用于深水应用的动力电池制造技术

本发明专利技术描述了用于深水应用的动力电池(1)，其包括动力电池壳体(2)、电容器组(3)、电子模块(4)、和输入/输出连接器(5、6)，其中所述动力电池壳体(2)基本由绝缘材料制成。本发明专利技术进一步描述了动力电池系统(100)，其包括：根据权利要求1‑9中任一项所述的多个可更换的动力电池(1)、用于支承所述动力电池(1)的框体(20)、和用于连接至所述动力电池的电连接件特别是汇流排机构(18)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于深水应用的动力电池
本专利技术涉及用于深水应用的动力电池，其包括动力电池壳体、电容器组、电子模块和输入/输出连接器。本专利技术进一步涉及包括多个可更换的动力电池的动力电池系统。
技术介绍
深水(也被称为海底)处理在油气开采的领域中变得越来越受重视，因为位于海底下方的矿藏常常只能通过那些技术而变得可接近。因此，有必要改造装备来用于长步伐(即长距离)、边缘性和分散的油或气领域，并用于深水的高压力条件。在过去的几年中，开发出了用于在深水中使用的大规模海床设施。深水设施通常被设计成在承受极端压力和温度的完全可靠性下被操作用于长步伐。本专利技术背景中“深水”应理解为是指300米和更深的情况，优选为大约2000米和更深，例如为大约3000米。深水处理设施通常包括数个被电气地驱动的泵和/或气体压缩器，用以传输油气越过非常长的距离。这类泵和压缩器被变速或变频驱动器驱动。变速驱动器可以被连接至海底电网系统或者是海底电网系统的一部分，经由所述海底电网系统所述驱动器接收用于操作的电力，或者驱动器可被直接供应来自陆上发电厂或海上平台的电力，例如经由脐带式管线或海底电缆。变速驱动器通常被封装在耐受压力的外部壳体中，所述外部壳体为变速驱动器的部件实现大气压环境，即大约1个大气压的内部压力。变速驱动器通常具有复杂的设计，不可被容易地扩展，并且由于大气压操作而需要可观尺寸和重量的封闭体，因为封闭体壁需要承受高达300巴的压力差。这导致高生产、运输和安装成本。常规陆上变速或变频驱动器可包括配置在动力电池系统中的多个动力电池。这类动力电池可适于应用于中等电压或高电压变速或变频驱动器。一般而言，中等电压是指大于690伏特(V)且小于69千伏特(kV)的额定电压。有时，中等电压可以是处于大约1000V～大约69kV之间的电压。在许多这类系统中，使用模块式动力电池。高电压额定值超过这类中等电压额定值，即落入本专利技术的定义内的高电压额定值是大于大约69kV的电压额定值。在常规陆上变速或变频驱动器中使用的动力电池通常包括一个或多个三相二极管桥式整流器、一个或多个直流电流(DC)电容器和一个或多个H桥逆变器，如例如用于变频驱动器的US2007/0048561Al中公开的。整流器将输入交流(AC)电压转换成基本恒定的DC电压，其被越过整流器输出端连接的电容器支持。逆变器使用H桥逆变器中的半导体器件的脉冲宽度调制来将越过DC电容器的DC电压变换成输出。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供简单的动力电池和动力电池系统，其增加深水应用下的动力电池的寿命和可靠性，并降低这类动力电池和动力电池系统的总成本。本专利技术的该目的通过根据权利要求1所述的动力电池和根据权利要求10和15所述的动力电池系统得以实现。根据本专利技术，用于深水应用的动力电池包括动力电池壳体、电容器组、电子模块和输入/输出连接器。为了简明起见，不指定电容器组和电子模块的数量，但是术语“电容器组”或“电子模块”在本专利技术的背景中意指一个或多个电容器组或电子模块可以存在于一个动力电池中。另外，如果存在更多的电容器组或电子模块，则它们可为相同或不同的部件。根据本专利技术，动力电池壳体基本由绝缘材料制成。“基本由绝缘材料制成”意指动力电池壳体的零部件的大部分即除某些零部件比如热交换器、电连接器等外的壳体由绝缘材料制成。用于动力电池壳体的绝缘材料的优点是：动力电池壳体自身用作电气绝缘体，绝缘于外部系统，比如动力电池框体或包括多于一个的动力电池的动力电池系统中的另一动力电池。另一动力电池可以是例如在一行或一列的数个动力电池中配置成邻近相应动力电池的动力电池。绝缘动力电池壳体可由任何绝缘材料构成，只要该材料在动力电池所暴露至的相应环境中是稳定的即可。优选材料为聚合材料，比如包含聚甲醛(POM)或聚丙烯(PP)或类似物的材料。比起常规动力电池，包括绝缘动力电池壳体的本专利技术的动力电池在用于包括支承框体比如金属框体的动力电池系统时更安全且更可靠，所述金属框体在现有技术解决方案中通常被使用来达到构造上的原因。具体地，不需要用于与支承动力电池的金属框体绝缘的比如条材或衬垫或垫层等附加绝缘构件，因为动力电池壳体自身作为绝缘构件发挥功能。因此，比起常规动力电池，当使用本专利技术的动力电池时，可减少动力电池系统的部件数量。