CN102545355B - 机柜供电系统 - Google Patents

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本发明公开了一种机柜供电系统,包括:设置在机柜中的蓄电池组、至少一个电源组件和用于检测交流电供电及蓄电池组电压的电源监控组件。其中,每个电源组件还包括:交流/直流整流模块,用于将交流电转换为具有第一电压的直流电;第一直流/直流转换模块,用于将具有第一电压的直流电转换为具有第二电压的直流电;第二直流/直流转换模块,用于将具有第一电压的直流电转换为具有第三电压的直流电以为蓄电池组充电;第三直流/直流转换模块,用于转换所述蓄电池组输出的直流电。该机柜供电系统具有供电效率高、可靠性高、电源设备投资小的特点,可以满足服务器高温化运行的要求。

Description

机柜供电系统
技术领域
[0001] 本发明涉及机柜供电技术领域,特别涉及一种用于机柜的供电系统。
背景技术
[0002]目前,大部分数据中心服务器采用在线式UPS (不间断电源)系统供电,通常市电经过整流、逆变两次变换,损失一般达到10% -15%。另外,由于结构限制,UPS系统的供电可靠性较低,提高冗余(如2N)的方式虽然能提高可靠性,但同时也增加了电源设备投资和损耗。
[0003] 近几年,为了提高服务器供电系统的可靠性及电源转换效率,一方面出现了用高压直流电源(如DC240V)取代UPS的高压直流供电系统,另一方面也出现了取消UPS电源,同时将蓄电池安装到服务器端的新型分散供电系统。
[0004] 因此,数据中心服务器现有供电系统架构主要可以分成如下三种:
[0005] 1、在线式UPS供电系统
[0006] 该系统在现有数据中心内应用最广,系统由两部分构成,前端为UPS电源,后端为服务器电源,可靠性要求较高时,两端电源设备通常都按2N冗余配置,合计电源设备容量配置为4N (注:N为服务器功耗),电能在流经UPS设备时需要经过整流及逆变两次转换,在流经服务器电源时需要经过整流及直直两次转换,最终转换成服务器等IT设备可以直接使用的DC12V电源。因此,该系统的缺点是设备配置冗余度高、供电效率低。
[0007] 2、在线式高压直流供电系统
[0008] 如果将在线式UPS供电系统中的UPS设备用高压直流电源设备替代,就成为在线式高压直流供电系统。该系统目前还处在试验阶段,没有在数据中心大规模应用。
[0009] 由于高压直流电源设备比UPS设备结构简单,可靠性高,因此,可靠性相当的情况下,可以采用I路高压直流+1路市电架构代替双路UPS供电架构,以减少电源设备配置,提高供电效率。但这种架构的缺点是高压直流的相关规范及产品还不完善,与后备式供电系统相比,供电效率偏低。
[0010] 3、后备式低压直流供电
[0011] 该系统目前主要采用DC12V电压和DC48V电压供电方案。一般是将电源设备分散到数据机房,其中DC12V方案将12V电池配置到每台服务器,前端不再设置其他电源设备;DC48V方案中,每台服务器电源有两个输入,一是交流市电输入,二是DC48V输入,服务器前端设蓄电池机架,一个蓄电池机架(含充电整流器)为6个服务器机架做后备电源。
[0012] 正常时交流市电直接进入IT设备电源,市电停电后,切换至DC12V或DC48V蓄电池供电。
[0013] 这种供电架构的主要缺点:蓄电池组分散到机房,提高了机房环境要求;每台服务器均配置I个电源,电源设备没有冗余,降低了供电可靠性。
[0014] 综上所述,现有技术的缺点是:设备冗余度高,增加了设备的投入,且供电效率低,可靠性也较低。
发明内容
[0015] 本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一。
[0016] 为此,本发明的目的在于提出一种机柜供电系统,该系统供电效率高,生产成本较低且可靠性也比较高。
[0017] 为达到上述目的,本发明的实施例公开了一种机柜供电系统,包括:设置在所述机柜中的蓄电池组、至少一个电源组件以及电源监控组件。其中,每个所述电源组件包括:交流/直流整流模块,用于将交流电转换为具有第一电压的直流电;第一直流/直流转换模块,所述第一直流/直流转换模块通过电源总线分别与所述多个电子设备相连,且所述第一直流/直流转换模块与所述交流/直流整流模块相连,所述第一直流/直流转换模块用于将所述具有第一电压的直流电转换为具有第二电压的直流电;第二直流/直流转换模块,所述第二直流/直流转换模块分别与所述交流/直流整流模块和所述蓄电池组相连,所述第二直流/直流转换模块用于将所述具有第一电压的直流电转换为具有第三电压的直流电以为所述蓄电池组充电;第三直流/直流转换模块,所述第三直流/直流转换模块用于转换所述蓄电池组输出的直流电。此外,电源监控组件与至少一个电源组件相连,用于控制至少一个电源组件为蓄电池组充电,及为多个电子设备供电。具体地,电源监控组件用于检测所述交流电及所述蓄电池组的电压,在所述蓄电池组的电压低于阈值时,通过所述交流/直流转换模块和所述第二直流/直流转换模块为所述蓄电池组充电,且在所述交流电断电时,通过所述第三直流/直流转换模块转换所述蓄电池组输出的直流电以为所述多个电子设备供电。
[0018] 在本发明的实施例中,在输入的交流电正常时,通过交流/直流整流模块和第一直流/直流转换模块为多个电子设备供电,并在蓄电池组电量不足时通过交流/直流整流模块和第二直流/直流转换模块为蓄电池组充电。此外,在输入的交流电无法正常工作时,就可以通过第三直流/直流转换模块和第二直流/直流转换模块为多个电子设备供电,或者通过第三直流/直流转换模块直接为多个电子设备供电。因此,可以看出,本发明无需UPS或其他服务器的前端电源设备,可采用交流市电直接为机柜供电,因此减少了电源转换次数,提高了供电效率,降低了运行费用。此外,本发明实施例蓄电池组配置容量小,相应设备投资成本低,且本发明的机柜供电系统有助于提高机房环境温度,从而进一步节省机房空调系统能耗。
[0019] 在本发明的一个实施例中,所述电源组件为N+1设置,其中N根据所述多个电子设备的额定功率确定。本发明采用N+1或N+X冗余设置,提高了机柜供电系统的可靠性。
[0020] 在本发明的一个实施例中,所述第三直流/直流转换模块的一端与所述蓄电池组相连,另一端与所述第一直流/直流转换模块相连,所述第三直流/直流转换模块用于将所述蓄电池组输出的直流电转换为具有第一电压的直流电并提供至所述第一直流/直流转换模块。在该实施例中,第三直流/直流转换模块先将蓄电池组的输出直流电转换为第一电压的直流电,之后再通过第一直流/直流转换模块将第一电压的直流电转换为第二电压的直流电提供至多个电子设备。
[0021] 在本发明的另一个实施例中,所述第三直流/直流转换模块的一端与所述蓄电池组相连,另一端通过电源总线分别与所述多个电子设备相连,所述第三直流/直流转换模块用于将所述蓄电池组输出的直流电转换为具有第二电压的直流电。在该实施例中,第三直流/直流转换模块可直接与电源总线相连,将蓄电池的输出直流电直接转换为第二电压的直流电,从而为多个电子设备供电。
[0022] 在本发明的一个实施例中,所述蓄电池组设置在恒温箱中。该恒温箱包括:保温箱体;温度检测装置,用于检测所述保温箱体内的温度;温度调节装置,用于调节所述保温箱体内的温度以满足预定要求。在本发明中,恒温箱可以为蓄电池组提供25 ± 3 °C的较优运行温度,从而延长蓄电池组的寿命并有利于蓄电池组放电。同时,还可以确保蓄电池组不受机房环境温度的限制,有利于高温服务器的推广运行。
[0023] 在本发明的一个实施例中,所述温度调节装置为压缩机或半导体制冷装置。
[0024] 在本发明的一个实施例中,所述恒温箱还包括排氢装置,用于将所述保温箱体内的蓄电池组产生的氢气排出,从而有效地防止由于恒温箱中蓄电池组排出的氢气浓度较高,而产生爆炸的问题。
[0025] 在本发明的一个实施例中,所述第一电压约为300V,所述第二电压约为12V,所述第三电压约为48V。
[0026] 在本发明的一个实施例中,所述多个电子设备为服务器和交换机。
[0027] 本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0028] 本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:
[0029] 图1为根据本发明实施例的机柜供电系统的结构示意图;和
[0030] 图2为根据本发明另一实施例的机柜供电系统的结构示意图。
具体实施方式
[0031] 下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能解释为对本发明的限制。
[0032] 在本发明的描述中,需要理解的是,术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
[0033] 在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是机械连接或电连接,也可以是两个元件内部的连通,可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0034] 下面参考图1和图2描述根据本发明实施例的机柜供电系统。其中,图1和图2的区别在于,图1中的第三直流/直流转换模块114与第一直流/直流转换模块112相连,第三直流/直流转换模块114先将蓄电池组101的输出直流电转换为第一电压的直流电,之后再通过第一直流/直流转换模块112将第一电压直流电转换为第二电压直流电提供至多个电子设备。而在图2中第三直流/直流转换模块214直接与电源总线104相连,从而将蓄电池组101的输出直流电转换为第二电压直流电直接为多个电子设备供电。
[0035] 如图1所示,本发明实施例提供的机柜供电系统包括蓄电池组101、至少一个电源组件102和电源监控组件103。电源监控组件103与至少一个电源组件102相连,用于控制至少一个电源组件102为蓄电池组101充电,及为多个电子设备供电。
[0036] 进一步地,每个电源组件102包括交流/直流整流模块111、第一直流/直流转换模块112、第二直流/直流转换模块113和第三直流/直流转换模块114。其中,交流/直流整流模块111用于将机柜主供交流电源105输入的交流电转换为具有第一电压的直流电。在本发明的一个实施例中,第一电压可约为300V。第一直流/直流转换模块112通过电源总线104分别与多个电子设备相连,且第一直流/直流转换模块112与交流/直流整流模块111相连。第一直流/直流转换模块112用于将具有第一电压的直流电转换为具有第二电压的直流电,从而为多个电子设备供电。在本发明的一个实施例中,第二电压可约为12V。第二直流/直流转换模块113分别与交流/直流整流模块111和蓄电池组101相连,第二直流/直流转换模块113用于在蓄电池组101的电量不满足要求时,将具有第一电压的直流电转换为具有第三电压的直流电以为蓄电池组101充电。在本发明的一个实施例中,第三电压可约为48V。第三直流/直流转换模块114与第一直流/直流转换模块112相连,用于转换蓄电池组101输出的直流电。具体地,在图1所示的实施例中,第三直流/直流转换模块114与第一直流/直流转换模块112相连,第三直流/直流转换模块114先将蓄电池组101的输出直流电转换为第一电压的直流电,之后再通过第一直流/直流转换模块112将第一电压直流电转换为第二电压直流电提供至多个电子设备。在本发明中,第一电压可以是300V以外的其他数值,具体根据应用中的实际情况来定。同样地,第二电压和第三电压可以是12V和48V以外的其他数值,具体根据实际应用中蓄电池组和多个电子设备的情况来定。
[0037] 此外,电源监控组件103用于检测机柜主供交流电源105 (即输入交流电)及蓄电池组101的电压。当蓄电池组101的电压低于阈值时,通过交流/直流转换模块111和第二直流/直流转换模块113为蓄电池组101充电。并当主供交流电源105断电时,通过第三直流/直流转换模块114转换蓄电池组101输出的直流电,再通过第一直流/直流转换模块112提供至多个电子设备。
[0038] 根据本发明实施例提供的机柜供电系统,上述电源组件可采用N+X的冗余配置,其中N根据多个电子设备的额定功率确定,X为设备配置冗余,例如可采用N+1的冗余配置。
[0039] 在本发明的另一个实施例中,如图2所示,第三直流/直流转换模块214的一端与蓄电池组101相连,另一端可与电源总线104直接相连,从而可以通过电源总线104分别为多个电子设备供电,该第三直流/直流转换模块214用于将蓄电池组101输出的直流电转换为具有第二电压的直流电,直接供给上述多个电子设备。
[0040] 在本发明的实施例中,在主供交流电源105输入的交流电正常时,通过交流/直流整流模块111和第一直流/直流转换模块112为多个电子设备供电,并在蓄电池组101电量不足时通过交流/直流整流模块111和第二直流/直流转换模块113为蓄电池组101充电。此外,在主供交流电源105输入的交流电无法正常工作时,就可以通过第三直流/直流转换模块114和第二直流/直流转换模块112为多个电子设备供电,或者通过第三直流/直流转换模块214直接为多个电子设备供电。因此,可以看出,本发明无需UPS或其他服务器的前端电源设备,可采用交流市电直接为机柜供电,因此减少了电源转换次数,提高了供电效率,降低了运行费用。此外,本发明实施例蓄电池组配置容量小,相应设备投资成本低。且本发明的机柜供电系统有助于提高机房环境温度,从而进一步节省机房空调系统能耗。
[0041] 具体地说,在本发明的一个实施例中,如图1所示,蓄电池组101设置在恒温箱106中。该恒温箱106包括保温箱体115、温度检测装置116和温度调节装置117。其中,温度检测装置116用于检测恒温箱体内的温度。温度调节装置117用于调节该恒温箱体内的温度以满足预定要求。在本发明中,蓄电池组101可以为上述多个电子设备提供不小于15分钟的后备续电时间,恒温箱可以为蓄电池组提供25±3°C的较优运行温度,从而延长蓄电池组的寿命并有利于蓄电池组放电。同时,还可以确保蓄电池组不受机房环境温度的限制,有利于高温服务器的推广运行。
[0042] 根据本发明实施例的恒温箱106,其中温度调节装置117为压缩机或半导体制冷
>J-U ρςα装直。
[0043] 在本发明的一个实施例中,上述恒温箱106还包括排氢装置118,用于将该恒温箱体内的蓄电池组101产生的氢气排出。因为在蓄电池充电时可能会产生少量氢气,需要及时排放出去,否则容易产生爆炸的危险。
[0044] 在本发明的另一个实施例中,如图1所示,上述多个电子设备可以IU或2U等服务器,也可以是交换机等IT设备。
[0045]当前,不管是传统的在线式UPS系统供电,还是在线式高压直流供电,或者分散后备式低压直流供电,都存在相应的缺点。例如,在线式UPS系统供电,市交流电经过整流、逆变两次变换,损失一般达到10% -15%,另外,受结构限制,UPS系统的供电可靠性较低,提高冗余(如2Ν)的方式虽然能提高可靠性,但同时增加了电源设备投资和损耗。近年来,开始试用的在线式高压直流供电系统虽然减少了逆变环节,即相应可以减少损耗约5 %,但这种供电系统的缺点是高压直流的相关规范及产品还不完善,且供电效率偏低。此外,像分散后备式低压直流供电系统,其突出优点是提高了系统整体效率,但是这种系统将电源设备及电池组均分散安装到数据机房,这样导致每台服务器均配置I个电源模块,没有冗余,供电可靠性不高;其次,蓄电池组与IT设备同时安装在机房,限制了服务器向高温化发展。
[0046] 在本发明的一个实施例中,如图1所示,为了适应服务器大规模快速部署及降低采购和运营成本的需要,本发明实施例将机柜科学地划分为机柜电源、机柜恒温箱及蓄电池组、IT设备三个部分,并且服务器、交换机等IT设备共享机柜电源和蓄电池组。这样,本发明的优点具体表现在供电效率高、可靠性高、电源设备投资小等方面,并且还可以满足服务器向高温化发展的需求。
[0047] 在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0048] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (5)

1.一种机柜供电系统,其特征在于,包括: 设置在所述机柜中的蓄电池组,其中,所述蓄电池组设置在恒温箱中,所述恒温箱包括保温箱体; 温度检测装置,用于检测所述保温箱体内的温度; 温度调节装置,用于调节所述保温箱体内的温度以满足预定要求; 排氢装置,用于将所述保温箱体内的蓄电池组产生的氢气排出; 至少一个电源组件,其中,所述电源组件采用N+X的冗余配置,其中N根据多个电子设备的额定功率确定,X为设备配置冗余,每个所述电源组件包括: 交流/直流整流模块,用于将交流电转换为具有第一电压的直流电; 第一直流/直流转换模块,所述第一直流/直流转换模块通过电源总线分别与所述多个电子设备相连,且所述第一直流/直流转换模块与所述交流/直流整流模块相连,所述第一直流/直流转换模块用于将所述具有第一电压的直流电转换为具有第二电压的直流电;第二直流/直流转换模块,所述第二直流/直流转换模块分别与所述交流/直流整流模块和所述蓄电池组相连,所述第二直流/直流转换模块用于将所述具有第一电压的直流电转换为具有第三电压的直流电以为所述蓄电池组充电; 第三直流/直流转换模块,所述第三直流/直流转换模块用于转换所述蓄电池组输出的直流电,且在交流电无法正常工作时,所述第三直流/直流转换模块和所述第二直流/直流转换模块为所述多个电子设备供电,或者通过所述第三直流/直流转换模块直接为所述多个电子设备供电,其中,所述第三直流/直流转换模块的一端与所述蓄电池组相连,另一端与所述第一直流/直流转换模块相连,所述第三直流/直流转换模块用于将所述蓄电池组输出的直流电转换为具有第一电压的直流电并提供至所述第一直流/直流转换模块,或者, 所述第三直流/直流转换模块的一端与所述蓄电池组相连,另一端通过电源总线分别与所述多个电子设备相连,所述第三直流/直流转换模块用于将所述蓄电池组输出的直流电转换为具有第二电压的直流电;以及 电源监控组件,所述电源监控组件与所述至少一个电源组件相连,用于控制所述至少一个电源组件为所述蓄电池组充电,及为所述多个电子设备供电,其中,所述电源监控组件检测所述交流电及所述蓄电池组的电压,且在所述蓄电池组的电压低于阈值时,通过所述交流/直流转换模块和所述第二直流/直流转换模块为所述蓄电池组充电,以及在所述交流电断电时,通过所述第三直流/直流转换模块转换所述蓄电池组输出的直流电以为所述多个电子设备供电。
2.如权利要求1所述的机柜供电系统,其特征在于,所述电源组件为N+1设置,所述N根据所述多个电子设备的额定功率确定。
3.如权利要求1所述的机柜供电系统,其特征在于,所述温度调节装置为压缩机或半导体制冷装置。
4.如权利要求1所述的机柜供电系统,其特征在于,所述第一电压为300V,所述第二电压为12V,所述第三电压为48V。
5.如权利要求1-4任一项所述的机柜供电系统,其特征在于,所述多个电子设备为服务器和交换机。
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CN107046325A (zh) * 2016-02-05 2017-08-15 中国船舶重工集团公司第七�三研究所 一种机柜安装铅酸蓄电池组的直流供电系统

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