用于高溫應(yīng)用的具有可再充電能量存儲器的電力系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】公開了一種適合于在高溫環(huán)境下供應(yīng)電力的電力系統(tǒng)。該電力系統(tǒng)包括：在約七十?dāng)z氏度至約二百五十?dāng)z氏度之間的溫度范圍內(nèi)可操作的可再充電能量儲存器，該可再充電能量儲存器被耦接到電路用于進(jìn)行從能量儲存器供應(yīng)電力和給能量儲存器充電中的至少之一，其中能量儲存器配置為對至少兩個充放電循環(huán)儲存約百分之一（0.01）焦耳至約一億焦耳之間的能量，和提供約十分之一（0.10）瓦至約一億瓦之間的峰值功率。提供了使用和制造該電力系統(tǒng)的方法。包括電源的附加特征的實施方案。
【專利說明】用于高溫應(yīng)用的具有可再充電能量存儲器的電力系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種用于在高溫環(huán)境下提供電力的方法和設(shè)備，特別地涉及通常在勘 探烴類時在地下環(huán)境中使用的儀器和工具。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著人類不斷尋找和開采石油，對烴類的探索已經(jīng)變得越來越復(fù)雜。這種復(fù)雜性 已經(jīng)產(chǎn)生了各種復(fù)雜儀器。與其它【技術(shù)領(lǐng)域】一致，增加儀器的復(fù)雜性向用戶提出增加電力 的需求。
[0003] 遺憾的是，井下環(huán)境向系統(tǒng)的所有者和操作者提出實際的且不可避免的問題。例 如，并且關(guān)系重大的是由于井下溫度引起的問題。也就是說，隨著鉆井和測井更深地切入地 殼，井下工具持續(xù)增加地暴露于高溫環(huán)境。
[0004] 在常規(guī)電源失效的情況下，例如，當(dāng)化學(xué)基電池儲存器基本劣化到喪失功能的點 時，升高的溫度往往存在技術(shù)上的限制。
[0005] 因此，需要用于在高溫環(huán)境下供應(yīng)電力的電力系統(tǒng)。優(yōu)選地，該電力系統(tǒng)包括：在 常規(guī)裝置無法提供可用電力的情況下向用戶提供電力的可再充電能量儲存器。另外，優(yōu)選 該能量儲存裝置在使用、操作和配置上是經(jīng)濟的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 在一個實施方案中，提供了一種適合于在高溫環(huán)境下供應(yīng)電力的電力系統(tǒng)。該電 力系統(tǒng)包括：在約負(fù)四十?dāng)z氏度至二百一十?dāng)z氏度之間的溫度范圍內(nèi)可操作的可再充電 能量儲存器，可再充電能量儲存器被耦接到電路用于進(jìn)行從能量儲存器供應(yīng)電力和給能量 儲存器充電中的至少之一，其中能量儲存器配置為對至少兩個充放電循環(huán)儲存約百分之一 (0. 01)焦耳至約一億焦耳之間的能量，和提供約十分之一（0. 10)瓦至約一億瓦之間的峰值 功率。
[0007] 在另一實施方案中，提供了一種用于向井下測井儀提供電力的方法。該方法包括： 選擇包括電力系統(tǒng)的測井儀，該電力系統(tǒng)包括：在約負(fù)四十?dāng)z氏度至二百一十?dāng)z氏度之間 的溫度范圍內(nèi)可操作的可再充電能量儲存器，可再充電能量儲存器被耦接到電路用于進(jìn)行 從能量儲存器供應(yīng)電力和給能量儲存器充電中的至少之一；以及在測井儀處于井下時，從 電力系統(tǒng)向測井儀提供電力。
[0008] 在另一實施方案中，提供了一種用于制造用于測井儀的電力系統(tǒng)的方法。該方法 包括：選擇在約負(fù)四十?dāng)z氏度至二百一十?dāng)z氏度之間的溫度范圍內(nèi)可操作的可再充電能量 儲存器，所述可再充電能量儲存器被耦接到電路用于進(jìn)行從能量儲存器供應(yīng)電力和給能量 儲存器充電中的至少之一；以及將能量儲存器配置為結(jié)合到測井儀中。
[0009] 在另一實施方案中，提供了一種適合于在高溫環(huán)境下供應(yīng)電力的電力系統(tǒng)。該電 力系統(tǒng)包括：在約負(fù)四十?dāng)z氏度至二百一十?dāng)z氏度之間的溫度范圍內(nèi)可操作的可再充電能 量儲存器，可再充電能量儲存器被耦接到電路用于進(jìn)行從能量儲存器供應(yīng)電力和給能量儲 存器充電中的至少之一，其中電路包括用于使能量儲存器中的電池去鈍化的子系統(tǒng)。
[0010] 在另一實施方案中，提供了一種適合于在高溫環(huán)境下供應(yīng)電力的電力系統(tǒng)。該電 力系統(tǒng)包括：在約負(fù)四十?dāng)z氏度至二百一十?dāng)z氏度之間的溫度范圍內(nèi)可操作的可再充電能 量儲存器，可再充電能量儲存器被耦接到電路用于進(jìn)行從能量儲存器供應(yīng)電力和給能量儲 存器充電中的至少之一，其中電路包括用于模擬電源的電輸出的子系統(tǒng)。
[0011] 在另一實施方案中，提供了一種適合于在高溫環(huán)境下供應(yīng)電力的電力系統(tǒng)。該電 力系統(tǒng)包括：在約負(fù)四十?dāng)z氏度至二百一十?dāng)z氏度之間的溫度范圍內(nèi)可操作的可再充電能 量儲存器，可再充電能量儲存器被耦接到電路用于進(jìn)行從能量儲存器供應(yīng)電力和給能量儲 存器充電中的至少之一，其中電路包括用于監(jiān)測能量儲存器的充電狀態(tài)的子系統(tǒng)。
[0012] 在另一實施方案中，提供了一種適合于在高溫環(huán)境下供應(yīng)電力的電力系統(tǒng)。該電 力系統(tǒng)包括：在約負(fù)四十?dāng)z氏度至二百一十?dāng)z氏度之間的溫度范圍內(nèi)可操作的可再充電能 量儲存器，可再充電能量儲存器被耦接到電路用于進(jìn)行從能量儲存器供應(yīng)電力和給能量儲 存器充電中的至少之一，其中電路包括用于在至少兩個能源之間進(jìn)行切換的子系統(tǒng)。
[0013] 在另一實施方案中，提供了一種適合于在高溫環(huán)境下供應(yīng)電力的電力系統(tǒng)。該電 力系統(tǒng)包括：在約負(fù)四十?dāng)z氏度至二百一十?dāng)z氏度之間的溫度范圍內(nèi)可操作的可再充電能 量儲存器，可再充電能量儲存器被耦接到電路用于進(jìn)行從能量儲存器供應(yīng)電力和給能量儲 存器充電中的至少之一，其中電路包括用于自動調(diào)整電力系統(tǒng)的電壓輸出的子系統(tǒng)。
[0014] 在另一實施方案中，提供了一種適合于在高溫環(huán)境下供應(yīng)電力的電力系統(tǒng)。該電 力系統(tǒng)包括：在約負(fù)四十?dāng)z氏度至二百一十?dāng)z氏度之間的溫度范圍內(nèi)可操作的可再充電能 量儲存器，可再充電能量儲存器被耦接到電路用于進(jìn)行從能量儲存器供應(yīng)電力和給能量儲 存器充電中的至少之一，其中電路包括用于在操作模式之間進(jìn)行切換的子系統(tǒng)。
[0015] 在另一實施方案中，提供了一種適合于在高溫環(huán)境下供應(yīng)電力的電力系統(tǒng)。該電 力系統(tǒng)包括：在約負(fù)四十?dāng)z氏度至二百一十?dāng)z氏度之間的溫度范圍內(nèi)可操作的可再充電能 量儲存器，可再充電能量儲存器被耦接到電路用于進(jìn)行從能量儲存器供應(yīng)電力和給能量儲 存器充電中的至少之一，其中電路包括用于根據(jù)環(huán)境因素調(diào)整操作的子系統(tǒng)。
[0016] 在另一實施方案中，提供了一種適合于在高溫環(huán)境下供應(yīng)電力的電力系統(tǒng)。該電 力系統(tǒng)包括：在約負(fù)四十?dāng)z氏度至二百一十?dāng)z氏度之間的溫度范圍內(nèi)可操作的可再充電能 量儲存器，可再充電能量儲存器被耦接到電路用于進(jìn)行從能量儲存器供應(yīng)電力和給能量儲 存器充電中的至少之一，其中電路包括用于誘導(dǎo)低功率操作的子系統(tǒng)。
[0017] 在另一實施方案中，提供了一種適合于在高溫環(huán)境下供應(yīng)電力的電力系統(tǒng)。該電 力系統(tǒng)包括：在約負(fù)四十?dāng)z氏度至二百一十?dāng)z氏度之間的溫度范圍內(nèi)可操作的可再充電能 量儲存器，可再充電能量儲存器被耦接到電路用于進(jìn)行從能量儲存器供應(yīng)電力和給能量儲 存器充電中的至少之一，其中電路包括用于記錄數(shù)據(jù)的子系統(tǒng)。
[0018] 在另一實施方案中，提供了一種適合于在高溫環(huán)境下供應(yīng)電力的電力系統(tǒng)。該電 力系統(tǒng)包括：在約負(fù)四十?dāng)z氏度至二百一十?dāng)z氏度之間的溫度范圍內(nèi)可操作的可再充電能 量儲存器，可再充電能量儲存器被耦接到電路用于進(jìn)行從能量儲存器供應(yīng)電力和給能量儲 存器充電中的至少之一，其中電路包括用于管理電源性能的子系統(tǒng)。
[0019] 在另一實施方案中，提供了一種適合于在高溫環(huán)境下供應(yīng)電力的電力系統(tǒng)。該電 力系統(tǒng)包括：在約負(fù)四十?dāng)z氏度至二百一十?dāng)z氏度之間的溫度范圍內(nèi)可操作的可再充電能 量儲存器，可再充電能量儲存器被耦接到電路用于進(jìn)行從能量儲存器供應(yīng)電力和給能量儲 存器充電中的至少之一，其中電路包括用于監(jiān)測電力系統(tǒng)的健康狀態(tài)的子系統(tǒng)。
[0020] 在另一實施方案中，提供了一種適合于在高溫環(huán)境下供應(yīng)電力的電力系統(tǒng)。該電 力系統(tǒng)包括：在約負(fù)四十?dāng)z氏度至二百一十?dāng)z氏度之間的溫度范圍內(nèi)可操作的可再充電能 量儲存器，可再充電能量儲存器被耦接到電路用于進(jìn)行從能量儲存器供應(yīng)電力和給能量儲 存器充電中的至少之一，其中電路包括用于訪問冗余元件的子系統(tǒng)。
[0021] 在另一實施方案中，提供了一種使用電源的方法。該方法包括：選擇具有至少一種 超級電容器的電源；以及在約負(fù)四十?dāng)z氏度至約二百一十?dāng)z氏度之間的溫度范圍內(nèi)操作電 源，同時將超級電容器上的電壓維持在約0. 1伏至約4伏之間至少一小時；其中在這一小時 結(jié)束時，在整個操作溫度的范圍內(nèi)，超級電容器呈現(xiàn)出小于1，〇〇〇毫安/升容積的漏電流。
[0022] 在又一實施方案中，提供了一種使用電力系統(tǒng)的方法。該方法包括：將配置為用 于高溫操作的可再充電能量儲存器與配置為用于高溫操作的電子設(shè)備耦接；以及通過從電 力系統(tǒng)的輸出提取功率脈沖來操作電力系統(tǒng)，其中每個脈沖包括至少0.Oiw的峰值和至少 0.OlJ的總的功率與時間的乘積(能量)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 本發(fā)明的特征和優(yōu)點通過結(jié)合附圖的以下描述是清楚的。在附圖中：
[0024] 圖1示出了包括測井儀的鉆柱的示例性實施方案；
[0025] 圖2利用通過電纜部署的測井儀的實施方案示出了用于測井的示例性實施方案；
[0026] 圖3利用部署在生產(chǎn)井中的測井儀的實施方案示出生產(chǎn)井的示例性實施方案；
[0027] 圖4是包括單個儲存單元的示例性可再充電能量儲存器的各方面的示意圖，該單 元為雙電層電容器（EDLC)并且適合用作高溫能量儲存器；
[0028] 圖5示出了包括高溫可再充電能量儲存器的電力系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的一種實施方 案；
[0029] 圖6至圖8示出了圖5的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的各方面；
[0030] 圖9示出了包括高溫可再充電能量儲存器的電力系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的另一實施方 案；
[0031] 圖10是描述電池電壓模擬器的一個實施方案的方框圖；
[0032] 圖IlA和圖IlB(在本文中統(tǒng)稱為圖11)分別為描述電池電壓模擬器的并聯(lián)實施 方案和串聯(lián)實施方案的方框圖；
[0033] 圖12至圖14為描述用于圖10和圖11的電壓模擬器的轉(zhuǎn)換器的實施方案的方框 圖；
[0034] 圖15為描述用于圖10和圖11的電壓模擬器的反饋控制器的實施方案的方框圖；
[0035] 圖16為描述充電狀態(tài)監(jiān)測器的各方面的圖；
[0036] 圖17為描述轉(zhuǎn)換控制單元的各方面的圖；
[0037] 圖18A、圖18B和圖18C(在本文中統(tǒng)稱為圖18)為描述了旁路控制器的實施方案 的方框圖；
[0038] 圖19是示例性電源的透視圖；
[0039] 圖20是圖19的電源的分解圖；
[0040] 圖21是用于圖19和圖20中示出的電源的控制器的透視圖；
[0041] 圖22是使用總線連接器組裝的電路的側(cè)視圖；
[0042] 圖23是儲存單元的等距視圖；以及
[0043] 圖24A和圖24B(在本文中統(tǒng)稱為圖24)為圖23的兩個儲存單元在組裝到能量儲 存器階段的等距視圖。

【具體實施方式】
[0044] 本文中公開了在高溫環(huán)境下提供電能的電力系統(tǒng)。除在高溫環(huán)境下提供電能之 夕卜，該電力系統(tǒng)還可以配置為向用戶提供各種附加功能。雖然本文中提出的電力系統(tǒng)的實 施方案配置為用于井下（即，地下）環(huán)境，但是應(yīng)該認(rèn)識到該電力系統(tǒng)可同樣良好地用于向 提供可靠電力提出挑戰(zhàn)的高溫環(huán)境。這樣的挑戰(zhàn)可以包括：環(huán)境惡劣的條件、可用于容納能 量儲存器的有限空間、難以與外部能量源連通的相當(dāng)偏遠(yuǎn)的位置等。在更詳細(xì)地介紹電力 系統(tǒng)之前，提供一些背景。
[0045] 現(xiàn)在參照圖1，其示出了用于鉆探井眼1 (也稱為鉆孔）的設(shè)備的各方面。作為慣 例，井眼1的深度被描述為沿著Z軸，而橫截面設(shè)置在通過X軸和Y軸描述的平面上。
[0046] 在該實施例中，使用通過除了別的之外還提供轉(zhuǎn)動能量和向下力的鉆機(未示出） 驅(qū)動的鉆柱11在土壤2中鉆出井眼1。井眼1通常穿過地下材料，所述地下材料可以包括 各種地層3(示出為地層3A、3B和3C)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到在地下環(huán)境中可能遇到的 各種地質(zhì)特征可以稱為"地層"，并且鉆孔下面（即，井下）的材料陣列可以稱為"地下材料"。 艮P，地層3由地下材料形成。因此，如在本文中使用的，應(yīng)該認(rèn)為雖然術(shù)語"地層"通常是指 地質(zhì)層，但是"地下材料"包括任意材料，并且可以包括例如固體、流體、氣體和液體等材料。
[0047] 在該實施例中，鉆柱11包括驅(qū)動鉆頭14的鉆桿12的長度。鉆頭14還提供鉆井 液4 (例如，鉆井泥漿)的流。鉆井液4通常通過鉆桿12被泵送到鉆頭14,流體在這里離開 鉆桿進(jìn)入到井眼1中。這在井眼1內(nèi)產(chǎn)生了鉆井液4的上向流（upwardflow)F。上向流 通常冷卻鉆柱11及其部件、帶走來自鉆頭14的鉆屑，并且防止加壓烴類5的噴出。
[0048] 鉆井液4 (也稱為"鉆井泥漿"）通常包括如環(huán)境中可能固有的地層流體、液體(例 如水)、鉆井液、泥漿、油、氣體的混合物。雖然鉆井作業(yè)可能引入鉆井液4,但是除了測井操 作之外，鉆井液4的使用或存在既不是需要的也不是必要的。通常，材料層存在于鉆柱11 的外表面與井眼1的壁之間。該層被稱為"間隙層（standofflayer)"，并且包括稱為"間 隙，S"的厚度。
[0049] 鉆柱11通常包括用于執(zhí)行"隨鉆測量"（MWD)，也稱為"隨鉆測井"（LWD)的設(shè)備。 執(zhí)行MWD或LWD通常需要測井儀10的操作，所述測井儀被結(jié)合到鉆柱11中且設(shè)計用于隨 鉆操作。通常，將用于執(zhí)行MWD的測井儀10耦接到電子封裝件，所述電子封裝件也機載在 鉆柱11上，并因此稱為"井下電子設(shè)備13"。通常井下電子設(shè)備13提供數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分 析和操作控制(如機電傳動、通信和功率處理等)中的至少一種?？梢园娏ο到y(tǒng)16。通 常，電力系統(tǒng)16向測井儀10、勘測部件15和井下電子設(shè)備13中的至少之一提供電力。通 常，測井儀10和井下電子設(shè)備13耦接到上部設(shè)備7?？梢园ㄉ喜吭O(shè)備7以進(jìn)一步控制操 作，提供更強的分析能力以及數(shù)據(jù)記錄等。通信通道(下文所討論的)可以提供到上部設(shè)備7 的通信，并且可以經(jīng)由如本領(lǐng)域已知的并且對于給定應(yīng)用是切實可行的脈沖泥漿、有線管、 EM遙測、光纖和其他技術(shù)來操作。
[0050] 現(xiàn)在參照圖2,示出了用于井眼1的電纜測井的示例性測井儀10。作為慣例，井眼 1的深度被描述為沿著Z軸，而橫截面設(shè)置在通過X軸和Y軸描述的平面上。在用測井儀 10測井之前，使用鉆孔裝置(例如在圖1中所示出的）將井眼1鉆到在土壤2中。
[0051] 在一些實施方案中，井眼1已經(jīng)至少在一定程度上被填充有鉆井液4。鉆井液4 (也稱為"鉆井泥漿"）通常包括如環(huán)境中可能固有的地層流體、液體(例如水)、鉆井液、泥 漿、油、氣體的混合物。雖然鉆井作業(yè)可能引入鉆井液4,但是除了測井操作之外，鉆井液4 的使用或存在既不是需要的也不是必要的。通常，材料層存在于鉆柱11的外表面與井眼1 的壁之間。該層被稱為"間隙層"，并且包括稱為"間隙，S"的厚度。
[0052] 套管21可以插入井眼1中以確保物理完整性。套管21可以形成在井眼1中，插 入井眼1中，或者以其他方式設(shè)置在井眼1中。套管21可以是分段的或連續(xù)的。為了在本 文中討論的目的，套管21通常包括水泥外殼21的各種裝置以及內(nèi)部生產(chǎn)管道(例如，生產(chǎn) 管道)。
[0053] 通常，在電纜測井中，使用通過井架6或類似裝置部署的電纜8將測井儀10下放 到井眼1中。通常，電纜8包括懸吊裝置，例如，承重纜繩以及其他設(shè)備。其他設(shè)備可以包 括電力系統(tǒng)、通信鏈路(例如，有線的或光學(xué)的）以及其他這樣的裝置。通常，電纜8由服務(wù) 卡車9或其他類似設(shè)備(例如，服務(wù)站、基站等）運送。通常，電纜8耦接到上部設(shè)備7。上 部設(shè)備7可以向測井儀10提供電力，以及提供操作控制和數(shù)據(jù)分析中的至少之一的計算和 處理能力。
[0054] 通常，測井儀10包括用于執(zhí)行"井下"測量或在井眼1中測量的設(shè)備。這樣的設(shè) 備包括，例如多種勘測部件15。示例性勘測部件15可以包括輻射探測器、防護(hù)罩、傳感器、 轉(zhuǎn)換器以及本領(lǐng)域中已知的其他多種勘測部件15。部件15可以視情況與井下電子設(shè)備13 通信。可以包括電力系統(tǒng)16。通常，電力系統(tǒng)16向測井儀10、勘測部件15和井下電子設(shè) 備13中的至少之一提供電力。通常執(zhí)行例如可以使用測井儀10執(zhí)行的測量和其他步驟來 確定并證明烴類5的存在，但是也可以用于其他目的，例如識別地?zé)豳Y源。
[0055] 現(xiàn)參照圖3,示出了在生產(chǎn)期間用于測井的示例性測井儀10。生產(chǎn)測井儀10可以 放置在井眼1內(nèi)，在烴類5的開采期間該生產(chǎn)測井儀10將留在井眼1內(nèi)。生產(chǎn)測井儀10 可以通過使用其他裝置(例如牽引機(未示出））而放置到井下。在一些實施方案中，生產(chǎn)測 井儀10可以包括牽引機的元件(例如馬達(dá)和軌道)?？梢园娏ο到y(tǒng)16。通常，電力系統(tǒng) 16向測井儀10、勘測部件15和井下電子設(shè)備13中的至少之一提供電力。
[0056] -旦生產(chǎn)啟動，則從井眼1中排出鉆井液4。建立烴類5的流。在生產(chǎn)啟動期間， 在井眼1之上放置井口裝置19。井口裝置19提供對來自井眼1的流的調(diào)節(jié)并且適應(yīng)開采 烴類5的延長的時間。如通過向上箭頭所示出的，當(dāng)生產(chǎn)測井儀10就位時，生產(chǎn)(烴類5的 提?。┛梢猿掷m(xù)不減。通常，井口裝置19包括如本領(lǐng)域中已知的防噴器。
[0057] 現(xiàn)在更詳細(xì)地考慮電力系統(tǒng)16。在示例性實施方案中，電力系統(tǒng)16包括內(nèi)部能 量儲存器。能量儲存器可以包括多種形式的可再充電能量儲存器的任意一種或更多種。例 如，可再充電能量儲存器可以包括電池、超級電容器和其他類似裝置中的至少一種?，F(xiàn)在將 更詳細(xì)地討論示例性能量儲存器的各方面。
[0058] 應(yīng)該注意，電力系統(tǒng)16通?？梢允悄軌蛟诟邷叵驴煽康亟邮懿⑶夜?yīng)電力的任 意裝置。能量儲存器30的其他示例性形式包括化學(xué)電池(例如鋁電解電容器、鉭電容器、陶 瓷和金屬膜電容器)，混合電容器磁能儲存器(例如，空氣芯或高溫芯材的電感器)。其他類 型的能量儲存器30還可以適當(dāng)?shù)匕ɡ鐧C械能儲存裝置，例如飛輪、彈簧系統(tǒng)、彈簧-質(zhì) 量系統(tǒng)、質(zhì)量系統(tǒng)、熱容量系統(tǒng)(例如基于高熱容量液體或固體或相變材料的熱容量系統(tǒng))、 液壓或氣動系統(tǒng)。一個實施例為可從美國羅得島州普羅維登斯的埃文斯電容器公司（Evans CapacitorCompany)得到的，產(chǎn)品型號HC2D060122DSCC10004-16,額定 125 攝氏度的高 溫混合電容器。另一實施例為可從美國羅得島州普羅維登斯的埃文斯電容器公司（Evans CapacitorCompany)得到的，產(chǎn)品型號HC2D050152HT，額定200攝氏度的高溫鉭電容器。 又一實施例為可從德國慕尼黑EPCOS得到的，產(chǎn)品型號B41691A8107Q7,額定150攝氏度的 鋁電解電容器。又一實施例為可從日本東京松下公司（Panasonic)得到的，日本產(chǎn)品型號 ETQ-P5M470YFM，額定150攝氏度的電感器。其它的實施方案為可從法國巴涅奧萊市帥福得 公司（Saft)得到的(產(chǎn)品型號鋰離子VL32600-125)，其在高達(dá)125攝氏度下操作30個充放 電循環(huán)；以及在高達(dá)250攝氏度下可操作的，且處于Sadoway，Hu(馬薩諸塞州坎布里奇的 固體能源（SolidEnergy))的實驗階段的鋰離子電池(實驗的)。
[0059] 井下環(huán)境是惡劣的，因此向裝置的可靠性提出相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。例如，環(huán)境溫度可以 為從地表溫度到高達(dá)約300攝氏度且更高的范圍內(nèi)。如將在本文中進(jìn)一步討論的，在一些 實施方案中，公開了電力系統(tǒng)16配置為在環(huán)境溫度為約七十（70)攝氏度至高達(dá)約200攝 氏度(在一些實施方案中更高(例如高達(dá)約250攝氏度)）的范圍內(nèi)的環(huán)境中操作。在一些實 施方案中，電力系統(tǒng)16可以在環(huán)境溫度低至約負(fù)四十（一 40)攝氏度的環(huán)境中操作。然而， 應(yīng)該注意電力系統(tǒng)16可以在更寬的溫度范圍內(nèi)操作，因此，該溫度范圍不限于本文中的教 導(dǎo)。
[0060] 作為慣例，并為了在本文中教導(dǎo)的目的，術(shù)語"能量儲存器"是指可在提高的溫度 的環(huán)境中操作的能量儲存裝置，所述提高的溫度通?？蓪?dǎo)致常規(guī)的能量儲存裝置失效。即， 當(dāng)置于同等環(huán)境中時所述能量儲存器將勝過常規(guī)能量儲存裝置，并且作為升高溫度的函數(shù) 將提供至少一定程度的實用性。
[0061] 一般而言，根據(jù)本文中的教導(dǎo)所提供和使用的超級電容器提供優(yōu)于現(xiàn)有能量儲存 技術(shù)的許多優(yōu)點。這些優(yōu)點產(chǎn)生了在比先前所實現(xiàn)的更高的溫度下提供并且使用電力的能 力。因此，由于為井下工具的使用者提供了更大的操作范圍，先前由于電力限制不能到達(dá)的 區(qū)域變得可以觸及。
[0062] 一組優(yōu)勢源于超級電容器的可再充電性質(zhì)。超級電容器既能夠釋放能量也能夠接 受能量。可將超級電容器用作井下應(yīng)用的可再充電能量儲存裝置。例如，超級電容器可以 以脈沖方式或間歇方式向工具提供電力，而以更持續(xù)方式通過電纜、井下電池或井下發(fā)電 機進(jìn)行再充電。
[0063] 另一組優(yōu)點源于超級電容器的高功率處理能力。眾所周知，與化學(xué)電池能量儲存 技術(shù)相比，對于相似體積和重量超級電容器呈現(xiàn)出較小的內(nèi)部電阻。這些特征使得與一次 (不可再充電）化學(xué)電池技術(shù)相比能夠具有更高的功率輸送能力，與可再充電化學(xué)電池技術(shù) 相比還能夠具有更高的功率恢復(fù)能力。超級電容器可以用于擴大整個系統(tǒng)的功率處理能 力。例如，超級電容器可以提供無法從典型的電纜、井下電池或井下發(fā)電機功率輸送系統(tǒng)直 接得到的大脈沖功率。
[0064] 另一組優(yōu)點源于用于制造超級電容器的材料。由于超級電容器以電場而不是通過 化學(xué)反應(yīng)形式儲存能量，材料本身不易通過將這些材料暴露于空氣環(huán)境中或者通過超出其 額定容量地使用能量儲存裝置而發(fā)生災(zāi)難性故障。例如，可以使用超級電容器，而極少增加 或者不增加超出已就位的、用于支持井下應(yīng)用的程序的處理能力，安全性和處理物流。此 夕卜，超級電容器在井下應(yīng)用中的使用可以降低對于其他能量儲存技術(shù)的要求，在這種情況 下，實際上可以降低支持井下應(yīng)用所要求的必需的處理能力、安全性和處理物流。
[0065] 另一組優(yōu)點源于超級電容器的高能量密度。超級電容器能夠儲存比相當(dāng)尺寸和體 積的電容器多約50倍至約1000倍的能量。該特性使得超級電容器能夠在井下工具中提供 更長持續(xù)時間的高功率。
[0066] 在此之前，超級電容器由于不能在大于約七十?dāng)z氏度的溫度下操作所以從來不適 合用于井下工具中。適合于本文中教導(dǎo)的示例性超級電容器的實施方案通過能夠在井下經(jīng) 常遇到的惡劣環(huán)境中可靠且安全操作解決了與高溫操作相關(guān)的問題。
[0067] 現(xiàn)在提供關(guān)于超級電容器的示例性實施方案的更多細(xì)節(jié)。
[0068] 如圖4所示，示例性能量儲存器30包括至少一種儲存單元42。在該實施例中，能 量儲存器30包括電化學(xué)雙層電容器（EDLC)，也稱為"超級電容器"。超級電容器包括兩個電 極(按照慣例稱為"負(fù)電極"33和"正電極"34,然而，為了本說明書的目的，所述超級電容器 不需要具有儲存在電極中的電荷)，每個電極33、34在電解質(zhì)界面具有雙層電荷。在一些實 施方案中，包括多個電極。然而，為了討論的目的，僅示出兩個電極33、34。在本文中作為慣 例，電極33、34中的每一個均使用碳基能量儲存介質(zhì)31 (如在本文中進(jìn)一步討論的）以提 供能量儲存。
[0069] 電極33、34中的每一個均包括相應(yīng)的集電器32。電極33、34通過隔離器35隔開。 一般而言，隔離器35為薄結(jié)構(gòu)材料(通常為片）用于將電極33、34隔開成兩個或更多個隔 室。
[0070] 包括至少一種形式的電解質(zhì)36。電解質(zhì)36填充電極33、34與隔離器35之間的空 隙。一般而言，電解質(zhì)36是包括帶電離子的物質(zhì)。在一些實施方案中可以包括溶解該物質(zhì) 的溶劑。得到的電解溶液通過離子傳輸導(dǎo)電。
[0071] 為了方便起見，電極33、34、隔離器35和電解質(zhì)36的組合稱為"儲存單元42"。在 一些實施方案中，術(shù)語"儲存單元"僅指電極33、34和隔離器35,不包括電解質(zhì)36。
[0072] 通常，示例性EDLC為卷繞形式，然后被封裝到柱狀封閉殼體37中(可以簡稱為"殼 體"37)?？梢允褂闷渌问?，例如棱柱形式。殼體37可以是密封的。在多個實施方案中， 封裝件通過利用激光、超聲波的技術(shù)和/或焊接技術(shù)被密封。殼體37(也稱為"殼（case)"） 包括至少一個端子38。每個端子38提供對儲存在能量儲存介質(zhì)31中的能量的電接入。
[0073] 在一些實施方案中，殼體37由選擇為與電解質(zhì)36的反應(yīng)性最小的至少一種材料 制造。例如，殼體37可以由鋁以及鋁合金制造。在一些實施方案中，可以至少部分地(例如， 作為端子38)使用其他材料例如鉭。
[0074] 在示例性EDLC中，能量儲存介質(zhì)31可以通過活性炭、碳纖維、人造絲、石墨烯、氣 凝膠、碳布、碳納米管(例如單壁的和/或多壁的）和/或其他碳納米形式提供，并且可以包 括：活性炭、碳纖維、人造絲、石墨烯、氣凝膠、碳布、碳納米管(例如單壁和/或多壁）和/或 其他碳納米形式?；钚蕴侩姌O可以通過例如如下步驟制造：對通過碳化合物的碳化所獲得 的碳材料進(jìn)行第一活化處理來生產(chǎn)碳基材料；通過向該碳基材料添加粘合劑制造形成體； 碳化該形成體；以及通過對該碳化的形成體進(jìn)行第二活化處理來最終制造活性碳電極。
[0075] 碳纖維電極可以通過例如使用具有高表面積的碳纖維的紙或布預(yù)成型來制造。
[0076] 在一個具體實施例中，通過使用化學(xué)氣相沉積（CVD)在多種襯底中的任意一種上 制造多壁碳納米管（MWNT)。然后將這樣制造的MWNT用在電極33、34中。在一個實施方案 中，使用低壓化學(xué)氣相沉積（LPCVD)。制造過程可以使用乙炔、氬氣和氫氣的氣體混合物，以 及利用電子束沉積和/或濺射沉積在襯底上沉積的鐵催化劑。
[0077] 在一些實施方案中，用于形成能量儲存介質(zhì)31的材料可以包括除了純碳之外的 材料。例如，可以包括用于提供粘合劑的材料的各種制劑。一般而言，能量儲存介質(zhì)31基 本上由碳形成，并且因此稱為"含碳材料"。
[0078] 簡言之，盡管主要由碳形成，但是能量儲存介質(zhì)31可以包括被認(rèn)為適當(dāng)?shù)幕蚩山?受的任意形式的碳和任意添加劑或雜質(zhì)以提供作為能量儲存介質(zhì)31的期望的功能。
[0079] 電解質(zhì)36包括多種陽離子39和陰離子41對，并且在一些實施方案中，可以包括 溶劑?？梢允褂妹恳环N的各種組合。在示例性EDLC中，陽離子39可以包括：1-(3-氰丙 基）-3-甲基咪唑鎗、1，2_二甲基-3-丙基咪唑鎗、1，3_雙（3-氰丙基）咪唑鎗、1，3_二乙 氧基咪唑鎗、1- 丁基-1-甲基哌啶鎗、1- 丁基-2, 3-二甲基咪唑鎗、1- 丁基-3-甲基吡啶 鐵、1_ 丁基_4-甲基批陡鐵、I- 丁基批陡鐵、I-癸基甲基味卩坐鐵、I-乙基甲基味P坐 鎗、3-甲基-1-丙基吡啶鎗及其組合物以及認(rèn)為適當(dāng)?shù)钠渌韧铩?br> [0080] 在示例性EDLC中，陰離子41可以包括：雙（三氟甲磺酰）亞胺、三（三氟甲磺酰） 甲基化物、二氰胺、四氟硼酸根(酯)、六氟磷酸根(酯)、三氟甲磺酸根(酯)、雙（五氟乙烷磺 酰）亞胺、硫氰酸根(酯)、三氟（三氟甲基）硼酸根(酯)及其組合物以及認(rèn)為適當(dāng)?shù)钠渌?同物。
[0081] 溶劑可以包括：乙腈、酰胺、芐腈、丁內(nèi)酯、環(huán)醚、碳酸二丁酯、碳酸二乙酯、二乙醚、 二甲氧基乙烷、碳酸二甲酯、二甲基甲酰胺、二甲基砜、二氧六環(huán)、二氧戊環(huán)、甲酸乙酯、碳酸 亞乙酯、碳酸甲乙酯、內(nèi)酯、直鏈醚、甲酸甲酯、丙酸甲酯、甲基四氫呋喃、腈、硝基苯、硝基甲 烷、N-甲基吡咯烷酮、碳酸亞丙酯、環(huán)丁砜、砜、四氫呋喃、四氫噻吩砜、噻吩、乙二醇、二甘 醇、三甘醇、聚乙二醇、碳酸酯、Y-丁內(nèi)酯、腈、三聚氰基己烷、其任意組合或表現(xiàn)出適當(dāng)性 能特性的其他材料。
[0082] 一旦制造出EDLC，則可將其用在高溫應(yīng)用中而很少有的或者沒有漏電流。本文中 描述的EDLC能夠在寬溫度范圍內(nèi)有效操作，在整個操作電壓和溫度范圍內(nèi)，在整個裝置的 體積的范圍內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化的漏電流小于裝置的體積的1安培/升（A/L)。該性能的一個關(guān)鍵是 組裝過程本身，該組裝過程制造出如下成品EDLC:相對于電解質(zhì)的重量和體積，電解質(zhì)中 水分濃度小于500份/百萬份（ppm)并且雜質(zhì)的量小于1，OOOppm。
[0083] 在一些實施方案中，更具體地，構(gòu)成電極33、34中的每個電極的含碳介質(zhì)在真空 環(huán)境中在升高的溫度下干燥。分離器35在真空環(huán)境中在升高的溫度下干燥。電解質(zhì)36在 真空環(huán)境中在升高的溫度下干燥。一旦電極33、34、隔離器35和電解質(zhì)36在真空下干燥， 則將它們在小于50份/百萬份（ppm)的水的大氣中封裝，而不最終密封或加蓋。未加蓋 的EDLC在整個升高的溫度范圍內(nèi)在真空下干燥。一旦完成該最終干燥，則將EDLC在小于 50ppm水分的大氣中密封。
[0084] 此外，保持電解質(zhì)36中的雜質(zhì)盡可能少。例如，在一些實施方案中，鹵素離子(氯 離子、溴離子、氟離子和碘離子）的總濃度保持為小于1，OOOppm。金屬物質(zhì)的總濃度(例如， Br、CcUCo、Cr、Cu、Fe、K、Li、Mo、Na、Ni、Pb、Zn,包括其合金和氧化物的至少一種）保持為低 于1，OOOppm。此外，來自合成過程中所使用的溶劑和前體的雜質(zhì)保持低于1，OOOppm并且可 以包括例如溴乙烷、氯乙烷、1-溴丁烷、1-氯丁烷、1-甲基咪唑、醋酸乙酯、二氯甲烷等。
[0085] 在題為''Theoxidationofalcoholsinsubstitutedimidazoliumionic liquidsusingrutheniumcatalysts"Farmerandffelton,TheRoyalSocietyof Chemistry，2002, 4, 97-102的參考文獻(xiàn)中提供了用于提純電解質(zhì)的技術(shù)的一個實施例。
[0086] 可以使用各種技術(shù)例如原子吸收光譜法（AAS)、電感耦合等離子體質(zhì)譜法 (ICPMS)，或基于任務(wù)特定的離子液體的簡化增溶和電化學(xué)感測痕量重金屬氧化物顆粒。 [0087] AAS為用于采用通過氣態(tài)的自由原子的光學(xué)輻射(光)的吸收來定性和定量的測定 化學(xué)元素的光譜分析方法。該技術(shù)用于測定待分析的樣品中的具體元素(分析物）的濃度。AAS可以用于測定溶液中或直接在固體樣品中的超過70種不同的元素。
[0088] ICPMS是一種質(zhì)譜法，其高度敏感并且能夠測定金屬和若干非金屬的低于1012分 之一(萬億分之一）的濃度的范圍。ICPMS是基于將作為產(chǎn)生離子(離子化)的方法的電感耦 合等離子體與質(zhì)譜法耦合在一起，作為分離和檢測離子的方法。ICP-MS也能夠監(jiān)測所選離 子的同位素形態(tài)。
[0089] 通過使EDLC中的水分含量減少至相對于電解質(zhì)的質(zhì)量和體積小于500份/百萬 份（ppm),并且使雜質(zhì)減小至小于1，OOOppm，EDLC可以在適合于本文中的教導(dǎo)下使用的寬 溫度范圍內(nèi)有效地操作，在該溫度和電壓范圍內(nèi)具有小于1，〇〇〇毫安/升的漏電流（I/L)。
[0090] 在一個實施方案中，通過使EDLC的電壓保持恒定在額定電壓（S卩，最大額定操作 電壓)下七十五（75)小時來測量在具體溫度下的漏電流（I/L)。在此期間，溫度保持恒定在 具體溫度下。在測量區(qū)間結(jié)束時測量EDLC的漏電流。
[0091] 在一些實施方案中，在室溫下EDLC的最大電壓額定值為4V。在升高的溫度下(例 如，超過210攝氏度)確保EDLC性能的方法為降低（S卩，減小)EDLC的電壓額定值。例如，電 壓額定值可以調(diào)整為低至約〇. 5V，使得在較高溫度下可以獲得延長的操作持續(xù)時間。
[0092] 能量儲存器30可以實施為若干不同形狀因子（S卩，呈現(xiàn)出某種外觀)?？赡苡杏玫?形狀因子的實例包括：圓柱狀單元、輪狀或環(huán)狀單元、扁平棱柱單元或包括盒狀單元的扁平 棱柱單元的堆疊體，以及適合于容納特殊幾何形狀(例如彎曲空間）的扁平棱柱單元。圓柱 狀形狀因子可以在與圓柱狀工具或以圓柱狀形狀因子安裝的工具結(jié)合時最有用。輪狀或環(huán) 狀形狀因子可以在與環(huán)狀工具或以環(huán)狀外形安裝的工具結(jié)合時最有用。適合于容納特殊幾 何形狀的扁平棱柱單元可以在與圓柱狀、環(huán)狀或以其他外形安裝的工具結(jié)合時有用。
[0093] 圓柱形工具或以圓柱狀形狀因子安裝的工具的實例包括：在鉆探設(shè)備中通常布置 在管道中的鋼絲（slickline)或可回收工具（retrievabletool)。輪狀或環(huán)狀工具或者以 環(huán)狀形狀因子安裝的實例包括設(shè)置在鉆探設(shè)備的壁或套管上的套管安裝的工具。
[0094] 現(xiàn)在示出電力系統(tǒng)16其他細(xì)節(jié)的一些示例性實施方案。
[0095] 通常，將電力系統(tǒng)16設(shè)計并且配置為在井下環(huán)境中可能遇到的深度和溫度下操 作。通常，電力系統(tǒng)16向勘測部件15和井下電子設(shè)備13中的至少之一提供能量，并且可 以向下降到井眼1的測井儀10中的或測井儀10所附帶的并且需要電力系統(tǒng)16能夠提供 的能量的任意部件提供能量。
[0096] 首先，應(yīng)注意能量儲存器30可以放電出初始電荷，并且也可以通過遠(yuǎn)程電源進(jìn)行 再充電。示例性遠(yuǎn)程電源包括通過電纜8、可再充電電池、不可再充電電池、井下發(fā)電機及其 組合中的至少之一提供的電力。在一些實施方案中，井下電源包括耦接到能量儲存器30的 電池，通常很靠近，所以電池必須也經(jīng)受測井儀10所面對的深度和溫度。井下發(fā)電機必須 也經(jīng)受測井儀10所面對的深度和溫度。通常，發(fā)電極使用如泥漿流動的原動力或振動以產(chǎn) 生電力。
[0097] 示例性測井儀10可以包括用于地?zé)豳Y源開發(fā)或油和氣勘探的各種工具和部件， 并且可以包括隨鉆測井（LWD)工具、隨鉆測量(MWD)工具、電纜工具、生產(chǎn)工具等。這些工具 的實例可以包括取芯工具、閉井工具、NMR工具、EM遙測工具、泥漿脈沖遙測工具、電阻率測 量工具、伽馬傳感工具、壓力傳感器工具、聲學(xué)傳感器工具、地震工具、核工具、脈沖中子工 具、地層取樣工具和感應(yīng)工具等。
[0098] 此外，已知各種部件可以包括在這些工具內(nèi)。這些部件會消耗電力以提供期望的 功能。這些部件的非限制性實例包括電子電路、變壓器、放大器、伺服系統(tǒng)、處理器、數(shù)據(jù)存 儲器、存儲在機器可讀介質(zhì)上或機器可讀介質(zhì)中的機器可執(zhí)行指令(稱為"軟件")、泵、馬 達(dá)、傳感器(如熱可調(diào)傳感器、光學(xué)傳感器)、轉(zhuǎn)換器、光纖、光源、閃爍器、脈沖發(fā)生器、液壓 致動器、天線、單道分析儀和/或多道分析儀、輻射檢測器、加速度計和磁強計等。
[0099] 簡言之，可以配置為支持測井儀10和/或作為測井儀10的一部分、并且消耗一些 電力的或通過消耗一些電力的部件所驅(qū)動的任意裝置可以受益于電力系統(tǒng)16及隨附的能 量儲存器30的使用。
[0100] 此外，測井儀10可以包括或具有與系統(tǒng)用戶、設(shè)計者和/或操作者認(rèn)為適合的用 于充電的任意類型的遠(yuǎn)程電源的接口。實例包括耦接到遠(yuǎn)程電源的或認(rèn)為適合的(例如，通 過系統(tǒng)設(shè)計所決定的)低功率電纜。其他實施方案可以要求將電力系統(tǒng)16與機載發(fā)電設(shè)備 (例如泥漿驅(qū)動發(fā)電機或交流發(fā)電機）耦接。為說明觀點，下面包括各種井下工具選擇性描 述。
[0101] 取芯工具通常設(shè)計成在井下環(huán)境中，提取巖石或其他地層材料的樣品。實例為旋 轉(zhuǎn)式取芯工具、鉆孔取芯工具、側(cè)壁取芯工具和其他工具。這些工具通常包括馬達(dá)，所述馬 達(dá)可能需要難以從標(biāo)準(zhǔn)井下電源（電池、發(fā)電機和電纜）得到的功率的瞬時量。井下取芯工 具可用的功率可影響取芯速率和/或可提取的芯材料的量。
[0102] 閉井工具可以用于隔離井下區(qū)域以增強在該同一隔離區(qū)域中采用其他測量工具 取得的測量結(jié)果的保真度。閉井工具阻止或控制流體的流動，否則所述流體可在井下鉆井 作業(yè)期間流動。閉井工具通常包括需要高功率脈沖的馬達(dá)。閉井工具可用的功率的量決定 閉井工具能夠阻止流體流動的速度。
[0103] NMR(核磁共振)工具可以用于確定鉆孔周圍的巖石中或其他地層中的烴類或其他 內(nèi)容。NMR工具通常需要快速的（〈1秒)，非常高功率OlkW)的功率脈沖來操作。NMR工具 可用的功率可影響該工具測量地層的顯著特性的有效性。
[0104] EM(電磁）遙測工具可以用于使用傳輸?shù)碾姶泡椛鋸牡叵聭?yīng)用區(qū)域向地表發(fā)送數(shù) 據(jù)。EM遙測工具可能需要高功率脈沖以實現(xiàn)以與所述應(yīng)用深度相當(dāng)?shù)木嚯x穿過巖石或其他 地層的有用的傳輸。EM遙測工具可用的功率可影響向地表傳輸?shù)目蓪崿F(xiàn)的范圍和數(shù)據(jù)速 率。
[0105] 泥漿脈沖遙測工具可以用于使用在流體("泥漿"）中傳輸?shù)膲毫γ}沖從地下應(yīng)用 區(qū)域向地表發(fā)送數(shù)據(jù)，所述流體通常在鉆孔中流動。泥漿脈沖遙測工具可能需要脈沖功率 以產(chǎn)生在泥漿中的所需的壓力變化。泥漿脈沖遙測工具可用的功率可影響可得到的信號保 真度。
[0106] 電阻率工具測量在鉆孔周圍的巖石或其他地層的電阻率。顯著地，烴類的電阻率 明顯不同于在鉆孔附近找到的典型巖石和其他材料的電阻率。電阻率工具可以用許多方法 測量電阻率。一種方法是在工具自身上兩個物理上分離的點之間的施加差示電位。從一個 點流到另一個點的電流則表示了工具周圍的地層的電阻率。電阻率工具可用的功率可影響 可實現(xiàn)的電阻率測量的保真度或范圍。
[0107] 在圖5中不出了包括可再充電能量儲存器30的電力系統(tǒng)16的實施方案的各方 面。在該示例性實施方案中，第一子系統(tǒng)52包括電流限制電子設(shè)備和電池調(diào)節(jié)電子設(shè)備。 由于能量儲存器30的高功率容量，所以電力系統(tǒng)16可以向測井儀10提供短時間電流爆 發(fā)。同時，外部能量源51 (在本文中也稱為"源")可以僅供應(yīng)相對小但穩(wěn)定的電流。因此， 第一子系統(tǒng)52的一個功能是在每個爆發(fā)期間（S卩，在電力系統(tǒng)16從能量儲存器30向測井 儀10供應(yīng)大電流的間隔期間)限制從外部能量源51提取的電流。當(dāng)外部能量源51依靠電 池技術(shù)時，該功能可能特別重要。也就是說，設(shè)計用于井下操作的典型的電池技術(shù)具有有限 的電流處理能力，并且如果向其要求太大的電流會發(fā)生災(zāi)難性故障。因此，第一子系統(tǒng)52 可以配置來限制從外部能量源51提取的電流。此外，由于可能需要調(diào)節(jié)電池技術(shù)，例如，在 使用之前使得電池電極去鈍化，第一子系統(tǒng)52可以配置來建立電池的去鈍化電極所需要 的電池終端條件（電流和電壓)。
[0108] 第一子系統(tǒng)52和第二系統(tǒng)53可以分別通過第一子系統(tǒng)控制器55和第二子系統(tǒng) 控制器56來控制。可以組合第一子系統(tǒng)控制器55和第二子系統(tǒng)控制器56以形成至少一 部分控制電路58 (還可以稱為"控制器"58)。
[0109] 包括若干單電池的化學(xué)電池在使用之前可能需要去鈍化以減少其有效輸出阻抗 使得操作電流不會導(dǎo)致電池輸出電壓的過度降低?？梢砸远喾N方式中之一實現(xiàn)去鈍化。一 種示例性方法要求在短時間內(nèi)從單電池提取恒定負(fù)載電流。示例性電流可以在每個單電池 IOmA至若干安培的范圍內(nèi)，并且示例性去鈍化時間可以在若干秒至若干天的范圍內(nèi)。在去 鈍化過程期間，電流水平可以改變或脈動或以其他方式變化，例如電池可以每個單電池加 載4mA持續(xù)三天，然后每個單電池加載150mA持續(xù)三十分鐘。去鈍化應(yīng)在實際使用之前在 指定的最大時間(例如二十四小時）內(nèi)執(zhí)行。
[0110] 可以控制第一子系統(tǒng)52以提供從電池提取的所需電流用于去鈍化。第一子系統(tǒng) 52還可以結(jié)合用于確定去鈍化的需要的測量設(shè)備。下面將描述包括用于自動去鈍化的部件 的示例性實施方式。在外部能量源51與第一子系統(tǒng)52之間可以設(shè)置有電壓和/或電流傳 感器(未示出）。第一子系統(tǒng)52可以通過控制電路58或通過分離控制電流(未示出）的方式 來控制以從電池中提取的指定電流，例如100mA。如果在指定電流負(fù)載下，通過外部能量源 51表示的所得電壓在指定的時間(例如，100ms)內(nèi)落入指定的電壓閥值(可事先確定該指定 的電壓閾值以表示電池內(nèi)鈍化條件)之下，那么第一子系統(tǒng)52可以確定需要去鈍化，否則不 需要。例如，對于八個單電池中等速率Li亞硫酰氯電池組，常見閥值為26V。如果第一子系 統(tǒng)52確定需要去鈍化，則可以控制提取如上所例示的用于去鈍化的指定電流。
[0111] 電池一般通過提取指定的去鈍化負(fù)載電流并監(jiān)測電池電壓直至該電壓上升到指 定水平來有效地去鈍化。在一個實施例中，當(dāng)從電池中提取大約IOOmA時，如果28V的中等 速率下降到低于26V則確定電池鈍化。如果是這樣，則通常通過提取約200mA直至電池電 壓升高至超過26V來使電池去鈍化。因此自動去鈍化可以從電源提取約IOOmA并且監(jiān)測電 壓。對于28V電池，如果電壓低于26V，則該系統(tǒng)可隨后從電池提取200mA并且監(jiān)測電壓。 例如，當(dāng)電力系統(tǒng)16測量電池電壓超過26V時，去鈍化可以被停止。
[0112] 從電池提取的去鈍化電流可以在第一子系統(tǒng)52的輸出端子處產(chǎn)生可以被導(dǎo)向能 量儲存器30的對應(yīng)的電流，在這種情況下，能量儲存器30將在去鈍化期間被充電。當(dāng)能量 儲存器30需要的充電電流時，該方法可能是有用的。電流也可以被導(dǎo)向虛擬電阻或穩(wěn)壓二 極管，或它們的的組合(未示出)等作為替代方案。當(dāng)電壓已經(jīng)達(dá)到或接近能量儲存器30的 額定電壓時，這些替代方案可能是有用的。
[0113] 如圖6所不，第一子系統(tǒng)52的不例性實施方案包括第一開關(guān)器件61、第二開關(guān)器 件62以及濾波電感器。外部能量源51可以耦接到第一子系統(tǒng)52并且耦接到能量儲存器 30 (例如，高溫超級電容器)?？梢钥刂频谝婚_關(guān)器件61和第二開關(guān)器件62的動作以實現(xiàn) 上述電流限制和電池調(diào)節(jié)特性。具體地，以互補方式（占空比)操作的第一開關(guān)器件61和第 二開關(guān)器件62的相對導(dǎo)通時間可以用來調(diào)整電流的流動和轉(zhuǎn)換率。當(dāng)與能量儲存器30的 電壓相比外部能量源51的電壓較大時，圖6中示出的示例性第一子系統(tǒng)52可以是有用的。 可以通過反饋控制系統(tǒng)(未示出）的方式來實現(xiàn)電流的限制和調(diào)節(jié)。
[0114] 第二子系統(tǒng)53的示例性實施方案包括電源轉(zhuǎn)換器，根據(jù)工具的需要為DC-DC電源 轉(zhuǎn)換器或DC-AC電源轉(zhuǎn)換器。第二子系統(tǒng)53的功能可以為調(diào)節(jié)輸送到測井儀10的電壓或 電流。由于能量儲存器30的電容特性，當(dāng)植入超級電容器時，隨著電荷從能量儲存器30中 提取出，能量儲存器30的電壓以近似線性方式降低。然后，盡管由能量儲存器30呈現(xiàn)出變 化的電壓，但是第二子系統(tǒng)53的功能可以為調(diào)節(jié)輸送到測井儀10的電壓或電流?？梢酝?過反饋控制系統(tǒng)(未示出）的方式來實現(xiàn)電壓的限制和調(diào)節(jié)。
[0115] 如圖7所示，第二子系統(tǒng)53的示例性實施方案可以包括第一開關(guān)器件61、第二開 關(guān)器件62以及濾波電感器63的相應(yīng)實施方案。測井儀10可以耦接到第二子系統(tǒng)53并且 可以耦接到能量儲存器30。可以控制第一開關(guān)器件61和第二開關(guān)器件62的各自的實施方 案的動作以實現(xiàn)以上所述的所需的電流或電壓調(diào)節(jié)特征。具體地，第一開關(guān)器件61和第二 開關(guān)器件62的各自的實施方案的相對導(dǎo)通時間的占空比可以用來調(diào)節(jié)電流的流動和轉(zhuǎn)換 率或所呈現(xiàn)的電壓。當(dāng)與能量儲存器30的電壓相比所需電壓的值較大時，圖7中示出的示 例性第二子系統(tǒng)53可以是有用的?？梢酝ㄟ^反饋控制系統(tǒng)(未示出）的方式實現(xiàn)電壓的限 制或調(diào)節(jié)。
[0116] 如圖8所示，第一子系統(tǒng)52和第二子系統(tǒng)53可以耦接到一起并且也耦接到能量 儲存器30以提供電力系統(tǒng)16的實施方案。在該實施方案中，當(dāng)與測井儀10的端電壓相比， 外部能量源51的端電壓在數(shù)值上更大或在數(shù)值上更小時，示例性電力系統(tǒng)16在可以是特 別有利的，只要能量儲存器30的端電壓在數(shù)值上既小于外部能量源51的端電壓又小于測 井儀10的端電壓即可。
[0117] 在一些實施方案中，電力系統(tǒng)16可以配置為低待機功耗。該特征在電力稀缺的偏 遠(yuǎn)和惡劣的環(huán)境中是有利的。低待機功耗可以通過將低功率或微功率柵極驅(qū)動電路系統(tǒng)和 控制電子器件結(jié)合到控制電路58中來實現(xiàn)。另外，通過結(jié)合用于電力系統(tǒng)16的休眠狀態(tài) (下面進(jìn)一步討論的）可以顯著減小總體待機功耗。在一些實施方案中，低待機功率狀態(tài)可 以通過電路系統(tǒng)的僅用于以下電路的操作的功率下降來表征：僅用于將電力傳輸?shù)截?fù)載或 測井儀10的電力處理所需的電路系統(tǒng)或者僅需要電路系統(tǒng)的子設(shè)備的任意應(yīng)用所需的電 路系統(tǒng)。可以結(jié)合檢測電路系統(tǒng)來確定何時測井儀10不需要電力（激活）或者何時能量儲 存器30不需要充電電流。
[0118] 在一些實施方案中，在第一子系統(tǒng)52與能量儲存器30之間的互連上可以設(shè)置有 電流傳感器(未示出）。電流傳感器可以測量從能量儲存器30提取的電流。當(dāng)電流提取降 至IJ一定閾值之下時，邏輯控制電路(例如包括在控制電路58之內(nèi)的邏輯電路河以使大多數(shù) 第一子系統(tǒng)控制器55電源關(guān)閉（power-down)。然后控制電路58 (在其休眠狀態(tài)中）可以 間歇地(但在一些實施例中，在遠(yuǎn)快于能量儲存器30所要求的瞬時電流的時間尺度上)喚醒 第一子系統(tǒng)52,并且輪詢電流傳感器以確定能量儲存器30是否需要充電。
[0119] 作為另一個實施例，在第二子系統(tǒng)53與測井儀10之間的互連上可以設(shè)置獨立的 電流傳感器。該獨立電流傳感器可以用于測量通過測井儀10所提取的電流。當(dāng)該電流提 取降到一定閾值之下時，可以在控制電路58之內(nèi)的邏輯控制電路可以使大多數(shù)第二子系 統(tǒng)控制器56電源關(guān)閉。然后控制電路58(在其休眠狀態(tài)中）可以間歇地(但在一些實施例 中，在遠(yuǎn)快于測井儀10所要求的瞬時電流的時間尺度上)喚醒第二子系統(tǒng)53并且輪詢電流 傳感器以確定測井儀10是否是運行的。
[0120] 因為能量儲存器30可以呈現(xiàn)出許多變化形式，所以能量儲存器30可以配置為集 成到測井儀10中。例如，測井儀10可以包括輪狀的能量儲存器30例如輪狀的超級電容器。 在該實施方案中，并且通過非限制實施例的方式，能量儲存器30可以包圍鉆柱11中的泥漿 通道或其他裝置。能量儲存器30可以分割或以其他方式劃分以適應(yīng)形狀的要求并且適合 用戶的需求而串聯(lián)地或并聯(lián)地耦接。
[0121] 在一些實施方案中，在電力系統(tǒng)16中包括有自動旁路。也就是說，許多應(yīng)用可以 受益于故障安全特征。當(dāng)電壓系統(tǒng)16的任意部件(例如第一子系統(tǒng)52、能量儲存器30、第 二子系統(tǒng)53或控制電路58)或者任意其他關(guān)鍵部件無法正常工作時，則"旁路"特征可以 是有用的。在那種情況下，將外部能量源51直接連接到測井儀10可能是有用的，其使得盡 管有故障部件，但是外部能量源51仍然可以提供效用。在一些實施方案中，旁路特征自動 確定關(guān)鍵部件的故障狀態(tài)并且提供從外部能量源51到測井儀10的替代電流路徑。因為旁 路特征在出現(xiàn)故障部件時是有用的并且由于部件中固有的不確定性，所以在一些實施方案 中，旁路特征可以提供自動操作。也就是說，該設(shè)計可以提供通過受旁路管制的各個關(guān)鍵部 件適當(dāng)運行來禁用旁路特征。在一些實施方案中，例如部件經(jīng)受高水平的沖擊和振動的情 況下，旁路特征可以通過在該環(huán)境中比等效機電開關(guān)、繼電器等更堅固的固態(tài)器件來實現(xiàn)。
[0122] 可以在實現(xiàn)固態(tài)自動旁路特征中特別有用的一個示例性固態(tài)器件是被稱為結(jié)型 場效應(yīng)晶體管（JFET)的半導(dǎo)體器件。JFET是具有通常分別稱為柵極、漏極和源極的至少三 個端子的"常通"器件，意味著該器件可適當(dāng)?shù)厥闺娏魍ㄟ^，除非在JFET的柵極與源極之間 施加控制電壓。開發(fā)用于自動旁路的JFET的示例性方法為將JFET的漏極連接到外部能量 源51的高電勢輸出端子并且將JFET的源極連接到測井儀10的高電勢端子。在控制電路 58中或在獨立控制電路(未示出）中可以包括另外的功能。該功能可以來源于用于關(guān)閉JFET的柵極到源極的驅(qū)動電壓。該柵極到源極的驅(qū)動電壓可以來源于在電路之內(nèi)的表示所有關(guān) 鍵部件適當(dāng)運行的電壓或信號。許多這樣的信號或者這樣信號的集合可以來源于借助用于 電壓和/或電流或其它的測量設(shè)備進(jìn)行的測量。對于指示電力系統(tǒng)16的適當(dāng)運行特別有 用的一個指示性和示例性的信號是能量儲存器30的端電壓。例如，如果能量儲存器30降 到可用電壓閾值之下，則這可以解釋為第一子系統(tǒng)52的故障，因而表明了來自外部能量源 51的充電電流的損失。該條件也可以被解釋為第二子系統(tǒng)53的故障，表明能量儲存器30 對測井儀10的過度放電。這兩個條件中的任一個也可以間接表示控制電路58的故障，所 以該示例性信號在一些情況下可以足以確定系統(tǒng)部件的適當(dāng)運行。然后該信號可以直接地 或?qū)嶋H上直接地用于驅(qū)動JFET的柵極到源極的電壓，使得當(dāng)該信號降到給定閾值之下時， JFET將自動回復(fù)到非驅(qū)動狀態(tài)，該非驅(qū)動狀態(tài)為使得適當(dāng)?shù)碾娏髂軌驈腏FET的漏極流到 JFET的源極端子的狀態(tài)。
[0123] 在另外的實施方案中，可以期望包括電流限制特征。考慮到化學(xué)電池或其他電源 可能需要電流限制來防止電池端子的欠壓，電池的內(nèi)部部件的損傷，電池的過熱，過度快速 放電、電池的加速老化或鈍化，電池的災(zāi)難性故障等。在電力系統(tǒng)16中安全電流限制可以 以許多方式實現(xiàn)。在此描述的用于實現(xiàn)安全電流限制的兩個示例性方法可以單獨使用或組 合使用。
[0124] 第一方法開發(fā)控制電路系統(tǒng)，例如圖5至圖8所示的電路系統(tǒng)。例如，控制電路58 可以得到來自電流傳感器的電源電流的測量結(jié)果并且可以得到通過第一子系統(tǒng)52中的功 率轉(zhuǎn)換實現(xiàn)的已知狀態(tài)的任意電壓（stateknowledgeanyvoltage)和電流轉(zhuǎn)換率。也可 以從可以設(shè)置在外部能量源51與第一子系統(tǒng)52之間的電流傳感器得到電源電流的測量結(jié) 果。
[0125] 然后，可以例如通過以互補方式（占空比)進(jìn)行操作來調(diào)節(jié)第一開關(guān)器件61和第二 開關(guān)器件62的相對導(dǎo)通時間而控制第一子系統(tǒng)52,以調(diào)節(jié)并從而限制電流的流動至預(yù)定 的或者說確定的值。
[0126] 現(xiàn)在參照圖9,示出了電力系統(tǒng)16的另一實施方案。在圖9所示的示例性實施方案 中，控制器45可以與任選的選擇模塊99電通信。通常，控制器45通過電子管理系統(tǒng)（EMS) 91電路與能量儲存器30通信并且控制能量儲存器30。電子管理系統(tǒng)（PEMS) 91電路可以 與可以包括相應(yīng)電子模塊93的至少一種監(jiān)督器92通信(或者，在一些實施方案中，包括在 EMS91內(nèi)）。任選的選擇模塊99也可以包括多個監(jiān)督器92電路，每個監(jiān)督器92電路也可以 包括相應(yīng)電子模塊93。通常，電子管理系統(tǒng)（EMS)91通過內(nèi)部總線95與每個監(jiān)督器92電 通信。
[0127] 作為常規(guī)問題，內(nèi)部總線95可以在電力系統(tǒng)16之內(nèi)傳送能量以及控制信號等。因 此，內(nèi)部總線95可以包括多個導(dǎo)體以及非導(dǎo)電元件(例如光纖等)。因而，應(yīng)該認(rèn)為內(nèi)部總 線95的表示是有意簡單化，而不應(yīng)認(rèn)為是對電力系統(tǒng)16之內(nèi)的內(nèi)部通信的限制。
[0128] 通常，從至少一種外部能量源51將電力提供給電力系統(tǒng)16。外部能量的示例性的 源包括至少一種電池、遠(yuǎn)程電源(例如經(jīng)由電纜8)以及至少一種發(fā)電機。在一些實施方案 中，電子管理系統(tǒng)（EMS)91從外部能量源51接收能量并且將能量儲存在能量儲存器30中。 通常，電子管理系統(tǒng)（EMS)91配置為管理能量儲存器30的各種類型的充電和放電。例如電 子管理系統(tǒng)（EMS)91可以配置為管理超級電容器以及至少一種類型電池的充電和放電。電 子管理系統(tǒng)（EMS)91可以利用能量儲存器30來提供各種能量形式。例如，可以提供比之前 井眼1下面可獲得的來自常規(guī)外部能量源51的功率脈沖的更高的功率脈沖。一個示例性 實施方案的電特性提供在下面的表1中。當(dāng)然，這些特性可以隨著設(shè)計和/或規(guī)?；蛘咂?他這樣的參數(shù)的改變進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0129] 至少一種發(fā)電機可以依賴于各種技術(shù)中的任意一種或更多種。示例性發(fā)電機包括 可以分類為流驅(qū)動發(fā)電機(例如，渦輪）；位移發(fā)電機；熱伏發(fā)電機等的發(fā)電機。
[0130] 在一個實施方案中，例如圖9的實施方案，包括在電力系統(tǒng)16中的電子器件至少 部分地使用數(shù)字邏輯實現(xiàn)。例如，電子管理系統(tǒng)（EMS) 91電路可以包括數(shù)字電路。用于 EMS91的數(shù)字電路的一個實施例是從亞利桑那州錢德勒的Microchip Technology Inc.可 獲得的微處理器，型號PIC18F4680。EMS91可以使用數(shù)字協(xié)議與多個監(jiān)督器92通信。每個 監(jiān)督器92可以包括數(shù)字電路。用于監(jiān)督器92的數(shù)字電路的一個實施例為從亞利桑那州錢 德勒的Microchip Technology Inc.可獲得的微處理器，型號PIC12F615。通常，每個監(jiān)督 器92通過數(shù)據(jù)總線94接收數(shù)據(jù)。當(dāng)接收到用于監(jiān)督器92中的相應(yīng)一個監(jiān)督器的指令時， 相應(yīng)監(jiān)督器92 (A-n)執(zhí)行指定的功能。例如，監(jiān)督器92A可以從EMS91接收指令來從內(nèi)部 電池提取電力。因此，監(jiān)督器92A命令相應(yīng)電子模塊93(在該情況下，為電子模塊93A)來 利用包含在能量儲存器30中的內(nèi)部電池。在該實施例中，電子模塊93A包括電源轉(zhuǎn)換器和 合適的開關(guān)。
[0131] 任選模塊99可以包括在控制器45中（當(dāng)附加到控制器45時，與控制器45物理分 隔)。通常，選擇模塊99包括可以有益于有效能量管理和/或給用戶提供有用信息的部件。 在一些實施方案中，選擇模塊99中的每個選擇包括相應(yīng)監(jiān)督器92η以及電子模塊93η。在 這些實施方案中，每一個監(jiān)督器92均可以包括數(shù)字電路。用于監(jiān)督器92的數(shù)字電路的一 個實施例為從亞利桑那州錢德勒的Microchip Technology Inc.可獲得的微處理器，型號 PICl2F615。通常，每個監(jiān)督器92均通過可以與電子管理系統(tǒng)（EMS)91共享的數(shù)據(jù)總線94 接收數(shù)據(jù)。當(dāng)接收到監(jiān)督器92中一個相應(yīng)監(jiān)督器的指令時，相應(yīng)監(jiān)督器92 (A-n)執(zhí)行指 定的功能。例如，監(jiān)督器92D可以從EMS91接收用于溫度讀取的請求。因此，監(jiān)督器92D命 令相應(yīng)的電子模塊93(在該情況下，為功率電子模塊93D)，以從例如電阻元件探知溫度。作 為另一實施例，EMS91可以命令監(jiān)督器92C存儲數(shù)據(jù)。因此，相應(yīng)監(jiān)督器92C向相應(yīng)電子模 塊93C提供數(shù)據(jù)、測井指令等。
[0132] 電子模塊93η中每一個可以包括適合來執(zhí)行預(yù)期的功能的器件。例如，可以包括 至少一種電源轉(zhuǎn)換器，以及集成電路、IC芯片、微控制器、電容器、電阻器、電感器以及其他 類似部件和部件的集合。
[0133] 可以制造選擇模塊99并將其設(shè)置為定制的和模塊化的單元。也就是說，每個選擇 模塊99在利用共同通信協(xié)議的同時可以在其中建立一定的功能性。
[0134] 控制器45可以包括與外部通信總線97的接口。外部通信總線（ECB)97可以配置 為與其他機載工具通信或者與測井儀10通信。示例性的其他工具包括泥漿脈沖器、其他微 控制器、數(shù)字電路和/或模擬電路等。ECB97可以使用私有協(xié)議，或者可以使用可商購協(xié)議。 使用ECB97,用戶可以例如上部設(shè)備7向EMS91發(fā)送至少一個命令。所述至少一個命令可以 通過例如電壓的改變、任意選擇的激勵、存儲數(shù)據(jù)的讀取等來調(diào)用。ECB97也可以提供定期 的通信，例如記錄到上部設(shè)備7常規(guī)數(shù)據(jù)的通信。
[0135] 在一般性地討論可選特征并且特別是電氣方面的特征之前，應(yīng)該注意的是，所提 供的實施方案是非限制性的并且僅為示例性的。例如，部件和/或特征可以在電力系統(tǒng)16 之內(nèi)到處移動（即，以不同方式關(guān)聯(lián))，并且一些部件和/或特征可以設(shè)置在電力系統(tǒng)16的 之外。本文中所描述的各種特征的方面的一些組合可以以其他形式實現(xiàn)，或者存在本文中 未討論的其他功能。可以省略本文中討論的特征的一些方面，同時特征的其他方面可以用 在本文中未示出的技術(shù)補充。還應(yīng)該注意的是，在本文中所提供的概述是作為電力系統(tǒng)16 的技術(shù)和能力的概括示出，并且因此僅舉例說明了電力系統(tǒng)16的各方面。也就是說，例如， 電力系統(tǒng)16的實施方案的附圖和相關(guān)討論以及其特征、部件和功能僅示出非限制的關(guān)系 和能力并且無意于解釋為電氣圖等。
[0136] 各種附加的部件和特征可以包括在選擇模塊99中。附加部件的實施例(未在本文 中示出）非限制性地包括存儲器、至少一種加速計、磁力計、電壓測量裝置、陀螺儀、溫度傳 感器、振動感應(yīng)和測量裝置、沖擊感應(yīng)和測量裝置、流量感應(yīng)和測量裝置、電流感應(yīng)和測量 裝置、至少一種可編程的接口和電路、多個定制的解決方案中的一個或更多個(其中的一些 在下面介紹）等。此外，這些和其他部件可以提供數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)傳輸、測量和/或控制電 壓、測量和/或控制電流，以及對溫度、沖擊、振動、流量、取向、軌跡、位置等的監(jiān)測。在一些 實施方案中，附加的部件可以設(shè)置在可以經(jīng)由例如共同總線耦接到電力系統(tǒng)16的附加的 模塊(未示出）中。模塊可以設(shè)置在例如控制器45與接口之間。
[0137] 通常，在本文中所公開的電力系統(tǒng)16適于在井下遇到的惡劣環(huán)境中操作。例如， 能量儲存器30和電力系統(tǒng)16作為整體在一些實施方案中適于在從上部的環(huán)境溫度(盡管 電力系統(tǒng)16可以配置為在低至約零下40攝氏度的溫度下操作)至約175攝氏度，或高達(dá)約 200攝氏度的范圍的溫度下操作。在一些實施方案中，能量儲存器30適于在高達(dá)約250攝 氏度的溫度下操作。
[0138] 現(xiàn)在介紹一些附加的電氣功能以及這些功能的實施方式的各方面。通常，并且僅 通過示例的方式，這些特征可以在從屬于(例如，受控于)相應(yīng)監(jiān)督器92和電子模塊93的情 況下來實現(xiàn)。盡管這些特征在圖9的上下文中示出，但是這些特征不限于用本文中所示的 實施方案實行。
[0139] 可以包括在電力系統(tǒng)16中的示例性附加功能包括電壓模擬、充電狀態(tài)監(jiān)測、轉(zhuǎn)換 控制、輸出電壓優(yōu)化、雙模式控制、溫度保護(hù)、休眠模式、存儲器記錄、部件旁路以及適應(yīng)性 電壓控制等。應(yīng)該注意的是，這些附加特征中的一些特征不相互排斥。就是說，期望的是， 至少一種附加特征可以在任意給定時間下使用，并且該附加特征的該實現(xiàn)將不與其他特征 的操作沖突。現(xiàn)在示出這些附加的方面和功能性中的一些。
[0140] 可以包括在電力系統(tǒng)16中的各種特征中的第一特征為電壓模擬的特征。例如，可 以包括電壓模擬器作為在選擇模塊99之內(nèi)的一個選擇(或者以其他方式結(jié)合到未使用選 擇模塊99的電力系統(tǒng)16中）。通常，電壓模擬器模擬(或"模仿"）另一種電源的電特性。
[0141] 現(xiàn)在參照圖10,示出了包括主電力系統(tǒng)（PPS) 85的模擬器80的實施例。將主電 力系統(tǒng)85描述為耦接到源以及負(fù)載。源可以為例如能量儲存器30 (例如超級電容器)。負(fù) 載可以為存在對能量的需求的任意裝置。負(fù)載的非限制性實施例包括泵、馬達(dá)等，以及電子 器件例如傳感器、計算部件等。負(fù)載可以布置在其他工具例如測井儀10之內(nèi)。
[0142] 在主電力系統(tǒng)85的該示例性實施方案中包括電源轉(zhuǎn)換器81、反饋控制器82以及 模擬器映射84。通常，主電力系統(tǒng)85中使用的部件在電力控制系統(tǒng)的【技術(shù)領(lǐng)域】中是已知 的。在下面更詳細(xì)地描述電源轉(zhuǎn)換器81、反饋控制器82以及模擬映射84中的每一種。通 常，電源轉(zhuǎn)換器81從源接收電力并將電力轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換通過反饋控制器82控制，進(jìn)而根據(jù)模 擬器映射84控制電源轉(zhuǎn)換器81的輸出信號。
[0143] 圖11示出包括電池模擬器80的一些示例性系統(tǒng)構(gòu)造。圖IlA表示電池模擬器80 的輸出與另一個源之間的并聯(lián)連接的實施方案。圖IlB表示電池模擬器80的輸出與另一 個源之間的串聯(lián)連接的實施方案?？梢园蛇x的電源轉(zhuǎn)換器(第二電源轉(zhuǎn)換器81B和第 三電源轉(zhuǎn)換器81C)。例如可以包括可選的電源轉(zhuǎn)換器81B、81C以對電池模擬器80的輸出 與附加源或負(fù)載進(jìn)行協(xié)調(diào)?？梢允瞧渌M合。例如，可以耦接有多個電池模擬器80,可以 耦接有許多二次源，并且可以實現(xiàn)并聯(lián)構(gòu)造和串聯(lián)構(gòu)造的組合。簡而言之，可以實現(xiàn)各種構(gòu) 造，并且根據(jù)需要通常可以包括許多源、負(fù)載、電源轉(zhuǎn)換器等。
[0144] 電源轉(zhuǎn)換器81 (A、B、C、…η)中的每一個通?？梢跃哂腥我獾耐?fù)浣Y(jié)構(gòu)。非限 制性實施例包括通常稱作"降壓"、"升壓"、"降壓-升壓"、"反激"、"正激"、"開關(guān)電容器"的 轉(zhuǎn)換器，和非隔離轉(zhuǎn)換器的其他隔離形式(例如，Ctik、降壓-升壓)，以及任意這些轉(zhuǎn)換器的 級聯(lián)(例如，降壓+升壓)。
[0145] 在一些實施方案中，電源轉(zhuǎn)換器81 (A、B、C、…η)中的每一個可以支持雙向功率 流，尤其是當(dāng)源或至少一種附加源為可再充電的情況下。
[0146] 示例性轉(zhuǎn)換器81在圖12中示出。在該實施例中，轉(zhuǎn)換器81為雙向降壓轉(zhuǎn)換器。 除其他之外，該實施方案在要求輸出電壓小于輸入電壓時尤其適于用作電源轉(zhuǎn)換器。
[0147] 另一示例性轉(zhuǎn)換器81在圖13中示出。在該實施例中，轉(zhuǎn)換器81為雙向升壓轉(zhuǎn)換 器。另外的示例性轉(zhuǎn)換器81在圖14中示出。在該實施例中，轉(zhuǎn)換器81為合并的雙向降 壓-升壓轉(zhuǎn)換器。
[0148] 在圖15中提供了反饋控制器82的示例性實施方案。在本文中所示的部件可以以 通過設(shè)計者、制造者或用戶所確定合適的模擬域或數(shù)字域，或者以組合的方式來實現(xiàn)。反饋 控制器82可以包括用于監(jiān)測和控制各種特征的元件。例如，反饋控制器82可以包括用于 頻率補償、脈沖寬度調(diào)制、停機時間保護(hù)、占空比限制、提供軟啟動(例如，斜坡電壓）等的部 件。
[0149] 模擬器映射84可以以各種方式實現(xiàn)。例如，在"模擬"實施方案中，模擬器映射84 可以通過使用模擬的源的實際復(fù)制品(例如，用模擬的源的較小版本）來實現(xiàn)。在這些實施 方案中的某些中，可以用相關(guān)的復(fù)制品部件對復(fù)制品進(jìn)行充電和放電。
[0150] 在稱作"數(shù)字"實施方案的其他實施方案中，微控制器(耦接到存儲器、模數(shù)轉(zhuǎn)換 器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器等)檢測源的狀態(tài)以及輸出轉(zhuǎn)換到已知特征的映射（即，關(guān)聯(lián))。更具體地，通 過示例的方式，微控制器借助模數(shù)接口（例如，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器）感測源的充電狀態(tài)，根據(jù)從 存儲器取回的數(shù)據(jù)表、曲線、算法或其他數(shù)據(jù)組來評估所需的（期望的）從電池的輸出，并且 然后相應(yīng)地控制電源轉(zhuǎn)換器81的輸出。結(jié)果經(jīng)由數(shù)模接口（例如，數(shù)模轉(zhuǎn)換器)從微控制器 輸出。因而模擬輸出影響用于反饋控制器82的"命令"電壓。
[0151] 可以在主電力系統(tǒng)85中的各個地方實現(xiàn)模擬與數(shù)字之間的分離。例如，反饋控制 器82可以在微控制器中完全實現(xiàn)，其中命令不作為模擬信號傳遞而是內(nèi)部地傳遞到微控 制器(或在例如使用多個微控制器的情況下通過總線)。通常，模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)換以及數(shù)字 到模擬的轉(zhuǎn)換可以在系統(tǒng)設(shè)計者、制造者或用戶認(rèn)為合適的主電力系統(tǒng)85中的任意地方 實現(xiàn)。
[0152] 電源轉(zhuǎn)換器81的命令或調(diào)節(jié)方面(例如，輸出電壓)通?？梢园尚械娜我馓卣?或特性。例如，可以對輸出電流、輸出電壓、輸出功率或輸出電壓、電流和功率的組合進(jìn)行控 制。其他方面包括阻抗、輸出電阻、以及其他這樣的參數(shù)。通常，輸出包括直流電（DC)。然 而，在一些實施方案中，提供交流電（AC)。
[0153] 感測到的源(在以上實施例中的電容器）的特征通?？梢钥紤]認(rèn)為合適的任意方 面。例如，感測到的特征可以包括電壓、電荷、阻抗、電流、溫度等。
[0154] 現(xiàn)在參照圖16,示出了示例性的充電狀態(tài)監(jiān)測器170的各方面。在圖16中，來自 電池的電流（Ibatt)通過在串聯(lián)檢測電阻器Rsmse兩端的電壓測量值（Vsmse)來測量。電流可 以通過已知的電阻值Rsmse (以歐姆為單位）由電壓測量值推出。例如，通過使用公式（1)中 給出的關(guān)系：
[0155] Ibatt=Vsense/Rsense(l)
[0156] 電流也可以通過其它技術(shù)檢測。例如，在一些實施方案中，電流可以通過霍爾效應(yīng) 傳感器或電感傳感器來檢測。
[0157] 通常，將電源(例如，電池)初始充電到滿充電狀態(tài)。監(jiān)測器定期(例如每毫秒一次） 測量電壓。測量可以例如在模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC)處執(zhí)行。此外，可以使用該方法來更新存儲 器中的充電狀態(tài)變量，而不是存儲電流隨時間的完整記錄。因而，通過計算充電狀態(tài)，不需 要存儲來自測量的大量數(shù)據(jù)。這對將充電狀態(tài)條件從監(jiān)測器傳輸?shù)竭h(yuǎn)程接收器(例如從井 下監(jiān)測器到上部接收器）或者當(dāng)可用的井下存儲器有限供應(yīng)時可以是特別有用的。
[0158] 可以包括作為可選特征的電力系統(tǒng)16的另一方面為轉(zhuǎn)換控制方面。在各種實施 方案中，能量儲存器30可以包括多個能源。當(dāng)設(shè)置有多個能源時，電力系統(tǒng)16可能需要選 擇能源中的特定幾個以提供電力。例如，在一些情況下，電力系統(tǒng)16可以利用兩個電池。在 一種狀態(tài)下，電力系統(tǒng)16可以從所述電池中的第一電池提取。一旦第一電池已到達(dá)指定狀 態(tài)(例如，一旦第一電池已經(jīng)基本耗盡)，則電力系統(tǒng)16可以從另一個源(例如所述電池中的 第二電池）提取電力。因而，源的轉(zhuǎn)換不可避免。
[0159] 然而應(yīng)注意，該轉(zhuǎn)換未必為源之間的簡單切換。例如，電力系統(tǒng)16可以單獨從另 一個源提取電力或者電力系統(tǒng)16可以從包括第一源和另一源的組合源提取電力。在一個 實施例中，電力系統(tǒng)16監(jiān)測在放電期間由一個電池表現(xiàn)出電壓。電力系統(tǒng)16將測量負(fù)載 電壓、開路電壓或者兩者的組合。在一些實施例中，電力系統(tǒng)16將對在包括負(fù)載狀態(tài)和非 負(fù)載狀態(tài)的期間上對電池電壓進(jìn)行時間平均。電力系統(tǒng)16將使用源電壓作為源的剩余壽 命的指示。在一些實施方案中，電力系統(tǒng)16也將使用（聯(lián)合地或獨立地）如下的充電狀態(tài) 檢測方案作為剩余壽命的指示并相應(yīng)地控制轉(zhuǎn)換：測量由能量儲存器30供應(yīng)的電流并且 記錄電流和時間的乘積并且將乘積與先前已知的滿狀態(tài)充電容量的值進(jìn)行比較。電力系統(tǒng) 16也可以使用設(shè)計者認(rèn)為有用或合適的任意其他方法或方法的任意組合以確定各自源的 剩余壽命或者以指示所需的轉(zhuǎn)換。該轉(zhuǎn)換可以在設(shè)計者、用戶、制造者或其他有關(guān)當(dāng)事人認(rèn) 為合適或需要的電池、電纜、發(fā)電機、超級電容器以及任意其他形式的能源或者其組合之間 實現(xiàn)。
[0160] 轉(zhuǎn)換可以以任意數(shù)量的方式實施。一個實施例使用用于待通過轉(zhuǎn)換控制器選擇 的各種能源的電流路徑中的有源器件(例如M0SFET)。對于以地為參考的邏輯電平輸入 M0SFET，系統(tǒng)PEMS91或相應(yīng)監(jiān)督器92可以在MOSFET的柵極與源極之間提供邏輯電平控 制信號以將MOSFET激活。例如，為了激活一個源并且停用另一個源，可以激活用于第一源 的轉(zhuǎn)換MOSFET以使第一源與電力系統(tǒng)16之間產(chǎn)生閉合電路連接，并且可以停用用于第二 源的交換MOSFET以斷開第一源與電力系統(tǒng)16之間的閉合電路連接。如果以地為參考的 MOSFET由于任何原因而不適合，則可以將MOSFET類似地放置在高電勢電路路徑中。在該 情況下，MOSFET的柵極到源極電壓可能需要電平移位電路以將呈現(xiàn)在MOSFET端子處的柵 極到源極電壓限制到安全范圍。在任意情況下，設(shè)計者應(yīng)該考慮有源器件中的固有的體二 極管的方向以便當(dāng)要斷開電路時有效地阻擋電流。繼電器、模擬開關(guān)、保險絲、自復(fù)保險絲、 晶體管、隔離柵極驅(qū)動器或隔離有源器件以及任意數(shù)量的器件在實現(xiàn)轉(zhuǎn)換控制中可以全都 是有用的。交換控制也可以以更為線性的方式實現(xiàn)。例如通過控制放置在該源的電流路徑 中的電阻，例如，可以通過連續(xù)統(tǒng)一體控制從一個源提取的電力的量。這也可以用晶體管實 現(xiàn)。在該情況下的控制信號應(yīng)該類似與模擬信號而不是數(shù)字或二進(jìn)制信號。
[0161] 命令在源之間的改變(稱作"轉(zhuǎn)換命令"，以及通過其它類似術(shù)語稱謂的）的控制信 號可以在EMS91或相應(yīng)監(jiān)督器92之內(nèi)生成。轉(zhuǎn)換命令可以數(shù)字地、模擬地或者通過信號的 混合生成，并且可以例如通過認(rèn)為合適的任意技術(shù)來在EMS91或監(jiān)督器92之外生成。
[0162] 轉(zhuǎn)換可以以任意數(shù)量的方式表現(xiàn)。例如，該轉(zhuǎn)換可以在電池之間進(jìn)行切換，其可以 從一個電池切換到兩個或若干個電池的組合或者從一個組合切換到另一個組合，其可以在 給定的時間期間中切換任意次數(shù)，其可以重復(fù)地切換回一個狀態(tài)或在若干個狀態(tài)之間重復(fù) 切換，以這種方式其可以在狀態(tài)之間進(jìn)行調(diào)整以實現(xiàn)有效的時間平均特征，其可以對多種 能源(例如電纜、發(fā)電機、電池、電容器、飛輪或認(rèn)為有用的任意其他源）的任意組合之中進(jìn) 行切換?？梢酝ㄟ^任意信息，例如能源的充電狀態(tài)、源呈現(xiàn)的電壓、能源呈現(xiàn)的阻抗、環(huán)境溫 度、振動或其他測量結(jié)果、從遠(yuǎn)程位置(例如在油或氣體鉆井應(yīng)用中的地表等）接收的信號、 或者信息的任意其他源來獲知轉(zhuǎn)換控制。
[0163] 在圖17中，示出了用于示例性轉(zhuǎn)換控制單元180的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的各方面。
[0164] 給出電力系統(tǒng)16將在其中操作的極端環(huán)境條件和變量，可以包括自調(diào)整電壓控 制特征以確保電力系統(tǒng)16的可操作性。
[0165] 可以在一些情況下包括電壓適應(yīng)電路以控制能量儲存器30的最大電壓。例如，可 以根據(jù)溫度或一些其他外部測量結(jié)果(例如，另一個環(huán)境測量值）進(jìn)行控制。更具體地，在 一些實施方案中，能量儲存器30將隨著增加的溫度變得愈加不穩(wěn)定。通常，不穩(wěn)定性通過 限制能量儲存器30支持的電壓來改善。對于高溫超級電容器，隨著溫度增加，功率容量或 能量容量也增加（由于在升高的溫度下有效串聯(lián)電阻降低并且電容增加)。同時功率容量和 能量容量兩者隨著超級電容器電壓（的平方）增加而增加。因而在升高的溫度下，由于在那 樣的溫度下有效串聯(lián)電阻降低并且電容增加，所以在至少部分地保留功率容量和能量容量 的同時可以減小電壓。通過在提高的溫度下降低電壓，在那些升高的溫度下可以提升能量 儲存器30的穩(wěn)定性。這導(dǎo)致能量儲存器30的壽命的伴隨著增加。這還允許能量儲存器 30的最大溫度額定值的增加并且因此在限定能量儲存器30的溫度額定值的一些實施方案 中，允許電力系統(tǒng)16的最大溫度額定值增加。作為電壓適應(yīng)的實例，根據(jù)溫度的串電壓的 管理可以例如通過提供用于電力轉(zhuǎn)換的可變電壓設(shè)定點(其中可變的設(shè)定點根據(jù)溫度的測 量結(jié)果變化）來實現(xiàn)。在一個實施方案中，溫度通過耦接到EMS91的熱電偶來測量，PEMS91 進(jìn)而向相應(yīng)監(jiān)督器92發(fā)送電壓設(shè)定點命令。在收到電壓調(diào)節(jié)命令后，相應(yīng)監(jiān)督器92可以 控制對電源轉(zhuǎn)換器控制電路的額定或最大電壓輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)的電源轉(zhuǎn)換器控制電路。
[0166] 電力系統(tǒng)16的另一示例性特征為多模式控制的特征?？梢詫崿F(xiàn)多模式控制（MMC) 以控制多組電力系統(tǒng)16的各方面。例如，在一個模式中，用戶可能希望實現(xiàn)可提供減小的 能量儲存器30 (在該實施例中，為電池）內(nèi)部的電力損失從而延長電池的可使用壽命的某 種性能方面。在該模式中，例如，電力系統(tǒng)16可以配置為提供相對低的電壓。在另一個模 式中，用戶可能希望實現(xiàn)導(dǎo)致增加的輸出功率以提高與遠(yuǎn)程位置的通信的效率的某一性能 方面。在該模式中，例如，電力系統(tǒng)16可以配置為提供相對較高的電壓。在某些模式中，電 力系統(tǒng)16可以配置為提供相當(dāng)高的電壓。其他性能方面可以包括例如使輸出電流或平均 輸出電流最大化、或認(rèn)為合適的任意其他方面?？梢云谕渌哪Ｊ?。可以提供任意數(shù)量 的模式。
[0167] 可以實施選擇模式的各種方法。例如，用戶可以通過對電力系統(tǒng)16進(jìn)行編程(例 如通過經(jīng)由外部通信總線（ECB) 97對電子管理系統(tǒng)（EMS) 91進(jìn)行編程）來將電力系統(tǒng)16 設(shè)置在地面上。用戶可以通過經(jīng)由數(shù)據(jù)鏈路(例如EM鏈路）或泥漿脈沖鏈路或通過控制井 下液體的流動創(chuàng)建的鏈路或者任意其他鏈路進(jìn)行通信來遠(yuǎn)程地配置電力系統(tǒng)16?？梢詫﹄?力系統(tǒng)16進(jìn)行編程以在運行時間中重新配置電力系統(tǒng)16自身。可以通過任意數(shù)量的方式 來實現(xiàn)不同模式的操作。例如，電子管理系統(tǒng)（EMS) 91可以在運行時間中改變用于反饋調(diào) 節(jié)的電源轉(zhuǎn)換器的輸出電壓或輸出電流的設(shè)定點，從而改變轉(zhuǎn)換器呈現(xiàn)的額定輸出電壓或 電流。電子管理系統(tǒng)（EMS) 91可以通過向相應(yīng)監(jiān)督器92施加例如模擬控制信號或數(shù)字控 制信號，或者通過激活改變控制輸入的器件，或者通過認(rèn)為合適的任意其他方式來實現(xiàn)上 述內(nèi)容。在用數(shù)字反饋控制設(shè)計的轉(zhuǎn)換器中，可以數(shù)字地進(jìn)行模式之間的改變。在一些情 況下，當(dāng)在模式之間進(jìn)行改變時，可以有效地改變其他電路參數(shù)。例如，當(dāng)改變額定輸出電 壓時，可以改變指示反饋回路的穩(wěn)定性的無源部件?？梢允褂镁w管或其他受控的開關(guān)器 件來根據(jù)需要將那些部件主動地斷開并且將其他部件接入。在數(shù)字反饋控制的情況下，反 饋回路的穩(wěn)定性可以通過在編碼預(yù)編程數(shù)字控制器的不同段之間進(jìn)行切換來維持。
[0168] 電力系統(tǒng)16的另一示例性特征為低溫控制的特征。低溫控制在某些環(huán)境中是期 望的。也就是說，能量源(例如，外部能量源51)的性能可能在某些溫度范圍（"低溫閾值"， 其可以為近似值或值的范圍)之下暫時劣化。在低溫閾值之下，如果從能量源提取大量的電 力，貝 1J可能損傷能量源?？紤]，例如，可從紐約克拉倫斯的ElectrochemSolutions獲得的 井下電池(美國產(chǎn)品型號33-127-150MR系列：4422DD，在低至零下40攝氏度的"低溫閾值" 下具有200mA額定大小的輸出電流)。在低溫閾值之下，該電池可以在未引起永久電池?fù)p傷 的條件下僅能夠供應(yīng)約ImA至50mA。
[0169] 因而，電力系統(tǒng)16可以配置有低溫控制電路。低溫控制電路配置為在低溫范圍內(nèi) 探測溫度然后適當(dāng)?shù)叵拗茝哪芰吭刺崛‰娏?。在低溫閾值之下所提取的電力可以分配給某 些功能，例如維持電力系統(tǒng)16以及用于探測溫度并控制電力提取的控制系統(tǒng)的操作。因 而，在一些實施方案中，將功率限制設(shè)定點設(shè)置到需要實現(xiàn)低溫檢測和控制的電力水平之 上。當(dāng)環(huán)境的周圍溫度上升到低溫閾值之上時，低溫控制電路然后可以逐漸地將電力儲存 到電力系統(tǒng)16之內(nèi)的所選擇的部件。
[0170] 電力系統(tǒng)16可以配備為使用各種器件來監(jiān)測溫度。在一些實施方案中，低溫控制 電路配備有熱電偶、帶隙參考電路以及電阻溫度探測器（RTD)中的至少一種?？梢允褂糜?于測量的其他技術(shù)，并且用于測量的其他技術(shù)可以包括例如電力系統(tǒng)16之內(nèi)的呈現(xiàn)出溫 度依賴特性的其他部件的使用。
[0171] 可以通過簡單地使某些電力系統(tǒng)部件(例如電源轉(zhuǎn)換器和傳感器系統(tǒng)）禁用來對 電力提取進(jìn)行限制。也可以通過控制電力系統(tǒng)部件的電力提取(例如通過調(diào)節(jié)電源轉(zhuǎn)換器 電路的輸出電流或電壓）來對電力提取進(jìn)行限制。系統(tǒng)可以配置為一旦溫度上升到低溫范 圍之上則恢復(fù)正常操作。
[0172] 在討論低溫保護(hù)方面的同時，也應(yīng)該認(rèn)識到，前述的各方面也可以用于提供高溫 保護(hù)。在溫度保護(hù)提供電力系統(tǒng)16的減少的功能的同時，在一些實例中，引入實質(zhì)上關(guān)閉 電力系統(tǒng)16的"過溫關(guān)閉模式"是有益的。
[0173] 電力系統(tǒng)16的另一特征為"休眠模式"。休眠模式可以給用戶提供對電力系統(tǒng)16 的保護(hù)。這樣的保護(hù)對于電力系統(tǒng)16不使用的期間可以是有益的。例如，對于期望維持電 力系統(tǒng)16連接到能量儲存器30的存儲或傳輸期間。此外，休眠模式將限制能量儲存器30 的過早耗盡。更具體地，通常將要求一定水平的"備用電力"以保持電力系統(tǒng)16中的部件 運行。如果給定的電力系統(tǒng)16連接到能量儲存器30并且維持存儲或維持傳輸若干個星期 到幾個月，能量儲存器30可能將基本上或完全地耗盡?？紤]以下實施例。
[0174] 在一個實施例中，能量儲存器30包括具有四個電池的電池組(例如，可從紐約克 拉倫斯的ElectrochemSolutions獲得的產(chǎn)品型號33127-150MR系列：4422)。電池組具有 大約4個單電池X3. 67VX29Ah=425Wh的容量。通過使連接到這樣的電池組的電力系統(tǒng)持 續(xù)四個星期所提取的200mW的備用電力將消耗電池組的約67Wh或總?cè)萘康募s16%。如果使 電力系統(tǒng)16在未完全充電下處于儲存狀態(tài)，或者維持一段延長的時間，則該影響將是顯著 的。
[0175] 在一些實施方案中，休眠模式通過探測有效的非工作態(tài)來激活?？梢允褂萌舾蓚€ 方法。在一個實施例中，電力系統(tǒng)16設(shè)置有至少一種防塵罩。防塵罩中的相應(yīng)一個防塵罩 配備為與電力系統(tǒng)16電耦接。例如，防塵罩可以包括配置來連接到在電力系統(tǒng)16的連接 器中的引腳的跨接線。EMS91可識別連接器中的某些引腳何時已經(jīng)被連接并且給出休眠模 式命令。
[0176] 在一個實施方案中，連接器的探測要求使通過防塵罩連接器的引腳(該實施例，為 兩個引腳）對應(yīng)于在EMS91上的引腳。EMS91配置為識別引腳中的作為數(shù)字輸出的第一引 腳以及作為數(shù)字輸入的其他引腳。配置作為數(shù)字輸出的引腳可以設(shè)置為高的邏輯電平例如 5V。然后，如果在配置作為輸入的引腳上探測到5V，則EMS91將認(rèn)為其為防塵罩的指示并且 因而認(rèn)為其為非工作態(tài)。引腳構(gòu)造的若干組合可以用于探測多個狀態(tài)或用于探測由多個不 同情況引起的等效狀態(tài)。可以使用探測引腳之間的連接的其他方法。
[0177] 防塵罩(任意種類的覆蓋物、護(hù)罩或包裝(為了方便將所有的這些稱作"覆蓋物")） 也可以配置來在電力系統(tǒng)16上施加其他條件。例如，覆蓋物可以呈現(xiàn)跨引腳的一定電阻或 任意其他種類的阻抗，覆蓋物可以呈現(xiàn)例如來自埋置在防塵罩中的一次電池的電壓，覆蓋 物可以呈現(xiàn)通過分隔電路或任意其他裝置創(chuàng)建的交流信號或數(shù)字信號，覆蓋物可以呈現(xiàn)如 通過二極管提供的那樣的非線性效果。由于防塵罩通常旋擰到壓力筒上，所以連接器上的 引腳的連接可能需要埋置在覆蓋物中的可旋轉(zhuǎn)連接器。因而連接器可以配對有插座并且防 塵罩的外部可以繞所述連接器旋轉(zhuǎn)。連接可以在沒有防塵罩的條件下實現(xiàn)，連接器可以顯 式地放置以使系統(tǒng)處于休眠模式，連接可以在除出現(xiàn)在壓力筒的外側(cè)的連接器之外的連接 器處連接到電力系統(tǒng)。休眠模式可以通過在沒有用于顯示非工作態(tài)的外部連接下探測非工 作態(tài)來實施。例如，電力系統(tǒng)16可以測量傳送到負(fù)載的電流并且在傳送的電流小于指定值 的若干時間后，確定非工作態(tài)并且控制電力系統(tǒng)進(jìn)入休眠模式。電力系統(tǒng)可以測量在電容 器或其他能量儲存元件上的電壓并且確定在電壓偏差小于指定量的若干時間后確定非工 作態(tài)并且控制電力系統(tǒng)16進(jìn)入休眠模式?？梢允褂迷O(shè)計者認(rèn)為合適或有用的其他方法。
[0178] 在一些實施方案中，覆蓋物包括這樣的部件：例如電阻器、電池以及二極管等中的 至少一種。就是說，覆蓋物可以包括在安裝覆蓋物時將向電力系統(tǒng)16提供特定電信號的任 意部件。當(dāng)電力系統(tǒng)16探測到相關(guān)的特定電信號時，電力系統(tǒng)16將進(jìn)入休眠模式。
[0179] 休眠模式可以包括對非必需系統(tǒng)部件(例如僅在操作期間需要的電源轉(zhuǎn)換器或傳 感器部件）進(jìn)行禁用或斷電。休眠模式也可以暫時改變系統(tǒng)參數(shù)例如輸出電壓以例如減小 在能量儲存器的自放電中或在其他電阻元件中消耗的待機電力。
[0180] 可以包括在電力系統(tǒng)16的實施方案中的另一特征能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)記錄。就是說，在 電力系統(tǒng)16中可以包括有存儲器記錄電路（S卩，模塊)。存儲器記錄電路可以包括存儲器和 用來接收事件數(shù)據(jù)的接口。該數(shù)據(jù)可以用于控制系統(tǒng)操作、將系統(tǒng)狀況發(fā)送到遠(yuǎn)程位置、或 者在其他用途之外的操作之后對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試或評估。系統(tǒng)可以記錄的數(shù)據(jù)的一些實例包 括電池電壓、電池電流、電池充電狀態(tài)、溫度、振動、沖擊事件、顯示測量的流體流量的邏輯 電平信號、用于MWD泥漿脈沖器的泥漿脈沖激勵、電池交換狀態(tài)等。存儲器記錄電路還可以 包括適于接收并存儲事件數(shù)據(jù)的處理能力（即，存儲器記錄處理器)。存儲器記錄處理器也 可以從存儲器重新得到事件數(shù)據(jù)并且將用于傳輸?shù)氖录?shù)據(jù)傳送給用戶。
[0181] 通常，對數(shù)據(jù)采樣和數(shù)據(jù)參數(shù)化的速度進(jìn)行仔細(xì)選擇以確保有用量的信息的存 儲。就是說，適用于在高溫下操作的存儲器通常比適用于在較低溫度處操作的存儲器更不 密集。因此，在一些實施方案中，數(shù)據(jù)采樣和記錄以與改變的速度相當(dāng)?shù)乃俣葓?zhí)行。在一些 實施方案中，將采樣的數(shù)據(jù)參數(shù)化（即，用來更新表示總體參數(shù)的擬合變量，例如充電狀態(tài) 或損傷部分)。提供了一些實施例。例如，在一些實施方案中，緩慢變化的信號僅在每數(shù)分鐘 采樣。將振動數(shù)據(jù)參數(shù)化為在特定時間窗口（例如，10秒)上從加速計測得的均方根加速度 的時間平均。電池充電狀態(tài)存儲為隨著在時間上測量電池電流而更新的單個數(shù)據(jù)點（相反 于保持電池電流的全記錄)。沖擊事件為時間標(biāo)記的并且記錄為在加速度超過指定限制(例 如，35GS)期間的單個事件。易失性存儲器和非易失性存儲器的組合也可以減輕在高溫下操 作的高密度存儲器的不足。就是說，非易失性存儲器（即使沒電也保持其狀態(tài)的存儲器）通 常較不密集但是在能量源中的故障的事件中將不會失去其數(shù)據(jù)，因而其有益于在非易失性 存儲器尤其在惡劣環(huán)境應(yīng)用中保持?jǐn)?shù)據(jù)。同時易失性存儲器通常更密集，但是在能量源中 的故障的事件中將不一定保持其數(shù)據(jù)。在一些實施方案中，使用折衷設(shè)計，通常將所有數(shù)據(jù) 存儲在易失性存儲器中使得可以具有更長的記錄，同時將數(shù)據(jù)周期性地存檔到非易失性存 儲器。
[0182] 例如，在用于存儲器管理的折衷設(shè)計中，用戶可以訪問最近100小時左右在能量 源中的故障的事件中的數(shù)據(jù)記錄。最近存檔以后的最新數(shù)據(jù)可能丟失。該影響可以通過更 頻繁地存檔來減輕。然而，非易失性存儲器通常適用于特定數(shù)目的寫入循環(huán)。因而，可以作 出折衷。例如，如果系統(tǒng)需要持續(xù)2,OOO小時并且ROM(非易失性存儲器)適用于10,OOO次 寫入循環(huán)，則可以每2, 000小時/10, 000循環(huán)X60分鐘=12分鐘對數(shù)據(jù)進(jìn)行存檔。因而， 用戶在最壞的情況下可能丟失12分鐘的最近數(shù)據(jù)，并且統(tǒng)計上預(yù)計將丟失6分鐘的最近數(shù) 據(jù)。該效果可以通過這樣進(jìn)一步減輕：向電力系統(tǒng)16添加若干個ROM使得一個ROM可以大 量次數(shù)(例如，10, 〇〇〇次）寫入并且然后認(rèn)為在壽命的盡頭時，然后第二ROM可以被寫入至 10, 〇〇〇次，依次類推，使得對于電力系統(tǒng)16可獲得多于10, 000的寫入循環(huán)并且存檔可以更 頻繁地進(jìn)行。同時，如果在能量源中不存在故障，在RAM(易失性存儲器）中可以獲得數(shù)據(jù) 的全記錄。因此，應(yīng)該認(rèn)識到，可以使用各種存儲器管理方案。
[0183] 示例性存儲器部件為可從美國加利福尼亞的阿納海姆TT半導(dǎo)體（TT semiconductorAnaheim)獲得的一兆比特的高溫ROM(EEPROM)(產(chǎn)品型號TT28HT010)。 該示例性部件適用于最高達(dá)約200攝氏度的操作。另一實施例從相同制造者可獲得并且為 16兆字節(jié)RAM(SRAM)，（產(chǎn)品型號TTS2MWV8)適用于最高達(dá)約220攝氏度的操作。
[0184] 如上所述，可以包括在電力系統(tǒng)16的實施方案中的特征之一為旁路特征?，F(xiàn)在討 論旁路特征的一些另外的方面。
[0185] 在一些實施方案中，旁路特征通過獨立電源轉(zhuǎn)換器和冗余電源轉(zhuǎn)換器(稱作"旁路 轉(zhuǎn)換器"）中的至少一種來實施。在那種情況下，可能需要阻擋加設(shè)旁路的部件的輸出端的 電流流入或流出。因而，在電力系統(tǒng)16中可以包括開關(guān)網(wǎng)絡(luò)。在一些實施方案中，開關(guān)網(wǎng) 絡(luò)包括具有第一轉(zhuǎn)換器的輸出的二極管使得二極管將適當(dāng)?shù)刈钃蹼娏髁鲃?。在一些實?方案中，二極管將不合適(例如在雙向設(shè)計中二極管引起過多的電力損失或電流流動的阻 擋)，所以可以使用MOSFET或其他有源器件。在利用至少一種MOSFET或至少一種其他種類 的晶體管作為開關(guān)的實施方案中，開關(guān)器件耦接到適當(dāng)?shù)臇艠O或基極或者其他驅(qū)動電路以 安全地激活開關(guān)器件。在MOSFET的情況下，應(yīng)該認(rèn)為固有的體二極管在兩個方向上均阻擋 電流流動?？梢允褂门c體二極管的方向相反的串聯(lián)二極管來阻擋沿著兩個方向的電流。也 可以使用MOSFET的組合。也可以使用MOSFET與二極管的組合。在一些拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，開關(guān) 網(wǎng)絡(luò)的功能性對于電路可以是固有的，從而不需要附加的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)。例如，在具有異步高側(cè) 開關(guān)(二極管）的升壓轉(zhuǎn)換器中，轉(zhuǎn)換器將僅從源極使大量電流導(dǎo)通到在高電勢路徑中的負(fù) 載。因而，如果開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的所需的功能性為電流不能從負(fù)載流到在高電勢路徑中的源極，則 不需要附加的開關(guān)網(wǎng)絡(luò)。
[0186] 旁路特征在電力系統(tǒng)16的部件不處于適合于提供電力的狀態(tài)中時可以是特別有 用的。例如，旁路特征在子系統(tǒng)或能量儲存器30已發(fā)生故障時可以是有用的。旁路特征在 能量儲存器處于低充電狀態(tài)中時或在電力系統(tǒng)16已經(jīng)進(jìn)入阻止電力系統(tǒng)16利用能量儲存 器30或其他系統(tǒng)部件的操作的模式時也可以有用的。可以存在旁路特征的其他用途，只要 設(shè)計者發(fā)現(xiàn)它們是合適的即可。
[0187] 旁路控制器的一些實施方案在圖18中示出。在圖18A、圖18B以及圖18C中，旁路 控制器190在與電力系統(tǒng)16的部件的各種關(guān)系中示出。
[0188] 可以包括在電力系統(tǒng)16中的又一特征為優(yōu)化模塊。在包括優(yōu)化特征的實施方案 中，電力系統(tǒng)16可以調(diào)整操作以優(yōu)化整體性能方面。該調(diào)整可以在運行時中發(fā)生。例如， 電力系統(tǒng)16可以以優(yōu)化的整體系統(tǒng)能量效率為目標(biāo)。電力系統(tǒng)16可以配置為對所有電力 損失的總和進(jìn)行評價。例如，電力系統(tǒng)16可以配置為監(jiān)測當(dāng)損失隨負(fù)載電壓變化時的負(fù)載 中的損失、當(dāng)損失隨均方根電流水平變化時的能量源中的損失、在保持電源轉(zhuǎn)換器運轉(zhuǎn)時 的待機電力損失、在能量源中的泄露電力損失等。使用該信息，優(yōu)化特征任務(wù)是減小整體電 力損失。
[0189] 為了提供優(yōu)化，優(yōu)化模塊可以使用各種技術(shù)中的任意一種或更多種。例如，優(yōu)化模 塊可以計算最優(yōu)參數(shù)例如對從能量源提取的均方根電流進(jìn)行調(diào)整的參數(shù)、電源轉(zhuǎn)換器控制 電路的相對導(dǎo)通時間、加到負(fù)載的輸出電壓、加到能量儲存器30的電壓等。優(yōu)化電路也可 以使用通過擾動一個參數(shù)并且重新測量系統(tǒng)效率，然后嘗試以降低總電力損失的方向調(diào)整 擾動的"擾動和觀察"方法。當(dāng)在任一方向上的擾動導(dǎo)致測量的電力損失上的增加時可以 認(rèn)為是最優(yōu)或局部最優(yōu)?？梢酝ㄟ^將擾動和觀察尋找算法與第一計算結(jié)合來幫助避免在全 局角度實際上為次優(yōu)化的局域最優(yōu)。第一計算應(yīng)該將一組系統(tǒng)參數(shù)位于相對接近全局(系 統(tǒng)）最優(yōu)化?？梢酝ㄟ^首先考慮在電力系統(tǒng)16中的所有損失的估計的總和來嘗試這樣做。 總和可以包括來源于運行時間測量的損失項、來源于先驗或預(yù)設(shè)值的損失項、來源于計算 的損失項以及來源于以上的組合的損失項。第一計算可以嘗試通過計算各種組系統(tǒng)參數(shù)的 總和并且選擇在所有組系統(tǒng)參數(shù)中得到最小計算電力損失的一組系統(tǒng)參數(shù)來找到全局最 優(yōu)。第一計算也可以嘗試計算總和的偏離來定位一組局域最優(yōu)并且然后回來將系統(tǒng)參數(shù)替 代到初始總和表示中以達(dá)到一組局域最優(yōu)以選擇全局最優(yōu)。
[0190] 此外，優(yōu)化模塊可以在系統(tǒng)參數(shù)改變時(例如在時間平均負(fù)載電流或電力改變時、 當(dāng)能源存儲器30老化時、當(dāng)溫度增加并且能源存儲器30的泄露電流增加時等)在運行時間 中對優(yōu)化進(jìn)行調(diào)整。為此目的可以通過測量電壓和電流(例如源極電壓和電流、負(fù)載電壓和 電流、其自身的待機電流、流進(jìn)能量儲存器30的電流等）的能力來幫助電力系16。優(yōu)化模 塊還可以結(jié)合測量來確定其他方面例如電池內(nèi)阻，原因是電池內(nèi)阻可以從兩個不同對的電 池電壓和電流的測量來取得。能量源的內(nèi)阻可以作為優(yōu)化的輸入。
[0191] 在一些情況下，優(yōu)化的輸出電壓導(dǎo)致在電力系統(tǒng)16的一些實施方案中的較高的 效率(更少的損失)。考慮以下實施例。在MWD泥漿脈沖器系統(tǒng)中，較低電壓可以產(chǎn)生具有 較少耗散的足夠的電動機激勵。一般來說，需要高電壓電池來驅(qū)動MWD脈沖器，原因是在選 擇電池電壓時必須考慮在輸出功率的脈沖期間的瞬時電壓下降以及MWD系統(tǒng)的下操作電 壓限制。就是說，一些峰值儲備（headroom)必須包括在電池電壓中以應(yīng)對電池內(nèi)電阻導(dǎo)致 的下降。另外，這些下降可能突破能引起電力系統(tǒng)16的其他不需要的行為關(guān)閉的下限電壓 閾值。然而，這樣的電池電壓對于泥漿脈沖器效率以及電池壽命可能不是最優(yōu)的。因此，電 力系統(tǒng)16可以配置為緩沖電池電壓并且給MWD提供脈沖器電力。在該情況下，由于反饋調(diào) 制和或能量儲存器30、電源轉(zhuǎn)換器或者能量儲存器30和電源轉(zhuǎn)換器的低輸出串聯(lián)電阻，電 力系統(tǒng)16可以提供與電池相比基本上更固定的輸出電壓。因而僅有電池的設(shè)計中典型的 峰值儲備的考慮基本上放寬。可以在不關(guān)系到突破下限電壓閾值下賦予MWD脈沖器較低的 電壓。同時，在較低電壓下操作的MWD脈沖器可以更有效。最終，該效率導(dǎo)致能量儲存器30 中的電池的更久的壽命，原因是更少的電池能量無效地浪費。在一個實施例中，MWD泥漿脈 沖器可以接受從15V至29V的電壓。通常選擇7個單電池或8個單電池電池來實現(xiàn)約25V 至28V的電壓。在操作期間以及當(dāng)電池在其壽命期間衰退導(dǎo)致增加內(nèi)電阻時，在向MWD脈 沖器傳輸脈沖電力期間瞬時電壓可能從開路電池電壓降至20V或更小。一旦電池電壓到達(dá) 以瞬時方式或時間平均方式或另外方式測量的下閾值，則系統(tǒng)可能停止適當(dāng)運行或者可能 主動關(guān)閉。同時從28V電池驅(qū)動的MWD脈沖可以消耗約15J的能量。替代地，電力系統(tǒng)16 可以耦接到電池和MWD脈沖器。電力系統(tǒng)16可以在電池的壽命范圍內(nèi)向MWD脈沖器提供 相對固定的20V。同時通過20V的電力系統(tǒng)輸出驅(qū)動的MWD脈沖可以消耗約IlJ的能量(表 示約26%的能量節(jié)省)。展現(xiàn)該行為的MWD脈沖器系統(tǒng)的一個實施例為可從美國德克薩斯 州喬治城的Benchtree獲得的BenchtreeMWD電動機驅(qū)動泥漿脈沖器(產(chǎn)品型號900370)。
[0192] 可以提供系統(tǒng)健康狀態(tài)監(jiān)測器作為又一特征。系統(tǒng)健康狀態(tài)可以源自溫度、振動 和沖擊以及對應(yīng)的持續(xù)時間的測量和記錄。損傷部分可以基于經(jīng)驗和統(tǒng)計試驗預(yù)限定。
[0193] 電源16可以包括在其構(gòu)造中的冗余特征。例如，可以包括附加的電力電子電路。 可以包括在能量儲存器30中的附加的容量。電力系統(tǒng)16可以配置為在探測到部件中的故 障時停用該部件并且然后激活冗余部件?？梢酝ㄟ^使用有源器件例如晶體管或繼電器禁 用控制電路、中斷與電路的電力連接以及將電路與輸入和輸出斷開中的至少一種來停用電 路。可以通過使用有源器件將能量儲存器30與輸入和輸出斷開來同樣地停用能量儲存器 30 〇
[0194] 故障可以以任意數(shù)目的方式來識別并且將依賴于待被識別的故障的種類以及可 能已經(jīng)停止的部件的種類。例如電源轉(zhuǎn)換器故障可以通過以下進(jìn)行指示：轉(zhuǎn)換器不能比特 定量的時間（只要輸出電力提取在典型限制之內(nèi)的時間）更久地使輸出電壓維持在典型限 制范圍內(nèi)。超級電容器故障可以識別為低或接近零的電壓，盡管正常電壓加在串聯(lián)連接的 超級電容器上也是如此。這可以具體地指示短路型故障?？梢酝ㄟ^使用電壓測量器件例如 耦接到模數(shù)轉(zhuǎn)換器還耦接到PEMS91或其他類型控制器的電阻分配器來幫助故障探測?？?以將故障和損傷部分記錄在存儲器中(例如通過本文中所提供的技術(shù)）并且報告給用戶等。
[0195] 已經(jīng)如此描述了電力系統(tǒng)16的電性能的各方面，現(xiàn)在提供一些附加的方面。通 常，這些附加方面涉及電力系統(tǒng)16的構(gòu)造和制造。
[0196] 現(xiàn)在參照圖19至圖24,示出了電力系統(tǒng)16的另外方面。在圖19中，示出了適合 于結(jié)合到測井儀10中的電力系統(tǒng)16的實施方案。在該實施例中，電力系統(tǒng)16具有使結(jié)合 到鉆柱11或電纜8簡化的形狀因素。更具體地，在該實施例中，電力系統(tǒng)16設(shè)置為細(xì)長、 圓柱容器47并且包括在每個末端處的接口 46 (在該實施例中）。在容器47之內(nèi)為作為能 量儲存器30的多個超級電容器。能量儲存器30的充電和放電可以通過借助界面46傳送 電力的控制器45控制。圖20提供了圖19中所示的電力系統(tǒng)16的實施方案的分解圖。
[0197] 電力系統(tǒng)16及其部件可以以"模塊化"方式組裝。就是說，電力系統(tǒng)16的模塊化 構(gòu)造提供用于定制每個電力系統(tǒng)16并且提供更方便的制造。在考慮以下介紹的各方面的 情況下模塊化構(gòu)造的各方面將變得更明顯。
[0198] 參照圖21，示出了控制器45的實施方案。在該實施例中，控制器45展現(xiàn)了適合于 布置在圓柱容器47之內(nèi)的形狀因素。因此，控制器45可以包括至少一種絕緣體65。在該 實施例中，控制器45通常通過布置在每個末端的絕緣體65來劃界，并且還包括中間絕緣體 65。絕緣體65中的每個絕緣體65通常提供控制器45與電力系統(tǒng)16的其他部分的物理隔 離，并且可以用于結(jié)合其他特征例如用于多個間隙支撐物64的支撐點。絕緣體65可以從任 意合適的絕緣材料例如聚四氟乙烯（PTFE)或等同物來制造。絕緣體65可以牢固地固定在 容器47之內(nèi)，使得中間部件物理地容納到容器47之內(nèi)的位置。通常，絕緣體65中的每個 絕緣體65可以包括至少一種物理特征例如至少一種槽口或孔，以提供至少一種入口引道。 至少一種入口引道可以提供用于例如，導(dǎo)線的通道、封裝等的通路。
[0199] 間隙支撐物64共同地提供多個電路62的安裝和分離。電路62可以包括布置在 例如電路板上的部件。電路62可以包括部件例如多個電容器。在一些實施方案中，包括至 少一種電感器63。在一些實施方案中，包括多個電感器63。多個電感器63可以用單個導(dǎo) 體卷繞。在一些實施方案中可以使用單個導(dǎo)體，以提供在惡劣環(huán)境(例如將遇到過度振動的 地方）中具有堅固物理強度的多個電感器63。
[0200] 通常，間隙支撐物64提供維持在每個電路62之間的間隔的剛性支撐。間隙支撐 物64中的每個間隙支撐物64可以由合適的材料例如金屬材料和/或絕緣材料(例如聚合 物的形式）來制造。
[0201] 在圖21的圖示中，電路板中的每個電路板通常布置為在使用時與Z軸垂直。因而， 電路62中的每個電路62通常在整個電路62中吸收并均勻地分散應(yīng)力，并且經(jīng)受來自任意 機械應(yīng)力的最小擾動。簡而言之，電路62中的每個電路62可以包括提供使所經(jīng)受的應(yīng)力 或應(yīng)變中的至少一種最小化的設(shè)計（即，軸向力是壓縮的而非純粹的力）。通常，電路62中 的每個電路62可以包括特征例如至少一種槽口或孔，以提供至少一種入口引道。至少一種 入口引道可以提供用于例如導(dǎo)線的通道、封裝等的通路。電路62中的每個電路62的形狀 因素（即，物理外觀）可以以任意所需的方式適于提供這樣的調(diào)整。例如，代替圓形電路板， 電路板可以具有兩個至許多個側(cè)面（η個角對角線)。
[0202] 儲存單元42中的至少兩個儲存單元42可以包括布置在其之間的至少一種絕緣體 65。儲存單元42中的每一個儲存單元42可以包括其他形式的絕緣材料例如比如特拉華的 DupontChemicalCorp.提供的聚酰亞胺膜(例如ΚΑΡΤ0Ν)，使用ΚΑΡΤ0Ν，原因是其在寬范圍 的溫度中仍然穩(wěn)定。儲存單元42中的每個儲存單元42可以用絕緣膜包覆，該絕緣膜尤其 可以用于提供防止電短路。
[0203] 一旦各種模塊化部件已經(jīng)組裝（S卩，互連)，則這些部件被安裝在容器47之內(nèi)。例 如，可以將組件插入到容器47。為了確保機械上堅固的電力系統(tǒng)16,以及為了防止電干擾 等，在一些實施方案中，可以將密封劑澆鑄到容器47中。通常，密封劑填充容器47之內(nèi)的 所有空隙空間。
[0204] 密封劑的實施方案可以包括例如SYLGARD170 (可從密西根州密特蘭的Dow Corning獲得)，其為在固化前呈現(xiàn)低粘性的快速固化硅橡膠，在IOOkHz下的介電常數(shù)為 2. 9,介電強度為530伏特/密耳（v/mil)，以及在IOOkHZ下的耗散因數(shù)為0. 005,以及溫度 范圍為約零下45攝氏度至約200攝氏度?？梢允褂闷渌芊鈩?。可以例如根據(jù)電特性、溫 度范圍、粘性、硬度等來選擇密封劑。
[0205] 通常，電路62中的每個電路62可以表示對于用戶至少一種增值特征(例如前述 特征中的一些，包括例如描述作為選擇模塊99中的選項的那些特征)，并且根據(jù)需要可以包 括在電力系統(tǒng)16中。作為慣例，"增值特征"可以認(rèn)為在控制電力系統(tǒng)16中有用的特征。 例如，增值特征可以包括用于數(shù)據(jù)記錄、遙感勘測、充電狀態(tài)監(jiān)測器、電池轉(zhuǎn)換控制、電力轉(zhuǎn) 換、數(shù)字監(jiān)督器、至少一種接口（例如串行接口）、健康狀態(tài)監(jiān)測器等的能力。
[0206] 因此，可以存在用于連接各種電路62的共同電總線。電總線可以包括布線組件 (例如包括在電路62之間釬焊或以另外的方式連接的多個導(dǎo)體的總線)。電總線也可以包 括其他技術(shù)。
[0207] 就是說，電總線可以包括替代或除布線組件之外的其他形式的連接器。例如，總線 可以包括至少一種總線連接器?？偩€連接器可以包括例如每個部件可以附接到電路62中 的相應(yīng)電路的可匹配的凸部件和可匹配的凹部件。在這些實施方案中，總線連接器可以附 加地提供在控制器45之內(nèi)的某種程度的物理支撐?？偩€連接器可以包括一個至許多個導(dǎo) 體，并且此外可以選擇操作、機械特性(例如剛性)的可接受的溫度范圍。可匹配的凸部件和 可匹配的凹部件中的每一個可以預(yù)制造到電路62中的相應(yīng)電路上，或者稍后在待用在電 力系統(tǒng)16中的各種電路被識別時添加到相應(yīng)電路62?？梢允褂酶鞣N總線連接器。參見，例 如圖22。
[0208] 在圖22中，示出了總線連接器70的簡化圖。在該實施例中，凹部件71包括用于 與凸部件72閉鎖的閉鎖部件。在組裝時，凹部件71和凸部件72提供在兩個電路62之間 的電通信以及結(jié)構(gòu)支撐。可以使用另外的總線連接器70。例如，另一個總線連接器70可以 布置在電路62的相對側(cè)以提供增加的結(jié)構(gòu)強度。
[0209] 總線連接器70可以被表面安裝，可以安裝在至少一種通孔中，串聯(lián)地(或并聯(lián)地） 或者以認(rèn)為合適的任意方式安裝。在一些實施方案中，總線連接器70適于結(jié)合中間器件例 如帶狀電纜(未示出）。帶狀電纜可以包括例如適于高溫操作的聚酰亞胺柔性材料。
[0210] 如圖20所示，能量儲存器30可以包括多個儲存單元42。儲存單元42可以以各種 構(gòu)造電耦接?？梢詤⒄請D23和圖24得到從多個單個儲存單元42構(gòu)造能量儲存器30上的 更多細(xì)節(jié)。
[0211] 參照圖23,儲存單元42包括布置在頂部處的陰極83。儲存單元42的殼體37提 供陽極87。陰極83和陽極87通過所集成的絕緣體63電隔離。例如，陰極83可以為包括 在結(jié)合到殼體37中的玻璃-金屬密封中的電極。為了保護(hù)儲存單元42免受不希望的電干 擾，殼體37可以用絕緣材料的包裝材料74 (例如以上所述的KAPTON膜）包覆。KAPTON可 以包括布置在其上的高溫粘合劑以確保與殼體37的粘附。通常，在一些實施方案中，包裝 材料74在除了陰極83以及殼體37的底表面之外的整個殼體37上提供電絕緣。
[0212] 在一些實施方案中，陰極83由不銹鋼制造，然而，這并不是必須的。
[0213] 在一些實施方案中，在包裝材料74之上可以布置有墊圈75。墊圈75可以由如包 裝材料74的類似材料(例如，由KAPTON膜）制造。通常，將墊圈75加工成一定尺寸以緊貼 地安裝在陰極83周圍并且提供對殼體37的整個頂部的覆蓋。在放置墊圈75之后，可以將 連接條（tab)固定到陰極83。
[0214] 此外，墊圈75提供了能量儲存器30中的附加的電絕緣。當(dāng)然，同時墊圈75可以 圍繞陰極83放置(如所示出并描述的)，墊圈75可以圍繞陽極87放置(例如，參見圖23的 具有相反極性的組件)。因此，墊圈75可以圍繞認(rèn)為合適的至少一種電極（S卩，陽極和/或 陰極）放置。
[0215] 現(xiàn)在參照在本文中統(tǒng)稱為圖24的圖24A和圖24B，示出了能量儲存器30的組件的 各方面。在圖24A中，兩個儲存單元42并排放置。連接條88固定到能量儲存單元42中的 第一能量儲存單元的陰極83,并且也固定到能量儲存單元42中的第二能量儲存單元的底 表面。一旦連接條88被合適地固定(例如通過激光焊接、點焊接、氬弧焊接、電阻焊接、超聲 焊接或其形式的焊接)，則將能量儲存單元的第二能量儲存單元旋轉(zhuǎn)到如圖24B所示的堅立 位置。
[0216] 在一個實施方案中，用于鎳制造連接條88。然而，用于連接條88的材料可以包括 認(rèn)為呈現(xiàn)出合適特性(例如可焊性、強度、導(dǎo)電性等）的任意材料。
[0217] 儲存單元42的串聯(lián)連接是能量儲存器30的一個示例性方面。在其他實施方案 中，能量儲存器30可以包括以并聯(lián)方式、或者以串聯(lián)和并聯(lián)的某種組合的方式連接的儲存 單元42。
[0218] 在將多個儲存單元42組裝為如圖24B所示的堆疊體（S卩，串聯(lián)地）時，在各個儲存 單元42之間出現(xiàn)間隙86。在各個儲存單元42之間可以布置有插入物(在圖20中所示)。 在一些實施方案中，插入物49由高溫絕緣材料例如比如聚四氟乙烯（PTFE)制造。此外，插 入物49提供機械力的分散，并且確保在操作期間的各個陽極87的電分隔。
[0219] 一旦能量儲存器30組裝為最終形式，然后可以將電力系統(tǒng)16"封裝"。就是說，一 旦電力系統(tǒng)16插入到容器47中，則可以用密封劑填充容器47。此外，密封劑提供緩沖機械 沖擊以及保護(hù)免受在電力系統(tǒng)16之內(nèi)的電干擾和環(huán)境干擾。在一個實施方案中，電力系統(tǒng) 16填充有作為密封劑的SYLGARD'? 170硅橡膠(從密西根州密特蘭的DowCorning可 獲得)。密封劑也可以提供熱傳導(dǎo)以使遠(yuǎn)離例如電路部件的多余的熱耗散。
[0220] 已經(jīng)這樣描述了電力系統(tǒng)16的各方面，應(yīng)該認(rèn)識到，可以實現(xiàn)各種實施方案。例 如，電力系統(tǒng)16可以包括提供用于對儲存單元42中的至少一種儲存單元42或耦接到電力 系統(tǒng)16的電池(未示出）中的充電進(jìn)行監(jiān)測的充電狀態(tài)監(jiān)測器的電路；電力系統(tǒng)16可以包 括用于從例如以冗余構(gòu)造布置的若干個電池組中的一個或更多個提取電力的控制電路系 統(tǒng)；電力系統(tǒng)16可以提供馬達(dá)驅(qū)動；可以包括例如壓力傳感器、溫度傳感器以及振動傳感 器等的各種傳感器(合適時可以向用于控制電力系統(tǒng)16的控制電路系統(tǒng)提供輸出）。
[0221] 通常，在本文中公開的電力系統(tǒng)16適于在井下遇到的惡劣環(huán)境中操作。例如，能 量儲存器30和電力系統(tǒng)16作為整體在一些實施方案中適于在從環(huán)境溫度至最高為約175 攝氏度的溫度范圍內(nèi)操作。
[0222] 可以用在電力系統(tǒng)16中的一些示例性現(xiàn)成部件和技術(shù)包括：（1)裸管芯硅和絕緣 體上硅有源器件；（2)碳化硅有源功率器件；（3)高溫額定以及低溫度系數(shù)陶瓷無源元件 (C0G或NPO電介質(zhì)）；以及（4)高溫磁無源元件、AlN(氮化鋁）陶瓷由于良好的熱穩(wěn)定性和 熱傳導(dǎo)性而可以用作電路基板材料。電路互連可以由抗氧化的Au線形成。接合方案可以 采用芯片倒裝或者使用例如AuGe高溫釬料的用于裸管芯有源部件的Au或Al線接合。在 一些實施方案中，引線接合由于附加的機械順從性，所以預(yù)計比芯片倒裝接合有利，尤其在 存在熱膨脹、沖擊以及振動時，更是如此。
[0223] 例如可以使用高溫電路技術(shù)以確保反饋調(diào)節(jié)電路的穩(wěn)定性，盡管由于用于頻率補 償?shù)臒o源電路部件可能在值上變化時非常寬的溫度擺動，也是如此?？梢酝ㄟ^將負(fù)溫度系 數(shù)電阻器與常規(guī)電阻器耦接、通過精密匹配的有源器件以及通過依賴比率(相對的）而非絕 對感應(yīng)和控制來實現(xiàn)低溫度系數(shù)或基本上為零的溫度系數(shù)的電路設(shè)計。作為實施例，可以 使用取自帶隙的電壓基準(zhǔn)來取消在反饋調(diào)節(jié)電路中設(shè)定點上的非常寬的溫度變化的效果。 溫度系數(shù)關(guān)鍵部件選擇也減輕這些問題，例如CGO或NPO電介質(zhì)陶瓷電容器具有對于整個 該范圍的溫度相對平坦的響應(yīng)。有源器件性能變化可以通過使用廣泛可獲得的氣密的和裸 管芯形式的絕緣體上硅（SOI)和碳化硅（SiC)技術(shù)顯著減輕。
[0224] 可以使用本領(lǐng)域公知的其他高溫材料、部件以及構(gòu)造來提供在特定(高）溫度處的 可操作性。
[0225] 絕緣體上硅（SOI)、碳化硅（SiC)、裸管芯部件、陶瓷PCB、低溫度系數(shù)無源元件以 及高溫高可靠性釬料將全部獲得以完成電子系統(tǒng)。以上部件中的每個部件的供應(yīng)商的非窮 舉列表包括在下面的表I中。
[0226] 表I
[0227] 示例性高溫部件制造商
[0228]

【權(quán)利要求】
1. 一種適合于在高溫環(huán)境下供應(yīng)電力的電力系統(tǒng)，所述電力系統(tǒng)包括： 在約負(fù)四十?dāng)z氏度至約二百一十?dāng)z氏度之間的溫度范圍內(nèi)可操作的可再充電能量儲 存器，所述可再充電能量儲存器被耦接到電路用于進(jìn)行從所述能量儲存器供應(yīng)電力和給所 述能量儲存器充電中的至少之一， 其中所述能量儲存器配置為對至少兩個充放電循環(huán)儲存約百分之一（〇. 01)焦耳至約 一億焦耳之間的能量，和提供約十分之一（0. 10)瓦至約一億瓦之間的峰值功率。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)，其中所述溫度范圍在約七十?dāng)z氏度至約兩百攝氏 度之間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)，其中所述溫度范圍在約七十?dāng)z氏度至約 一百七十五攝氏度之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)，其中所述溫度范圍在約七十?dāng)z氏度至約一百五十 攝氏度之間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)，其中所述溫度范圍在約七十?dāng)z氏度至約 一百二十五攝氏度之間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)，其中所述溫度范圍在約八十?dāng)z氏度至約二百一十 攝氏度之間。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)，其中所述溫度范圍在約九十?dāng)z氏度至約二百一十 攝氏度之間。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)，其中所述溫度范圍在約一百攝氏度至約二百一十 攝氏度之間。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)，其中所述溫度范圍在約一百二十五攝氏度至約 二百-h攝氏度之間。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)，其中所述溫度范圍在約一百二十六攝氏度至約 二百-h攝氏度之間。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)，其中所述溫度范圍在約一百五十?dāng)z氏度至約 二百-h攝氏度之間。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)，其中所述能量儲存器配置為儲存約十分之一 (0. 10)焦耳至約一億焦耳之間的能量。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)，其中所述能量儲存器配置為儲存約一焦耳至約 一億焦耳之間的能量。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)，其中所述能量儲存器配置為儲存約十焦耳至約 一億焦耳之間的能量。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)，其中所述能量儲存器配置為儲存約一百焦耳至 約一億焦耳之間的能量。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)，其中所述能量儲存器配置為儲存約一千焦耳至 約一億焦耳之間的能量。
17. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)，其中所述能量儲存器配置為儲存約百分之一 (0. 01)焦耳至約十兆焦耳之間的能量。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)，其中所述能量儲存器配置為儲存約百分之一 (0. 01)焦耳至約一兆焦耳之間的能量。
19. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)，其中所述能量儲存器配置為儲存約百分之一 (0. 01)焦耳至約十萬焦耳之間的能量。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)，其中所述能量儲存器配置為儲存約百分之一 (0. 01)焦耳至約一萬焦耳之間的能量。
21. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)，其中所述能量儲存器配置為提供約十分之一 (0. 10)瓦至約一億瓦之間的峰值功率。
22. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)，其中所述能量儲存器配置為提供約一瓦至約一 億瓦之間的峰值功率。
23. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)，其中所述能量儲存器配置為提供約十瓦至約一 億瓦之間的峰值功率。
24. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)，其中所述能量儲存器配置為提供約一百瓦至約 一億瓦之間的峰值功率。
25. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)，其中所述能量儲存器配置為提供約百分之一 (0. 01)瓦至約十兆瓦之間的峰值功率。
26. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)，其中所述能量儲存器配置為提供約十分之一 (0. 10)瓦至約一兆瓦之間的峰值功率。
27. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)，其中所述能量儲存器配置為提供約十分之一 (0. 10)瓦至約五十萬瓦之間的峰值功率。
28. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)，其中所述能量儲存器配置為提供約十分之一 (0. 10)瓦至約十萬瓦之間的峰值功率。
29. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)，其中所述能量儲存器配置為提供約十分之一 (0. 10)瓦至約一萬瓦之間的峰值功率。
30. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)，其中所述能量儲存器配置為充放電至少10個循 環(huán)。
31. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)，其中所述能量儲存器配置為充放電至少100個循 環(huán)。
32. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)，其中所述能量儲存器配置為充放電至少1，000個 循環(huán)。
33. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)，其中所述能量儲存器配置為充放電至少10, 000 個循環(huán)。
34. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)，其中所述能量儲存器包括電池和超級電容器中 的至少之一。
35. 根據(jù)權(quán)利要求34所述的電力系統(tǒng)，其中所述超級電容器為包括至少一個包含碳能 量儲存介質(zhì)的電極的電化學(xué)雙層電容器。
36. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)，其中所述能量儲存器包括選自圓柱狀、輪狀、環(huán) 狀、扁平狀、棱柱狀、堆疊狀、盒狀以及扁平棱柱狀中之一的外觀。
37. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)，其中所述電力系統(tǒng)配置為向測井儀供應(yīng)電力。
38. 根據(jù)權(quán)利要求37所述的電力系統(tǒng)，其中所述測井儀包括：取芯工具、閉井工具、核 磁共振成像（NMR)工具、電磁（EM)遙測工具、泥漿脈沖遙測工具、電阻率測量工具、伽馬傳 感工具、壓力傳感器工具、聲學(xué)傳感器工具、地震工具、核工具、脈沖中子工具、地層取樣工 具和感應(yīng)工具中的至少之一。
39. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)，其中負(fù)載包括：電子電路、變壓器、放大器、伺服 系統(tǒng)、處理器、數(shù)據(jù)存儲器、泵、馬達(dá)、傳感器、熱可調(diào)傳感器、光學(xué)傳感器、轉(zhuǎn)換器、光源、閃 爍器、脈沖發(fā)生器、液壓致動器、天線、單道分析儀、多道分析儀、輻射檢測器、加速度計和磁 強計中的至少之一。
40. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)，其中所述電路包括：處理器、電源轉(zhuǎn)換器、晶體 管、電感器、電容器、開關(guān)、數(shù)據(jù)存儲器和總線中的至少之一。
41. 根據(jù)權(quán)利要求40所述的電力系統(tǒng)，還包括存儲在所述數(shù)據(jù)存儲器中的通過所述處 理器執(zhí)行的機器可執(zhí)行指令。
42. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)，還包括用于耦接到外部能量源的接口。
43. 根據(jù)權(quán)利要求42所述的電力系統(tǒng)，其中所述外部能量源包括經(jīng)由電纜提供的連接 器、發(fā)電機、電池和超級電容器中的至少之一。
44. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)，其中所述電路還配置為從多種能量儲存裝置中 提取電力。
45. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)，其中所述電路包括用于以下中的至少之一的電 路：模擬電信號；監(jiān)測所述能量儲存器的充電狀態(tài)；控制從第一類型能量儲存器到第二類 型能量儲存器的轉(zhuǎn)換；改變操作模式；監(jiān)測系統(tǒng)健康狀態(tài)；存儲和取回數(shù)據(jù)；自動調(diào)整輸出 電壓；進(jìn)入睡眠模式；進(jìn)入低功率運行狀態(tài)；以及為所述電力系統(tǒng)的至少一種部件加設(shè)旁 路。
46. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)，其中所述電路還配置為用于監(jiān)測溫度、振動、沖 擊、電壓和電流中的至少之一。
47. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力系統(tǒng)，其中所述電路包括至少一種冗余部件。
48. -種用于向井下測井儀提供電力的方法，所述方法包括： 選擇包括電力系統(tǒng)的測井儀，所述電力系統(tǒng)包括：在約負(fù)四十?dāng)z氏度至二百一十?dāng)z氏 度之間的溫度范圍內(nèi)可操作的可再充電能量儲存器，所述可再充電能量儲存器被耦接到電 路用于進(jìn)行從所述能量儲存器供應(yīng)電力和給所述能量儲存器充電中的至少之一；以及 在所述測井儀處于井下時，從所述電力系統(tǒng)向所述測井儀提供電力。
49. 根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，還包括用來自外部能量源的能量為所述電力系統(tǒng)充 電。
50. 根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，其中充電包括為所述電力系統(tǒng)連續(xù)地充電和周期性 地充電中的至少之一。
51. 根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，還包括： 確定所述電力系統(tǒng)的部件的故障狀態(tài)；以及 從所述能量儲存器向故障部件周圍的發(fā)送電力。
52. 根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，還包括控制所述電力提供以限制工具的占空比。
53. 根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，還包括調(diào)節(jié)輸送到所述測井儀的電壓和電流中的至 少之一。
54. 根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，還包括對所述能量儲存器中的至少一個電池進(jìn)行去 鈍化。
55. 根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，其中所述提供電力包括從所述能量儲存器提取電力 并且模擬另一類型的能量儲存器的電信號。
56. 根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，其中所述提供電力包括監(jiān)測所述能量儲存器的充電 狀態(tài)。
57. 根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，其中所述提供電力包括在不同類型的能量儲存器之 間進(jìn)行交換。
58. 根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，其中所述提供電力包括監(jiān)測所述電力系統(tǒng)的至少一 個方面并且自動調(diào)整所述能量儲存器的輸出。
59. 根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，其中所述提供電力包括監(jiān)測所述電力系統(tǒng)的至少一 個方面并且包括啟動所述電力系統(tǒng)的部件和停用所述部件中的至少之一。
60. 根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，還包括監(jiān)測所述電力系統(tǒng)的至少一個方面的數(shù)據(jù)并 且將所述數(shù)據(jù)記錄在存儲器中。
61. 根據(jù)權(quán)利要求60所述的方法，還包括將所述數(shù)據(jù)傳送到上部設(shè)備。
62. -種制造用于測井儀的電力系統(tǒng)的方法，所述方法包括： 選擇在約負(fù)四十?dāng)z氏度至二百一十?dāng)z氏度之間的溫度范圍內(nèi)可操作的可再充電能量 儲存器，所述可再充電能量儲存器被耦接到電路用于進(jìn)行從所述能量儲存器供應(yīng)電力和給 所述能量儲存器充電中的至少之一；以及 將所述能量儲存器配置為結(jié)合到所述測井儀中。
63. 根據(jù)權(quán)利要求62所述的方法，還包括從多個儲存單元組裝所述能量儲存器。
64. 根據(jù)權(quán)利要求63所述的方法，其中至少一個絕緣體布置在所述多個儲存單元中的 儲存單元之間。
65. 根據(jù)權(quán)利要求63所述的方法，其中所述能量儲存器中的至少一個儲存單元被至少 部分地包裝在包裝材料中。
66. 根據(jù)權(quán)利要求62所述的方法，還包括配置所述電路以結(jié)合到所述測井儀中。
67. 根據(jù)權(quán)利要求66所述的方法，其中配置所述電路包括定向所述電路以降低在操作 期間經(jīng)歷的應(yīng)力和應(yīng)變中的至少之一。
68. 根據(jù)權(quán)利要求66所述的方法，其中配置所述電路包括組裝多個電路模塊。
69. 根據(jù)權(quán)利要求68所述的方法，其中所述組裝包括根據(jù)由相應(yīng)模塊提供的至少一個 特征來選擇所述模塊中的每個模塊。
70. 根據(jù)權(quán)利要求68所述的方法，其中所述組裝包括將所述模塊中的每個模塊耦接到 總線。
71. 根據(jù)權(quán)利要求68所述的方法，其中所述組裝包括在所述模塊的各個模塊之間布置 間隙支撐物。
72. 根據(jù)權(quán)利要求68所述的方法，其中所述組裝包括將第一模塊的連接器與第二模塊 的可匹配的連接器耦接。
73. 根據(jù)權(quán)利要求62所述的方法，還包括使用密封材料將部件密封在所述電力系統(tǒng)內(nèi) 部。
74. 根據(jù)權(quán)利要求62所述的方法，其中所述電路包括電源轉(zhuǎn)換器、電壓調(diào)節(jié)電路、低功 耗電路、旁路電路、電池調(diào)節(jié)電路和電流限制電路中的至少之一。
75. -種適合于在高溫環(huán)境下供應(yīng)電力的電力系統(tǒng)，所述電力系統(tǒng)包括： 在約負(fù)四十?dāng)z氏度至二百一十?dāng)z氏度之間的溫度范圍內(nèi)可操作的至少一個超級電容 器，所述超級電容器被耦接到電路用于進(jìn)行從所述超級電容器供應(yīng)電力以及給所述超級電 容器充電中的至少之一。
76. 根據(jù)權(quán)利要求75所述的電力系統(tǒng)，其中所述超級電容器包括至少一個包含碳基能 量儲存介質(zhì)的電極。
77. 根據(jù)權(quán)利要求76所述的電力系統(tǒng)，其中所述碳基能量儲存介質(zhì)包括活性炭、碳纖 維、人造絲、石墨烯、氣凝膠、碳布、碳納米管和其它納米形式碳中的至少之一。
78. 根據(jù)權(quán)利要求75所述的電力系統(tǒng)，其中所述超級電容器包括電解質(zhì)。
79. 根據(jù)權(quán)利要求78所述的電力系統(tǒng)，其中所述電解質(zhì)包括以下物質(zhì)中的之一：水分 小于500ppm、總濃度小于1，OOOppm的鹵化物；以及總濃度小于2, OOOppm的金屬物質(zhì)，所述 金屬物質(zhì)包括Br、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、K、Li、Mo、Na、Ni、Pb、Zn、前述金屬物質(zhì)的至少一種合 金、前述金屬物質(zhì)的至少一種氧化物中的至少之一。
80. 根據(jù)權(quán)利要求79所述的電力系統(tǒng)，其中所述超級電容器的特征在于在整個所述溫 度范圍內(nèi)呈現(xiàn)出不大于1，000mA/升的漏電流。
81. 根據(jù)權(quán)利要求78所述的電力系統(tǒng)，其中所述電解質(zhì)包括多種陽離子，所述陽離子 包括1_ (3-氰丙基）-3_甲基咪唑鐵、1，2-二甲基_3_丙基咪唑鐵、1，3-雙（3-氰丙基）咪 P坐鐵、1，3- _乙氧基味卩坐鐵、1_ 丁基-1_甲基脈陡鐵、1_ 丁基-2, 3- _甲基味卩坐鐵、1_ 丁 基甲基批陡鐵、I- 丁基甲基批陡鐵、I- 丁基批陡鐵、I-癸基甲基味卩坐鐵、I-乙 基-3-甲基咪唑鎗、3-甲基-1-丙基吡啶鎗中的至少之一。
82. 根據(jù)權(quán)利要求75所述的電力系統(tǒng)，其中所述超級電容器包括電解質(zhì)，所述電解質(zhì) 包括多種陰離子，所述陰離子包括雙（三氟甲磺酰）亞胺、三（三氟甲磺酰）甲基化物、二 氰胺、四氟硼酸根(酯)、六氟磷酸根(酯)、三氟甲磺酸根(酯)、雙（五氟乙烷磺酰）亞胺、硫 氰酸根(酯）和三氟（三氟甲基）硼酸根(酯）中的至少之一。
83. 根據(jù)權(quán)利要求75所述的電力系統(tǒng)，其中所述超級電容器包括電解質(zhì)，所述電解質(zhì) 包括溶劑，所述溶劑包括乙腈、酰胺、芐腈、丁內(nèi)酯、環(huán)醚、碳酸二丁酯、碳酸二乙酯、二乙醚、 二甲氧基乙烷、碳酸二甲酯、二甲基甲酰胺、二甲基砜、二氧六環(huán)、二氧戊環(huán)、甲酸乙酯、碳酸 亞乙酯、碳酸甲乙酯、內(nèi)酯、直鏈醚、甲酸甲酯、丙酸甲酯、甲基四氫呋喃、腈、硝基苯、硝基甲 烷、N-甲基吡咯烷酮、碳酸亞丙酯、環(huán)丁砜、砜、四氫呋喃、四氫噻吩砜、噻吩、乙二醇、二甘 醇、三甘醇、聚乙二醇、碳酸酯、Y - 丁內(nèi)酯、腈和三聚氰基己烷中的至少之一。
84. 根據(jù)權(quán)利要求75所述的電力系統(tǒng)，其中所述超級電容器被容納在密封容器內(nèi)。
85. 根據(jù)權(quán)利要求84所述的電力系統(tǒng)，其中所述密封容器包含鋁。
86. -種適合于在高溫環(huán)境下供應(yīng)電力的電力系統(tǒng)，所述電力系統(tǒng)包括： 在約負(fù)四十?dāng)z氏度至二百一十?dāng)z氏度之間的溫度范圍內(nèi)可操作的可再充電能量儲存 器，所述可再充電能量儲存器被耦接到電路用于進(jìn)行從所述能量儲存器供應(yīng)電力和給所述 能量儲存器充電中的至少之一； 其中所述電路包括用于使所述能量儲存器中的電池去鈍化的子系統(tǒng)。
87. 根據(jù)權(quán)利要求86所述的電力系統(tǒng)，其中所述能量儲存器配置為對至少兩個充放電 循環(huán)儲存約百分之一（〇. 01)焦耳至約一億焦耳之間的能量，和提供約十分之一（〇. 10)瓦 至約一億瓦之間的峰值功率。
88. 根據(jù)權(quán)利要求86所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)配置為從所述電池提取恒定負(fù) 載一段時間。
89. 根據(jù)權(quán)利要求86所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)包括用來評估對于去鈍化的需 要的測量設(shè)備。
90. 根據(jù)權(quán)利要求89所述的電力系統(tǒng)，其中所述測量設(shè)備包括電壓傳感器和電流傳感 器中的至少之一。
91. 根據(jù)權(quán)利要求89所述的電力系統(tǒng)，其中所述測量設(shè)備配置為提取預(yù)定去鈍化負(fù)載 電流并且監(jiān)測所述電池的電壓，直到所述電壓升高至預(yù)定水平。
92. 根據(jù)權(quán)利要求91所述的電力系統(tǒng)，其中所述測量設(shè)備配置為提取預(yù)定去鈍化負(fù)載 電流并且監(jiān)測所述電池的電壓，直到所述電壓升高至預(yù)定水平。
93. -種適合于在高溫環(huán)境下供應(yīng)電力的電力系統(tǒng)，所述電力系統(tǒng)包括： 在約負(fù)四十?dāng)z氏度至二百一十?dāng)z氏度之間的溫度范圍內(nèi)可操作的可再充電能量儲存 器，所述可再充電能量儲存器被耦接到電路用于進(jìn)行從所述能量儲存器供應(yīng)電力和給所述 能量儲存器充電中的至少之一， 其中所述電路包括用于為所述電力系統(tǒng)的部件加設(shè)旁路的子系統(tǒng)。
94. 根據(jù)權(quán)利要求93所述的電力系統(tǒng)，其中所述能量儲存器配置為對至少兩個充放電 循環(huán)儲存約百分之一（〇.〇1)焦耳至約一億焦耳之間的能量，和提供約十分之一（〇. 10)瓦 至約一億瓦之間的峰值功率。
95. 根據(jù)權(quán)利要求93所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)配置為自動確定部件的故障狀 態(tài)并且識別從所述能量儲存器到負(fù)載的替代電流路徑。
96. 根據(jù)權(quán)利要求93所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)通過受所述旁路控制的部件的 適當(dāng)運行而禁用。
97. 根據(jù)權(quán)利要求93所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)包括至少一個固態(tài)器件。
98. 根據(jù)權(quán)利要求93所述的電力系統(tǒng)，其中所述固態(tài)器件為JFET。
99. 根據(jù)權(quán)利要求93所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)包括繼電器。
100. 根據(jù)權(quán)利要求93所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)包括獨立電源轉(zhuǎn)換器和冗余 電源轉(zhuǎn)換器中的至少之一。
101. 根據(jù)權(quán)利要求93所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)包括開關(guān)網(wǎng)絡(luò)以阻擋電流在 被加設(shè)旁路的部件中的流入和流出中的至少之一。
102. 根據(jù)權(quán)利要求101所述的電力系統(tǒng)，其中所述開關(guān)網(wǎng)絡(luò)包括二極管和晶體管中的 至少之一。
103. -種適合于在高溫環(huán)境下供應(yīng)電力的電力系統(tǒng)，所述電力系統(tǒng)包括： 在約負(fù)四十?dāng)z氏度至二百一十?dāng)z氏度之間的溫度范圍內(nèi)可操作的可再充電能量儲存 器，所述可再充電能量儲存器被耦接到電路用于進(jìn)行從所述能量儲存器供應(yīng)電力和給所述 能量儲存器充電中的至少之一， 其中所述電路包括用于模擬電源的電輸出的子系統(tǒng)。
104. 根據(jù)權(quán)利要求103所述的電力系統(tǒng)，其中所述能量儲存器配置為對至少兩個充放 電循環(huán)儲存約百分之一（〇.〇1)焦耳至約一億焦耳之間的能量，和提供約十分之一（〇. 10) 瓦至約一億瓦之間的峰值功率。
105. 根據(jù)權(quán)利要求103所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)包括模擬器映射。
106. 根據(jù)權(quán)利要求105所述的電力系統(tǒng)，其中所述模擬器映射在數(shù)字域和模擬域中的 至少之一中實現(xiàn)。
107. 根據(jù)權(quán)利要求103所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)包括反饋控制器。
108. 根據(jù)權(quán)利要求107所述的電力系統(tǒng)，其中所述反饋控制器在數(shù)字域和模擬域中的 至少之一中實現(xiàn)。
109. 根據(jù)權(quán)利要求103所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)配置為與負(fù)載并聯(lián)連接。
110. 根據(jù)權(quán)利要求103所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)配置為與負(fù)載串聯(lián)連接。
111. 根據(jù)權(quán)利要求103所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)包括降壓轉(zhuǎn)換器、升壓轉(zhuǎn)換 器、降壓-升壓轉(zhuǎn)換器、Ctik、反激轉(zhuǎn)換器和正激轉(zhuǎn)換器中的至少之一。
112. 根據(jù)權(quán)利要求103所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)支持雙向功率流。
113. 根據(jù)權(quán)利要求103所述的電力系統(tǒng)，其中模擬器的輸出包括電壓、電流、功率和阻 抗中的至少之一。
114. 根據(jù)權(quán)利要求103所述的電力系統(tǒng)，其中對模擬器的輸入包括電壓、電流、功率和 阻抗中的至少之一。
115. -種適合于在高溫環(huán)境下供應(yīng)電力的電力系統(tǒng)，所述電力系統(tǒng)包括： 在約負(fù)四十?dāng)z氏度至二百一十?dāng)z氏度之間的溫度范圍內(nèi)可操作的可再充電能量儲存 器，所述可再充電能量儲存器被耦接到電路用于進(jìn)行從所述能量儲存器供應(yīng)電力和給所述 能量儲存器充電中的至少之一； 其中所述電路包括用于監(jiān)測所述能量儲存器的充電狀態(tài)的子系統(tǒng)。
116. 根據(jù)權(quán)利要求115所述的電力系統(tǒng)，其中所述能量儲存器配置為對至少兩個充放 電循環(huán)儲存約百分之一（〇.〇1)焦耳至約一億焦耳之間的能量，和提供約十分之一（〇. 10) 瓦至約一億瓦之間的峰值功率。
117. 根據(jù)權(quán)利要求115所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)包括用于將電流轉(zhuǎn)換成電壓 的感測電阻器。
118. 根據(jù)權(quán)利要求115所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)包括霍爾效應(yīng)傳感器。
119. 根據(jù)權(quán)利要求115所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)包括感應(yīng)電流傳感器。
120. 根據(jù)權(quán)利要求115所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
121. 根據(jù)權(quán)利要求115所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)包括微處理器。
122. 根據(jù)權(quán)利要求115所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)包括存儲器。
123. 根據(jù)權(quán)利要求122所述的電力系統(tǒng)，其中所述存儲器中的變量被更新以反映所述 充電狀態(tài)。
124. -種適合于在高溫環(huán)境下供應(yīng)電力的電力系統(tǒng)，所述電力系統(tǒng)包括： 在約負(fù)四十?dāng)z氏度至二百一十?dāng)z氏度之間的溫度范圍內(nèi)可操作的可再充電能量儲存 器，所述可再充電能量儲存器被耦接到電路用于進(jìn)行從所述能量儲存器供應(yīng)電力和給所述 能量儲存器充電中的至少之一， 其中所述電路包括用于在至少兩個能量源之間進(jìn)行切換的子系統(tǒng)。
125. 根據(jù)權(quán)利要求124所述的電力系統(tǒng)，其中所述能量儲存器配置為對至少兩個充放 電循環(huán)儲存約百分之一（〇.〇1)焦耳至約一億焦耳之間的能量，和提供約十分之一（〇. 10) 瓦至約一億瓦之間的峰值功率。
126. 根據(jù)權(quán)利要求124所述的電力系統(tǒng)，其中所述能量源中的至少一個能量源包括至 少一個電池。
127. 根據(jù)權(quán)利要求124所述的電力系統(tǒng)，其中所述能量源中的至少一個能量源包括耦 接到遠(yuǎn)程電源的電纜。
128. 根據(jù)權(quán)利要求124所述的電力系統(tǒng)，其中所述能量源中的至少一個能量源包括發(fā) 電機。
129. 根據(jù)權(quán)利要求124所述的電力系統(tǒng)，其中所述能量源中的至少兩個能量源為基本 上相似類型的能量源。
130. 根據(jù)權(quán)利要求124所述的電力系統(tǒng)，其中所述能量源中的至少兩個能量源為基本 上不同類型的能量源。
131. 根據(jù)權(quán)利要求124所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)配置為每次從一個能量源提 取電力。
132. 根據(jù)權(quán)利要求124所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)配置為從至少一個能量源同 時提取電力。
133. 根據(jù)權(quán)利要求124所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)包括至少一個晶體管。
134. 根據(jù)權(quán)利要求124所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)包括繼電器。
135. 根據(jù)權(quán)利要求124所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)包括電平移位電路。
136. 根據(jù)權(quán)利要求124所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)在能量源之間進(jìn)行調(diào)整以實 現(xiàn)時間-平均總性能。
137. 根據(jù)權(quán)利要求124所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)配置為提供數(shù)字轉(zhuǎn)換控制信 號。
138. 根據(jù)權(quán)利要求124所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)配置為提供模擬轉(zhuǎn)換控制信 號。
139. 根據(jù)權(quán)利要求124所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)配置為說明能量源的充電狀 態(tài)、能量源呈現(xiàn)的電壓、能量源呈現(xiàn)的阻抗、環(huán)境溫度、振動以及從遠(yuǎn)程位置接收的信號中 的至少之一，并且配置為提供相應(yīng)的轉(zhuǎn)換控制信號。
140. -種適合于在高溫環(huán)境下供應(yīng)電力的電力系統(tǒng)，所述電力系統(tǒng)包括： 在約負(fù)四十?dāng)z氏度至二百一十?dāng)z氏度之間的溫度范圍內(nèi)可操作的可再充電能量儲存 器，所述可再充電能量儲存器被耦接到電路用于進(jìn)行從所述能量儲存器供應(yīng)電力和給所述 能量儲存器充電中的至少之一， 其中所述電路包括用于自動調(diào)節(jié)所述電力系統(tǒng)的電壓輸出的子系統(tǒng)。
141. 根據(jù)權(quán)利要求140所述的電力系統(tǒng)，其中所述能量儲存器配置為對至少兩個充放 電循環(huán)儲存約百分之一（〇.〇1)焦耳至約一億焦耳之間的能量，和提供約十分之一（〇. 10) 瓦至約一億瓦之間的峰值功率。
142. 根據(jù)權(quán)利要求141所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)配置為根據(jù)溫度控制電壓輸 出。
143. 根據(jù)權(quán)利要求141所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)配置為通過提供可變電壓設(shè) 定點來控制電壓輸出。
144. 一種適合于在高溫環(huán)境下供應(yīng)電力的電力系統(tǒng)，所述電力系統(tǒng)包括： 在約負(fù)四十?dāng)z氏度至二百一十?dāng)z氏度之間的溫度范圍內(nèi)可操作的可再充電能量儲存 器，所述可再充電能量儲存器被耦接到電路用于進(jìn)行從所述能量儲存器供應(yīng)電力和給所述 能量儲存器充電中的至少之一， 其中所述電路包括用于在操作模式之間進(jìn)行切換的子系統(tǒng)。
145. 根據(jù)權(quán)利要求144所述的電力系統(tǒng)，其中所述能量儲存器配置為對至少兩個充放 電循環(huán)儲存約百分之一（〇.〇1)焦耳至約一億焦耳之間的能量，和提供約一瓦至約一兆瓦之 間的峰值功率。
146. 根據(jù)權(quán)利要求144所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)配置為提供至少兩種操作模 式。
147. 根據(jù)權(quán)利要求144所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)配置為提供對從所述電力系 統(tǒng)輸出的電壓的控制。
148. 根據(jù)權(quán)利要求144所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)配置為提供對從所述電力系 統(tǒng)輸出的電流的控制。
149. 根據(jù)權(quán)利要求144所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)配置為提供對從所述電力系 統(tǒng)輸出的最大電流的控制。
150. 根據(jù)權(quán)利要求144所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)配置為提供對輸入到所述電 力系統(tǒng)的電壓的控制。
151. 根據(jù)權(quán)利要求144所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)配置為提供對輸入到所述電 力系統(tǒng)的電流的控制。
152. 根據(jù)權(quán)利要求144所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)配置為提供對輸入到所述電 力系統(tǒng)的最大電流的控制。
153. 根據(jù)權(quán)利要求144所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)配置為提供電路的鈍化。
154. 根據(jù)權(quán)利要求144所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)配置為自動操作。
155. 根據(jù)權(quán)利要求144所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)布置為經(jīng)由遠(yuǎn)程信號進(jìn)行配 置。
156. 根據(jù)權(quán)利要求144所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)布置為經(jīng)由用戶生成的信號 進(jìn)行配置。
157. 根據(jù)權(quán)利要求144所述的電力系統(tǒng)，其中用于在操作模式之間進(jìn)行切換的所述子 系統(tǒng)根據(jù)溫度進(jìn)行配置。
158. 根據(jù)權(quán)利要求144所述的電力系統(tǒng)，其中用于在操作模式之間進(jìn)行切換的所述子 系統(tǒng)包括用于切換無源部件的至少一個晶體管或繼電器。
159. 根據(jù)權(quán)利要求144所述的電力系統(tǒng)，其中用于在操作模式之間進(jìn)行切換的所述子 系統(tǒng)調(diào)節(jié)數(shù)字控制器中的參數(shù)。
160. -種適合于在高溫環(huán)境下供應(yīng)電力的電力系統(tǒng)，所述電力系統(tǒng)包括： 在約負(fù)四十?dāng)z氏度至二百一十?dāng)z氏度之間的溫度范圍內(nèi)可操作的可再充電能量儲存 器，所述可再充電能量儲存器被耦接到電路用于進(jìn)行從所述能量儲存器供應(yīng)電力和給所述 能量儲存器充電中的至少之一， 其中所述電路包括用于根據(jù)環(huán)境因素調(diào)節(jié)操作的子系統(tǒng)。
161. 根據(jù)權(quán)利要求160所述的電力系統(tǒng)，其中所述能量儲存器配置為對至少兩個充放 電循環(huán)儲存約百分之一（〇.〇1)焦耳至約一億焦耳之間的能量，和提供約十分之一（〇. 10) 瓦至約一億瓦之間的峰值功率。
162. 根據(jù)權(quán)利要求160所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)配置為提供對輸入到所述電 力系統(tǒng)的電流的限制。
163. 根據(jù)權(quán)利要求160所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)配置為提供對從所述電力系 統(tǒng)輸出的電流的限制。
164. 根據(jù)權(quán)利要求160所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)配置為提供對從所述電力系 統(tǒng)輸出的電壓的限制。
165. 根據(jù)權(quán)利要求160所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)配置為根據(jù)溫度提供控制。
166. 根據(jù)權(quán)利要求160所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)配置為根據(jù)振動提供控制。
167. 根據(jù)權(quán)利要求160所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)配置為根據(jù)壓力提供控制。
168. -種適合于在高溫環(huán)境下供應(yīng)電力的電力系統(tǒng)，所述電力系統(tǒng)包括： 在約負(fù)四十?dāng)z氏度至二百一十?dāng)z氏度之間的溫度范圍內(nèi)可操作的可再充電能量儲存 器，所述可再充電能量儲存器被耦接到電路用于進(jìn)行從所述能量儲存器供應(yīng)電力和給所述 能量儲存器充電中的至少之一， 其中所述電路包括用于誘發(fā)低功率操作的子系統(tǒng)。
169. 根據(jù)權(quán)利要求168所述的電力系統(tǒng)，其中所述能量儲存器配置為對至少兩個充放 電循環(huán)儲存約百分之一（〇.〇1)焦耳至約一億焦耳之間的能量，和提供約十分之一（〇. 10) 瓦至約一億瓦之間的峰值功率。
170. 根據(jù)權(quán)利要求168所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)配置為在用于儲存和傳輸中 的至少之一的準(zhǔn)備期間被激活。
171. 根據(jù)權(quán)利要求168所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)配置為通過安裝覆蓋物被激 活。
172. 根據(jù)權(quán)利要求171所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)配置為當(dāng)安裝所述覆蓋物時 導(dǎo)致數(shù)字控制器和模擬控制器中之一的至少兩個引腳之間短路。
173. 根據(jù)權(quán)利要求168所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)配置為通過安裝包括電阻器 的覆蓋物被激活。
174. 根據(jù)權(quán)利要求168所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)配置為通過安裝包括電池的 覆蓋物被激活。
175. 根據(jù)權(quán)利要求168所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)配置為通過安裝包括二極管 的覆蓋物被激活。
176. 根據(jù)權(quán)利要求168所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)包括具有可旋轉(zhuǎn)連接器的防 塵罩。
177. 根據(jù)權(quán)利要求168所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)配置為通過檢測到非工作態(tài) 被激活。
178. 根據(jù)權(quán)利要求177所述的電力系統(tǒng)，其中所述檢測到非工作態(tài)是通過一段時間的 低電流輸出指示。
179. 根據(jù)權(quán)利要求168所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)配置為提供對至少一個部件 的禁用。
180. 根據(jù)權(quán)利要求168所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)配置為提供對電壓輸出的控 制。
181. -種適合于在高溫環(huán)境下供應(yīng)電力的電力系統(tǒng)，所述電力系統(tǒng)包括： 在約負(fù)四十?dāng)z氏度至二百一十?dāng)z氏度之間的溫度范圍內(nèi)可操作的可再充電能量儲存 器，所述可再充電能量儲存器被耦接到電路用于進(jìn)行從所述能量儲存器供應(yīng)電力和給所述 能量儲存器充電中的至少之一， 其中所述電路包括用于記錄數(shù)據(jù)的子系統(tǒng)。
182. 根據(jù)權(quán)利要求181所述的電力系統(tǒng)，其中所述能量儲存器配置為對至少兩個充放 電循環(huán)儲存約百分之一（〇.〇1)焦耳至約一億焦耳之間的能量，和提供約十分之一（〇. 10) 瓦至約一億瓦之間的峰值功率。
183. 根據(jù)權(quán)利要求181所述的電力系統(tǒng)，其中用于記錄數(shù)據(jù)的所述子系統(tǒng)包括存儲 器。
184. 根據(jù)權(quán)利要求181所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)配置為提供控制系統(tǒng)操作， 發(fā)送狀態(tài)到遠(yuǎn)程位置，以及在操作之后評估所述電力系統(tǒng)中的至少之一。
185. 根據(jù)權(quán)利要求181所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)配置為記錄電池電壓、電池 電流、電池充電狀態(tài)、溫度、振動、沖擊事件和邏輯事件中的至少之一。
186. 根據(jù)權(quán)利要求185所述的電力系統(tǒng)，其中所述邏輯事件包括流體流動、泥漿脈沖 活動和轉(zhuǎn)換狀態(tài)中的至少之一的指示。
187. 根據(jù)權(quán)利要求181所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)配置為從存儲器取回數(shù)據(jù)。
188. 根據(jù)權(quán)利要求181所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)配置為傳輸數(shù)據(jù)。
189. 根據(jù)權(quán)利要求181所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)包括只讀存儲器。
190. 根據(jù)權(quán)利要求181所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)包括隨機存取存儲器。
191. 根據(jù)權(quán)利要求181所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)包括多個存儲器芯片。
192. 根據(jù)權(quán)利要求181所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)配置為提供將存儲在RAM的 位置中的數(shù)據(jù)存檔到ROM的位置。
193. 根據(jù)權(quán)利要求181所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)配置為提供存儲參數(shù)化數(shù) 據(jù)。
194. 一種適合于在高溫環(huán)境下供應(yīng)電力的電力系統(tǒng)，所述電力系統(tǒng)包括： 在約負(fù)四十?dāng)z氏度至二百一十?dāng)z氏度之間的溫度范圍內(nèi)可操作的可再充電能量儲存 器，所述可再充電能量儲存器被耦接到電路用于進(jìn)行從所述能量儲存器供應(yīng)電力和給所述 能量儲存器充電中的至少之一， 其中所述電路包括用于管理所述電源的性能的子系統(tǒng)。
195. 根據(jù)權(quán)利要求194所述的電力系統(tǒng)，其中所述能量儲存器配置為對至少兩個充放 電循環(huán)儲存約百分之一（〇.〇1)焦耳至約一億焦耳之間的能量，和提供約十分之一（〇. 10) 瓦至約一億瓦之間的峰值功率。
196. 根據(jù)權(quán)利要求194所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)配置為提供運行時間調(diào)節(jié)。
197. 根據(jù)權(quán)利要求194所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)配置為提供周期性調(diào)節(jié)。
198. 根據(jù)權(quán)利要求194所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)配置為提供通過用戶進(jìn)行的 調(diào)節(jié)。
199. 根據(jù)權(quán)利要求194所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)配置為提供通過遠(yuǎn)程信號激 活的調(diào)節(jié)。
200. 根據(jù)權(quán)利要求194所述的電力系統(tǒng)，其中通過電力損失估計的第一計算，至少一 個電參數(shù)的測量，迭代擾動和觀察步驟，以及迭代計算中的至少之一來使電力損失最小化。
201. 根據(jù)權(quán)利要求194所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)配置為提供備用電力損失、 自放電電力損失、晶體管切換和選通損失、傳導(dǎo)損失和磁心損失中的至少之一的最小化。
202. 根據(jù)權(quán)利要求194所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)配置為提供負(fù)載中的電力損 失的最小化。
203. 根據(jù)權(quán)利要求194所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)配置為控制從所述電力系統(tǒng) 輸出的電壓、從所述電力系統(tǒng)輸出的電流以及從所述系統(tǒng)輸出的功率中的至少之一。
204. 根據(jù)權(quán)利要求194所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)配置為調(diào)節(jié)控制信號。
205. -種適合于在高溫環(huán)境下供應(yīng)電力的電力系統(tǒng)，所述電力系統(tǒng)包括： 在約負(fù)四十?dāng)z氏度至二百一十?dāng)z氏度之間的溫度范圍內(nèi)可操作的可再充電能量儲存 器，所述可再充電能量儲存器被耦接到電路用于進(jìn)行從所述能量儲存器供應(yīng)電力和給所述 能量儲存器充電中的至少之一， 其中所述電路包括用于監(jiān)測所述電力系統(tǒng)的健康狀態(tài)的子系統(tǒng)。
206. 根據(jù)權(quán)利要求205所述的電力系統(tǒng)，其中所述能量儲存器配置為對至少兩個充放 電循環(huán)儲存約百分之一（〇.〇1)焦耳至約一億焦耳之間的能量，和提供約十分之一（〇. 10) 瓦至約一億瓦之間的峰值功率。
207. 根據(jù)權(quán)利要求205所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)包括存儲器。
208. 根據(jù)權(quán)利要求205所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)包括溫度測量器件和加速度 測量器件中的至少之一。
209. 根據(jù)權(quán)利要求205所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)配置為從對溫度、振動和沖 擊中的至少之一的測量來得到系統(tǒng)健康狀態(tài)的評估。
210. -種適合于在高溫環(huán)境下供應(yīng)電力的電力系統(tǒng)，所述電力系統(tǒng)包括： 在約負(fù)四十?dāng)z氏度至約二百一十?dāng)z氏度之間的溫度范圍內(nèi)可操作的可再充電能量儲 存器，所述可再充電能量儲存器被耦接到電路用于進(jìn)行從所述能量儲存器供應(yīng)電力和給所 述能量儲存器充電中的至少之一， 其中所述電路包括用于訪問冗余元件的子系統(tǒng)。
211. 根據(jù)權(quán)利要求210所述的電力系統(tǒng)，其中所述能量儲存器配置為對至少兩個充放 電循環(huán)儲存約百分之一（〇.〇1)焦耳至約一億焦耳之間的能量，和提供約十分之一（〇. 10) 瓦至約一億瓦之間的峰值功率。
212. 根據(jù)權(quán)利要求210所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)包括至少一個備用的可再充 電能量儲存裝置。
213. 根據(jù)權(quán)利要求210所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)包括至少一個備用的電路。
214. 根據(jù)權(quán)利要求213所述的電力系統(tǒng)，其中所述備用電路包括電源轉(zhuǎn)換器。
215. 根據(jù)權(quán)利要求210所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)配置為從電壓輸出測量來識 別故障。
216. 根據(jù)權(quán)利要求210所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)配置為從對于所述可再充電 能量儲存裝置的電壓輸出測量和流過所述可再充電能量儲存裝置的電流來識別故障。
217. 根據(jù)權(quán)利要求210所述的電力系統(tǒng)，其中所述子系統(tǒng)包括耦接到多個可再充電能 量儲存裝置和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的多個電阻分壓器。
218. -種使用電源的方法，所述方法包括： 選擇包括至少一個超級電容器的電源；以及 在約負(fù)四十?dāng)z氏度至約二百一十?dāng)z氏度之間的溫度范圍內(nèi)操作所述電源，同時將所述 超級電容器上的電壓維持在約〇. 1伏至約4伏之間至少一小時， 其中在所述至少一個小時結(jié)束時，在整個操作溫度的范圍內(nèi)，所述超級電容器呈現(xiàn)出 小于1，000暈安/升容積的漏電流。
219. -種使用電力系統(tǒng)的方法，所述方法包括： 將配置為用于高溫操作的可再充電能量儲存器耦接于配置為用于高溫操作的電子設(shè) 備；以及 通過從所述電力系統(tǒng)的輸出提取功率脈沖來操作所述電力系統(tǒng)，其中每個脈沖包括至 少0. 01W的峰值和至少0. 01J的總的功率與時間的乘積(能量)。
【文檔編號】E21B47/00GK104271880SQ201280036518
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2012年5月24日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月24日
【發(fā)明者】里卡爾多·西尼奧雷利, 約翰·庫利, 莫里斯·格林, 帕德馬納班·庫蒂皮萊, 克里斯托弗·迪恩, 林賽·威廉默斯 申請人:快帽系統(tǒng)公司