本實用新型涉及燃料電池技術領域，尤指一種燃料電池能量回收系統(tǒng)。

背景技術：

近年，由于石油資源的有限以及環(huán)境問題的日益突出，世界各國都愈加重視新能源汽車。其中，燃料電池汽車作為一種終極環(huán)保車，備受關注。目前，國外豐田、本田、現(xiàn)代的燃料電池汽車已經(jīng)在歐洲、北美開始租賃或銷售，我國上汽等的增程式燃料電池汽車也已投向市場。這些品牌的汽車，普遍使用氫作為燃料。

氫是最輕的氣體，液態(tài)氫的密度也僅僅為70.8kg/m3，是相同體積汽油能量的1/3。而且，氫的液化是排在氦后面的第二難液化的氣體，需在-253℃或者更低才能維持液態(tài)，液化過程需要復雜且昂貴的多步冷卻系統(tǒng)才可以實現(xiàn)。然而，氫氣存儲的壓力越高，壓縮所消耗的外界能量也越高：液化所消耗的外界能量占氫氣能量的30％～40％，造成能量的浪費；因此，目前汽車廠商基本都選擇將氫氣壓縮，然后儲存在容器中，但壓縮氫氣同樣需要消耗能量，且壓縮后的氫氣所占的體積非常大，并不適用目前的汽車體積，且影響汽車的整體感官。比如，一輛轎車若需要500km左右的駕駛范圍，需要5～10kg的氫，即使在35～70MPa壓力下存儲，壓縮氫氣所消耗的能量占氫氣能量的10％～15％，而其容器也是相同里程汽車油箱的好幾倍大。不管是液化氫氣還是壓縮氫氣，均需要消耗占比氫氣能量比例較大的能量。

目前，車用燃料電池系統(tǒng)一般分為低壓系統(tǒng)、中壓系統(tǒng)和高壓系統(tǒng)，但通常所用氫壓力均不超過0.3MPa(絕壓)，主流做法就是通過安裝減壓閥進行降壓。若為35MPa燃料電池系統(tǒng)，通常先通過一級減壓閥降至2MPa，再通過二級減壓閥降至所需電堆反應所需壓力；由于此過程并未回收氫氣的壓力能，造成了能量的白白浪費。同時，燃料電池堆在反應供電時，燃料電池堆還會產(chǎn)熱，如果不對熱量進行回收的話，也會造成燃料電池的熱能損失。

綜上所述，本申請人致力于提供一種燃料電池能量回收系統(tǒng)，通過對燃料電池中氫氣壓力能和熱能的回收從而提高燃料電池汽車能量的利用率。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供一種燃料電池能量回收系統(tǒng)，實現(xiàn)了燃料電池中高壓氫燃料的壓力能、以及燃料電池堆的熱能的回收，使得燃料電池的能量循環(huán)利用，從而大大提高了燃料電池的能量利用率，進而彌補了因壓縮或液化氫燃料所消耗的能量損失，大大降低了壓縮或液化氫燃料所造成的能量消耗和損失。

本實用新型提供的技術方案如下：

一種燃料電池能量回收系統(tǒng)，包括：

燃料電池堆，所述燃料電池堆用于通過電化學反應產(chǎn)生電力；

儲氫設備，所述儲氫設備用于向所述燃料電池堆供給氫燃料；

能量回收子系統(tǒng)，所述能量回收子系統(tǒng)用于回收氫燃料的壓力能；

換熱裝置，所述換熱裝置用于回收所述燃料電池堆的熱能；以及

氫氣進氣總管，所述氫氣進氣總管用于氫燃料進入所述燃料電池堆；

所述儲氫設備、所述能量子系統(tǒng)、所述換熱裝置、所述氫氣進氣總管和所述燃料電池堆依次連接。

本技術方案中，通過能量回收子系統(tǒng)和換熱裝置實現(xiàn)了燃料電池中高壓氫燃料的壓力能、以及燃料電池堆的熱能的回收，使得燃料電池的能量循環(huán)利用，從而大大提高了燃料電池的能量利用率，進而彌補了因壓縮或液化氫燃料所消耗的能量損失，大大降低了壓縮或液化氫燃料所造成的能量消耗和損失。由于熱能的回收，還減少了熱能散發(fā)至環(huán)境中產(chǎn)生熱污染，進而導致城市熱島效應等現(xiàn)象，具有良好的環(huán)保性。且本實用新型設計科學合理。

進一步優(yōu)選地，還包括氫氣旁通支路；所述能量回收子系統(tǒng)和所述換熱裝置串聯(lián)形成能量回收系統(tǒng)；所述能量回收系統(tǒng)與所述氫氣旁通支路并聯(lián)設于所述儲氫設備和所述氫氣進氣總管之間。

本技術方案中，由于低壓氫燃料的壓力能無法回收或可回收的能量較少時，可通過氫氣旁通支路直接將低壓氫燃料送入氫氣進氣總管，從而進入燃料電池堆內進行反應，進而縮短低壓氫燃料的反應時間。

進一步優(yōu)選地，還包括氫氣旁通支路；所述能量回收子系統(tǒng)和所述氫氣旁通支路并聯(lián)設于所述儲氫設備和所述換熱裝置之間。

本技術方案中，氫氣旁通支路的氫燃料以及能量回收子系統(tǒng)出來的低壓低溫氫燃料在進入燃料電池堆之前均先通過換熱裝置，保證了進入燃料電池堆內的氫氣的最佳反應溫度(60-80℃)，實現(xiàn)了熱能的回收再利用。

進一步優(yōu)選地，所述能量回收子系統(tǒng)包括第一膨脹機和冷卻支路；所述冷卻支路依次與所述燃料電池堆和所述換熱裝置連接，使得所述冷卻支路內的冷卻液依次流經(jīng)所述燃料電池堆和所述換熱裝置；所述第一膨脹機的進口與所述儲氫設備連接，所述第一膨脹機的出口與所述換熱裝置連接，所述第一膨脹機用于回收氫燃料的壓力能。

本技術方案中，通過膨脹機實現(xiàn)對儲氫設備中高壓氫燃料的壓力能的回收，從而提高了燃料電池的氫燃料能量利用率；且通過換熱裝置對膨脹后的低壓低溫氫燃料進行加熱，使得進入燃料電池堆的氫氣滿足其反應溫度(60-80℃)，實現(xiàn)了熱能和壓力能的同時回收，提高了燃料電池的能量利用率。

進一步優(yōu)選地，所述第一膨脹機與發(fā)電機連接，用于將壓力能轉化為電能。

本技術方案中，通過將發(fā)電機與膨脹機連接，實現(xiàn)將高壓氫燃料的壓力能轉換成電能，使得燃料電池系統(tǒng)新增一個電力源，提高了氫燃料的能量利用率。

進一步優(yōu)選地，所述能量回收子系統(tǒng)還包括若干個第二膨脹機以及與第二膨脹機對應設置的換熱器，每個所述第二膨脹機與所述發(fā)電機連接；若干個所述第二膨脹機與若干個所述換熱器依次交替串聯(lián)接入所述儲氫設備與所述第一膨脹機之間；靠近所述儲氫設備的第二膨脹機與所述儲氫設備之間設有第一電磁閥；每個所述換熱器與所述儲氫設備連接，且每個所述換熱器與所述儲氫設備之間均設有第二電磁閥；所述冷卻支路與每個所述換熱器連接，使得從所述換熱裝置出來的所述冷卻液依次流經(jīng)每個所述換熱器。

本技術方案中，通過若干個膨脹機和若干個換熱器之間的配合使用，使得高壓氫燃料的壓力能、以及燃料電池堆的熱能均實現(xiàn)多級回收利用，大大提高了燃料電池的能量回收率，進而實現(xiàn)了燃料電池能量的最大化利用率。

進一步優(yōu)選地，所述儲氣設備上設有第一壓力傳感器，用于檢測氫燃料的壓力；所述第一壓力傳感器分別與所述第一電磁閥和所述第二電磁閥連接，控制所述第一電磁閥和所述第二電磁閥的開啟與關閉。

本技術方案中，通過壓力傳感器實現(xiàn)多級能量回收的不同壓力級別的高壓氫燃料的智能化控制和管理，提高了燃料電池的智能化以及人性化。還智能化的降低了高壓氫燃料進入燃料電池堆的管路，提高多級能量回收的反應能力和自控能力。

