CN114865007A - 燃料电池气体循环系统、燃料电池和车辆 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种燃料电池气体循环系统、燃料电池和车辆，该系统包括：电堆包括阳极和阴极；氢气供应装置；循环控制装置包括第一控制支路和第二控制支路，第一控制支路包括引射器，第二控制支路包括循环泵和第一特斯拉阀门，引射器包括驱动端、第一吸气端和第一排气端，驱动端与氢气供应装置的供气口连接，第一排气端与阴极连接，循环泵包括第二吸气端，在第一控制支路与第二控制支路串联的结构中，第二吸气端与阳极连接，循环泵与第一特斯拉阀门并联，在第一控制支路与第二控制支路并联的结构中，第二吸气端和第一吸气端均与阳极连接，循环泵与第一特斯拉阀门串联。该系统解决了现有技术中燃料电池气体循环结构中阳极氢气循环效果不佳的问题。

Description

燃料电池气体循环系统、燃料电池和车辆

技术领域

本申请涉及燃料电池技术领域，具体而言，涉及一种燃料电池气体循环系统、燃料电池和车辆。

背景技术

质子交换膜燃料电池其阳极供给多采用循环供给的方式，用于带出阳极反应腔内多余的水分，保证电化学反应顺利发生。常见的阳极循环方式有引射器循环，循环泵循环，引射器和循环泵同时使用的复合循环。单一的引射器循环在小流量时循环效果不佳，而单一的循环泵循环需长时开启能耗经济性不佳，因此引射器和循环泵同时使用的复合循环是目前的主流阳极循环方案，循环泵可根据实际循环量需求调整转速。引射器和循环泵的布置方式有串联和并联两种方式。

采用如上的两种循环方案均存在一定的弊端。串联方式，循环泵布置在引射器吸入口处，当循环泵不工作时，引射器吸入口处流阻增大，循环效果变差，并联方式，电堆氢气出口分别通过并联两路将氢气循环至电堆入口处，但在特殊工况下，见可能出现氢气分流循环的情况，如电堆出口氢气，经循环泵，完成电堆阳极-循环泵吸入口-引射器排出口-引射器吸入口-循环泵吸入口的分流循环，循环泵停止工作的前提下，电堆供给氢气，可能出现引射器驱动口-引射器排出口-循环泵排出口-循环泵吸入口-引射器吸入口的分流循环，对阳极氢气循环产生负面影响。

现有技术中虽然通过增设单向阀或电磁阀可以避免上述问题发生，但单向阀的开启压力会对阳极回路循环产生负面影响，而电磁阀需有额外的控制策略且存在失效或冻结的风险。

在背景技术部分中公开的以上信息只是用来加强对本文所描述技术的背景技术的理解，因此，背景技术中可能包含某些信息，这些信息对于本领域技术人员来说并未形成在本国已知的现有技术。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种燃料电池气体循环系统、燃料电池和车辆，以解决现有技术中燃料电池气体循环结构中阳极氢气循环效果不佳的问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种燃料电池气体循环系统，该系统包括：电堆，所述电堆包括阳极和阴极；氢气供应装置；循环控制装置，所述循环控制装置包括第一控制支路和第二控制支路，所述第一控制支路包括引射器，所述第二控制支路包括循环泵和第一特斯拉阀门，所述引射器包括驱动端、第一吸气端和第一排气端，所述驱动端与所述氢气供应装置的供气口连接，所述第一排气端与所述阴极连接，所述循环泵包括第二吸气端和第二排气端，所述第一特斯拉阀门包括第三吸气端和第三排气端，所述第一控制支路与所述第二控制支路串联或者并联，在所述第一控制支路与所述第二控制支路串联的结构中，所述第二吸气端与所述阳极连接，所述第二排气端与所述第一吸气端连接，所述第三吸气端与所述第二吸气端连接，所述第三排气端与所述第二排气端连接，在所述第一控制支路与所述第二控制支路并联的结构中，所述第二吸气端和所述第一吸气端均与所述阳极连接，所述第二排气端与所述第三吸气端连接，所述第三排气端与所述阴极连接。

可选地，在所述第一控制支路与所述第二控制支路并联的结构中，所述第一控制支路还包括第二特斯拉阀门，所述第二特斯拉阀门包括第四吸气端和第四排气端，所述第四排气端和所述第三排气端均与所述阴极连接，所述第四吸气端与所述第一排气端连接。