为了实现将动力电池用于深水应用，处于这种动力电池的内部中的任何部件比如电容器组和/或电子模块可以特别适于加压环境，因为高的深水压力不仅作用于动力电池的外部上而且还作用于其内部中。因此，暴露于高压力且可选地暴露于介电流体的动力电池部件可以根据相关标准(例如DNV-RP-A203“Qualificationproceduresfornewtechnology(用于新技术的质量评定程序)”)被测试和证明合格。具体地，可以例如在处于1.5×300巴的压力容器中测试部件。压力容器被充注有相关介电流体，来调查部件在那些恶劣环境中的功能是否相同于大气压环境中的。根据本专利技术，进一步提供了动力电池系统，其包括被构造成可更换的多个这种动力电池、用于支承动力电池的框体、和用于连接至动力电池的电连接件特别是汇流排机构(busbararrangement)。动力电池系统特别适于深水应用，因为动力电池系统可被简单地配置在封装动力电池系统的外部壳体中。“封装”意指动力电池系统的动力电池被置于介电环境中。可选地，动力电池系统包含暴露于压力的动力电池，以便简化总体构造，因为提供大气压环境的外部壳体可被省略。因此，动力电池系统不处于大气压环境，而是动力电池系统被保持在加压环境中。“加压环境”在本专利技术的背景中意指内部压力相似于外部压力，例如海床条件下的深水压力。本专利技术的特别有利的实施例和特征由从属权利要求给出，如在以下描述中揭示的。再一些实施例可以通过组合以下描述的各个实施例的特征来导出，并且各权利要求类别的特征可通过任意适当的方式进行组合。在根据本专利技术的动力电池的一优选实施例中，动力电池包括被密封的结构。“被密封的结构”意指动力电池壳体完全封装动力电池的内部部件和部分，使得动力电池的内部的部件、部件的碎片或部分在电容器组或电子模块可能受到损伤的情况下被保持在动力电池壳体内。因此，有可能在动力电池系统的一个或多个动力电池失效的情况下保持整个系统正常运转，因为其它动力电池尤其是直接地或间接地邻近受损动力电池的动力电池不受这种失效的影响。优选地，根据本专利技术尤其是根据该实施例的动力电池包括压力补偿系统。这种系统允许将动力电池的内部压力快速且容易地补偿至其外部或周围环境的压力。因此，如果压力在这种动力电池的环境中增加，例如由于动力电池沉到更深的水中导致的压力增加，则所述系统允许将内部压力补偿至与作用在动力电池上的外部压力相似的压力。“相似压力”在本专利技术的背景中意指在动力电池的内部和外部使用几乎相同或只是略微不同的压力。在一些实施例中，可能有利的是在动力电池内存在小的过压，以便稳定动力电池壳体的构造。这类压力补偿系统的优选示例可以是波纹管或囊体(bladder)，其被放置在动力电池壳体内，用以抵消在压力和/或温度变化期间发生的体积差。可能的是：压力补偿系统具有通向动力电池的外部的开口，使得围绕动力电池流动的流体可流动到压力补偿系统中。于是可以通过将一些流体通过所述开本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于深水应用的动力电池(1)，包括动力电池壳体(2)、电容器组(3)、电子模块(8)、和输入/输出连接器(5、6)，其中所述动力电池壳体(2)由绝缘材料制成，其中，在所述动力电池中使用介电流体，其中，所述动力电池包括压力补偿系统，所述压力补偿系统允许将所述动力电池的内部压力补偿至所述动力电池的外部压力或周围环境的压力，以使得内部压力相似于深水压力。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.10.06 EP 11184092.21.用于深水应用的动力电池(1)，包括动力电池壳体(2)、电容器组(3)、电子模块(8)、和输入/输出连接器(5、6)，其中所述动力电池壳体(2)由绝缘材料制成，其中，在所述动力电池中使用介电流体，其中，所述动力电池包括压力补偿系统，所述压力补偿系统允许将所述动力电池的内部压力补偿至所述动力电池的外部压力或周围环境的压力，以使得内部压力相似于深水压力。2.根据权利要求1所述的动力电池，包括：被密封的结构。3.根据权利要求1所述的动力电池，其中，所述压力补偿系统包括处于所述动力电池壳体(2)中的多个开口，用于根据环境压力调节处于所述动力电池壳体的内部的压力。4.根据权利要求1所述的动力电池，包括：处于所述动力电池壳体中的多个开口(15)，其被实现来允许所述介电流体循环穿过所述动力电池的内部。5.根据权利要求4所述的动力电池，其中，开口(15)包括过滤器(16)。6.根据权利要求1至5中任一项所述的动力电池，包括：热交换器(7)，用于冷却所述动力电池的内部。7.根据权利要求6所述的动力电池，其中，所述热交换器(7)被配置在所述动力电池壳体(2)的一部分中。8.根据权利要求1至5中任一项所述的动力电池，包括：多个电子模块(8)。9.动力电池系统(100)，包括：多个根据权利要求1至8中任一项...

【专利技术属性】
技术研发人员：B斯奈森，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE