一种燃料电池能量回收系统的制作方法

本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤指一种燃料电池能量回收系统。

背景技术：

近年，由于石油资源的有限以及环境问题的日益突出，世界各国都愈加重视新能源汽车。其中，燃料电池汽车作为一种终极环保车，备受关注。目前，国外丰田、本田、现代的燃料电池汽车已经在欧洲、北美开始租赁或销售，我国上汽等的增程式燃料电池汽车也已投向市场。这些品牌的汽车，普遍使用氢作为燃料。

氢是最轻的气体，液态氢的密度也仅仅为70.8kg/m3，是相同体积汽油能量的1/3。而且，氢的液化是排在氦后面的第二难液化的气体，需在-253℃或者更低才能维持液态，液化过程需要复杂且昂贵的多步冷却系统才可以实现。然而，氢气存储的压力越高，压缩所消耗的外界能量也越高：液化所消耗的外界能量占氢气能量的30％～40％，造成能量的浪费；因此，目前汽车厂商基本都选择将氢气压缩，然后储存在容器中，但压缩氢气同样需要消耗能量，且压缩后的氢气所占的体积非常大，并不适用目前的汽车体积，且影响汽车的整体感官。比如，一辆轿车若需要500km左右的驾驶范围，需要5～10kg的氢，即使在35～70MPa压力下存储，压缩氢气所消耗的能量占氢气能量的10％～15％，而其容器也是相同里程汽车油箱的好几倍大。不管是液化氢气还是压缩氢气，均需要消耗占比氢气能量比例较大的能量。

目前，车用燃料电池系统一般分为低压系统、中压系统和高压系统，但通常所用氢压力均不超过0.3MPa(绝压)，主流做法就是通过安装减压阀进行降压。若为35MPa燃料电池系统，通常先通过一级减压阀降至2MPa，再通过二级减压阀降至所需电堆反应所需压力；由于此过程并未回收氢气的压力能，造成了能量的白白浪费。同时，燃料电池堆在反应供电时，燃料电池堆还会产热，如果不对热量进行回收的话，也会造成燃料电池的热能损失。

综上所述，本申请人致力于提供一种燃料电池能量回收系统，通过对燃料电池中氢气压力能和热能的回收从而提高燃料电池汽车能量的利用率。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种燃料电池能量回收系统，实现了燃料电池中高压氢燃料的压力能、以及燃料电池堆的热能的回收，使得燃料电池的能量循环利用，从而大大提高了燃料电池的能量利用率，进而弥补了因压缩或液化氢燃料所消耗的能量损失，大大降低了压缩或液化氢燃料所造成的能量消耗和损失。

本实用新型提供的技术方案如下：

一种燃料电池能量回收系统，包括：

燃料电池堆，所述燃料电池堆用于通过电化学反应产生电力；

储氢设备，所述储氢设备用于向所述燃料电池堆供给氢燃料；

能量回收子系统，所述能量回收子系统用于回收氢燃料的压力能；

换热装置，所述换热装置用于回收所述燃料电池堆的热能；以及

氢气进气总管，所述氢气进气总管用于氢燃料进入所述燃料电池堆；

所述储氢设备、所述能量子系统、所述换热装置、所述氢气进气总管和所述燃料电池堆依次连接。

本技术方案中，通过能量回收子系统和换热装置实现了燃料电池中高压氢燃料的压力能、以及燃料电池堆的热能的回收，使得燃料电池的能量循环利用，从而大大提高了燃料电池的能量利用率，进而弥补了因压缩或液化氢燃料所消耗的能量损失，大大降低了压缩或液化氢燃料所造成的能量消耗和损失。由于热能的回收，还减少了热能散发至环境中产生热污染，进而导致城市热岛效应等现象，具有良好的环保性。且本实用新型设计科学合理。

进一步优选地，还包括氢气旁通支路；所述能量回收子系统和所述换热装置串联形成能量回收系统；所述能量回收系统与所述氢气旁通支路并联设于所述储氢设备和所述氢气进气总管之间。

