CN112889172A - 电池储存*** - Google Patents

电池储存*** Download PDF

Info

Publication number
CN112889172A
CN112889172A CN201980023937.1A CN201980023937A CN112889172A CN 112889172 A CN112889172 A CN 112889172A CN 201980023937 A CN201980023937 A CN 201980023937A CN 112889172 A CN112889172 A CN 112889172A
Authority
CN
China
Prior art keywords
battery
unit
coil
receiving device
cells
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201980023937.1A
Other languages
English (en)
Inventor
托马斯·哈林
约亨·马斯特
让·舒茨
克里斯蒂安·威尔姆斯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Riva Engineering Co ltd
Tuo MasiHalin
Original Assignee
Riva Engineering Co ltd
Tuo MasiHalin
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Riva Engineering Co ltd, Tuo MasiHalin filed Critical Riva Engineering Co ltd
Publication of CN112889172A publication Critical patent/CN112889172A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/10—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power using inductive coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44—Methods for charging or discharging
    • H01M10/441—Methods for charging or discharging for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/46—Accumulators structurally combined with charging apparatus
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/244—Secondary casings; Racks; Suspension devices; Carrying devices; Holders characterised by their mounting method
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/256—Carrying devices, e.g. belts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/258—Modular batteries; Casings provided with means for assembling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/262—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders with fastening means, e.g. locks
    • H01M50/264—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders with fastening means, e.g. locks for cells or batteries, e.g. straps, tie rods or peripheral frames
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J50/00—Circuit arrangements or systems for wireless supply or distribution of electric power
    • H02J50/005—Mechanical details of housing or structure aiming to accommodate the power transfer means, e.g. mechanical integration of coils, antennas or transducers into emitting or receiving devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
    • H02J7/0018—Circuits for equalisation of charge between batteries using separate charge circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0042—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries characterised by the mechanical construction
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4271—Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4278—Systems for data transfer from batteries, e.g. transfer of battery parameters to a controller, data transferred between battery controller and main controller
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J2300/00—Systems for supplying or distributing electric power characterised by decentralized, dispersed, or local generation
    • H02J2300/30—The power source being a fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/35—Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering with light sensitive cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Near-Field Transmission Systems (AREA)

Abstract

本发明涉及一种电池***(10、100、110)，其包括电池接收设备(20)和一个或多个电池单元(30)。根据本发明，所述电池单元(30)能够感应地耦合到彼此和/或所述电池接收设备(20)以充电和放电，所述电池接收设备(20)能够连接到外部电源和/或能量阱，所述电池单元(30)包括线圈单元(42)并且所述电池接收设备(20)对于每个可接收的电池单元(30)都具有储存底座(50)，所述储存底座具有用于无工具地***和取下电池单元(30)的可磁性互补地耦合的线圈单元(26)。

