CN118076510A - 用于电动车辆的电力供应*** - Google Patents

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Abstract

一种车载电力供应***，其包括：多个电力仓，每个电力仓保持多个电力单元；以及机械输送***，用于更换电力单元。每个电力单元包括控制器和具有围绕通孔缠绕的线圈的电力转换器。每个电力仓包括控制器和具有磁芯的电力转换器，该磁芯具有穿过电力单元的通孔的柱。磁芯的多个部分可以打开以允许电力单元更换。由每个电力仓保持的电力单元的磁力彼此平行并且通过磁场耦合耦接至电力仓。还公开了一种电动机，其包括这种电力单元作为其定子的一部分，电力单元的线圈围绕定子的磁芯的各部分设置，以用作定子的线圈。

Description

用于电动车辆的电力供应***
发明的背景
技术领域
本发明涉及一种用于电动车辆的电力供应***，并且具体地，本发明涉及一种用于电动车辆的电池电力供应***以及相关的电力单元更换和充电站，以及相关的操作和使用方法。
背景技术
电动车辆变得越来越流行。然而，当前的用于电动车辆的基于电池的电力供应***仍然遭受以下问题，诸如限制车辆里程的电力容量不足、终端用户的充电时间长、电池寿命、缺乏灵活性、安全性和可靠性问题等。
发明内容
本发明的实施例提供了一种用于电动车辆的电力供应***。电力供应***包括以下部分：车载电力供应***，以及电力单元更换和充电站及相关的电力***。本发明的实施例还提供了操作和利用电力供应***的各种方法。
根据本发明的实施例的电力供应***具有以下优点和益处。它可以减少电力传输(transfer)到电动车辆所需的时间。它可以减轻电动车辆所有者和终端用户关于电池寿命持续时间的担忧。它可以降低电动车辆所有者和终端用户的购买和维护成本。由于充电站(尤其是超级充电站)不断增加，它可以降低配电网的压力。它可促进采用电动车辆。它能够提高电动车辆的可靠性。它可以延长电池的寿命(运转时间)并减慢电池性能的劣化。它可以提高车辆性能。它可以增加区域内的电网的灵活性并且增强其鲁棒性。它可以改善其中保有电动车辆的家庭中的电力供应性能、质量和稳定性，并且降低房主的能量成本。
本发明的附加的特征和优点将在以下的描述中进行阐述并且部分地从描述将是显而易见的，或者可以通过实践本发明来学习。本发明的目的和其他优点将通过在书面说明书及其权利要求以及附图中特别指出的结构来实现和获得。
为了实现上述目的，本发明提供一种电力供应***，其包括：多个电力单元，每个电力单元具有一个或更多个电池单元和单元侧电力转换器，该电力单元限定通孔，该单元侧电力转换器包括围绕通孔缠绕的线圈；至少一个电力仓，每个电力仓具有仓侧电力转换器，该仓侧电力转换器包括磁芯和围绕该磁芯的一部分缠绕的线圈，该磁芯包括多个柱(post)，每个柱被配置为穿过电力单元之一的通孔，其中磁芯被分为多个块(piece)，其中多个块的第一子集能够相对于块的第二子集移动以在关闭状态与打开状态之间重新配置磁芯，其中在关闭状态中，多个块彼此机械地接触以形成没有气隙的闭合磁路，并且在打开状态中，第一子集和第二子集中的在关闭状态中彼此机械地接触的一些块被机械地分离，其中打开状态被配置为允许每个电力单元移动到柱周围或远离柱的位置；其中每个电力单元由至少一个电力仓之一保持，并且被配置为与电力仓形成磁场耦合，以在电力单元与电力仓之间双向地传输电力；***电力总线，其电耦合到每个电力仓；以及机械输送***，其被配置为机械地移动磁芯的多个块的第一子集，并且相对于至少一个电力仓机械地移动电力单元。
在一些实施例中，每个电力仓的磁芯还包括：第一端部构件、第二端部构件和仓侧柱，其中在关闭状态中，第一端部构件和第二端部构件彼此面对，仓侧柱和多个柱设置在第一端部构件和第二端部构件之间并与第一端部构件和第二端部构件接触，并且其中在打开状态中，第二端部构件与仓侧柱和多个柱分离。
在一些实施例中，每个电力单元还包括耦合到单元侧电力转换器并被配置为控制单元侧电力转换器的单元侧控制单元，并且每个电力仓还包括耦合到仓侧电力转换器并被配置为控制仓侧电力转换器的仓侧控制单元。
在一些实施例中，或者：每个电力单元的单元侧控制单元被配置为测量穿过电力单元的通孔的磁芯的柱中的磁场的频率和相位，并且基于测量的结果控制单元侧电力转换器，或者：每个电力单元的单元侧控制单元被配置为从仓侧控制单元接收关于磁芯中的磁场的频率和相位的信息，并基于所接收的信息控制单元侧电力转换器。
在一些实施例中，电力仓和由电力仓保持的电力单元被配置为使用第一频率的磁场耦合将电力从电力仓传输到电力单元中的至少一个电力单元，以及使用不同于第一频率的第二频率的磁场耦合将电力从电力单元中的至少另一个电力单元传输到电力仓。
在一些实施例中，电力仓和由电力仓保持的电力单元被配置为使用磁场耦合将电力从电力单元中的至少一个电力单元同时传输到电力单元中的至少另一个电力单元和电力仓。
在一些实施例中，每个电力单元的单元侧控制单元和保持电力单元的电力仓的仓侧控制单元被配置为通过磁场耦合来彼此传送(communicate)数据和命令。
在一些实施例中，用于在电力单元与电力仓之间双向地传输电力的磁场耦合具有第一频率，并且用于在单元侧控制单元与仓侧控制单元之间传送数据和命令的磁场耦合具有不同于第一频率的第二频率。
在一些实施例中，每个电力单元的单元侧控制单元被配置为读取或记录与电力单元的操作相关的历史和状态信息，并将所记录的历史和状态信息传送到保持电力单元的电力仓的仓侧控制单元，其中历史和状态信息包括以下各项中的一项或更多项：电池单元状态、电力单元标识或序列号、电力单元型号、电力单元的充电和放电状态、电力单元更换和充电站或泵信息、电力单元充电或放电锁定或解锁状态、以及电力单元永久禁用状态。
在一些实施例中，电力供应***包括多个电力仓，其中至少一些电力仓包括与至少一些其他电力仓不同数量的电力单元。
在一些实施例中，电力供应***还包括***控制器，该***控制器电耦合到每个电力仓的仓侧控制单元并配置为与每个电力仓的仓侧控制单元进行通信，其中***控制器被配置为在多个电力仓和电力单元之间执行负载平衡。
在一些实施例中，所有电力单元具有相同的机械尺寸，并且具有相同或不同的能量存储容量。
在一些实施例中，每个电力单元还包括电池单元禁用药剂(agent)。
在一些实施例中，电力供应***还包括包围多个电力单元、至少一个电力仓和机械输送***的外壳，其中外壳具有存取(access)端口，并且其中机械输送***被配置为将任何电力单元从任何电力仓移动至存取端口或从存取端口移动至任何电力仓或在电力仓之间移动。
另一方面，本发明提供一种操作车载电力供应***的方法，包括：提供多个电力单元，每个电力单元具有一个或更多个电池单元、单元侧电力转换器和单元侧控制单元，该电力单元限定通孔，该单元侧电力转换器包括缠绕在该通孔周围的线圈；提供至少一个电力仓，每个电力仓具有仓侧电力转换器和仓侧控制单元，仓侧电力转换器包括磁芯和缠绕在磁芯的一部分周围的线圈，磁芯包括多个柱，每个柱被配置为穿过电力单元中的一个电力单元的通孔，其中磁芯被分为多个块，其中多个块的第一子集能够相对于块的第二子集移动以在关闭状态与打开状态之间重新配置磁芯，其中在关闭状态中，多个块彼此机械地接触以形成没有气隙的闭合磁路，并且在打开状态中，第一子集和第二子集中的在关闭状态中彼此机械地接触的一些块被机械地分离，其中打开状态被配置为允许每个电力单元移动到柱周围或远离柱的位置；通过机械输送***将磁芯配置为打开状态，将电力单元中的一些电力单元装载到电力仓中，然后将磁芯配置为关闭状态，其中在关闭状态中，每个被装载的电力单元的通孔围绕多个第二柱中的一个第二柱设置，并且磁芯形成闭环；通过磁场耦合将电力从装载在电力仓中的电力单元中的第一电力单元传输到电力仓；以及通过磁场耦合将电力从电力仓传输到第一电力单元或装载在电力仓中的电力单元中的第二电力单元。
在一些实施例中，该方法还包括：从车载电力供应***卸载耗尽或部分耗尽的电力单元，以及从电力单元更换站装载经充电的电力单元。
在一些实施例中，将电力从第一电力单元传输到电力仓使用第一频率的磁场信号，并且将电力从电力仓传输到第二电力单元使用与第一频率不同的第二频率的磁场信号，并且其中将电力从第一电力单元传输到电力仓以及将电力从电力仓传输到第二电力单元同时发生。
在一些实施例中，该方法还包括：在将电力从第一电力单元传输到电力仓的同时，同时地将电力从第一电力单元传输到电力单元中的第三电力单元。
在一些实施例中，该方法还包括：由电力仓或一些电力单元，生成用于电力传输的磁场；由每个电力单元的单元侧电力转换器，或由电力仓的仓侧电力转换器，将磁力转换成电力或将电力转换成磁力；由电力仓的仓侧控制单元控制仓侧电力转换器；以及由每个电力单元的单元侧控制单元基于或者：测量磁芯的柱中的穿过电力单元的通孔的磁场的频率和相位，或者：从仓侧控制单元接收关于磁芯中的磁场的频率和相位的信息，来控制单元侧电力转换器。
在一些实施例中，该方法还包括：由每个电力单元的单元侧控制单元读取和记录与电力单元的操作相关的历史和状态信息，其中历史和状态信息包括以下各项中的一项或更多项：电池单元状态、电力单元标识或序列号、电力单元型号、电力单元的充电和放电状态、电力单元更换和充电站或泵信息、电力单元充电或放电锁定或解锁状态、以及电力单元永久禁用状态；以及通过使用与第一频率和第二频率不同的第三频率的磁场耦合，在电力仓的仓侧控制单元与和电力仓接触的每个电力单元的单元侧控制单元之间传送数据和命令。