本技术方案中，由于低压氢燃料的压力能无法回收或可回收的能量较少时，可通过氢气旁通支路直接将低压氢燃料送入氢气进气总管，从而进入燃料电池堆内进行反应，进而缩短低压氢燃料的反应时间。

进一步优选地，还包括氢气旁通支路；所述能量回收子系统和所述氢气旁通支路并联设于所述储氢设备和所述换热装置之间。

本技术方案中，氢气旁通支路的氢燃料以及能量回收子系统出来的低压低温氢燃料在进入燃料电池堆之前均先通过换热装置，保证了进入燃料电池堆内的氢气的最佳反应温度(60-80℃)，实现了热能的回收再利用。

进一步优选地，所述能量回收子系统包括第一膨胀机和冷却支路；所述冷却支路依次与所述燃料电池堆和所述换热装置连接，使得所述冷却支路内的冷却液依次流经所述燃料电池堆和所述换热装置；所述第一膨胀机的进口与所述储氢设备连接，所述第一膨胀机的出口与所述换热装置连接，所述第一膨胀机用于回收氢燃料的压力能。

本技术方案中，通过膨胀机实现对储氢设备中高压氢燃料的压力能的回收，从而提高了燃料电池的氢燃料能量利用率；且通过换热装置对膨胀后的低压低温氢燃料进行加热，使得进入燃料电池堆的氢气满足其反应温度(60-80℃)，实现了热能和压力能的同时回收，提高了燃料电池的能量利用率。

进一步优选地，所述第一膨胀机与发电机连接，用于将压力能转化为电能。

本技术方案中，通过将发电机与膨胀机连接，实现将高压氢燃料的压力能转换成电能，使得燃料电池系统新增一个电力源，提高了氢燃料的能量利用率。

进一步优选地，所述能量回收子系统还包括若干个第二膨胀机以及与第二膨胀机对应设置的换热器，每个所述第二膨胀机与所述发电机连接；若干个所述第二膨胀机与若干个所述换热器依次交替串联接入所述储氢设备与所述第一膨胀机之间；靠近所述储氢设备的第二膨胀机与所述储氢设备之间设有第一电磁阀；每个所述换热器与所述储氢设备连接，且每个所述换热器与所述储氢设备之间均设有第二电磁阀；所述冷却支路与每个所述换热器连接，使得从所述换热装置出来的所述冷却液依次流经每个所述换热器。

本技术方案中，通过若干个膨胀机和若干个换热器之间的配合使用，使得高压氢燃料的压力能、以及燃料电池堆的热能均实现多级回收利用，大大提高了燃料电池的能量回收率，进而实现了燃料电池能量的最大化利用率。

进一步优选地，所述储气设备上设有第一压力传感器，用于检测氢燃料的压力；所述第一压力传感器分别与所述第一电磁阀和所述第二电磁阀连接，控制所述第一电磁阀和所述第二电磁阀的开启与关闭。

本技术方案中，通过压力传感器实现多级能量回收的不同压力级别的高压氢燃料的智能化控制和管理，提高了燃料电池的智能化以及人性化。还智能化的降低了高压氢燃料进入燃料电池堆的管路，提高多级能量回收的反应能力和自控能力。

进一步优选地，所述氢气旁通支路上设有第三电磁阀；所述第一压力传感器与所述第三电磁阀连接，控制所述第三电磁阀的开启与关闭。

本技术方案中，通过对氢气旁通支路中的低压氢燃料流通与否的智能化控制，从而避免了高压氢燃料通过旁通支路进入燃料电池堆内，造成高压氢燃料的压力能损失。

进一步优选地，还包括出所述燃料电池堆的氢气出气总管和氢气回收支路；所述氢气回收支路分别与氢气进气总管和所述氢气出气总管连通，使得氢气出气总管内的氢燃料进入所述氢气进气总管。

