用于深水應(yīng)用的動(dòng)力電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于深水應(yīng)用的動(dòng)力電池(1)，其包括動(dòng)力電池殼體(2)、電容器組(3)、電子模塊(4)、和輸入/輸出連接器(5、6)，其中所述動(dòng)力電池殼體(2)基本由絕緣材料制成。本發(fā)明進(jìn)一步描述了動(dòng)力電池系統(tǒng)(100)，其包括：根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的多個(gè)可更換的動(dòng)力電池(1)、用于支承所述動(dòng)力電池(1)的框體(20)、和用于連接至所述動(dòng)力電池的電連接件特別是匯流排機(jī)構(gòu)(18)。
【專利說明】用于深水應(yīng)用的動(dòng)力電池
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于深水應(yīng)用的動(dòng)力電池，其包括動(dòng)力電池殼體、電容器組、電子模塊和輸入/輸出連接器。本發(fā)明進(jìn)一步涉及包括多個(gè)可更換的動(dòng)力電池的動(dòng)力電池系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]深水(也被稱為海底)處理在油氣開采的領(lǐng)域中變得越來越受重視，因?yàn)槲挥诤５紫路降牡V藏常常只能通過那些技術(shù)而變得可接近。因此，有必要改造裝備來用于長步伐(即長距離)、邊緣性和分散的油或氣領(lǐng)域，并用于深水的高壓力條件。在過去的幾年中，開發(fā)出了用于在深水中使用的大規(guī)模海床設(shè)施。深水設(shè)施通常被設(shè)計(jì)成在承受極端壓力和溫度的完全可靠性下被操作用于長步伐。本發(fā)明背景中“深水”應(yīng)理解為是指300米和更深的情況，優(yōu)選為大約2000米和更深，例如為大約3000米。
[0003]深水處理設(shè)施通常包括數(shù)個(gè)被電氣地驅(qū)動(dòng)的泵和/或氣體壓縮器，用以傳輸油氣越過非常長的距離。這類泵和壓縮器被變速或變頻驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。變速驅(qū)動(dòng)器可以被連接至海底電網(wǎng)系統(tǒng)或者是海底電網(wǎng)系統(tǒng)的一部分，經(jīng)由所述海底電網(wǎng)系統(tǒng)所述驅(qū)動(dòng)器接收用于操作的電力，或者驅(qū)動(dòng)器可被直接供應(yīng)來自陸上發(fā)電廠或海上平臺(tái)的電力，例如經(jīng)由臍帶式管線或海底電纜。變速驅(qū)動(dòng)器通常被封裝在耐受壓力的外部殼體中，所述外部殼體為變速驅(qū)動(dòng)器的部件實(shí)現(xiàn)大氣壓環(huán)境，即大約I個(gè)大氣壓的內(nèi)部壓力。變速驅(qū)動(dòng)器通常具有復(fù)雜的設(shè)計(jì)，不可被容易地?cái)U(kuò)展，并且由于大氣壓操作而需要可觀尺寸和重量的封閉體，因?yàn)榉忾]體壁需要承受高達(dá)300巴的壓力差。這導(dǎo)致高生產(chǎn)、運(yùn)輸和安裝成本。
[0004]常規(guī)陸上變速或變頻驅(qū)動(dòng)器可包括配置在動(dòng)力電池系統(tǒng)中的多個(gè)動(dòng)力電池。這類動(dòng)力電池可適于應(yīng)用于中等電壓或高電壓變速或變頻驅(qū)動(dòng)器。一般而言，中等電壓是指大于690伏特(V)且小于69千伏特(kV)的額定電壓。有時(shí)，中等電壓可以是處于大約1000V?大約69kV之間的電壓。在許多這類系統(tǒng)中，使用模塊式動(dòng)力電池。高電壓額定值超過這類中等電壓額定值，即落入本發(fā)明的定義內(nèi)的高電壓額定值是大于大約69kV的電壓額定值。
[0005]在常規(guī)陸上變速或變頻驅(qū)動(dòng)器中使用的動(dòng)力電池通常包括一個(gè)或多個(gè)三相二極管橋式整流器、一個(gè)或多個(gè)直流電流(DC)電容器和一個(gè)或多個(gè)H橋逆變器，如例如用于變頻驅(qū)動(dòng)器的US 2007/0048561 Al中公開的。整流器將輸入交流(AC)電壓轉(zhuǎn)換成基本恒定的DC電壓，其被越過整流器輸出端連接的電容器支持。逆變器使用H橋逆變器中的半導(dǎo)體器件的脈沖寬度調(diào)制來將越過DC電容器的DC電壓變換成輸出。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的一個(gè)目的是提供簡單的動(dòng)力電池和動(dòng)力電池系統(tǒng)，其增加深水應(yīng)用下的動(dòng)力電池的壽命和可靠性，并降低這類動(dòng)力電池和動(dòng)力電池系統(tǒng)的總成本。
[0007]本發(fā)明的該目的通過根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)力電池和根據(jù)權(quán)利要求10和15所述的動(dòng)力電池系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)。[0008]根據(jù)本發(fā)明，用于深水應(yīng)用的動(dòng)力電池包括動(dòng)力電池殼體、電容器組、電子模塊和輸入/輸出連接器。為了簡明起見，不指定電容器組和電子模塊的數(shù)量，但是術(shù)語“電容器組”或“電子模塊”在本發(fā)明的背景中意指一個(gè)或多個(gè)電容器組或電子模塊可以存在于一個(gè)動(dòng)力電池中。另外，如果存在更多的電容器組或電子模塊，則它們可為相同或不同的部件。
[0009]根據(jù)本發(fā)明，動(dòng)力電池殼體基本由絕緣材料制成?！盎居山^緣材料制成”意指動(dòng)力電池殼體的零部件的大部分即除某些零部件比如熱交換器、電連接器等外的殼體由絕緣材料制成。用于動(dòng)力電池殼體的絕緣材料的優(yōu)點(diǎn)是:動(dòng)力電池殼體自身用作電氣絕緣體，絕緣于外部系統(tǒng)，比如動(dòng)力電池框體或包括多于一個(gè)的動(dòng)力電池的動(dòng)力電池系統(tǒng)中的另一動(dòng)力電池。另一動(dòng)力電池可以是例如在一行或一列的數(shù)個(gè)動(dòng)力電池中配置成鄰近相應(yīng)動(dòng)力電池的動(dòng)力電池。
[0010]絕緣動(dòng)力電池殼體可由任何絕緣材料構(gòu)成,只要該材料在動(dòng)力電池所暴露至的相應(yīng)環(huán)境中是穩(wěn)定的即可。優(yōu)選材料為聚合材料，比如包含聚甲醛(POM)或聚丙烯(PP)或類似物的材料。
[0011]比起常規(guī)動(dòng)力電池，包括絕緣動(dòng)力電池殼體的本發(fā)明的動(dòng)力電池在用于包括支承框體比如金屬框體的動(dòng)力電池系統(tǒng)時(shí)更安全且更可靠，所述金屬框體在現(xiàn)有技術(shù)解決方案中通常被使用來達(dá)到構(gòu)造上的原因。具體地，不需要用于與支承動(dòng)力電池的金屬框體絕緣的比如條材或襯墊或墊層等附加絕緣構(gòu)件，因?yàn)閯?dòng)力電池殼體自身作為絕緣構(gòu)件發(fā)揮功能。因此，比起常規(guī)動(dòng)力電池，當(dāng)使用本發(fā)明的動(dòng)力電池時(shí)，可減少動(dòng)力電池系統(tǒng)的部件數(shù)量。
[0012]為了實(shí)現(xiàn)將動(dòng)力電池用于深水應(yīng)用，處于這種動(dòng)力電池的內(nèi)部中的任何部件比如電容器組和/或電子模塊可以特別適于加壓環(huán)境，因?yàn)楦叩纳钏畨毫Σ粌H作用于動(dòng)力電池的外部上而且還作用于其內(nèi)部中。因此，暴露于高壓力且可選地暴露于介電流體的動(dòng)力電池部件可以根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)(例如DNV-RP-A203 “Qualification procedures for newtechn0l0gy(用于新技術(shù)的質(zhì)量評定程序)”)被測試和證明合格。具體地，可以例如在處于1.5X300巴的壓力容器中測試部件。壓力容器被充注有相關(guān)介電流體，來調(diào)查部件在那些惡劣環(huán)境中的功能是否相同于大氣壓環(huán)境中的。
[0013]根據(jù)本發(fā)明，進(jìn)一步提供了動(dòng)力電池系統(tǒng)，其包括被構(gòu)造成可更換的多個(gè)這種動(dòng)力電池、用于支承動(dòng)力電池的框體、和用于連接至動(dòng)力電池的電連接件特別是匯流排機(jī)構(gòu)(busbar arrangement)。動(dòng)力電池系統(tǒng)特別適于深水應(yīng)用，因?yàn)閯?dòng)力電池系統(tǒng)可被簡單地配置在封裝動(dòng)力電池系統(tǒng)的外部殼體中?！胺庋b”意指動(dòng)力電池系統(tǒng)的動(dòng)力電池被置于介電環(huán)境中。
[0014]可選地，動(dòng)力電池系統(tǒng)包含暴露于壓力的動(dòng)力電池，以便簡化總體構(gòu)造，因?yàn)樘峁┐髿鈮涵h(huán)境的外部殼體可被省略。因此，動(dòng)力電池系統(tǒng)不處于大氣壓環(huán)境，而是動(dòng)力電池系統(tǒng)被保持在加壓環(huán)境中?！凹訅涵h(huán)境”在本發(fā)明的背景中意指內(nèi)部壓力相似于外部壓力，例如海床條件下的深水壓力。
[0015]本發(fā)明的特別有利的實(shí)施例和特征由從屬權(quán)利要求給出，如在以下描述中揭示的。再一些實(shí)施例可以通過組合以下描述的各個(gè)實(shí)施例的特征來導(dǎo)出，并且各權(quán)利要求類別的特征可通過任意適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行組合。
[0016]在根據(jù)本發(fā)明的動(dòng)力電池的一優(yōu)選實(shí)施例中，動(dòng)力電池包括被密封的結(jié)構(gòu)?！氨幻芊獾慕Y(jié)構(gòu)”意指動(dòng)力電池殼體完全封裝動(dòng)力電池的內(nèi)部部件和部分，使得動(dòng)力電池的內(nèi)部的部件、部件的碎片或部分在電容器組或電子模塊可能受到損傷的情況下被保持在動(dòng)力電池殼體內(nèi)。因此，有可能在動(dòng)力電池系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)動(dòng)力電池失效的情況下保持整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，因?yàn)槠渌鼊?dòng)力電池尤其是直接地或間接地鄰近受損動(dòng)力電池的動(dòng)力電池不受這種失效的影響。
[0017]優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明尤其是根據(jù)該實(shí)施例的動(dòng)力電池包括壓力補(bǔ)償系統(tǒng)。這種系統(tǒng)允許將動(dòng)力電池的內(nèi)部壓力快速且容易地補(bǔ)償至其外部或周圍環(huán)境的壓力。因此，如果壓力在這種動(dòng)力電池的環(huán)境中增加，例如由于動(dòng)力電池沉到更深的水中導(dǎo)致的壓力增加，則所述系統(tǒng)允許將內(nèi)部壓力補(bǔ)償至與作用在動(dòng)力電池上的外部壓力相似的壓力?！跋嗨茐毫Α痹诒景l(fā)明的背景中意指在動(dòng)力電池的內(nèi)部和外部使用幾乎相同或只是略微不同的壓力。在一些實(shí)施例中，可能有利的是在動(dòng)力電池內(nèi)存在小的過壓，以便穩(wěn)定動(dòng)力電池殼體的構(gòu)造。
[0018]這類壓力補(bǔ)償系統(tǒng)的優(yōu)選示例可以是波紋管或囊體(bladder)，其被放置在動(dòng)力電池殼體內(nèi)，用以抵消在壓力和/或溫度變化期間發(fā)生的體積差?？赡艿氖?壓力補(bǔ)償系統(tǒng)具有通向動(dòng)力電池的外部的開口，使得圍繞動(dòng)力電池流動(dòng)的流體可流動(dòng)到壓力補(bǔ)償系統(tǒng)中。于是可以通過將一些流體通過所述開口吸入壓力補(bǔ)償系統(tǒng)中來補(bǔ)償動(dòng)力電池的外部上的過壓。例如，一些流體可以被推入動(dòng)力電池內(nèi)的囊體中，由此減小動(dòng)力電池中的空間。因此，動(dòng)力電池內(nèi)的壓力將由于空間的減小而增加。
[0019]優(yōu)選地，所述壓力補(bǔ)償系統(tǒng)包括處于所述動(dòng)力電池殼體中的多個(gè)開口，用于根據(jù)環(huán)境壓力調(diào)節(jié)處于所述動(dòng)力電池殼體的內(nèi)部中的壓力。所述開口可以允許外部流體侵入動(dòng)力電池的內(nèi)部中，使得動(dòng)力電池的內(nèi)部和外部的壓力被保持平衡，即幾乎相等。這是非常簡單的壓力補(bǔ)償方法，同時(shí)在本發(fā)明的意義上維持殼體的密封。開口的尺寸優(yōu)選處于大約Imm?大約IOmm內(nèi)，并且優(yōu)選處于大約Imm?大約5mm內(nèi)。開口可優(yōu)選地被設(shè)計(jì)成使得它們允許動(dòng)力電池殼體的內(nèi)部與外部之間的壓力補(bǔ)償。在該構(gòu)造中，不必需要壓力補(bǔ)償系統(tǒng)的附加部件。當(dāng)然，開口可與如前面段落中描述的附加壓力補(bǔ)償系統(tǒng)組合。
[0020]在根據(jù)本發(fā)明的動(dòng)力電池的再一實(shí)施例中，在動(dòng)力電池殼體中包括多個(gè)開口，其被實(shí)現(xiàn)來允許冷卻流體循環(huán)穿過動(dòng)力電池的內(nèi)部。優(yōu)選地，開口位于動(dòng)力電池的底部和頂部中，使得流體被允許流動(dòng)穿過動(dòng)力電池的內(nèi)部。在該實(shí)施例中，開口優(yōu)選是大開口，其尺寸大于大約IOmm,且更優(yōu)選大于大約50mm。在一特定優(yōu)選實(shí)施例中，開口占據(jù)動(dòng)力電池殼體的底部和/或頂部的至少一部分優(yōu)選為全部。在該構(gòu)造中，可由于開口的尺寸而省略附加壓力補(bǔ)償系統(tǒng)。原因是:開口的尺寸如此大以致內(nèi)部和外部彼此直接相連，使得在任何時(shí)間，動(dòng)力電池的內(nèi)部都具有與環(huán)境壓力相似或相等的壓力。
[0021]根據(jù)該實(shí)施例的動(dòng)力電池的開口優(yōu)選包括過濾器。過濾器可為過濾網(wǎng)或由特定材料制成的任何其它過濾器，使得部件或內(nèi)部部件的碎片或部分可以在動(dòng)力電池內(nèi)的部件發(fā)生爆炸或以其它方式失效的情況下向動(dòng)力電池的外部傳輸時(shí)被過濾和/或妨礙。如果開口被這種過濾器覆蓋，則能輕松地避免破損電池部件的碎片或部分對圍繞動(dòng)力電池和/或鄰近動(dòng)力電池的流體的污染。
[0022]優(yōu)選地，動(dòng)力電池可以包括熱交換器，用于冷卻動(dòng)力電池的內(nèi)部，尤其是電子模塊比如半導(dǎo)體(例如IGBT)。熱交換器可以是主動(dòng)熱交換系統(tǒng)，或者可以是被動(dòng)系統(tǒng)，例如突出穿過動(dòng)力電池殼體的散熱器。由此，熱交換器被配置在動(dòng)力電池殼體的一部分中。熱交換器允許通過將熱主動(dòng)地或被動(dòng)地輸送至動(dòng)力電池的外部，來降低動(dòng)力電池內(nèi)部中的溫度。通過主動(dòng)地或被動(dòng)地冷卻熱交換器的外部，可以同時(shí)降低動(dòng)力電池的內(nèi)部中的溫度。在一個(gè)優(yōu)選構(gòu)造中，電子模塊特別是半導(dǎo)體被安裝直接至熱交換器，例如設(shè)置有散熱器，以使這些部件的冷卻最有效。
[0023]動(dòng)力電池可以包括多個(gè)電子模塊。由于根據(jù)本發(fā)明的動(dòng)力電池的內(nèi)部通常被加壓，這意味著處于與周圍環(huán)境大約相同的壓力，例如在水下大約3000米，因此所有電子部件都必需承受這種高壓力。
[0024]根據(jù)如以上詳細(xì)說明的包括用于支承多個(gè)可更換動(dòng)力電池的框體的動(dòng)力電池系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述系統(tǒng)可以包括用于動(dòng)力電池的冷卻系統(tǒng)。冷卻系統(tǒng)可以是被動(dòng)冷卻系統(tǒng)比如熱交換器或主動(dòng)冷卻系統(tǒng)比如風(fēng)扇或類似物。
[0025]被動(dòng)冷卻系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)選示例可以是使用流體的對流冷卻系統(tǒng)?！皩α骼鋮s系統(tǒng)”意指這樣一種系統(tǒng)，其中冷卻流體優(yōu)選為惰性流體循環(huán)穿過動(dòng)力電池系統(tǒng)，由此冷卻動(dòng)力電池。冷卻流體的循環(huán)由對流機(jī)制驅(qū)動(dòng)，其中流體的溫度在動(dòng)力電池的較暖和部分處被增力口。被加熱的流體然后將在動(dòng)力電池系統(tǒng)的較冷部分處被冷卻，特別是外部殼體處，其通常被環(huán)繞動(dòng)力電池系統(tǒng)的外部冷水冷卻。在動(dòng)力電池系統(tǒng)的那些部分處，流體從具有較高溫度的動(dòng)力電池部分循環(huán)至具有較低溫度的動(dòng)力電池系統(tǒng)部分，并且在流體的冷卻之后，回到具有較高溫度的區(qū)域。
[0026]待在本發(fā)明的動(dòng)力電池系統(tǒng)中使用的適當(dāng)流體為惰性流體比如介電流體。即使在流體與動(dòng)力電池或動(dòng)力電池系統(tǒng)的部件直接接觸的情況下，介電流體也不會(huì)在動(dòng)力電池中造成短路，。這種介電流體的優(yōu)選示例為硅油、礦物油或酯系聚合物流體。這類流體的優(yōu)點(diǎn)是它們的密度通常隨溫度增加而降低。這可被使用來引起上升的自由對流流動(dòng)。外部殼體的較冷壁將對流體密度具有相反的效應(yīng)，引起下降的自由對流流動(dòng)。循環(huán)流動(dòng)將提供必需的熱傳遞，來確保充分冷卻動(dòng)力電池，尤其是生成大量熱能的動(dòng)力電池部件，比如電容器和電子模塊。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變型或再一實(shí)施例，動(dòng)力電池系統(tǒng)可以包括圍繞安裝框體和動(dòng)力電池的外部殼體。外部殼體特別適于深水應(yīng)用。特別地，外部殼體防止水進(jìn)入動(dòng)力電池系統(tǒng)。外部殼體具有相對于環(huán)境尤其是相對于周圍海水封裝動(dòng)力電池系統(tǒng)部件的功能。一般來說，外部殼體的附加功能是承受周圍深水環(huán)境的壓力，例如大于300巴或更多的壓力。
[0028]可選地，外部殼體允許補(bǔ)償動(dòng)力電池系統(tǒng)的內(nèi)部與外部之間的壓力，使得動(dòng)力電池系統(tǒng)的內(nèi)部壓力與動(dòng)力電池系統(tǒng)的外部壓力相似或幾乎相等。因此，在深水應(yīng)用期間，動(dòng)力電池系統(tǒng)通常處于加壓狀態(tài)。這允許實(shí)現(xiàn)動(dòng)力電池系統(tǒng)的更簡單的總體構(gòu)造，因?yàn)椴辉傩枰缢聭?yīng)用中常規(guī)使用的附加壓力補(bǔ)償系統(tǒng)。
[0029]優(yōu)選地，圍繞動(dòng)力電池系統(tǒng)的外部殼體包括用于整個(gè)動(dòng)力電池系統(tǒng)的體積補(bǔ)償系統(tǒng)。該系統(tǒng)允許補(bǔ)償將在動(dòng)力電池系統(tǒng)的存儲(chǔ)、運(yùn)輸、安裝和取回期間發(fā)生的外部殼體的外部與內(nèi)部之間的壓力和溫度差。換言之，動(dòng)力電池系統(tǒng)內(nèi)的壓力將被保持幾乎等于環(huán)境壓力，例如周圍海水的壓力。體積補(bǔ)償器可以例如包括柔性元件，比如波紋管、膜片或囊體，其將周圍的外側(cè)壓力傳輸至外部殼體的內(nèi)側(cè)，并允許外部殼體內(nèi)的介電流體的體積變化。這類動(dòng)力電池和動(dòng)力電池系統(tǒng)例如可適用于深水電網(wǎng)系統(tǒng)，特別是變速驅(qū)動(dòng)器，例如用于從極端深度開采油和/或氣體或在這些深度壓縮氣體的系統(tǒng)。
[0030]再一實(shí)施例提供包括呈任一種上述構(gòu)造的動(dòng)力電池系統(tǒng)的海底變速驅(qū)動(dòng)器。
[0031]用于海底或深水應(yīng)用的動(dòng)力電池系統(tǒng)的實(shí)際上優(yōu)選的實(shí)施例在以下被描述。動(dòng)力電池系統(tǒng)包括多個(gè)可更換的動(dòng)力電池、用于支承動(dòng)力電池的框體、和圍繞安裝框體和動(dòng)力電池的外部殼體，其中整個(gè)系統(tǒng)適于深水應(yīng)用。動(dòng)力電池、框體和外部殼體可被實(shí)施為與在本發(fā)明的前述優(yōu)選實(shí)施例中描述的相同方式。
[0032]動(dòng)力電池系統(tǒng)的每個(gè)動(dòng)力電池分別包括由絕緣材料制成的動(dòng)力電池殼體、電容器組、電子模塊、和輸入/輸出連接器。
[0033]為了承受深水應(yīng)用中的高壓力，框體優(yōu)選至少部分地由金屬材料制成，而具有適當(dāng)剛性的其它非金屬材料也可被使用。如果動(dòng)力電池系統(tǒng)進(jìn)一步包括用于連接所述多個(gè)動(dòng)力電池的輸入/輸出連接器的電連接件，則框體優(yōu)選支承電連接件。
[0034]根據(jù)再一優(yōu)選實(shí)施例，外部殼體至少部分地充注有介電流體，特別是介電液體。至少部分地充注在本發(fā)明的背景中意指流體量被調(diào)整成使得介電流體可被用于克服殼體的內(nèi)側(cè)生成反壓力，以使動(dòng)力電池系統(tǒng)適應(yīng)于深水應(yīng)用。此外，流體可被使用來防止水進(jìn)入動(dòng)力電池系統(tǒng)中。一般來說，在將系統(tǒng)移動(dòng)至海床期間在動(dòng)力電池系統(tǒng)的外部殼體外的壓力上升，并且內(nèi)部與外部壓力之間的差值優(yōu)選通過如前面詳細(xì)描述的用于使壓力相等的體積補(bǔ)償系統(tǒng)得到均等化。外部殼體內(nèi)的流體可被使用來協(xié)助在外部殼體內(nèi)生成相應(yīng)的反壓力。為此目的，適于使用較少或不可壓縮的介電流體，比如呈溶液或凝膠形式的流體，來以整個(gè)動(dòng)力電池系統(tǒng)的相對較大的內(nèi)部體積生成反壓力。介電流體可以例如是液體，比如硅油、變壓器油或類似物。
[0035]此外，動(dòng)力電池系統(tǒng)可選地包括用于動(dòng)力電池的冷卻系統(tǒng)，其可被實(shí)施為如前面相對于通用優(yōu)選實(shí)施例所描述的那樣。
[0036]該動(dòng)力電池系統(tǒng)特別適于承受深水應(yīng)用中的高壓力，比如在例如正常海平面下大于200米處存在的高壓力的條件中的高壓力。特別地，動(dòng)力電池、框體和外部殼體適于這些惡劣條件。
[0037]本發(fā)明的上述方面和實(shí)施例的特征可進(jìn)行組合，除非有相反說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0038]從以下詳細(xì)描述，結(jié)合附圖進(jìn)行理解，本發(fā)明的其它目的和特征將變得清楚明了。然而，應(yīng)該明白的是:附圖僅被設(shè)計(jì)來用于例示的目的，而不是對本發(fā)明的限制進(jìn)行限定。附圖中，相似附圖標(biāo)記貫穿全體指代相似的物體。圖中的物體并不一定按比例進(jìn)行繪制。
[0039]圖1示出了包括被安裝在框體中的多個(gè)根據(jù)本發(fā)明的動(dòng)力電池的動(dòng)力電池系統(tǒng)的一些部分的透視圖；
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的動(dòng)力電池的第一實(shí)施例的透視圖；
圖3示出了與圖2的動(dòng)力電池類似的第一實(shí)施例的動(dòng)力電池的一個(gè)變型的分解視圖； 圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的動(dòng)力電池的第二實(shí)施例的透視圖；
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的動(dòng)力電池的第三實(shí)施例的透視圖；
圖6示出了在其中使用了圖3所示動(dòng)力電池的變速驅(qū)動(dòng)器的一些部分的透視圖；
圖7示出了用于陸上用途的現(xiàn)有技術(shù)動(dòng)力電池系統(tǒng)的前視圖； 圖8示出了圖7的現(xiàn)有技術(shù)動(dòng)力電池系統(tǒng)的放大視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040]圖1示出了包括根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)動(dòng)力電池I和框體20的用于深水應(yīng)用的動(dòng)力電池系統(tǒng)100 (只部分地示出)的透視圖。系統(tǒng)100因動(dòng)力電池I的特定構(gòu)造而被調(diào)節(jié)為用于深水應(yīng)用。每個(gè)動(dòng)力電池包括絕緣動(dòng)力電池殼體2、輸入連接器5和輸出連接器6。動(dòng)力電池I的動(dòng)力電池殼體2在動(dòng)力電池I的頂部具有開口 15。
[0041]如圖1中示出的，金屬框體20在其兩個(gè)側(cè)面的每個(gè)上具有兩行和五列的動(dòng)力電池存儲(chǔ)位置?？傆?jì)，如圖1中例示的框體20具有用于20個(gè)動(dòng)力電池I的位置。當(dāng)然，具有更少或更多動(dòng)力電池存儲(chǔ)位置的框體可被構(gòu)造，而不背離本發(fā)明。另外，也可使用例如處于分離的列和行或處于圓柱形形式的動(dòng)力電池I的替代配置。在每個(gè)位置處，動(dòng)力電池I可被安裝。優(yōu)選地，動(dòng)力電池I被安裝成使得它們可被容易地移除以進(jìn)行維修或更換。
[0042]動(dòng)力電池I中的每個(gè)的動(dòng)力電池殼體2由絕緣材料制成。因此，每個(gè)動(dòng)力電池I與支承動(dòng)力電池的金屬框體20電絕緣。此外,絕緣動(dòng)力電池殼體2還允許每個(gè)動(dòng)力電池與周圍的動(dòng)力電池電絕緣。
[0043]根據(jù)本發(fā)明的具有絕緣動(dòng)力電池殼體2的動(dòng)力電池I優(yōu)于如圖7和8中示出的現(xiàn)有技術(shù)動(dòng)力電池200，因?yàn)樗鼈冊趧?dòng)力電池200的殼體與安裝框體300之間不需要任何附加的絕緣材料400。常規(guī)上，與金屬框體和周圍動(dòng)力電池的電絕緣是以由絕緣材料制成的襯墊或?qū)有纬傻?。因此，根?jù)本發(fā)明，能夠使動(dòng)力電池更簡單和更便宜，因?yàn)椴恍枰缭诔Ｒ?guī)動(dòng)力電池中使用的附加絕緣元件。而且，更容易更換動(dòng)力電池，因?yàn)閯?dòng)力電池I可被直接安裝到框體2中。
[0044]如圖1中示出的動(dòng)力電池I包括輸入連接器5和輸出連接器6。輸入/輸出連接器5、6被配置在每個(gè)動(dòng)力電池I的一側(cè)，使得它們可容易地與動(dòng)力電池系統(tǒng)的匯流排機(jī)構(gòu)(圖中未示出)連接，以使連接器與動(dòng)力電池系統(tǒng)的其它電子部件電連接。
[0045]在圖1中,動(dòng)力電池I被示出，其在絕緣動(dòng)力電池殼體2的頂側(cè)具有開口 15。所述開口被配置成使得所述開口與框體2的每個(gè)金屬部分或周圍動(dòng)力電池I具有特定的距離。因此，即使在開口部分處不存在絕緣材料，動(dòng)力電池I也與框體20電絕緣。在動(dòng)力電池殼體2的基底處，也可提供相應(yīng)的開口(在圖1中未示出)。這些開口可被使用來冷卻動(dòng)力電池I的內(nèi)部部件，尤其是電容器組(圖中未示出)，方法是借助于流動(dòng)穿過動(dòng)力電池I的內(nèi)部的冷卻流體。
[0046]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的動(dòng)力電池I的第一實(shí)施例的透視圖，其包括動(dòng)力電池殼體2、輸入和輸出連接器5、6以及熱交換器7。動(dòng)力電池殼體由絕緣材料制成，以提供與動(dòng)力電池系統(tǒng)的周圍部分(圖中未示出)比如框體或周圍動(dòng)力電池等的電絕緣。根據(jù)該實(shí)施例的動(dòng)力電池殼體2被提供成使得動(dòng)力電池的內(nèi)部對環(huán)境密封。因此，動(dòng)力電池的處于其內(nèi)部隔間中的部件被防止受到任何污染，所述污染可能由于周圍動(dòng)力電池的失效而造成。另夕卜，在這種動(dòng)力電池I失效的情況下，處于動(dòng)力電池的內(nèi)部中的部件或那些部件的碎片將被保持在密封的殼體中，從而避免對該動(dòng)力電池的外部上的任何污染。
[0047]隨著動(dòng)力電池的內(nèi)部部件尤其是電子模塊和電容器組在操作期間發(fā)熱，優(yōu)選的是冷卻被密封的動(dòng)力電池的內(nèi)部。為了這種冷卻操作，一個(gè)或多個(gè)熱交換器7可以被提供在動(dòng)力電池殼體2的一部分中。“被提供在動(dòng)力電池殼體中”意指熱交換器的第一部分通常被提供在殼體外，而第二部分被提供在動(dòng)力電池殼體內(nèi)。第一和第二部分彼此連接成使得生成的熱能可從動(dòng)力電池的內(nèi)部傳輸至外部。為了允許熱能的這種傳輸，被提供在動(dòng)力電池外的第一部分被冷卻達(dá)這樣一種程度，即熱能被生成在動(dòng)力電池內(nèi)，尤其是電子模塊(例如絕緣柵雙極晶體管，也被稱為IGBT)處。熱交換器7的外部部分可以是散熱器，其將來自生成于固體材料內(nèi)的較高溫度的熱能傳遞至較低溫度的流體介質(zhì)。這類散熱器的示例是主動(dòng)或被動(dòng)部件，其優(yōu)選包括基底和多個(gè)翅片。翅片負(fù)責(zé)增加負(fù)責(zé)能量傳遞的表面面積。為了附加地增加熱傳遞速率，主動(dòng)冷卻元件比如冷卻風(fēng)扇或類似物可以被提供在翅片處。替代地，翅片可以被配置成使得翅片之間的冷卻流體的對流流動(dòng)不被妨礙。如果翅片被大致垂直地設(shè)置，則冷卻流體的對流流動(dòng)通常被支持。
[0048]圖3示出了根據(jù)第一實(shí)施例的動(dòng)力電池I的一變型的分解視圖。該動(dòng)力電池I包括動(dòng)力電池殼體2、用于輸入/輸出連接器的開口 4和電子模塊8。在圖3中，連接器未被示出，因?yàn)樗鼈兺ㄟ^打開動(dòng)力電池而被拉回了到動(dòng)力電池殼體的內(nèi)部中。連接器位于與電子模塊8連接的內(nèi)部總線匯流排11 (在圖3中部分地示出)的端部處。內(nèi)部匯流排優(yōu)選包括具有高導(dǎo)電性的材料，以允許電氣模塊分別與輸入和輸出連接器之間的良好連接性。在操作狀態(tài)中，內(nèi)部匯流排11和電子模塊8被封裝在密封的動(dòng)力電池殼體中。在動(dòng)力電池殼體的主要部件中，電容器組(圖中未示出)被提供。
[0049]為了適于深水應(yīng)用，優(yōu)選的是在動(dòng)力電池殼體中提供壓力補(bǔ)償系統(tǒng)。因此，動(dòng)力電池系統(tǒng)的每個(gè)動(dòng)力電池具有其自身的壓力補(bǔ)償系統(tǒng)，使得動(dòng)力電池的外部可被設(shè)定為處于環(huán)境壓力，例如在海床的深水條件中存在的壓力。優(yōu)點(diǎn)是:整個(gè)動(dòng)力電池系統(tǒng)不必如常規(guī)系統(tǒng)中那樣被置于一個(gè)大氣壓的壓力處。
[0050]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的動(dòng)力電池I的第二實(shí)施例的透視圖，其包括動(dòng)力電池殼體2、輸入和輸出連接器5、6、熱交換器7 (只示出了外部部分)、以及小開口 25。
[0051]動(dòng)力電池殼體2優(yōu)選由絕緣材料制成，并且連接器5、6和熱交換器7處于與第一實(shí)施例中相同的位置。與第一實(shí)施例的差別是在動(dòng)力電池殼體的頂部和/或底部設(shè)置有開口 25。這些開口是小的通孔，其延伸穿過動(dòng)力電池殼體2，以允許將動(dòng)力電池殼體內(nèi)的壓力補(bǔ)償至存在于動(dòng)力電池I的環(huán)境中的壓力。開口的尺寸小，使得動(dòng)力電池殼體被視為幾乎是密閉的。因此，在動(dòng)力電池失效的情況下，大部分部件或其碎片被保持在動(dòng)力電池殼體中。開口 25大到足以用于壓力補(bǔ)償。當(dāng)然，即使在大致密閉的動(dòng)力電池殼體中設(shè)置有小開口，根據(jù)該實(shí)施例的動(dòng)力電池還可以具有附加的壓力補(bǔ)償系統(tǒng)。
[0052]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的動(dòng)力電池的第三實(shí)施例的透視圖。該動(dòng)力電池包括動(dòng)力電池殼體2、電容器組3、輸入和輸出連接器5、6、熱交換器7、電子模塊8、和處于動(dòng)力電池的頂部和底部的開口 15、16。
[0053]根據(jù)該實(shí)施例，開口 15、16延伸跨越動(dòng)力電池殼體2的頂部和底部的總面積。該配置的優(yōu)點(diǎn)是冷卻流體能自由地流動(dòng)穿過動(dòng)力電池I的內(nèi)部。因此，不需要壓力補(bǔ)償系統(tǒng)，因?yàn)閮?nèi)部上的壓力相同于動(dòng)力電池的外部上的壓力。優(yōu)選地，這些開口被比如過濾網(wǎng)等過濾器(圖中未示出)覆蓋，以在動(dòng)力電池破損之后將部件及其破損碎片保持在動(dòng)力電池內(nèi)。動(dòng)力電池外側(cè)的流體與破損動(dòng)力電池的部件或碎片的污染能通過這種過濾器被大致避免或至少被妨礙。[0054]由于處于動(dòng)力電池殼體的頂側(cè)和底側(cè)的過濾器在圖5中未示出，所以內(nèi)部部件是可見的。多個(gè)電容器組3被配置在動(dòng)力電池I的主要部分中的數(shù)個(gè)行和列中。電容器組3被直接連接至電子模塊8，其中這些連接在圖5中未示出，以便更好地理解。
[0055]動(dòng)力電池I中的輸入和輸出連接器5、6、熱交換器7以及帶有內(nèi)部匯流排11的電子模塊8與第一和第二實(shí)施例中相同。因此，對于這些部件的詳細(xì)說明，我們參考在先的說明。
[0056]在圖6中，示出了用于深水應(yīng)用的變速驅(qū)動(dòng)器500的零部件的透視圖，其中使用了如圖1中示出的動(dòng)力電池系統(tǒng)100。動(dòng)力電池系統(tǒng)100在圖6中被示出在右側(cè)，包括根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的多個(gè)動(dòng)力電池1、金屬框體20和匯流排機(jī)構(gòu)18。匯流排機(jī)構(gòu)18使動(dòng)力電池中的每個(gè)的輸入和輸出連接器彼此連接。被會(huì)集的輸入和輸出端連接至變壓器單元50。因此，動(dòng)力電池系統(tǒng)100是單獨(dú)的系統(tǒng)，其能被使用在加壓氣氛中，因?yàn)槊總€(gè)動(dòng)力電池I適于深水應(yīng)用。因此，動(dòng)力電池系統(tǒng)100能被做得更簡單，并且不需要將動(dòng)力電池系統(tǒng)封裝在殼體中，所述殼體在其內(nèi)部保持一個(gè)大氣壓的環(huán)境。
[0057]在圖7中，示出了用于陸上用途的現(xiàn)有技術(shù)動(dòng)力電池系統(tǒng)的前視圖，其中多個(gè)動(dòng)力電池200被支承在金屬框體300中。由于動(dòng)力電池殼體由金屬材料制成，所以在動(dòng)力電池殼體與框體300之間配置呈襯墊形式的絕緣材料400。絕緣材料是必需的，以使動(dòng)力電池200與用于支承動(dòng)力電池的金屬框體絕緣。
[0058]圖8示出了圖7的現(xiàn)有技術(shù)動(dòng)力電池系統(tǒng)的放大視圖。如從該圖能夠看出的，動(dòng)力電池具有動(dòng)力電池殼體，所述動(dòng)力電池殼體具有數(shù)個(gè)開口，以允許冷卻流體優(yōu)選為氣體流動(dòng)穿過動(dòng)力電池。然而，如從該圖能容易地估計(jì)出的，所述常規(guī)動(dòng)力電池不適于在加壓氣氛下使用，因?yàn)閯?dòng)力電池的電氣模塊和其它零部件未被適宜地防止在這類極端條件下受到損壞和短路。
[0059]盡管已經(jīng)以優(yōu)選實(shí)施例及其變型的形式公開了本發(fā)明，但是應(yīng)該明白的是:可以對其做出眾多附加的修改和變型，而不背離本發(fā)明的范圍。雖然變速驅(qū)動(dòng)器被用作用于描述的基礎(chǔ)，但是根據(jù)本發(fā)明的動(dòng)力電池可以被恰倒好處地用于除了變速驅(qū)動(dòng)器之外的海底應(yīng)用。例如，動(dòng)力電池可以用于例如海底交通工具的馬達(dá)或海底發(fā)電廠等。為了簡明起見，應(yīng)該明白的是:貫穿本申請使用的“一”或“一個(gè)”不排除多個(gè)，并且“包括(包含)”不排除其它步驟或要素?！皢卧被颉澳K”可包括多個(gè)單元或模塊，除非另有說明。
【權(quán)利要求】
1.用于深水應(yīng)用的動(dòng)力電池(I)，包括動(dòng)力電池殼體(2)、電容器組(3)、電子模塊(4)、和輸入/輸出連接器(5、6)，其中所述動(dòng)力電池殼體(2)基本由絕緣材料制成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)力電池，包括:被密封的結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的動(dòng)力電池，包括:壓力補(bǔ)償系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的動(dòng)力電池，其中，所述壓力補(bǔ)償系統(tǒng)包括處于所述動(dòng)力電池殼體(2)中的多個(gè)開口(14)，用于根據(jù)環(huán)境壓力調(diào)節(jié)處于所述動(dòng)力電池殼體的內(nèi)部中的壓力。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的動(dòng)力電池，包括:處于所述動(dòng)力電池殼體中的多個(gè)開口(15),其被實(shí)現(xiàn)來允許冷卻流體循環(huán)穿過所述動(dòng)力電池的內(nèi)部。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的動(dòng)力電池，其中，開口(15)包括過濾器(16)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的動(dòng)力電池，包括:熱交換器(7)，用于冷卻所述動(dòng)力電池的內(nèi)部。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的動(dòng)力電池，其中，所述熱交換器(7)被配置在所述動(dòng)力電池殼體(2)的一部分中。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的動(dòng)力電池，包括:多個(gè)電子模塊(8)。
10.動(dòng)力電池系統(tǒng)(100)，包括:根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的多個(gè)可更換的動(dòng)力電池(I)、用于支承所述動(dòng)力電池⑴的框體(20)、和用于連接至所述動(dòng)力電池的電連接件(18)。
11.如權(quán)利要求10所述的動(dòng)力電池系統(tǒng)，包括:用于所述動(dòng)力電池的冷卻系統(tǒng)。
12.如權(quán)利要求11所述的動(dòng)力電池系統(tǒng)(100)，包括:使用流體的對流冷卻系統(tǒng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的動(dòng)力電池系統(tǒng)(100)，其中，所述流體是介電流體，優(yōu)選為硅油、礦物油或酯系聚合物流體。
14.根據(jù)權(quán)利要求10-13中任一項(xiàng)所述的動(dòng)力電池系統(tǒng)(100)，包括:圍繞所述安裝框體和所述動(dòng)力電池的外部殼體,其適于深水應(yīng)用。
15.用于深水應(yīng)用的動(dòng)力電池系統(tǒng)(100)，包括: -多個(gè)可更換的動(dòng)力電池(I)，每個(gè)動(dòng)力電池(I)包括動(dòng)力電池殼體(2)、電容器組(3)、電子模塊⑷、和輸入/輸出連接器(5、6), -用于支承所述動(dòng)力電池(I)的框體(20)，和 -圍繞所述安裝框體(20)和所述動(dòng)力電池(I)的外部殼體， 其特征在于，所述動(dòng)力電池(I)中的每個(gè)的動(dòng)力電池殼體(2)由絕緣材料制成。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的動(dòng)力電池系統(tǒng)(100)，其中，所述框體(20)至少部分地由金屬材料制成。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的動(dòng)力電池系統(tǒng)(100)，進(jìn)一步包括:用于連接所述多個(gè)動(dòng)力電池的輸入/輸出連接器的電連接件(18)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的動(dòng)力電池系統(tǒng)(100)，其中，所述框體(20)支承所述電連接件(18)。
19.根據(jù)權(quán)利要求15-18中任一項(xiàng)所述的動(dòng)力電池系統(tǒng)(100)，其中，所述外部殼體至少部分地充注有介電流體。
20.根據(jù)權(quán)利要求15-18中任一項(xiàng)所述的動(dòng)力電池系統(tǒng)(100)，進(jìn)一步包括:用于所述動(dòng)力電池的冷卻系統(tǒng)。
【文檔編號(hào)】H02M7/00GK103843241SQ201280049091
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年10月1日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月6日
【發(fā)明者】B.斯奈森 申請人:西門子公司