可选地，所述第一特斯拉阀门的布置方式和所述第二特斯拉阀门的所述布置方式均为垂直布置方式。

可选地，所述第一特斯拉阀门和所述第二特斯拉阀门均具有单向流通性。

可选地，所述第一特斯拉阀门的正向流阻和所述第二特斯拉阀门的所述正向流阻均小于第一流阻阈值。

可选地，所述第一特斯拉阀门的反向流阻和所述第二特斯拉阀门的所述反向流阻均大于第二流阻阈值。

可选地，所述第一特斯拉阀门的流道形式和所述第二特斯拉阀门的所述流道形式均为复合流道形式和异形流道形式中的一种。

可选地，所述氢气供应装置，包括氢气瓶和减压阀，所述氢气供应装置的所述供气口与所述减压阀的一端连接，所述减压阀的另一端与所述氢气瓶的所述供气口连接。

根据本申请的另一方面，还提供了一种燃料电池，所述燃料电池包括燃料电池气体循环系统，所述循环系统为任一种所述的循环系统。

根据本申请的再一方面，还提供了一种车辆，包括所述燃料电池。

应用本申请的技术方案，上述燃料电池气体循环系统包括：电堆，上述电堆包括阳极和阴极；氢气供应装置；循环控制装置，上述循环控制装置包括第一控制支路和第二控制支路，上述第一控制支路包括引射器，上述第二控制支路包括循环泵和第一特斯拉阀门，上述引射器包括驱动端、第一吸气端和第一排气端，上述驱动端与上述氢气供应装置的供气口连接，上述第一排气端与上述阴极连接，上述循环泵包括第二吸气端和第二排气端，上述第一特斯拉阀门包括第三吸气端和第三排气端，上述第一控制支路与上述第二控制支路串联或者并联，在上述第一控制支路与上述第二控制支路串联的结构中，上述第二吸气端与上述阳极连接，上述第二排气端与上述第一吸气端连接，上述第三吸气端与上述第二吸气端连接，上述第三排气端与上述第二排气端连接，在上述第一控制支路与上述第二控制支路并联的结构中，上述第二吸气端和上述第一吸气端均与上述阳极连接，上述第二排气端与上述第三吸气端连接，上述第三排气端与上述阴极连接。该系统在引射器与循环泵串联时，在循环泵两端并联第一特斯拉阀门，或者在引射器与循环泵并联时，在循环泵与阴极之间串联第一特斯拉阀门，利用第一特斯拉阀门只能正向流通而很难反向流通的特性，避免了燃料电池气体循环结构采用单向阀或电磁阀时单向阀或电磁阀的开启压力对阳极气体循环产生的负面影响，该系统解决了现有技术中燃料电池气体循环结构中阳极氢气循环效果不佳的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本申请的一种实施例的燃料电池气体循环系统示意图；

图2示出了根据本申请的一种具体实施例的燃料电池气体循环系统示意图；

图3示出了根据本申请的一种实施例的特斯拉阀门流通原理示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、电堆；20、氢气供应装置；21、减压阀；22、氢气瓶；30、循环控制装置；31、第一控制支路；32、第二控制支路；33、引射器；34、循环泵；35、第一特斯拉阀门；36、第二特斯拉阀门。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

应该理解的是，当元件(诸如层、膜、区域、或衬底)描述为在另一元件“上”时，该元件可直接在该另一元件上，或者也可存在中间元件。而且，在说明书以及权利要求书中，当描述有元件“连接”至另一元件时，该元件可“直接连接”至该另一元件，或者通过第三元件“连接”至该另一元件。

正如背景技术所介绍的，现有技术中燃料电池气体循环结构中阳极氢气循环效果不佳，为了解决如上问题，本申请提出了一种燃料电池气体循环系统、燃料电池和车辆。

根据本申请的实施例，提供了一种燃料电池气体循环系统，如图1和图2所示，上述燃料电池气体循环系统包括：

电堆10，上述电堆包括阳极和阴极；

氢气供应装置20；

循环控制装置30，上述循环控制装置30包括第一控制支路31和第二控制支路32，上述第一控制支路31包括引射器33，上述第二控制支路32包括循环泵34和第一特斯拉阀门35，上述引射器33包括驱动端、第一吸气端和第一排气端，上述驱动端与上述氢气供应装置20的供气口连接，上述第一排气端与上述阴极连接，上述循环泵34包括第二吸气端和第二排气端，上述第一特斯拉阀门35包括第三吸气端和第三排气端，上述第一控制支路31与上述第二控制支路32串联或者并联，在上述第一控制支路31与上述第二控制支路32串联的结构中，上述第二吸气端与上述阳极连接，上述第二排气端与上述第一吸气端连接，上述第三吸气端与上述第二吸气端连接，上述第三排气端与上述第二排气端连接，在上述第一控制支路31与上述第二控制支路32并联的结构中，上述第二吸气端和上述第一吸气端均与上述阳极连接，上述第二排气端与上述第三吸气端连接，上述第三排气端与上述阴极连接。

