CN112117510A - 用于电池组的自激活热量管理系统 - Google Patents

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Abstract

一种电池系统可包括蒸发室和冷凝器。一个或多个电池单元可浸没于流体中，其中电池单元和流体容纳于蒸发室中。冷凝器可以通过一个或多个蒸汽通道和一个或多个液体通道与蒸发室流体连接。当电池单元充电和放电时，由电池单元散出的热量被流体吸收，使得流体从液体变为蒸汽。蒸汽行进穿过一个或多个蒸汽通道进入冷凝器中，蒸汽在其中变回液体并通过一个或多个液体通道返回到蒸发室。该热量管理解决方案是自感测和自调节系统。

Description

用于电池组的自激活热量管理系统
技术领域
本公开的实施方式总体上涉及一种电池。更具体地，本公开的实施方式涉及一种利用流体的相变以及自然对流进行自激活热量管理的电池。
背景技术
锂离子电池通常用于车辆行业中，例如用于电动车辆和插电式混合动力车辆中。用于电动车辆的锂离子电池组是针对车辆具体需求和用途而设计的。然而，锂离子电池在数据中心领域也变得越来越流行，并引起行业的广泛关注。
大型计算机服务器集群可以被存放于专用设施中，通常被存放于机架式外壳中。服务器可以用于支持数据中心行业。使用电池备用单元(Battery Backup Unit，BBU)代替传统解决方案(例如，基于铅酸的不间断电源(UPS)系统)已逐渐普及。BBU在数据中心空间中的新角色的结果之一是将BBU从集中式电池室转移到数据中心IT室。通常基于服务器而非电池的规格和需求来管理并操作数据中心中的热环境(例如，温度)。
与例如车辆应用相比，在数据中心环境中将电池用作BBU是独特的且不同的。主动式热量管理系统(例如，电动车辆中存在的主动式热量管理系统)主动地监控电池组不同位置处的温度，并且基于监控到的温度来相应地进行操作以避免高热量的情况。例如，电动车辆可以具有位于不同电池单元处的温度传感器。如果温度超过阈值，则管理系统可以打开风扇，或者可以将冷却剂泵送通过电池组来降低温度。
相反，在BBU的情况下，电池仅在需要备用电力(例如，数据中心断电)时提供电力。当不再需要备用电力时(例如，数据中心恢复电网电力)，则对BBU进行充电。因此，在BBU应用中的特定问题在于热量管理或冷却仅在有限的时间期间(例如，停电期间的放电和恢复电力后的充电)是有效的。自激活热量管理系统可以为该问题提供解决方案，而在不需要BBU时则不需要对电池单元进行主动管理和监控。然而，此外，使流体在电池单元和电池组中循环的泵可能易于发生故障。因此，没有这种泵的系统可能更可靠。
另外，自激活热量管理系统应该足够快以避免热过冲(thermal overshoot)，热过冲可能对电池性能和电池寿命产生负面影响。因此，用于BBU应用(例如，IT室中)的散热设计具有独特的挑战，并且需要解决这种挑战来为服务器提供备用电力。另外，理想的热量管理解决方案能够在电池的动态条件下将电池保持在特定温度范围内，而不仅仅是“保持电池冷却”。
发明内容
根据本申请的一方面，提供了一种电池模块，包括：蒸发室；一个或多个电池单元，其浸没于流体中，所述一个或多个电池单元和所述流体容纳在所述蒸发室中；以及冷凝器，其通过一个或多个蒸汽通道以及一个或多个液体通道与所述蒸发室流体连接。其中，在操作期间，来自所述一个或多个电池单元的热能被所述流体吸收，使得所述流体从液体变成蒸汽并且行进穿过所述一个或多个蒸汽通道进入所述冷凝器，以及其中，所述蒸汽在所述冷凝器中变回液体并通过所述一个或多个液体通道返回到所述蒸发室。