本技术方案中，通过对燃料电池堆中的未反应的氢燃料进行回收再利用，避免了氢燃料的浪费，降低了氢燃料的消耗量，提高氢燃料的利用率，进而提高燃料电池的能量利用率。

进一步优选地，所述氢气回收支路上设有增压器，所述增压器与所述能量回收子系统连接；或；所述氢气回收支路上设有循环泵。

本技术方案中，通过将增压器与膨胀机同轴联动，从而实现将高压氢燃料的压力能转换成机械能，使得燃料电池堆内氢燃料的得以循环利用，这样实现了高压氢燃料和循环机械能之间的能量转换，提高了氢燃料的能量利用率。当然，氢气回收支路上也可直接设置循环泵。

通过本实用新型提供的燃料电池能量回收系统，能够带来以下至少一种有益效果：

1.本实用新型中，通过能量回收子系统和换热装置实现了燃料电池中高压氢燃料的压力能、以及燃料电池堆的热能的回收，使得燃料电池的能量循环利用，从而大大提高了燃料电池的能量利用率，进而弥补了因压缩或液化氢燃料所消耗的能量损失。由于热能的回收，还避免减少了热能散发至大气中产生热污染，进而导致城市热岛效应等现象，具有良好的环保性。且设计合理科学。

2.本实用新型中，能量回收子系统通过若干个膨胀机和换热器，从而实现高压氢燃料的压力能以及燃料电池堆的热能的多级回收，大大提高了燃料电池的能量回收率。

3.本实用新型中，能量回收子系统可与增压器连接实现燃料电池堆内未反应氢燃料循环再利用，降低了氢燃料的消耗量；能量回收子系统还可与发电机连接，将高压氢燃料的压力能转换成电能，为燃料电池提供第二电源。实现了燃料电池内压力能与热能的内部循环利用和消耗，提高了燃料电池的整体化和集成化，大大提高了燃料电池的能量利用率和回收率。

4.本实用新型中，通过压力传感器控制不同压力能量级的支路开启或关闭，比如高压氢燃料(氢燃料压力≥12MPa)会依次通过多个膨胀机；而较高压氢燃料(8MPa≤氢燃料压力＜12MPa)通过的膨胀机将会比上述高压氢燃料少一个；而低压氢燃料(氢燃料压力＜2MPa)通过氢气旁通支路、减压阀进入燃料电池堆，而不经过任何膨胀机。实现了具有不同压力能的氢燃料进入相应能量回收级别的能量回收子系统的智能化控制和管理，提高了燃料电池的智能化以及人性化。

附图说明

下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种燃料电池能量回收系统的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。

图1是本实用新型第一种实施例的结构示意图；

图2是本实用新型第二种实施例的结构示意图；

图3是本实用新型第三种实施例的结构示意图；

图4是本实用新型第四种实施例的结构示意图。

附图标号说明：

100.燃料电池堆，210.进气管路，310.第一膨胀机，321.冷却液输入管路，322.冷却液输出管路，320.发电机，330.第四电磁阀，340.第二膨胀机，350.第一电磁阀，360.第二电磁阀，370.第二换热器，400.换热装置，500.氢气进气总管，510.减压阀，520.氢进电磁阀，530.第二压力传感器，600.氢气旁通支路，610.第三电磁阀，700.氢气出气总管，800.氢气回收支路，810.增压器，820.循环泵，900.气液分离器，1000.氢气出口支路，1010.氢出电磁阀。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形；文本中，单箭头表示氢燃料的流通方向，双箭头表示冷却液的流通方向；文本中的上、下、左、右均以附图为标准，即为附图中上、下、左、右，并不完全代表实际情况。

