一种氢燃料电池与发动机的制作方法

本实用新型涉及燃料电池技术领域，尤其涉及一种氢燃料电池与发动机。

背景技术：

与传统电池相比，氢燃料电池依托外部燃料供给，其工作特性更接近于内燃机引擎。而与内燃机相比，氢燃料电池的能量转化效率可达到60％以上，为内燃机的2至3倍。并且氢燃料电池使用氢气作为燃料，其反应产物为水，不会产生含碳氮的氧化物等污染性气体。因此，氢燃料电池技术在汽车动力系统中得到了越来越广泛的应用。

目前国内燃料电池发动机系统的净输出功率大多在60kw以下，由于电堆的单堆输出功率有限，若要具有较大的输出功率，通常是采用多个相等小功率电堆串联来实现。但这会使空气需求量非常大，而现有的空气压缩装置的规格有限，无法满足过大的空气流入量。并且，氢气通入多个小功率电堆中进行反应，每个小功率电堆排出的剩余氢气汇集后通过氢气循环泵回流再次进入电堆。若需要的总输出功率过大，则需串联的电堆数量会过多，导致回流的氢气量会非常大。但目前市面上的氢气循环泵的规格有限，无法满足过大流量的要求。因此，制约了具有较大输出功率的氢燃料电池的进一步发展。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种氢燃料电池与发动机。该氢燃料电池中设置三个功率依次减小的电堆组件，将上一电堆组件剩余的气体流入下一电堆组件中，以提高气体循环利用率，降低了对空气压缩装置的要求，且使回流的气体量减小，降低了对氢气回流装置的要求，因此，在空气压缩装置与氢气回流装置的规格不变，通入的气体量不变的前提下可以适当增加电堆组件的数量，从而增加输出功率。该发动机能够进一步提高输出功率。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供了一种氢燃料电池，包括氢气供气系统、第一空气供气系统、第二空气供气系统、第一电堆组件、第二电堆组件及第三电堆组件，所述第一电堆组件、所述第二电堆组件及所述第三电堆组件的输出功率依次减小；

所述氢气供气系统能够使氢气流入所述第一电堆组件、所述第二电堆组件及所述第三电堆组件中的任意一个，或者，所述氢气供气系统能够使氢气按输出功率从大到小的顺序依次流经所述第一电堆组件、所述第二电堆组件及所述第三电堆组件中的至少两个；

所述第一空气供气系统能够使空气流入所述第一电堆组件；

所述第二空气供气系统能够使空气依次流经所述第二电堆组件与所述第三电堆组件，或者，所述第二空气供气系统能够使空气流入所述第二电堆组件与所述第三电堆组件中的任意一个。

作为上述技术方案的改进，所述氢气供气系统包括氢气循环部，所述氢气循环部包括第一氢气管、第二氢气管、第三氢气管、第四氢气管、第五氢气管、第六氢气管、第七氢气管、第八氢气管、第一三通阀、第二三通阀、第三三通阀、第一单向阀、第二单向阀、第三单向阀、第一关断阀、第二关断阀、第三关断阀及氢气回流装置；

所述第一氢气管的两端分别与所述氢气循环部的始端、所述第一电堆组件的入口相连，所述第二氢气管的两端分别与所述第一电堆组件的出口、所述第二电堆组件的入口相连，所述第三氢气管的两端分别与所述第二电堆组件的出口、所述第三电堆组件的入口相连，所述第四氢气管的两端分别与所述第三氢气管、所述第一氢气管相连，所述第五氢气管的两端分别与所述第四氢气管、所述第二氢气管相连，所述第六氢气管的两端分别与所述第三电堆组件的出口、所述氢气循环部的末端相连，所述第七氢气管的两端分别与所述第二氢气管、所述第六氢气管相连，所述第八氢气管的两端分别与所述第三氢气管、所述第六氢气管相连；

所述氢气回流装置设于所述氢气循环部的始端与所述氢气循环部的末端之间，从所述氢气循环部的末端流出的氢气能够通过所述氢气回流装置流入所述氢气循环部的始端；

所述第一三通阀位于所述第四氢气管与所述第一氢气管的连接处，所述第二三通阀位于所述第二氢气管与所述第七氢气管的连接处，所述第三三通阀位于所述第三氢气管与所述第八氢气管的连接处；

