CN115152079A - 非接触式可替换电池系统 - Google Patents

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CN115152079A
CN115152079A CN202080083183.1A CN202080083183A CN115152079A CN 115152079 A CN115152079 A CN 115152079A CN 202080083183 A CN202080083183 A CN 202080083183A CN 115152079 A CN115152079 A CN 115152079A
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CN
China
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battery
battery cell
sealable housing
battery system
wireless power
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Application number
CN202080083183.1A
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English (en)
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安德鲁·W·达加
弗朗西斯·J·麦克马洪
马修·L·瓦尔德
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Momentum Dynamics Corp
Original Assignee
Momentum Dynamics Corp
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Publication date
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Abstract

一种非接触式的电池系统，包括容纳电池单元的可密封防尘防水壳体以及连接至电池单元的至少一个无线电力传输耦合器。至少一个无线电力传输耦合器相对于可密封壳体的至少一个面设置，以实现磁感应信号传送以用于对电池充电、使电池放电和与电池通信。在没有物理接触的情况下，电池本质上是安全的，因为对于触摸来说，电压和电流是不可获得的。没有物理接触还意味着消除了接触磨损，并且电池模块具有固有电隔离的益处。由于电池系统是密封的，所以内部入侵检测系统可以用于检测对电池更换的不当尝试或对包括使用记录和充电记录的电子设备的攻击，以尝试增加电池单元在二次电池市场上的价值。

Description

非接触式可替换电池系统
优先权
本申请要求于2019年10月30日提交的美国临时专利申请序列号62/928,015的优先权的权益，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开内容描述了使用非接触式磁感应耦合进行充电和放电的可更换电池组的构造和使用。
背景技术
自1800年Alessandro Volta发明电堆以来，可更换电池的概念就已经存在。
消费者对非专有的、可互换的电池的需求已经导致体积尺寸、电压和端子(即接触点)的标准化。这些标准包括例如：美国国家标准协会(ANSI)标准C18.1M，“NationalStandard For Portable Primary Cells and Batteries with Aqueous Electrolyte(便携式原电池和具有含水电解质的电池的国家标准)”。
经由磁谐振感应的无线电力传输在公元19世纪已被引入，但是由于对大气(atmosphere)形成导电通道的能力的误解而在商业上失败了。在1894年1月9日公布的美国专利第512,340号“Coil for Electro-Magnets”中详细描述了将扁线线圈用于磁感应。
如Robert A.Heinlein在1982年的科幻小说《Friday》中所写的，“问题不是能量短缺，而是能量的传输。能量无处不在——在阳光中、在风中、在山流中、在任何地方发现的各种温度梯度中、在煤中、在矿油中、在放射性矿石中、在绿色生长物中。尤其是在海洋深处和外层空间中，可免费获取超出所有人理解范围的大量能量。那些说‘能量稀缺’和‘节约能量’的人根本不理解该情况。天空是“如雨落下的汤”；所需要的是用来装它的桶”。Heinlein针对便携式能量存储的虚构设想被称为“船石(Shipstone)”。
已认可了锂离子(Li-ion)电池(呈其各种构造和化学组成)在能量储存方面的价值，并且电池发明者获得了2019年诺贝尔化学奖。然而，与它们的虚构对应物不同，针对大规模供电应用，包括锂离子电池在内的电池的使用仍然是有问题的。
发明内容
现在描述各种示例来以简化的形式介绍一系列构思，所述构思在下面的具体实施方式中进一步进行描述。发明内容不旨在标识所要求保护的主题的关键或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。
示例实施方式中的使用谐振感应耦合进行无线电力传输的电池单元提供了没有接触磨损和环境密封的容器的优点，以及在潮湿或爆炸性大气场景下使用的能力。
在示例实施方式中，提供了一种非接触式电池系统，非接触式电池系统包括防尘且防水的可密封壳体，设置在可密封壳体内的电池单元，以及连接至电池单元并设置在可密封壳体内的至少一个无线电力传输耦合器。至少一个无线电力传输耦合器相对于可密封壳体的至少一个面设置，以实现磁感应信号传送以用于对电池单元充电、使电池单元放电和与电池单元通信。电池单元可以包括多个电池单体，其中，每个电池单体包括化学电池单体、电容电池单体、燃料电池单体或者化学电池单体、电容电池单体和燃料电池单体中的至少两种电池单体的混合阵列。取决于要由电池单元供应的电压、电流或电力，至少一个无线电力传输耦合器可以包括1至n*m个无线电力传输耦合器，其中，n是可密封壳体的平坦侧的数目，并且m是每个平坦侧的无线电力传输耦合器的数目。
电池系统的其他特征包括保持元件和锁定保持元件，保持元件被包括在可密封壳体的每个侧向转角上，用于牢固地保持电池系统，以使电池系统在使用中或在被充电时的侧向振动最小化，锁定保持元件在可密封壳体的端部上，用于在使用期间和充电期间将电池系统固定就位。可密封壳体上的无连接辐射接口还可以在电池系统的使用期间和充电期间经由向可密封壳体的内部部件进行传导来提供冷却和/或加热。