上述燃料电池气体循环系统包括：电堆10，上述电堆包括阳极和阴极；氢气供应装置20；循环控制装置30，上述循环控制装置30包括第一控制支路31和第二控制支路32，上述第一控制支路31包括引射器33，上述第二控制支路32包括循环泵34和第一特斯拉阀门35，上述引射器33包括驱动端、第一吸气端和第一排气端，上述驱动端与上述氢气供应装置20的供气口连接，上述第一排气端与上述阴极连接，上述循环泵34包括第二吸气端和第二排气端，上述第一特斯拉阀门35包括第三吸气端和第三排气端，上述第一控制支路31与上述第二控制支路32串联或者并联，在上述第一控制支路31与上述第二控制支路32串联的结构中，上述第二吸气端与上述阳极连接，上述第二排气端与上述第一吸气端连接，上述第三吸气端与上述第二吸气端连接，上述第三排气端与上述第二排气端连接，在上述第一控制支路31与上述第二控制支路32并联的结构中，上述第二吸气端和上述第一吸气端均与上述阳极连接，上述第二排气端与上述第三吸气端连接，上述第三排气端与上述阴极连接。该系统在引射器33与循环泵34串联时，在循环泵34两端并联第一特斯拉阀门35，或者在引射器33与循环泵34并联时，在循环泵34与阴极之间串联第一特斯拉阀门35，利用第一特斯拉阀门35只能正向流通而很难反向流通的特性，避免了燃料电池气体循环结构采用单向阀或电磁阀时单向阀或电磁阀的开启压力对阳极气体循环产生的负面影响，该系统解决了现有技术中燃料电池气体循环结构中氢气循环效果不佳的问题。

需要说明的是，如图1所示，在第一控制支路31与第二控制支路32串联的结构中，高压氢气经过氢气供应装置20的供气口排出后，送入引射器33的驱动端，从引射器33的第一排气端排出后进入电堆10的阴极，在氢气经电堆10反应发电后，混合气体从电堆10的阳极排出，此时，根据燃料电池电化学反应实际所需的阳极氢气循环流量需求判断是否需要循环泵34工作，在引射器33能够满足燃料电池电化学反应实际所需的阳极循环流量需求的情况下，即在引射器33可完全提供燃料电池电化学反应实际需要的氢气的情况下，循环泵34停转，大部分混合气体经过第一特斯拉阀门35，由第一特斯拉阀门35的第三吸气端传输至第一特斯拉阀门35的第三排气端，同时由于循环泵34静止流阻的影响，少部分混合气体经过循环泵34，由循环泵34的第二吸气端传输至循环泵34的第二排气端，经过第一特斯拉阀门35和经过循环泵34的两路混合气体混合共同送入引射器33的第一吸气端，作为引射循环流量重新送入电堆10的阴极。在引射器33不能满足燃料电池电化学反应实际所需的阳极循环流量需求的情况下，即在引射器33不能完全提供燃料电池电化学反应实际需要的氢气的情况下，启动循环泵34，调节循环泵34的转速对氢气循环流量进行补充，在循环泵34工作的情况下，电堆10的阳极排出的混合气，大部分混合气体经过循环泵34，由循环泵34的第二吸气端传输至循环泵34的第二排气端，少部分混合气体经过第一特斯拉阀门35，由第一特斯拉阀门35的第三吸气端传输至第一特斯拉阀门35的第三排气端，经过循环泵34和第一特斯拉阀门35的两路气体混合共同送入引射器33的第一吸气端，作为引射循环流量重新送入电堆10的阴极。因为第一特斯拉阀的单向流通性，循环泵34的第二排气端排出的混合气体无法通过第一特斯拉阀门35的第三排气端逆向传输至第一特斯拉阀门35的第三吸气端，即循环泵34的第二排气端排出的混合气体无法通过第一特斯拉阀门35逆向传输至电堆10的阳极，仅能将循环泵34的第二排气端排出的混合气体送入引射器33的第一吸气端，并重新送入电堆10的阴极，保证重新送入电堆10的阴极的混合气体的充足，进而保证燃料电池正常工作。