Description

电池储存***
技术领域
本发明涉及一种电池储存***，该电池储存***包括电池接收设备和一个或更多个电池单元，个体电池单元双向感应地彼此耦合和/或耦合到电池接收设备，同时，电池单元机械地分隔且能够无工具地互换。
背景技术
在现有技术中，本领域技术人员熟知个体单电池形式、以及并联和串联连接的电池形式的电池储存设备。“电池”这个词还应理解为具有蓄电池(secondary cells)(尤其是作为基于电化学的可充电电能储存设备的蓄电池)的电池储存设备。
为了实现更高的电压，串联连接个体单电池，直至达到14伏至60伏的电压。所有已知的电化学二次元件(例如锂离子电池、铅电池、镍氢金属、金属空气电池和氧化还原液流电池)都可用作单电池。在本发明的一个具体实施例中，也可使用燃料电池***单元和用于一次电池(primary battery)的***单元。一次电池例如是金属空气电池、锌碳电池。
为了实现更高的电流，并联连接电池。在锂离子电池的例子中，既并联又串联地连接个体单电池。锂离子电池的一个例子是连接14个圆形单电池组，每个有并联的6个单电池。另一个例子是矩形的扁平的单电池互连。
为了在范围为230伏或400伏或480伏(三相电流)的主电源运行或主电源备用运行中使用电池储存***，必须将电池(DC(I))的直流电压和直流电流(DC)转换成交流电压和交流电流(AC)，然后使用变压器使其升高到所要求的水平。这是通过DC(1)-AC(1)-AC(2)-逆变器来实现的。取决于输出电压，还使用DC(2)-升压级。然后是一台DC(1)-DC(2)-AC(1)-AC(2)逆变器或整流器，对可用电流和电压进行了额外的调整，通常将它们彼此电气连接。为了能够同时给电池充电，需要双向使用电力电子设备。以上所述的所有内容是现有技术，在市场上存在于大量产品中。
现有技术的缺点在于它在电池充电和放电时操作是复杂的。电接触点必须通过电池与充电和放电站之间的电连接来连接和断开连接，一方面具有不正确运作/短路和机械损坏的风险，另一方面还具有对所涉及人员和运作安全的风险。
发明内容
本发明的目的在于提出一种对于大量应用能够简化并且最小化错误的运作并具有电池单元充电和放电的高运作可靠性的电池***。
该目的是通过根据独立权利要求的电池***来实现的。本发明的有利实施例是附属权利要求的主题。
根据本发明，提出电池接收设备和一个或更多个电池单元，其中，电池单元能够双向感应地耦合到彼此和/或电池接收设备以充电和放电。电池接收设备能够连接到外部电源和/或能量阱。每个电池单元包括线圈单元，并且电池接收设备对于每个可取下的电池单元都包括储存底座，并具有用于无需工具地***和取下电池单元的磁性互补耦合的线圈单元。
换句话说，描述了一种电池存储***，其中，如上所述的AC(1)-AC(2)-升压分布在两个在空间上分隔的单元上，即电池单元和电池接收设备。因此，电池***的总储存的总容量现在可以以电绝缘的方式分解到电池单元的各个包装单元中。
在下文中，术语“电池单元”是指具有处于大致封装的外壳中的线圈单元和附加电子设备的单电池。术语“电池接收设备”是指容纳个体电池单元的具有储存底座和互补线圈单元的外壳或柜。电池接收设备包含一个或更多个接收线圈单元AC(2)和之后的功率电子设备。
根据本发明，处于它们的外壳中的电池单元通过感应与电池接收设备非接触地连接。单电池和用于电池单元的各个包装单元的电子设备位于封闭的、大致密封的并优选地对水密封的壳体中，即电池壳体，其中多个个体单电池能够组合以形成电池单元的包装单元。电池单元可包括电池管理***(BMS)、通讯接口、保险丝、整流器、斩波器/逆变器，和线圈绕组[DC(1)-DC(2)-AC(2)](称为线圈单元)，并对应于变压器的一半，其优选地可具有10-30的匝数比。此外，在电池单元中可包括有其它电子设备，例如温度测量传感器、电压传感器和数据存储单元。
该设计的一大优点在于，在运作期间，可安全地并无需电气技术知识地取下和更换在其外壳中的电池单元(“可热插拔”)。
在一个有利实施例中，电池单元的线圈单元和电池接收设备的线圈单元可机械地分隔开，分隔开的AC-AC线圈之间的最大距离为110mm，优选地为100mm，特别优选地为10mm，更特别地是1mm。该距离可通过至少一个线圈耦合板来提供，其优选地为覆盖线圈单元的线圈或线圈装置的薄的线圈耦合板，该线圈耦合板设置在电池侧，并优选地同时被设置为电池单元外壳的侧壁。线圈耦合板可有利地具有分段的铁磁性局部区域，该铁磁性局部区域形成在线圈装置的铁氧体磁芯半壳体的接触表面上，以使得相对的线圈单元的铁氧体磁芯半壳体能够实现基本上连续的磁场闭合。
在一个有利实施例中，至少一个线圈单元包括大致形状为椭圆形的细长扁平的单个线圈，其中，优选地，线圈绕组由高频编织线构成，并且线圈单元在其机械尺寸和电磁参数方面对于50-100kHz的频率范围、尤其是对于70kHz的运作频率是优化过的。线圈优选地布置在尤其是由铝制成的半壳体外壳中，并嵌在由分段的铁氧体元件制成的铁氧体磁芯半壳体中，以使得线圈单元的厚度与长度/宽度比值为至少1:5，优选地1:8，特别地为1:10或更高。在该方面，构造特别薄的在两个维度上延展的线圈单元，其理想地适于作为具有小的整体深度的电池单元的侧表面的遮盖。由于半壳体内的简单结构，线圈和铁氧体磁芯半壳体两者都可以模块化地构造，并简单地通过机器来组装。在半壳体外壳中也可设置有用于NFC单元(特别是蓝牙或RFID)的传感器电子设备的接收区域，并且电池单元和电池接收设备的线圈单元可以以相同的互补方式来构造。特别地，线圈单元以参照其纵轴镜像对称的方式来构造，以使得它可用作电池单元和电池接收设备中的相同部件。在该方面，在电池单元侧，具有NFC单元和感应线圈的线圈单元包含相对于外部世界的所有连接和通讯元件，其可从单一外壳侧来实施连接或通讯，优选地在面积方面最小的外壳侧，通常为长方体的外壳的前侧。
在一个有利实施例中，容置于电池接收设备中的数个电池单元可提供1.5kWh至1700kWh的总电容量。
在一个有利实施例中，至少两个或更多个电池***可连接到两个或更多个电池***以形成更大的***复合体。
在一个有利实施例中，电池单元和/或每个储存底座可包括用于可释放地锁定可更换的电池单元的机械和/或磁性锁定单元。锁定单元能够，优选地在充电和/或放电阶段，将电池单元***储存底座中的正确位置上和/或防止意外取下电池单元。机械锁定单元可包括例如位于电池单元的壳罩形状中和/或储存底座的***开口中的机械锁定结构，以防止***电池单元时的不正确位置取向，并还包括可通过致动元件来激活的拉出式锁，它可防止意外拉出储存底座，以使得在将电池单元锁定在储存底座中之后，保证线圈单元彼此之间的准确排齐。替代地或额外地，例如，至少在电池单元以预定功率数值充电或放电时，位于储存底座上的DC电磁线圈可吸引布置在电池单元的壳罩中的铁磁性轭元件，以防止电池单元以暴力方式被取下，直至能量转移以电子调节的方式终止。而且，有利地，可考虑在检测到故障的情况中，可设置基于排斥磁场原理的电磁线圈排列或发动机驱动弹出装置，作为储存底座和/或电池单元中的弹出装置，其在电池单元或电池接收设备(例如由过大的电流荷载、异常温度或压强增大或类似)检测到故障或警告时，或例如在不兼容的数据通讯或未支付能量费用的情况下，自动(部分地)从储存设施中弹出。
电池接收设备和/或电池单元有利地检测以库仑计数形式的所消耗或输出的电能的量。由电池单元作为安培秒存储的库伦是可由电池单元获得或释放的电荷量，并可例如通过测量基于时间的充电和放电电流来确定。基于参考数值，所获得和释放的总电荷量的测量值提供关于电池单元的电荷状态的间接信息，其中，电池单元在其寿命期间的状况和质量可以用按时间顺序的记录来记载。有利地，可以例如在电池单元内的类似于区块链的数据结构中或在云存储设备中并通过电池储存设备集中地存储在云存储设备中，按时间顺序地记录库伦计数，例如以便获得对所有相同电池单元的表现的分析，和例如以便随着使用年限的增长改变充电和放电表现，或设置电池单元的更换或更改用途。可基于库伦计数进行对电池单元的使用的计费和价钱评估。
