用于备用电池单元的双向多功能转换器的制作方法

[0001]
本公开的实施例一般涉及提供备用电力的备用电池单元。更特别地，本公开的实施例涉 及具有双向多功能转换器的备用电池单元。


背景技术：

[0002]
作为能量存储方法中的一种的电池能量存储在各种应用中是重要的，诸如电动车辆 (ev)、消费电子产品、微电网、太阳能和风能以及数据中心备用单元。它提供必要的能量 以支持应用，或者作为唯一的源，或者作为在主电源不可用时的备用。因此，保证其可用性 和功能性是极其重要的。
[0003]
一种电池能量存储系统(bess)具有广泛的应用。在bess中，如图1所示，多个不同 的独立的转换器用于向不同组件或设备提供电力，并且执行多个控制功能，诸如电池充电控 制、电池放电控制、风扇速度控制等等。然而，在bess中使用多个转换器，系统的成本和 尺寸增加。


技术实现要素：

[0004]
本发明的一个方面提供了一种提供备用电力的备用电池单元(bbu)，bbu包括：布置 在电池组中的一个或多个电池单元；以及耦合到电池单元的双向直流-直流(dc/dc)转换 器，其中双向dc/dc转换器包括：耦合到电池单元的第一端子，耦合的电感器，耦合的电 感器具有耦合到电池单元的初级绕组和分别耦合到多个次级输出的多个次级绕组，开关设 备，开关设备经由耦合的电感器的初级绕组耦合到第一端子，以及耦合到开关设备的第二端 子，其中当第二端子耦合到外部电源时，外部电源被配置为经由第二端子对电池组的电池单 元充电以及经由耦合的电感器向次级输出提供电力，以及其中当外部电源不可用时，电池单 元被放电以经由第二端子向主载荷提供电力以及经由耦合的电感器向次级输出提供电力。
[0005]
本发明的另一个方面提供了一种数据中心的电子机架，包括：堆叠布置的多个刀片服务 器，每个刀片服务器包括提供数据处理服务的一个或多个服务器；电源，电源耦合到刀片服 务器以提供电力操作服务器；以及备用电池单元(bbu)，bbu耦合到刀片服务器以在电源 不能提供电力时向服务器提供备用电力，其中bbu包括：布置在电池组中的一个或多个电 池单元；以及耦合到电池单元的双向直流-直流(dc/dc)转换器，其中双向dc/dc转换器 包括：耦合到电池单元的第一端子，耦合的电感器，耦合的电感器具有耦合到电池单元的初 级绕组和分别耦合到多个次级输出的多个次级绕组，开关设备，开关设备经由耦合的电感器 的初级绕组耦合到第一端子，以及耦合到开关设备的第二端子，其中当第二端子耦合到外部 电源时，外部电源被配置为经由第二端子对电池组的电池单元充电以及经由耦合的电感器向 次级输出提供电力，以及其中当外部电源不可用时，电池单元被放电以经由第二端子向主载 荷提供电力以及经由耦合的电感器向次级输出提供电力。
[0006]
本发明的另一个方面提供了一种双向dc/dc转换器，包括：待耦合到一个或多个电
池 单元的第一端子；耦合的电感器，耦合的电感器具有耦合到电池单元的初级绕组和分别耦合 到多个次级输出的多个次级绕组；开关设备，开关设备经由耦合的电感器的初级绕组耦合到 第一端子；以及耦合到开关设备的第二端子，其中当第二端子耦合到外部电源时，外部电源 被配置为经由第二端子对电池组的电池单元充电以及经由耦合的电感器向次级输出提供电 力，并且其中当外部电源不可用时，电池单元被放电以经由第二端子向主载荷提供电源以及 经由耦合的电感器向次级输出提供电力。
[0007]
本公开的用于备用电池单元的双向多功能转换器具有双向和多输出两个特性：具有双向 的功能，可以使用相同的转换器完成电池的放电和充电。具有多输出的功能，可以将不同轨 的输出电压或电力施加到bbu中的不同组件或设备。使用所提出的双向多功能多输出转换 器的概念，仅需一个转换器即可达到多个控制功能，并向不同组件提供电力，这减少了电池 备用单元的体积与成本。
附图说明
[0008]
本公开的实施例通过示例的方式示出并且不限于附图中的图，在附图中相同的附图标记 表示相似的元件。
[0009]
图1示出常规的备用电源系统。
[0010]
图2是示出根据一个实施例的电子机架的备用电源系统的示例的框图。
[0011]
图3是示出根据一个实施例的具有双向转换器的备用电源系统的示例的示意图。
[0012]
图4a和图4b是示出根据特定实施例的电子机架的电池架的示例的框图。
[0013]
图5示出根据一个实施例的包含备用电池组的电子机架的示例。
具体实施方式
[0014]
将参考以下讨论的细节描述本公开的各种实施例和方面，并且附图将示出各种实施例。 以下描述和附图是本公开的说明并且不应被解释为限制本公开。描述了许多具体细节以提供 对本公开的各种实施例的全面理解。然而，在某些情况下，为了提供对本公开的实施例的简 要讨论，没有描述公知或常规的细节。
[0015]
说明书中对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特别特征、 结构或特性可以包括在本公开的至少一个实施例中。在说明书中的各个地方出现的短语“在 一个实施例中”不一定都指同一实施例。
[0016]
根据一些实施例，在bbu中设计双向多输出多功能转换器的拓扑。双向多功能多输出 转换器的概念可以被设计用于数据中心中的bbu的应用以提供多个控制功能，诸如电池放 电、电池充电、风扇速度控制、泵控制，以及同时为多个组件/设备(例如，控制器芯片、电 流传感器、电压传感器等)提供电力。所提出的转换器具有两个特性：双向和多输出。具有 双向的功能，可以使用相同的转换器完成电池的放电和充电。具有多输出的功能，可以将不 同轨的输出电压或电力施加到bbu中的不同组件或设备，诸如风扇、泵、控制ic芯片、传 感器等。使用所提出的双向多功能多输出转换器的概念，仅需一个转换器即可达到多个控制 功能，并向不同组件提供电力，这减少了电池备用单元的体积与成本。
[0017]
根据一个方面，bbu包括布置在电池组中的一个或多个电池单元以及耦合到电池单元 的双向直流-直流(dc/dc)转换器。dc/dc转换器包括耦合到电池单元的第一端子(例
cpu服务器和gpu服务器)的主机服务器(称为主机节点)。主机服务器(具有一个或多个 cpu)通常通过网络(例如，因特网)与客户端接口，以接收对特殊的服务的请求，特殊的 服务诸如存储服务(例如，诸如备用和/或恢复的基于云的存储服务)、执行应用以执行某些 操作(例如，作为软件即服务或saas平台的一部分的图像处理、深度数据学习算法或建模 等)。响应于请求，主机服务器将任务分配给由主机服务器管理的一个或多个性能计算节点 或计算服务器(具有一个或多个gpu)。性能计算服务器执行实际任务，其可能在操作期间 产生热。
[0034]
电子机架900还包括可选的rmu 902，其被配置为提供和管理提供给服务器903、风扇 模块931和cdu 901的电力。优化模块921和rmc 922可以与应用中的一些的控制器通 信。rmu 902可以耦合到电源单元950以管理电源单元的电力消耗。电源单元950可以包 括必要的电路(例如，交流(ac)到直流(dc)或dc到dc电源转换器、备用电池、变 压器或调节器等)以向电子机架900的其余组件提供电力。
[0035]
在一个实施例中，rmu 902包括优化模块921和机架管理控制器(rmc)922。rmc 922可以包括监视器以监视电子机架900内的各种组件的操作状态，例如计算节点903、cdu 901和风扇模块931。具体地，监视器从表示电子机架900的操作环境的各种传感器接收操 作数据。例如，监测器可以接收表示处理器、冷却液体和气流的温度的操作数据，操作数据 可以经由各种温度传感器捕获和收集。监视器还可以接收表示由风扇模块931和液体泵912 生成的风扇电力和泵电力的数据，电力可以与它们相应的速度成比例。这些操作数据被称为 实时操作数据。注意，监视器可以实现为rmu 902内的分离的模块。
[0036]
基于操作数据，优化模块921使用预定的优化函数或优化模型执行优化，以得出一组用 于风扇模块931的最优风扇速度和用于液体泵912的最优泵速度，使得液体泵912和风扇模 块931的总电力消耗达到最小，同时与液体泵912和风扇模块931的冷却风扇相关联的操作 数据在它们相应的设计规范内。一旦确定了最优泵速度和最优风扇速度，rmc 922就基于最 优泵速度和风扇速度配置液体泵912和风扇模块931的冷却风扇。
[0037]
作为示例，基于最优泵速，rmc 922与cdu 901的泵控制器通信以控制液体泵912的 速度，这又控制供应到待分配到刀片服务器903中的至少一些的液体歧管925的冷却液体的 液体流速。因此，操作条件和对应的冷却设备性能被调节。类似地，基于最优风扇速度，rmc 922与风扇模块931中的每个通信以控制风扇模块931的每个冷却风扇的速度，这又控制风 扇模块931的气流速率。注意，风扇模块931中的每个可以用其特定的最优风扇速度单独地 控制，并且不同风扇模块和/或在同一风扇模块中的不同冷却风扇可以具有不同的最优风扇 速度。根据一个实施例，bbu 910可以实现为如上所述的如图1-图3所示的bbu中的任一 个。
[0038]
注意，服务器903的it组件中的一些或全部可以经由使用散热器的空气冷却或经由使 用冷却板的液体冷却而被附接到上述冷却设备中的任一个。一个服务器可以利用空气冷却， 而另一服务器可以利用液体冷却。或者，服务器的一个it组件可以利用空气冷却，而同一 服务器的另一it组件可以利用液体冷却。此外，这里未示出开关，该开关可以是空气冷却 的或液体冷却的。
[0039]
在在前述说明书中，已经参考本公开的具体示例性实施例描述了本公开的实施例。显然， 在不背离如所附权利要求书中阐述的本公开的更宽的精神和范围的情况下，可
以对其进行各 种修改。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而不是限制性的。