所述第一单向阀位于所述第五氢气管、所述第二氢气管的连接处与所述第二三通阀之间，所述第二单向阀位于所述第四氢气管、所述第三氢气管的连接处与所述第三三通阀之间，所述第三单向阀位于所述第三电堆组件的出口与所述氢气循环部的末端之间；

所述第一关断阀位于所述第五氢气管上，所述第二关断阀位于所述第四氢气管、所述第五氢气管的连接处与所述第四氢气管、所述第三氢气管的连接处之间，所述第三关断阀位于所述第五氢气管、所述第二氢气管的连接处与所述第二电堆组件的入口之间。

作为上述技术方案的进一步改进，还包括氢气罐，所述氢气罐与所述氢气循环部的始端相连，所述氢气循环部的末端与所述氢气回流装置之间设有气液分离器。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一氢气管、所述第二氢气管及所述第三氢气管上均设有传感器。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第二空气供气系统包括空气循环部，所述空气循环部包括第一空气管、第二空气管、第三空气管、第四空气管、第五空气管、第四三通阀、第五三通阀、第四单向阀、第五单向阀及加湿装置；

所述第一空气管的两端分别与所述空气循环部的始端、所述第二电堆组件的入口相连，所述第二空气管的两端分别与所述第二电堆组件的出口、所述第三电堆组件的入口相连，所述第三空气管的两端分别与所述第一空气管、所述第二空气管相连，所述第四空气管的两端分别与所述第三电堆组件的出口、所述空气循环部的末端相连，所述第五空气管的两端分别与所述第二空气管、所述第四空气管相连；

所述加湿装置位于所述空气循环部的始端与所述空气循环部的末端之间，从所述空气循环部的末端流出的空气能够通过所述加湿装置流入所述空气循环部的始端；

所述第四三通阀位于所述第一空气管与所述第三空气管的连接处，所述第五三通阀位于所述第二空气管与所述第五空气管的连接处；

所述第四单向阀位于所述第三空气管、所述第二空气管的连接处与所述第五三通阀之间，所述第五单向阀位于所述第三电堆组件的出口与所述空气循环部的末端之间。

作为上述技术方案的进一步改进，还包括空气压缩装置与热交换器，所述热交换器的两端分别与所述加湿装置、所述空气压缩装置相连。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一空气管、所述第二空气管上设有传感器。

作为上述技术方案的进一步改进，还包括冷却液泵，所述冷却液泵能够使冷却液对所述第二电堆组件、所述第三电堆组件及所述热交换器进行冷却。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一电堆组件包括若干个第一电堆，所述第二电堆组件包括若干个第二电堆，所述第三电堆组件包括若干个第三电堆。

还提供了一种发动机，包括上述的氢燃料电池。

本实用新型的有益效果是：该氢燃料电池中设置三个功率依次减小的电堆组件，将上一电堆组件剩余的气体流入下一电堆组件中，以提高气体循环利用率，降低了对空气压缩装置的要求，且使回流的气体量减小，降低了对氢气回流装置的要求，因此，在空气压缩装置与氢气回流装置的规格不变，通入的气体量不变的前提下可以适当增加电堆组件的数量，从而增加输出功率。该发动机能够进一步提高输出功率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明：

图1是本实用新型一个实施例中氢燃料电池的供气与冷却液的示意图；

图2是本实用新型一个实施例中氢燃料电池管路的整体结构示意图(包括氢气、空气与冷却液)；

图3是本实用新型一个实施例中氢气供气系统的原理示意图；

图4是本实用新型一个实施例中氢气供气系统中氢气循环部的原理示意图；

图5是本实用新型一个实施例中氢气供气系统的结构示意图；

图6是本实用新型一个实施例中第一空气供气系统与第一冷却系统的原理示意图；

图7是本实用新型一个实施例中第一空气供气系统的结构示意图；

图8是本实用新型一个实施例中第一冷却系统的结构示意图；

图9是本实用新型一个实施例中第二空气供气系统与第二冷却系统的原理示意图；

图10是本实用新型一个实施例中第二空气供气系统中空气循环部的原理示意图；

图11是本实用新型一个实施例中第二空气供气系统的结构示意图；

图12是本实用新型一个实施例中第二冷却系统的结构示意图。

具体实施方式

本部分将详细描述本实用新型的具体实施例，本实用新型的较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，从而能够直观地、形象地理解本实用新型的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