有利地，电池单元的电池管理***提供单电池电荷的主动平衡。为了增大标称电压，电池组通常由数个个体单电池或串联连接的单电池组合构成，因此在实践中，单电池充电和放电是不同的。存在数种不同的平衡(即平衡单电池之间的电荷量)方法，称作被动和主动平衡。对于被动平衡，已经达到充电终止电压的单电池通过平衡电路连接到与单电池并联的额外电阻器，由此该单电池的电压限于充电终止电压。该单电池则仅略微进一步被充电或甚至略微放电，而同时，完全的充电电流继续被提供给串联连接的还未达到充电终止电压的单电池。在主动平衡器中，平衡器电路实现相邻单电池之间的电荷转移，并将能量从电荷更高的单电池转移到电荷更低的单电池。主动平衡的优点在于显著地更高的效率，这是因为多余能量仅小程度地转换成热量，以使得电池单元保持更长的工作寿命和在使用期间上的高容量。
在一个有利实施例中，电池接收设备可包括至少一个储存底座，优选地两个或更多个储存底座，储存底座具有至少一个可磁性互补地连接的线圈单元，优选地对于每个储存底座都包括一个用于无工具地***和取下电池单元的线圈单元。储存底座可具有典型的19英寸锁定尺寸，以使得，尤其是在具有大量储存底座的电池接收设备的情况中，可依赖于标准化宽度为19英寸的用于电气设备的支架的行业标准设计，其中可安装在该支架中的个体设备(“滑入式单元”)的前面板宽度正好为48.26厘米(＝19")(例如子支架)。高度单位指定为1.75英寸(＝4.445cm)，1/5英寸(＝5.08mm)插槽内的模块宽度的分隔单位(TE)，以使得给出适于此的电池单元的最大尺寸。这样的19英寸支架***对于全行业兼容性(EIA310-D、IEC 60297和DIN 41494SC48D)是标准化的，并提供用于提供电池单元场的模块化***。而且，可优选地在储存底座中设置有施压单元(尤其是弹簧元件)，以在处于***状态的电池单元上施加向着线圈单元方向的弹簧加载的压力。弹簧元件可设计为例如弯曲的滑动板。由此，当电池单元被推到储存底座中时，确保线圈单元紧密地彼此相对。在电池单元已经被推到储存底座中之后，施压单元也可由致动机构的机械楔入效应来提供，例如借助于门机构。
电池接收设备的每个储存单元有利地包括NFC单元，其以1:1通讯与所接收的电池单元通讯。还可考虑单个NFC单元与多个电池单元通讯。由此，可有利地设置线圈单元与每个储存单元的NFC单元的1:1关系，但也可以设置电池接收设备的线圈单元和NFC单元与多个电池单元的1:X关系。
而且，每个电池接收设备有利地包括更高级别的电池管理***，其可以通过NFC接口与每个电池单元通讯并控制电池单元的充电和放电过程，并可初始地读出电池单元的与操作相关的参数。特别地，可通过耐EMC的可靠的RS-485数据总线来进行内部通讯。储存底座侧的电池管理***有利地通过互联网网关连接到互联网，以与中央数据存储器(特别是云应用)交换数据，并允许电池单元的网络化数据监控。这还允许通用计费***，并可预测每个电池单元的寿命周期。由此，设置两级电池管理***，每个电池单元包括个体电池管理***，其可由电池接收设备的更高级的电池管理***来监控、控制，和如有必要，提供更新。
在电池接收设备的另一有利实施例中，上述的更高级的电池管理***具有中间电路，其DC中间电路电压为400V到800V。在该水平的中间电路电压下，DC高压能量可直接供给或释放，以使得例如光伏单元可直接以高压来供给，或者车辆可直接获取高压电压以充电或运作车载网络。在该方面，这样的电池接收设备也可直接设置在高压范围内输送能量，用于给电动车辆充电。电池管理***还使得内部DC中间电路与AC供电连接，或提供AC供电，其中，优选地使用双向工作转换器或逆变器来用于转换。转换器还可用作独立逆变器，可运作高电感和电容荷载两者，并可暴露于非正弦谐波电流荷载。转换器的半桥的多级(尤其3、5或7级)结构是特别有利的，以使得可实现供给的能量或提供的AC输出电压的降低的谐波含量，优选地提供高电容性DC链路容量，以平滑和缓冲可能发生的任何过电压。由此，即使在电池单元的不期望的断开连接或***或故障的情况下，电池接收设备仍可不中断地保持可运作。
电池接收设备还可有利地包括提供加热和/或冷却功能的主动温度控制设备。电池单元经受容量损失或有过热风险，尤其是在特别温暖或凉爽的环境中。至少在接收了的状态下，电池接收设备可为电池单元长时间持续运作维持优化温度水平。
在一个有利实施例中，电池单元可以封装在电池外壳中，并且可包括有至少一个、尤其是多个电池单元，线圈单元，电池管理***和NFC单元。在该实施例中，尤其重要的是包括至少一个NFC单元(近场通讯单元)。这可提供从电池单元到储存底座的至少单向的数据连接，优选地基于WiFi、蓝牙、RFID或其它NFC标准的双向数据连接和/或红外线接口单元。NFC是用于借助于松耦合线圈通过电磁感应在数厘米的短距离上以最大424kBit/s的数据传输率来无接触地交换数据的基于RFID技术的国际传输标准。然而，在本发明的范围内，NFC单元可使用WLAN或其它短程无线电通讯或IR通讯。NFC单元的目的在于传输和记录运作数据和参数，例如要之后读出或传输的类型要求，电池单元的明确寻址，电压、电流、温度、充电状态的历史，误差讯息和日志，运作小时计数和存储来自存储器单元的数据的存储器。该传输与感应能量传输分开且独立地进行。因此，电池单元的运作数据和状态也可使用移动终端设备(例如智能手机、智能手表、平板电脑或类似设备)来读出，而不必为了该目而激活线圈单元。为此，也可在电池单元处于断电待机模式时传输信号，例如使用移动设备上的应用程序。由此，即使当电池单元停用且取下时，通过使得终端设备靠近并将其布置在线圈单元侧，移动终端设备上的应用程序可被用于从电池单元读出与运作有关的数据，以使得能够对电池单元进行简单的监控和电池维护。NFC单元特别有利地布置在用于感应能量传输的线圈单元的外壳中，以使得能够实现紧凑的结构性单元，以及分体变压器布置的感应线圈和电池单元和电池接收设备的相对的通讯NFC单元两者的空间紧密定位。在断电状态下，可借助于储存底座或读取设备的传输器线圈的轻微能量输入，通过使其接近读取器(例如智能手机)或通过将其***储存底座中，被动地激活NFC单元，并将电池管理***从深沉休眠阶段中唤醒。由此可实现非常长的储存和待机时间而没有能量被内部信号通讯和持续监控消耗。
电池单元的电池管理***可有利地通过上述电池平衡来提供电池保护功能，提供与电池接收设备的数据通讯，控制DC/DC转换器以进行充电-放电运作，并控制线圈逆变器以进行双向感应能量交换。
特别有利地，线圈单元和NFC单元可在结构上集成在电池外壳的前侧，该前侧相对于电池外壳的其它侧表面而言面积更小。由此可实现感应线圈和无线数据接口之间的紧密连接。在与该前侧相对的表面上优选地布置有施压单元，尤其是弹簧元件，以在该前侧上在储存底座中的***状态下施加弹簧加载的压力。弹簧元件可设计为例如弯曲的滑动板。由此，当电池单元被推到储存底座中时，确保线圈单元彼此紧密相对。在电池单元已被推到储存底座中之后，施压单元可通过致动机构的可机械地调节的楔入效应来提供或释放压力。
在一个实施例中，可考虑总容量为10kWh的电池储存设备。电池储存设备可包括串联连接的数个(优选地六个)磷酸铁锂扁平电池，例如每个具有500Wh的容量。这允许实现21伏的充电终止电压和19.2伏的标称电压。由磷酸铁锂扁平的单电池制成的单电池具有可靠的表现和针对***的固有安全性的优点，使得该类型的单电池适于恶劣的处理和极端温度条件。使用DC-DC升压级，电压可增大到电池侧中间电路的40至48伏。这接着是作为两级或更多级的逆变器或整流器-逆变器单元的电子斩波器单元，其具有连接到电池侧线圈单元的线圈。该电池单元可封装在单个外壳中。电池接收设备的接收侧线圈单元可布置在电池接收设备的外壳中，例如侧壁、后壁上的柜子中或滑入式基部中或滑入式盖板中。