在实施例一中，如图1-4所示，一种燃料电池能量回收系统，包括：燃料电池堆100，用于通过电化学反应产生电力；储氢设备(图中未标示)，用于向燃料电池堆100供给氢燃料；能量回收子系统(图中未标示)，用于回收氢燃料的压力能；换热装置400，用于回收燃料电池堆100的热能；以及氢气进气总管500，用于氢燃料进入燃料电池堆100；储氢设备、能量子系统、换热装置400、氢气进气总管500和燃料电池堆100依次连接，使得氢燃料依次通过储氢设备、能量子系统、换热装置400和氢气进气总管500进入燃料电池堆100。高压氢燃料经过能量回收子系统之后，由于压力能被能量回收子系统回收，因此高压氢燃料将会变成低压低温的氢燃料，此时低压低温的氢燃料再经过换热装置400变成了低压高温氢燃料，从而实现了高压氢燃料的压力能回收以及燃料电池堆100的热能回收的再利用，保证了进入燃料电池堆100的氢燃料能够处于最佳的反应温度(60-80℃)。因此，本实用新型通过能量回收子系统和换热装置400实现了燃料电池中高压氢燃料的压力能、以及燃料电池堆100的热能的回收，使得燃料电池的能量循环利用，从而大大提高了燃料电池的能量利用率，进而弥补了因压缩或液化氢燃料所消耗的能量损失，大大降低了压缩或液化氢燃料所造成的能量消耗和损失。由于换热装置400将燃料电池堆100中的热能回收，保证了燃料电池堆100内的氢燃料的最佳反应温度(60-80℃)；由于热能的回收，还减少了热能散发到环境中而产生热污染，进而导致城市热岛效应等现象，具有良好的环保性。

值得说明的是，换热装置400可为第一换热器(图中未标示)；这里的高压氢燃料是以能量回收子系统能够回收压力能的标准进行设定的。比如，当能量回收子系统能够回收高于2MPa压力值的氢燃料时，此时的高压氢燃料为大于2MPa压力值的氢燃料；当能量回收子系统能够回收高于4MPa压力值的氢燃料时，此时的高压氢燃料为大于4MPa压力值的氢燃料。因此这里的高压是指大于能量回收子系统能够回收压力能的最低压力值；低压是指低于或等于能量回收子系统能够回收压力能的最低压力值。

在实施例二中，如图1所示，在实施例一的基础上，在储氢设备和氢气进气总管500之间还设有氢气旁通支路600，并与能量回收子系统和换热装置400联形成能量回收系统(图中未标示)形成并联关系，且氢气旁通支路600上还设有第三电磁阀610，用于控制氢气旁通支路600的开启和关闭，且控制低压氢燃料进入燃料电池堆100的流量；从而实现低压氢燃料能够从氢气旁通支路600进入燃料电池堆100；而高压氢燃料只能通过能量回收子系统进入燃料电池堆100，实现高压氢燃料的压力能回收。能量回收子系统包括第一膨胀机310和冷却支路(图中未标示)；冷却支路依次与燃料电池堆100和换热装置400连接，使得冷却支路内的冷却液依次流经燃料电池堆100和换热装置400；第一膨胀机310的进口与储氢设备连接，出口与换热装置400连接，第一膨胀机310回收高压氢燃料的压力能。通过使高压氢燃料流经第一膨胀机310而实现对储氢设备中高压氢燃料的压力能的回收，从而提高了燃料电池的氢燃料能量利用率；且通过换热装置400对膨胀后的低压低温氢燃料进行加热，使得进入燃料电池堆100的氢燃料满足其反应温度(60-80℃)，实现了热能和压力能的同时回收，提高了燃料电池的能量利用率。冷却支路包括冷却液输入管路321和冷却液输出管路322，其中冷却液输入管路321设于燃料电池堆100的右侧，冷却液输出管路322设于换热装置400的左侧，且冷却液输入管路321和冷却液输出管路322相互连通，形成冷却回路，使得冷却液依次通过冷却液输入管路321、燃料电池堆100、换热装置400以及冷却液输出管路322，再流至系统外部散热器将多余热量散发出去后，回到冷却液输入管路321形成循环；且还包括出燃料电池堆100的氢气出气总管700和氢气回收支路800；氢气回收支路800分别与氢气进气总管500和氢气出气总管700连通，使得氢气出气总管700内的氢燃料进入氢气进气总管500，实现燃料电池堆100的氢燃料循环。氢气回收支路800上设有增压器810，且增压器810与第一膨胀机310同轴连接，使得第一膨胀机310在回收高压氢燃料的压力能的同时带动增压器810运转，进而使得燃料电池堆100内未反应的氢燃料进入氢气出气总管700内实现回收利用，降低氢燃料的消耗量，提高氢燃料的利用率。

在实施例三中，如图2所示，在实施例一的基础上，还包括氢气旁通支路600；能量回收子系统和氢气旁通支路600并联设于储氢设备和换热装置400之间。使得氢气旁通支路600的氢燃料以及能量回收子系统出来的低压低温氢燃料在进入燃料电池堆100之前均先通过换热装置400，保证了进入燃料电池堆100内的氢燃料的最佳反应温度(60-80℃)，实现了热能的回收再利用。且氢气旁通支路600上还设有第三电磁阀610，第三电磁阀610用于控制氢气旁通支路600的开启和关闭；从而实现低压氢燃料能够从氢气旁通支路600进入燃料电池堆100；而高压氢燃料只能通过能量回收子系统进入燃料电池堆100，实现高压氢燃料的压力能回收。能量回收子系统包括第一膨胀机310和冷却支路(图中未标示)；冷却支路依次与燃料电池堆100和换热装置400连接，使得冷却支路内的冷却液依次流经燃料电池堆100和换热装置400；第一膨胀机310的进口与储氢设备连接，出口与换热装置400连接，第一膨胀机310回收高压氢燃料的压力能；且第一膨胀机310与储氢设备之间设有第四电磁阀330，第四电磁阀330用于控制氢燃料进入能量子系统的开启和关闭；且对氢燃料进入燃料电池堆100的流量进行控制。通过使高压氢燃料流经第一膨胀机310实现对储氢设备中高压氢燃料的压力能的回收，从而提高了燃料电池的氢燃料能量利用率；且通过换热装置400使得氢气旁通支路600的氢燃料以及能量回收子系统出来的低压低温氢燃料在进入燃料电池堆100之前均先通过换热装置400，保证了进入燃料电池堆100内的氢燃料的最佳反应温度(60-80℃)，实现了热能的回收再利用。冷却支路包括冷却液输入管路321和冷却液输出管路322，其中冷却液输入管路321设于燃料电池堆100的右侧，冷却液输出管路322设于换热装置400的左侧，且冷却液输入管路321和冷却液输出管路322相互连通，形成冷却回路，使得冷却液依次通过冷却液输入管路321、燃料电池堆100、换热装置400以及冷却液输出管路322，再流至系统外部散热器将多余热量散发出去后，回到冷却液输入管路321形成循环；且还包括出燃料电池堆100的氢气出气总管700和氢气回收支路800；氢气回收支路800分别与氢气进气总管500和氢气出气总管700连通，氢气回收支路800上设有循环泵820，使得氢气出气总管700内的氢燃料进入氢气进气总管500，实现燃料电池堆100的氢燃料循环。第一膨胀机310与发电机320连接，使得第一膨胀机310内的压力能转化成电能，增加了原有燃料电池的能够提供的电能总量，使得燃料电池系统新增一个电力源，提高了氢燃料的能量利用率。