在其他实施方式中，电池系统包括可密封壳体内的感应通信链路接口。例如，感应通信链路接口实现电池单元与放电站和充电站中的至少一者之间的无线通信。还可以提供可密封壳体内的通信控制器，以防止在没有使用加密密钥进行认证的情况下对电池单元的通信访问。在可替选的实施方式中，通信链路接口可以包括全双工磁感应通信链路、蜂窝无线电或短距离收发器(例如红外、Wi-Fi、蓝牙、Zigbee)中的至少一者。
在其他实施方式中，电池系统包括设置在可密封壳体内的至少一个传感器，至少一个传感器测量可密封壳体内的温度、电池单元输出的电压、电池单元输出的电流和/或电池单元的加速度。可密封壳体内的电力管理系统可以包括硬件安全模块，硬件安全模块将来自至少一个传感器的读数记录在安全的永久记录中。还可以提供可密封壳体内的入侵检测系统以检测打开可密封壳体的尝试和对可密封壳体内的电子设备的攻击。可以将任何检测到的打开可密封壳体的尝试和对可密封壳体内的电子设备的攻击记录在安全的永久记录中。还可以针对至少一个传感器提供备用电池，以允许在灾难性故障的情况下在电池系统关闭之前记录传感器数据。
电池系统还可以包括充电支架，充电支架具有接纳可密封壳体的环绕外壳。充电支架可以包括至少一个充电点，当可密封壳体被设置在充电支架中时，至少一个充电点无线地连接至至少一个无线电力传输耦合器。可密封壳体内的通信控制器可以经由加密的无线通信链路与充电支架通信。
在特定实施方式中，电池系统用于为电动车辆供电。在这样的实施方式中，可密封壳体适于装配至车辆的电池单元插座阵列中，由此至少一个无线电力传输耦合器与车辆的无线传输耦合器几何地对准，以用于无线电力传输。为了便于处理，可密封壳体还可以包括适于操作可密封壳体的通孔。
在其他示例实施方式中，多个电池系统以水平集群布置集群，由此每个电池系统的至少一个无线电力传输耦合器与另一电池系统的至少一个无线电力传输耦合器对准，以在呈水平集群布置的电池系统之间分配电力。可替选地，多个电池系统可以以竖直集群布置集群，由此每个电池系统的至少一个无线电力传输耦合器与另一电池系统的至少一个无线电力传输耦合器对准，以在呈竖直集群布置的电池系统之间分配电力。在任一配置中，可以提供底部托盘以保持多个电池系统，以确保对应电池系统的对应无线电力传输耦合器的对准。底部托盘还可以提供至多个电池系统的通信接口以及用于向多个电池系统供应或输送电力或从多个电池系统供应或输送电力的电力连接件。所得的行阵列或列阵列可以输送较高电压(如果串联连接)或较高电流(如果并联连接)。
在其他示例实施方式中，非接触式电池系统还包括可密封壳体内的安全存储器，安全存储器存储电池单元的历史操作简档。历史操作简档可以包括以下中的至少一项：电池单元随时间的温度记录、电池单元随时间的放电周期、电池在使用期间的充电速率和放电速率、加速度计随时间的测量结果、电池单元随时间的电压水平以及电池单元随时间的电流水平。电池控制器可以从历史操作简档生成数字质量图(quality figure)，并且将数字质量图安全地存储在安全存储器中。数字质量图可以提供质量度量，质量度量可以用于代替电池系统的负载测试以生成电池系统的健康状态的快照。
在另一个示例实施方式中，电池单元连接至直流(DC)能量存储设备和交流(AC)电源，并且适于在DC能量存储设备和AC电源之间提供简单的双向无线电力传输。
装置可以执行方法，并且方法的其他特征由装置的功能得到。此外，针对每个方面及其实现方式提供的说明同样适用于其他方面和相应的实现方式。不同的实施方式可以以硬件、软件或其任意组合实现。此外，前述示例中的任一个示例可以与其他前述示例中的任一个或更多个示例组合以产生在本公开内容的范围内的新的实施方式。
附图说明
根据以下结合附图的详细描述，本文所述的主题的前述有益特征和优点以及其他有益特征和优点将变得明显，在附图中：
图1示出了示例实施方式中的非接触式电池单元的示例。
图2示出了示例实施方式中的密封非接触式电池单元以及放电站的内部功能子系统。
图3示出了在充电支架中的非接触式电池单元的示例实施方式。
图4示出了示例性实施方式中的非接触式电池单元的示例性水平集群布置。
图5示出了示例性实施方式中的非接触式电池单元的示例性竖直集群布置。
图6a示出了示例实施方式中的非接触式电池单元的车辆应用。
图6b示出了使用示例实施方式中的非接触式电池单元补充能量的建筑车辆的示例实施方式。
图7示出了被配置用于处理的非接触式电池单元的示例实施方式。
图8以图形方式示出了示例实施方式中的电池寿命与使用模型的示例。
图9描绘了用于提供简单的双向电力的功能块。
图10是示出根据示例实施方式的用于执行方法和实现处理特征的电路系统的框图。
具体实施方式
将参照图1至图10描述用于对电动车辆充电的示例实施方式，然而本领域技术人员将理解，本文提供的教导可以用于其他非车辆谐振磁感应无线电力传输系统。这样的实施方式旨在处于本公开内容的范围内。
本文所述的非接触式可更换(可替换)电池单元采用磁感应耦合实现对系统元件充电、从系统元件放电以及系统元件之间的通信，从而实现了永久地密封在坚固、防尘且防水的容器中的非接触式电池单元。
在没有物理接触的情况下，电池本质上是安全的，因为对于触摸来说，电压和电流是不可获得的。没有导电材料还意味着消除了接触磨损。非接触式可更换电池的壳体在无线谐振耦合器之间提供了相隔距离。由于系统的非接触性质，电池模块还具有固有电隔离的益处。
虽然断路器、中断器或保险丝可以合并在电池单元壳子内，但是即使在导电环境中或在浸没的淡水或海水应用中，无线电力传输的使用也防止在处理时发生短路和接地故障。
电池单元的密封方面防止水和灰尘渗入，从而允许电池在潮湿、多尘或爆炸性大气环境中使用。密封方面还允许部署物理和电子的内部(相对于壳体而言)入侵检测系统。入侵检测可以用于检测对电池更换的不当尝试或对包括使用记录和充电记录的电子设备的攻击，以尝试增加电池单元在二次生命电池市场上的价值。
近期，预计将针对密封非接触式电池单元和充电站进行大型(多千瓦时(kWh))车辆和地面站点部署。然而，随着电子设备继续小型化，将密封非接触式电池单元包含在大多数或所有可更换的电池应用中将变得可能。
图1
图1示出了示例实施方式中的密封非接触式电池单元101的示例。坚固的密封壳体102保护电池单元101的内部部件。密封壳体102的材料可以是非导电材料(例如玻璃纤维、
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复合材料)或金属。如果壳体是金属的，则覆盖无线电力传输(WPT)耦合件103和105以及环绕保护带104和106的区域必须是非导电的。注意，在图1中，在电池单元101的其他侧未示出另外的两个无线电力传输耦合器。取决于电池单元101旨在供应的电压、电流或电力，WPT耦合件103的数量可以从1变化至n*m，其中n是密封壳体102的平坦侧的数量，m是每个平坦侧的耦合器安装的数量(基于可用平坦侧面积与耦合器面积的比率)。电池单元101的几何形状可以变化，并且每个附加的平坦侧允许附加的WPT耦合器安装。电池单元101的尺寸也可以根据用途而变化，因此也允许在每个平坦表面的可用区域上安装额外的耦合器。磁感应耦合器的尺寸和耦合器表面积也可以变化，以针对每个电池单元101获得所需数量的耦合器。
每个耦合器包括一个或更多个平坦线圈组件，平坦线圈组件具有在电池壳体的非导电充电表面部分下方保护的相关联的电路系统(例如，滤波器、整流器、电压转换器、电压调节器)。耦合器是双向的，因为它可以交替地用于在再充电时充电和在供电时放电。
如图1所示，保持元件107被包括在电池单元101的密封壳体102的每个侧向转角上。保持元件107既用于帮助更换(插入和移除)，又用于牢固地保持电池单元101以使使用时或充电期间的侧向振动最小化。尽管在图1的示例中示出为安装在转角处的滑动装置以配合插座提供的插槽，但是设想其他动力或无动力的机械元件(例如，滑动装置、导轨、滚子、线性滚珠和滚子轴承(再循环和非再循环的)、齿条和齿轮、滚子轴承板、螺纹杆和无螺纹杆)以及在壳体框架上(或集成至壳体框架中)的布置，以提供容易的电池单元更换并将电池单元101保持在充分减振的掌控中。
锁定保持元件108可以被包括在电池单元101的后端。锁定保持元件108将电池单元101固定就位以用于使用和充电。锁定保持元件108还用作对于无意或恶意的电池单元101移除的阻碍物。其他机械的、磁的、液压的、电磁的和机电的保持元件实现或致动的构造——在该示例中被描绘为改进的锁杆组件——是可行的，以提供或实现保持和锁定功能。
环境控制元件109被示出为在电池单元101的后端。环境控制元件109为电池单元101的内部冷却和/或加热元件与在使用或充电时可用的外部冷却和/或加热元件提供非连接接口。注意，额外的热传导表面可以放置在壳体上未被另一个元件(例如，WPT耦合器的充电表面)占据的任何位置。
在该实施方式中，用于在电池单元101和充电或放电支架(未示出)之间传输和接收感应双工通信的磁环天线与无线电力传输(WPT)耦合器103和105共享非导电表面区域。如果需要不同的天线放置，则也可以使用专用的非导电表面。
图2
图2示出了密封非接触式电池单元201(其可以包括来自图1的电池单元101)以及放电站202的内部功能子系统。电池单元201被插入或以其他方式保持在邻近放电站202的位置。电池单元耦合器206与放电站耦合器204之间的间隙205可以通过壳体厚度或壳体厚度与放电站覆盖物的组合来调节。耦合件204与206之间的额外的气隙205可以使用电池单元201的保持元件107或间隔柱(standoff)来施加。
放电站202使用磁谐振感应与电池单元201连接。除了磁放电信号之外，还可以存在感应耦合通信系统信号。
电力连接件212传送由放电站耦合件204生成的电力并受电力管理系统203制约。放电耦合件204包括一个或更多个平坦线圈电磁体和相关联的电路系统(例如，滤波器、整流器、电压转换器-调节器)。
放电站202和电站(例如，车辆、充电支架、电力存储库、或商业或住宅场所)之间的双工通信链路接口214经由至放电站202的感应通信链路215将数字信息传送至电池单元201以及传送来自电池单元201的数字信息。
环境控制连接件213将所需的冷却或加热介质供应至放电站202。由于电池单元101被密封，因此电池单元201的辐射表面区域211可以经由传导或对流热传递与所供应的加热或冷却接口。电池单元201的内部是用于管理和分配内部冷却剂资源(例如，空气、液体冷却剂、相变材料)的环境控制系统210。环境控制系统210为整个电池阵列209和携载的电子设备207和208提供加热或冷却。电池阵列209由不同的电池单体组成，每个电池单体连接至电力管理系统208、电池管理系统207和环境控制系统210。不同的电池单体可以是化学电池单体、电容电池单体(例如超级电容器)、可逆燃料电池单体或其混合物，从而建立混合阵列。
电池单元通信控制器216是具有防火墙安全性的网关路由器，防止在没有放电站202的通信控制器217提供的适当密钥的情况下访问电池单元201的内部网络。电池单元通信控制器216还用于隐藏电池单元201的内部配置以防止外部探测。外部可用信息(例如，电子序列号、荷电状态、质量分数、使用日志信息的汇总或公开可用部分)将被本地保存至电池单元通信控制器216。
放电站通信控制器217是所有外部网络和内部实现WPT的通信网络之间的桥接路由器。在一个实施方式中，对于任何外部网络连接，都需要安全的互联网通信协议(例如，传输层安全协议)。在互联网虚拟专用网络“隧道”内，可能需要使用数据加密的附加认证和访问控制来访问放电站202和电池单元201。
如图2所示，电力管理系统208包括机械加固的硬件安全模块(HSM)218和用于记录的安全存储器219。安全加密的非易失性存储器219用于记录嵌入在电池单元201中的所有传感器的安全永久记录。这些传感器包括时间、温度、电压、电流、压力和加速度传感器。电力管理系统208还用于限制对由HSM 218保存的加密密钥库的访问。
电力管理系统208可以记录所有通信会话、物理入侵和软件访问/攻击尝试。电力管理子系统208包括仅与电池单元201的内部加密安全网络接口的通信处理器(未示出)。通过电池单元通信控制器216在电力控制子系统208的通信链路上传输至电池单元201内部和传输至外部源以及从外部源传输的所有数据，都由(电力管理系统208的)内部防火墙筛选。
由于电池单元201旨在被永久地密封，所以预计电池单元201的内部部件的维护是困难的。针对制造商级别维护(例如更换电池阵列209中的故障电池单体)做出了规定，即将记录更换事件。
对非接触式电池单元的制造商级别维护的记录将通过使用嵌入在密钥库中的加密密钥来实现。密钥的使用将确保可信任机构执行了维护。对称密钥和非对称(公钥)存储都可以保存在HSM 218中。
电力管理系统208具有备用电池，备用电池的尺寸被确定为允许在发生灾难性故障比如外部软件攻击或物理攻击或电池单元201的内部系统故障的情况下，在关闭之前记录传感器数据。
图3
