可换电式双能源燃料电池汽车架构
阅读说明：本技术 可换电式双能源燃料电池汽车架构 (Replaceable dual-energy fuel cell automobile framework ) 是由 不公告发明人 于 2020-05-24 设计创作，主要内容包括：可换电式双能源燃料电池汽车架构,本发明涉及燃料电池汽车核心供电系统和电池组便捷快速更换,具体包括氢燃料电池组与非燃料电池电池组双能量组合供电系统。本发明将换电系统引入燃料电池汽车,同时将燃料电池汽车与换电方式相结合；极大缩减了燃料电池使用及购置成本,优化燃料电池汽车推广方式,更有利于氢能产业的发展。(The invention discloses a replaceable dual-energy fuel cell automobile framework, relates to a core power supply system of a fuel cell automobile and a convenient and fast replacement of a battery pack, and particularly comprises a dual-energy combined power supply system of a hydrogen fuel battery pack and a non-fuel cell battery pack. The invention introduces the battery replacement system into the fuel cell automobile and combines the fuel cell automobile with the battery replacement mode; greatly reducing the use and purchase cost of the fuel cell, optimizing the popularization mode of the fuel cell automobile and being more beneficial to the development of the hydrogen energy industry.)
技术领域
本发明涉及氢能燃料电池汽车核心供电系统，具体为氢燃料电池组与非燃料电池电池组双能量组合供电汽车架构。
背景技术
目前全球化石能源储量减少、能源生产供不应求、化石燃料燃烧导致环境污染等一系列能源问题，化石能源作为不可再生能源，随着人们的大量开采和使用，全球储量不断减少，受制于国际政治环境制约，各国政府迫切寻找替代能源，氢能作为目前已知的所有能源中最清洁的能源，被看做是最具应用前 景的能源之一，氢燃料电池汽车作为未来氢能主要应用场景之一，发展空间非常大，但目前氢燃料电池汽车面临着氢气制备不易、加注不便等多方面因素桎梏，影响了未来氢能发展。
发明内容
（① 专利号：2020100782907/燃料电池汽车主副电池双电系统；②专利号：2020103692508/一种应用于双能源双电池组燃料电池汽车的综合光伏发电及用户侧微电网储能一体式换电站架构；上述专利为本专利专利权人在中国申请的同族专利，本专利引用（专利号：2020100782907和专利号：2020103692508）的两组专利全部内容）
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种可换电式双能源燃料电池汽车架构，其中包括氢燃料电池组与非燃料电池电池组双能量组合供电系统;
进一步的可换电式双能源燃料电池汽车架构包括双能源供电系统，其中第一能源为氢燃料电池组供电，第二能源为可换电非燃料电池副电池组供电；
进一步的可换电式双能源燃料电池汽车架构包括第一能源系统、第二能源系统、缓存电池单元、VCU/BMS总控制电控单元、电机动力单元、第二能源系统充电单元、制动能量回收系统；
进一步的第一能源系统包括氢燃料电池电堆、空压机、供氢系统、储氢罐；
优选的第一能源系统构成中所包含组件根据车辆驱动方式不同（包括前驱、后驱、四驱等），可分布于车辆任意位置，并不局限于某一种位置布置方式；
进一步的第二能源系统包含的可换电非燃料电池副电池组包括：第二能源副电池包pack、分别安装于燃料电池汽车和第二能源副电池包的独立液冷装置单元、独立电控BMS单元、中控协同控制单元、换电操作手动开关、充电单元等；
优选的第二能源系统副电池包位于燃料电池汽车前后轮中央位置，为可更换结构；
进一步的缓存电池单元作用为：Ⅰ、储存燃料电池汽车制动能量回收系统制动过程中返回的电能电量；Ⅱ、当第一能源燃料电池不需向电机动力单元输出电能电量处于怠机状态时，燃料电池向缓存电池充电；Ⅲ、第二能源副电池组向缓存电池充电；Ⅳ、缓存电池单元作为辅助供电单元，当第一第二能源供电电能功率不足时，同步并联并行向电机动力单元输出电能电量；
进一步的双能源供电系统电量供应策略有两种：Ⅰ、高性能驾驶模式；Ⅱ、标准驾驶模式；
优选的双能源供电系统通过中控调节开关，可选择第一能源燃料电池优先供电或第二能源副电池组优先供电；
优选的双能源系统同时并联以缓存电池电量SOC70%阀值向缓存电池组充电，（为制动能量回收预留储存空间），当缓存电池电量SOC阀值超过70%时，双能源系统同时停止向缓存电池充电；
Ⅰ、进一步的高性能驾驶模式电量控制策略：双路输出
①进一步的当选择第一能源优先供电时，第一能源输出70%电能功率供电，第二能源输出30%电能功率供电；当一组能源供电电能功率达到其上限时，另一组能源增大输出电能功率比例；
②、优选的当选择第二能源优先时，第二能源输出70%电能功率供电，第一能源输出30%电能功率供电；当一组能源供电电能功率达到其上限时，另一组能源增大输出电能功率比例；
③、优选的两组能源按5：5相同比值向缓存电池单元充电；
Ⅱ、进一步的标准驾驶模式电量控制策略：单路输出
①、进一步的当选择第一能源燃料电池优先使用时，单独以第一能源燃料电池输出供电，第二能源副电池组不主动供电，第二能源作为辅助备用输出；
优选的（缓存电池充电策略：此时由第一能源燃料电池向缓存电池按SOC阀值70%比例充电，第二能源副电池组按SOC阀值30%比例充电）；
优选的（当第一能源输出电能功率不足时，第二能源副电池组辅助输出，同时第二能源副电池组100%比值向缓存电池充电）；
②、进一步的当选择第二能源副电池组优先使用时，单独以第二能源副电池组输出供电，第一能源燃料电池不主动供电，第一能源作为辅助备用输出；
优选的（缓存电池充电策略：同时由第二能源副电池组向缓存电池充电，第一能源燃料电池不向缓存电池组充电）；
优选的（当第二能源输出电能功率不足时，第一能源燃料电池辅助输出，同时第一能源燃料电池100%比值向缓存电池充电）；
优选的（当第一能源燃料电池停止辅助第二能源输出电能时，第一能源燃料电池停止向缓存电池充电）。
优选的第二能源副电池包单独设计配置散热系统(包括液冷方式和风冷散热方式和冷媒散热等方式)；
优选的第二能源副电池包液冷却散热装置冷却液接口采用双通互锁结构，第二能源副电池包冷却液接口和燃料电池汽车内部冷却液接口连接时互通，接口分开时闭锁，保证冷却液接口分开时冷却液不会泄漏；
优选的第二能源副电池包PACK独立液冷散热系统总成设置为燃料电池汽车停车熄火时燃料电池汽车内部冷却装置自动收回冷却液，当车辆进入换电站时，先停车熄火，燃料电池汽车熄火时燃料电池汽车内部冷却装置自动收回冷却液；
优选的当车速低于一定速度时，冷却液也会自动收回；
优选的当燃料电池汽车启动，车辆车速达到一定速度第二能源副电池包开始大电能功率供电时，液冷系统再次启动；
优选的第二能源副电池包带有碰撞自动弹出装置，当燃料电池汽车发生碰撞时，第二能源副电池包与车体连接结构自动断开，防止电池组受撞击后燃烧、爆炸等对车体及车内人员造成二次伤害；
优选的便捷换电第二能源副电池包使用分体式紧固膨胀螺栓固定于燃料电池汽车底盘，后期按照螺栓使用寿命和次数方便更换；
优选的第二能源副电池包内部装有非接触式射频识别(RFID)NFC芯片，储存电池组编码及识别码等信息；
优选的第二能源副电池包通信接口和燃料电池汽车对应通信连接接口内置加密通信协议，当通信协议校验失败时，第二能源副电池包通电接口和燃料电池汽车对应通电接口自动切断，第二能源副电池包将无法为车辆供电；
优选的远程数据监控平台(MGCC监控与调度管理单元包括中央控制系统)，通过每个第二能源副电池包内置通信芯片（进一步的包括GPS、北斗通信定位、GPRS、3rd-generation、3G、4th generation mobile communication technolog、5th generation mobilenetworks、5th generation wireless systems、5th-Generation、等蜂窝移动通信技术）网联系统上传电池组实时使用信息到数据中心，数据中心对每个电池组安全性进行监控；
进一步的同时数据中心可通过此方法定位第二能源副电池包位置，保证电池组防盗安全；
进一步的电池组内部装有防拆解报警装置，第二能源副电池包进行正常维修拆解前，需要在维修中心数据系统上报，如果未在系统上报维修信息进行拆解，则数据中心自动触发警报；
优选的电池控制系统由VCU/BMS总控制器+第一能源燃料电池组控制器+第二能源副电池包控制器+缓存电池控制器（1+3）方式构成；
优选的充电时有两种充电方式：①以直流快充方式向第二能源副电池组充电②以交流慢充方式向第二能源副电池包充电；
优选的燃料电池汽车中控显示器用户交互单元向用户提示第二能源副电池包电量；
较佳的当双能量燃料电池汽车未安装第二能源副电池包时，由燃料电池汽车内部的第一能源系统单独向燃料电池汽车供应电能，驱动燃料电池汽车行驶；
极佳的统一设计适用所有燃料电池汽车（前后轮中间位置体积大小、不侵占车内乘员空间）的第二能源副电池包体积大小，统一所有燃料电池汽车第二能源副电池包使用标准，同时配备第二能源副电池包可升级电源管理模块。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术内的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述内的附图仅仅是本发明的一些实施例，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；
图1为本发明所述可换电式双能源燃料电池汽车架构总体示意框架图；
101：第一能源系统；102：第二能源系统；103缓存电池单元；105：VCU/BMS总控制电控单元；106：电机动力单元；107：第二能源系统充电单元；108：第一能源系统储氢气瓶；109：第一能源系统加注气口；110: 供氢系统空气套件。
具体实施方式
上述可换电式双能源燃料电池汽车架构包括双能源供电系统，其中(101)第一能源为氢燃料电池组供电，(102)第二能源为可换电非燃料电池副电池组供电；
所述可换电式双能源燃料电池汽车架构包括(101)第一能源系统、(102)第二能源系统、(103)缓存电池单元、(105)VCU/BMS总控制电控单元、(106)电机动力单元、(102)第二能源系统充电单元、制动能量回收系统；
(101)第一能源系统包括氢燃料电池电堆、(110空压机、供氢系统)、(108)储氢罐；
(101)第一能源系统构成中所包含组件根据车辆驱动方式不同（包括前驱、后驱、四驱等），可分布于车辆任意位置，并不局限于某一种位置布置方式；
(102)第二能源系统包含的可换电非燃料电池副电池组包括：(102)第二能源副电池包pack、分别安装于燃料电池汽车和(102)第二能源副电池包的独立液冷装置单元、独立电控BMS单元、中控协同控制单元、换电操作手动开关、(102)充电单元等；
(102)第二能源系统副电池包位于燃料电池汽车前后轮中央位置，为可更换结构；
(103)缓存电池单元作用为：Ⅰ、储存燃料电池汽车制动能量回收系统制动过程中返回的电能电量；Ⅱ、当(101)第一能源燃料电池不需向电机动力单元输出电能电量处于怠机状态时，燃料电池向(103)缓存电池充电；Ⅲ、(102)第二能源副电池组向(103)缓存电池充电；Ⅳ、(103)缓存电池单元作为辅助供电单元，当第一(102)第二能源供电电能功率不足时，同步并联并行向电机动力单元输出电能电量；
双能源供电系统电量供应策略有两种：Ⅰ、高性能驾驶模式；Ⅱ、标准驾驶模式；
双能源供电系统通过中控调节开关，可选择(101)第一能源燃料电池优先供电或(102)第二能源副电池组优先供电；
双能源系统同时并联以(103)缓存电池电量SOC70%阀值向(103)缓存电池组充电，（为制动能量回收预留储存空间），当(103)缓存电池电量SOC阀值超过70%时，双能源系统同时停止向(103)缓存电池充电；
Ⅰ、高性能驾驶模式电量控制策略：双路输出
①、当选择(101)第一能源优先供电时，(101)第一能源输出70%电能功率供电，(102)第二能源输出30%电能功率供电；当一组能源供电电能功率达到其上限时，另一组能源增大输出电能功率比例；
②、当选择(102)第二能源优先时，(102)第二能源输出70%电能功率供电，(101)第一能源输出30%电能功率供电；当一组能源供电电能功率达到其上限时，另一组能源增大输出电能功率比例；
③、两组能源按5：5相同比值向(103)缓存电池单元充电；
Ⅱ、标准驾驶模式电量控制策略：单路输出
①、当选择(101)第一能源燃料电池优先使用时，单独以(101)第一能源燃料电池输出供电，(102)第二能源副电池组不主动供电，(102)第二能源作为辅助备用输出；
（(103)缓存电池充电策略：此时由(101)第一能源燃料电池向(103)缓存电池按SOC阀值70%比例充电，(102)第二能源副电池组按SOC阀值30%比例充电）；
（当(101)第一能源输出电能功率不足时，(102)第二能源副电池组辅助输出，同时(102)第二能源副电池组100%比值向(103)缓存电池充电）；
②、当选择(102)第二能源副电池组优先使用时，单独以(102)第二能源副电池组输出供电，(101)第一能源燃料电池不主动供电，(101)第一能源作为辅助备用输出；
（(103)缓存电池充电策略：同时由(102)第二能源副电池组向(103)缓存电池充电，(101)第一能源燃料电池不向(103)缓存电池组充电）；
（当(102)第二能源输出电能功率不足时，(101)第一能源燃料电池辅助输出，同时(101)第一能源燃料电池100%比值向(103)缓存电池充电）；
（当(101)第一能源燃料电池停止辅助(102)第二能源输出电能时，(101)第一能源燃料电池停止向(103)缓存电池充电）。
(102)第二能源副电池包单独设计配置散热系统(包括液冷方式和风冷散热方式和冷媒散热等方式)；
(102)第二能源副电池包液冷却散热装置冷却液接口采用双通互锁结构，(102)第二能源副电池包冷却液接口和燃料电池汽车内部冷却液接口连接时互通，接口分开时闭锁，保证冷却液接口分开时冷却液不会泄漏；
(102)第二能源副电池包PACK独立液冷散热系统总成设置为燃料电池汽车停车熄火时燃料电池汽车内部冷却装置自动收回冷却液，当车辆进入换电站时，先停车熄火，燃料电池汽车熄火时燃料电池汽车内部冷却装置自动收回冷却液；
当车速低于一定速度时，冷却液也会自动收回；
当燃料电池汽车启动，车辆车速达到一定速度(102)第二能源副电池包开始大电能功率供电时，液冷系统再次启动；
(102)第二能源副电池包带有碰撞自动弹出装置，当燃料电池汽车发生碰撞时，(102)第二能源副电池包与车体连接结构自动断开，防止电池组受撞击后燃烧、爆炸等对车体及车内人员造成二次伤害；
便捷换电(102)第二能源副电池包使用分体式紧固膨胀螺栓固定于燃料电池汽车底盘，后期按照螺栓使用寿命和次数方便更换；
(102)第二能源副电池包内部装有非接触式射频识别(RFID)NFC芯片，储存电池组编码及识别码等信息；
(102)第二能源副电池包通信接口和燃料电池汽车对应通信连接接口内置加密通信协议，当通信协议校验失败时，(102)第二能源副电池包通电接口和燃料电池汽车对应通电接口自动切断，(102)第二能源副电池包将无法为车辆供电；
远程数据监控平台(MGCC监控与调度管理单元包括中央控制系统)，通过每个(102)第二能源副电池包内置通信芯片（包括GPS、北斗通信定位、GPRS、3rd-generation、3G、4thgeneration mobile communication technolog、5th generation mobile networks、5thgeneration wireless systems、5th-Generation、等蜂窝移动通信技术）网联系统上传电池组实时使用信息到数据中心，数据中心对每个电池组安全性进行监控；
同时数据中心可通过此方法定位(102)第二能源副电池包位置，保证电池组防盗安全；
电池组内部装有防拆解报警装置，(102)第二能源副电池包进行正常维修拆解前，需要在维修中心数据系统上报，如果未在系统上报维修信息进行拆解，则数据中心自动触发警报。
电池控制系统由(105)总控制器+(101)第一能源燃料电池组控制器+(102)第二能源副电池包控制器+(103)缓存电池控制器（1+3）方式构成；
充电时有两种充电方式：①以直流快充方式向(102)第二能源副电池组充电②以交流慢充方式向(102)第二能源副电池包充电；
燃料电池汽车中控显示器用户交互单元向用户提示(102)第二能源副电池包电量；
当双能量燃料电池汽车未安装(102)第二能源副电池包时，由燃料电池汽车内部的(101)第一能源系统单独向燃料电池汽车供应电能，驱动燃料电池汽车行驶；
统一设计适用所有燃料电池汽车（前后轮中间位置体积大小、不侵占车内乘员空间）的(102)第二能源副电池包体积大小，统一所有燃料电池汽车(102)第二能源副电池包使用标准，同时配备(102)第二能源副电池包可升级电源管理模块；
(109)氢气加注口向(108)氢气储气瓶加注氢气。
虽然上面已经参考各种实施例描述了本发明，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行许多改变和修改。因此，其旨在上述详细描述被认为是例示性的而非限制性的，并且应当理解，以下权利要求(包括所有等同物)旨在限定本发明的精神和范围。以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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