根据本申请的另一方面，提供了一种电池组，包括多个电池模块，所述电池模块中的每个均包括：蒸发室；一个或多个电池单元，其浸没于流体中，所述一个或多个电池单元和所述流体容纳在所述蒸发室中；以及冷凝器，其通过一个或多个蒸汽通道以及一个或多个液体通道与所述蒸发室流体连接。其中，在操作期间，来自所述一个或多个电池单元的热能被所述流体吸收，使得所述流体从液体变成蒸汽并且行进穿过所述一个或多个蒸汽通道进入所述冷凝器，以及其中，所述蒸汽在所述冷凝器中变回液体并通过所述一个或多个液体通道返回到所述蒸发室。
根据本申请的又一方面，提供了一种电子装置机架，包括：堆叠的一个或多个服务器刀片，其中，所述服务器刀片中的每个均包括能够操作成向一个或多个客户端提供数据处理服务的一个或多个信息技术IT部件；电源，其联接到所述服务器刀片的IT部件，以向其提供电力；以及电池组，其联接到所述服务器刀片，所述电池组响应于确定出所述电源是不可用的，向所述服务器刀片的IT部件提供备用电力，所述电池组具有一个或多个电池模块。其中，所述电池模块中的每个均包括：蒸发室；一个或多个电池单元，其浸没于流体中，所述一个或多个电池单元和所述流体容纳在所述蒸发室中；以及冷凝器，其通过一个或多个蒸汽通道以及一个或多个液体通道与所述蒸发室流体连接。其中，在操作期间，来自所述一个或多个电池单元的热能被所述流体吸收，使得所述流体从液体变成蒸汽并且行进穿过所述一个或多个蒸汽通道进入所述冷凝器，以及其中，所述蒸汽在所述冷凝器中变回液体并通过所述一个或多个液体通道返回到所述蒸发室。
附图说明
本发明的实施方式在附图的各图中通过示例而非限制的方式示出，在附图中，相同的附图标记表示类似的元件。
图1示出根据一个实施方式的具有远程冷凝器的电池模块或系统。
图2示出根据一个实施方式的具有安装到电池室上的本地冷凝器的电池模块或系统。
图3示出根据一个实施方式的倾斜的冷凝器。
图4A和图4B示出根据一个实施方式的具有沿着电池室周边的液体返回通道的冷凝器。
图5至图7示出一些实施方式的电池组或BBU。
图8示出根据一个实施方式的电子装置存放机架中的BBU。
图9示出根据一个实施方式的用于生产冷却装置的过程。
图10示出根据一个实施方式的电子装置存放机架中的BBU。
具体实施方式
将参考以下所讨论的细节来描述本发明的各种实施方式和方面，并且附图将示出各种实施方式。以下描述和附图是对本发明的说明，而不应被理解为限制本发明。描述了许多具体细节以提供对本发明的各种实施方式的透彻理解。然而，在某些情况下，没有对众所周知的或常见的细节进行描述，以提供对本发明的实施方式的简明讨论。
说明书中对“一个实施方式”或“实施方式”的引用意味着结合该实施方式所描述的特定特征、结构或特性可以包括在本发明的至少一个实施方式中。在说明书中各处出现的短语“在一个实施方式中”不一定都指向同一实施方式。
根据一方面，电池模块包括：蒸发室；一个或多个电池单元，其浸没于流体中，一个或多个电池单元和流体容纳在蒸发室中；以及冷凝器，其通过一个或多个蒸汽通道以及一个或多个液体通道与蒸发室流体连接。在操作期间，来自一个或多个电池单元的热能被流体吸收，使得流体从液体变成蒸汽，并且行进穿过一个或多个蒸汽通道进入冷凝器中。蒸汽在冷凝器中变回液体并通过一个或多个液体通道返回到蒸发室。