还需要说明的是，如图1所示，在没有设置第一特斯拉阀门35的引射器33和循环泵34串联的燃料电池阳极氢气循环结构中，循环泵34不工作时，由于循环泵34静止流阻导致送入引射器33的第一吸气端的混合气体的不足，进而影响燃料电池阳极混合气体的循环效果，进而影响燃料电池正常工作，相比于没有设置第一特斯拉阀门35的引射器33和循环泵34串联的燃料电池阳极循环结构，本申请的第一控制支路31与第二控制支路32串联的结构中，通过在循环泵34两端并联第一特斯拉阀门35，保证在循环泵34不工作时，电堆10的阳极排出的混合气体大部分经过第一特斯拉阀门35送入引射器33的第一吸气端，保证送入引射器33的第一吸气端的混合气体的充足，进而保证燃料电池阳极混合气体的循环效果满足燃料电池正常工作的要求，且由于第一特斯拉阀门35的单向流通性，循环泵34的第二排气端排出的混合气体无法通过第一特斯拉阀门35的第三排气端逆向传输至第一特斯拉阀门35的第三吸气端，即循环泵34的第二排气端排出的混合气体无法通过第一特斯拉阀门35逆向传输至电堆10的阳极，仅能将循环泵34的第二排气端排出的混合气体送入引射器33的第一吸气端，并重新送入电堆10的阴极，避免了循环泵34的第二排气端排出的混合气体通过第一特斯拉阀门35逆向传输至电堆10的阳极的分流循环，进一步加强燃料电池阳极气体循环效果。

还需要说明的是，如图2所示，在第一控制支路31与第二控制支路32并联的结构中，高压氢气经过氢气供应装置20的排气口排出后，送入引射器33的驱动端，从引射器33的第一排气端排出后进入电堆10的阴极，氢气经电堆10反应发电后，混合气体从电堆10的阳极排出，此时，根据燃料电池电化学反应实际所需的阳极氢气循环流量需求判断是否需要循环泵34工作，在引射器33能够满足燃料电池电化学反应实际所需的阳极氢气循环流量需求的情况下，即在引射器33可完全提供燃料电池电化学反应实际需要的氢气的情况下，循环泵34停转，大部分混合气体由电堆10的阳极传输至引射器33的第一吸气端，同时由于循环泵34静止流阻的影响，少部分混合气体经过循环泵34，由循环泵34的第二吸气端传输至循环泵34的第二排气端，再由第一特斯拉阀门35的第三吸气端传输至第三排气端，将经过引射器33和第一特斯拉阀门35的两路混合气体混合重新送入电堆10的阴极。在引射器33不能满足燃料电池电化学反应实际所需的阳极氢气循环流量需求的情况下，即在引射器33不能完全提供燃料电池电化学反应实际需要的氢气的情况下，启动循环泵34，调节循环泵34的转速对循环流量进行补充，在循环泵34工作的情况下，电堆10的阳极排出的混合气体，大部分混合气体经过循环泵34，由循环泵34的第二吸入端传输至循环泵34的第二排气端，再由第一特斯拉阀门35的第三吸气端传输至第三排气端，少部分混合气体由电堆的阳极传输至引射器33的第一吸气端，将经过第一特斯拉阀门35和引射器33的两路混合气体混合重新送入电堆10的阴极。因为第一特斯拉阀的单向流通性，循环泵34的第二排气端排出的混合气体无法通过第一特斯拉阀门35的第三排气端逆向传输至第一特斯拉阀门35的第三吸气端，即第一特斯拉阀门35的第三排气端排出的混合气体无法通过第一特斯拉阀门35逆向传输至电堆10的阳极，仅能将经过第一特斯拉阀门35的混合气体重新送入电堆10的阴极。保证重新送入电堆10的阴极的混合气体的充足，进而保证燃料电池正常工作。