進一步優(yōu)選地，所述氫氣旁通支路上設有第三電磁閥；所述第一壓力傳感器與所述第三電磁閥連接，控制所述第三電磁閥的開啟與關閉。

本技術方案中，通過對氫氣旁通支路中的低壓氫燃料流通與否的智能化控制，從而避免了高壓氫燃料通過旁通支路進入燃料電池堆內，造成高壓氫燃料的壓力能損失。

進一步優(yōu)選地，還包括出所述燃料電池堆的氫氣出氣總管和氫氣回收支路；所述氫氣回收支路分別與氫氣進氣總管和所述氫氣出氣總管連通，使得氫氣出氣總管內的氫燃料進入所述氫氣進氣總管。

本技術方案中，通過對燃料電池堆中的未反應的氫燃料進行回收再利用，避免了氫燃料的浪費，降低了氫燃料的消耗量，提高氫燃料的利用率，進而提高燃料電池的能量利用率。

進一步優(yōu)選地，所述氫氣回收支路上設有增壓器，所述增壓器與所述能量回收子系統(tǒng)連接；或；所述氫氣回收支路上設有循環(huán)泵。

本技術方案中，通過將增壓器與膨脹機同軸聯(lián)動，從而實現(xiàn)將高壓氫燃料的壓力能轉換成機械能，使得燃料電池堆內氫燃料的得以循環(huán)利用，這樣實現(xiàn)了高壓氫燃料和循環(huán)機械能之間的能量轉換，提高了氫燃料的能量利用率。當然，氫氣回收支路上也可直接設置循環(huán)泵。

通過本實用新型提供的燃料電池能量回收系統(tǒng)，能夠帶來以下至少一種有益效果：

1.本實用新型中，通過能量回收子系統(tǒng)和換熱裝置實現(xiàn)了燃料電池中高壓氫燃料的壓力能、以及燃料電池堆的熱能的回收，使得燃料電池的能量循環(huán)利用，從而大大提高了燃料電池的能量利用率，進而彌補了因壓縮或液化氫燃料所消耗的能量損失。由于熱能的回收，還避免減少了熱能散發(fā)至大氣中產(chǎn)生熱污染，進而導致城市熱島效應等現(xiàn)象，具有良好的環(huán)保性。且設計合理科學。

2.本實用新型中，能量回收子系統(tǒng)通過若干個膨脹機和換熱器，從而實現(xiàn)高壓氫燃料的壓力能以及燃料電池堆的熱能的多級回收，大大提高了燃料電池的能量回收率。

3.本實用新型中，能量回收子系統(tǒng)可與增壓器連接實現(xiàn)燃料電池堆內未反應氫燃料循環(huán)再利用，降低了氫燃料的消耗量；能量回收子系統(tǒng)還可與發(fā)電機連接，將高壓氫燃料的壓力能轉換成電能，為燃料電池提供第二電源。實現(xiàn)了燃料電池內壓力能與熱能的內部循環(huán)利用和消耗，提高了燃料電池的整體化和集成化，大大提高了燃料電池的能量利用率和回收率。

4.本實用新型中，通過壓力傳感器控制不同壓力能量級的支路開啟或關閉，比如高壓氫燃料(氫燃料壓力≥12MPa)會依次通過多個膨脹機；而較高壓氫燃料(8MPa≤氫燃料壓力＜12MPa)通過的膨脹機將會比上述高壓氫燃料少一個；而低壓氫燃料(氫燃料壓力＜2MPa)通過氫氣旁通支路、減壓閥進入燃料電池堆，而不經(jīng)過任何膨脹機。實現(xiàn)了具有不同壓力能的氫燃料進入相應能量回收級別的能量回收子系統(tǒng)的智能化控制和管理，提高了燃料電池的智能化以及人性化。

附圖說明

下面將以明確易懂的方式，結合附圖說明優(yōu)選實施方式，對一種燃料電池能量回收系統(tǒng)的上述特性、技術特征、優(yōu)點及其實現(xiàn)方式予以進一步說明。