另一方面，本发明提供一种电动机，其包括：转子；磁芯，其包括围绕转子设置的多个第一端部件(end piece)、与第一端部件间隔开的一个或更多个第二端部件、以及各自在多个第一端部件中的一个第一端部件与一个或更多个第二端部件中的对应第二端部件之间延伸并且与其相接触的多个柱；以及多个电力单元，每个电力单元包括一个或更多个电池单元和单元侧电力转换器，电力单元限定通孔，单元侧电力转换器包括围绕通孔缠绕的线圈，其中磁芯的多个柱中的一个柱穿过电力单元的通孔，其中磁芯和多个电力单元的线圈形成电动机的定子。
在一些实施例中，一个或更多个第二端部件与第一端部件在转子的径向方向上间隔开，并且其中多个柱中的每一者在多个第一端部件中的一个第一端部件与一个或更多个第二端部件中的对应第二端部件之间在径向方向上延伸。
在一些实施例中，一个或更多个第二端部件与第一端部件在转子的轴向方向上间隔开，并且其中多个柱中的每一者在多个第一端部件中的一个第一端部件与一个或更多个第二端部件中的对应第二端部件之间在轴向方向上延伸。
在一些实施例中，多个第一端部件、一个或更多个第二端部件以及多个柱至少被划分为部件的第一子集和部件的第二子集，其中部件的第一子集相对于部件的第二子集是可移动的，以在关闭状态与打开状态之间重新配置磁芯，其中在关闭状态中，多个柱中的每个柱机械地接触多个第一端部件中的一个第一端部件和一个或更多个第二端部件中的对应第二端部件，并且在打开状态中，第一子集和第二子集中的在关闭状态中彼此机械地接触的一些部件被机械地分离，其中打开状态被配置为允许每个电力单元移动到柱周围或者远离柱的位置。
在一些实施例中，每个电力单元进一步包括单元侧控制单元，该单元侧控制单元耦接到单元侧电力转换器并且被配置为控制该单元侧电力转换器，并且该电动机进一步包括电动机侧控制器，该电动机侧控制器通信地耦接到多个电力单元中的每个电力单元的单元侧控制单元、被配置为与该单元侧控制单元传送控制信号和数据，并且该多个电力单元的单元侧电力转换器将存储在这些电力单元中的电能转换成被配置为使该转子旋转的磁场。
在一些实施例中，电动机侧控制器通过经由磁芯的磁场耦合通信地耦合到多个电力单元中的每个电力单元的单元侧控制单元。
在一些实施例中，每个电力单元进一步包括辅助通信端口，其中该电动机进一步包括多个通信塔，并且其中该电动机侧控制器使用磁场或电磁波经由这些通信塔和这些电力单元的辅助通信端口通信地耦接至该多个电力单元的单元侧控制单元。
在一些实施例中，该电动机是感应电动机、开关磁阻电动机或同步磁阻电动机。
在一些实施例中，电动机侧控制器用机器学习和人工智能进行编程。
应当理解的是，前面的一般性描述和以下详细描述是示例性和说明性的，并且旨在提供对所要求保护的本发明的进一步解释。
附图说明
图1是示出了根据本发明的实施例的车载电力供应***的整体结构的示意性框图。
图2是根据本发明的实施例的车载电力供应***的电力单元的示意性框图。
图3A和图3B示意性地示出了根据本发明的实施例的电力单元的结构。
图4和图5A-5D示意性地示出了根据本发明的实施例的示例性电力仓。图4示出了未***电力单元的分解图。图5A和图5B分别示出了未***电力单元的处于打开和关闭状态的电力仓，图5C和图5D分别示出了***电力单元的处于打开和关闭状态的电力仓。
图6是根据本发明的实施例的***电力单元的电力仓的示意性框图。
图7A-10D示意性地示出了根据本发明的其他实施例的被配置为具有直接装载到其中的电力单元的电动机。
图11是根据本发明的实施例的装载有电力单元的电动机的示意性框图。
图12示意性地示出了根据本发明的实施例的车辆中的车载电力供应***的示例性位置。
图13示意性地示出了根据本发明的实施例的在电力单元更换和充电站处的车辆与泵之间的电力单元更换的情形。
图14示意性地示出了根据本发明的实施例的电力单元更换和充电站的结构。
具体实施方式
在2021年2月6日提交的共同未决的美国专利申请第17/169416号(‘416申请)中，介绍了一种电力供应***，其包括电力仓阵列和***电力供应总线。每个电力仓可以保持多达预定义数量的电力单元阵列。电力或能量可以在***电力供应总线与和其连接的任何电力仓之间双向传输。电力或能量还可以在电力仓与保持在该电力仓中的任何电力单元之间双向地传输。电力仓与由它们保持的电力单元之间的电力或能量传输通过链接电力仓与电力单元的磁场发生。此外，数据和控制信号可通过磁场在电力仓与由它们保持的电力单元之间传输。通过使用基于磁场的链路，即使在散列环境中具有可替换的电力单元，电力传输也更可靠。此外，多个电力单元的输出可以容易地相加在一起，使得可以通过简单的放大来构建高功率输出电力***，而无需可能引入安全问题的复杂结构。然而，该电力***具有如下讨论的一些缺点。
首先，电力单元侧和电力仓侧都包括磁芯。这会限制电力***在不同应用中的性能和灵活性。在不同的应用中，用来制造磁芯的材料可以是不同的，该磁芯的作用是允许磁通量穿过，以在电力仓与电力单元之间形成电力或能量链路以及数据链路。一些材料(如铁氧体)可能够在高达几百兆赫的频率下操作，但其相对磁导率可能仅高达几万。它们可在低于1T的点处达到磁饱和。对于一些其他材料(如某些合金)，它们的工作频率可能仅达到几百千赫兹，但是它们的相对磁导率可能超过十万。并且它们可以在超过1T的点处达到磁饱和。如果电力单元的设计具有集成的磁芯，则它会限制其应用和使用情况。
在‘416申请和本申请中，术语磁芯是指由具有高磁导率的磁性材料制成的磁芯，例如，诸如铁的铁磁金属、或诸如铁氧体的铁磁化合物。任何合适的材料可用于形成磁芯。
其次，为了减少磁阻并且提高电力供应***的功率密度，在上述电力***中，需要最小化电力单元的磁芯与电力仓之间的气隙。这将需要电力单元的磁芯和电力仓的磁芯的紧密装配容差。因为电力单元需要在车辆与电力单元更换设施之间转移，所以在这种转移期间电力单元中的磁芯的任何损坏可能导致使用具有损坏磁芯的电力单元的电力供应***的性能退化。此外，磁芯向电力单元增加重量，当以高速进行电力更换和传输时，这可能对车辆内部或者电力单元更换设施中的机械结构施加更多应力。
为了解决上述问题，本发明的实施例提供了一种新的车辆电力供应***，其中磁芯的所有部件都位于电力仓上。在电力单元侧，不再有任何磁芯。
图1中示意性地示出了根据本发明的第一方面的车载电力供应***1的整体结构。该整体结构与‘416申请的图1中示出的结构相同。每个电动车辆中的电力供应***1包括电力单元阵列10，该电力单元阵列包含大量电力单元12，优选地具有相同的机械尺寸。不同电动车辆中的电力单元阵列可具有用于保持不同数量的电力单元的不同容量。这种差异使得不同类型和尺寸的电动车辆能够使用相同机械尺寸的电力单元。本文，机械尺寸是指电力单元的机械维度，而不是电力单元的能量存储容量。具有相同机械尺寸的电力单元可以具有不同的能量存储容量和性能；例如，一些电力单元可以被设计成在短时间段内输送大量能量，而其他电力单元可以被设计成用于轻负载并且具有较长的充电保持时段(即，低自放电)和较长的寿命。
车载电力供应***1还具有内置的机械输送***20，用于保持电力单元12并且将***内部的任何电力单元物理地移动至车载电力供应***的存取端口21，该存取端口出于电力单元更换的目的延伸至车辆的开口或端口。机械输送***20包括用于将电力单元支撑并固定在位的支撑结构和用于移动电力单元的传送***；机械输送***被构造为使得电力供应***中的任何电力单元12可以在任何方向(例如，x、y和z方向)上机械地移动。机械输送***20具有将阵列中的任何电力单元移动到端口21并且将电力单元从端口21放置到电力单元阵列中的任何位置的能力。在电力单元更换站处，将电力单元12移动至端口21并且将电力单元从该端口移动至电力单元阵列中可以在不同的时间段内或同时发生(例如，如果端口21足够大以容纳同时穿过其的两个或更多个电力单元)。后者将有助于缩短更换车辆中的电力单元阵列中的电力单元的周期。这将缩短在电力单元更换站处将电力传输到车辆的时间段。
机械输送***20可具有任何合适的结构，只要其可满足本公开中所描述的要求即可。机械支撑和输送***广泛用于制造、运输、物流以及无数的其他工业和其他领域。基于对本公开的描述，相关领域的普通技术人员可以实现适合于车载电力供应***的机械输送***20，而无需过多的实验。机械输送***20可包括例如但不限于以下机械组件中的一些：导轨、带、链、齿轮、齿条、杠杆、辊子、枢轴、夹具、弹簧、磁体、电磁体、电动机和致动器、机械臂等、以及它们的组合。机械输送***20还包括所有必要的控制组件，所述控制组件可以是电耦接至***控制器32(稍后更详细地描述)的电路和/或控制器，用于控制机械输送***的各个机械组件的移动。
电动车辆中的电力单元阵列10可根据终端用户的需要完全或部分地填充有电力单元12。电动车辆可用部分填充的电力单元阵列正常操作。在操作期间，保持在电力单元阵列中的全部或部分电力单元可以向车辆提供电力。可以设计策略来以指定的顺序或基于指定的标准从电力供应***中的这些电力单元汲取电力。车载电力供应***1能够从其电力单元阵列10中的指定电力单元12汲取电力并且在车辆的其他部件和每个电力单元之间交换信息。车载电力供应***还可将电力从电力单元阵列内的一些电力单元传输到其他电力单元。