在一个实施方式中，冷凝器定位成与蒸发室分开，冷凝器与蒸发室通过分别形成一个或多个蒸汽通道和一个或多个液体通道的一条或多条蒸汽管线和一条或多条液体管线进行连接。冷凝器位于比蒸发室高的位置处。一个或多个蒸汽通道在蒸发室处具有开口，该开口大于一个或多个液体通道在蒸发室处的开口。在一个实施方式中，冷凝器位于蒸发室上方。一个或多个蒸汽通道位于蒸发室的第一侧处，且一个或多个液体通道位于蒸发室的与第一侧相对的第二侧处。一个或多个蒸汽通道在蒸发室处具有开口，该开口大于一个或多个蒸汽通道在冷凝器处的开口，从而将蒸汽会集到冷凝器。
在一个实施方式中，冷凝器的冷凝室水平倾斜，使得一个或多个蒸汽通道的开口高于一个或多个液体通道的开口，以将冷凝室中的液体朝向一个或多个液体通道引导。一个或多个液体通道沿着蒸发室的围绕一个或多个电池单元的壁定位，且一个或多个蒸汽通道位于蒸发室的在一个或多个电池单元上方的剩余区域中。
在一个实施方式中，冷凝器的冷却构件具有一个或多个片或槽，一个或多个片或槽提供用于通过空气冷却从电池模块散除并转移热量的额外表面区域。冷凝器具有分散在一个或多个冷却通道中的冷却剂，冷却剂在操作期间往返于冷凝器循环以从电池模块散除热量。冷却剂通过电子装置机架外壳的歧管往返于冷凝器循环，电池模块或包括多个电池模块的电池组容纳在所述电子装置机架外壳中。电池模块是形成电池组的多个电池模块中的一个，且电池组被容纳在电子装置机架外壳中，电池组向容纳在电子装置机架中的其他电子装置提供备用电池电力。在一个实施方式中，一个或多个蒸汽通道中的每个的截面的直径均比一个或多个液体通道中的每个的截面的直径大。一个或多个蒸汽通道到蒸发室的开口覆盖蒸发室的顶部区域处的大部分空间
根据另一方面，电池组包括多个电池模块。电池模块中的每个均可以实施成与如上文描述的电池模块类似。根据另一方面，电子装置机架包括：堆叠的服务器刀片，其在本文中具有信息技术(IT)部件；电源，用于向IT部件提供电力；以及电池组，用于在电源不可用时向IT部件提供备用电力。电池组包括多个电池模块，且每个电池模块可以实施成与如上文描述的电池模块类似。
综述
用于电池组的冷却系统或热量管理系统可以解决由BBU提供的备用电力的特定需要，以支持数据中心或IT机房环境中的IT机架。如所描述的，IT机架、数据中心和/或IT机房环境中BBU的条件和需求与电动车辆应用中的电池组的条件和需求不同。例如，热环境不同，且数据中心应用场景中的放电和充电周期比电动车辆应用中少得多。
用于电池的冷却系统可能是重要的，因为标称的电池性能通常是针对电池单元的工作温度范围(例如，25℃至35℃)指定的。温度对电池老化也具有重要影响。超出工作范围的温度可能导致性能下降，并对电池的健康产生负面影响。另外，当连接多个电池单元时，在不同的电池单元温度之间可能存在较大的内部差异，这导致每个电池单元的充电和放电速度不同并使电池组的性能劣化。重要的是，如果电池温度超过安全热度极限，则其可能导致极度的损坏或伤害，甚至导致灾难性结果。因此，电池系统的热量管理是电池设计和操作中要考虑的重要特征，因为其会影响电池的工作方式、电池的健康状况和使用寿命以及安全性。
用于电池系统的热量管理系统可以通过利用相变自然对流热转移来自激活。在一方面中，电池系统包括：a)蒸发室，其也是电池室；b)一个或多个电池单元，其浸没于流体中，一个或多个电池单元和流体容纳在蒸发室中；以及c)冷凝器，其通过一个或多个蒸汽通道(或“上升管”)和一个或多个液体通道(或“下导管”)与蒸发室流体连接。电池单元可以完全或部分浸没于流体中。
当电池单元充电或放电时，一个或多个电池单元所产生的热能被流体吸收，使得流体从液体变为蒸汽并行进穿过一个或多个蒸汽通道进入冷凝器，蒸汽在其中变回液体并通过一个或多个液体通道返回到蒸发室。
蒸汽通道中的每个的截面的直径均比一个或多个液体通道中的每个的截面的直径大。汽化流体与液体流体之间的密度差以及重力可以导致蒸汽自然而然地且被动地行进穿过较大的蒸汽通道，以平衡连接的电池室与冷凝器中的压力。冷凝器可以从蒸汽流体提取并转移走热能，由此将蒸汽变回液体。在重力的帮助下，液体可以行进穿过一个或多个液体通道回到蒸发室。
以此方式，通过仅在电池单元变热时改变流体相、使流体循环并从电池单元转移走热能，电池使用热虹吸技术(例如，相变自然对流)来自动激活用于电池模块(以及具有多个电池模块的电池组、具有多个电池单元的电池模块)的热量管理。热量通过自然对流(使用密度差和重力来循环流体)进行转移，而不需要机械泵。这可以提高可靠性，因为泵可能易于出现故障，且流体管线可能使设计复杂化并增加额外的故障点。
电池可以具有不同的形状和配置。在一个实施方式中，如图1中所示，电池系统的冷凝器可以是远程的，通过蒸汽管线和液体管线连接到电池室。
替代地，如图2、图3和图4A至图4B中所示，可以将冷凝器堆叠和/或安装在电池室上方，以形成更一体化的解决方案。在一个实施方式中，如图2、图3和图4A至图4B中所示，一个或多个蒸汽通道的通往蒸发室的开口覆盖蒸发室的顶部区域处的大部分空间。蒸发室上方的剩余空间被一个或多个液体通道的开口覆盖。
在一个实施方式中，电池系统具有长方体形状，其由位于长方体形状的底部部分处的用于容纳电池的蒸发室和位于长方体形状的顶部部分处的冷凝器形成(例如，如图2和图4A至图4B中所示)。
应提及，本文中所使用的短语“电池系统”可以与“电池模块”互换。“电池组”可以包括多个电池模块。电池模块可以包括多个电池单元。在以下示例中还描述了其他特征。对于以不同配置进行布置的电池单元，热量管理解决方案是相同的。
具有远程冷凝器的电池模块
在一方面中，如图1中所示，电池系统10可以包括形成蒸发室16的电池壳体17，所述蒸发室16容纳浸没于流体12中的一个或多个电池单元14。
冷凝器22可以通过一个或多个蒸汽通道18和一个或多个液体通道20与蒸发室流体连接。冷凝器可以描述为具有冷却构件24和冷凝室23，其中，当流体在处于冷凝器中时驻留在冷凝室23中。
例如，冷却构件24可以包括可利用风扇28的空气冷却散热器。另外或替代地，冷却构件可以包括被冷却剂循环穿过的冷却板，冷却剂通过泵26进行移动。冷凝器可以具有其他冷却器件以从流体提取热能。
在另一实施方式中，冷却构件和冷凝器是作为散热器的单个单元。风扇28用于使冷却空气移动穿过冷凝器22和冷却构件24。
冷凝器的“冷凝室”可以具有不同的几何形状，例如，它可以是大的中央室、长而狭窄的蛇形室、多个小的室或其组合。应理解的是，不同的冷凝器几何形状和技术可以基于具体应用要求和常规实验来选择并确定。