圖1是本實用新型第一種實施例的結構示意圖；

圖2是本實用新型第二種實施例的結構示意圖；

圖3是本實用新型第三種實施例的結構示意圖；

圖4是本實用新型第四種實施例的結構示意圖。

附圖標號說明：

100.燃料電池堆，210.進氣管路，310.第一膨脹機，321.冷卻液輸入管路，322.冷卻液輸出管路，320.發(fā)電機，330.第四電磁閥，340.第二膨脹機，350.第一電磁閥，360.第二電磁閥，370.第二換熱器，400.換熱裝置，500.氫氣進氣總管，510.減壓閥，520.氫進電磁閥，530.第二壓力傳感器，600.氫氣旁通支路，610.第三電磁閥，700.氫氣出氣總管，800.氫氣回收支路，810.增壓器，820.循環(huán)泵，900.氣液分離器，1000.氫氣出口支路，1010.氫出電磁閥。

具體實施方式

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對照附圖說明本實用新型的具體實施方式。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖，并獲得其他的實施方式。

為使圖面簡潔，各圖中只示意性地表示出了與本實用新型相關的部分，它們并不代表其作為產(chǎn)品的實際結構。另外，以使圖面簡潔便于理解，在有些圖中具有相同結構或功能的部件，僅示意性地繪示了其中的一個，或僅標出了其中的一個。在本文中，“一個”不僅表示“僅此一個”，也可以表示“多于一個”的情形；文本中，單箭頭表示氫燃料的流通方向，雙箭頭表示冷卻液的流通方向；文本中的上、下、左、右均以附圖為標準，即為附圖中上、下、左、右，并不完全代表實際情況。

在實施例一中，如圖1-4所示，一種燃料電池能量回收系統(tǒng)，包括：燃料電池堆100，用于通過電化學反應產(chǎn)生電力；儲氫設備(圖中未標示)，用于向燃料電池堆100供給氫燃料；能量回收子系統(tǒng)(圖中未標示)，用于回收氫燃料的壓力能；換熱裝置400，用于回收燃料電池堆100的熱能；以及氫氣進氣總管500，用于氫燃料進入燃料電池堆100；儲氫設備、能量子系統(tǒng)、換熱裝置400、氫氣進氣總管500和燃料電池堆100依次連接，使得氫燃料依次通過儲氫設備、能量子系統(tǒng)、換熱裝置400和氫氣進氣總管500進入燃料電池堆100。高壓氫燃料經(jīng)過能量回收子系統(tǒng)之后，由于壓力能被能量回收子系統(tǒng)回收，因此高壓氫燃料將會變成低壓低溫的氫燃料，此時低壓低溫的氫燃料再經(jīng)過換熱裝置400變成了低壓高溫氫燃料，從而實現(xiàn)了高壓氫燃料的壓力能回收以及燃料電池堆100的熱能回收的再利用，保證了進入燃料電池堆100的氫燃料能夠處于最佳的反應溫度(60-80℃)。因此，本實用新型通過能量回收子系統(tǒng)和換熱裝置400實現(xiàn)了燃料電池中高壓氫燃料的壓力能、以及燃料電池堆100的熱能的回收，使得燃料電池的能量循環(huán)利用，從而大大提高了燃料電池的能量利用率，進而彌補了因壓縮或液化氫燃料所消耗的能量損失，大大降低了壓縮或液化氫燃料所造成的能量消耗和損失。由于換熱裝置400將燃料電池堆100中的熱能回收，保證了燃料電池堆100內的氫燃料的最佳反應溫度(60-80℃)；由于熱能的回收，還減少了熱能散發(fā)到環(huán)境中而產(chǎn)生熱污染，進而導致城市熱島效應等現(xiàn)象，具有良好的環(huán)保性。

值得說明的是，換熱裝置400可為第一換熱器(圖中未標示)；這里的高壓氫燃料是以能量回收子系統(tǒng)能夠回收壓力能的標準進行設定的。比如，當能量回收子系統(tǒng)能夠回收高于2MPa壓力值的氫燃料時，此時的高壓氫燃料為大于2MPa壓力值的氫燃料；當能量回收子系統(tǒng)能夠回收高于4MPa壓力值的氫燃料時，此時的高壓氫燃料為大于4MPa壓力值的氫燃料。因此這里的高壓是指大于能量回收子系統(tǒng)能夠回收壓力能的最低壓力值；低壓是指低于或等于能量回收子系統(tǒng)能夠回收壓力能的最低壓力值。