还需要说明的是，如图2所示，在没有设置第一特斯拉阀门35的引射器33和循环泵34并联的燃料电池阳极循环结构中，循环泵34不工作时，存在引射器33的驱动端-引射器33的第一排气端-循环泵34的第二排气端-循环泵34的第二吸气端-引射器33的第一吸气端的分流循环，这种分流循环会减少重新送入电堆10阴极的混合气体的量，即会减少重新送入电堆10阴极的氢气的量，进而减弱燃料电池阳极气体循环效果，分流循环严重时会影响燃料电池的正常工作。相比于没有设置第一特斯拉阀门35的引射器33和循环泵34并联的燃料电池阳极循环结构，本申请的第一控制支路31与第二控制支路32并联的结构中，通过在循环泵34和电堆10的阴极之间串联第一特斯拉阀门35，保证在循环泵34不工作时，大部分混合气体由电堆10的阳极传输至引射器33的第一吸气端，同时由于循环泵34静止流阻的影响，少部分混合气体经过循环泵34，由循环泵34的第二吸气端传输至循环泵34的第二排气端，再由第一特斯拉阀门35的第三吸气端传输至第三排气端，将经过引射器33和第一特斯拉阀门35的两路混合气体混合重新送入电堆10的阴极，且由于第一特斯拉阀门35的单向流通性，引射器33的第一排气端排出的混合气体无法通过第一特斯拉阀门35的第三排气端逆向传输至第一特斯拉阀门35的第三吸气端，即不存在引射器33的驱动端-引射器33的第一排气端-循环泵34的第二排气端-循环泵34的第二吸气端-引射器33的第一吸气端的分流循环，保证重新送入电堆10的阴极的混合气体的充足，即保证燃料电池阳极混合气体的循环效果满足燃料电池正常工作的要求。

还需要说明的是，特斯拉阀门还可以应用在存在混联结构的燃料电池阳极循环结构中。

本申请的一种实施例中，在上述第一控制支路与上述第二控制支路并联的结构中，上述第一控制支路还包括第二特斯拉阀门，上述第二特斯拉阀门包括第四吸气端和第四排气端，上述第四排气端和上述第三排气端均与上述阴极连接，上述第四吸气端与上述第一排气端连接。该实施例中，如图2所示，在第一控制支路31与第二控制支路32并联的结构中，在引射器33和电堆10的阴极之间串联了第二特斯拉阀门36，高压氢气经过氢气供应装置20的供气口排出后，送入引射器33的驱动端，从引射器33的第一排气端排出后进入电堆10的阴极，氢气经电堆10反应发电后，混合气体从电堆10的阳极排出，此时，根据燃料电池电化学反应实际所需的阳极氢气循环流量需求判断是否需要循环泵34工作，在引射器33能够满足燃料电池电化学反应实际所需的阳极氢气循环流量需求的情况下，即在引射器33可完全提供燃料电池电化学反应实际需要的氢气的情况下，循环泵34停转，大部分混合气体由电堆10的阳极传输至引射器33的第一吸气端，引射器33的第一排气端排出混合气体后，再由第二特斯拉阀门36的第四吸气端传输混合气体至第二特斯拉阀门36的第四排气端，同时由于循环泵34静止流阻的影响，少部分混合气经过循环泵34，由循环泵34的第二吸气端传输至循环泵34的第二排气端，再由第一特斯拉阀门35的第三吸气端传输至第一特斯拉阀门35的第三排气端，将经过第一特斯拉阀门35和第二特斯拉阀门36的两路混合气体混合重新送入电堆10的阴极。在引射器33不能满足燃料电池电化学反应实际所需的阳极氢气循环流量需求的情况下，即在引射器33不能完全提供燃料电池电化学反应实际需要的氢气的情况下，启动循环泵34，调节循环泵34的转速对氢气循环流量进行补充，在循环泵34工作的情况下，电堆10的阳极排出的混合气体，大部分混合气体经过循环泵34，由循环泵34的第二吸气端传输至循环泵34的第二排气端，再由第一特斯拉阀门35的第三吸气端传输至第三排气端，少部分混合气体由电堆10的阳极传输至引射器33的第一吸气端，引射器33的第一排气端排出混合气体后，再由第二特斯拉阀门36的第四吸气端传输混合气体至第二特斯拉阀门36的第四排气端，将经过第一特斯拉阀门35和第二特斯拉阀门36的两路混合气体混合重新送入电堆10的阴极。因为第二特斯拉阀的单向流通性，第一特斯拉阀门35的第三排气端排出的混合气体无法通过第二特斯拉阀门36的第四排气端逆向传输至第四特斯拉阀门的第四吸气端，即第一特斯拉阀门35的第三排气端排出的混合气体无法通过第二特斯拉阀门36逆向传输至引射器33，仅能将经过第一特斯拉阀门35的混合气体重新送入电堆10的阴极，保证重新送入电堆10的阴极的混合气体充足，进而保证燃料电池正常工作。

需要说明的是，如图2所示，在没有设置第二特斯拉阀门36的引射器33和循环泵34并联的燃料电池阳极氢气循环结构中，循环泵34工作时，存在电堆10的阳极-循环泵34的第二吸气端-循环泵34的第二排气端-引射器33的第一排气端-引射器33的第一吸气端-循环泵34的第二吸气端的分流循环，这种分流循环会减少重新送入电堆10阴极的混合气体的量，即会减少重新送入电堆10阴极的氢气的量，即减弱燃料电池阳极气体循环效果，分流循环严重时会影响电堆电化学反应的正常进行，进而影响燃料电池正常工作。相比于没有设置第二特斯拉阀门36的引射器33和循环泵34并联的燃料电池阳极氢气循环结构，本申请的第一控制支路31与第二控制支路32串联的结构中，通过在引射器33和电堆10的阴极之间串联了第二特斯拉阀门36，保证在循环泵工作时，大部分混合气由电堆10的阳极传输至循环泵34的第二吸气端，由循环泵34的第二吸气端传输至循环泵34的第二排气端，再由第一特斯拉阀门35的第三吸气端传输至第三排气端，少部分混合气体由电堆的阳极传输至引射器33的第一吸气端，引射器33的第一排气端排出混合气体后，再由第二特斯拉阀门36的第四吸气端传输混合气体至第二特斯拉阀门36的第四排气端，将经过第一特斯拉阀门35和第二特斯拉阀门36的两路混合气体混合重新送入电堆10的阴极，且由于第一特斯拉阀门35的单向流通性，第一特斯拉阀门35的第三排气端排出的混合气体无法通过第二特斯拉阀门36逆向传输至引射器33，仅能将经过第一特斯拉阀门35的混合气体重新送入电堆10的阴极，即不存在电堆10的阳极-循环泵34的第二吸气端-循环泵34的第二排气端-引射器33的第一排气端-引射器33的第一吸气端-循环泵34的第二吸气端的分流循环，保证重新送入电堆10的阴极的混合气体充足，进而保证电堆电化学反应的正常进行，进而保证燃料电池正常工作。

本申请的一种实施例中，上述第一特斯拉阀门的布置方式和上述第二特斯拉阀门的上述布置方式均为垂直布置方式。该实施例中，第一特斯拉阀门的布置方式为垂直布置方式，即混合气体在第一特斯拉阀门中的正向流通方向与重力方向相同，避免冷却水在第一特斯拉阀门内部堆积，同时避免冷却水在第一特斯拉阀门内部结冰造成的封冻，保证第一特斯拉阀门正常工作，第二特斯拉阀门的布置方式为垂直布置方式，即混合气体在第二特斯拉阀门中的正向流通方向与重力方向相同，避免冷却水在第二特斯拉阀门内部堆积，同时避免冷却水在第二特斯拉阀门内部结冰造成的封冻，保证第二特斯拉阀门正常工作。

需要说明的是，混合气体在第一特斯拉阀门的正向流通方向为混合气体由第一特斯拉阀门的第三吸气端传输至第一特斯拉阀门的第三排气端的传输方向，混合气体在第二特斯拉阀门的正向流通方向为混合气体由第二特斯拉阀门的第四吸气端传输至第二特斯拉阀门的第四排气端的传输方向。

本申请的一种实施例中，上述第一特斯拉阀门和上述第二特斯拉阀门均具有单向流通性。该实施例中，第一特斯拉阀门和第二特斯拉阀门均为特斯拉阀门，因此，第一特斯拉阀门和第二特斯拉阀门均具有单向流通性，第一特斯拉阀门的单向流通性为混合气体仅能由第一特斯拉阀门的第三吸气端传输至第一特斯拉阀门的第三排气端，难以由第一特斯拉阀门的第三排气端反向传输至第一特斯拉阀门的第三吸气端，第二特斯拉阀门的单向流通性为混合气体仅能由第二特斯拉阀门的第四吸气端传输至第二特斯拉阀门的第四排气端，难以由第二特斯拉阀门的第四排气端反向传输至第二特斯拉阀门的第四吸气端。