图2示出了根据本发明的实施例的电力单元12的框图的示例。电力单元12包括电力单元侧转换和控制单元121和电池容器122。一个或更多个电池单元123被保持在电池容器122内。此外，可选的电池单元禁用药剂124(例如，化学电池的化学物质)也可以被包括在电池容器中。该电池单元禁用药剂可以改善车载电力供应***的安全性和车辆的安全性。在紧急情况下，例如，当车辆或电力供应***1中的传感器检测到可能导致电池单元中的火灾的可能的碰撞或极高温度时，如果电力单元中的电池单元是化学电池，则电力单元侧转换和控制单元121将激活电池单元禁用药剂124以化学地禁用电池单元123。在另一示例中，当检测到化学电池单元的泄露时，或者当检测到化学电池单元的其他缺陷时，电力单元侧转换和控制单元121可激活电池单元禁用药剂124。
电力单元侧转换和控制单元121中的两个子部件是电力转换器(powerconverter)125和控制单元126。控制单元126(其包括电子电路和/或可编程控制器和/或其他合适的部件)控制电力单元12中的操作，并与仓侧转换和控制单元(稍后描述)进行通信，使得可以在电力单元12与车载电力供应***1的其他部件之间交换信息。此外，可以将控制命令从电力供应***1的其他部件发送到每个电力单元12的控制单元126。
控制单元126可具有以下附加功能：充电和放电控制功能、保护功能控制、电池健康监测器功能(包括结构完整性检查，该结构完整性检查可包括电池容器泄漏检测功能)、诸如电池充电和放电历史记录功能之类的电池历史记录功能、能量使用历史记录功能(哪个汽车在哪个时间间隔内使用电池单元；电池单元何时被放电及其何时被充电等)、更换站历史记录功能(在哪个更换站对电池单元进行充电、电池单元何时被放入车辆中等)、错误或故障历史记录功能(它何时何地发生故障)、电池单元记录功能的使用或寿命(放电期间过电流的发生、充电或放电期间温度过高或过低的发生、强碰撞历史等)、安全锁功能(电力单元只能在被授权更换之后被激活，并且汽车可以通过将电池单元锁定在其中而被深度锁定)、电池单元禁用药剂控制，等等。还可以通过车辆中的控制***来进行授权，该控制***通过任何无线通信网络(例如，Wi-Fi或手机网络)与电力更换站或电力单元供应者进行通信。这些各种历史记录功能可以由在控制单元126内具有存储器的处理器执行，其中正在记录的信息从电力单元12内和车辆中的其他地方的传感器以及从诸如更换站之类的外部信息源获得。以上列出的各种历史记录功能可以以本领域中通常已知的方法实现并且本文不详细描述。
由控制单元控制的电力单元的操作可以包括但不限于：从保持电力单元的电力仓获取操作命令；启动电力转换器并且将电力从电力单元发送到电力仓；启动电力转换器并且从电力仓接收电力到电力单元，并且使用该电力来对电池单元进行充电；在电力单元与电力仓之间传输信息，该信息可以包括但不限于：电力单元中的电池单元状态、电力单元标识或序列号、电力单元型号、电力单元的充电和放电状态，电力单元更换和充电站或泵信息、电力单元充电或放电锁定或解锁状态、电力单元永久禁用、用于电力传输的信号频率、用于不同目的的通信的信号频率等；监控电力单元的运行，将信息记录到其内置存储中；实现电力单元内的保护功能，包括但不限于：过温保护、内部电路过压、欠压保护、过流保护；在可以包括但不限于以下项的情况下的电力单元锁定功能：未经授权的信息读取和写入、未经授权的发送或接收电力的请求、任何物理形式的黑客行为；在可以包括但不限于以下项的条件下使用内部电池单元禁用药剂永久地禁用电池单元：检测到可能与车辆碰撞有关的过度加速、或对电力单元的意外物理撞击、或检测到可能与车辆或电池更换泵或设施中的火灾有关的过高温度、或从诸如保持电力单元的电力仓之类的上层子***接收到电池单元禁用命令。在图3A和图3B的实施例中，电力单元的下部包含电池容器。电池容器保持电池单元和电池单元禁用药剂。电池单元可以是能够保持能量并且生成或提供电力的任何类型的能量存储单元。能量存储单元可以是例如任何种类的化学电池或超级电容器。
电力转换器125由相应的控制单元126控制，并且用于从电池单元123中汲取电力并且将电力从电形式转换成磁场形式。它可包含缠绕在穿过电力单元的通孔127(见图3A和图3B)周围的一个或更多个线圈(图中未示出)。如下面将更详细地描述的，当电力单元由电力仓保持时，电力仓的磁芯的一部分将穿过通孔127。由电力转换器125产生的AC电信号被用于驱动线圈以在磁芯中产生磁场。电力转换器125还可以从磁芯中的磁场汲取功率(power)并且使用它来对控制单元126供电并且对电池单元123进行充电。在转换器125中还包括电池单元保护电路以保护电池单元和控制单元。转换器125的一个实施示例包括：振荡器，其从电池单元123汲取电力且产生AC电信号以驱动线圈；以及整流器电路，其产生DC电信号以对电池单元进行充电。
用于将电力从电力单元传输到保持这些电力单元的电力仓(稍后更详细地描述)或从电力仓传输到电力单元、或在由相同的电力仓保持的电力单元之间传输的AC信号可具有与用于在车载电力供应***中的电力单元与电力仓之间进行数据通信的信号的频率不同的频率。这确保了电力单元与电力仓之间的电力传输和数据通信两者可以同时进行而不会彼此干扰。
图3A示意性地示出了电力单元12的示例性结构。请注意，附图不一定按比例绘制；附图的目的是示出电力单元12可以被构造的方式。电力单元12的通孔127被电力单元侧转换和控制单元121的电力转换器125和控制单元126包围，并且电池容器122接合至电力单元侧转换和控制单元121。注意，不要求控制单元126设置在通孔的周围，只要求电力转换器125的线圈设置在通孔127的周围。此外，通孔127可具有任何合适的截面形状，例如圆形、椭圆形、多边形等；图3A示出了圆形作为一个示例。
图3B示意性地示出了电力单元12的另一示例性结构，其包括耦接至电力转换和控制单元121的附加的辅助通信端口128。辅助通信端口可被添加在电力转换和控制单元的一侧或更多侧上。辅助通信端口可经由磁场或任何波长的电磁波(例如，推断的范围中的无线电波或光波)在电力单元12与外部设备之间进行通信。辅助通信端口被放置成使得如果磁场被用于信息传输，则该磁场的方向垂直于用于电力单元与诸如电力仓之类的外部设备之间的电力或能量交换的磁场的方向。以这种方式，由于用于电力或能量传输的磁场所引起的干扰将被减少。当由于磁芯的有限的工作频率范围或由于来自不能容易地减少并且导致电力单元的通信问题的用于电力或能量传输的磁场的强干扰而导致带宽受限时，一个或更多个辅助通信端口128将是有用的。
在车载电力供应***中，电力单元阵列10由保持在一个或更多个电力仓14中的电力单元12形成(见图1)。每个电力仓14可以保持多达预定数量的电力单元12。在图4(分解图，没有***电力单元)、图5A和图5B(分别为打开状态和关闭状态，没有***电力单元)以及图5C和图5D(分别为打开状态和关闭状态，***电力单元)中示出了可保持多达六个电力单元12的电力仓14的示例。图6示出了保持多个电力单元12的电力仓14的示意性框图。
如图6所示，每个电力仓14包括仓侧转换和控制单元141，该仓侧转换和控制单元141包括仓侧电力转换器143和仓侧控制单元144。电力转换器143电耦合到***电力总线31，并且包括磁芯142和缠绕在磁芯的一部分周围的一个或更多个线圈(未示出)。电力转换器143用于在电形式与磁场形式之间转换功率(power)。电力传输的方向可以是从***电力总线31到磁芯142，或从磁芯142到***电力总线31。类似于电力单元12的电力转换器125，电力转换器143可包括振荡器和整流器电路。通过电力转换器125和143以及磁芯142，电力经由电感耦合在***总线31与电力单元12之间传输。
在图4和图5A-5D中，示出了电力仓14的简化结构图。由具有高磁导率的磁性材料(诸如铁磁性或亚铁磁性材料)制成的电力仓14中的磁芯142包括：两个端部构件(优选为板形)142A和142B，这两个端部构件布置成彼此面对(并且如果它们是板形，则平行)；以及多个柱142C和142D，这些柱布置在两个端部构件之间并且与两个端部构件机械地接触。在所示实施例中，柱基本上彼此平行地延伸，但这不是必需的。该多个柱包括第一柱142C和多个第二柱142D。第一柱142C穿过仓侧电力转换器143的通孔145，其中仓侧电力转换器的线圈缠绕在该通孔周围。多个第二柱142D中的每个柱适于穿过电力单元12的通孔127。为了方便起见，在以下描述中，穿过仓侧电力转换器143的第一柱142C有时被称为“仓侧磁芯(或柱)”，并且穿过单元侧电力转换器125的每个第二柱142D有时被称为“单元侧磁芯(或柱)”，但是应当理解，第二柱142D是电力仓的组成部分，而不是电力单元。
磁芯142被机械地分成两个分开的部分142-1和142-2。两个部分中的一个部分(例如，142-1)包括端部构件中的一个端部构件(例如，142A)以及固定地接合至该个端部构件的多个柱142C、142D，并且两个部分中的另一个部分(例如，142-2)包括端部构件中的另一个端部构件(例如，142B)。当这两个部分在关闭状态中被带到一起时(利用来自机械输送***的辅助装置)，多个柱被带到与该另一个端部构件接触，且由这两个部分形成没有气隙的闭合磁路。注意，尽管在图4和图5A-5D的实施例中，所有柱142C和142D都固定地接合至端部构件中的一个端部构件，但在替代实施例中，一些柱可固定地接合至一个端部构件以形成第一部分，而其他柱可固定地接合至另一个端部构件以形成磁芯的第二部分。
可以采用将磁芯142的部件机械地分成两部分的其他方式，或者磁芯142可以被机械地分成相对于彼此可移动的多于两个部分，只要两个或更多个部分可以相对于彼此机械地移动到打开状态(其中电力单元可以不具有磁芯并且可被更换)即可。例如，每个第二柱142D可以由分别附接到第一端部构件142A和第二端部构件142B的两个区段形成，并且第一端部构件和第二端部构件连同第二柱的各个区段可移动远离彼此以允许电力单元更换。在另一示例中，第二柱142D穿过第一端部构件142A或第二端部构件142B中的相应通孔，并且第二柱可纵向移动穿过通孔，使得第二柱可从电力单元的通孔中抽出以允许电力单元更换。在另一示例中，代替如图5A所示的在柱的纵向方向上的分离，第二端部构件142B可横向地移动(即，在垂直于柱的方向上)，或在纵向和横向两者上移动，远离第二柱142D的下端移动。进一步，存在在空间上布置关闭状态下的磁芯142的各个部件的许多其他方式，以及在打开状态下将这些部件机械地分成两个或更多个部分以允许单元更换的相应方式。本发明不限于任何特定的空间和机械布置。
更一般地，电力仓的磁芯包括多块(piece)磁性材料，其包括多个柱，每个柱被配置为容纳围绕其的电力单元(即，穿过电力单元的通孔)，其中多块中的至少一些块能够相对于一些其他块移动，使得磁芯能够在关闭状态(用于电力传输操作)与打开状态(用于电力单元更换)之间重新配置。在关闭状态中，多个块彼此机械地接触以形成没有气隙的闭合磁路。在打开状态下，通常彼此接触的一些块被机械地分离，使得电力单元可以移动到围绕柱的其预期位置中或从其远离。具体地，例如，每个柱的一端或两端在打开状态下与其他块分开。
仓侧控制单元144对电力仓的操作进行控制，并经由供电总线与***控制器32进行通信，以确保车辆电力供应***整体的正常操作。仓侧控制单元144还控制机械输送***20中的致动器(图4和图5A-5D中未示出，参见图1)以基于操作要求移动磁芯142的一个或两个部分142-1和142-2。在图4、图5A和图5B中，所示的电力仓14是空的。当需要将电力单元放入电力仓中或从电力仓中移除电力单元时，仓侧控制单元144将控制机械输送***20中的致动器，以便首先将磁芯的两个部分分离。然后，它将通知***控制器32使用机械输送***来将电力单元移动到电力仓中或者将电力单元从电力仓中移除。当完成电力单元的移动时，***控制器32将通知仓侧控制单元144，仓侧控制单元144将控制机械输送***中的致动器以将磁芯的两个部分带到一起以形成关闭状态。图5D示出了***有电力单元12的电力仓14的关闭状态，其中多个第二柱142D穿过电力单元的通孔127。在这种状态下，电力仓14准备好向电力***总线提供电力或能量或从电力***总线接收电力或能量。仓侧控制单元144将向电力***控制器32发送准备好进行操作信号。
如前所述，在图5A和图5B中，分别示出了磁芯处于打开状态和关闭状态中的空电力仓。在图5C中，呈现了填充了电力单元但磁芯处于打开状态的全装载的电力仓。在图5D中，呈现了处于磁芯的两个部分被带到一起的状态中的同一电力仓。在这种状态下，形成闭合磁路而没有趋于在磁路中引起高磁阻的任何气隙。图4和图5A-5D仅给出了如何将磁芯布置成不同部分以使得电力单元可移动到电力仓内或从电力仓移出以及在将电力单元放入电力仓之后如何形成没有气隙的闭合磁路以使得电力仓准备好进行操作的一个简单示例。可以采用其他合适的配置。
在优选实施例中，在电力单元侧，电力转换器包括用于能量转换和双向数据传输或通信的一个或更多个线圈和相关电路。在优选实施例中，线圈限于某些尺寸。即，一个或更多个线圈的大小应限制在特定长度内，并且线圈的内大小(例如，具有圆形形状的线圈的内径)应具有下限，使得即使线圈具有封装或保护盖，穿过线圈的通孔127的直径也具有不低于某个值的下限。这将确保大小达到该某个值的电力单元侧磁芯(第二柱142D)能够容易地穿过通孔127。磁芯的第二柱142D具有外大小上限，使得其可穿过电力单元的通孔127。第二柱142D还应具有足够大以使得其可穿过电力单元的线圈的长度并且然后接触电力仓14的电力转换器中的磁芯的另一端142B并形成闭环的最小长度。如前所述，在优选实施例中，电力仓的磁芯可制成两部分。在一些实施例中，磁芯可被制成机械夹具结构的一部分，该机械夹具结构可用于将电力单元12保持在电力仓14中。
从以上描述可见，在电力单元12的电力转换器中，不再存在任何磁芯。这是本实施例的电力单元与‘416申请中描述的电力单元之间的主要差异之一。本实施例的结构的有益效果包括：
1.可减小电力单元的重量。这使得在车辆内或者在电力单元更换和充电站内或者在电力单元更换和充电站中车辆与电力单元更换泵之间移动它们更容易。这也降低了移动电力单元的功耗。
2.从电力单元消除磁芯还有助于使电力单元更紧凑。
3.从电力单元消除磁芯还为电力***提供更多的灵活性。以此方式，根据不同的需求，在电力仓侧，电力转换器中的磁芯可根据需求由不同的材料制成。相同的电力单元可以用于具有由不同材料制成的芯的电力仓中。
4.从电力单元消除磁芯也使得电力单元更鲁棒并且能够承受更严重的冲击和振动。
现在描述电力单元和电力仓的操作。
电力通过由磁芯142建立的磁场耦合而在电力单元12与保持电力单元的电力仓14之间进行传输。该电力传输可以是双向的，即，从电力单元12到电力仓14，或从电力仓14到电力单元12。这在图6中由电力单元12与仓侧转换和控制单元141之间的双向箭头示意性地指示。此外，双向电力传输可以发生在同一电力仓14内的电力单元12之间，例如，电力可以从一个电力单元传输到电力仓，并且同时从电力仓传输到不同的电力单元，或者在电力单元之间传输，如在图6中由电力单元12之间的双向箭头示意性地指示的。双向地将电力传输到不同的电力单元的能力同时实现了电力单元之间的负载平衡、能量存储平衡和磨损平衡。所有这些电力传输通过经由磁芯的磁场耦合而发生。
除了双向电力传输之外，还可以通过上述磁场耦合来在电力单元12与电力仓14之间建立数据(数字或模拟)的双向通信。如前所述，不同频率的磁场耦合可用于电力传输和数据通信。
通过使用磁场耦合而不是直接电连接或触点来实现电力传输，显著地提高了电力单元与电力供应***的其余部分之间的电力传输的可靠性。磁场耦合电力传输的附加特征和益处包括以下。
首先，与传统的电池组不同，根据本发明的实施例的电力单元对湿气和灰尘不敏感。这使得设计适用于不限于客车的恶劣环境应用。它将消除短路引起的损坏和电池组中的漏电引起的安全问题。
其次，该结构由于移除了直接电接触而提供了电力单元12的提高的寿命。它将消除触点的腐蚀和相关的性能损失。
第三，通过并行地放置和操作更多的电力单元12，使得可以直接对来自电力单元的磁场求和，可以容易地增加单个电力仓14的电力输出。通过在电力仓中并行布置更多的电力单元，如果磁芯是不饱和的，则可以增加磁芯中的最大磁通量。当并联的多个电力单元输出电力时，这将直接增加次级绕组(即，电力仓中的线圈)中的电压。相反，为了增加传统电池组的输出功率或电压，传统电池单元通常需要串联而不是并联放置。串联放置若干电池单元将增加电池组的总输出电压，但是源极阻抗也与输出电压成比例地增加；此外，当输出达到一定水平时，需要考虑安全问题并且需要提供更好的隔离。在本发明的实施例中，电力单元12的并行操作也有助于提高车辆中的整体电力供应***的可靠性。在现有的电动车辆中，如果一个电池单元发生故障，则与发生故障的电池单元串联的其他电池单元也将停止工作。因此，一个故障的电池单元可能导致几十或几百个仍然发挥功能的电池单元停止工作。在根据本发明的实施例的电力供应***中，可以单独地(例如，经由至控制单元126的指令)禁用具有故障的电池单元123的任何电力单元12或者以其他方式发生故障的任何电力单元，而不会影响其他电力单元的操作。
第四，磁场电力传输即使在重负载下也消除了电弧。相反，传统的电池组需要大负载的高输出电压，这增加了电弧放电的机会。电弧可能性可以是某些应用的问题。
第五，电力供应***中的电力单元12的组装对电力单元的极性不敏感。在电力供应***中，为了方便起见，每个磁芯142的两个端部构件142A、142B可分别被称为第一端部和第二端部，并且每个电力单元12的两侧可被分别称为第一侧部和第二侧部。本文中，对电力单元的极性不敏感意味着每个电力单元12可以被放置在电力仓14中，其中第一侧与磁芯的第一端部142A或磁芯的第二端部142B相邻，而不会影响***的整体操作。使用电池单元的传统电池组需要确保所有电池单元根据每个电池单元的极性以正确方式连接。
在根据本发明的实施例的电力供应***中，可以在电力单元侧转换和控制单元121的控制下，基于每个电力单元12如何被放入电力仓14中以及同一电力仓中的其他电力单元如何工作，容易地改变每个电力单元12的变化磁场的磁极或相位。对于每个电力单元12，无论电力单元如何被放置到电力仓14中，单元侧控制单元126都可以首先例如使用内置磁场传感器测量单元侧磁芯142D中的磁场。然后，如果电力仓14的仓侧控制单元144要求电力单元12向该仓提供电力，则在电力单元的电力转换器125中生成的AC信号可使用测量结果来将单元的输出磁信号与现有的(即，先前测量的)磁信号进行同步，使得由这个电力单元产生的磁场与电力被发送到的位置处(例如，电力仓的电力转换器143所位于的位置处)的现有磁信号总是同步的(即，具有相同的频率和相位)。替代地，单元侧控制单元126可与仓侧控制单元144进行通信，以接收关于仓侧磁芯142C和单元侧磁芯142D中的穿过它自己(其单元侧电力转换器中的其自己的线圈)的磁场和穿过电力仓中的其他电力单元12的磁场的频率和相位的信息，并且使用该信息来控制其自己的电力转换器125以实现同步。
电力仓14的电力转换器143用于在电力单元12与电力供应***1的***电力总线31之间引导电力。电力仓中的电力转换器143使用缠绕在电力仓的仓侧磁芯142C周围的线圈来从电力单元汲取电力或向电力单元倾倒电力。用于从电力单元汲取电力的AC磁信号和用于将电力传输至电力单元的AC磁信号可具有不同的频率，使得电力单元与电力仓之间以及电力仓内的不同电力单元之间的双向电力流可同时发生，而彼此之间没有任何干扰。电力仓14中的控制单元144控制电力仓中的操作，并与保持在电力仓中的电力单元12和***控制器32进行通信。电力流的各种情形可包括例如：所有电力单元将电力发送到电力仓；所有电力单元从电力仓汲取电力以对单元再充电；一个电力单元从电力仓汲取电力，并且另一个电力单元将电力发送到电力仓(这两个操作同时运行但使用磁信号的不同频率分量)；一个电力单元从其他电力单元汲取电力，而另一个电力单元也向电力仓发送电力(这两个操作使用磁信号的相同频率分量)；等等。这些仅是操作场景的一些示例。取决于实际使用情况，存在无限数量的附加组合。
除了控制电力单元的电力传输方向之外，电力仓14中的控制单元144还执行以下功能中的一个或更多个，而没有限制。
控制单元144从每个电力单元12读取信息以及将信息写入每个电力单元。该信息可以包括但不限于：电力单元中的电池单元状态、电力单元标识或序列号、电力单元型号、电力单元的充电和放电状态、电力单元更换和充电站或泵信息、电力单元充电或放电锁定或解锁状态、电力单元永久禁用、用于电力传输的信号频率、用于不同目的的通信的信号频率等。控制单元144执行与电力仓和电力仓保护相关的控制功能、电力仓中的电力单元之间的负载平衡、以及对***电力总线的电力仓状态更新。
总之，为了解决先前描述的问题并且为了进一步扩展基于电力单元的电力***的使用灵活性，本文描述了电力单元和对应的电力仓的新设计。在新设计中，磁芯不是任何电力单元的一部分。所有的磁芯部分都被保持在电力仓内。此外，辅助通信端口被添加到每个电力单元。以此方式，不仅能够解决这些问题，而且还能够实现电动车辆动力总成或传动系的一种新的架构，这种架构可以进一步提高效率。
车载电力供应***1还包括***控制器32(见图1)。它可直接(例如，通过电信号)与电力单元阵列10中的每个电力仓14进行通信，并且通过对应的电力仓控制单元144与电力单元阵列中的每个电力单元12进行通信。以此方式，可以在电力***控制器32与每个电力单元12之间交换信息。可由***控制器实现电力仓之间或甚至电力单元阵列内的电力单元之间的负载平衡。***控制器32还与机械输送***20进行通信并控制机械输送***20。
在车辆中，电力单元的阵列和电力仓形成车载电力供应网络。根据需要，网络的操作和配置可以相当灵活。这可以帮助更好地适应这些需要并且降低用户的成本并且改进***的性能。***控制器32可以使用AI(人工智能)和机器学习来优化车辆内的电力单元网络的性能。
车载电力供应***1还可以与用于现有电动车的现有充电站兼容。它可以使用现有充电站来对电力单元阵列中的电力单元进行充电，就像对现有电动车辆一样。
现在参见图7A-11，图7A-11示出了根据本发明的其他实施例的包含电力仓的电动机。在现有的电动车辆中，电能或功率由电池或电池阵列产生，并被传输至电动机驱动***，然后转换成具有适合驱动车辆中的一个或更多个特定电动机的需要的特定电压或电流的电能或功率。在每个电动机中，电能或功率然后被转换成磁能或功率，磁能或功率进而被转换成机械能或功率，使得电动机可以使车辆移动。在使用在‘416申请中描述的电力***(该电力***基于电力单元和电力仓)的电动车辆中，车辆获得诸如快速能量再充电之类的很多益处，但是在效率方面可能没有很大改进。在图7A-11中，描述了电动车辆的电动机和动力总成的新设计。在这些电动机中，代替从电池阵列或电力仓和电力单元获得电力，图2、图3A和图3B中描述的电力单元12被直接装载到电动机中。电动机的定子执行与前述实施例中的电力仓的磁芯142类似的功能。使电动机移动或旋转的磁场由装载在电动机中的电力单元12直接产生。当电动机在使用中时，电力单元12将是电动机的一部分。装载在电动机中的电力单元12可以以与更换电力仓中的电力单元类似的方式进行更换。这将有助于在整个动力总成和电力供应***中的能量或功率类型转换时间方面进一步改善电动车辆的动力总成效率。此外，由于部件数量的减少，可以减少电动车辆的重量并且可以使车辆的动力总成更紧凑，这又有助于提高车辆的总效率。此外，根据这些实施例的电动机实现附加的新机会。
1.通过使用这种电动机，电动车辆的性能将取决于电动机的设计和控制电力单元装载在电动机中的方式。以此方式，电动车辆制造商有足够的空间来使其设计独特。
2.通过采用机器学习和AI，即使在特定用户使用一段时间之后，具有相同硬件设计的汽车也会根据用户的驾驶习惯和车辆的历史而不同地表现。这将使用户体验更好。这是现有的车辆，甚至现有的电动车辆，无法实现的东西。
图7A-7B示出了根据本发明的实施例的电动机。图7A是示出没有任何电力单元的电动机70的透视图。电动机70的结构类似于现有的电动机设计，因为它包括转子71和设置在转子周围的定子72。然而，与常规的电动机不同，在定子72中不存在用于驱动该转子的其他线圈(但是在电动机侧控制器中可能存在如下所述的用于通信目的的线圈)，并且该定子被修改成使得电力单元可以被装载到其中并且这些电力单元的线圈起到该定子的线圈的作用。图7B是示出了电动机70的透视图，其中电力单元12装载在该电动机中。
如图7A所示，由具有高磁导率的磁性材料(诸如铁磁性或亚铁磁性材料)制成的定子72的磁芯包括设置在转子71周围的一个或更多个第一端部件72A、在径向方向上与第一端部件72A间隔开的一个或更多个第二端部件72B、以及各自在第一端部件与对应的第二端部件之间径向延伸并与第一端部件和对应的第二端部件接触的多个柱72C。一个或更多个第一端部件72A共同围绕转子71。在所示示例中，定子72包括多个第一端部件72A和对应于所有第一端部件的一个第二端部件72B。可替代地，定子可包括每个都对应于一个第一端部件72A的多个分开的第二端部件72B，或者包括其他数量的第二端部件。电力单元12与图3A和图3B所示的那些相同或相似，其中定子的柱72C穿过电力单元的通孔127。
转子71可具有包括磁芯的常规结构。电动机70进一步包括电动机侧控制器，该电动机侧控制器带有其线圈(图7A和图7B中未示出)。电动机侧控制器被配置为经由定子的磁芯通信地耦接至电力单元12，使得控制信号和数据能够在电动机侧控制器与电力单元之间双向地传输。以此方式，所有这些电力单元都可以由该电动机侧控制器进行控制以操作该电动机。
通常，用于制造电动机的定子的磁性材料可能不能在高于几百千赫兹的频率下操作。如前所述，这可能导致用于通过同一磁路与电力单元的通信的带宽不足，所述磁路用于从或向电力单元传输能量或电力。即使带宽足够，当通信功能与***中的用于传输能量或功率的部分共享同一磁路时，在电动机操作期间电动机内的干扰仍可能导致与电力单元的通信问题。为了解决这个问题，如之前所描述的，替代的电力单元结构利用辅助通信端口，如图3B中所示。
图8A-8H示出了根据本发明的实施例的替代电动机80，其与配备有辅助通信端口128的电力单元12协作。电动机80的转子81和定子82类似于图7A-7B的实施例中的转子和定子，但是图7A-7B与图8A-8H所示的电动机之间的一个主要区别在于，在图8A-8H所示的电动机中，提供了附加的通信塔83，使得电动机侧控制器可以与电动机中的所有电力单元12进行通信。控制信号和/或数据可以通过定子磁芯中的磁场、或经由辅助通信端口和电动机侧上的附近的通信塔使用磁场(但是这个磁场的方向优选地垂直于用于驱动如上所述的转子的磁场方向)、或使用电磁波(例如，推断光)来在电力单元12与电动机之间进行传输。电动机内的电力单元12还可以通过它们的辅助通信端口彼此通信。如果没有靠近特定电力单元的电动机侧通信塔83，但是在附近存在可以与电动机侧控制器进行通信的另一电力单元，则该电力单元可以通过附近的电力单元进行与电动机侧控制器的通信。
图11是示意性地示出了直接装载有电力单元的电动机80的组件的框图，其示出了除了转子81和定子82之外，还有通信塔83和电动机侧控制器84。电动机侧控制器84被配置为与电力单元12通信控制信号和数据，使得所有的电力单元可以由电动机侧控制器进行控制以操作电动机。注意，图7A-7B所示的电动机70也可以由这个框图来表示，除了将不存在通信塔之外。