在實施例二中，如圖1所示，在實施例一的基礎上，在儲氫設備和氫氣進氣總管500之間還設有氫氣旁通支路600，并與能量回收子系統(tǒng)和換熱裝置400聯(lián)形成能量回收系統(tǒng)(圖中未標示)形成并聯(lián)關系，且氫氣旁通支路600上還設有第三電磁閥610，用于控制氫氣旁通支路600的開啟和關閉，且控制低壓氫燃料進入燃料電池堆100的流量；從而實現(xiàn)低壓氫燃料能夠從氫氣旁通支路600進入燃料電池堆100；而高壓氫燃料只能通過能量回收子系統(tǒng)進入燃料電池堆100，實現(xiàn)高壓氫燃料的壓力能回收。能量回收子系統(tǒng)包括第一膨脹機310和冷卻支路(圖中未標示)；冷卻支路依次與燃料電池堆100和換熱裝置400連接，使得冷卻支路內的冷卻液依次流經(jīng)燃料電池堆100和換熱裝置400；第一膨脹機310的進口與儲氫設備連接，出口與換熱裝置400連接，第一膨脹機310回收高壓氫燃料的壓力能。通過使高壓氫燃料流經(jīng)第一膨脹機310而實現(xiàn)對儲氫設備中高壓氫燃料的壓力能的回收，從而提高了燃料電池的氫燃料能量利用率；且通過換熱裝置400對膨脹后的低壓低溫氫燃料進行加熱，使得進入燃料電池堆100的氫燃料滿足其反應溫度(60-80℃)，實現(xiàn)了熱能和壓力能的同時回收，提高了燃料電池的能量利用率。冷卻支路包括冷卻液輸入管路321和冷卻液輸出管路322，其中冷卻液輸入管路321設于燃料電池堆100的右側，冷卻液輸出管路322設于換熱裝置400的左側，且冷卻液輸入管路321和冷卻液輸出管路322相互連通，形成冷卻回路，使得冷卻液依次通過冷卻液輸入管路321、燃料電池堆100、換熱裝置400以及冷卻液輸出管路322，再流至系統(tǒng)外部散熱器將多余熱量散發(fā)出去后，回到冷卻液輸入管路321形成循環(huán)；且還包括出燃料電池堆100的氫氣出氣總管700和氫氣回收支路800；氫氣回收支路800分別與氫氣進氣總管500和氫氣出氣總管700連通，使得氫氣出氣總管700內的氫燃料進入氫氣進氣總管500，實現(xiàn)燃料電池堆100的氫燃料循環(huán)。氫氣回收支路800上設有增壓器810，且增壓器810與第一膨脹機310同軸連接，使得第一膨脹機310在回收高壓氫燃料的壓力能的同時帶動增壓器810運轉，進而使得燃料電池堆100內未反應的氫燃料進入氫氣出氣總管700內實現(xiàn)回收利用，降低氫燃料的消耗量，提高氫燃料的利用率。

