[发明专利]用于深水应用的动力电池

说明书

技术领域

本发明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。本发明进一步涉及包括多个可更换的动力电池的动力电池系统。

背景技术

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。本发明背景中“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，即落入本发明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US 2007/0048561 Al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。

发明内容

本发明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。

本发明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。

根据本发明，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”在本发明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。

根据本发明，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发明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，当使用本发明的动力电池时，可减少动力电池系统的部件数量。