在本实用新型的描述中，如果涉及到方位描述，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。当某一特征被称为“设置”、“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接设置、固定、连接在另一个特征上，也可以间接地设置、固定、连接在另一个特征上。

在本实用新型的描述中，如果涉及到“若干”，其含义是一个或者多个，如果涉及到“多个”，其含义是两个以上，如果涉及到“大于”、“小于”、“超过”，均应理解为不包括本数，如果涉及到“以上”、“以下”、“以内”，均应理解为包括本数。如果涉及到“第一”、“第二”，应当理解为用于区分技术特征，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

此外，除非另有定义，本实用新型所使用的技术术语和科学术语均与所属技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本实用新型所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本实用新型。

参照图1至图2，分别示出了本实用新型一个实施例中氢燃料电池的供气与冷却液的示意图与电池管路的整体结构示意图(包括氢气、空气与冷却液)。本实施例中的氢燃料电池包括第一电堆组件1、第二电堆组件2及第三电堆组件3，且第一电堆组件1的输出功率大于第二电堆组件2，第二电堆组件2的输出功率大于第三电堆组件3。通过氢气供气系统4对上述三个电堆组件供氢气。通过第一空气供气系统5对第一电堆组件1供空气，通过第一冷却系统6对第一电堆组件1供冷却液。通过第二空气供气系统7对第二电堆组件2与第三电堆组件3供空气，通过第二冷却系统8对第二电堆组件2与第三电堆组件3供冷却液。

参照图3至图5，分别示出了本实用新型一个实施例中氢气供气系统的原理示意图、氢气循环部的原理示意图及氢气供气系统的结构示意图。其中，图5中有部分结构省略，例如传感器及关断阀等部件。氢气供气系统4包括氢气循环部40、氢气罐41、减压装置42、总开关43、调压阀44、安全阀45、尾排阀46、排水管路47、排水阀48、混合排放部49、氢气吹扫管410及氢气吹扫阀411。其中，氢气罐41与氢气循环部40的始端4001连接，氢气从氢气罐41中通向氢气循环部40。减压装置42、总开关43及调压阀44设置于氢气罐41与氢气循环部40之间的管路上。减压装置42对氢气罐41提供的氢气进行减压，使其满足压力要求。减压装置42可选用比例调节阀，当然，其他能够进行压力调节的装置亦可。总开关43可以控制氢气的通断。若压力过大，超过一定值，安全阀45打开，将一定量的氢气排放至混合排放部49，并排出系统。安全阀45可使用普通的机械式安全阀，或者，其他的安全泄压装置亦可。满足压力要求的氢气从氢气循环部40的始端4001进入氢气循环部40中。尾排阀46可选用电磁阀或其他能够控制管路通断的阀门，其用于控制排气管路的通断。排水阀48可以选用电磁阀或其他能够控制管路通断的阀门，其用于控制排水管路47的通断。氢气循环部40的始端处连接有氢气吹扫管410，在氢气吹扫管410上设有氢气吹扫阀411，打开氢气吹扫阀411，并向氢气吹扫管410中通入吹扫气体，使吹扫气体通过三个电堆组件，以使得电堆组件中残留的反应气体排出。

氢气循环部40包括第一氢气管401、第二氢气管402、第三氢气管403、第四氢气管404、第五氢气管405、第六氢气管406、第七氢气管407、第八氢气管408、第一三通阀409、第二三通阀4010、第三三通阀4011、第一单向阀4012、第二单向阀4013、第三单向阀4014、第一关断阀4015、第二关断阀4016、第三关断阀4017、第一传感器4018、第二传感器4019、第三传感器4020、气液分离器4021、氢气回流管路4022及氢气回流装置4023。

第一氢气管401的两端分别与氢气循环部40的始端4001、第一电堆组件1的入口相连，第二氢气管402的两端分别与第一电堆组件1的出口、第二电堆组件2的入口相连，第三氢气管403的两端分别与第二电堆组件2的出口、第三电堆组件3的入口相连。第四氢气管404的两端分别与第三氢气管403、第一氢气管401相连，第五氢气管405的两端分别与第四氢气管404、第二氢气管402相连。第六氢气管406的两端分别与第三电堆组件3的出口、氢气循环部40的末端4002相连，第七氢气管407的两端分别与第二氢气管402、第六氢气管406相连，第八氢气管408的两端分别与第三氢气管403、第六氢气管406相连。

第一三通阀409位于第四氢气管404与第一氢气管401的连接处，第二三通阀4010位于第二氢气管402与第七氢气管407的连接处，第三三通阀4011位于第三氢气管403与第八氢气管408的连接处。第一单向阀4012位于第五氢气管405、第二氢气管402的连接处与第二三通阀4010之间，第二单向阀4013位于第四氢气管404、第三氢气管403的连接处与第三三通阀4011之间，第三单向阀4014位于第三电堆组件3的出口与氢气循环部40的末端4002之间。第一关断阀4015位于第五氢气管405上，第二关断阀4016位于第四氢气管404、第五氢气管405的连接处与第四氢气管404、第三氢气管403的连接处之间，第三关断阀4017位于第五氢气管405、第二氢气管402的连接处与第二电堆组件2的入口之间。

氢气回流装置4023设于氢气循环部40的始端4001与氢气循环部40的末端4002之间，气液分离器4021位于氢气循环部40的末端4002与氢气回流装置4023之间的氢气回流管路4022上。通常，氢气回流装置4023选用氢气循环泵即可，当然，其他的能够实现类似功能的装置亦可。

第一氢气管401上靠近第一电堆组件1的入口处设有第一传感器4018，第二氢气管402上靠近第二电堆组件2的入口处设有第二传感器4019，第三氢气管403上靠近第三电堆组件3的入口处设有第三传感器4020。上述传感器均包括压力传感器、温度传感器及湿度传感器等，用于对通入电堆组件的氢气的压力、温度及湿度进行实时监控。

通过三通阀、单向阀及关断阀的控制，能够实现三个电堆的单独供氢气，或者对其中任意两个依次供氢气，或者对三个依次供氢气。

若要对第一电堆组件1、第二电堆组件2及第三电堆组件3依次供氢气，则使第一三通阀409朝第一电堆组件1的通道打开，第二三通阀4010朝第二电堆组件2的通道打开，第三三通阀4011朝第三电堆组件3的通道打开，第一关断阀4015第二关断阀4016均关闭，第三关断阀4017打开。到达氢气循环部40的始端4001的氢气通过第一三通阀409后进入第一电堆组件1中。一般会按照一定的过量系数比通入过量的氢气，第一电堆组件1中多余的氢气从第一电堆组件1的出口排出，在经过第二三通阀4010与第三关断阀4017后进入第二电堆组件2中进行反应。第二电堆组件2中剩余的氢气从第二电堆组件2的出口排出，在经过第三三通阀4011后进入第三电堆组件3中进行反应。第三电堆组件3中剩余的氢气从第三电堆组件3的出口排出，并通过第六氢气管406进入气液分离器4021。由于氢燃料电池的反应产物为水，故反应结束后排出的氢气中会带有水，通过气液分离器4021后能够将水与氢气分离，分离后，氢气通过氢气回流管路4022流入氢气回流装置4023，通过氢气回流装置4023再次到达氢气循环部40的始端4001。这部分回流的氢气与氢气罐41中输送来的新的氢气一起再次进入氢气循环部40。打开排水阀48，可以使分离出的水经排水管路47排出。此外，需保证从第一电堆组件1流入第二电堆组件2的氢气的量不少于第二电堆组件2反应所需的氢气的量，且需保证从第二电堆组件2流入第三电堆组件3的氢气的量不少于第三电堆组件3反应所需的氢气的量。可根据各个电堆所需的氢气的量进行计算，使通入第一电堆组件1中的氢气的量不少于第一电堆组件1、第二电堆组件2及第三电堆组件3所需的氢气的量之和。

由于第一电堆组件1的输出功率大于第二电堆组件2，第二电堆组件2的输出功率大于第三电堆组件3，因此，第一电堆组件1反应所需的氢气的量大于第二电堆组件2，第二电堆组件2反应所需的氢气的量大于第三电堆组件3。剩余的氢气在反应结束后会回流至氢气循环部40的始端，并再次进入电堆组件进行反应。由于第一电堆组件1中剩余的氢气通入第二电堆组件2，第二电堆组件2中剩余的氢气通入第三电堆组件3，从而使氢气的循环利用率较高，最终从第三电堆组件3排出的剩余氢气的量较少，使用较小规格的氢气回流装置4023即可满足回流要求。因此，在现有氢气回流装置4023规格受限的情况下，即使增加电堆组件的数量，也不会导致回流的氢气量过大而没有合适的氢气回流装置得以匹配。因此，可以在不改变氢气回流装置规格和流入氢气循环部始端的氢气总量的前提下适当增加电堆组件的数量，以提高电池的输出功率。

此外，还可以仅使三个电堆组件中的两个进行反应。若要对第一电堆组件1与第二电堆组件2供氢气，则使第一三通阀409朝第一电堆组件1的通道打开，第二三通阀4010朝第二电堆组件2的通道打开，第三三通阀4011朝第八氢气管408的通道打开，第一关断阀4015关闭，第三关断阀4017打开。到达氢气循环部40的始端4001的氢气通过第一三通阀409后进入第一电堆组件1中进行反应。第一电堆组件1中多余的氢气从第一电堆组件1的出口排出，在经过第二三通阀4010与第三关断阀4017后进入第二电堆组件2中。第二电堆组件2中剩余的氢气从第二电堆组件2的出口排出，并进入第八氢气管408，之后到达第六氢气管406，随后进入气液分离器4021。由于有第三单向阀4014的存在，从第八氢气管408到达第六氢气管406的氢气不会朝右侧流入第三电堆组件3中。此外，需保证从第一电堆组件1流入第二电堆组件2的氢气的量不少于第二电堆组件2反应所需的氢气的量。可根据各个电堆所需的氢气的量进行计算，使通入第一电堆组件1中的氢气的量不少于第一电堆组件1与第二电堆组件2所需的氢气的量之和。

若要对第一电堆组件1与第三电堆组件3供氢气，则使第一三通阀409朝第一电堆组件1的通道打开，第二三通阀4010朝第二电堆组件2的通道打开，第三三通阀4011朝第八氢气管408的通道关闭，第一关断阀4015与第二关断阀4016均打开，第三关断阀4017关闭。由于有第二单向阀4013的存在，从第四氢气管404到达第三氢气管403的氢气不会朝左侧流入第二电堆组件2中。此外，需保证从第一电堆组件1流入第三电堆组件3的氢气的量不少于第三电堆组件3反应所需的氢气的量。可根据各个电堆所需的氢气的量进行计算，使通入第一电堆组件1中的氢气的量不少于第一电堆组件1及第三电堆组件3所需的氢气的量之和。

若要对第二电堆组件2与第三电堆组件3供氢气，则使第一三通阀409朝第四氢气管404的通道打开，第二三通阀4010朝第七氢气管407的通道关闭，第三三通阀4011朝第三电堆组件3的通道打开，第一关断阀4015与第三关断阀4017均打开，第二关断阀4016关闭。由于有第一单向阀4012的存在，从第五氢气管405到达第二氢气管402的氢气不会朝左侧流入第一电堆组件1中。此外，需保证从第二电堆组件2流入第三电堆组件3的氢气的量不少于第三电堆组件3反应所需的氢气的量。可根据各个电堆所需的氢气的量进行计算，使通入第二电堆组件2中的氢气的量不少于第二电堆组件2及第三电堆组件3所需的氢气的量之和。

与前述分析类似，使氢气按输出功率从大到小的顺序依次通过两个电堆组件，可以提高氢气循环利用率，在不改变氢气回流装置规格和流入氢气循环部始端的氢气总量的前提下适当增加电堆组件的数量，从而提高燃料电池的输出功率。

除此之外，若对输出功率无过高要求，可以对上述三个电堆组件中的任意一个单独供氢气。若要对第一电堆组件1单独供氢气，则使第一三通阀409朝第一电堆组件1的通道打开，并使第二三通阀4010朝第七氢气管407的通道打开，第三三通阀4011朝第八氢气管408的通道关闭。到达氢气循环部40的始端4001的氢气通过第一三通阀409后进入第一电堆组件1中进行反应。第一电堆组件1中多余的氢气从第一电堆组件1的出口排出，并通过第七氢气管407到达第六氢气管406，随后进入气液分离器4021。由于有第三单向阀4014的存在，从第七氢气管407到达第六氢气管406的氢气不会朝右侧流入第三电堆组件3中。

若要对第二电堆组件2单独供氢气，则使第一三通阀409朝第四氢气管404的通道打开，第二三通阀4010朝第七氢气管407的通道关闭，第三三通阀4011朝第八氢气管408的通道打开，将第一关断阀4015与第三关断阀4017打开，第二关断阀4016关闭。由于有第一单向阀4012的存在，从第五氢气管405到达第二氢气管402的氢气不会朝左侧流入第一电堆组件1中。

若要对第三电堆组件3单独供氢气，则使第一三通阀409朝第四氢气管404的通道打开，第二三通阀4010朝向第七氢气管407的通道关闭，第三三通阀4011朝向第八氢气管408的通道关闭，第一关断阀4015关闭，第二关断阀4016打开。由于有第二单向阀4013的存在，从第四氢气管404到达第三氢气管403的氢气不会朝左侧流入第二电堆组件2中。

参照图6至图8，分别示出了本实用新型一个实施例中第一空气供气系统与第一冷却系统的原理示意图、第一空气供气系统的结构示意图及第一冷却系统的结构示意图。其中，图7与图8中有部分结构省略。

第一空气供气系统5包括第一电堆组件空气进气管50、第一空气过滤装置51、第一空气压缩装置52、第一热交换器53、第一加湿装置54、第四传感器55、第一电堆组件空气排气管56、第一加湿装置排气管57及第一加湿装置排气阀58。空气通过第一电堆组件空气进气管50进入第一电堆组件1中。第一空气过滤装置51、第一空气压缩装置52、第一热交换器53、第一加湿装置54及第四传感器55依次设于第一电堆组件空气进气管50上。第一空气过滤装置51用于对入口处的空气进行过滤，使其满足电堆用气要求。第一空气压缩装置52可选用空气压缩机，其能够对空气进行压缩，以使其压力与流量等满足要求。第一热交换器53可以选用各种类型的气液热交换器，其用于对从第一空气压缩装置52排出的空气进行降温。第一加湿装置54可以选用各种类型的空气加湿器，其用于对进入第一电堆组件1的空气增加湿度。过量空气进入第一电堆组件1，其中的部分氧气参与反应，剩余的氧气与其他气体从第一电堆组件1排出，经第一电堆组件空气排气管56进入第一加湿装置54，与从第一热交换器53输送来的新的空气一起再次进入第一电堆组件1参与反应。并且，由于氢燃料电池的反应产物为水，故反应结束后排出的空气中会带有水，可通过这些水对从第一热交换器53进入第一加湿装置54的空气进一步加湿。第四传感器55包括压力传感器、温度传感器及湿度传感器等，用于对通入第一电堆组件1的空气的压力、温度及湿度进行实时监控。若压力过高，则可打开第一加湿装置排气阀58，使第一加湿装置54中的空气通过第一加湿装置排气管57排出一部分，以满足压力要求。

第一冷却系统6包括第一冷却液泵60、第一电堆组件进液管61、第一热交换器进液管62、第一去离子器63、第一热交换器排液管64、第一电堆组件排液管65、第一冷却液管三通阀66、第一散热器67、第一冷却液加热管68及第一加热器69。第一冷却液泵60将冷却液中的一部分通过第一电堆组件进液管61送入第一电堆组件1中进行冷却。另一部分通过第一热交换器进液管62流入第一热交换器53，对第一热交换器53进行冷却。在第一热交换器进液管62上设有第一去离子器63，其用于吸附冷却液中的各种离子。一般的，冷却液选用水，冷却液泵选用水泵即可。冷却液在第一电堆组件1中流动一圈进行降温后通过第一电堆组件排液管65排出。冷却液在第一热交换器53中流动一圈后通过第一热交换器排液管64汇入第一电堆组件排液管65。第一散热器67设于第一电堆组件排液管65上，其能够对温度升高的冷却液进行降温。温度恢复正常的冷却液将再次流入第一冷却液泵60，并重复上述过程。此外，还设有第一冷却液加热管68，在第一冷却液加热管68上设有第一加热器69，第一冷却液加热管68与第一电堆组件排液管65的连接处设有第一冷却液管三通阀66。若需要使燃料电池能够在低温条件下使用，可将第一冷却液管三通阀66朝向第一冷却液加热管68的通道打开，利用第一加热器69将冷却液加热至预设温度，避免在过低温度下冷却液被冻住而无法实现冷却功能。若无需低温启动，则可将第一加热器69及其所在管路去掉。

