除去溶液中的微量阳离子，然后输入电化学反应堆阳极。燃料在电化学反应堆阳极被氧化，生成水、二氧化碳及电子，反应产物与未反应的燃料从反应堆阳极出口进入气液分离器进行气体液体分离，液体进入分离器底部的混合腔，二氧化碳气体则通过气体排出微孔进入上部的气液分离腔，再通过排气口排出系统。气液分离器底部混合腔设置有电导式液位传感器，包括一个中心电极，完全浸泡在燃料溶液中，两个测量电极，一低一高，通过检测两电极与中心电极的电阻来测量两档液位，以判断混合腔溶液的多与少。燃料浓度检测支路包括微型液体循环泵与电化学燃料浓度传感器，微型液体循环泵从气液分离器底部靠近循环溶液出口位置抽取内部溶液，经燃料浓度传感器进行循环，液体的流动速度应介于1-10mL/min。电化学浓度传感器通过检测溶液的电化学氧化极限电流来检测燃料的浓度，由于电化学反应受温度影响严重，低温时电化学反应活度不够；高温时活性更高，所以传统的电化学传感器有严重的温漂现象，需要进行温度校正，响应速度与精确度都受影响，特别是低温环境系统刚启动条件下。所述外部高浓度燃料输入支路，包括一个高浓度燃料储罐、一个燃料输入用的微型液体高压泵及安装于输入管路上的流体传感器，该输入支路用于向内部循环回路的混合区补充≥60％-100％纯度的燃料，以维持内部循环回路进入电化学反应堆的燃料浓度介于0.3mol/L-20mol/L。当燃料浓度传感器检测到燃料浓度＜下限设定值，则起动微型燃料泵间歇脉冲式工作，直至检测到燃料浓度≥下限设定值停止工作。当管路上的流体传感器检测到管路中没有流体流过，超过一定时间，介于30-180s，则表示燃料储罐已经被抽空，需要更换或添加燃料。

本发明将电化学浓度传感器与半导体加热控温模块集成一体，使得流经浓度传感器的溶液温度恒定在一个较高的温度，介于80-90℃，大于电化学反应堆的工作温度，浓度传感器的工作稳定性高、反应灵敏，可以检测范围0-30moL/l的溶液浓度范围。由于采用单独的检测支路，不受其他环境影响，循环溶液的流量可以控制的很低，所以加温消耗能量也很低。

空气供应单元：包括空气过滤器、鼓风机、空气冷凝器、温度传感器。鼓风机从环境中抽取空气，经空气过滤器过滤后，从电化学反应堆空气入口以一定压力输入反应堆阴极，空气中的氧与从反应堆阳极通过电解质膜传输到阴极的质子、外电路回路流入的电子复合生成水及热，从反应堆空气出口进入空气冷凝器。空气冷凝器包括冷却风扇、管带式热交换器、冷凝器出口空气温度传感器。冷凝器出口混合水的气体被吹入气液分离器上部的分离腔，液态水通过液体回流管流入混合腔实现回收利用，气体及水蒸气则通过排气口排出。冷却风扇的启停受气液分离器混合腔的液位及冷凝器出口空气温度控制，当冷凝器出口空气温度低于设定值，介于35-65℃，冷却风扇不工作；当冷凝器出口空气温度高于设定值，并且混合腔液位低于高液位时，风扇起动进行冷却回收水；当液位高于高液位时风扇停止，通过水蒸气将多余的水排出，使混合腔的液位维持稳定。当气液分离器混合腔的液位低于低液位时，电化学发电系统告警提示，需要停机从气液分离器排气口补充稀释的燃料，浓度介于0.5-2mol/L，补充量以淹没高液位为准。

电源管理单元：包括一个具有中央处理单元的智能电源管理电路，实现电化学反应堆与锂电池的混合动力，总输出的DC/DC电压变换，各参数的采集、处理及控制。通过理想二极管控制电路实现二者电压钳位的并联混合，并防止二者的电压反极，当负载功耗在额定功率范围内时，电化学反应堆的端电压高于锂电池电压，电化学反应堆承担全部的功率输出，并且冗余的功率用于给锂电池成电；当负载功耗超出额定功率范围时，电化学反应堆的端电压与锂电池电压持平或略低，电化学反应堆承担额定的功率输出，不足的部分由锂电池补充。系统起动阶段，电化学反应堆尚未工作，锂电池作为系统起动电源，并短时间承担主要功率输出，使得整个放电系统具有快速响应负载的能力。发电系统混动输出端连接高效率同步整流DC/DC实现可调稳压输出。管理电路通过采集电路采集反应堆系统的电压、电流、温度、液位、燃料浓度等参数，实现对泵、阀、风扇等器件的运行、内部燃料浓度的调节、锂电池的充电的程序化控制。

本发明提供的直接采用液体燃料的电化学反应发电系统，燃料是甲醇、乙醇等低碳醇类物质，本身具有极低的冰点，可以应对-90℃以下的极低温而不结冰。但由于系统内部是采用低浓度的稀释燃料溶液，极大地降低了冰点，存储时存在结冰的风险，可能导致系统无法在低温环境下启动。本发明同时提供一种系统存储方法来解决低温问题，当系统关机后，混动锂电池电路并不关断，继续给控制单元供电使其处于极低功耗的工作状态，间隔时间定时监测环境温度同时调整混合腔的溶液浓度。当环境温度降低，如果混合腔内的稀释燃料溶液对应于该浓度下的冰点高于环境温度，则输入高浓度燃料提高混合腔稀释燃料溶液的浓度，直至该浓度下的燃料溶液冰点低于环境温度1-5℃，防止结冰；当环境温度升高，如果混合腔内的稀释燃料溶液对应于该浓度下的冰点低于环境温度超过5℃，则自动启动电化学系统工作，全部功率用于给混动锂电池充电，稀释燃料溶液的浓度，直至该浓度下的燃料溶液冰点控制在低于环境温度1-5℃范围内，防止超过对应环境温度的溶液浓度对膜电极造成损伤。通过溶液浓度与环境温度的匹配调整控制策略，使得电化学发电系统可以在环境温度-50-55℃范围内存储及可靠启动。在此技术上，本发明提供了一种浓度调节方法是在系统停机状态下，利用混动锂电池使电源管理单元工作在低功耗的待机状态。根据环境温度来调整气液分离器混合腔内的稀释燃料溶液浓度，直至达到燃料溶液冰点低于环境温度1-5℃所对应的溶液浓度，使得电化学发电系统可以在环境温度-50-55℃范围内存储及可靠启动。通过上述方法来解决系统低温存储以及启动运行的问题。

本发明提供的直接采用液体燃料的电化学反应发电系统，膜电极阴极是工作在高温饱和湿度空气条件下，阴极所采用的纳米贵金属催化剂表面会逐渐被氧化，降低了导电性与催化活性，对系统的寿命与稳定性有很大影响。本发明同时提供一种系统操作方法来解决催化剂氧化问题。在电化学反应堆电力输出连接电源管理电路的端口直接并联有一风扇，风扇的启停通过MOS开关受中央处理单元控制，风扇的耐压等级高于电化学反应堆输出端电压。系统工作时，每间隔30-120min,，关停鼓风机供应空气,同时启动反应堆并联风扇工作3-30s,然后再启动鼓风机工作，如此周期循环。鼓风机关停期间，由于缺乏氧气，驱动风扇工作的电力需求使得电化学反应堆输出端电压急剧下降，阴极极化造成电位降低，在贵金属催化剂表面发生还原反应，使部分氧化态催化剂还原成金属态，催化活性得到恢复。停止供应空气期间，系统的输出功率需求由混动锂电池承担，由于时间极短，对系统的稳定供电没有影响。

综上所述，本发明具有以下优点：

1.本发明解决了现有采用气态燃料的电化学反应发电系统需要高压力、燃料储罐体积大、不易获得且安全性差的问题，通过系统结构与操作方法，实现系统本体低温存储、启动与操作，并且周期性将氧化的催化剂还原，极大提高系统的寿命与性能稳定性。

2.本发明有独立的恒温环境燃料浓度检测支路，浓度检测稳定性及精确度高，不受外界环境温度影响，具备采用100％浓度燃料直接输入系统进行发电反应的能力，同时系统具备在线电化学催化剂氧化态还原成金属态的自动操作策略，极大提高了电化学催化剂的催化活性与使用寿命，同时本发明1.采用高浓度液体燃料，与气态燃料相比，易于获得，存储结构简单，重量及体积非常小，系统具有能量密度高的特点。

3.本发明通过检测环境温湿度，自动调节内部燃料循环系统内的燃料浓度，从而使得系统可以稳定操作在不同的温度条件下，具备极低温度系统无外界环控设施支持自启动能力。

4.本发明采用检测极限电流的电化学燃料浓度传感器，并与半导体加热控温模块集成一体，解决温漂及低温响应能力差的问题，使其可以在环境-50-60℃环境温度范围内可靠检测燃料浓度，检测流路采用独立于主循环通路的支路，避免了流体流速变化带来的影响，具有更高的精确度与可靠性。

5.本发明采用内部循环溶液浓度与环境温度关联的存储控制策略，使得储存状态下，内部溶液的冰点始终略低于环境温度，保证了系统自适应各种环境温度，可以在极端环境温度下可靠存储、启动与运行，且由于采用自身结构实现温度关联存储功能，没有辅助调温设施，提高了系统的易用性与能量密度。

6.本发明采用周期性停止电化学反应堆的阴极空气供给及反应堆直连风扇负载拉电流操作，来周期性还原反应堆膜电极阴极催化剂，同时利用混动锂电池承担外接负载，无需停机操作，不影响系统的电能输出，提高了系统寿命与稳定性。

可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案。本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。