在本例子中，考虑将接收侧线圈单元布置在侧壁中。由电池侧线圈单元生成的PWM调制交变磁场可在接收侧线圈单元中感应出交流电流。
可选地，作为接收线圈的接收侧线圈单元能够构造为使得在每个情况下，电池侧线圈单元的单一线圈与多个电池侧线圈单元相对或延伸经过多个电池侧线圈单元。
线圈单元的交流电流由功率电子设备、优选地通过斩波器的基于PWM的控制(即通过感应可用的磁场交变场来调节电压或电流强度的逆变器)来控制。逆变器对线圈电流的频率和电流强度的调节适于线圈单元的电磁构造，以使得能够以低泄露损失实现尽可能高的线圈单元之间的能量转移的效率。
在一个有利实施例中，电池单元可以机械地封闭，不具有任何开关或对外的开口，并可仅通过感应来充电和放电。经由外壳感应地解除电耦合的电池单元的该布置的优点在于无需在电池单元中安装开关或接触件，并且在运作期间可安全地取下和***电池单元。这允许被充电或放电的电池单元从一个位置更换到另一个位置。例如，电池单元可在外壳(电池井)中被充电，并如有必要，用作移动应用(电动交通)中的额外储存。
电池单元的电子设备可包括电池管理***。为此，电池外壳构造为使得能量仅在电池接收设备与电池单元之间的先前的积极数据通讯之后才从电池单元流出或流入电池单元。通讯可以是电池管理***的一部分，并可按照扩展为包括AC(1)-AC(2)分离的构件的常规协议进行。
电池单元可有利地在位置A仅用一个作为线圈单元的变压器线圈来充电，运输到另一位置B，并在那里重新放电。
感应地分隔的电池单元允许多种即插即用变型。能量储存可被充电和直接(即无需松开插头)取下，并供给给具有反线圈的电消费者。有各种可行的应用，例如(仅举几例)将电池单元用于所有类型的工匠设备，尤其是在商业领域中，园艺工具、割草机、商用焊接设备、电磁炉、各种应急电源设备。根据独立于能量生成的通过NFC通讯的数据通讯，可提供不仅是状态信息还有计费信息，例如要为出租的电池单元提供电能配额。每次将电池单元放入电池接收设备并置入用户的计费账户中时，都可交换计费数据。用户可使用用户的移动数据设备(例如智能手机、智能手表或类似设备)与电池单元之间的NFC通讯来登录和退出。
电池单元可被调整适于各个耗能件。充电单元还有放电单元与个体电池单元的电感耦合对于本发明是决定性的。
为了以尽可能高的功率-重量比在应用中(例如在焊接机中和割草机的情况中)使用充电了的电池单元，可有利地使用锂聚合物单电池。
上述柜子或数个电池单元的电池接收设备中的感应地分隔的电池单元的另一优点在于可同时或彼此相邻地接收不同类型的电池。它们可以是锂聚合物单电池或磷酸铁锂单电池。还可以是铅单电池或镍氢单电池。对可使用的单电池没有限制。在实践中，会提及一些类型的单电池，例如不同的锂类型。
大量的电池单元可装载在集装箱或架子排列中，并如有必要安全地取下。
可考虑不同的功率范围，例如作为移动电源(移动)＝4kWh或6kWh，作为电源架(Power Rack家用)＝12kWh或20kWh，作为大型电源架(Power MRack)＝1.7MWh。
个体电池单元可从运作期间的20kWh或1.7MWh***取下，并例如***到4kWh***。
当使用移动牵引(即电动车辆中)时这是特别有利的。安全操作允许非专业人士用感应技术来更换电池单元。
在电池单元的一个实施例中，在电池管理***的单纯的功率电子设备以外，还可安装微控制器、电压监控、温度监控、电子时钟、WLAN模块和/或蓝牙或其它无线电通讯模块。此外，可在电池模块中设置保险丝和用于记录日志的存储器，和可选地主动或被动RFID芯片。在该情况下，使用该技术能够以对功率传输优选的方式来调节线圈频率。本电池单元能够例如以防篡改的方式在区块链数据结构中，带有时间戳和温度地进行所有充电和放电过程，并且该信息能够被传递给中央信息存储和处理设备，例如云存储设备或基于因特网的功率管理和控制***。电池单元的预测性更换和远程维护也是可行的。可通过电池单元与电池接收设备的NFC数据接口来进行网络访问，电池接收设备无线或有线地连接到信息存储和处理设备。
在一个实施例中，各个电池单元的特定信息能够被传递给电池接收设备的开关柜中的电子设备。包含个体模块化电池单元的电池接收设备的储存底座存储关于各个电池单元的信息。
如果电池单元位于电池接收设备的储存底座中，它们能够以主从模式彼此通讯，其中，电池接收设备可以是主设备。该通讯能够与连接有多个硬盘的计算机相媲美。硬盘是感应耦合的电池单元。
使用单个单电池的感应技术的一大优点在于，可以在腐蚀性环境或水中使用电池单元。耗能件(例如电机)以及功能储存设备两者都可完全封装，不具有暴露的电接触件。这在海事应用中是有利的，并可良好地用于这些应用中。
以下说明具有线圈单元的电池单元的一个示例性实施例。一定数量的单电池首先串联连接，并借助于DC-DC转换器从例如12V转换成更高的中间电路电压，例如32V。该电压在之后的级被转变成具有更高频率的正弦交流电压。该交流电压连接到电池侧线圈单元。整个装置被封装，尤其是用水不可渗透的塑料层，以使得没有从外部可达的电接触件。电池单元可由此实现IP 65或更高的保护级别。与单电池或电子设备的能量交换排他地通过线圈单元来进行，以使得在电池单元上找不到电接触件。
对于该电池单元，接收侧的具有适于所期望的电压的相同绕组或线圈绕组的线圈单元是必需的，以便能够吸收和输出能量。该反线圈连接到具有控制单元的功率电子设备。控制单元根据性能或主动地调节电流。如已在上文所述，两个感应线圈可有利地在空间上分隔，至少一个位于封闭的外壳中。在一个实施例中，不包含电池的接收侧线圈单元连接到耗能件，该耗能件是本身通过感应机构致动的电机。结果是电池***由多个构件组成，所有这些构件之间彼此完全电气隔离。在该组合中，尤其是在此所述的尺寸为100Wh直至10kWh的作为独立储存单元的例子中，这样的电池***能够以多用且可靠的方式来使用。
一个具体的应用是在液体环境中、尤其是在水环境中使用电池单元。对于本领域技术人员而言，出现的唯一边界条件是不言而喻的，即对于浸没溶液使用不可溶解的外壳材料。
电池单元能够以充电状态或未充电状态储存在例如海洋、湖泊或其它水中，并持久地暴露于周围的水环境而不经受损坏。在该情况下，“持久”指数天到数年的时期。损坏应理解为水和/或水中的离子进入。对此的前提条件是防腐外壳材料，例如氟化烃、聚乙烯、聚丙烯、PVC类型。
一个可行的应用是在海事领域。潜水员和洞穴潜水员可将充电了的电池单元运输和放置到水中的位置，在这之后的某一时间，电池单元连接到耗能件。能量通过感应传输给耗能件。耗能件的工作性能(例如发光、驱动发动机等)是电气隔离的，以使得当给电池充电或运作时，水不能进入整个***。
在一个实施例中，上述电池单元可在下水道和类似环境中使用。
一个具体实施例是在包含一个或更多个磁阻电机的整体***中使用具有多个电池单元的电池***。磁阻电机与它们的供能装置电气隔离。
一个有利的应用可以是在防***区域中使用储存单元(所谓的***保护)。
在另一个有利的实施例中，电池接收设备可设计为用于将一个电池单元连接到另一电池单元和/或用于个体电池单元充电和/或放电的中间开关元件，并且为此，储存底座仅包围电池单元的外壳的一部分区域，并且优选地包括两个相对或相邻的储放单元，以能够至少临时且无工具地感应连接一个或两个电池单元。该类型的具有显著减小的功能范围的电池接收设备不一定要求连接到外部网络，与固定电池接收设备相比，可能具有降低的功能特性。中间开关元件可具有有限的用于单纯从电池单元提取能量以用于例如230V AC插座运作的功能性，或用作具有USB端口的电子移动设备的充电站。也可设置从完全充电的电池单元到放电的电池单元的直接能量转移，以使得还可允许不同尺寸的电池单元之间的电池到电池的充电。该中间开关元件相对小、方便，且易于运输。