在实施例四中，如图3所示，在实施例一的基础上，还包括氢气旁通支路600；能量回收子系统和氢气旁通支路600并联设于储氢设备和换热装置400之间。使得氢气旁通支路600的氢燃料以及能量回收子系统出来的低压低温氢燃料在进入燃料电池堆100之前均先通过换热装置400，保证了进入燃料电池堆100内的氢燃料的最佳反应温度(60-80℃)，实现了热能的回收再利用。且氢气旁通支路600上还设有第三电磁阀610，第三电磁阀610用于控制氢气旁通支路600的开启和关闭；从而实现低压氢燃料能够从氢气旁通支路600进入燃料电池堆100；而高压氢燃料只能通过能量回收子系统进入燃料电池堆100，实现高压氢燃料的压力能回收。且还包括出燃料电池堆100的氢气出气总管700和氢气回收支路800；氢气回收支路800分别与氢气进气总管500和氢气出气总管700连通，氢气回收支路800上设有循环泵820，使得氢气出气总管700内的氢燃料进入氢气进气总管500，实现燃料电池堆100的氢燃料循环。能量回收子系统包括第一膨胀机310和冷却支路(图中未标示)；冷却支路依次与燃料电池堆100和换热装置400连接，使得冷却支路内的冷却液依次流经燃料电池堆100和换热装置400；第一膨胀机310的进口与储氢设备连接，出口与换热装置400连接，第一膨胀机310用于回收氢燃料的压力能。第一膨胀机310与发电机320连接，使得第一膨胀机310内的压力能转化成电能，增加了原有燃料电池的能够提供的电能总量，使得燃料电池系统新增一个电力源，提高了氢燃料的能量利用率。能量回收子系统还包括一个第二膨胀机340以及与第二膨胀机340对应设置的第二换热器370，第二膨胀机340与发电机320连接；第二膨胀机340与第二换热器370依次串联接入储氢设备与第一膨胀机310之间；靠近储氢设备的第二膨胀机340与储氢设备之间设有第一电磁阀350；第二换热器370与储氢设备连接，且第二换热器370与储氢设备之间设有第二电磁阀360；冷却支路与第二换热器370连接，使得从换热装置400出来的冷却液流经第二换热器370。值得说明的是，当第二膨胀机340与第二换热器370为多个时，每个第二膨胀机340均与发电机320连接；多个第二膨胀机340与多个第二换热器370依次交替串联接入储氢设备与第一膨胀机310之间；靠近储氢设备的第二膨胀机340与储氢设备之间设有第一电磁阀350；每个第二换热器370与储氢设备连接，且每个第二换热器370与储氢设备之间均设有第二电磁阀360；冷却支路与每个第二换热器370连接，使得从换热装置400出来的冷却液依次流经每个第二换热器370。通过第一膨胀机310和第二膨胀机340形成了高压氢燃料的压力能的多级回收，从而提高高压氢燃料的压力能的多次回收以及燃料电池堆100的热能的多次利用，在为燃料电池新增电力源的同时大大提高了燃料电池的能量利用率。

本实施例中，一个第一膨胀机310和一个第二膨胀机340构成了高压氢燃料的二级膨胀发电系统(图中未标示)，比如第一膨胀机310能够回收压力能的最低压力值为8MPa、第二膨胀机340能够回收压力能的最低压力值为16MPa时：当储氢设备能够提供20MPa的高压氢燃料时，此时，第二磁池阀和第三电磁阀610关闭，第一电磁阀350开启；从储氢设备出来的高压氢燃料依次通过第二膨胀机340、第二换热器370、第一膨胀机310、换热装置400、氢气进气总管500并进入燃料电池堆100进行电化学反应产生电力；而当储氢设备能够提供15MPa的高压氢燃料时，此时，第一电磁阀350和第三电磁阀610关闭，第二磁池阀开启；从储氢设备出来的高压氢燃料依次通过第二换热器370、第一膨胀机310、换热装置400、氢气进气总管500并进入燃料电池堆100进行电化学反应产生电力；而当储氢设备能够提供8MPa的高压氢燃料时，此时，第一电磁阀350和第二电磁阀360关闭，第三电磁阀610开启；从储氢设备出来的高压氢燃料依次通过换热装置400、氢气进气总管500并进入燃料电池堆100进行电化学反应产生电力。综上可知，在实际应用中，人们可根据储氢设备中氢燃料的压力变化值或恒定压力值来设置膨胀发电系统的膨胀级数以及第一膨胀机310和第二膨胀机340的相关性能、指标以及型号等。

