BR112020004224A2

BR112020004224A2 - dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo e sistemas e métodos associados

Info

Publication number: BR112020004224A2
Application number: BR112020004224-2A
Authority: BR
Inventors: John Ron Pedersen
Original assignee: Maersk Drilling A/S
Priority date: 2017-09-01
Filing date: 2018-09-03
Publication date: 2020-09-01
Also published as: US20200220135A1; EP3676931A1; WO2019042505A1; AU2018322656B2; US11482753B2; AU2018322656A1; MX2020002195A

Abstract

  Um dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo inclui um chassi resistente ao fogo, um ou mais elementos de armazenamento de energia alojados no chassi resistente ao fogo e um trocador de calor configurado para (a) resfriar um ou mais elementos de armazenamento de energia e (b) proteger os um ou mais elementos de armazenamento de energia de um incêndio externo ao dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo. Um conjunto de armazenamento de energia inclui (a) uma pluralidade de dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo fisicamente separados, cada um da pluralidade de dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo fisicamente separados sendo configurado para proteger um ou mais elementos de armazenamento do dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo de incêndios externos ao dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo e (b) pelo menos um conversor de potência configurado para fazer uma interface elétrica da pluralidade dos dispositivos de armazenamento resistentes ao fogo com um barramento de energia elétrica.

Description

“DISPOSITIVOS DE ARMAZENAMENTO DE ENERGIA RESISTENTES AO FOGO E SISTEMAS E MÉTODOS ASSOCIADOS”

[0001] As presentes modalidades se referem a dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo e sistemas e métodos associados para uso em uma variedade de aplicações, como em aplicações na plataforma de perfuração e em navios.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[0002] Uma plataforma de perfuração requer potência elétrica significativa, especialmente durante a atividade de perfuração de petróleo e gás. Por exemplo, a potência elétrica é usada em uma sonda de perfuração para alimentar equipamentos como guinchos de perfuração e unidades de alta pressão (high pressure units, HPUs), para levantamento hidráulico em um piso de perfuração. A potência elétrica também é necessária para fornecer inúmeras outras cargas elétricas, como propulsores elétricos, bombas de lama, top drives, mesas rotativas e sistemas de freios dinâmicos em uma plataforma de perfuração. As plataformas de perfuração geralmente incluem geradores de combustão superdimensionados para acomodar os requisitos de "pico" de potência de cargas elétricas acopladas a um sistema de geração e distribuição de energia, referido neste documento como "sistema de potência elétrica" da sonda de perfuração. Convencionalmente, o número de geradores de combustão normalmente ativos do sistema de potência elétrica é maior que o número de geradores de combustão exigidos pela carga da aplicação para obter redundância e atender à demanda de energia de pico.

[0003] As plataformas de perfuração podem incluir sistemas de posicionamento dinâmico, incluindo hélices acionadas eletricamente, comumente chamadas de propulsores elétricos, que são alimentadas pelo sistema de potência elétrica da plataforma de perfuração. Os sistemas de posicionamento dinâmico mantêm a posição desejada da plataforma de perfuração no mar durante as operações de perfuração de petróleo e gás. Para certas operações de alto risco, é vital que seja mantida uma posição desejada da plataforma de perfuração e operações essenciais da plataforma de perfuração para evitar um risco aumentado de poluição por óleo, perda de vidas e/ou perda da integridade do sistema elétrico do poço e sendo assim, a segurança contra falhas na operação é, portanto, de particular importância. As sondas de perfuração que necessitam de posicionamento dinâmico são frequentemente classificadas em diferentes classes, tais como DP2 (posicionamento dinâmico 2) ou DP3 (posicionamento dinâmico 3). Para garantir que o mau funcionamento de um único componente não leve a um blecaute completo do sistema de potência elétrica em uma sonda de perfuração, o sistema de potência elétrica geralmente é dividido em várias seções do sistema de energia interconectáveis eletricamente, por exemplo, em 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ou até mais seções de energia separadas. Essas seções interconectáveis do sistema de energia podem ser todas conectadas eletricamente, por exemplo, em uma chamada configuração em anel, em condições normais de operação do sistema.

[0004] No entanto, durante certos modos de operação de alto risco ou quando uma falha está presente em uma seção, as seções interconectáveis do sistema de energia podem ser isoladas eletricamente uma da outra por conexões de abertura feitas por cabos elétricos por meio de disjuntores de circuito com barramento. Cada seção do sistema de energia é frequentemente isolada por separações à prova de fogo e à prova d'água. Essas separações à prova de fogo geralmente atendem à norma Classe A-60 da Organização Marítima Internacional (IMO), que especifica, em parte, que a temperatura média em um lado da separação não exposta ao fogo não aumentará mais de 140 graus Celsius em relação à temperatura original e que a temperatura em qualquer ponto do lado não exposto não suba mais de 180 graus Celsius da temperatura original, quando o calor/fogo da intensidade prescrita for aplicado a um lado exposto da separação por 60 minutos. Um ou mais geradores de combustão estão ativos em cada uma das seções do sistema de energia para fornecer energia elétrica às cargas de barramento de corrente alternada (CA) conectadas, como propulsores elétricos. A operação de tal geração de energia com seções interconectadas do sistema de energia, ou seja, com disjuntores de circuito de barramento conectados, geralmente não é possível logo após uma falha do sistema, como uma falha no curto-circuito ou no gerador de combustão, causando um blecaute total do sistema de potência elétrica. O blecaute pode causar risco de perda da posição da plataforma de perfuração.

[0005] Em alguns relatórios descritivos, cada seção do sistema de energia inclui uma subseção de barramento de CA dividida em primeiro e segundo segmentos que estão conectados eletricamente através de um par de disjuntores de circuito com barramento conectados em série, alojados em compartimentos de quadro de distribuição separados fisicamente para conectar e desconectar seletivamente o primeiro e o segundo segmentos da subseção de barramento de CA. Se um dos primeiro e segundo compartimentos do painel de controle for inoperante por uma falha de um único ponto, o outro compartimento do quadro de distribuição e seu segmento associado da subseção de barramento de CA, o gerador de combustão e o propulsor elétrico não serão danificados. Portanto, o ponto único de falha leva apenas à perda de um único gerador de combustão e a uma única unidade de impulsor (e seu impulsor associado).

[0006] A demanda de pico de energia da sonda de perfuração ocorre, por exemplo, durante o "disparo" de um tubo ou uma haste de perfuração dentro/fora de um poço, executando e recuperando um riser, operações de elevação no piso de perfuração, operações de elevação com guindastes ou outro equipamento de içamento, etc. Durante as operações normais, há uma carga básica de iluminação, bombas, agitadores, misturadores, compressores de ar, etc. no sistema de potência elétrica da plataforma de perfuração. Essa carga base é, por exemplo, de 1 a 5 megawatts (MW). Bombas de lama, top drives e mesas rotativas também apresentam coletivamente uma carga em torno de um megawatt. A demanda de energia elétrica em uma sonda de perfuração varia de acordo com o poço específico, profundidade da perfuração, material sendo perfurado e equipamento usado nas operações de perfuração.

[0007] Durante as atividades de perfuração de poços de petróleo/gás em uma plataforma de perfuração, a carga mais intermitente geralmente é um dispositivo de elevação para o piso de perfuração (isto é, um dispositivo de elevação para elevar tubulares dentro e fora de um centro de poço e para/no fundo do mar, o que também é chamado de sistema de elevação), como guinchos de perfuração e uma HPU para elevação de cilindros. Essa carga intermitente provoca uma demanda de pico de energia durante a elevação ou o abaixamento do tubo de perfuração para cima e para baixo no poço. Essa demanda de pico de energia pode ser incorrida por cargas 2-3 vezes (ou mais) maiores do que as cargas base de outras demandas na sonda de perfuração. Por exemplo, durante uma operação de perfuração, pode ser necessário retirar a coluna de perfuração após o término de uma seção do poço ou para substituir a broca. Essa coluna de perfuração pode ter 10.000 pés ou mais. Durante a manobra de descida e particularmente durante a manobra de subida, o perfurador (operador) exige um consumo de energia extremo em máximos de energia conforme o perfurador eleva (ou baixa) a coluna do tubo de perfuração. Como a altura do mastro de perfuração é limitada, o operador deve levantar a coluna em seções (normalmente em trens de tubos de 2 a 4 tubos de perfuração) levantando uma seção sobre o piso da broca, interrompendo o processo de elevação, desconectando um trem de tubo e organizando novamente a coluna e iniciando o levantamento mais uma vez. Esse processo é revertido durante a reinserção do tubo de perfuração de volta no furo. Este processo é frequentemente referido como "manobra" para dentro ou para fora do furo. Em algumas modalidades, a demanda intermitente de pico de energia ocorre, por exemplo, quando essa carga (por exemplo, 300.000 libras ou mais) é aplicada ao motor elétrico ou aos motores que levantam a coluna de tubos repetidamente. A carga é variável, uma vez que o peso da ferramenta de perfuração se torna cada vez menor conforme as seções do tubo são removidas. Outro exemplo de cargas intermitentes ocorre quando várias máquinas começam a operar simultaneamente. Tais eventos podem ser mais prováveis em sondas de perfuração com sistemas avançados de automação, de forma que uma única atuação pelo operador possa coordenar várias máquinas para começar a trabalhar em direção a uma determinada operação.

[0008] Para fornecer tais picos de energia sem sobrecarregar os geradores de combustão ativos e sem exigir um número excessivo de geradores de combustão ativos simultaneamente, é vantajoso fornecer potência ou energia para tais picos de energia por meio de um ou mais dispositivos de armazenamento de energia. Esse fornecimento de potência a partir de dispositivos de armazenamento de energia para lidar com aumentos temporários na carga é frequentemente referida como "peak- shaving" (redução do pico de demanda). Os dispositivos de armazenamento de energia também são frequentemente usados para fornecer uma potência reserva em caso de falha do gerador de combustão. Possíveis dispositivos de armazenamento de energia incluem baterias, volantes de motor, supercapacitores e uma combinação dos mesmos.

SUMÁRIO

[0009] Em uma modalidade, um dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo inclui um chassi resistente ao fogo e um ou mais elementos de armazenamento de energia alojados no chassi resistente ao fogo.

[0010] Em uma modalidade, o dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo inclui ainda um trocador de calor configurado para (a) resfriar um ou mais elementos de armazenamento de energia e (b) proteger os um ou mais elementos de armazenamento de energia de um incêndio externo ao dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo.

[0011] Em uma modalidade, os um ou mais elementos de armazenamento de energia incluem pelo menos uma bateria e, em certas modalidades, a pelo menos uma bateria é uma bateria de íons de lítio.

[0012] Em uma modalidade, cada bateria inclui uma ou mais células eletroquímicas e o chassi resistente ao fogo é um primeiro invólucro que envolve as uma ou mais células eletroquímicas de cada bateria.

[0013] Em uma modalidade, o chassi resistente ao fogo ocupa um volume de 5 m3 ou menos, tal como 4,5 m3 ou menos, tal como 4 m3 ou menos, tal como 3,5 m3 ou menos, tal como 3 m3 ou menos, tal como 2,5 m3 ou menos, tal como 2 m3 ou menos, tal como 1,5 m3 ou menos, tal como 1 m3 ou menos, tal como 0,5 m3.

[0014] Em uma modalidade, o chassi resistente ao fogo ocupa um volume de 4 m3 ou menos, tal como 3,5 m3 ou menos, tal como 3 m3 ou menos, tal como as 2,5 m3 ou menos, tal como 2 m3 ou menos, tal como 1,5 m3 ou menos, tal como 1 m3 ou menos, tal como 0,5 m3.

[0015] Em uma modalidade, os um ou mais elementos de armazenamento de energia incluem um volante de motor.

[0016] Em uma modalidade, o trocador de calor é um trocador de calor resfriado a líquido.

[0017] Em uma modalidade, o trocador de calor envolve pelo menos parcial ou totalmente os um ou mais elementos de armazenamento de energia.

[0018] Em uma modalidade, o dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo está em conformidade com o padrão da Organização Marítima Internacional Classe A-60 no que diz respeito à proteção do dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo de um incêndio externo ao dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo.

[0019] Em uma modalidade, o dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo inclui ainda material de isolamento térmico para proteger os um ou mais elementos de armazenamento de energia de um incêndio externo ao dispositivo de armazenamento de energia.

[0020] Em uma modalidade, o material de isolamento térmico tem uma espessura de 300 mm ou menos, 200 mm ou menos, 100 mm ou menos ou 50 mm ou menos.

[0021] Em uma modalidade, o chassi resistente ao fogo é configurado para colocação em um conjunto de compartimento de bateria.

[0022] Em uma modalidade, o dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo tem um fator de forma física equivalente ao de uma bateria padrão da indústria.

[0023] Em uma modalidade, um conjunto de armazenamento de energia inclui (a) uma pluralidade de dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo separados fisicamente, cada um da pluralidade de dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo separados fisicamente sendo configurado para proteger um ou mais elementos de armazenamento do dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo de incêndios externos ao dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo e (b) pelo menos um conversor de potência configurado para fazer uma interface elétrica da pluralidade dos dispositivos de armazenamento resistentes ao fogo com um barramento de potência elétrica.

[0024] Em uma modalidade, a pluralidade de dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo separados fisicamente são acoplados eletricamente.

[0025] Em uma modalidade, cada um da pluralidade dos dispositivos de armazenamento de energia resistente ao fogo separados fisicamente está em conformidade com o padrão da Organização Marítima Internacional Classe A-60 no que diz respeito à proteção do dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo de um incêndio externo ao dispositivo de armazenamento de energia.

[0026] Em uma modalidade, cada um da pluralidade de dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo separados fisicamente inclui um respectivo trocador de calor configurado para (a) resfriar um ou mais elementos de armazenamento de energia do dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo e (b) proteger os um ou mais elementos de armazenamento de energia do dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo de um incêndio externo ao dispositivo de armazenamento de energia.

[0027] Em uma modalidade, em cada um da pluralidade de dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo separados fisicamente e os um ou mais elementos de armazenamento de energia do dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo incluem uma bateria.

[0028] Em uma modalidade, cada um da pluralidade de dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo separados fisicamente inclui um chassi resistente ao fogo e em cada uma da pluralidade de dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo separados fisicamente, cada bateria inclui uma ou mais células eletroquímicas e o chassi resistente ao fogo é um primeiro invólucro que envolve as uma ou mais células eletroquímicas de cada bateria.

[0029] Em uma modalidade, em cada um da pluralidade de dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo separados fisicamente, o chassi resistente ao fogo ocupa um volume de 5 m3 ou menos, tal como 4,5 m3 ou menos, tal como 4 m3 ou menos, tal como 3,5 m3 ou menos, tal como 3 m3 ou menos, tal como 2,5 m3 ou menos, tal como 2 m3 ou menos, tal como 1,5 m3 ou menos, tal como 1 m3 ou menos, tal como 0,5 m3.

[0030] Em uma modalidade, em cada um da pluralidade de dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo, o chassi resistente ao fogo ocupa um volume de 4 m 3 ou menos, tal como 3,5 m3 ou menos, tal como 3 m3 ou menos, tal como as 2,5 m3 ou menos, tal como 2 m3 ou menos, tal como 1,5 m3 ou menos, tal como 1 m3 ou menos, tal como 0,5 m3.

[0031] Em uma modalidade, em cada um da pluralidade de dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo separados fisicamente e os um ou mais elementos de armazenamento de energia do dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo incluem um volante de motor.

[0032] Em uma modalidade, cada um da pluralidade de dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo separados fisicamente não abriga mais de três elementos de armazenamento de energia.

[0033] Em uma modalidade, um sistema de potência elétrica inclui um primeiro barramento de potência elétrica e um conjunto de armazenamento de energia. O conjunto de armazenamento de energia inclui (a) uma pluralidade de dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo fisicamente separados, em que cada um da pluralidade de dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo fisicamente separados sendo configurado para proteger um ou mais elementos de armazenamento do dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo de incêndios externos ao dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo e (b) pelo menos um conversor de potência configurado para fazer uma interface elétrica da pluralidade dos dispositivos de armazenamento resistentes ao fogo com o primeiro barramento de potência elétrica.

[0034] Em uma modalidade, cada um da pluralidade de dispositivos de armazenamento de energia resistente ao fogo separados fisicamente está em conformidade com o padrão da Organização Marítima Internacional Classe A-60 no que diz respeito à proteção do dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo de um incêndio externo ao dispositivo de armazenamento de energia.

[0035] Em uma modalidade, o sistema de potência elétrica inclui ainda um controlador configurado para controlar o fluxo de potência elétrica entre o primeiro barramento de potência elétrica e a pluralidade de dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo fisicamente separados, de modo que a pluralidade de dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo fisicamente separados age coletivamente como um único dispositivo de armazenamento de energia acoplado eletricamente ao primeiro barramento de potência elétrica.

[0036] Em uma modalidade, cada um da pluralidade de dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo separados fisicamente inclui um respectivo trocador de calor configurado para (a) resfriar um ou mais elementos de armazenamento de energia do dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo e (b) proteger os um ou mais elementos de armazenamento de energia do dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo de um incêndio externo ao dispositivo de armazenamento de energia.

[0037] Em uma modalidade, em cada um da pluralidade de dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo separados fisicamente e os um ou mais elementos de armazenamento de energia do dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo incluem uma bateria.

[0038] Em uma modalidade, cada um da pluralidade de dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo separados fisicamente inclui um chassi resistente ao fogo e em cada uma da pluralidade de dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo separados fisicamente, cada bateria inclui uma ou mais células eletroquímicas e o chassi resistente ao fogo é um primeiro invólucro que envolve as uma ou mais células eletroquímicas de cada bateria.

[0039] Em uma modalidade, em cada um da pluralidade de dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo separados fisicamente, o chassi resistente ao fogo ocupa um volume de 5 m 3 ou menos, tal como 4,5 m3 ou menos, tal como 4 m3 ou menos, tal como 3,5 m3 ou menos, tal como 3 m3 ou menos, tal como 2,5 m3 ou menos, tal como 2 m3 ou menos,

tal como 1,5 m3 ou menos, tal como 1 m3 ou menos, tal como 0,5 m3.

[0040] Em uma modalidade, em cada um da pluralidade de dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo, o chassi resistente ao fogo ocupa um volume de 4 m 3 ou menos, tal como 3,5 m3 ou menos, tal como 3 m3 ou menos, tal como as 2,5 m3 ou menos, tal como 2 m3 ou menos, tal como 1,5 m3 ou menos, tal como 1 m3 ou menos, tal como 0,5 m3.

[0041] Em uma modalidade, em cada um da pluralidade de dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo separados fisicamente, os um ou mais elementos de armazenamento de energia do dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo incluem um volante de motor.

[0042] Em uma modalidade, a pluralidade de dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo separados fisicamente são dispostos em uma ou mais prateleiras.

[0043] Em uma modalidade, a pluralidade de dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo separados fisicamente são dispostos fora de um invólucro resistente ao fogo.

[0044] Em uma modalidade, o primeiro barramento de potência elétrica inclui um barramento de potência elétrica de CC e o sistema de energia elétrica inclui ainda (a) um barramento de potência elétrica de CA, (b) um transformador e um conversor de potência que coletivamente acoplam eletricamente o barramento de potência elétrica de CA e o barramento de potência elétrica de CC e (c) pelo menos um gerador de combustão acoplado eletricamente ao barramento de potência elétrica de CA. A pluralidade de dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo fisicamente separados são configurados para (1) armazenar energia fornecida pelo pelo menos um gerador de combustão e (2) fornecer energia armazenada neles para uma carga do sistema de potência elétrica.

[0045] Em uma modalidade, o primeiro barramento de potência elétrica inclui um barramento de potência elétrica de CA e o sistema de potência elétrica inclui ainda (a) um barramento de potência elétrica de CC, (b) um transformador e um conversor de potência que coletivamente acoplam eletricamente o barramento de potência elétrica de CA e o barramento de potência elétrica de CC e (c) pelo menos um gerador de combustão acoplado eletricamente ao barramento de potência elétrica de CA. A pluralidade de dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo fisicamente separados são configurados para (1) armazenar energia fornecida pelo pelo menos um gerador de combustão e (2) fornecer energia armazenada neles para uma carga do sistema de potência elétrica.

[0046] Em uma modalidade, o sistema de energia elétrica inclui ainda um propulsor elétrico alimentado pelo sistema de potência elétrica e a pluralidade de dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo fisicamente separados é configurada para alimentar o propulsor elétrico no caso de pelo menos um gerador de combustão ser incapaz de alimentar o propulsor elétrico.

[0047] Em uma modalidade, o primeiro barramento de potência elétrica inclui um primeiro barramento de potência elétrica de CA e o sistema de potência elétrica inclui ainda (a) um segundo barramento de potência elétrica de CA, (b) um barramento de potência elétrica de CC, (c) um transformador e um primeiro conversor de potência que acopla coletivamente eletricamente o segundo barramento de potência elétrica de CA e o barramento de potência elétrica de CC, (d) pelo menos um gerador de combustão acoplado eletricamente ao segundo barramento de potência elétrica de CA, (e) um propulsor elétrico acoplado eletricamente ao primeiro barramento potência elétrica de CA e (f) um segundo conversor de potência que acopla eletricamente o barramento de potência elétrica de CC e o primeiro barramento de potência elétrica de CA. A pluralidade de dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo fisicamente separados são configurados para (a) armazenar energia fornecida pelo pelo menos um gerador de combustão e (b)

alimentar o propulsor elétrico no caso em que o pelo menos um gerador de combustão não consiga fornecer potência ao propulsor elétrico.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0048] A FIG. 1 ilustra um conjunto de armazenamento de energia incluindo uma pluralidade de dispositivos de armazenamento de energia dispostos em um gabinete resistente ao fogo.

[0049] A FIG. 2 ilustra um sistema de potência elétrica de acordo com uma modalidade.

[0050] A FIG. 3 ilustra um conjunto de armazenamento de energia do sistema de potência elétrica da FIG. 2.

[0051] A FIG. 4 ilustra um sistema de potência elétrica como o sistema de potência elétrica da FIG. 2, mas um conjunto de armazenamento de energia é acoplado eletricamente a um barramento de potência elétrica de CA em vez de a um barramento de potência elétrica de CC, de acordo com uma modalidade.

[0052] A FIG. 5 ilustra um sistema de potência elétrica que é como o sistema de potência elétrica da FIG.2, mas onde um conjunto de armazenamento de energia é acoplado eletricamente a um segundo barramento de potência elétrica de CA, de acordo com uma modalidade.

[0053] A FIG. 6 é uma vista plana superior de um dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo, de acordo com uma modalidade.

[0054] A FIG. 7 é uma vista superior lateral do dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo da FIG. 6.

[0055] A FIG. 8 é uma vista em corte transversal do dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo da FIG. 6.

[0056] A FIG 9 é outra vista em corte transversal do dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo da FIG. 6.

[0057] A FIG 10 ilustra uma pluralidade de dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo dispostos em prateleiras, de acordo com uma modalidade.

[0058] A FIG. 11 ilustra uma pluralidade de dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo dispostos nas pernas (ou colunas) de uma plataforma de perfuração semi-submersível, de acordo com uma modalidade.

[0059] A FIG. 12 ilustra uma bateria incluindo uma pluralidade de células eletroquímicas acopladas eletricamente em série para alimentar uma tomada de potência comum, de acordo com uma modalidade.

[0060] A FIG. 13 é uma vista em corte análoga à da FIG. 9 de um dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo, incluindo material de isolamento térmico, de acordo com uma modalidade.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES

[0061] Como discutido acima, os dispositivos de armazenamento de energia são frequentemente usados em sistemas de potência elétrica, como para a redução do pico de demanda e para fornecer uma potência elétrica reserva. Os dispositivos de armazenamento de energia geralmente estão localizados em um gabinete ou sala resistente ao fogo, como um gabinete ou sala que esteja em conformidade com o padrão IMO Classe A- 60, para proteger os dispositivos de armazenamento de energia contra danos causados por incêndio externo ao gabinete ou sala. Por exemplo, a FIG. 1 ilustra um conjunto de armazenamento de energia 100 incluindo uma pluralidade de dispositivos de armazenamento de energia 102 dispostos em um gabinete resistente ao fogo 104. Cada dispositivo de armazenamento de energia 102 inclui uma ou mais baterias, volantes de motor ou super capacitores (não mostrados). O conjunto de armazenamento de energia 100 inclui ainda um subsistema de resfriamento 106 para impedir o superaquecimento dos dispositivos de armazenamento de energia 102. O subsistema de resfriamento 106 inclui, por exemplo, um trocador de calor 108 para absorver calor e um ventilador 110 para circular o ar a partir do gabinete ou sala resistente ao fogo 104 através do trocador de calor 108. O conjunto de armazenamento de energia 100 tipicamente inclui ainda um cabeamento (não mostrado) e/ou outros circuitos elétricos (não mostrado) para fazer a interface do sistema de armazenamento de energia 100 com um sistema externo. O gabinete ou sala 104 normalmente inclui uma ou mais portas resistentes ao fogo (não mostradas), permitindo o acesso a um interior da cabine ou sala 104 para instalar, manter e/ou substituir dispositivos de armazenamento de energia

102. Por exemplo, em situações em que o elemento 104 é uma sala resistente ao fogo, a sala normalmente inclui uma porta resistente ao fogo, permitindo que uma pessoa entre na sala para instalar, fazer a manutenção e/ou substituir os dispositivos de armazenamento de energia 102.

[0062] Embora o conjunto de armazenamento de energia 100 ajude a proteger os dispositivos de armazenamento de energia 102 contra danos por incêndio, o gabinete ou a sala resistente ao fogo 104 requer um espaço significativo, o que é indesejável em muitas aplicações, como aplicações marítimas onde o espaço é limitado. Além disso, o gabinete ou sala resistente ao fogo 104 é relativamente caro. Além disso, o gabinete ou a sala resistente ao fogo 104 pode inibir o acesso aos dispositivos de armazenamento de energia 102, interferindo assim na instalação, manutenção e/ou substituição de dispositivos de armazenamento de energia 102.

[0063] O requerente determinou, no entanto, que os inconvenientes discutidos acima associados a um gabinete ou sala resistente ao fogo podem ser pelo menos parcialmente superados pelo uso de dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo em um conjunto de armazenamento de energia, eliminando potencialmente a necessidade de um gabinete ou sala resistente ao fogo, como o gabinete ou sala resistente ao fogo 104 da FIG. 1. Essa eliminação da necessidade de um gabinete ou sala resistente ao fogo de um conjunto de armazenamento de energia pode fazer com que o conjunto de armazenamento de energia seja menor, mais barato e/ou mais fácil de acessar do que um conjunto de armazenamento de energia convencional, incluindo dispositivos de armazenamento de energia dispostos em um gabinete ou sala resistente e ao fogo.

[0064] A FIG. 2 ilustra um sistema de potência elétrica 200 incluindo um barramento de potência elétrica de CA 202, um barramento de potência elétrica em corrente contínua (CC) 204, um gerador de combustão 206, uma carga de barramento de CA 208, um transformador 210, um conversor de potência 212, um conjunto de armazenamento de energia 214 e uma carga de barramento de CC 216. A FIG. 3 ilustra o conjunto de armazenamento de energia 214 em mais detalhes. As possíveis aplicações do sistema de potência elétrica 200 incluem, entre outras, aplicações em plataforma de perfuração e aplicações em navios.

[0065] O transformador 210 e o conversor de potência 212 acoplam eletricamente de maneira coletiva o barramento de potência elétrica de CA 202 e o barramento de potência elétrica de CC 204. O conversor de potência 212 e o transformador 210 são cada um capazes de fluxo de potência bidirecional. Em algumas modalidades, o conversor de potência 212 é implementado com vários conversores de potência unidirecionais, tal como um primeiro conversor de potência capaz de transferir potência elétrica do barramento de potência elétrica de CA 202 para o barramento de potência elétrica de CC 204 e um segundo conversor de potência capaz de transferir potência elétrica do barramento de potência elétrica de CC 204 ao barramento de potência elétrica de CA 202. O transformador 210 e/ou o conversor de potência 212 podem ser substituídos por outro equipamento elétrico capaz de acoplar eletricamente o barramento de potência elétrica de CA 202 ao barramento de potência elétrica de CC 204 sem sair do escopo deste documento.

[0066] O gerador de combustão 206 é acoplado eletricamente ao barramento de potência elétrica de CA 202 através de um disjuntor 218. Em certas modalidades, o gerador de combustão 206 é um gerador trifásico síncrono acionado por um motor de combustão, como um motor a diesel, para alimentar cargas do sistema de potência elétrica 200. O gerador de combustão 206 é, por exemplo, configurado para gerar uma voltagem que varia de 5 quilovolts (kV) a 15 kV no barramento de potência elétrica 202. O gerador de combustão 206 é tipicamente controlado por um subsistema de controle (não mostrado) para manter uma tensão e frequência desejadas no barramento de potência elétrica de CA 202. O sistema de potência elétrica 200 pode incluir instâncias adicionais do gerador de combustão 206 eletricamente acopladas ao barramento de potência elétrica de CA 202 sem se afastar do escopo deste documento.

[0067] A carga do barramento de CA 208 é eletricamente acoplada ao barramento de potência elétrica de CA 202 por um disjuntor de circuito 220 e, opcionalmente, um conversor de potência 222 quando estiver incluído no sistema de potência elétrica 200, transforma a tensão e a frequência do barramento de potência elétrica de CA 202 para um forma adequada para carga de barramento de CA 208. Embora o conversor de potência 222 seja ilustrado como sendo um conversor CA-CC, o conversor de potência 222 pode assumir outras formas, como um conversor CA-CA, sem sair do escopo deste documento. Em algumas modalidades, a carga de barramento de CA 208 é um guincho de perfuração, uma HPU, um propulsor elétrico, uma bomba de lama, um top drive, uma mesa rotativa, um sistema de frenagem dinâmica ou uma carga elétrica periférica da plataforma de perfuração. Em alguns casos, a carga de barramento de CA 208 pode ser negativa, como onde a carga de barramento de CA 208 inclui um motor elétrico operando em um modo de interrupção regenerativo. Embora o sistema de potência elétrica 200 seja ilustrado com apenas uma única carga de barramento de CA 208 por simplicidade, o sistema de potência elétrica 200 pode, e normalmente incluirá, instâncias adicionais de carga de barramento de CA 208 acopladas eletricamente ao barramento elétrico de CA 202 através dos respectivos disjuntores de circuito 220 e respectivos conversores de potência opcionais 222. Além disso, em modalidades incluindo instâncias adicionais de carga do barramento de CA 208, cada instância de carga do barramento de CA

208 não precisa necessariamente ser do mesmo tipo de carga. O barramento de potência elétrica de CA 202 é opcionalmente acoplado eletricamente aos barramentos de potência elétrica de CA adjacentes 228 e 230 por meio dos respectivos disjuntores de circuito de barramento 224 e 226, de modo que o barramento de energia elétrica de CA 202 seja um segmento de um barramento de potência elétrica de CA de vários segmentos.

[0068] Opcionalmente, a carga do barramento de CC 216 é eletricamente acoplada ao barramento de potência elétrica de CC 204 através de um conversor de potência 232. O conversor de potência 232 transforma a tensão de CC no barramento de potência elétrica de CC 204 em uma tensão e frequência compatíveis com a carga de barramento de CC 216. Por exemplo, nas modalidades em que a carga do barramento de CC 216 requer uma tensão de CA, o conversor de potência 226 pode ser um inversor e nas modalidades em que a carga do barramento de CC 216 exige uma tensão de CC, o conversor de potência 226 pode ser um conversor CC-para-CC. Em algumas modalidades, a carga de barramento de CC 216 é um guincho de perfuração, uma HPU, um propulsor elétrico, uma bomba de lama, um top drive, uma mesa rotativa, um sistema de frenagem dinâmica ou uma carga elétrica periférica da plataforma de perfuração. Em alguns casos, a carga de barramento de CC 216 pode ser negativa, como onde a carga de barramento de CC 216 inclui um motor elétrico operando em um modo de interrupção regenerativo. Enquanto o sistema de potência elétrica 200 é ilustrado com apenas uma única instância de carga de barramento de CC 216 por simplicidade, o sistema de potência elétrica 200 pode, e normalmente incluirá, instâncias de cargas de barramento de CC adicionais 216 acopladas eletricamente ao barramento elétrico de CC 204. Além disso, em modalidades incluindo instâncias adicionais de carga de barramento de CC 216, cada instância de carga de barramento de CC 216 não precisa necessariamente ter o mesmo tipo de carga. Por exemplo, uma instância de carga de barramento de CC 216 pode ser um dispositivo de elevação, enquanto outra instância de carga de barramento de CC 216 pode ser um motor de bomba de lama. O barramento de potência elétrica de CC 204 é opcionalmente acoplado eletricamente aos barramentos de potência elétrica de CC adjacentes 238 e 240 por meio dos respectivos disjuntores de circuito de barramento 234 e 236, de modo que o barramento de potência elétrica de CC 204 seja um segmento de um barramento de potência elétrica de CC de vários segmentos.

[0069] O conjunto de armazenamento de energia 214 inclui uma pluralidade de dispositivos físicos de armazenamento de energia resistentes ao fogo separados 242 (ver FIG. 3) e pelo menos um conversor de potência 246 configurado para fazer a interface elétrica da pluralidade de dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo fisicamente separados 242 com o barramento de potência elétrica de CC 204. Em algumas modalidades, cada dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo 242 tem um fator de forma físico equivalente ao de um dispositivo de armazenamento de energia padrão da indústria, como um fator de forma de bateria padrão da indústria ou um fator de forma de volante de motor padrão da indústria. Por exemplo, em determinadas modalidades, cada dispositivo de armazenamento de energia 242 tem um chassi resistente ao fogo que ocupa um volume de 5 m³ ou menos, como 4,5 m³ ou menos, 4 m³ ou menos, 3,5 m³ ou menos, 3 m³ ou menos, 2,5 m³ ou menos, 2 m³ ou menos, 1,5 m³ ou menos, 1 m³ ou menos ou 0,5 m³ ou menos. Em algumas modalidades, cada dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo 242 é disposto em uma ou mais prateleiras 1002, como ilustrado na FIG. 10. Em algumas outras modalidades, cada dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo 242 é disposto em uma coluna ou "perna" 1102 que suporta um corpo 1104 de uma plataforma de perfuração semi-submersível 1100, preferivelmente acima do nível de água 1106, como ilustrado na FIG. 11, para proteger os dispositivos de armazenamento de energia contra danos em caso de explosão no corpo 1104.

[0070] Cada dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo 242 inclui uma pluralidade de elementos de armazenamento de energia 244. Em algumas modalidades em que cada elemento de armazenamento de energia 244 tem uma capacidade de armazenamento de energia relativamente grande, cada dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo 242 inclui relativamente poucos elementos de armazenamento de energia 244, como não mais que três elementos de armazenamento de energia 244. Apenas algumas instâncias de elementos de armazenamento de energia 244 estão marcadas na FIG. 3 por motivos de clareza ilustrativa.

Os dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo 242 são opcionalmente acoplados eletricamente, tal como em série e/ou em paralelo.

Cada elemento de armazenamento de energia 244 é, por exemplo, uma bateria, tal como uma bateria de íons de lítio, um volante de motor ou um super capacitor ou uma combinação dos mesmos.

Nos casos em que cada elemento de armazenamento de energia é uma bateria, cada bateria inclui, por exemplo, uma pluralidade de células eletroquímicas acopladas eletricamente em série e/ou paralelo para fornecer potência a uma tomada de potência comum da bateria.

Cada dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo 242 está configurado para armazenar energia, como energia fornecida pelo gerador de combustão 206 e/ou energia fornecida pela frenagem regenerativa da carga de barramento de CA 208 e/ou da carga de barramento de CC 216, bem como para fornecer energia armazenada nos mesmos para carga de barramento de CA 208 e/ou carga de barramento de CC 216. O conjunto de armazenamento de energia 214 opcionalmente inclui ainda um controlador 248 para controlar o conversor de potência 246 e, opcionalmente, para controlar ainda mais os dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo 242, para controlar o fluxo de potência elétrica entre os dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo 242 e o barramento de potência elétrica de CC 204. Em algumas modalidades, o controlador 248 é configurado para controlar esse fluxo de energia, de modo que os dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo fisicamente separados 242 agem coletivamente como um único dispositivo de armazenamento de energia acoplado eletricamente ao barramento de potência elétrica de CC 204.

[0071] Cada dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo 242 é resistente a um incêndio externo ao dispositivo de armazenamento de energia, ou seja, cada dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo 242 é capaz de proteger seus elementos constituintes de armazenamento de energia 244 de um incêndio externo ao dispositivo de armazenamento de energia. Por exemplo, em algumas modalidades, cada dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo 242 está em conformidade com o padrão IMO Classe A-60 em relação a um incêndio externo ao dispositivo de armazenamento de energia. A resistência a incêndio dos dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo 242 pode vantajosamente permitir que o sistema de energia elétrica 200 atenda aos requisitos de segurança e confiabilidade aplicáveis sem exigir um gabinete ou sala resistente ao fogo para alojar os dispositivos de armazenamento de energia 242. Por exemplo, em algumas modalidades, os dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo 242 são dispostos fora de um gabinete resistente ao fogo. Consequentemente, o sistema de potência elétrica 200 pode ser menor, mais barato e/ou mais fácil de acessar do que um sistema de potência elétrica convencional, incluindo dispositivos de armazenamento de energia alojados em um gabinete ou sala resistente ao fogo.

[0072] Em algumas modalidades, cada dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo 242 inclui ainda um respectivo trocador de calor 250 capaz de executar duas funções, ou seja, (a) para resfriar os elementos constituintes de armazenamento de energia 244 do dispositivo de armazenamento de energia e (b) absorver o calor de um incêndio externo ao dispositivo de armazenamento de energia 242 e, desse modo, protege os elementos constituintes de armazenamento de energia 244 do dispositivo de armazenamento de energia 242 do fogo. Em algumas modalidades, cada trocador de calor 250 envolve parcial ou completamente os elementos de armazenamento de energia 244 do seu respectivo dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo 242, para promover o resfriamento dos elementos de armazenamento de energia 244 e a proteção dos elementos de armazenamento de energia 244 de um incêndio externo. Em determinadas modalidades, cada trocador de calor 250 é resfriado a líquido, de modo que um líquido, por exemplo água, circule através do trocador de calor para transferir calor do trocador de calor para o líquido. Nestas modalidades, a tubulação 252 circula líquido entre os trocadores de calor 250 e um resfriador 254 e o resfriador 254 remove o calor do líquido. O resfriador 254 inclui, por exemplo, um sistema de refrigeração mecânico para remover o calor do líquido.

[0073] Em determinadas modalidades, os dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo 242 coletivamente têm uma grande capacidade de armazenamento de energia e são capazes de responder rapidamente a uma mudança na carga. Em algumas modalidades, os dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo 242 também são capazes de armazenar e fornecer energia a uma taxa alta. Por exemplo, em determinadas modalidades, os dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo 242 (a) são capazes de responder a uma mudança na carga dentro de dez milissegundos ou dentro de um milissegundo em algumas modalidades, (b) coletivamente têm uma capacidade de armazenamento de energia de pelo menos 100 quilowatt-hora (kWh) e (c) coletivamente têm um envio de potência de pico máxima de pelo menos um megawatt (MW). Além disso, em algumas modalidades, os dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo 242 coletivamente têm uma capacidade de armazenamento de energia de pelo menos um megawatt-hora (MWh) e são capazes de fornecer uma potência de saída de pelo menos 1 MW por cinco ou mais minutos. Além disso, em certas modalidades, os dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo 242 coletivamente têm uma envio de potência máxima que é pelo menos tão grande quanto a de qualquer instância de gerador de combustão 206, como 4-10 MW.

[0074] Em algumas modalidades, os dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo 242 são capazes de realizar a redução do pico de demanda, ou seja, complementar o gerador de combustão 206 para atender às demandas de pico da carga de barramento de CA 208 e/ou da carga de barramento de CC 216. Essa capacidade de redução no pico da demanda dos dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo 242 pode reduzir a necessidade de reserva de fiação do gerador de combustão, possibilitando potencialmente a redução do tamanho do gerador de combustão 206 e/ou permitindo uma redução no número de instâncias do gerador de combustão em operação 206. Alternativamente ou adicionalmente, em algumas modalidades, os dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo 242 são capazes de fornecer energia reserva à carga de barramento de CA 208 e/ou à carga de barramento de CC 216 no caso de o gerador de combustão 206 ser incapaz de alimentar essas cargas, reduzindo assim a possibilidade de um apagão. Por exemplo, em algumas modalidades, a carga de barramento de CA 208 e/ou a carga de barramento de CC 216 incluem uma ou mais instâncias de propulsor elétrico e os dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo 242 são capazes de alimentar os propulsores elétricos no caso de o gerador de combustão 206 não poder alimentar as instâncias do propulsor elétrico. Além disso, em algumas modalidades, os dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo 242 são capazes de armazenar energia fornecida por um componente de frenagem regenerativa da carga de barramento de CA 208 e/ou carga de barramento de CC 216.

[0075] A configuração do sistema de energia elétrica 200 pode ser modificada sem se afastar do escopo deste documento. Por exemplo, o número e/ou tipo de barramentos de potência elétrica podem variar e o número e tipo de cargas podem variar, sem se afastar do escopo deste documento. Além disso, o conjunto de armazenamento de energia 214 pode ser acoplado a um barramento elétrico diferente. Por exemplo, as FIGS. 4 e 5 ilustram exemplos respectivos de possíveis modalidades alternativas do sistema de potência elétrica 200. Particularmente, a FIG. 4 ilustra um sistema de potência elétrica 400, que é como o sistema de potência elétrica 200, mas onde o conjunto de armazenamento de energia 214 é acoplado eletricamente ao barramento de potência elétrica de CA 202 em vez de ao barramento de potência elétrica de CC 204. A FIG. 5, por sua vez, ilustra um sistema de potência elétrica 500 que é como o sistema de potência elétrica 200, mas onde o conjunto de armazenamento de energia 214 é eletricamente acoplado ao segundo barramento de potência elétrica de CA 202, acoplando eletricamente a carga de barramento de CC 216 ao conversor de potência 232. Deve ser apreciado, no entanto, que o conjunto de armazenamento de energia 214 não se limita ao uso nos sistemas de potência elétrica das FIGS 2, 3 e 5.

[0076] As Figuras 6-9 ilustram um dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo 600, que é uma modalidade possível do dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo 242. Deve ser apreciado, no entanto, que os dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo 242 não estão limitados à modalidade das FIGS. 6-

9. Além disso, os dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo das FIGS. 6-9 não estão limitados ao uso nos sistemas de energia elétrica das FIGS. 2, 4 e 5.

[0077] A FIG. 6 é uma vista plana superior de um dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo 600, a FIG. 7 é uma vista superior lateral do dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo 600, a FIG. 8 é uma vista em seção transversal do dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo 600, tomada ao longo da linha 8A-8A da FIG. 6 e a FIG. 9 é uma vista em seção transversal do dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo 600, tomada ao longo da linha 9A-9A da FIG. 7. O dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo 600 inclui um chassi resistente ao fogo 602, uma pluralidade de elementos de armazenamento de energia na forma de baterias 604 alojadas no chassi resistente ao fogo 602, um trocador de calor 606, terminais elétricos 608 e terminais de líquido de resfriamento 610. O chassi resistente ao fogo 602 é, por exemplo, configurado para colocação em um conjunto de compartimento de bateria, como um rack ou prateleira para alojar uma ou mais filas de baterias em uma sala. Em algumas modalidades, o dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo 600 tem um fator de forma físico equivalente ao de uma bateria padrão da indústria, de modo que o dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo 600 pode ser colocado em um conjunto de compartimento de bateria configurado para abrigar uma ou mais baterias padrão da indústria. Cada bateria 604 inclui uma ou mais células eletroquímicas acopladas eletricamente em série e/ou paralelo. Por exemplo, a FIG. 12 ilustra uma modalidade de uma instância de bateria 604 incluindo N células eletroquímicas 1202 eletricamente acopladas em série para alimentar uma tomada de potência comum 1204, em que N é um número inteiro maior que um. Em algumas modalidades, o chassi resistente ao fogo 602 é um primeiro invólucro circundando as células eletroquímicas 1202. O número e o tipo de baterias 604 alojadas no chassi resistente ao fogo 602 podem variar sem se afastar do escopo deste documento. Os terminais elétricos 608 são eletricamente acoplados às baterias 604 por condutores elétricos (não mostrados) e os terminais de líquido de resfriamento 610 estão em comunicação fluida com o trocador de calor 606 por tubulação (não mostrada). As baterias 604 são acopladas eletricamente em série, em paralelo ou de maneira paralela em série. A configuração e localização dos terminais elétricos 608 e dos terminais de líquido de resfriamento 610 podem variar sem se afastar do escopo deste documento.

[0078] O trocador de calor 606 executa funções duplas. Primeiro, o trocador de calor 606 esfria as baterias 604 por transferência de calor das baterias 604 para um líquido que flui através do trocador de calor

606. Segundo, o trocador de calor 606 protege as baterias 604 de um incêndio externo ao dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo 600 por transferência de calor do fogo para o líquido que flui através do trocador de calor 606, ajudando assim a impedir que o calor do fogo atinja as baterias 604. O trocador de calor 606 envolve substancialmente as baterias 604 e um material de isolamento térmico 612 ajuda a impedir que o calor de um incêndio atinja as baterias 604 através de porções do dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo 600, não incluindo o trocador de calor 606. Em algumas modalidades, o dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo 600 está em conformidade com o padrão IMO Classe A-60 em relação a um incêndio externo ao dispositivo de armazenamento de energia.

[0079] Em algumas outras modalidades, os dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo não incluem um trocador de calor e, em vez disso, dependem do isolamento térmico que circunda parcialmente ou completamente os elementos constituintes de armazenamento de energia para proteger os elementos de armazenamento de energia de um incêndio externo ao dispositivo de armazenamento de energia. Por exemplo, a FIG. 13 é uma vista transversal análoga à da FIG. 9 de um dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo 1300. O dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo 1300 é semelhante ao dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo 600, mas inclui material de isolamento térmico 1312 no lugar do trocador de calor 606. Em certas modalidades, o material de isolamento térmico 1312 tem uma espessura 1313 de 300 mm ou menos, 200 mm ou menos, 100 mm ou menos ou 50 mm ou menos.

[0080] Alterações podem ser feitas nos dispositivos, sistemas e métodos acima, sem sair do escopo deste documento. Por exemplo, a configuração do trocador de calor 606 do dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo 600 pode ser variada sem se afastar do escopo deste documento. Deve-se notar, portanto, que o assunto contido na descrição acima e mostrado nas figuras anexas deve ser interpretado como ilustrativo e não em um sentido limitativo.

As reivindicações a seguir destinam-se a cobrir os recursos genéricos e específicos descritos neste documento, bem como todas as declarações do escopo dos presentes dispositivos, sistemas e métodos, os quais, por uma questão de linguagem, podem ser considerados entre eles.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo, caracterizado pelo fato de que compreende: um chassi resistente ao fogo; e um ou mais elementos de armazenamento de energia compreendendo pelo menos uma bateria alojada no chassi.

2. Dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada um dos um ou mais elementos de armazenamento de energia compreende uma bateria ou é uma bateria.

3. Dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que cada bateria compreende uma ou mais células eletroquímicas e o chassi resistente ao fogo é um primeiro gabinete que envolve as uma ou mais células eletroquímicas de cada bateria.

4. Dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o referido chassi resistente ao fogo ocupa um volume de 5 m3 ou menos, tal como 4,5 m3 ou menos, tal como 4 m3 ou menos, tal como 3,5 m3 ou menos, tal como 3 m3 ou menos, tal como 2,5 m3 ou menos, tal como 2 m3 ou menos, tal como 1,5 m3 ou menos, tal como 1 m3 ou menos, tal como 0,5 m3.

5. Dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o referido chassi resistente ao fogo ocupa um volume de 4 m3 ou menos, tal como 3,5 m3 ou menos, tal como 3 m3 ou menos, tal como 2,5 m3 ou menos, tal como 2 m3 ou menos, tal como 1,5 m3 ou menos, tal como 1 m3 ou menos, tal como 0,5 m3.

6. Dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores,

caracterizado pelo fato de que o trocador de calor é configurado para (a) resfriar os um ou mais elementos de armazenamento de energia e (b) proteger os um ou mais elementos de armazenamento de energia de um incêndio externo ao dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo.

7. Dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que um ou mais elementos de armazenamento de energia compreendem um volante de motor.

8. Dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo, de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizado pelo fato de que o trocador de calor é um trocador de calor resfriado a líquido.

9. Dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 6 a 8, caracterizado pelo fato de que o trocador de calor envolve pelo menos parcialmente os um ou mais elementos de armazenamento de energia.

10. Dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o trocador de calor envolve totalmente um ou mais elementos de armazenamento de energia.

11. Dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo está em conformidade com a norma da Organização Marítima Internacional Classe A-60 no que diz respeito à proteção do dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo de um incêndio externo ao dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo.

12. Dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um material de isolamento térmico para proteger os um ou mais elementos de armazenamento de energia de um incêndio externo ao dispositivo de armazenamento de energia.

13. Dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o material de isolamento térmico tem uma espessura de 300 mm ou menos, 200 mm ou menos, 100 mm ou menos ou 50 mm ou menos.

14. Dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o chassi resistente ao fogo é configurado para colocação em um conjunto de compartimento de bateria.

15. Dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo tem um fator de forma físico equivalente ao de uma bateria padrão da indústria.

16. Dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 15, caracterizado pelo fato de que cada bateria é uma bateria de íons de lítio.

17. Conjunto de armazenamento de energia, caracterizado pelo fato de que compreende: uma pluralidade de dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo fisicamente separados, cada um de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, cada um da pluralidade de dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo fisicamente separados sendo configurados para proteger um ou mais elementos de armazenamento de energia dos do dispositivo de armazenamento de energia resiste ao fogo de um incêndio externo ao dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo; e pelo menos um conversor de energia configurado para fazer a interface elétrica da pluralidade de dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo fisicamente separados com um barramento de potência elétrica.

18. Conjunto de armazenamento de energia, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que cada um da pluralidade de dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo separados fisicamente é acoplado eletricamente.

19. Conjunto de armazenamento de energia, de acordo com qualquer uma das reivindicações 16 e 17, caracterizado pelo fato de que cada um da pluralidade de dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo fisicamente separados aloja não mais que três elementos de armazenamento de energia.

20. Conjunto de armazenamento de energia, de acordo com qualquer uma das reivindicações 17 a 19, caracterizado pelo fato de que cada um da pluralidade de dispositivos de armazenamento de energia resistentes ao fogo separados fisicamente é um dispositivo de armazenamento de energia resistente ao fogo de qualquer uma das reivindicações 1-16.