参照图9至图12，分别示出了本实用新型一个实施例中第二空气供气系统与第二冷却系统的原理示意图、第二空气供气系统中空气循环部的原理示意图、第二空气供气系统的结构示意图及第二冷却系统的结构示意图。其中，图11与图12中有部分结构省略。第二空气供气系统7包括空气循环部70、第二空气过滤装置71、第二空气压缩装置72、第二热交换器73、第二加湿装置排气管74、第二加湿装置排气阀75、空气吹扫管76及空气吹扫阀77。其中，空气循环部70之外的其他部件与第一空气供气系统5中类似。第二热交换器73的两端分别与第二加湿装置7012、第二空气压缩装置72相连。打开空气吹扫阀77，并向空气吹扫管76中通入吹扫气体，使吹扫气体通过两个电堆组件，以使得电堆组件中残留的反应气体排出。

空气循环部70包括第一空气管701、第二空气管702、第三空气管703、第四空气管704、第五空气管705、第四三通阀706、第五三通阀707、第四单向阀708、第五单向阀709、第五传感器7010、第六传感器7011及第二加湿装置7012。第一空气管701的两端分别与空气循环部70的始端7001、第二电堆组件2的入口相连，第二空气管702的两端分别与第二电堆组件2的出口、第三电堆组件3的入口相连，第三空气管703的两端分别与第一空气管701、第二空气管702相连，第四空气管704的两端分别与第三电堆组件3的出口、空气循环部70的末端7002相连，第五空气管705的两端分别与第二空气管702、第四空气管704相连。

第四三通阀706位于第一空气管701与第三空气管703的连接处，第五三通阀707位于第二空气管702与第五空气管705的连接处。第四单向阀708位于第三空气管703、第二空气管702的连接处与第五三通阀707之间，第五单向阀709位于第三电堆组件3的出口与空气循环部70的末端7002之间。

第二加湿装置7012位于空气循环部70的始端7001与空气循环部70的末端7002之间。从空气循环部70的末端7002流出的空气能够通过第二加湿装置7012流入空气循环部70的始端7001。

第一空气管701上靠近第二电堆组件2的入口处设有第五传感器7010，第二空气管702上靠近第三电堆组件3的入口处设有第六传感器7011。上述传感器均包括压力传感器、温度传感器及湿度传感器等，用于对通入电堆组件的空气的压力、温度及湿度进行实时监控。

通过三通阀及单向阀的控制，能够对第二电堆组件2与第三电堆组件3实现单独供空气，或者对二者依次供空气。对二者依次供空气时，需保证从第二电堆组件2流入第三电堆组件3的空气的量不少于第三电堆组件3反应所需的空气的量。可根据各个电堆所需的空气的量进行计算，使通入第二电堆组件2中的空气的量不少于第二电堆组件2及第三电堆组件3所需的空气的量之和。

若要对第二电堆组件2与第三电堆组件3依次供气。则使第四三通阀706朝第二电堆组件2的通道打开，第五三通阀707朝第三电堆组件3的通道打开。到达空气循环部70的始端7001的空气通过第四三通阀706后进入第二电堆组件2进行反应。多余的空气从第二电堆组件2的出口排出，在经过第五三通阀707后进入第三电堆组件3。第三电堆组件3中剩余的空气从第三电堆组件3的出口排出，并通过第四空气管704回流进入第二加湿装置7012。这部分空气与从第二热交换器73输送来的新的空气一起再次进入第二电堆组件2参与反应。