需要说明的是，如图3所示，特拉斯阀门的单向流通性是由特拉斯阀门内部回路结构的特殊性决定的，当混合气体正向通过特拉斯阀门的时候，混合气体会在每一个回路口分为两路，之后两路混合气体又会在下一个交汇口汇聚，并实现加速，反之，如果混合气体反向流入特斯拉阀门，混合气体同样会在第一个交汇口分为两路，并在第二个交汇口再次汇聚，不同的是，这一次，两路混合气体的流动方向是相悖的，所以就形成了极大的阻力，因此混合气体再特斯拉阀门只能够正向通过，而很难反向逆流。

本申请的一种实施例中，上述第一特斯拉阀门的正向流阻和上述第二特斯拉阀门的上述正向流阻均小于第一流阻阈值。该实施例中，第一特斯拉阀门的正向流阻小于第一流阻阈值，即选取第一特斯拉阀门时，需要考虑第一特斯拉阀门的正向流阻能够保证第一控制支路与第二控制支路串联的结构中的阳极氢气循环流量和第一控制支路与第二控制支路并联的结构的阳极氢气循环流量均能够保证电堆中的电化学反应的正常进行，即保证燃料电池正常工作，第二特斯拉阀门的正向流阻小于第一流阻阈值，即选取第二特斯拉阀门时，需要考虑第二特斯拉阀门的正向流阻能够保证第一控制支路与第二控制支路并联的结构的阳极氢气循环流量均能够保证电堆中的电化学反应的正常进行，即保证燃料电池正常工作。

需要说明的是，在不同的阳极氢气循环结构中，第一流阻阈值是不同的。

本申请的一种实施例中，上述第一特斯拉阀门的反向流阻和上述第二特斯拉阀门的上述反向流阻均大于第二流阻阈值。该实施例中，第一特斯拉阀门的反向流阻大于第二流阻阈值，即选取第一特斯拉阀门时，需要考虑第一特斯拉阀门的反向流阻能够保证第一控制支路与第二控制支路串联的结构中的阳极氢气循环流量和第一控制支路与第二控制支路并联的结构的阳极氢气循环流量均能够保证电堆中的电化学反应的正常进行，即保证燃料电池正常工作，第二特斯拉阀门的反向流阻大于第二流阻阈值，即选取第二特斯拉阀门时，需要考虑第二特斯拉阀门的反向流阻能够保证第一控制支路与第二控制支路并联的结构的阳极氢气循环流量均能够保证电堆中的电化学反应的正常进行，即保证燃料电池正常工作。

需要说明的是，在不同的阳极氢气循环结构中，第二流阻阈值是不同的。

本申请的一种实施例中，上述第一特斯拉阀门的流道形式和上述第二特斯拉阀门的上述流道形式均为复合流道形式和异形流道形式中的一种。该实施例中，第一特斯拉阀门的流道形式不限，可选择复合流道形式的特斯拉阀门作为第一特斯拉阀门或者选择异形流道形式的特斯拉阀门作为第一特斯拉阀门，第二特斯拉阀门的流道形式不限，可选择复合流道形式的特斯拉阀门作为第二特斯拉阀门或者选择异形流道形式的特斯拉阀门作为第二特斯拉阀门。

本申请的一种实施例中，上述氢气供应装置，包括氢气瓶和减压阀，上述氢气供应装置的上述供气口与上述减压阀的一端连接，上述减压阀的另一端与上述氢气瓶的上述供气口连接。该实施例中，如图1所示，高压氢气经氢气瓶22的供气口排出后，进入减压阀21，经过减压阀21的减压后，再进入引射器33，保持减压阀21排出的氢气的压力再设定的范围内，以防止氢气压力过大导致引射器33受损害。

需要说明的是，减压阀通过控制减压阀内部的启闭件的开度来调节减压阀排出的氢气的流量的大小，即通过控制减压阀内部的启闭件的开度来调节减压阀排出的氢气的压力的大小。

根据本申请的实施例，还提供了一种燃料电池，上述燃料电池包括燃料电池气体循环系统，上述循环系统为任一种上述的循环系统。该实施例中，上述燃料电池为质子交换膜燃料电池，燃料电池气体循环系统用于将电堆的阳极的混合气体重新送入电堆的阴极，即燃料电池气体循环系统用于带出电堆的阳极反应腔内多余的水分，保证燃料电池中的电堆的电化学反应顺利发生。