在实施例五中，如图4所示，在实施例四的基础上，增设了一个第二膨胀机340和第二换热器370，此时一个第一膨胀机310和两个第二膨胀机340构成了高压氢燃料的三级膨胀发电系统(图中未标示)。比如第一膨胀机310能够回收压力能的最低压力值)为2MPa、处于二级的第二膨胀机340能够回收压力能的最低压力值为8MPa、处于三级的第二膨胀机340能够回收压力能的最低压力值为12MPa时：当储氢设备能够提供30MPa的高压氢燃料时，此时，与两个第二换热器370连接的两个第二电磁阀360以及第三电磁阀610关闭，第一电磁阀350开启；从储氢设备出来的高压氢燃料依次通过与第一电阀350阀连接的第二膨胀机340、靠近前述第二膨胀机340的第二换热器370、靠近前述第二换热器370的第二膨胀机340、靠近前述第二膨胀机340的第二换热器370、第一膨胀机310、换热装置400、氢气进气总管500并进入燃料电池堆100进行电化学反应产生电力，实现了高压氢燃料压力能的三次回收；而当储氢设备能够提供11MPa的高压氢燃料时，此时，第一电磁阀350、靠近第三电磁阀610的第二电磁阀360和第三电磁阀610关闭，靠近第一电磁阀350的第二磁池阀开启；从储氢设备出来的高压氢燃料依次通过与开启的第二电磁阀360连接的第二换热器370、与关闭的第二电磁阀360连接的第二换热器370、第一膨胀机310、换热装置400、氢气进气总管500并进入燃料电池堆100进行电化学反应产生电力，实现高压氢燃料压力能的二次回收；而当储氢设备能够提供7MPa的高压氢燃料时，此时，第一电磁阀350、靠近第一电磁阀350的第二电磁阀360和第三电磁阀610关闭，靠近第三电磁阀610的第二磁池阀开启；从储氢设备出来的高压氢燃料依次通过与开启的第二电磁阀360连接的第二换热器370、第一膨胀机310、换热装置400、氢气进气总管500并进入燃料电池堆100进行电化学反应产生电力，实现高压氢燃料压力能的一次回收；而当储氢设备能够提供低于2MPa的高压氢燃料时，此时，其他的电磁阀均关闭，第三电磁阀610开启；从储氢设备出来的高压氢燃料依次通过换热装置400、氢气进气总管500并进入燃料电池堆100进行电化学反应产生电力。值得说明的是，本实施例列举的只是三级膨胀发电系统的一个应用实例，在实际应用中，第一膨胀机310和第二膨胀机340的具体最低压力值可根据其型号或作用进行设定，且最低压力值的数值并不唯一，可灵活调整。

在实施例六中，如图1-4所示，在实施例二、三、四或五的基础上，储气设备上设有第一压力传感器(图中未标示)，设于储氢设备的出口端或与储氢设备连接的210上，用于检测氢燃料的压力；第一压力传感器分别与第一电磁阀350、第二电磁阀360、第三电磁阀610和第四电磁阀330连接，控制第一电磁阀350、第二电磁阀360、第三电磁阀610和第四电磁阀330的开启与关闭。第一压力传感器可根据本身实时监测到的氢燃料的压力值开启或关闭相应的电磁阀(即第一电磁阀350、第二电磁阀360、第三电磁阀610和第四电磁阀330)，从而实现多级膨胀系统的不同压力级别的高压氢燃料的智能化控制和管理，提高了燃料电池的智能化以及人性化。

在实施例七中，如图1-4所示，在实施例二、三、四、五或六的基础上，氢气进气总管500随氢燃料的进气方向依次设有减压阀510、氢进电磁阀520和第二压力传感器530；氢气回收支路800接入氢进电磁阀520和第二压力传感器530之间。通过对进入燃料电池堆100的氢燃料的压力、温度以及流量的再次控制和监测，确保进入燃料电池堆100的氢燃料为最佳反应压力、温度以及流量，使得进入燃料电池堆100的氢燃料以最佳反应状态进行反应，从而实现氢燃料利用的最优化，进而实现了燃料电池的能量最优化利用。由于燃料电池堆100在反应过程中，阳极氢气会产生少量的水，为了防止水淹以及降低氢燃料的消耗量，出燃料电池堆100的氢气出气总连接有气液分离器900，气液分离器900的进口端与氢气出气总管700连接，第一出口端与氢气回收支路800连通，第二出口端与氢气出口支路1000连通，且氢气出口支路1000上设有氢出电磁阀1010；氢气出口支路1000与储氢设备连通。通过气液分离器900将氢燃料和水进行有效分离，从而实现氢燃料的循环利用，并将气液分离器900内的水及时导出。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。