由于第二电堆组件2的输出功率大于第三电堆组件3，因此，第二电堆组件2反应所需的空气的量大于第三电堆组件3。通入过量的空气进行反应，多余的空气会回流至空气循环部70的始端7001，并再次进入电堆组件进行反应。相当于进入电堆组件的空气由两部分组成，分别是回流的剩余空气与经第二空气压缩装置72输送来的新的空气。由于部分空气可以回流再利用，提高了空气循环利用率，在电堆组件输出功率相同，其所需空气量相同的情况下，可以降低对第二空气压缩装置72规格的要求，适当的将规格选择略小一些。而若是使用已有的第二空气压缩装置72，在其规格受限的情况下，可以适当增加电堆组件的数量，增加的电堆组件所需的空气可以由回流空气来提供。因此，可以在不改变第二空气压缩装置72规格和流入空气循环部始端的空气总量的前提下适当增加电堆组件的数量，从而提高燃料电池的输出功率。

除此之外，若对输出功率无过高要求，可以对第二电堆组件2或第三电堆组件3单独供空气。若要对第二电堆组件2单独供空气，则使第四三通阀706朝第二电堆组件2的通道打开，第五三通阀707朝第五空气管705的通道打开。到达空气循环部70的空气经过第四三通阀706后进入第二电堆组件2中，多余的空气从第二电堆组件2排出，回流到空气循环部70的始端7001。由于有第五单向阀709的存在，从第五空气管705到达第四空气管704的空气不会朝右侧流入第三电堆组件3中。

若要对第三电堆组件3单独供空气，则使第四三通阀706朝第三空气管703的通道打开，第五三通阀707朝第五空气管705的通道关闭。由于有第四单向阀708的存在，从第三空气管703到达第二空气管702的空气不会朝左侧流入第二电堆组件2中。

第二冷却系统8包括第二冷却液泵80、第三电堆组件进液管81、第二热交换器进液管82、第二去离子器83、第二热交换器排液管84、二三电堆组件间冷却液管85、第二电堆组件排液管86、第二冷却液管三通阀87、第二散热器88、第二冷却液加热管89及第二加热器810。第二冷却液泵80将冷却液中的一部分通过第三电堆组件进液管81送入第三电堆组件3中进行冷却。另一部分通过第二热交换器进液管82流入第二热交换器73进行冷却。在第二热交换器进液管82上设有第二去离子器83，用于吸附冷却液中的各种离子。冷却液在第三电堆组件3中流动一圈后通过二三电堆组件间冷却液管85流入第二电堆组件2，对第二电堆组件2进行冷却。在第二电堆组件2中流动一圈后通过第二电堆组件排液管86流出。冷却液在第二热交换器73中流动一圈后通过第二热交换器排液管84汇入第二电堆组件排液管86。第二散热器88设于第二电堆组件排液管86上，其能够对温度升高的冷却液进行降温。温度恢复正常的冷却液将再次流入第二冷却液泵80，并重复上述过程。此外，还设有第二冷却液加热管89，在第二冷却液加热管89上设有第二加热器810，第二冷却液加热管89与第二电堆组件排液管86的连接处设有第二冷却液管三通阀87。若需要使燃料电池能够在低温条件下使用，可将第二冷却液管三通阀87朝向第二冷却液加热管89的通道打开，利用第二加热器810将冷却液加热至预设温度，避免在过低温度下冷却液被冻住而无法实现冷却功能。若无需低温启动，则可将第二加热器810及其所在管路去掉。

上述的各三通阀可选用普通的电控三通阀，还可以用两个阀门组合实现三通阀的功能，这种简单替换也应在本实用新型保护范围内。上述的各单向阀可选用逆止阀，或者，其他的能够实现单向导通的阀门亦可。上述的各关断阀可采用电磁阀或其他能够控制管路通断的阀门。

本实施例中，第一电堆组件1可以是单个电堆，也可以是多个具有相同输出功率的电堆串联而成。若是多个电堆串联而成，则通入第一电堆组件1的氢气、空气及冷却液均是通过分配管平均分配至各个电堆中。第二电堆组件2与第三电堆组件3也是如此，不再过多赘述。

本实施例中的氢燃料电池包括三个电堆组件，但不限于此，设置两个或三个以上电堆组件亦可。

本实施例中还提供了一种发动机，该发动机包括上述的氢燃料电池。

以上是对本实用新型的较佳实施进行的具体说明，但本实用新型并不限于所述实施例，所属领域的技术人员在不脱离本实用新型宗旨的前提下还可做出种种的等同变形或替换。此外，在不冲突的情况下，本实用新型的实施例及实施例中的特征可以相互组合。