CN108332463A - 数据中心电池间空调柜的控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种数据中心电池间空调柜的控制方法及系统，该方法包括：获取电池组电缆上的电流方向和电流大小，根据电流方向判断电池组的充放电状态；当电池处于浮充状态时，根据电流大小计算电池组的总功耗；根据电池组的总功耗计算空调柜的冷水消耗和风量输出值；根据冷水消耗和风量输出值控制空调柜内阀门的开度和风机的转速；当电池处于放电状态时，下达指令，空调柜以满负荷的制冷量输出；根据满负荷的制冷量参数，阀门全开，风机的转速以设计状态输出。

Description

数据中心电池间空调柜的控制方法及系统

技术领域

本发明涉及空调控制领域，其特别涉及一种数据中心电池间空调柜的控制方法及系统。

背景技术

在数据中心内，为了保证服务器等设备的运行连续性，一般均采用UPS不间断电源对供电提供保障。UPS系统一般包含UPS主机、输入输出柜、蓄电池组几个部分。在实际部署方案中，UPS主机、输入输出柜一般放置于电力机房，蓄电池组放置于专用的电池间内。

由于UPS主机在工作状态时自身消耗大量的电能，同时产生热量，因此需要使用空调系统对UPS设备提供制冷。对于电池间内的蓄电池组，在UPS使用电池放电时会发生内部的电化学反应，产生较多的热量，因此也需要对电池间采用空调系统提供制冷。

在工程实践中，设计院需要按照UPS主机满载来计算蓄电池的放电功率，因此需要为电池间提供大功率的空调制冷量。但由于电池组只是备用电源，在数据中心正常运行过程中是不需要放电的，只是进行小电流浮充充电以保持充满电的状态，此时电池散发的热量非常轻微。而目前数据中心的空调并不会根据电池状态进行调整，往往还是根据既定的策略(比如维持送风温度23℃)进行大风量、大冷量的制冷。这产生了大量的无谓的能源消耗，大大增加了数据中心的运营成本，不利于整体系统节能减排。

发明内容

本发明为了克服现有数据中心空调控制方法无法根据电池组的充放电状态来调整空调的制冷状态而产生的高能耗问题，提供一种数据中心电池间空调柜的控制方法及系统。

为了实现上述目的，本发明提供一种数据中心电池间空调柜的控制方法，该方法包括：

获取电池组电缆上的电流方向和电流大小，根据电流方向判断电池组的充放电状态；

当电池处于浮充状态时，根据电流大小计算电池组的总功耗；

根据电池组的总功耗计算空调柜的冷水消耗和风量输出值；

根据冷水消耗和风量输出值控制空调柜内阀门的开度和风机的转速；

当电池处于放电状态时，下达指令，空调柜以满负荷的制冷量输出；

根据满负荷的制冷量参数，阀门全开，风机的转速以设计状态输出。

根据本发明的一实施例，在获得电池组的功耗后增加一定的冗余度后计算空调柜的冷水消耗和风量输出值。

根据本发明的一实施例，当电池处于放电状态时，根据电缆上的电流大小计算电池组的功耗，当功耗大于空调柜的满负荷制冷量时，输出制冷量不足的报警信号。

根据本发明的一实施例，数据中心电池间空调柜的控制方法还包括：

实时获取电池组的温度；

当电池组的温度超过设定的电池温度阈值时，输出温度报警信号。

根据本发明的一实施例，数据中心电池间空调柜的控制方法还包括：

实时获取出风温度、回风温度、出水温度以及进水温度；

当出风和回风的温差超过设定的风的温度阈值或者出水和进水的温差超过水温阈值时，输出温度报警信号。

另一方面，本发明还提供一种数据中心电池间空调柜的控制系统，该系统包括电流传感器、计算模块、决策模块以及执行模块。电流传感器获取电池组电缆上的电流方向和电流大小，根据电流方向判断电池组的充放电状态。当电池处于浮充状态时，计算模块根据电流大小计算电池组的总功耗。当电池处于浮充状态时，决策模块根据电池组的总功耗计算空调柜的冷水消耗和风量输出值；当电池处于放电状态时，下达指令，空调柜以满负荷的制冷量输出。当电池处于浮充状态时，执行模块根据冷水消耗和风量输出值控制空调柜内阀门的开度和风机的转速；当电池处于放电状态时，根据满负荷的制冷量参数，阀门全开，风机的转速以设计状态输出。

根据本发明的一实施例，决策模块在获得电池组的功耗后增加一定的冗余度后计算空调柜的冷水消耗和风量输出值。

根据本发明的一实施例，数据中心电池间空调柜的控制系统还包括报警模块，当电池处于放电状态时，计算模块根据电缆上的电流大小计算电池组的功耗并上传至决策模块，当功耗大于空调柜的满负荷制冷量时，决策模块输出制冷量不足的报警信号至报警模块，报警模块进行报警。

根据本发明的一实施例，数据中心电池间空调柜的控制系统还包括温度传感模块，温度传感模块包括电池组温度传感器、出风温度温度传感器和回风温度传感器以及出水温度传感器和进水温度传感器。电池组温度传感器设置在电池组的表面实时获取电池组的温度。出风温度温度传感器和回风温度传感器分别设置于空调柜的出风道和回风道。出水温度传感器和进水温度传感器分别设置于空调柜的出水管道和进水管道。

根据本发明的一实施例，电池组温度传感器和电池组的表面之间敷设有导热层。

综上所述，本发明提供的数据中心电池间空调柜的控制方法及系统通过在电池组的电缆上设置电流传感器，电流传感器检测电池组电缆上的电流方向以及电流大小，通过电缆上的电流方向来判断电池组的当前工作状态。当电缆上的电流方向为正向时，表明电池组处于浮充状态，即电池组为备用状态，电池组散热需求非常的小，决策模块和执行模块采用低负荷的运行控制策略，在电池浮充状态下让空调柜的风机、盘管冷水(或冷媒)进入低负荷运行，在满足电池组散热需求的同时大大减少电池间的空调系统能耗。而一旦电流传感器检测到电池组电缆上的电流改变方向时，表面电池组处于放电状态，此时决策模块将下达以满负荷的制冷量输出的指令至执行模块，执行模块将盘管阀门全部打开且风机的转速以设计状态输出。电流传感器的设置不仅能实现电池组状态的自动识别从而大大减小电池组在浮充状态下的功耗，进一步的，其可快速的响应电流方向的改变，遇到外电停电需要空调满负荷制冷时，保证空调柜快速启动到满负荷输出状态，从而确保电池组在放电状态下的安全运行。

为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1所示为本发明一实施例提供的数据中心电池间空调柜的控制方法中通过判断电池的工作状态来实现空调柜在低负荷和满负荷状态下的工作流程图。

图2所示为数据中心电池间空调柜的控制系统的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例提供一种数据中心电池间空调柜的控制方法，该方法包括：获取电池组电缆上的电流方向和电流大小，根据电流方向判断电池组的充放电状态(步骤S10)。当电池处于浮充状态时，根据电流大小计算电池组的总功耗(步骤S20)。根据电池组的总功耗计算空调柜的冷水消耗和风量输出值(步骤S30)。根据冷水消耗和风量输出值控制空调柜内阀门的开度和风机的转速(步骤S40)。当电池处于放电状态时，下达指令，空调柜以满负荷的制冷量输出(步骤S50)。根据满负荷的制冷量参数，阀门全开，风机的转速以设计状态输出(步骤S60)。以下将结合图1详细介绍本实施例提供的数据中心电池间空调柜的控制方法。

在数据中心正常运行状态下，数据中心内的UPS主机和输入输出柜等设备采用外电源进行供电，电池组处于备用状态，外电源以小电流浮充电池组保持电池组维持充满电的状态，电池组电缆上的电流方向为正向。而当外电源处于停电状态，电池组需要为UPS主机和输入输出柜等设备供电，电池组处于放电状态，此时电池组电缆上的电流方向与充电状态相反。故本实施例提供的控制方法始于步骤S10，通过监测电池组电缆上的电流方向来自动识别电池组的工作状态。

当电池组处于浮充状态时，其散发的热量非常轻微，当空调柜采用满负荷的设计状态输出时将产生大量的制冷能源浪费。故当监测到电池组处于浮充状态时，执行步骤S20，通过监测到的电池组上的充电电流I并结合电池组的串联总电压U和总内阻R两个参数，计算得出每一组电池的热功耗，再汇总电池间内的多组电池数据得出总的功耗，计算公式为P＝∑I²*R。在获得电池组总的功耗后，执行步骤S30和步骤S40，根据电池组的总功耗计算空调柜的冷水消耗和风量输出值并根据冷水消耗和风量输出值控制空调柜内阀门的开度和风机的转速，实现电池组浮充状态下的低负荷控制。具体而言，根据风量输出值风机转速之间的对应关系来实现风机转速的控制，根据冷水消耗量和阀门开度百分比数值之间的对应关系来控制阀门的开度。

于本实施例中，在执行步骤S30时，在获得电池组的功耗后增加一定的冗余度后计算空调柜的冷水消耗和风量输出值。该冗余量的设置确保了电池组在浮充状态下的散热需求，确保电池组的工作温度稳定在运维规范内。

而当步骤S10中监测到电池组电缆上的电流方向发生改变，电流方向转换为反向时，执行步骤S50和步骤S60，决策模块下达指令，空调柜以满负荷的制冷量输出。根据满负荷的制冷量参数，阀门全开，风机的转速以设计状态输出。所述设计状态指的是在空调柜设计时，设计院会根据UPS主机满载来计算蓄电池组的放电功率，并根据此时电池的放电功率来计算空调柜的输出，从而形成满负荷的制冷量输出，相应的阀门和风机的状态称为设计状态。

进一步的，在电池处于放电状态时，计算模块还根据电缆上的电流大小计算电池组的功耗，当功耗大于空调柜的满负荷制冷量时，输出制冷量不足的报警信号(步骤S70)，保证电池组和UPS主机等设备的安全运行。

于本实施例中，数据中心电池间空调柜的控制方法还包括：实时获取电池组的温度。当电池组的温度超过设定的电池温度阈值时，输出温度报警信号。通过实时监测电池组表面的温度来进一步保证电池组运行的安全性，避免电池组在运行过程中因散热不足而发生故障。同样的，为进一步保障数据中心内各部件的安全且正常运行，数据中心电池间空调柜的控制方法还包括实时获取出风温度、回风温度、出水温度以及进水温度。当出风和回风的温差超过设定的风的温度阈值或者出水和进水的温差超过水温阈值时，表征空调柜制冷出现故障，输出温度报警信号。

相对应的，本实施例还提供一种数据中心电池间空调柜的控制系统，该系统包括电流传感器1、计算模块2、决策模块3以及执行模块4。电流传感器1获取电池组电缆上的电流方向和电流大小，根据电流方向判断电池组的充放电状态。当电池处于浮充状态时，计算模块2根据电流大小计算电池组的总功耗。当电池处于浮充状态时，决策模块3根据电池组的总功耗计算空调柜的冷水消耗和风量输出值；当电池处于放电状态时，下达指令，空调柜以满负荷的制冷量输出。当电池处于浮充状态时，执行模块4根据冷水消耗和风量输出值控制空调柜内阀门的开度和风机的转速；当电池处于放电状态时，执行模块4根据满负荷的制冷量参数，阀门全开，风机的转速以设计状态输出。

于本实施例中，当电池处于放电状态时，电流传感器1将检测到的电流输出至计算模块2，计算模块2经计算后输出至决策模块3，决策模块3判断电流的方向。然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，电流传感器1可直接检测电流的方向并将检测后的信号直接输出至决策模块3。于本实施例中，电流传感器为霍尔传感器且电池开关箱内，通过RS485接口连接到空调柜。然而，本发明对电流传感器的类型、设置的位置以及与空调柜的通信方式不作任何限定。于本实施例中，电池间放置了六组电池(供3台UPS主机，每台配置两组电池)，则需要配置六个电流传感器，监测电池组的电流方向和电流大小。然而，本发明对此不作任何限定。

于本实施例中，决策模块3在获得电池组的功耗后增加一定的冗余度后计算空调柜的冷水消耗和风量输出值。

于本实施例中，数据中心电池间空调柜的控制系统还包括报警模块5和温度传感模块6，当电池处于放电状态时，计算模块2根据电缆上的电流大小计算电池组的功耗并上传至决策模块3，当功耗大于空调柜的满负荷制冷量时，决策模块3输出制冷量不足的报警信号至报警模块，报警模块5进行报警。温度传感模块6包括电池组温度传感器61、出风温度温度传感器621和回风温度传感器622以及出水温度传感器631和进水温度传感器632。电池组温度传感器61设置在电池组的表面实时获取电池组的温度。出风温度温度传感器621和回风温度传感器622分别设置于空调柜的出风道和回风道。出水温度传感器631和进水温度传感器632分别设置于空调柜的出水管道和进水管道。当电池组表面的温度超过设定阈值时，决策模块3输出信号至报警模块5，同样的，当出回风温差或出进水温度超过设定阈值时决策模块3输出信号至报警模块5。于其它实施例中，如果空调为风冷空调的话，出水温度传感器和进水温度传感器相应替换为检测冷媒的相应参数。

于本实施例中，电池组温度传感器和电池组的表面之间敷设有导热层，确保检测的温度数值准确。电池组温度传感器可设置在电池组的各个典型位置，如电池组的迎风方向、背风方向、电池组侧面、电池组内部、电池组顶部或者电池组底部等等。

综上所述，本发明提供的数据中心电池间空调柜的控制方法及系统通过在电池组的电缆上设置电流传感器，电流传感器检测电池组电缆上的电流方向以及电流大小，通过电缆上的电流方向来判断电池组的当前工作状态。当电缆上的电流方向为正向时，表明电池组处于浮充状态，即电池组为备用状态，电池组散热需求非常的小，决策模块和执行模块采用低负荷的运行控制策略，在电池浮充状态下让空调柜的风机、盘管冷水(或冷媒)进入低负荷运行，在满足电池组散热需求的同时大大减少电池间的空调系统能耗。而一旦电流传感器检测到电池组电缆上的电流改变方向时，表面电池组处于放电状态，此时决策模块将下达以满负荷的制冷量输出的指令至执行模块，执行模块将盘管阀门全部打开且风机的转速以设计状态输出。电流传感器的设置不仅能实现电池组状态的自动识别从而大大减小电池组在浮充状态下的功耗，进一步的，其可快速的响应电流方向的改变，遇到外电停电需要空调满负荷制冷时，保证空调柜快速启动到满负荷输出状态，从而确保电池组在放电状态下的安全运行。

虽然本发明已由较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟知此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所要求保护的范围为准。

Claims (10)

1.一种数据中心电池间空调柜的控制方法，其特征在于，包括：

获取电池组电缆上的电流方向和电流大小，根据电流方向判断电池组的充放电状态；

当电池处于浮充状态时，根据电流大小计算电池组的总功耗；

根据电池组的总功耗计算空调柜的冷水消耗和风量输出值；

根据冷水消耗和风量输出值控制空调柜内阀门的开度和风机的转速；

当电池处于放电状态时，下达指令，空调柜以满负荷的制冷量输出；

根据满负荷的制冷量参数，阀门全开，风机的转速以设计状态输出。

2.根据权利要求1所述的数据中心电池间空调柜的控制方法，其特征在于，在获得电池组的功耗后增加一定的冗余度后计算空调柜的冷水消耗和风量输出值。

3.根据权利要求1所述的数据中心电池间空调柜的控制方法，其特征在于，当电池处于放电状态时，根据电缆上的电流大小计算电池组的功耗，当功耗大于空调柜的满负荷制冷量时，输出制冷量不足的报警信号。

4.根据权利要求1所述的数据中心电池间空调柜的控制方法，其特征在于，所述数据中心电池间空调柜的控制方法还包括：

实时获取电池组的温度；

当电池组的温度超过设定的电池温度阈值时，输出温度报警信号。

5.根据权利要求1所述的数据中心电池间空调柜的控制方法，其特征在于，所述数据中心电池间空调柜的控制方法还包括：

实时获取出风温度、回风温度、出水温度以及进水温度；

当出风和回风的温差超过设定的风的温度阈值或者出水和进水的温差超过水温阈值时，输出温度报警信号。

6.一种数据中心电池间空调柜的控制系统，其特征的在于，包括：

电流传感器，获取电池组电缆上的电流方向和电流大小，根据电流方向判断电池组的充放电状态；

计算模块，当电池处于浮充状态时，根据电流大小计算电池组的总功耗；

决策模块，当电池处于浮充状态时，根据电池组的总功耗计算空调柜的冷水消耗和风量输出值；当电池处于放电状态时，下达指令，空调柜以满负荷的制冷量输出；

执行模块，当电池处于浮充状态时，根据冷水消耗和风量输出值控制空调柜内阀门的开度和风机的转速；当电池处于放电状态时，根据满负荷的制冷量参数，阀门全开，风机的转速以设计状态输出。

7.根据权利要求6所述的数据中心电池间空调柜的控制系统，其特征的在于，决策模块在获得电池组的功耗后增加一定的冗余度后计算空调柜的冷水消耗和风量输出值。

8.根据权利要求6所述的数据中心电池间空调柜的控制系统，其特征的在于，所述数据中心电池间空调柜的控制系统还包括报警模块，当电池处于放电状态时，计算模块根据电缆上的电流大小计算电池组的功耗并上传至决策模块，当功耗大于空调柜的满负荷制冷量时，决策模块输出制冷量不足的报警信号至报警模块，报警模块进行报警。

9.根据权利要求6所述的数据中心电池间空调柜的控制系统，其特征的在于，所述数据中心电池间空调柜的控制系统还包括温度传感模块，所述温度传感模块包括：

电池组温度传感器，设置在电池组的表面实时获取电池组的温度；

出风温度温度传感器和回风温度传感器，分别设置于空调柜的出风道和回风道；

出水温度传感器和进水温度传感器，分别设置于空调柜的出水管道和进水管道。

10.根据权利要求9所述的数据中心电池间空调柜的控制系统，其特征的在于，所述电池组温度传感器和电池组的表面之间敷设有导热层。