附图说明
附图的其他优点由附图的当前描述得出。在附图中示出了本发明的示例性实施例。附图、说明书和权利要求书包含众多组合的特征。本领域技术人员会方便地还单独地考虑特征并将它们组合到其它有用组合中。由此示出：
图1：根据本发明的一个具有两个电池单元30和电池接收设备20的电池***10的实施例的示意性电路原理图；
图2：在图2a至2g的数幅细节剖视图中，示出能够与电池接收设备20电感耦合的电池单元30的一个实施例；
图3：在图3a至3d的数幅局部图示中，示出用于接收一个、两个或更多个电池单元30的移动电池接收设备20的一个实施例；
图4：用于高能量储存和输送以及给大量电池单元30充电和用于供给更大的耗能件或储存来自更大的再生能源生产者的能量的集装箱式电池***100(Power-MRack大型电源架)的一个实施例；
图5：用于公用的电池单元30的充电和更换的柱式电池接收设备110的一个实施例。
在附图中，用相同的附图标记来给相似的元件编号。附图仅示出例子，不应理解为限制性的。
附图和图示包含来自试样设计的数据。附图中的所有信息构成本说明书的一部分。
具体实施方式
在图1中示意性地示出电池***10的第一实施例的电路原理图。电池***10由用于给两个电感耦合的电池单元30充电的电池接收设备20构成，所述电池单元机械引导地接收在电池接收设备20的储存底座50中。每个电池单元30包括多个串联连接的单电池40，其在单电池电压电路82中提供大约10V至16V的DC电压。在单电池电压电路82与电池中间电路84之间可通过具有升压和降压能力两者的双向DC/DC转换器交换能量。电池中间电路84可以以例如32V的DC电压来运作。在电池中间电路84上可布置有具有尤其是两个半桥的两级或多级逆变器32，以便在电池线圈电路84中提供用于操作感应线圈单元42的交流电压。借助于PWM控制，能够调节线圈电路84中的交流电源供给的频率和能量，以通过线圈单元42感应接收或输出电能。线圈电路84优选地以大约70kHz的频率范围来运行，线圈单元42的电磁特性对于该频率范围被优化。
与线圈单元42并行地布置有NFC单元38，尤其是在空间上相邻地布置在电池单元30的外壳壁上。这可与电池接收设备20的对应NFC单元28交换双向数据，无论线圈单元42的能量传递状态如何。由此可读入或读出数据，即使是在中间电路82、84、86中没有其它电流时，以使得电池单元30在待机模式中不经受功率损失并仍可被访问。为了该目的，输入NFC单元38的少量能量可足以提供其通讯能力。NFC单元38有利地布置在共用的反铁磁壳体中，例如与线圈单元42一起布置在铝半壳壳体中，该线圈单元由线圈耦合板覆盖的，该线圈耦合板代表壳体侧的壁区域。NFC单元38连接到电池管理***36，该电池管理***监控和控制单电池36的充电和放电过程，以及优选地通过RS485提供用于识别电池单元30的数据、类型、充电状态(库伦计数)、使用寿命和其它各种数据，并控制充电电子设备。
电池接收设备20对于每个电池单元30具有位于储存底座50中的单独的线圈单元26，和与其在空间上相邻的用于数据交换的NFC单元28，并由上级电池管理***52控制，以及分别用于逆变器24的线圈单元26，和用于供给例如来自燃料电池或光伏***和转换器48的能量的输入和输出侧DC/DC转换器22，以供给和输出交流或三相电能。为了该目的，双向转换器可包括两个用于整流或逆变DC中间电路电压的逆变器单元。设置为操作每个电池单元30的线圈单元26的逆变器24以与电池侧线圈电路86匹配的频率来运作线圈电路88。充电或放电运作中的能量传递的频率和细节可通过在空间上与线圈单元26相邻的NFC单元28与电池侧NFC单元38来协调，并将信息发送给电池接收设备30的确定和控制所要求的参数的上级电池管理***52。电池管理***52可有利地建立与因特网的网关接口，例如通过基于GSM的无线电接口、WLAN、蓝牙，或通过电力线通讯(PowerLAN)，以便能够访问外部云应用和收费。在电池接收设备20内可设有具有400V-800V的高压电压水平的DC中间电路90，以使得可提供对于AC电网运作的直至400V、PV电压直接DC供给的直至800V或供给高压车辆电气***的DC电池管理***52的直至800V的所要求的电压。在该方面，电池侧线圈单元42和接收侧线圈单元88的分体变压器设备可有利地已经进行传播比为1:10至1:20的电压转换。
在分图2a至2g中，以侧视图和剖视图详细地说明电池单元30的一个实施例的结构设计。为了该目的，图2a示出正视图，图2b示出电池单元30的外壳44的侧视图。在前侧，即与具有线圈单元42的前部面相反的一侧，设置有电池把手76用于携带以及滑入和滑出电池单元30，外壳44具有大致呈长方体的形状并被完全封装，并主要包括金属套。线圈单元42布置在与把手侧相对的侧表面上，其被由塑料制成的线圈耦合板覆盖，其中，在接触表面区域上优选地设置有分段铁磁性局部区域，在这些局部区域中，两个线圈26、42的铁氧体轭彼此面对以最大化磁通量并最小化浪费。通过NFC单元38的与电池侧电池管理***36的NFC数据通讯也可通过线圈耦合板42来进行。
在把手侧可布置有与把手76相邻的一个或多个压强释放阀门74，以使得在单电池40有缺陷的情况下，过剩压强可从外壳44排出。压强释放阀门74可设计为呈止回阀的形式。
在图2b的侧视图中，以侧视图示出线圈单元42的平面，在图2a和图2b中示出其它图2c至2g的剖面线。
图2c以图2b的剖视图C-C示出线圈单元42的详细构造，其在结构上和功能上与线圈单元26互补，并遵循一般性线圈单元60的基本概念。线圈单元60包括作为铝半壳体外壳92的非铁磁性半壳体外壳，其包括用于接收NFC单元28、38的接收区域78和线圈接收区域。在线圈接收区域中有大量呈血小板形状的相互电隔离的布置为形成铁氧体磁芯半壳体64的铁氧体元件66，铁氧体磁芯半壳体64具有凸起的接触表面68和形成用于接收感应线圈62的壳体区域72的凹陷的返回区域70。接触表面68用于将形成的磁通量传递到互补相对的线圈单元60的对应接触表面68中，而不会产生散射损耗。感应线圈62可以由大致椭圆形的细长扁平线圈构成，其中，线圈线可例如由扭曲的高频绞线构成。整个线圈装置70在其机械尺寸和电磁参数方面针对50-10kHz的频率范围、尤其是对于70kHz的工作频率进行了优化。高频股线像是许多(隔离的)单根钢丝绳一样绞制在一起，因此可抵消集肤效应(skineffect)。为了该目的，高频编织物的绞制角度、扁平线圈形状的半径尺寸和有效长度和宽度和圈数可与所想要的频率范围匹配。线圈62连接到电池单元30的线圈电路86或电池接收设备20的线圈电路88，互补的线圈装置42、26有利地能够以这样的方式改变它们的绕组比率，使得能够提供电池单元30的中间电路84或电池接收设备20的中间电路90的期望电压水平。
图2d以剖视图A-A示出纵向侧横截面和图2e示出电池单元30的横向侧横截面B-B。该电池单元包括四个单电池40，它们在上侧由电池管理***36的电路板装置限定。在图2d的剖视图的右侧(在图2e中的左侧)示出弹簧元件46。电池接收设备20的储存底座50在横向方向上接收电池单元20，以使得在图2d中的左侧示出的线圈装置42在弹簧压力下抵着储存底座50的侧壁。在该侧壁上，电池接收设备20的线圈单元26(也在图2d的左侧和图2e中示出)与电池单元30的线圈单元42摩擦地表面接触，以最小化磁场交换耦合的杂散场(strayfield)。
电池管理***36包括用于充电和放电的功率转换元件，作为斩波器或逆变器32的PWM驱动电路，用于通过逆变器32和DC/DC转换器34操作线圈电路86以将10V-16V的电池电压电路82双向转换成32V的中间电路84。此外，电池管理***36提供NFC单元38的通讯设备，用于控制和状态数据的双向交换，其由处理器和存储***来支持。可通过NFC接***换的数据包括电池单元30的唯一标识、类型信息、寿命周期信息、当前充电状态、电流和电压水平、能量状态(库伦计数)历史，和其它数据。NFC接口可通过靠近断电的读取器，被动地从待机模式被激活，以使得电池单元在待机状态下不消耗任何能量。