图3示出了在充电支架中的非接触式电池单元201的示例实施方式。可更换的密封非接触式电池单元201的一个益处在于，它可以取决于用途在异地或在电动车辆之外时充电。异地(offsite)位置允许访问电力和冷却，这实现最佳可控的充电状况。
该示例中的充电站301包括屏蔽充电点202以免受天气的影响并且将充电点202与天气分离的环绕外壳302。针对每个充电点202，向充电站301供应电力连接件212和环境控制(例如，冷却剂)连接件213。该示例使用无线地连接至电池单元201的四个充电点202。充电点202中的每个充电点是独立可控的，以优化充电电压。在图3的充电站配置中，仅在一个充电点202处需要外部通信链路接口214以进行磁耦合双工通信215。可以提供额外的通信链路用于冗余；否则，可以提供内部连接以控制各个部分。
由于有线电力连接件212、无线电力连接件214和无线通信链路215是双向的，因此充电站301可以在操作上用作图2所示的放电站202。
由于电池单元201可以在可能由不同方拥有的任何充电站处充电，因此由电池单元的HSM 218提供的加密服务可以用于数据机密性、通信完整性、支付不可否认性、所有者识别以及充电站301和电池单元201认证。
电池单元201可以在安装在车辆中或安装在另一个车外地点时被充电。在一个实施方式中，充电器使用低电压缓慢充电，以降低冷却和电力需求。
在高电力、短持续时间充电的情况下，充电站301，无论如何组成，都可以供应电力和冷却。电力和冷却需求可以从通过感应通信系统供应给充电站301的历史寿命充电历史生成。
当从车辆移除并放置至充电站301中时，完全或部分浸没在冷却液中可以用于调节壳体温度(并因此调节内部电池温度)，也可以在架构中用作接地的电连接，其中，在该架构中，无线电力传输系统需要接地并且密封电池壳体的一部分可以用作与液体的接地接触件。永久密封壳体防止灰尘和水侵入，以满足(或超出)NEMA6或IP67的要求。
针对非车辆的主要用途，相同的充电场景(例如，就地充电，或被移除以用于异地充电)适用。
图4
图4示出了示例实施方式中的可更换的密封非接触式电池单元401的示例性水平堆叠。电池单元402、403和404是独立可替换的，并且通常以n+1阵列部署以在更换期间维持电力水平。另一方面，可能存在当单元不能正常工作时更换所有电池的场景。在图4的示例中，放电站与底部托盘405是一体的，底部托盘405还用于将电池单元402、403和404保持就位，从而确保底部耦合件单元(未示出)的对准。在水平布置中，侧面安装的耦合件412(注意：在图4的视角中只能看到一个耦合件)可以是活动的，从而分配电力以使每个电池单元402、403和404的电力负载或容量均匀。在具有振动或侧向负载(例如，车辆移动、地震)的部署中，水平阵列401可以配备有竖直支撑件406。这些竖直支撑件406还可以用于支撑和稳定附加的电池单元401的行。附加的行可以与较低的行接口，并通过对准的底部至顶部的耦合件布置供应(或被供应)电力和通信。锁定和保持部件407将每个电池单元402、403和404保持在托盘405上的适当位置。
在图4描绘的配置中，公共环境控制接口411向电池单元402、403和404供应所需的加热或冷却，而单个通信接口410提供用于外部通信的连接。根据使用情况，使用单个电力连接件409来供应或输送电力。可以根据需要部署额外的环境接口、通信接口和电力接口(例如，分别用于冷却、带宽或负载)。公共环境交换部件408实现独立的连接以允许更换单独的电池单元402、403和404。在一些部署中，也可以使用至电池单元402、403和404的单独的冷却或加热连接件。
图5
图5示出了示例实施方式中的示例性竖直电池单元阵列501。图5中所示的竖直电池单元阵列501是独立可更换的密封非接触式电池单元502、503和504的互连堆叠集群的示例。电池单元阵列501搁置在底部托盘505上，底部托盘505针对电力513、通信515和环境控制514提供至外部连接的链路。机械支撑系统511将电池单元502、503和504保持就位并适当对准，而机械保持和锁定系统512使得能够容易更换并提供附加机械支撑以防止移动。环境交换系统510与电池单元502、503和504中的每个接口，并允许单独更换每个电池单元502、503或504以及外部环境连接件514。
(电池壳体内部)最低的电池单元503和504的顶部和底部上的无线耦合组件(未示出)实现通信和电力传输。在该示例安装中，最顶部的电池单元502使用其底部安装的无线耦合组件(未示出)进行通信和电力传输，而其上部的无线耦合组件509未使用并且未通电。
如果需要，右侧安装的无线耦合组件506、507和508可用于互连至另一个竖直堆叠，左侧安装的无线耦合组件(未示出)也是如此。所有未互连的无线耦合组件将保持未通电。
图6a
图6a示出了独立可更换的密封非接触式电池单元的集群在电动建筑车辆601中的车辆应用。建筑车辆601可以是化学/电混合动力车。如所示的，电池单元插座阵列602安装在车辆(例如，自卸卡车)601上，从而使得能够容易地访问以装载和卸载电池单元201。在该说明性示例中，八个单独的插座603可用于插入电池单元。一个或更多个WPT耦合组件可以构造在插座阵列602的每个平坦侧上。在电池单元和车辆插座上的每一侧的组件不匹配的情况下，只有与车辆601上的无线传输耦合器或其他电池单元几何对准的那些耦合件将被启用用于无线电力传输。
图6b
图6b示出了使用示例实施方式中的非接触式电池单元补充能量的建筑车辆诸如来自图6a的示例性自卸卡车601的示例实施方式。如所示的，更换电池单元604具有安装在电池单元604的平坦侧的一个或更多个耦合组件605，用于传送电力和数据。环境接口606安装在更换电池单元604的每一端(未被无线耦合组件占用的那些端)。
电池单元插座阵列602允许容易地访问电池单元插座。在该示例中，电池单元插座阵列602配备有辅助通道607。通过在608处插入更换电池单元604，先前安装的可能耗尽的电池单元在609处经由辅助通道607被推出电池插座。该示例中的环境接口依赖于环境空气冷却或电池单元插座阵列602的开口(hatch)中的连接。
图7
图7示出了被配置用于处理的非接触式电池单元的示例实施方式。图7示出了密封非接触式电池单元101的定制潜力。在该示例中，电池单元101已经在电池单元101的本体中配备了通孔701和702，通孔701和702允许由稍微修改的常规处理装备(例如，叉车)来运送和安装。通孔701和702的通过电池单元的质心的平行管状构造允许定位以插入至插座中，而没有倾斜或滚动。
一旦安装，穿过电池单元的通孔也可以重复使用，从而提供额外的传导冷却，增加其他安装的环境控制接口109。
图8
图8以图形方式示出了示例实施方式中电池寿命与使用模型的示例。图8中示出了电池质量模型的说明性示例。x轴803描绘时间，而y轴801示出了根据与电池质量的详细的多变量模型的相关性确定的电池质量802。示出了简化的线性电池寿命模型，以便以图形形式示出确定电池质量时的变量。绘制质量阈值811以示出特定设计的可更换密封电池单元变得无价值的值。例如，可以存在电池质量变得不适合基于车辆的应用的其他阈值。所有说明性示例描绘了随时间的线性关系；然而，更精确的模型可以包括随时间变化的不同线性段(即斜率的变化)，以更好地匹配随时间推移对容量变化的影响。
针对充电的、存储的电池单元示出了估计电池质量的最简单的情况。此处，存储设施的温度是质量的主要决定因素，与在较高温度下存储的电池单元的质量估计805相比，较冷的设施产生的质量估计804更高。
针对正常操作简档(没有快速充电(过电压)或深度放电的规律的、周期性充电)的简化模型，估计806示出了由于从80％荷电状态至20％荷电状态的放电循环的较高质量，而估计807示出了从90％荷电状态至10％荷电状态的放电循环的相对影响。
示出了灾难性事件对质量模型810的影响。使用该模型，电池质量随时间线性下降，直至事件(例如内部短路、内部开路、内部冷却剂减压、高加速度(冲击))损坏电池单元，从而导致质量立即下降。
模型808和809示出了示出快速充电和/或深度耗尽的影响的质量模型。产生模型808的电池单元被周期性地驱动至深度(例如，当前荷电容量的状态<2％)，然后被通宵充电。生成模型809的电池单元被周期性地驱动至深度(例如，当前荷电容量的状态<2％)，然后被使用快速充电器充电。相对质量水平示出了深度耗尽和快速充电效应对电池阵列的影响。
电池热管理
电池单元101支撑耦合至密封外部壳体102的内部热管理系统。密封外部壳体102然后可以与车辆601或充电站301的元件接触，所述元件供应冷却或加热，而无需穿透密封电池壳体102。电池单元101还可以具有用于预热内部电池阵列的内部电加热系统。
传感器和历史
电池单元101的密封永久性质允许部署用于电压、电流、温度和运动加速度计的永久内部传感器，这些传感器可以用于生成电池使用的历史简档。可以生成并保留单个电池单体级别的关于温度、电压水平、电流水平和3轴加速度的信息。该历史简档允许对电池单元101的未来能力进行预测。这些预测允许在二次市场上对电池进行估价，类似于针对旧汽车的汽车里程(里程表读数)。
通过将仪器(电压、电流、内部温度和外部温度、加速度)永久地内置至电池阵列和密封隔室中，具有无线连接的永久密封非接触式电池单元101具有存储、充电和放电事件的寿命历史。
可以针对每个电池单元101制作历史使用简档(充电、放电、电压、温度、存储、加速度)。还考虑了检测粗暴处理的加速度负载。该寿命简档允许制定电池单元质量测量。完整的历史也将是可用的，包括创建“一目了然”的单个数字质量图(类似于旧汽车上的里程表)。
由电池单元的传感器获取并由电池组控制器存储的记录信息可以用于产生与一次充电的、未使用、未存储、未放电的电池模型的相关性。具有完美充电历史(例如，新制造的、准备首次使用)的电池将具有1Daga(达加)(注：新的测量单位)的相关性。随着电池单元随时间循环使用，价值会降低，从而向用户/所有者提供对电池寿命以及针对第二和第三生命市场的价值的估计。例如，具有例如600毫Daga(md)评级的电池将从车队使用池移动至第二生命应用(诸如电网增强)。针对车辆使用的600md(或0.600D)阈值是示例，并且可以随市场需求、所有者偏好和监管要求而变化。
显然，损坏电池的过度充电、过热和快速放电将以较低的Daga分数被解释为与模型的偏差。测量冲击的加速计也将对Daga分数做出贡献。窗(casement)入侵检测也将有助于Daga分数计算，如同对网络攻击与电池单元控制器的检测一样。
作为价值的项目，Daga分数将被保存在电池单元101中的安全存储装置中，并且当在充电支架中充电时，可以被上载至网络(例如，基于因特网附接的服务器的)存储装置。
由于可以上载电池单元传感器数据，因此可以通过聚集来自部署的电池单元群体的数据而不是通过估计或实验室测试来生成使用简档或对使用简档的更新。注意，针对每种具体的可再充电电池化学成分(例如铅酸、镍镉(NiCd或Ni-Cad)、镍金属氢化物(NiMH)、碱性(主要是锌(Zn)和二氧化锰(MnO2)基)和锂离子、锂硫和锂聚合物(例如，锂镍锰钴氧化物(NMC)、锂镍钴铝(NCA)、锂铁磷酸盐(LFP)和锂-钛酸盐(LTO)))、固态电池和电池类似物(超级电容器、可逆燃料电池单体)，以及针对使用两种或更多种技术或化学物质的每个混合能量存储系统，可以存在不同的质量模型与使用。
Daga质量度量的使用也可以用于代替电池单元的负载测试来生成电池单元的健康状态的快照。
通信和控制
磁感应通信(例如名称为“Near field,full duplex data link for use instatic and dynamic resonant induction wireless charging”的美国专利第10,135,496号和于2019年9月13日提交的名称也为“Near field,full duplex data link for usein static and dynamic resonant induction wireless charging”的美国专利申请序列号16/570,801中详述的)允许安全和复杂的通信，从而使得能够交换电池状态、荷电状态和历史充电、放电数据以及对充电信号进行闭环控制。这些专利文献的描述通过引用并入本文。
通过将短距离收发器(例如RFID、蓝牙、Wi-Fi或Zigbee)添加至电池单元来使用替代或补充的通信手段在某些部署配置中也可能是有用的，或用于满足客户或监管要求。如果出于相同的原因被添加至电池单元101或放电支架202，则长距离通信手段诸如蜂窝无线电的使用也是可用的。
双向使用
电池的无线充电单元能够双向使用，支持电池的充电和放电。无线充电系统可以包括一个或更多个无线耦合器，并且可以重复使用以用于放电。可选地，单独的无线感应耦合件可以用于充电和放电，其中针对预期的电力传输速率来确定每个耦合件的尺寸。
图9示出了示例实施方式中通过双向无线电力传输系统的电力流和转换的示例性高级功能图。虽然某些部件本质上是双向的且在操作上是对称的(例如，谐振感应电路也被称为开芯变压器)并且可以被共享，但是正向(充电)和反向(放电)电力传输路径将取决于不同的简单架构，需要开关909、控制逻辑(未示出)和通信链路(也未示出)针对正向(充电)和反向(放电)使用情况中的每个使用情况来激活和完成电力传输路径。