图8B-8D分别提供了图8A的电动机80的俯视图、仰视图和侧视图。
为了使得有可能替换电动机中的电力单元，可以使图7A和图8A中的电动机70和80的定子的某些部分是可移动的。使用电动机80作为示例，如图8E中所示，定子的可移动部分是柱82C(类似于图7A中所示的柱72C)。这些柱82C可沿径向方向向外移动，穿过第二端部件82B上的对应通孔82D(打开状态)，使得它们移动让开(out of the way)电力单元，从而使得电力单元可更换。由于任何原因已经被耗尽或需要被更换的电力单元然后可以从电动机中取出，并且替换电力单元然后可以被装载回到电动机中。在电力单元更换之后，柱82C沿径向往回移动，直到它们接触定子的第一端部件82A(关闭状态)。注意，在本实施例中，柱82C在关闭状态下填充通孔82D。
图8F-8H中分别呈现了处于打开状态的电动机80的俯视图、仰视图和侧视图。在图8A-8H中，未示出实现电动机定子的可移动部分(其是机械输送***20的一部分)的移动的附加机械部分和致动器，但是可以使用任何合适的机械结构。
在替代实施例(图中未示出)中，定子的可移动部分是第二端部件82B，其可在轴向方向上移动远离柱82C，使得电力单元12可在径向方向上移动离开柱。注意，在此替代实施例中，第二端部件82B不具有用于柱穿过的通孔。在另一替代实施例中，第二端部件82B由可在径向上远离第一端部件82A移动的分开的块形成。柱82C附接到对应的第二端部件82B，并且移动让开电力单元12。在又一替代实施例中，第二端部件82B由可在径向方向上远离第一端部件82A移动的分开的块形成；柱82C保持附接到第一端部件82A，并且电力单元在径向方向上移动离开柱。
图9A-9H示出了电动机内的电力单元的可替代布置的示例。图9A-9D是示出了处于关闭状态的电动机90中的电力单元布置的透视图、俯视图、仰视图和侧视图。图9E-9H是示出了打开状态的立体图、俯视图、仰视图和侧视图，其中电动机的定子的可移动部分被移动，使得电动机中的电力单元可被更换。
如图9A-9H所示，电动机90包括转子91和定子92。定子92的磁芯包括：设置在转子91的周围的一个或更多个第一端部件92A；在轴向方向上与第一端部件92A间隔开的一个或更多个第二端部件92B；以及在轴向方向上在第一端部件与对应的第二端部件之间延伸并接触它们的多个柱92C。一个或更多个第一端部件92A共同围绕转子91。在所示的示例中，定子92包括多个第一端部件92A和对应于所有第一端部件的一个第二端部件92B。替代地，定子可包括每个都对应一个第一端部件92A的多个分离的第二端部件92B。还可以使用其他数量的第二端部件92B。电力单元12与图3A和图3B所示的那些相同或相似，其中定子的柱92C穿过电力单元的通孔127。类似于电动机80，电动机90可以包括位于第二端部件92B上的多个通信塔93。电力单元12可以配备有辅助通信端口128，用于与通信塔93进行通信。
为了更换电力单元12，如图9E-9H所示，第一端部件92A与附接至第一端部件的柱92C一起在轴向方向上远离第二端部件92B移动，使得柱92C移动让出电力单元12。在替代实施例(图中未示出)中，第一端部件92A(或第二端部件92B)在轴向方向上移动以与柱92C分离，同时柱和第二端部件(或第一端部件)保持就位(in place)；电力单元12在轴向方向上移动离开柱。在另一替代实施例中，第一端部件92A和第二端部件92B保持就位，并且柱92C在轴向方向上移动穿过第一端部件或第二端部件中的对应通孔，以移动让开电力单元。
尽管在图7A-9H所示的示例中，在电动机中仅提供一层电力单元，但在电动机中可提供布置成多个层的更多电力单元。图10A-10D中呈现了具有布置成多个层的更多电力单元的两个附加示例电动机。图10A(关闭状态)和图10B(打开状态)中示出的电动机90’类似于图9A-9H中示出的电动机，除了柱92C’较长并且可以在每个柱周围提供两个并排的电力单元之外。
在图10C(关闭状态)和图10D(打开状态)所示的电动机90”中，定子包括围绕转子的一个第一端部件92A、以及分别位于第一端部件92A下方和上方的两个第二端部件92B和92B”。一组柱92C位于第一端部件92A和一个第二端部件92B之间并且与其相接触；另一组柱92C”位于第一端部件92A和另一个第二端部件92B”之间并且与其相接触。可以在每个柱周围提供一个电力单元12。定子的打开状态可以通过将这两个第二端部件92B、92B”与对应的柱92C和92C”一起在轴向方向上远离第一端部件92A移动来实现。可以使用实现打开状态的其他方式，类似于上面针对电动机90描述的那些方式。
从图7A-10D和以上描述可以看出，可以存在许多其他方式来在空间上布置定子(磁芯)的各个组件并且将这些组件机械地分成两个或更多个部分，以便促进电池单元的更换。本发明不限于任何特定的空间和机械布置。更一般地，电动机的定子(磁芯)包括多块磁性材料，其包括多个柱，每个柱被配置为容纳围绕其的电力单元(即，穿过电力单元的通孔)，其中多个块中的至少一些能够相对于一些其他块移动，使得定子能够在关闭状态(用于电动机操作)与打开状态(用于电力单元更换)之间重新配置。在关闭状态中，多个块彼此机械地接触以形成没有气隙的闭合磁路。在打开状态下，通常彼此接触的一些块被机械地分离，使得电力单元可以移动到围绕柱的其预期位置中或从其远离。具体地，例如，每个柱的一端或两端在打开状态下与其他块分开。
除了图7A-10D中所示的示例之外，还可以有其他方式能够更换电动机中的电力单元。首先，具有良好磁导率的液体可用于形成电动机的定子的各部分。以此方式，电力单元的更换变得更容易，因为在电动机的定子中将不存在固体移动部分。电动机可以以更紧凑的方式设计。此外，可以更好地去除气隙，使得电动机的磁路的磁阻可以更低，这意味着更好的电动机性能和更高的效率。此外，该电动机可以具有更好的热管理，这至少部分地基于具有良好磁导率的液体。原因在于，特定的液体磁导体材料不仅可以用作除磁导体之外的热导体，还可以从电动机中的一个位置移动到电动机外部的另一个位置。这个过程可以帮助快速消散电动机在操作过程中产生的热量。该液体可以是稀的或可以是很稠的，像某种类的凝胶。此外，也可以使用可以在固相和液相之间容易地改变并且是良好的磁导体的某种材料。在正常操作期间，它们处于固相并且形成电动机的定子的各部分以减小磁路的磁阻。当需要更换电动机中的电力单元时，可以将由该材料形成的那些部分从固相变为液相，然后从电动机定子暂时移除，使得可以进行电力单元的更换。在更换之后，液体可以放回正确的位置，并再次变成固相，以在电动机的定子中再次形成部分，以确保电动机的正常操作。
基于如何控制电力单元与转子设计一起工作的方式，上述电动机可以是感应电动机、开关磁阻电动机或同步磁阻电动机等。电动机中来自定子的磁场可以以步进方式或以连续旋转的方式改变其方向，这取决于如何控制电力单元以产生磁场的方式。它可以是混合型电动机或可以在不同模式下操作的电动机。电动机领域的普通技术人员将能够实施电动机侧控制器以实现不同类型的电动机和不同的操作模式。此外，如前所述，该电动机侧控制器可以被编程为采用机器学习和AI，使得该电动机控制算法可以随时间演进以实现所希望的性能特征。转子在上述所有电动机中可以是相同或不同的。尽管在图7A-10D所示的示例中，仅示出了电动机的定子中有6个磁极，但是电动机不限于此，并且可以在定子和转子两者中具有任何其他数量的磁极。此外，取决于如何控制电力单元的方式，定子中的磁极的数量可不同于电动机中的电力单元的数量或电动机中的电力单元组的数量。通过改变电力单元的控制方式，磁极的数目甚至可以基于特定电动机中的需要而改变。
为了增加电动机的功率和扭矩，图7A-10D中示出的电动机的实施例可以被视为***的基本构建块，并且这些电动机中的更多电动机可以机械地连接，并且它们的控制器可以电耦接在一起，使得可以形成更强大的动力总成。
还应注意，图7A-11的实施例中的电动机不要求电力单元12没有任何集成的磁芯。对这些实施例而言重要的是，电力单元被直接装载到电动机的定子中，并且引起电动机移动的磁场由被装载到电动机中的电力单元直接产生；或者换言之，电力单元的线圈用作电动机定子的线圈。因此，在替代实施例中，电力单元可以具有集成在其中的单元侧磁芯，并且电动机的定子提供容纳电力单元的磁芯的磁芯的其他部分以形成闭环。例如，在图7A-10D的实施例中，柱72C/82C/92C/92C’/92C”可改变为电池单元的整体部分，或者具有集成磁芯的电力单元可具有与‘416申请中描述的结构相似的结构。
图12示出了关于电力供应***1可以在车辆100中的何处安装以及如何安装的示例。图13示出了当车辆100停在用于电力单元更换的电力单元更换和充电泵40的前方时的情形。如图12所示，车载电力供应***1封闭在可以位于车体底部的外壳内，外壳的端口21在车体一侧敞开以方便更换电力单元。图12的右手侧示出了电力供应***1和车辆100的未组装视图。电力单元更换和充电泵40可以具有臂或导管41，该臂或导管41可以连接到车载电力供应***1的端口21或与其接合，以用于电力单元更换。
图14呈现了电力单元更换和充电站的结构的示意图。该电力单元更换和充电站4具有连接到电力单元存储50的多个电力单元更换泵40，该电力单元存储可以位于地下。电力单元更换泵40可从车辆取得耗尽的电力单元并将它们放入地下电力单元存储50中用于储存和再充电。电力单元更换泵还可以将经充电的电力单元装载到需要更新的电力单元的车辆上。合适的机械输送***51设置在电力单元更换和充电泵40以及电力单元存储50中，以实现电力单元的输送以及电力单元到车载电力供应***1中的装载和从车载电力供应***1的卸载。机械输送***51可采用先前结合机械输送***20所描述的类似部件。相关领域的普通技术人员可以实施合适的机械运输结构而无需过度实验。
地下电力单元存储50的结构可以类似于车载电力供应***1。例如，提供电力仓以保持电力单元。不同的是电力单元阵列的容量。地下电力单元存储50中的电力单元阵列远大于车载电力供应***的电力单元阵列，并且可保持大量电力单元。电力单元存储50进一步包括存储***控制器52，该存储***控制器连接至存储50内的电力仓并且控制电力单元的充电和放电以及机械输送***51的操作。
电力单元更换站4具有本地能量收集(harvest)功能。更换站可以使用来自电网、来自太阳能电池或其他本地发电机的电力来对来自电动车辆的耗尽的电力单元进行充电。代替在白天期间或除了在白天期间以外，由于它还可以在夜间以相对低的充电速度对那些所收集的耗尽的电力单元进行充电，因此它大大减小了在白天期间用于常规电车的不断增加的常规充电站(尤其是必须在车辆使用者在相对短的时间段内要求的任何时间对电动车辆充电的那些常规超级充电站)所增加的压力。相对低的充电速度还有助于延长电力单元中的电池单元的寿命。通常，充电速度越高，电池单元的寿命越短。
此外，在根据本发明的实施例的车辆电力供应***中，电力单元可以被布置为以这样的方式将电力提供给车辆，该方式使得车辆中的电力单元阵列中的一些但不是全部电力单元在某个时刻提供电力。以此方式，只有在某些电力单元被耗尽之后，同一电力单元阵列中的其他电力单元才将被用于向车辆提供电力。以此方式，在电力单元更换和充电站处，将仅更换已经被耗尽的电力单元。这些电力单元将在电力单元更换和充电站处被再充电。
另一种情况是，部分放电的电力单元也可以在更换和充电站处被收集。然后，保留在这些电力单元中的能量将用于对该存储和充电结构中的其他电力单元进行充电或者用于向正在该站处充电的电网或电动车辆提供电力，然后将在它们耗尽之后对它们进行再充电。以此方式，还可以延长该电池在该电力单元中的寿命。
电力单元更换和充电站还可以充当本地能量存储并且在某些条件下向周围区域提供电力供应。例如，如果由于电网中的故障或问题而在某区域中存在意外电力损耗，则电力单元更换和充电站可以向其周围区域提供紧急电力供应。该站还可帮助减轻白天期间由于电网的某部分内的峰值负载而导致的问题。例如，电力单元更换和充电站可以保留部分电力单元以在白天期间供应电力并且在夜晚期间对这些单元进行再充电。这有助于维持本地配电网络以健康的方式运行。另一方面，必须在车辆用户需要的白天对车辆充电的现有超级充电站在白天期间对配电网络施加额外的压力。此外，如果在某些区域内存在已知的或预期的电力损失或故障，则电力单元更换和充电站可以在短时间段内以高速对其存储的部分或全部电力单元进行充电以供以后的备用电力使用。它可以通过从电网汲取电力给电力单元充电，或者在某条件下或基于要求从它保持的电力单元向电网倾注功率。这使得在峰值负载期间区域内的电力供应更稳定。这还有助于使电力输送电网更健康并且减少峰值负载期间的断电。这还降低了电网由于过载引起的火灾的可能性，并且有助于改善在电力单元更换站的附近区域内的公共安全。
通过使用AI以***级别规划和组织并且在每个车辆中自主驾驶，车辆可以在某些条件下在有或没有用户或所有者许可的情况下被引导至需要电力的位置。这可被实现，使得可构建动态移动的备用电力网络或***。车辆的用户或所有者可以选择他们的车辆是否属于该动态移动备用电力网络的某子集。如果他们选择让其车辆加入这个网络，那么将有对电力单元刷新/再充电的减弱，并且当这些电力单元供电有限时，他们可以具有更高的优先级以得到经再充电的电力单元。此外，当在某些情况(例如，某区域的电力故障)下他们需要备用电力时，他们可具有从移动的备用电力网络获得备用电力的优先级。
根据本发明的实施例的整个电力***的操作也可以与当前的电车生态***不同。该新***仍然与现有***兼容。如前所述，每个电动车辆仍然可以在现有充电站被充电。不同之处在于，在新***中，每个电动车辆在没有电力单元的情况下被销售。这些将大大降低终端用户的车辆成本。电力单元仅被租用给每个终端用户。每个终端用户可租用一定数量的电力单元，这可取决于它们的租用合同。该新***不仅可以用于电车中，而且可以用于其他电动车辆，例如电动自行车、电动飞机、电动船和船舶等。
由于所有耗尽的电力单元将由更换和充电站收集，并且电力单元的所有基本构建块是相同的，因此这也使得电力单元中的电池单元的再循环更容易并且减少了电池单元再循环过程中的污染。
通过基于更好的技术用更新的或更好的电池单元替换电力单元，可以改善电动车辆的里程和/或性能。这进一步降低了终端用户的成本并且给予终端用户更大的灵活性。
根据本发明的实施例的车载电力供应***也提高了安全性。裸电池可以通过其正极触点与负极触点之间的任何导电回路容易地释放其存储的能量。这使得它们更危险。另一方面，根据本发明的实施例的电力单元不具有该缺点。电力单元需要通过从外部提供的指定信号或访问码来开启。它还可以具有负载感测能力。这两个因素的组合使它比传统电池更安全。
在车辆在充电站处或用户的家中而不是电力单元更换泵处连接至专门设计的充电器的情况下，车辆不仅能够从充电器获得电力以对其携带的电池进行充电，而且还能够供应电力。以此方式，无论何时车辆被连接到充电器，无论在充电站处还是在用户的家中，能量都可以在所连接的车辆与充电器之间在两个方向上流动。区域中的连接的车辆可以形成电力供应网络并且提供电力存储功能，并且如果需要的话，可以向电网或家庭供应电力。当需要特定区域或家中的电网内的特定电力流模式时，AI和机器学习可用于优化多个车辆和充电站的协作的性能。
上述***的各个组件和模块(诸如，单元侧电力转换器125、单元侧控制单元126、仓侧电力转换器143、仓侧控制单元144、电力供应***控制器32、存储***控制器52等)可由包括逻辑电路和/或执行存储在计算机可读非易失性存储器中的计算机可执行程序代码的处理器的电路***来实现。
对于本领域技术人员显而易见的是，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明的车载电力供应***、电力单元更换和充电站以及相关方法进行各种修改和变化。因此，本发明旨在涵盖落入所附权利要求及其等同物的范围内的修改和变化。

Claims (29)

1.一种电力供应***，包括：
多个电力单元，每个电力单元具有一个或更多个电池单元和单元侧电力转换器，所述电力单元限定通孔，所述单元侧电力转换器包括围绕所述通孔缠绕的线圈；
至少一个电力仓，每个电力仓具有仓侧电力转换器，该仓侧电力转换器包括磁芯和围绕所述磁芯的一部分缠绕的线圈，所述磁芯包括多个柱，每个柱被配置为穿过所述电力单元之一的所述通孔，其中所述磁芯被划分为多个块，其中所述多个块的第一子集能够相对于所述块的第二子集移动以在关闭状态与打开状态之间重新配置所述磁芯，其中在所述关闭状态中，所述多个块彼此机械地接触以形成没有气隙的闭合磁路，以及在所述打开状态中，所述第一子集和所述第二子集中的在所述关闭状态中彼此机械地接触的一些块被机械地分离，其中所述打开状态被配置为允许每个电力单元移动到柱周围或远离所述柱的位置；
其中每个电力单元由所述至少一个电力仓中的一个电力仓保持，并且被配置为与所述电力仓形成磁场耦合，以在所述电力单元与所述电力仓之间双向地传输电力；
***电力总线，所述***电力总线电耦接至每个电力仓；以及
机械输送***，所述机械输送***被配置为：机械地移动所述磁芯的所述多个块的所述第一子集，以及相对于所述至少一个电力仓机械地移动电力单元。
2.如权利要求1所述的电力供应***，其中每个电力仓的所述磁芯进一步包括：第一端部构件、第二端部构件和仓侧柱，其中在所述关闭状态中，所述第一端部构件和所述第二端部构件彼此面对，并且所述仓侧柱和所述多个柱设置在所述第一端部构件与所述第二端部构件之间并与所述第一端部构件和所述第二端部构件接触，并且其中在所述打开状态中，所述第二端部构件与所述仓侧柱和所述多个柱分离。
3.如权利要求1所述的电力供应***，
其中每个电力单元进一步包括单元侧控制单元，所述单元侧控制单元耦接至所述单元侧电力转换器并且被配置为控制所述单元侧电力转换器，以及
其中每个电力仓进一步包括仓侧控制单元，所述仓侧控制单元耦接至所述仓侧电力转换器并被配置为控制所述仓侧电力转换器。
4.如权利要求3所述的电力供应***，其中，或者：每个电力单元的所述单元侧控制单元被配置为测量穿过所述电力单元的所述通孔的所述磁芯的所述柱中的磁场的频率和相位，并且基于所述测量的结果控制所述单元侧电力转换器，
或者：每个电力单元的所述单元侧控制单元被配置为从所述仓侧控制单元接收关于所述磁芯中的磁场的频率和相位的信息，并基于所接收的信息控制所述单元侧电力转换器。