根据本申请的实施例，还提供了一种车辆，包括上述燃料电池。该实施例中，上述车辆为燃料电池电动汽车，上述燃料电池为燃料电池电动汽车供电，保证燃料电池电动汽车的正常运行。

从以上的描述中，可以看出，本申请上述的实施例实现了如下技术效果：

1)、本申请的燃料电池气体循环系统包括：电堆，上述电堆包括阳极和阴极；氢气供应装置；循环控制装置，上述循环控制装置包括第一控制支路和第二控制支路，上述第一控制支路包括引射器，上述第二控制支路包括循环泵和第一特斯拉阀门，上述引射器包括驱动端、第一吸气端和第一排气端，上述驱动端与上述氢气供应装置的供气口连接，上述第一排气端与上述阴极连接，上述循环泵包括第二吸气端和第二排气端，上述第一特斯拉阀门包括第三吸气端和第三排气端，上述第一控制支路与上述第二控制支路串联或者并联，在上述第一控制支路与上述第二控制支路串联的结构中，上述第二吸气端与上述阳极连接，上述第二排气端与上述第一吸气端连接，上述第三吸气端与上述第二吸气端连接，上述第三排气端与上述第二排气端连接，在上述第一控制支路与上述第二控制支路并联的结构中，上述第二吸气端和上述第一吸气端均与上述阳极连接，上述第二排气端与上述第三吸气端连接，上述第三排气端与上述阴极连接。该系统在引射器与循环泵串联时，在循环泵两端并联第一特斯拉阀门，或者在引射器与循环泵并联时，在循环泵与阴极之间串联第一特斯拉阀门，利用第一特斯拉阀门只能正向流通而很难反向流通的特性，避免了燃料电池气体循环结构采用单向阀或电磁阀时单向阀或电磁阀的开启压力对阳极气体循环产生的负面影响，该系统解决了现有技术中燃料电池气体循环结构中阳极氢气循环效果不佳的问题。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种燃料电池气体循环系统，其特征在于，该系统包括：

电堆，所述电堆包括阳极和阴极；

氢气供应装置；

循环控制装置，所述循环控制装置包括第一控制支路和第二控制支路，所述第一控制支路包括引射器，所述第二控制支路包括循环泵和第一特斯拉阀门，所述引射器包括驱动端、第一吸气端和第一排气端，所述驱动端与所述氢气供应装置的供气口连接，所述第一排气端与所述阴极连接，所述循环泵包括第二吸气端和第二排气端，所述第一特斯拉阀门包括第三吸气端和第三排气端，所述第一控制支路与所述第二控制支路串联或者并联，在所述第一控制支路与所述第二控制支路串联的结构中，所述第二吸气端与所述阳极连接，所述第二排气端与所述第一吸气端连接，所述第三吸气端与所述第二吸气端连接，所述第三排气端与所述第二排气端连接，在所述第一控制支路与所述第二控制支路并联的结构中，所述第二吸气端和所述第一吸气端均与所述阳极连接，所述第二排气端与所述第三吸气端连接，所述第三排气端与所述阴极连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述第一控制支路与所述第二控制支路并联的结构中，所述第一控制支路还包括第二特斯拉阀门，所述第二特斯拉阀门包括第四吸气端和第四排气端，所述第四排气端和所述第三排气端均与所述阴极连接，所述第四吸气端与所述第一排气端连接。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一特斯拉阀门的布置方式和所述第二特斯拉阀门的所述布置方式均为垂直布置方式。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一特斯拉阀门和所述第二特斯拉阀门均具有单向流通性。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一特斯拉阀门的正向流阻和所述第二特斯拉阀门的所述正向流阻均小于第一流阻阈值。

6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一特斯拉阀门的反向流阻和所述第二特斯拉阀门的所述反向流阻均大于第二流阻阈值。

7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一特斯拉阀门的流道形式和所述第二特斯拉阀门的所述流道形式均为复合流道形式和异形流道形式中的一种。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述氢气供应装置，包括氢气瓶和减压阀，所述氢气供应装置的所述供气口与所述减压阀的一端连接，所述减压阀的另一端与所述氢气瓶的所述供气口连接。

9.一种燃料电池，所述燃料电池包括燃料电池气体循环系统，其特征在于，所述循环系统为权利要求1至8任一项所述的循环系统。

10.一种车辆，包括燃料电池，其特征在于，所述燃料电池为权利要求9所述的燃料电池。

Images