在图2f和图2g的另外的局部图示D和D*中，示出线圈单元42和26的电感耦合状态(图2f)和解耦状态(图2g)。线圈单元26、42如图2c所示地构造，并可在绕组比值方面不同或可以是相同的。接收线圈单元26、42的半壳体外壳92的打开区域由薄的线圈耦合板80分隔。薄的线圈耦合板80的厚度以及铁氧体磁芯半壳体64彼此之间的预定排齐确定了电感耦合的泄漏损耗和能量传输效率。线圈耦合板80可有利地在彼此分隔开的一些区域中具有铁磁性插件，用于在构成变压器芯的铁氧体半壳体64的接触表面68之间引导磁通量。图2f示出电池单元30的电感耦合状态，图2g示出用于电池接收设备20的储存底座50的电池单元30的电感分离状态，例如是在充电或放电期间进行交换以提供热插拔功能的情况下。
图3a、3b和3c示出可配备有三个电池单元30的具有移动电池接收设备20的电池***10的一个示例性实施例的正视图、侧视图和E-E剖视图。电池接收设备20以拉杆箱的方式配置有足部和运输辊58。携带把手56可延伸以形成伸缩杆或缩到外壳54中，以方便电池***的运输，该电池***在完全配置时重量可以是35至60kg。在图1中详细所述的更高级别(上级)的电池管理***布置在外壳54的上部区域中，并且可用被动冷却结构或主动冷却***来控制温度。通过打开盖板或盖门，可暴露其中在横向方向上插有如图2b所示的电池单元30的三个储存底座50，以使得布置在窄侧表面上的它们的线圈单元42与储存底座50的线圈单位26接触。在该情况中，弹簧元件(未示出)或施压单元可提供通过弹簧压力加载的两个相对的线圈单元26、42的特定排齐。电池单元的储存底座50和/或外壳44可通过具有互补形状的结构来确保电池单元30在储存底座50中的正确定位和排齐。在外壳54的侧壁上可设置有用于从电池单元30获取数据并用于接收和设定充电和放电设置以及如有关的话支付细节的触摸控制面板112。
图3c是图3b的E-E剖视图，其具有三个被接收了的电池单元30(以剖视图示出)。还示出每个电池单元的四个单电池40。借助于弹簧元件46将每个电池单元30压在储存底座50的线圈单元26的接触表面上，以使得可提供线圈单元26、42的优化的电感耦合。没有示出用于USB电压、用于供给和取出48V电压的双向48V DC保护性电压接口、800V DC高压输入、借助于IEC连接器和Schuko插座以提供230V的AC主电压的主电压输入的各种供电和提取连接。借助于电池***10的该实施例，可提供用于例如露天庆祝活动或用于工地的工具加工的能量供给，而且可给车辆、供给或类似设备的电池单元充电，由此提供最大个人保护并排除不正确操作。
电池单元20(动力电池)的一个实施例可优选地配备有磷酸铁锂或锂离子单电池。LiFe电池技术的显著之处在于其高的使用深度、整个使用期间的恒定电压、短充电时间，以及空间消耗和性能之间的优化比值。
电池单元20(动力电池)可通过并联连接而模块化地扩展，并可集成在任何尺寸的能量网络中。当充电时，单个单电池可提供直至2kWh的能量，电池效率高于95％，输出功率直至2.4kW。电池单元20可提供最小自放电、长使用寿命、高充电深度和周期稳定性，并可在运作期间安全地充电(可热插拔)，不发生电弧，必须断开或连接电气连接，否则电气组件可能会由于过高电流而受损。在内部电池管理***36中可提供根据单电池电压和单电池温度的主动电流调节(降额)。外壳44可设计为还满足根据UN38.3的运输测试的金属制的、封闭的、无接触单电池外壳。这是由于自2003年起对于锂充电电池的运输适用特殊规定。这些UN运输规定(例如：UN 3090、UN 3480、UN 3481)由UN颁布，并适用于陆路、水路和航空运输。
借助于运输辊58和运输把手56可动的电池支架20(电源支架)可接收两个、三个或更多个处于储存底座50中的电池单元20。外部供给连接和运行选项可以是50Hz的230V插座、USB输出、QI充电器，或触摸屏。可提供用于例如看电视20个小时、听无线电70小时或具有24小时可用的冰箱的能量的电量。最大输出功率可以直至3.6kW，可储存的能量的量可以直至6kWh。
基于上述移动电池接收设备的概念，更大的、优选地静止的(例如布置在住宅或办公建筑中的)电池接收设备20(电源支架)提供多个用于接收直至10个电池单元30的储存底座50，由此能够储存直至20kWh的能量，其优选地由光伏或风能源来供给，并且当需要时，以直至10.8kW的输出功率再次输出。电池单元30的充电和放电两者都通过有效和安全的感应技术来实现。为了这样的充电，可用可持续性能源(例如光伏设备、风能)或还由50Hz的三相供电网络或还由400-800V DC的高压DC或48V DC来给更大的电池接收设备20充电。
图4示出集装箱式电池***100(大型架/大型电源架)，架式电池接收设备102布置在集装箱外壳中，位于架式电池接收设备102的架式储存底座50中的多个电池单元30可并行布置。它们通过能量总线和数据总线彼此连接，每个储存底座50具有线圈单元26和NFC单元28。电池管理***52(未示出)与集装箱的打开侧相对地连接以连接到外部电网、用于供电的光伏或风能设备，以运作并行且彼此独立的多个电池单元50，即以便能够充电或能够将能量供给回供电网络以用于短期至中期能量供给。输出功率可直至0.75MW，可储存的总输出可达到直至每个集装箱1.7MWh。主电源侧供给和输出可以是电压为380-480V AC的三相AC，而且48V DC或直至800V的高压供给是可行的。电池***100可由此供给建筑或更大的网络，或储存在原地获取的能量以用于之后的工业用途。它由此代表具有高效率的现代电池***，其中容量可模块化地扩展并对于高周期效率设计。体积、性能和可靠性之间的关系适于高供给安全性和灵活使用。
图5提供具有用于多个电池单元30的电池接收设备20的柱式电池***110(充电器)，个体储存底座50可由门来上锁。用户可借助于操作面板112来控制电池单元30的充电或放电过程，并尤其可控制支付充电***的所想要的能量的电量、收费和出借和电池单元30的返还。柱式电池***由此提供公共充电站的概念，该公共充电站提供便捷的给电池单元30充电的方式。部署在人们常去的无障碍的可通达的城市位置，柱式电池***允许用户将用过的电池单元30更换为新充电的。控制面板112的直观触摸屏显示易于使用并提供简单且无现金支付选项。例如，使用者可在合适的订阅或通过***或智能手机来支付之间转换。该柱式电池***110在可持续能量循环中组合了电池单元30供给和充电站。
附图标记清单
10 电池***
20 电池单元
22 储存底座侧DC/DC转换器
24 储存底座侧逆变器
26 储存底座侧线圈单元
28 储存底座侧NFC单元
30 电池单元
32 电池侧逆变器
34 电池侧DC/DC转换器
36 电池侧电池管理***
38 电池侧NFC单元
40 单电池
42 电池侧线圈单元
44 电池外壳
46 弹簧元件
48 储存底座侧转换器
50 储存底座
52 储存底座侧电池管理***
54 电池座的外壳
56 运输把手
58 运输轮子
60 线圈单元
62 线圈
64 铁氧体磁芯半壳体
66 铁氧体元件
68 接触表面
70 推理区域
72 壳体区域
74 压强释放阀门
76 电池手柄
78 NFC板区域
80 线圈耦合板
82 单电池电压电路
84 电池中间电路
86 电池线圈电路
88 线圈电路
90 中间电路
92 线圈单元半壳体外壳
100 集装箱式电池***
102 架式电池座
110 柱式电池***
112 控制面板

Claims (10)

1.一种电池***(10、100、110)，其包括电池接收设备(20)和一个或多个电池单元(30)，其特征在于，所述电池单元(30)能够双向感应地耦合到彼此和/或所述电池接收设备(20)以充电和放电，并且所述电池接收设备(20)能够连接到外部电源和/或能量阱，所述电池单元(30)包括线圈单元(42)并且所述电池接收设备(20)对于每个可移除的电池单元(30)都具有储存底座(50)，所述储存底座具有用于无需工具地***和移除电池单元(30)的、可磁性互补地连接的线圈单元(26、60)。
2.如权利要求1所述的电池***(10、100、110)，其特征在于，所述电池单元(30)的线圈单元(42、60)和所述电池接收设备(20)的线圈单元(26、60)可机械地分隔开，所述两个线圈单元(26、42)被分隔的最大距离为110mm，优选地为100mm，特别优选地为10mm，更特别地是1mm，由此优选地设置有至少一个作为电池侧线圈单元(42、60)的盖子的非铁磁性线圈耦合板，其尤其具有用于引导磁通量的铁磁性区域。
3.如权利要求1或2所述的电池***(10、100、110)，其特征在于，至少一个线圈单元(26、42、60)包括大致形状为椭圆形的细长扁平的单个线圈(62)，其中，优选地，线圈绕组由高频编织物构成，并且所述线圈单元(26、42、60)在其机械尺寸和电磁参数方面针对50-100kHz的频率范围、尤其是针对70kHz的运作频率进行了优化，并且由此优选地，所述线圈(62)设置在半壳体外壳(92)中，并嵌入在由分段的铁氧体元件(66)制成的铁氧体磁芯半壳体(64)中，以使得所述线圈单元(26、42、60)的厚度与长度/宽度的比值至少为1:5，优选地为1:8，特别是1:10或更高，并且其中，优选地，在所述线圈单元(26、42、60)中包括有NFC单元(28、38)。
4.如上述权利要求中任一项所述的电池***(10、100、110)，其特征在于，所述电池单元(30)是机械封闭的，不具有对外的开口和开关，并仅可通过感应来充电和放电。
5.如上述权利要求中任一项所述的电池***(10、100、110)，其特征在于，所述电池单元(30)和/或所述电池接收设备(20)的储存底座(50)包括机械和/或磁性的锁定单元，以能够***正确位置、和/或防止尤其是在充电和/或放电阶段期间意外取下所述电池单元(30)。
6.如上述权利要求中任一项所述的电池***(10、100、110)，其特征在于，接收在电池接收设备(20)中的数个电池单元(30)提供1.5kWh至1700kWh的总电容量。
7.一种包括至少两个或更多个如权利要求6所述的电池***(10、100、110)的复杂***，其特征在于，所述两个或更多个电池***(10、100、110)相互连接以形成更大的***复合体。
8.一种在如上述权利要求中任一项所述的电池***(10、100、110)中使用的电池接收设备(20)，其特征在于，所述电池接收设备(20)具有至少一个、优选地两个或更多个储存底座(50)，所述储存底座具有至少一个可磁性互补地连接的线圈单元(26、60)，优选地每个储存底座(50)都具有一个线圈单元以无需工具地***和移除电池单元(30)，其中，优选地，在储存底座(50)中设置有施压单元，特别是弹簧元件(46)，以对处于***状态的电池单元(30)施加弹簧加载的压力。
9.一种在如权利要求1至6中任一项所述的电池***(10、100、110)中使用的电池单元(30)，其特征在于，所述电池单元(30)封装在电池外壳(42)中，并包括至少一个、特别是多个单电池(40)、线圈单元(26、60)、电池管理***(36)和用于至少单向、优选地双向的数据通讯的NFC单元(28)。
10.如权利要求9所述的电池单元(30)，其特征在于，所述线圈单元(26、60)和所述NFC单元(28)在结构上集成在所述电池外壳(42)的前侧，该前侧相对于所述电池外壳(42)的其它侧的表面面积更小，并在于，与该前侧相对的表面上优选地设置有施压单元，尤其是弹簧元件(46)，以在储存底座(50)中的***状态下在该前侧上施加弹簧加载的压力。
CN201980023937.1A 2018-03-03 2019-03-04 电池储存*** Pending CN112889172A (zh)

Applications Claiming Priority (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018001655 2018-03-03
DE102018001655.3 2018-03-03
DE102018001665 2018-03-04
DE102018001665.0 2018-03-04
DE102018001983.8 2018-03-13
DE102018001983 2018-03-13
PCT/DE2019/000055 WO2019170185A1 (de) 2018-03-03 2019-03-04 Batteriespeichersystem

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112889172A true CN112889172A (zh) 2021-06-01

Family

ID=67224561

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980023937.1A Pending CN112889172A (zh) 2018-03-03 2019-03-04 电池储存***

Country Status (6)

Country Link
US (2) US20210091436A1 (zh)
EP (1) EP3762992A1 (zh)
JP (1) JP7317846B2 (zh)
CN (1) CN112889172A (zh)
DE (1) DE202019101228U1 (zh)
WO (1) WO2019170185A1 (zh)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110588380B (zh) * 2019-08-09 2024-05-10 华为数字能源技术有限公司 可充放电的储能装置、无线充电***及电动汽车
DE102019123967A1 (de) * 2019-09-06 2021-03-11 Volkswagen Aktiengesellschaft Batteriesystem für ein Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug mit austauschbarer Batterie
CA3159550A1 (en) * 2019-10-30 2021-05-06 Momentum Dynamics Corporation Contactless swappable battery system
DE102020214504A1 (de) * 2020-11-18 2022-05-19 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Kopplungsschnittstelle zur mechanischen und elektrischen Kopplung eines Fortbewegungsmittels und einer Batterie
JP7504785B2 (ja) 2020-12-25 2024-06-24 株式会社マキタ 充電器
US20240170976A1 (en) * 2021-03-23 2024-05-23 Green Cubes Technology, Llc Battery management system with battery current control for parallel batteries
DE102021113937A1 (de) 2021-05-29 2022-12-01 Bos Balance Of Storage Systems Ag Energiesystem
WO2023107587A1 (en) * 2021-12-07 2023-06-15 InductEV, Inc. Contactless swappable battery system
US20230234821A1 (en) * 2022-01-24 2023-07-27 Oshkosh Corporation Bi-directional charging system for a lift
DE102022204176A1 (de) 2022-04-28 2023-11-02 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Ladesystem, Batteriesystem und Verfahren zum Betreiben des Batteriesystems
DE102022213105A1 (de) 2022-12-06 2024-06-06 Volkswagen Aktiengesellschaft Kraftfahrzeug mit einem Hochvoltbordnetz

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010077759A2 (en) * 2008-12-16 2010-07-08 Eveready Battery Company, Inc. Inductive battery systems and methods of operation
US20110086256A1 (en) * 2009-10-08 2011-04-14 Etymotic Research Inc. Rechargeable Battery Assemblies and Methods of Constructing Rechargeable Battery Assemblies
EP2328223A1 (en) * 2009-11-30 2011-06-01 Broadcom Corporation Battery with integrated wireless power receiver and/or RFID
DE102010026608A1 (de) * 2010-07-09 2012-01-12 Magna Steyr Fahrzeugtechnik Ag & Co. Kg Energieversorgungs-Modul und Anschlußvorrichtung hierfür
JP2012157219A (ja) * 2011-01-28 2012-08-16 Hitachi Maxell Energy Ltd 受電ユニット、該受電ユニットを備えた充電システム及び電気機器
CN104467129A (zh) * 2007-05-08 2015-03-25 莫琼移动股份有限公司 用于便携式设备的感应充电的***和方法
CN106887883A (zh) * 2012-02-29 2017-06-23 松下知识产权经营株式会社 充电装置
CN106981932A (zh) * 2016-12-21 2017-07-25 周氏创艺国际有限公司 无线充电装置和其方法
CN206432789U (zh) * 2016-01-27 2017-08-22 麦君恒 促进对电池供电装置进行无线充电的***和设备

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2430721B1 (en) * 2009-05-12 2020-04-22 Auckland UniServices Limited Inductive power transfer apparatus and electric autocycle charger including the inductive power transfer apparatus
US9561730B2 (en) * 2010-04-08 2017-02-07 Qualcomm Incorporated Wireless power transmission in electric vehicles
JP2012120277A (ja) * 2010-11-30 2012-06-21 Canon Inc バッテリーシステム
WO2013014878A1 (en) * 2011-07-24 2013-01-31 Makita Corporation Battery pack system and method for recharging a battery pack

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104467129A (zh) * 2007-05-08 2015-03-25 莫琼移动股份有限公司 用于便携式设备的感应充电的***和方法
WO2010077759A2 (en) * 2008-12-16 2010-07-08 Eveready Battery Company, Inc. Inductive battery systems and methods of operation
US20110086256A1 (en) * 2009-10-08 2011-04-14 Etymotic Research Inc. Rechargeable Battery Assemblies and Methods of Constructing Rechargeable Battery Assemblies
EP2328223A1 (en) * 2009-11-30 2011-06-01 Broadcom Corporation Battery with integrated wireless power receiver and/or RFID
DE102010026608A1 (de) * 2010-07-09 2012-01-12 Magna Steyr Fahrzeugtechnik Ag & Co. Kg Energieversorgungs-Modul und Anschlußvorrichtung hierfür
JP2012157219A (ja) * 2011-01-28 2012-08-16 Hitachi Maxell Energy Ltd 受電ユニット、該受電ユニットを備えた充電システム及び電気機器
CN106887883A (zh) * 2012-02-29 2017-06-23 松下知识产权经营株式会社 充电装置
CN206432789U (zh) * 2016-01-27 2017-08-22 麦君恒 促进对电池供电装置进行无线充电的***和设备
CN106981932A (zh) * 2016-12-21 2017-07-25 周氏创艺国际有限公司 无线充电装置和其方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP2022523888A (ja) 2022-04-27
DE202019101228U1 (de) 2019-06-24
US20230016346A1 (en) 2023-01-19
WO2019170185A8 (de) 2020-01-02
WO2019170185A1 (de) 2019-09-12
EP3762992A1 (de) 2021-01-13
US20210091436A1 (en) 2021-03-25
JP7317846B2 (ja) 2023-07-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112889172A (zh) 电池储存***
US20230011299A1 (en) Method for Increasing Safety During Charging of a Vehicle Battery
CN108352537B (zh) 用于多种应用和电动车辆的便携式且模块化储能器
US20190372354A1 (en) Portable Power Supply
US9099892B2 (en) Portable power systems
US9917286B2 (en) Power storage device, power storage system, electronic apparatus, electric vehicle, and electric power system
US9552920B2 (en) Contactless power transfer system
US11025073B2 (en) Module maintenance system
US20130020993A1 (en) Multi-Mode Electric Vehicle Charging Station
WO2019010582A1 (en) SYSTEM AND METHOD FOR SECURING, RECHARGING AND OPERATING AN ELECTRICAL BICYCLE
CN102569705B (zh) 蓄电设备、连接设备、蓄电***、电子装置、和电动车辆
US20140017528A1 (en) Rack-mount power supply device and battery pack including detachable connector
US20110234150A1 (en) Battery charging apparatus
EP3116739B1 (en) Portable bi-directional multiport ac/dc charging cable system
US11241975B2 (en) Electric vehicle home microgrid power system
CN110192318B (zh) 向多个储能部件供应能量和/或提供能量的设备和方法
US20180241237A1 (en) Mobile Electric Storage Device
CN109599924A (zh) 电气供电设备及包括其的壁式插头
CN205385310U (zh) 电池充电箱
JP2014054022A (ja) 充放電システム
KR20140028482A (ko) 정전대응이 가능한 휴대용 에너지저장 배터리팩 전원 장치
US20120025758A1 (en) Contactless power transfer system
WO2014080710A2 (en) Power receiving device, power transmitting device, and electric vehicle
CN115848322A (zh) 一种电动汽车充电***以及方法
JP5999576B2 (ja) 家屋用電力供給システム、家屋及び電気自動車

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination