用于井下电力系统的液态电池的制作方法

文档序号:13742982阅读:320来源:国知局
发明领域本公开一般涉及电力系统,且更具体地涉及一种用于在动态环境(诸如井下应用)中尤其有用的液态电池的电力系统。发明背景一般使用非液态型电池(诸如使用锂-亚硫酰氯化学的那些电池)来制作用于井筒操作的井下电池。然而,这样的电池的实用性在井下环境中受限制,因为电池单元具有操作温度限制,井下环境会在井下超过该操作温度限制。因此,在本领域需要可用于挑战性环境(诸如井下应用)的更坚固电池单元。附图简述图1是根据本公开的某些说明性实施方案的液态电池电力系统的方框示意图;图2A和图2B分别示出用于根据本公开的某些说明性实施方案的电力系统中的液态电池单元的三维和横截面图(沿图2A的线A-A);图3A和图3B分别示出根据本公开的某些说明性实施方案的液态电池单元组件的二维和截面图(沿图3A的线A-A);图4A和图4B分别示出根据本公开的说明性实施方案的具有二十面体和五角化十二面体构造的液态电池单元;图5示出根据本公开的说明性方法的具有倾斜定向的液态电池单元的构造;图6示出根据本公开的说明性方法的被旋转的液态电池单元的构造;图7示出根据本公开的某些说明性实施方案的由控制系统采用以启用端子对的开关控制电路;图8A是根据本公开的一个说明性实施方案的电力系统工具组件的横截面图;图8B是图8A的组件的简化示意图;和图9示出根据本公开的说明性应用的在井下应用采用的井下电力系统。具体实施方式在各种应用中有用的动力系统(包括井下电力系统)的液态电池中采用本公开的说明性实施方案和相关方法时,它们被如下描述。为了清楚起见,并非实际实施方式或方法的所有特征都在本说明书中描述。当然应理解,在任何这种实际实施方案的开发中,必须作出众多实施方式特定的决定来实现开发者的特定目标,诸如符合与系统相关和商业相关的限制,这将从一个实施方式变化到另一个实施方式。此外,应理解,这样的开发努力可能是复杂和耗时的,但尽管如此也将对于具有本公开的益处的本领域的普通技术人员是例行工作。通过考虑下面的描述和附图,本公开的各种实施方案和相关方法的其它方面和优点将变得显而易见。如本文所述,本公开的说明性实施方案提供一种电池壳体和控制系统,其能够在各种应用(包括井下环境)中使用液态电池电力系统。在广义的实施方案中,液态电池单元包括具有定位在内部的电化学溶液的绝缘电池壳体。壳体可包括多面体或球形状,并且包括定位在其附近以将所产生的电流转移至负载的多个端子。作为端子定位在壳体周围的结果,电化学溶液的阳极和阴极始终与两个或更多个端子接触,因此允许不管电池的定向如何,皆可使用电池。电力系统还包括控制系统,该控制系统用以基于电池的定向确定要启用的最优化端子。因此,可在各种应用(包括井下环境(其中在使用过程中,电池经受恶劣环境和变化定向)中采用本文所述的液态电池电力系统。图1是根据本公开的某些说明性实施方案的液态电池电力系统100的框图说明。电力系统100包括液态电池组件102,该组件具有定位在其中的一个或多个液态电池单元104。每个液态电池单元104都是液态电池,该液态电池具有电化学溶液,诸如,例如,在液态金属电极之间具有固态电解质的液态金属钠硫(Na||S)溶液。由液态电池单元104采用的电化学溶液的其它实施例包括镁-锑(Mg||Sb)(其具有液体形式的电解质)。也可采用提供较高电压、较低温度和较低成本的其它化学品。然而,具有本公开的益处的本领域的那些普通技术实现具有可在本公开的实施方案中采用的各种其它液态型电池。液态电池单元104每个都具有加热元件110,所述加热元件提供液化或维持电极(即,电化学溶液的阳极/阴极)的熔融状态必需的热量。液态电池单元104还具有多个导电端子(未示出),所述导电端子与所述液态电池单元连接以经由端子矩阵106将产生的电流转移至控制系统108。控制系统108进行电力系统100的各种功能,包括例如,加热元件110的控制和单元104的导电端子的选择性启用。传感器112可操作地耦接至控制系统108,以从而提供与液态电池单元104的定向相关的数据。传感器112可以是位置传感器,其沿各个面提供与电池单元104的角倾斜相关的数据。此外,传感器112可以是离心传感器,例如在所述离心传感器正在沿钻井组件旋转时,所述离心传感器提供与作用在电池单元104上的离心力相关的数据。说明性传感器可包括例如霍尔效应旋转编码器、加速计或基于微机电系统的陀螺仪。使用从传感器112接收的该定向数据,控制系统108确定要启用哪一个导电端子,以从而将电力从电池单元104不断提供至负载。控制系统108也可操作地耦接至备用电力系统114(即,二次电池单元)。电力系统114可以是各种电力系统,诸如,例如,锂电池、发电机(例如,基于泥浆的电机/发电机)等。电力系统114可形成电力系统100的一部分或者可位于电力系统100的远程。如将在下面更详细地描述,例如可最初采用电力系统114,以将电池单元104的电化学溶液中的金属置于熔融状态下,由此由电池单元104产生的随后电力将电解质和/或金属保持在熔融状态下。或者,电力系统114也可用于将金属保持在熔融状态下。在仍其它实施方案中,在部署到给定环境中之前,电池单元104可完全充电。因此,保持电化学溶液熔融可由单元104本身或由后备电力系统114来完成。在将在下面更详细地讨论的一个说明性应用中,电力系统100可沿井底组件(“BHA”)部署到井下环境中。如果锂电池用作电力系统114,则通常它不能在大于200℃下操作。这样,锂电池可有助于在穿行井下的同时保持液态电池单元104的熔融状态,但在井下温度超过200℃时由控制系统108置于非操作模式(存储)中。还应指出,控制系统108包括至少一个处理器和非临时性和计算机可读存储器,所有这些都经由系统总线互连。用于实施本文中描述的说明性定向确定和端子选择方法的由处理器执行的软件指令可被存储在本地存储装置或一些其它计算机可读介质中。还应认识到,相同的软件指令还可经由有线或无线方法从CD-ROM或其它适当的存储介质加载到存储装置中。此外,本领域的那些普通技术人员应理解,本公开的各个方面可由各种计算机系统配置(包括手持式装置、多处理器系统、基于微处理器或可编程消费电子产品、小型计算机、大型计算机等)实践。任何数量的计算机系统和计算机网络与本公开一起使用是可接受的。本公开可在分布式计算环境(其中任务由通过通信网络链接的远程处理装置进行)中实践。在分布式计算环境中,程序模块可位于本地和远程计算机存储介质(包括存储器存储装置)两者中。本公开可因此结合各种硬件、软件或它们的组合在计算机系统或其它处理系统中实施。图2A和图2B分别示出在根据本公开的某些说明性实施方案的电力系统中采用的液态电池单元200的三维和横截面图(沿图2A的线A-A)。如将在下面所描述,除了定位在壳体202周围的导电端子204的矩阵,液态电池单元200还包括绝缘壳体202,所述绝缘壳体提供免受热损失的加热和电磁波。壳体202可采取各种形状,包括例如,多面体或球形状。此外,当电池单元200用于这样的环境中时,壳体202可作为振动阻尼器。在某些实施方案中,导电端子204被定位为与多面体顶点处的每个相邻端子204等距。电绝缘中空隔室206定位在壳体202的下方以容纳电化学溶液208。在该实施例中,隔室206是耐热和非导电材料,诸如陶瓷球体(其提供绝缘以最小化热损失)。或者,隔室206可由不与电化学溶液208反应的任何材料制成。虽然未示出,但是附加的衬里可用于沿隔室206的内表面提供化学绝缘和摩擦减少。电化学溶液208可以是多种液体型电极溶液(包括例如,液体和固体电解质金属溶液),如具有本公开的益处的本领域的那些普通技术应理解。如将在下面更详细描述,不管电池单元200的定向如何,电化学溶液208的阳极/阴极始终与两个或更多个导电端子204接触,以从而将电力提供至负载。导电端子204是电子选择的电极端子。在某些示例性实施方案中,均匀间隔的电极端子204的矩阵提供动态启用的电极以用于实际电池使用。如图2B所示,端子204具有延伸至隔室206中以接触电化学溶液208的第一端,和延伸至壳体204的外部并连接至控制系统108(图1)以将电力提供至负载的第二端。如下所描述,多面体构造可用于确定端子204的间距。例如,基于二十面体的顶点转换为十二个端子,而基于五角十二面体的顶点转换为三十二个端子。在操作过程中,控制系统108(图1)分析电池单元204的定向以确定哪些端子204应被启用以将电力提供至负载。在一些实施方案中,仅一个端子204被选择用于阳极/阴极(两个端子总数),而在其它实施方案中,两个或更多个端子204可被选择用于阳极/阴极(总共四个或更多个端子)。安装盖210定位在端子204周围以在端子204和隔室206之间提供密封和绝缘。盖210可由各种材料(诸如,例如高温/强度聚合物、橡胶、弹性体或类似化合物)制成。当液态金属用于电化学溶液208中时,金属电极必须被加热到熔融状态。在本发明的某些说明性实施方案中,这种加热可使用感应来实现。为了实现这一点,两个双用途端子212定位在电池单元204的顶部和底部。端子212具有双用途,因为它们用于加热隔室206并从电化学溶液208提供电力。端子212包括用作与导电端子204相同用途的导电端子212a。定位在端子212a内部的是用于加热隔室206的端子212b。加热端子212b连接至控制电源,诸如,例如,备用电力系统114(图1)。如上所述,在一个实施方案中,电力系统114可最初用于提供足够电力来使电解质和金属电化学溶液208置于液态状态下。通过热传导使热量从隔室206传递至电化学溶液208(阳极、阴极和电解质)。随后,电力可被切换至电池单元200的端子204,因此使用液态电池的本身电力来进行熔融状态维持。为了提供热量,加热元件金属丝214从电源向下延伸通过加热端子212b,并连接至感应加热线圈216(即,加热元件)。绝缘装置218放置在金属丝214周围以在端子212a和212b之间提供绝缘。在该说明性实施方案中,加热线圈216是提供加热以液化或帮助维持电极(在某些情况下包括电解质)(即,电化学溶液208)的熔融状态的线圈。这可通过感应(焦耳加热)将该加热提供至定位在其周围的加热球220。加热球220可例如由通过感应加热的铁类材料制成。在球220和加热器线圈216之间存在绝缘材料衬里(未示出),以及与液态金属和电化学溶液208的电解质的绝缘。应指出,球220也可采取其它形状。用于使端子212固定至隔室206的绝缘盖222定位在双用途端子212周围。绝缘盖222可例如由陶瓷或高温环氧树脂制成。密封盖224定位在绝缘盖22内部以提供对端子212的密封和安装。盖224可由多种材料(诸如,例如高温/强度聚合物、橡胶、弹性体或类似化合物)制成。在本公开的某些其它说明性实施方案中,多个液态电池单元可组合为液态电池组件。图3A和图3B分别示出根据本公开的说明性实施方案的液态电池单元300的二维和截面图(沿图3A的线A-A)。液态电池单元200与先前所述的那些相同。液态电池组件300包括具有两个侧面302a和302b的连接器块302。连接器块302由充当附加的热绝缘(诸如,例如,聚合物或陶瓷材料)的非导电材料制成。在单元220插入之后,侧面302a和302可通过紧固件(诸如使用粘接剂材料,诸如,例如,环氧树脂,或使用螺钉或螺母和螺栓)连接在一起。每个侧面302a、302b都包括向下延伸至端子204和212的多个通道304。虽然未示出,但是适当的布线沿通道304定位,以便将电力引导至控制系统108和负载。返回参考图1,如前所述,控制系统108分析电池单元104的定向,以从而确定要启用哪个导电端子204、212。现在将描述由控制系统108采用以实现这一点的说明性方法。图4A和图4B分别示出根据本公开的说明性实施方案的用于设计液态电池单元200的二十面体和五角化十二面体构造。如图所示,构造400A包括十二个顶点,其中每个顶点都具有定位在其上的一个端子204、212。另一方面,构造400B包括三十二个顶点,其中每个顶点也具有一个端子204、212。在一个说明性实施方案中,多面体端子构造400A允许跨越其球形表面的均匀间隔的端子204、212。因此,可使用直角坐标或球面坐标(诸如,例如,经度和纬度)来在数学上确定顶点。在二十面体构造400B中,例如,以原点为中心由两个单元处的端子至端子确定坐标:和其中是所希望的比值。使用这种方法,可使用各种造型平台(包括例如多面体模型、CAD软件(例如HEDRON、Solidworks、OpenSCAD)设计顶点/端子204、212的数量和位置。图5示出根据本公开的说明性方法的具有倾斜定向的液态电池单元的构造400A。如果例如如本文所述的液态电池单元被部署到井筒中,则除了具有在钻柱旋转时施加在其上的离心力外,单元还将经受角倾斜的各种角度。因此,控制系统108必须使用传感器112确定倾斜/离心作用力,且然后分析该数据来选择要启用哪个端子204、212。如图5所示,当与xy和yz两个平面(即,与位置传感器112)的倾斜角是已知时,由控制系统108在数学上确定电化学溶液208选择的最佳阳极端子和阴极端子。在某些示例性方法中,控制系统108使用下面的方法实现这一点。首先,单元的角位置可被限定为倾斜角θ和定向角这可与井下的BHA的倾斜和定向相同。在单元中,顶点(或端子位置)可被转换为球面坐标。单元的正常位置(θ=0°、)可被认为是基础位置,使得顶部端子指示具有(90°、0°)下的纬度和经度坐标的北端子,而底部端子指示(-90°、0°)下的南端子。作为一个实施例,对于二十面体端子构造,10个端子中的其余部分定位在纵向间隔36°的纬度±arctan(1/2)=26.57°处。中心的虚拟赤道定义0°纬度位置。虚拟本初子午线可针对单元进行定义以代表0°纵向位置。通过上面,可产生坐标的阵列,使得纬度阵列LTA[]和经度阵列LNA[]是:90°,条件是指数=1。LTA[指数]=-arctan(1/2),如果1<指数<12且指数为奇数arctan(1/2),条件是1<指数<12且指数是偶数-90°,条件是指数=120°,条件是指数=1或指数=12LNA[指数]=(指数-2)*36°,条件是1<指数<12。其中位置信息,位置南和北端子坐标(相对于单元的正常位置)可被定义如下:位置北,且位置南,PS和PN是理想端子位置,所以最近端子将是最佳端子选择。每个端子的PS或PN之间的中心角Δσ由余弦的球形定律给出:Δσ=arcos(sinφ1sinφ2+cosφ1cosφ2cosΔλ),式(1),其中(φ1,λ1)是PS位置或PN位置,(φ2,λ2)是端子位置(来自座标的阵列),且Δλ是λ1和λ2之间的绝对差。式1可被缩短为函数CentralAngle(位置1、位置2)。距离d(弧长度)由下式给出:d=rΔσ,式(2),其中r是单元的半径。在本公开的说明性实施方案中,最小Δσ足以确定哪个端子最接近PN且哪一个最接近PS。然后可针对PN和PS的端子创建圆心角的列表,如通过以下所定义:CentralAngleFromPN[指数]=CentralAngle(PN,(LTA[指数],LNA[指数]));和CentralAngleFromPS[指数]=CentralAngle(PS、(LTA[指数]、LNA[指数]))。然后最佳端子指数可通过寻找最小距离来找到:[minDistFromPN,OptimalNorthIndex]=min(CentralAngleFromPN);和[minDistFromPS,OptimalSouthIndex]=min(CentralAngleFromPS)。上述说明性语法基于Matlab。OptimalNorthIndex和OptimalSouthIndex应包含最佳端子选择的指数。因此,使用上述方法,一个或多个端子204、212可被选择用于每个电极。因此,在说明性实施方案中,一个或多个端子204、212可被选择用于图5的阳极液态金属,而一个或多个端子204、212可被选择用于图5的阴极液态金属。这种实施方案可特别用于井筒应用,其中钻柱不旋转且溶液208的液态金属和电解质主要经受用于分层的重力(即,由于它们的不同密度引起的阳极和阴极液态金属以及电解质的分层)。图6示出根据本公开的说明性方法的正在旋转的液态电池单元的构造400A。如图所示,构造400A由于由其绕轴线600的非同心旋转产生的离心加速度而具有非同心分层。在该实施例中,当液态电池单元400A以高速旋转时,离心加速度会更多地影响分层。因此,在某些实施方案中,离心力传感器112将定向数据提供至控制系统108,使得可确定启用最佳端子204、212。在替代实施方案中,控制系统108还可基于井下工具管柱或引起旋转的其它部件(当在非井筒应用中使用时)的每分钟转数(“RPM”)和单元200与旋转中心的距离计算离心加速度。然而,在较低旋转速度下,由传感器112产生的离心和角度数据的组合可由控制系统108使用来使用例如上述算法确定端子204、212的最佳选择。在其中液态电池单元遭遇额外移动的仍其它说明性实施方案中,所进行的各种力可被模拟以在端子204、212的最优选择中进一步帮助控制系统108。例如,实施例是在角度或水平井筒处快速跳入和跳出。当对影响液态金属和电解质的分层的单元200所经历的加速度模拟时,将考虑跳动速率和角度。具有本公开的益处的本领域的那些普通技术人员实现这一点且其它类似的方法可用于模拟作用于单元的各种力。图7示出根据本公开的某些说明性实施方案的由控制系统108采用以启用端子对的开关控制电路。参考图1和图7,开关控制电路700可经由输入/输出(“I/O”)扩展器702操作地耦接至控制系统108。I/O扩展器702是数字开关,该数字开关如下所述由控制系统108采用以切换电路的继电器700。I/O扩展器的设计和操作在本领域中是已知。在操作过程中,在从传感器112接收定向数据(例如,位置、离心、倾角等)时,控制系统108确定从每个液态电池单元704的端子矩阵106启用端子204、212并将使用电路700打开端子204、212所需的适当启用信号发送至I/O扩展器702。在端子204、212及其各自布线处包括端子矩阵106。控制电路700采用连接至电化学溶液208的阳极或阴极的一系列继电器型开关。在该说明性实施方案中,控制电路700包括继电器RYP1、RYN1、RYP2、RYN2、RYPN和RYNN。继电器RYP1、RYN1、RYP2、RYN2、RYPN和RYNN中的每个都包括晶体管Q1…QN2,晶体管具有基极,该基极连接至I/O扩展器702的输出,以从而打开/关闭继电器。每个晶体管对的集电极并联连接至电阻器R1…RN+1,通过所述电阻器从电压源+Vcc传递电压。所示的实施方案用于高电流应用,因此使用并联构造。然而,在高电压应用中使用的其它实施方案中,可采用串联构造,如具有本公开的益处的本领域的普通技术人员应理解。然而,在某些实施方案中,Vcc是传统电源(例如电容器组或源114),而在其它实施方案中,+Vcc可以是从电池单元704本身所提供的电力。其结果是,继电器RYP1…RYNN可从电池单元704或从二次电源供电,如先前所述。虽然未示出,但是+Vcc将包括在两个动力源之间切换所需的电路,以及用以稳定电力的电力调节器,如那些相同普通技术人员应理解。仍参考图7,晶体管Q1…QN2的发射器连接至继电器线圈,以从而启用它们对应的开关710以经由电力总线706将电力提供至负载。开关710在打开位置处偏压。在该说明性实施方案中,端子204、212被分配一个号码,诸如,例如,端子1(“T1”)、端子2(“T2”)等。因此,继电器RYP1和RYN1两者都连接至每个电池单元704的T1,继电器RYP2和RYN2连接至每个电池单元704的T2,且继电器RYPN和RYNN两者都连接至每个电池单元704的TN。由于预期所有单元都经受相同的位置和旋转变化,所以特定顶点处的矩阵106中的端子204、212都系在一起。另外,在该实施例中,继电器RYP1、RYP2和RYPN是阳极开关,而继电器RYN1、RYN2和RYNN是阴极开关。因此,在操作过程中,如果控制系统108(基于从传感器112接收的定向数据)选择T1作为阳极且选择T2作为阴极,则控制系统108将信号发送至RYP1和RYP2的晶体管的栅极,以从而防止或允许电流流过它们的发射器。其结果是,继电器RYP1的开关710将关闭,以从而使用T1提供阳极电力,而继电器RYN2的开关710关闭,以从而使用T2提供阴极电力。因此,控制电路700应用基于微处理器的切换控制以从每个液态电池单元710的端子矩阵启用端子对。如前所述,可在多种应用中采用本文所述的示例性电池单元。一个这样的应用是井下环境,由此使用一个或多个电池单元的电力系统沿井下管柱定位。图8A是根据本公开的一个说明性实施方案的电力系统工具组件800的横截面图。工具组件800包括由合适材料(例如铁)制成以承受井下环境的主体802。主体802分别包括螺纹盒/销连接件804a和804b。在其它实施方案中,也可采用各种其它连接。压力平衡隔室806以侧面安装的方式沿主体802定位。虽然未示出,但是主体802还包括用于电线的必要端口,在该端口中,根据需要将来自电池单元的电力传输至井下部件。如先前在其它实施方案中所述,一个或多个电池单元808定位在液态电池组件810内。压力平衡隔室806以如图8B(其示出具有轴线A的简化工具组件800)所示的非同心方式定位在主体802内。如图所示,隔室806与轴线A不同心。其结果是,当井下管柱(以及工具800)旋转时,非同心提供作用在电化学溶液208中的熔融金属的偏置离心力,从而避免了产生液态电池部件的圆柱形分层。虽然未示出,但是在某些实施方案中,振动阻尼器可放置在组件810和压力平衡隔室806之间。孔812沿主体802定位以在隔室806周围转移流体。在该实施方案中,流体将被转移至主体802外部并返回到主体802中。然而,在其它实施方案中,可在隔室806周围转移流体,但仍留在主体802内。图9示出根据本公开的说明性应用的在井下应用采用的井下电力系统。电力系统900可以是本文所述的那些系统中的任何系统。在该实施例中,采用具有随钻测井(“LWD”)组件的电力系统900;或者,电力系统900可在随钻测量组件(“MWD”)、测井电缆、试井钢丝、连续油管或其它所需的井下组件或输送装置内体现。然而,钻井平台2配备有支持用于升高和降低钻柱8的提升机6的井架4。提升机6挂起适于旋转钻柱8并使其降低通过井口13的顶部驱动器11。钻头15连接至钻柱8的下端。在钻头15旋转时,它会产生穿过各种岩层19的井筒17。泵21循环钻井液通过供应管22到达顶部驱动器11、向下通过钻柱8的内部、通过钻头15中的孔、经由钻柱8周围的环形物回到表面,并进入保留坑24中。钻井流体将井筒的钻屑输送至坑24中并有助于保持井筒16的完整性。各种材料可用于钻井流体,包括但不限于基于盐水的导电泥浆。测井工具10被集成到钻头15附近的BHA中。在该说明性实施方案中,测井工具10是LWD工具;然而,在其它示例性实施方案中,测井工具10可用于连续油管传送测井应用中。测井工具10可以是例如超深读数电阻率工具。或者,非超深电阻率测井工具也可与深读取测井工具一起用于相同钻柱中。此外,在某些说明性实施方案中,测井工具10可适合于在开放和套管井环境中进行测井操作。仍然参考图1,在钻头15延伸到井筒17中通过地层19时,测井工具10收集与各种地层特性相关的测量信号,以及工具定向和其它各种钻井条件。在某些实施方案中,测井工具10可采取钻铤的形式,即,提供重量和刚度以有助于钻井过程的厚壁管状。然而,如本文所述,测井工具10包括用以感测地质和岩层的电阻率的感应或传播电阻率工具。遥测模块28用于将图像和测定数据/信号传送到地面接收机并从地面接收命令。在一些实施方案中,遥测模块不会将数据传送到地面,但是当测井组件被回收时存储用于在地面进行以后检索的数据。如图所示电力系统900沿钻柱8定位以沿钻柱8将电力提供至各种负载。然而,在替代的实施方案中,电力系统可接近、耦接或邻接于测井工具。然而,在初始部署期间,电力系统900的电池单元可能已经充电,或者可使用备用电源来供电。在钻头15继续钻进时,钻柱8旋转,因此也使电池单元旋转。当需要使用电力系统900对负载供电时,启用系统900的控制系统电路,从而使用沿钻柱8定位的必要传感器确定电力系统900的定向。然后所得定向数据传送至控制系统,由此选择性地启用沿电池单元的两个或更多个端子。所选端子将包括与阳极接触的至少一个端子,和与阴极接触的至少一个其它端子,从而完成电路。其结果是,然后根据需要将电力输送至负载。采用本公开的液态电池单元提供了许多优点。首先,例如,电力系统可用于其中电池不保持在静止状态下的移动应用中。第二,当在井下环境中使用时,由于电池可再充电,所以电池可在井下保持较长时间。第三,使用液态金属溶液允许在高温环境中使用单元。此外,通过使用土丰富的元素,液态金属单元是经济的。这些和其它优点对于本文中所描述的那些普通技术人员将是显而易见的。本文所描述的实施方案进一步涉及以下段落中的任何一个或多个:1.一种井下电力系统,其包括:液态电池单元,其包括:电池壳体,其具有多个导电端子,所述多个导电端子定位在其附近;和电化学溶液,所述电化学溶液定位在电池壳体内部,其中电化学溶液与两个或更多个导电端子接触;和控制系统,其用以基于液态电池单元的定向选择性地启用两个或更多个导电端子。2.如段落1中所述的井下电力系统,其中电化学溶液是液态金属溶液。3.如段落1至2中任何段落所述的井下电力系统,其中电池壳体具有多面体形状,所述多面体形状具有多个顶点;且导电端子定位在顶点处。4.如段落1至3中任何段落所述的井下电力系统,其中电池壳体具有球形状。5.如段落1至4中任何段落所述的井下电力系统,其中电池壳体还包括:中空隔室,电化学溶液定位在所述中空隔室中,其中导电端子具有延伸到中空隔室中的第一端和延伸到电池壳体外部的第二端;和加热元件,其定位在中空隔室内以加热电化学溶液。6.如段落1至5中任何段落所述的井下电力系统,其还包括传感器,所述传感器可操作地耦接至控制系统,以从而确定液态电池单元的定向。7.如段落1至6中任何段落所述的井下电力系统,其中传感器是离心力传感器或位置传感器。8.如段落1至7中任何段落所述的井下电力系统,其中导电端子在电池壳体周围等距或基本上等距间隔。9.如段落1至8中任何段落所述的井下电力系统,其还包括二次电池单元,所述二次电池单元可操作地耦接至控制系统。10.如段落1至9中任何段落所述的井下电力系统,其中井下电力系统容纳在沿井下管柱定位的工具组件内,工具组件包括:压力平衡室,其用以容纳电池单元,使得电池单元与工具组件的轴线不同心;和孔,其用以疏导压力平衡壳体周围的流体。11.一种利用井下电力系统的方法,所述方法包括:将液态电池单元部署到井筒中,液态电池单元包括:电池壳体,其具有多个导电端子,多个导电端子定位在其附近;和电化学溶液,其定位在电池壳体内部,其中电化学溶液与两个或更多个导电端子接触;确定液态电池单元的定向;基于液态电池单元的定向选择性地启用两个或更多个导电端子;和使用所选择的导电端子将电力提供至负载。12.如段落11所述的方法,其中选择性地启用两个或更多个导电端子还包括:选择与电化学溶液的阳极接触的至少一个导电端子;和选择与电化学溶液的阴极接触的至少一个导电端子。13.如段落11至12中任何段落所述的方法,其中部署所述液态电池单元还包括沿井下管柱旋转所述液态电池单元。14.如段落11至13中任何段落所述的方法,其中电化学溶液是液态金属溶液。15.如段落11至14中任何段落所述的方法,其中确定液态电池单元的定向包括:确定作用在液态电池单元上的离心加速度;或者确定液态电池单元的位置。16.一种电力系统,其包括:液态电池单元,其包括:电池壳体,其具有多个导电端子,所述多个导电端子定位在其附近;和电化学溶液,其定位在电池壳体内,其中电化学溶液与两个或更多个导电端子接触;和控制系统,其用以基于液态电池单元的定向选择性地启用两个或更多个导电端子。17.如段落16所述的电力系统,其中电化学溶液是液态金属溶液。18.如段落16至17中任何段落所述的电力系统,其中电池壳体具有多面体形状或球形状。19.如段落16至18中任何段落所述的电力系统,其还包括传感器,所述传感器可操作地耦接至控制系统,以从而确定液态电池单元的定向,传感器是离心力传感器或位置传感器中的至少一个。20.如段落16至19中任何段落所述的电力系统,其中电力系统沿着沿井筒定位的井下管柱连接。此外,本文描述的任何方法都可在包括用于实施任何方法的处理电路的系统,或在包括其在由至少一个处理器执行时使得处理器进行本文所描述的任何方法的指令的计算机程序产品内被实施。前面的公开可在各个实施例中重复附图标记和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的且其本身并不指示所讨论的各种实施方案和/或配置之间的关系。此外,空间相对术语(诸如“在…下方”、“以下”,“下”、“上方”、“上”等)可在本文中使用以便于描述来如图中所示描述一个元件或特征与另一(多个)元件或(多个)特征的关系。空间相对术语意在涵盖除了附图中描述的定向之外的所使用或操作的装置的不同定向。例如,如果附图中的装置被翻转,则元件被描述为在其它元件“以下”或“之下”,或特征然后将被定向在其它元件或特征“上方”。因此,示例性术语“下”可涵盖上方和下方的定向。装置可被另外定位(旋转90度或其它定向)且同样可相应地解释本文使用的空间相对描述符。虽然已经示出和描述了各种实施方案和方法,但是本公开不限于这样的实施方案和方法并将被理解为包括对于本领域技术人员显而易见的所有修改和变化。因此,应理解,本公开并非旨在被限于所公开的特定形式。相反,其意图是覆盖落入由所附权利要求所限定的本公开的精神和范围内的所有修改、等同物和替代物。
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