在正向上，电力从公用电网901标称地输送。取决于电网连接，电力可以是单相交流电(AC)、直流电(DC)或多相交流电。公用电网901包括对来自高压传输线的电压进行降压所需的任何变压器。在该示例中，单相AC由公用电网901输送，其中存在足够的电容，使得电力因数被调整至大约1(一)。
AC电力可以由AC/DC 902转换器转换成DC。该功能可以由有源(基于开关的)整流器或无源(基于二极管的)整流器来实现。
DC/AC转换器903获得输入的DC电力并将其转换成高频AC(在该实施方式中标称为85kHz)正弦信号。DC/AC转换器903的DC/AC转换操作可以使用逆变器来完成。
AC电力信号可以传递至耦合件，即具有初级线圈和次级线圈的谐振空气芯变压器904。AC电力在与次级线圈电感耦合的初级线圈中被转换成磁通量。次级线圈将接收到的磁通量转换成AC电力信号。
AC电力信号被传递至AC/DC转换器905。AC/DC转换功能可以由有源(基于开关的)或无源(基于二极管的)整流器来实现。
所得的DC信号用于对能量存储设备906充电，该能量存储设备906名义上是可再充电的化学电池，但也可以是电容器组、可逆燃料电池单体、固态电池或上述的混合组合中的一个或更多个。DC信号还可以用于直接为电设备供电。
作为双向的，能量存储设备906可以将存储的电力作为直流电输出至反向传输路径。DC电力由DC/AC逆变器907转换成必要的AC电力信号。
该AC电力信号被输入至谐振感应电路904。在该反向路径场景下，线圈在操作上与正向路径反向。AC电力在开芯变压器904的与次级线圈电感耦合的初级线圈中被转换成磁通量。次级线圈将接收到的磁通量转换成AC电力信号。所得的AC电力由AC/AC转换器908在频率上调整。在一个实施方式中，AC/DC/AC转换器被用作AC/AC转换器908，其中AC/AC频率调整操作是通过如下操作实现的：使用AC/DC整流器，然后由逆变器电路从DC转换成所需频率的AC。在该示例中，公用电网901包括必要的变压器以将AC电力转换至期望的电压，并且如果必要的话还包括AC/DC转换以用于与公用事业供应的电力对接。
特征的计算机实现
图10是示出根据示例实施方式的用于执行方法和实现处理特征的电路系统的框图。例如，图10的处理电路系统可以用于实现通信控制器的加密处理功能、热和电力管理功能、入侵检测功能以及对历史使用简档和质量模型的管理。无需在各种实施方式中使用所有部件。
图10示出了呈计算机1000的形式的计算设备的一个示例，计算机1000可以包括处理单元1002、存储器1004、可移除存储装置1006和不可移除存储装置1008。尽管示例计算设备被示出并且描述为计算机1000，但是在不同的实施方式中，计算设备可以呈不同形式。例如，计算设备可以替代地是智能电话、平板计算机、智能手表或包括与关于图10示出和描述的元件相同或相似的元件的其他计算设备。诸如智能电话、平板计算机以及智能手表的设备通常统称为移动设备或用户装备。此外，尽管各种数据存储元件被示出为计算机1000的一部分，但是存储装置也可以或可替选地包括可以经由网络诸如因特网访问的基于云的存储装置，或基于服务器的存储装置。
存储器1004可以包括易失性存储器1010和非易失性存储器1012。计算机1000还可以包括或可以访问计算环境，该计算环境包括各种计算机可读介质，诸如易失性存储器1010和非易失性存储器1012、可移除存储装置1006和不可移除存储装置1008。计算机存储装置包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)或电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪存或其他存储器技术、致密盘只读存储器(CD ROM)、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储装置、磁带盒、磁带、磁盘存储装置或其他磁存储设备或能够存储计算机可读指令的任何其他介质。
计算机1000还可以包括或可以访问计算环境，该计算环境包括输入接口1014、输出接口1016以及通信接口1018。输出接口1016可以包括诸如触摸屏的显示设备，该显示设备也可以用作输入设备。输入接口1014可以包括以下中的一个或更多个：触摸屏、触摸板、鼠标、键盘、摄像机、一个或更多个特定于设备的按钮、集成在计算机1000内或经由有线或无线数据连接而耦接至计算机1000的一个或更多个传感器以及其他输入设备。
计算机1000可以使用用于连接至一个更多个远程计算机的通信接口1018在网络环境中操作。远程计算机可以包括个人计算机(PC)、服务器、路由器、网络PC、对等设备或其他公共网络交换机等。经由通信接口1018访问的通信连接可以包括局域网(LAN)、广域网(WAN)、蜂窝、Wi-Fi、蓝牙、Zigbee或其他网络。根据一个实施方式，计算机1000的各种部件与系统总线1020连接。
存储在计算机可读介质上的计算机可读指令诸如程序1022可以由计算机1000的处理单元1002执行。在一些实施方式中，程序1022包含软件，软件在由处理单元1002执行时执行根据本文包括的任何实施方式的操作。硬盘驱动器、CD-ROM以及RAM是包括诸如存储设备的非暂态计算机可读介质的物品的一些示例。在载波被认为太过短暂的程度上，术语“计算机可读介质”和“存储设备”不包括载波。存储还可以包括联网存储，诸如存储区域网络(SAN)。计算机程序1022可以用于使处理单元1002执行本文所述的一个或更多个方法或功能。
还应当理解，包括一个或更多个计算机可执行指令的软件可以安装在本文所述的电池单元或放电单元中的一个或更多个单元中，并与本文所述的电池单元或放电单元中的一个或更多个单元一起销售，所述计算机可执行指令有助于如上面参考本公开内容的任何一个步骤或所有步骤描述的处理和操作。可替选地，可以按照与本公开内容一致的方式获得软件并将其加载至一个或更多个电池单元或放电单元中，包括通过物理介质或分配系统获得软件，包括例如从软件创建者拥有的服务器或从软件创建者不拥有但使用的服务器获得软件。例如，软件可以被存储在服务器上以通过因特网进行分配。
此外，本领域技术人员将理解，本公开内容在其应用上不限于上面的描述中阐述的或附图中示出的部件的构造和布置的细节。本文中的实施方式能够是其他实施方式，并且能够以各种方式实践或执行。此外，将理解，本文中使用的措辞和术语是出于描述的目的并且不应当被认为是限制性的。本文中“包括(including)”、“包含(comprising)”或“具有(having)”及其变型的使用意在涵盖其后列出的项及其等同物以及附加项。
根据所示出的实施方式采用的说明性设备、系统以及方法的部件可以至少部分地以数字电子电路系统、模拟电子电路系统或以计算机硬件、固件、软件或其组合实现。例如，这些部件还可以实现为计算机程序产品，诸如有形地包含在信息载体或机器可读存储设备中的计算机程序、程序代码或计算机指令，以由诸如可编程处理器、计算机或多台计算机的数据处理装置执行或控制上述数据处理装置的操作。
计算机程序可以以包括编译或解释语言的任何形式的编程语言编写，并且它可以以任何形式来部署，包括作为独立程序或作为模块、部件、子例程或适合在计算环境中使用的其他单元来部署。计算机程序可以被部署成在一台计算机上执行，或者在一个站点处的或跨多个站点分布并通过通信网络互连的多台计算机上执行。此外，用于实现本文所述的系统和方法的功能程序、代码和代码段可以容易地被本公开内容所属领域的程序员解释为在本公开内容的范围内。与说明性实施方式相关联的方法步骤可以通过由一个或更多个可编程处理器执行计算机程序、代码或指令以执行功能(例如，通过对输入数据进行操作并生成输出)来执行。例如，方法步骤也可以由专用逻辑电路系统例如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC执行，并且装置可以被实现为专用逻辑电路系统。
结合本文中公开的实施方式描述的各种说明性逻辑块、模块以及电路可以通过以下来实现或执行：通用处理器、数字信号处理器(DSP)、ASIC、FPGA或其他可编程逻辑设备、分立门或晶体管逻辑、分立硬件部件或被设计成执行本文中所描述的功能的其任何组合。通用处理器可以是微处理器，但是在替选方案中，处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP和微处理器的组合、多个微处理器、一个或更多个微处理器与DSP核的结合、或任何其他这样的配置。
作为示例，适合于执行计算机程序的处理器包括通用微处理器和专用微处理器二者以及任何种类的数字计算机的任何一个或更多个处理器。通常，处理器将从只读存储器或随机存取存储器或从前述二者接收指令和数据。计算机的元件是用于执行指令的处理器以及用于存储指令和数据的一个或更多个存储器设备。通常，计算机还将包括用于存储数据的一个或更多个大容量存储设备例如磁盘、磁光盘或光盘，或者在操作上耦接以从所述大容量存储设备接收数据或向所述大容量存储设备传输数据或前述二者。适合于包含计算机程序指令和数据的信息载体包括所有形式的非易失性存储器，包括作为示例的半导体存储器设备，例如电可编程只读存储器或ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、闪存设备以及数据存储盘(例如，磁盘、内部硬盘或可移除盘、磁光盘、致密盘ROM(CD-ROM)或数字多功能盘ROM(DVD-ROM))。可以由专用逻辑电路系统补充处理器和存储器，或者处理器和存储器并入专用逻辑电路系统中。
本领域技术人员理解，可以使用各种不同技能和技术中的任何技能和技术来表示信息和信号。例如，贯穿以上描述可能引用的数据、指令、命令、信息、信号、比特、符号和芯片可以通过电压、电流、电磁波、磁场或粒子、光场或粒子或其任何组合来表示。
本领域技术人员还可以理解，结合本文中公开的实施方式描述的各种说明性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以实现为电子硬件、计算机软件或前述二者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，上面已在其功能方面大体上描述了各种说明性部件、块、模块、电路和步骤。将这样的功能实现为硬件还是软件取决于施加在整个系统上的设计约束和特定应用。技术人员可以针对每个特定应用以不同方式实现所描述的功能，但是这样的实现决策不应被解释为导致脱离本公开内容的范围。软件模块可以驻留在随机存取存储器(RAM)、闪存、ROM、EPROM、EEPROM、寄存器、硬盘、可移除盘、CD-ROM或本领域已知的任何其他形式的存储介质中。示例存储介质耦接至处理器，使得处理器可以从存储介质读取信息和向存储介质写入信息。在可替选方案中，存储介质可以是处理器的组成部分。换言之，处理器和存储介质可以驻留在集成电路中或实现为分立部件。
如本文使用的，“机器可读介质”意指能够临时地或永久地存储指令和数据的设备，并且可以包括但不限于：随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、缓冲存储器、闪速存储器、光学介质、磁介质、高速缓冲存储器、其他类型的存储装置(例如，EEPROM)和其任何合适的组合。术语“机器可读介质”应被视为包括能够存储处理器指令的单个介质或多个介质(例如，集中式或分布式数据库，或相关联的高速缓存和服务器)。术语“机器可读介质”还应被视为包括任何介质或多种介质的组合，所述介质能够存储用于由一个或更多个处理器执行的指令，使得指令在由一个或更多个处理器执行时使一个或更多个处理器执行本文中所描述的任一种或更多种方法。因此，“机器可读介质”指的是单个存储装置或设备，以及包括多个存储装置或设备的“基于云”的存储系统或存储网络。本文中使用的术语“机器可读介质”不包括信号本身。
可替选实施方式
外部冷却/加热供应
取决于电力负载、充电负载、外部环境温度和/或电池化学成分，可能需要将环境耦合器添加至非接触式电池单元，以使用来自外部供应的强制空气或液体冷却剂。虽然密封壳体提供了用于通过传导和对流方式冷却的接触表面，但是可能需要允许对电池组的受限访问的连接端口。虽然该安装类型使电池单元的更换复杂化，但是电池单元的内部冷却系统的分离将限制对密封电池单元的其余部分的访问。将补充具有其温度传感器网络的环境控制电子设备，并在那些非接触式电池单元中添加压力传感器，非接触式电池单元被设计成允许冷却剂经由空气或液体阀连接端口进出。
在一些部署中，经由使用加热的强制空气或液体冷却剂对非接触式电池单元的外部加热将被类似地配备和监测。
燃料电池单体使用
本文所述的非接触式可更换电池单元101与燃料电池单体一起使用来代替化学电池。离车(Offboard)补充燃料将同样提供潜在危险的燃料和氧化剂的仓储和安全装料。非接触式设计将同样提供没有电接触。燃料和氧化剂的输入将必然有损密封壳体，但密封壳体将被打开以用于补充。补充设施可以位于远离使用地点的地点，从而当在车辆中使用时给予驾驶员和乘客更多的保护，或在非车辆使用时向附近的人给予更多的保护。
本领域技术人员将理解，虽然本文包括的公开内容涉及向车辆提供电力，但是应当理解，这仅是许多可能应用中的一种，并且包括非车辆应用的其他实施方式是可能的。例如，本领域技术人员将理解，存在将电池提供在非车辆感应充电应用——诸如便携式消费电子设备充电器，诸如用于对牙刷、蜂窝电话和其他设备充电的那些充电器(例如PowerMatTM)——中的许多应用。大容量但仍是便携式的非接触式可替换的电池组可以通过例如铁路移动至受自然或人为灾害影响的区域，以用于关键的供电服务。因此，这些和其他这样的应用包括在权利要求的范围内。

Claims (24)

1.一种非接触式的电池系统，包括：
可密封壳体；
电池单元，所述电池单元被设置在所述可密封壳体内；以及
至少一个无线电力传输耦合器，所述至少一个无线电力传输耦合器连接至所述电池单元并设置在所述可密封壳体内，所述至少一个无线电力传输耦合器相对于所述可密封壳体的至少一个面设置，以实现磁感应信号传送以用于对所述电池单元充电、使所述电池单元放电和与所述电池单元通信。
2.根据权利要求1所述的电池系统，其中，所述可密封壳体是防尘和防水的。
3.根据权利要求1所述的电池系统，其中，所述电池单元包括多个电池单体，其中，每个电池单体包括化学电池单体、电容电池单体、燃料电池单体或者化学电池单体、电容电池单体和燃料电池单体中的至少两种电池单体的混合阵列。
4.根据权利要求1所述的电池系统，其中，取决于要由所述电池单元供应的电压、电流或电力，所述至少一个无线电力传输耦合器包括1至n*m个无线电力传输耦合器，其中，n是所述可密封壳体的平坦侧的数目，并且m是每个平坦侧的无线电力传输耦合器的数目。
5.根据权利要求1所述的电池系统，还包括保持元件，所述保持元件被包括在所述可密封壳体的每个侧向转角上，用于牢固地保持所述电池系统，以使所述电池系统在使用中或在被充电时的侧向振动最小化。
6.根据权利要求1所述的电池系统，还包括锁定保持元件，所述锁定保持元件在所述可密封壳体的端部上，用于在使用期间和充电期间将所述电池系统固定就位。
7.根据权利要求1所述的电池系统，还包括在所述可密封壳体上的非连接接口，用于在所述电池系统的使用期间和充电期间经由向所述可密封壳体的内部部件进行传导来提供冷却和加热中的至少一者。
8.根据权利要求1所述的电池系统，还包括在所述可密封壳体内的感应通信链路接口，所述感应通信链路接口实现所述电池单元与放电站和充电站中的至少一者之间的无线通信。
9.根据权利要求8所述的电池系统，还包括在所述可密封壳体内的通信控制器，所述通信控制器防止在没有使用加密密钥进行认证的情况下对所述电池单元的通信访问。
10.根据权利要求8所述的电池系统，其中，所述感应通信链路接口包括全双工磁感应通信链路、蜂窝无线电和短距离收发器中的至少一者。
11.根据权利要求1所述的电池系统，还包括设置在所述可密封壳体内的至少一个传感器，所述至少一个传感器测量所述可密封壳体内的温度、所述电池单元输出的电压、所述电池单元输出的电流和所述电池单元的加速度中的至少一者。
12.根据权利要求11所述的电池系统，还包括在所述可密封壳体内的电力管理系统，所述电力管理系统包括硬件安全模块，所述硬件安全模块将来自所述至少一个传感器的读数记录在安全的永久记录中。
13.根据权利要求12所述的电池系统，还包括设置在所述可密封壳体内的入侵检测系统，所述入侵检测系统检测打开所述可密封壳体的尝试和对所述可密封壳体内的电子设备的攻击，并将任何检测到的打开所述可密封壳体的尝试和对所述可密封壳体内的电子设备的攻击记录在所述安全的永久记录中。
14.根据权利要求11所述的电池系统，还包括针对所述至少一个传感器的备用电池，所述备用电池允许在灾难性故障的情况下在所述电池系统关闭之前记录传感器数据。
15.根据权利要求1所述的电池系统，还包括充电支架，所述充电支架具有接纳所述可密封壳体的环绕外壳，所述充电支架包括至少一个充电点，当所述可密封壳体被设置在所述充电支架中时，所述至少一个充电点无线地连接至所述至少一个无线电力传输耦合器。
16.根据权利要求15所述的电池系统，还包括所述可密封壳体内的通信控制器，所述通信控制器经由加密的无线通信链路与所述充电支架通信。
17.根据权利要求1所述的电池系统，其中，所述可密封壳体适于装配至车辆的电池单元插座阵列中，由此至少一个无线电力传输耦合器与所述车辆的无线传输耦合器几何地对准以用于无线电力传输。
18.根据权利要求1所述的电池系统，其中，所述可密封壳体还包括适于操作所述可密封壳体的通孔。
19.一种集群电池系统，包括呈水平集群布置的多个根据权利要求1所述的电池系统，由此每个电池系统的至少一个无线电力传输耦合器与另一电池系统的至少一个无线电力传输耦合器对准，以在呈所述水平集群布置的所述电池系统之间分配电力。
20.根据权利要求19所述的集群电池系统，还包括底部托盘，所述底部托盘保持所述多个电池系统以确保对应电池系统的对应无线电力传输耦合器的对准，所述底部托盘还提供至所述多个电池系统的通信接口以及用于向所述多个电池系统供应或输送电力或从所述多个电池系统供应或输送电力的电力连接件。
21.一种集群电池系统，包括呈竖直集群布置的多个根据权利要求1所述的电池系统，由此每个电池系统的至少一个无线电力传输耦合器与另一电池系统的至少一个无线电力传输耦合器对准，以在呈所述竖直集群布置的所述电池系统之间分配电力。
22.根据权利要求21所述的集群电池系统，还包括底部托盘，所述底部托盘保持所述多个电池系统以确保对应电池系统的对应无线电力传输耦合器的对准，所述底部托盘还提供至所述多个电池系统的通信接口以及用于向所述多个电池系统供应或输送电力或从所述多个电池系统供应或输送电力的电力连接件。
23.一种非接触式电池系统，包括：
可密封壳体；
电池单元，所述电池单元被设置在所述可密封壳体内；
至少一个无线电力传输耦合器，所述至少一个无线电力传输耦合器连接至所述电池单元并设置在所述可密封壳体内，所述至少一个无线电力传输耦合器相对于所述可密封壳体的至少一个面设置，以实现磁感应信号传送以用于对所述电池充电、使所述电池放电和与所述电池通信；以及
在所述可密封壳体内的安全存储器，所述安全存储器存储所述电池单元的历史操作简档，所述历史操作简档包括以下中的至少一项：所述电池单元随时间的温度记录，所述电池单元随时间的放电周期，所述电池在使用期间的充电速率和放电速率，加速度计随时间的测量结果，所述电池单元随时间的电压水平以及所述电池单元随时间的电流水平。
24.根据权利要求23所述的电池系统，还包括电池控制器，所述电池控制器根据所述历史操作简档生成数字质量图，并且将所述数字质量图安全地存储在所述安全存储器中。
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