5.如权利要求3所述的电力供应***，其中所述电力仓和由所述电力仓保持的电力单元被配置为：使用第一频率的磁场耦合将电力从所述电力仓传输至所述电力单元中的至少一个电力单元，以及使用不同于所述第一频率的第二频率的磁场耦合将电力从所述电力单元中的至少另一个电力单元传输至所述电力仓。
6.如权利要求3所述的电力供应***，其中所述电力仓和由所述电力仓保持的电力单元被配置为使用磁场耦合将电力从所述电力单元中的至少一个电力单元同时传输到所述电力单元中的至少另一个电力单元和所述电力仓。
7.如权利要求3所述的电力供应***，其中每个电力单元的所述单元侧控制单元和保持所述电力单元的所述电力仓的所述仓侧控制单元被配置为通过磁场耦合彼此传送数据和命令。
8.如权利要求7所述的电力供应***，其中用于在所述电力单元与所述电力仓之间双向地传输电力的所述磁场耦合具有第一频率，以及用于在所述单元侧控制单元与所述仓侧控制单元之间传送数据和命令的所述磁场耦合具有不同于所述第一频率的第二频率。
9.如权利要求7所述的电力供应***，其中每个电力单元的所述单元侧控制单元被配置为读取或记录与所述电力单元的操作相关的历史和状态信息，并且将所记录的历史和状态信息传送至保持所述电力单元的所述电力仓的所述仓侧控制单元，
其中所述历史和状态信息包括以下各项中的一项或更多项：电池单元状态、电力单元标识或序列号、电力单元型号、电力单元的充电和放电状态、电力单元更换和充电站或泵信息、电力单元充电或放电锁定或解锁状态、以及电力单元永久禁用状态。
10.如权利要求3所述的电力供应***，包括多个电力仓，其中所述电力仓中的至少一些电力仓包括与至少一些其他电力仓不同数量的电力单元。
11.如权利要求10所述的电力供应***，进一步包括***控制器，所述***控制器电耦接至每个电力仓的所述仓侧控制单元并且被配置为与每个电力仓的所述仓侧控制单元进行通信，其中所述***控制器被配置为在所述多个电力仓与电力单元中执行负载平衡。
12.如权利要求1所述的电力供应***，其中所有电力单元具有相同的机械尺寸，并且具有相同或不同的能量存储容量。
13.如权利要求1所述的电力供应***，其中每个电力单元进一步包括电池单元禁用药剂。
14.如权利要求1所述的电力供应***，进一步包括包围所述多个电力单元、所述至少一个电力仓以及所述机械输送***的外壳，其中所述外壳具有存取端口，并且其中所述机械输送***被配置为将任何电力单元从任何电力仓移动至所述存取端口或从所述存取端口移动至任何电力仓或在电力仓之间移动。
15.一种操作车载电力供应***的方法，包括：
提供多个电力单元，每个电力单元具有一个或更多个电池单元、单元侧电力转换器和单元侧控制单元，所述电力单元限定通孔，所述单元侧电力转换器包括围绕所述通孔缠绕的线圈；
提供至少一个电力仓，每个电力仓具有仓侧电力转换器和仓侧控制单元，所述仓侧电力转换器包括磁芯和围绕所述磁芯的一部分缠绕的线圈，所述磁芯包括多个柱，每个柱被配置为穿过所述电力单元之一的所述通孔，其中所述磁芯被划分为多个块，其中所述多个块的第一子集能够相对于所述块的第二子集移动以在关闭状态与打开状态之间重新配置所述磁芯，其中在所述关闭状态中，所述多个块彼此机械地接触以形成没有气隙的闭合磁路，以及在所述打开状态中，所述第一子集和所述第二子集中的在所述关闭状态中彼此机械地接触的一些块被机械地分离，其中所述打开状态被配置为允许每个电力单元移动到柱周围或远离所述柱的位置；
由机械输送***将所述磁芯配置为所述打开状态，将所述电力单元中的一些电力单元装载到所述电力仓中，然后将所述磁芯配置为所述关闭状态，其中在所述关闭状态中，每个所装载的电力单元的所述通孔被设置为围绕多个第二柱之一，并且所述磁芯形成闭环；
通过磁场耦合将电力从装载在所述电力仓中的电力单元中的第一电力单元传输到所述电力仓；以及
通过磁场耦合将电力从所述电力仓传输到所述第一电力单元或装载在所述电力仓中的电力单元中的第二电力单元。
16.如权利要求15所述的操作车载电力供应***的方法，进一步包括：
从所述车载电力供应***卸载耗尽或部分耗尽的电力单元，以及从电力单元更换站装载经充电的电力单元。
17.如权利要求15所述的操作车载电力供应***的方法，其中将电力从所述第一电力单元传输至所述电力仓使用第一频率的磁场信号，以及将电力从所述电力仓传输至所述第二电力单元使用不同于所述第一频率的第二频率的磁场信号，以及
其中将电力从所述第一电力单元传输至所述电力仓以及将电力从所述电力仓传输至所述第二电力单元同时发生。
18.如权利要求15所述的操作车载电力供应***的方法，进一步包括：
在将电力从所述第一电力单元传输至所述电力仓时，同时将电力从所述第一电力单元传输至所述电力单元中的第三电力单元。
19.如权利要求15所述的操作车载电力供应***的方法，进一步包括：
由所述电力仓或所述电力单元中的一些电力单元，生成用于电力输送的磁场；
由每个电力单元的所述单元侧电力转换器，或者由所述电力仓的所述仓侧电力转换器，将磁力转换成电力或者将电力转换成磁力；
由所述电力仓的所述仓侧控制单元，控制所述仓侧电力转换器；以及
由每个电力单元的所述单元侧控制单元，基于以下两项中的一项来控制所述单元侧电力转换器：测量穿过所述电力单元的所述通孔的所述磁芯的所述柱中的磁场的频率和相位，或者从所述仓侧控制单元接收关于所述磁芯中的磁场的频率和相位的信息。
20.如权利要求15所述的操作车载电力供应***的方法，进一步包括：
由每个电力单元的所述单元侧控制单元读取并记录与所述电力单元的操作相关的历史和状态信息，其中所述历史和状态信息包括以下各项中的一项或更多项：电池单元状态、电力单元标识或序列号、电力单元型号、电力单元的充电和放电状态、电力单元更换和充电站或泵信息、电力单元充电或放电锁定或解锁状态、以及电力单元永久禁用状态；以及
通过使用不同于所述第一频率和所述第二频率的第三频率的磁场耦合，在电力仓的所述仓侧控制单元与和所述电力仓接触的每个电力单元的所述单元侧控制单元之间传送数据和命令。
21.一种电动机，包括：
转子；
磁芯，所述磁芯包括围绕所述转子设置的多个第一端部件、与所述第一端部件间隔开的一个或更多个第二端部件、以及多个柱，每个柱在所述多个第一端部件中的一个第一端部件与所述一个或更多个第二端部件中的对应的一个第二端部件之间延伸并与其接触；以及
多个电力单元，每个电力单元包括一个或更多个电池单元和单元侧电力转换器，所述电力单元限定通孔，所述单元侧电力转换器包括围绕所述通孔缠绕的线圈，其中所述磁芯的所述多个柱之一穿过所述电力单元的所述通孔；
其中所述磁芯和所述多个电力单元的所述线圈形成所述电动机的定子。
22.如权利要求21所述的电动机，其中所述一个或更多个第二端部件在所述转子的径向方向上与所述第一端部件间隔开，以及其中所述多个柱中的每个柱在所述多个第一端部件中的所述一个第一端部件与所述一个或更多个第二端部件中的所述对应的一个第二端部件之间在所述径向方向上延伸。
23.如权利要求21所述的电动机，其中所述一个或更多个第二端部件在所述转子的轴向方向上与所述第一端部件间隔开，以及其中所述多个柱中的每个柱在所述多个第一端部件中的所述一个第一端部件与所述一个或更多个第二端部件中的所述对应的一个第二端部件之间在所述轴向方向上延伸。
24.如权利要求21所述的电动机，其中所述多个第一端部件、所述一个或更多个第二端部件以及所述多个柱被至少划分为块的第一子集和块的第二子集，其中所述块的第一子集能够相对于所述块的第二子集移动，以在关闭状态与打开状态之间重新配置所述磁芯，其中在所述关闭状态中，所述多个柱中的每个柱机械地接触所述多个第一端部件中的一个第一端部件和所述一个或更多个第二端部件中的对应的一个第二端部件，以及在所述打开状态中，所述第一子集和所述第二子集中的在所述关闭状态中彼此机械地接触的一些块被机械地分离，其中所述打开状态被配置为允许每个电力单元移动到柱周围或者远离所述柱的位置。
25.如权利要求21所述的电动机，
其中每个电力单元进一步包括单元侧控制单元，所述单元侧控制单元耦接至所述单元侧电力转换器并且被配置为控制所述单元侧电力转换器，以及
其中所述电动机进一步包括电动机侧控制器，所述电动机侧控制器通信地耦接至所述多个电力单元中的每个电力单元的所述单元侧控制单元，所述电动机侧控制器被配置为与所述单元侧控制单元传送控制信号和数据，以及
其中所述多个电力单元的所述单元侧电力转换器将存储在所述电力单元中的电能转换为被配置为使所述转子旋转的磁场。
26.如权利要求25所述的电动机，其中所述电动机侧控制器通过经由所述磁芯的磁场耦合通信地耦接至所述多个电力单元中的每个电力单元的所述单元侧控制单元。
27.如权利要求25所述的电动机，其中每个电力单元进一步包括辅助通信端口，其中所述电动机进一步包括多个通信塔，以及其中所述电动机侧控制器使用磁场或电磁波经由所述通信塔和所述电力单元的所述辅助通信端口通信地耦接至所述多个电力单元的所述单元侧控制单元。
28.如权利要求25所述的电动机，其中所述电动机是感应电动机、开关磁阻电动机或同步磁阻电动机。
29.如权利要求25所述的电动机，其中所述电动机侧控制器用机器学习和人工智能进行编程。
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