在實施例三中，如圖2所示，在實施例一的基礎上，還包括氫氣旁通支路600；能量回收子系統(tǒng)和氫氣旁通支路600并聯(lián)設于儲氫設備和換熱裝置400之間。使得氫氣旁通支路600的氫燃料以及能量回收子系統(tǒng)出來的低壓低溫氫燃料在進入燃料電池堆100之前均先通過換熱裝置400，保證了進入燃料電池堆100內的氫燃料的最佳反應溫度(60-80℃)，實現(xiàn)了熱能的回收再利用。且氫氣旁通支路600上還設有第三電磁閥610，第三電磁閥610用于控制氫氣旁通支路600的開啟和關閉；從而實現(xiàn)低壓氫燃料能夠從氫氣旁通支路600進入燃料電池堆100；而高壓氫燃料只能通過能量回收子系統(tǒng)進入燃料電池堆100，實現(xiàn)高壓氫燃料的壓力能回收。能量回收子系統(tǒng)包括第一膨脹機310和冷卻支路(圖中未標示)；冷卻支路依次與燃料電池堆100和換熱裝置400連接，使得冷卻支路內的冷卻液依次流經(jīng)燃料電池堆100和換熱裝置400；第一膨脹機310的進口與儲氫設備連接，出口與換熱裝置400連接，第一膨脹機310回收高壓氫燃料的壓力能；且第一膨脹機310與儲氫設備之間設有第四電磁閥330，第四電磁閥330用于控制氫燃料進入能量子系統(tǒng)的開啟和關閉；且對氫燃料進入燃料電池堆100的流量進行控制。通過使高壓氫燃料流經(jīng)第一膨脹機310實現(xiàn)對儲氫設備中高壓氫燃料的壓力能的回收，從而提高了燃料電池的氫燃料能量利用率；且通過換熱裝置400使得氫氣旁通支路600的氫燃料以及能量回收子系統(tǒng)出來的低壓低溫氫燃料在進入燃料電池堆100之前均先通過換熱裝置400，保證了進入燃料電池堆100內的氫燃料的最佳反應溫度(60-80℃)，實現(xiàn)了熱能的回收再利用。冷卻支路包括冷卻液輸入管路321和冷卻液輸出管路322，其中冷卻液輸入管路321設于燃料電池堆100的右側，冷卻液輸出管路322設于換熱裝置400的左側，且冷卻液輸入管路321和冷卻液輸出管路322相互連通，形成冷卻回路，使得冷卻液依次通過冷卻液輸入管路321、燃料電池堆100、換熱裝置400以及冷卻液輸出管路322，再流至系統(tǒng)外部散熱器將多余熱量散發(fā)出去后，回到冷卻液輸入管路321形成循環(huán)；且還包括出燃料電池堆100的氫氣出氣總管700和氫氣回收支路800；氫氣回收支路800分別與氫氣進氣總管500和氫氣出氣總管700連通，氫氣回收支路800上設有循環(huán)泵820，使得氫氣出氣總管700內的氫燃料進入氫氣進氣總管500，實現(xiàn)燃料電池堆100的氫燃料循環(huán)。第一膨脹機310與發(fā)電機320連接，使得第一膨脹機310內的壓力能轉化成電能，增加了原有燃料電池的能夠提供的電能總量，使得燃料電池系統(tǒng)新增一個電力源，提高了氫燃料的能量利用率。

在實施例四中，如圖3所示，在實施例一的基礎上，還包括氫氣旁通支路600；能量回收子系統(tǒng)和氫氣旁通支路600并聯(lián)設于儲氫設備和換熱裝置400之間。使得氫氣旁通支路600的氫燃料以及能量回收子系統(tǒng)出來的低壓低溫氫燃料在進入燃料電池堆100之前均先通過換熱裝置400，保證了進入燃料電池堆100內的氫燃料的最佳反應溫度(60-80℃)，實現(xiàn)了熱能的回收再利用。且氫氣旁通支路600上還設有第三電磁閥610，第三電磁閥610用于控制氫氣旁通支路600的開啟和關閉；從而實現(xiàn)低壓氫燃料能夠從氫氣旁通支路600進入燃料電池堆100；而高壓氫燃料只能通過能量回收子系統(tǒng)進入燃料電池堆100，實現(xiàn)高壓氫燃料的壓力能回收。且還包括出燃料電池堆100的氫氣出氣總管700和氫氣回收支路800；氫氣回收支路800分別與氫氣進氣總管500和氫氣出氣總管700連通，氫氣回收支路800上設有循環(huán)泵820，使得氫氣出氣總管700內的氫燃料進入氫氣進氣總管500，實現(xiàn)燃料電池堆100的氫燃料循環(huán)。能量回收子系統(tǒng)包括第一膨脹機310和冷卻支路(圖中未標示)；冷卻支路依次與燃料電池堆100和換熱裝置400連接，使得冷卻支路內的冷卻液依次流經(jīng)燃料電池堆100和換熱裝置400；第一膨脹機310的進口與儲氫設備連接，出口與換熱裝置400連接，第一膨脹機310用于回收氫燃料的壓力能。第一膨脹機310與發(fā)電機320連接，使得第一膨脹機310內的壓力能轉化成電能，增加了原有燃料電池的能夠提供的電能總量，使得燃料電池系統(tǒng)新增一個電力源，提高了氫燃料的能量利用率。能量回收子系統(tǒng)還包括一個第二膨脹機340以及與第二膨脹機340對應設置的第二換熱器370，第二膨脹機340與發(fā)電機320連接；第二膨脹機340與第二換熱器370依次串聯(lián)接入儲氫設備與第一膨脹機310之間；靠近儲氫設備的第二膨脹機340與儲氫設備之間設有第一電磁閥350；第二換熱器370與儲氫設備連接，且第二換熱器370與儲氫設備之間設有第二電磁閥360；冷卻支路與第二換熱器370連接，使得從換熱裝置400出來的冷卻液流經(jīng)第二換熱器370。值得說明的是，當?shù)诙蛎洐C340與第二換熱器370為多個時，每個第二膨脹機340均與發(fā)電機320連接；多個第二膨脹機340與多個第二換熱器370依次交替串聯(lián)接入儲氫設備與第一膨脹機310之間；靠近儲氫設備的第二膨脹機340與儲氫設備之間設有第一電磁閥350；每個第二換熱器370與儲氫設備連接，且每個第二換熱器370與儲氫設備之間均設有第二電磁閥360；冷卻支路與每個第二換熱器370連接，使得從換熱裝置400出來的冷卻液依次流經(jīng)每個第二換熱器370。通過第一膨脹機310和第二膨脹機340形成了高壓氫燃料的壓力能的多級回收，從而提高高壓氫燃料的壓力能的多次回收以及燃料電池堆100的熱能的多次利用，在為燃料電池新增電力源的同時大大提高了燃料電池的能量利用率。

本實施例中，一個第一膨脹機310和一個第二膨脹機340構成了高壓氫燃料的二級膨脹發(fā)電系統(tǒng)(圖中未標示)，比如第一膨脹機310能夠回收壓力能的最低壓力值為8MPa、第二膨脹機340能夠回收壓力能的最低壓力值為16MPa時：當儲氫設備能夠提供20MPa的高壓氫燃料時，此時，第二磁池閥和第三電磁閥610關閉，第一電磁閥350開啟；從儲氫設備出來的高壓氫燃料依次通過第二膨脹機340、第二換熱器370、第一膨脹機310、換熱裝置400、氫氣進氣總管500并進入燃料電池堆100進行電化學反應產(chǎn)生電力；而當儲氫設備能夠提供15MPa的高壓氫燃料時，此時，第一電磁閥350和第三電磁閥610關閉，第二磁池閥開啟；從儲氫設備出來的高壓氫燃料依次通過第二換熱器370、第一膨脹機310、換熱裝置400、氫氣進氣總管500并進入燃料電池堆100進行電化學反應產(chǎn)生電力；而當儲氫設備能夠提供8MPa的高壓氫燃料時，此時，第一電磁閥350和第二電磁閥360關閉，第三電磁閥610開啟；從儲氫設備出來的高壓氫燃料依次通過換熱裝置400、氫氣進氣總管500并進入燃料電池堆100進行電化學反應產(chǎn)生電力。綜上可知，在實際應用中，人們可根據(jù)儲氫設備中氫燃料的壓力變化值或恒定壓力值來設置膨脹發(fā)電系統(tǒng)的膨脹級數(shù)以及第一膨脹機310和第二膨脹機340的相關性能、指標以及型號等。

在實施例五中，如圖4所示，在實施例四的基礎上，增設了一個第二膨脹機340和第二換熱器370，此時一個第一膨脹機310和兩個第二膨脹機340構成了高壓氫燃料的三級膨脹發(fā)電系統(tǒng)(圖中未標示)。比如第一膨脹機310能夠回收壓力能的最低壓力值)為2MPa、處于二級的第二膨脹機340能夠回收壓力能的最低壓力值為8MPa、處于三級的第二膨脹機340能夠回收壓力能的最低壓力值為12MPa時：當儲氫設備能夠提供30MPa的高壓氫燃料時，此時，與兩個第二換熱器370連接的兩個第二電磁閥360以及第三電磁閥610關閉，第一電磁閥350開啟；從儲氫設備出來的高壓氫燃料依次通過與第一電閥350閥連接的第二膨脹機340、靠近前述第二膨脹機340的第二換熱器370、靠近前述第二換熱器370的第二膨脹機340、靠近前述第二膨脹機340的第二換熱器370、第一膨脹機310、換熱裝置400、氫氣進氣總管500并進入燃料電池堆100進行電化學反應產(chǎn)生電力，實現(xiàn)了高壓氫燃料壓力能的三次回收；而當儲氫設備能夠提供11MPa的高壓氫燃料時，此時，第一電磁閥350、靠近第三電磁閥610的第二電磁閥360和第三電磁閥610關閉，靠近第一電磁閥350的第二磁池閥開啟；從儲氫設備出來的高壓氫燃料依次通過與開啟的第二電磁閥360連接的第二換熱器370、與關閉的第二電磁閥360連接的第二換熱器370、第一膨脹機310、換熱裝置400、氫氣進氣總管500并進入燃料電池堆100進行電化學反應產(chǎn)生電力，實現(xiàn)高壓氫燃料壓力能的二次回收；而當儲氫設備能夠提供7MPa的高壓氫燃料時，此時，第一電磁閥350、靠近第一電磁閥350的第二電磁閥360和第三電磁閥610關閉，靠近第三電磁閥610的第二磁池閥開啟；從儲氫設備出來的高壓氫燃料依次通過與開啟的第二電磁閥360連接的第二換熱器370、第一膨脹機310、換熱裝置400、氫氣進氣總管500并進入燃料電池堆100進行電化學反應產(chǎn)生電力，實現(xiàn)高壓氫燃料壓力能的一次回收；而當儲氫設備能夠提供低于2MPa的高壓氫燃料時，此時，其他的電磁閥均關閉，第三電磁閥610開啟；從儲氫設備出來的高壓氫燃料依次通過換熱裝置400、氫氣進氣總管500并進入燃料電池堆100進行電化學反應產(chǎn)生電力。值得說明的是，本實施例列舉的只是三級膨脹發(fā)電系統(tǒng)的一個應用實例，在實際應用中，第一膨脹機310和第二膨脹機340的具體最低壓力值可根據(jù)其型號或作用進行設定，且最低壓力值的數(shù)值并不唯一，可靈活調整。

在實施例六中，如圖1-4所示，在實施例二、三、四或五的基礎上，儲氣設備上設有第一壓力傳感器(圖中未標示)，設于儲氫設備的出口端或與儲氫設備連接的210上，用于檢測氫燃料的壓力；第一壓力傳感器分別與第一電磁閥350、第二電磁閥360、第三電磁閥610和第四電磁閥330連接，控制第一電磁閥350、第二電磁閥360、第三電磁閥610和第四電磁閥330的開啟與關閉。第一壓力傳感器可根據(jù)本身實時監(jiān)測到的氫燃料的壓力值開啟或關閉相應的電磁閥(即第一電磁閥350、第二電磁閥360、第三電磁閥610和第四電磁閥330)，從而實現(xiàn)多級膨脹系統(tǒng)的不同壓力級別的高壓氫燃料的智能化控制和管理，提高了燃料電池的智能化以及人性化。

在實施例七中，如圖1-4所示，在實施例二、三、四、五或六的基礎上，氫氣進氣總管500隨氫燃料的進氣方向依次設有減壓閥510、氫進電磁閥520和第二壓力傳感器530；氫氣回收支路800接入氫進電磁閥520和第二壓力傳感器530之間。通過對進入燃料電池堆100的氫燃料的壓力、溫度以及流量的再次控制和監(jiān)測，確保進入燃料電池堆100的氫燃料為最佳反應壓力、溫度以及流量，使得進入燃料電池堆100的氫燃料以最佳反應狀態(tài)進行反應，從而實現(xiàn)氫燃料利用的最優(yōu)化，進而實現(xiàn)了燃料電池的能量最優(yōu)化利用。由于燃料電池堆100在反應過程中，陽極氫氣會產(chǎn)生少量的水，為了防止水淹以及降低氫燃料的消耗量，出燃料電池堆100的氫氣出氣總連接有氣液分離器900，氣液分離器900的進口端與氫氣出氣總管700連接，第一出口端與氫氣回收支路800連通，第二出口端與氫氣出口支路1000連通，且氫氣出口支路1000上設有氫出電磁閥1010；氫氣出口支路1000與儲氫設備連通。通過氣液分離器900將氫燃料和水進行有效分離，從而實現(xiàn)氫燃料的循環(huán)利用，并將氣液分離器900內的水及時導出。

應當說明的是，上述實施例均可根據(jù)需要自由組合。以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。