蒸汽通道和液体通道可以由从电池壳体17通向冷凝器22的管形成。因此，冷凝器可以与电池壳体分开。在一方面中，如图1中所示，冷凝器或冷凝室可以位于比蒸发室高的位置处。在该情况下，重力进一步帮助在蒸发室与冷凝器之间移动流体，但这不是必需的。
在部署时，当电池既不充电也不放电时，BBU的热量管理系统保持非有效状态。在此情形下，将电池单元浸入其中的流体还可以通过减少周围环境变化和动态变化(诸如，数据中心热环境变化、周围IT和服务器热量的产生以及数据中心冷却条件变化)的影响来为电池单元提供良好的热环境。流体在BBU电池组的电池单元与周围环境之间提供了良好的热缓冲。当BBU充电或放电时，热量管理系统自动转变成有效模式，而不需要任何外部控制系统。热量管理系统是基于实际的BBU工作动态的自感测和自调节系统。
具有堆叠式冷凝器的示例
现在参考图2，电池系统30可具有位于电池室上方的冷凝器34。这可以提供紧凑且集成的解决方案。
在一方面中，一个或多个蒸汽通道32位于蒸发室的第一侧处，且一个或多个液体通道36位于蒸发室的与第一侧相对的第二侧处。蒸汽可以在蒸发室的第一侧向上收集并行进，蒸汽在其中变成液体并在相对侧上行进回到蒸发室。通过引导流体穿过冷凝器和电池室的长度，流体可以增大对冷凝器的冷却区域的暴露(迫使其行进冷却构件的距离)并通过促进流体在所有电池单元中的循环来减少热点。
在一方面中，一个或多个蒸汽通道32在蒸发室处具有开口33，开口33大于一个或多个液体通道36在冷凝器处的开口，这有助于使蒸汽会集到冷凝器。例如，蒸汽通道32可以具有蒸汽通道开口33，蒸汽通道开口33覆盖蒸发室/电池室上方的大部分区域，以帮助收集蒸汽。液体通道36可以比蒸汽通道小得多，因为重力将自然地向下引导液体，即便液体穿过的是狭窄通道。
在一方面中，如图3中示出，电池系统40具有冷凝器38，所述冷凝器水平地倾斜以使得液体沿着斜坡从蒸汽通道向下流到液体通道。例如，冷凝室的底部41(如已提到，其可以是中央室、一个或多个较窄路径、多个室或其组合)可以是倾斜的，使得一个或多个蒸汽通道在冷凝器和/或冷凝室处的开口39高于一个或多个液体通道在冷凝室处的开口37，这有助于将冷凝器中的液体朝向一个或多个液体通道引导。应理解，该特征是可选的，并且即使没有该特征，流体也可以循环。
液体返回通道回路
现在参考图4A和图4B，在一个实施方式中，示出了这样一种电池系统：其具有沿着电池室的周边定位的一个或多个液体通道50以及可以位于电池室的中央的一个或多个蒸汽通道52。
例如，示出了沿着外部的壁51的一个或多个液体通道50，所述外部的壁51围绕一个或多个电池单元。一个或多个蒸汽通道52位于蒸发室的在一个或多个电池单元上方的剩余区域或空间中。因此，蒸汽通道可以在电池上方的较大区域或空间中收集蒸汽，并将蒸汽吸入冷凝器46中。
冷凝器将从蒸汽提取热能，从而使得蒸汽相变为液体，并穿过围绕电池的液体通道50行进回到蒸发室。这可以使得用于蒸汽收集的区域最大化，并且能够将流体均匀地返回到电池/蒸发室(例如，全部处于电池周围)，而非仅仅在一侧处返回到电池/蒸发室。
电池组和电池单元
应理解，电池组可以包括与已知连接硬件串联和/或并联连接的多个电池单元。电池单元的确切配置可以基于应用要求(例如，电压、电流和能量容量)和常规实验来确定。
电池单元可以具有圆柱形形状。在一些情况下，电池单元可以具有已知或标准的形状因数，例如18650、18659、20700、21700等。电池单元可以各自具有锂离子化学物质或其他电池化学物质。封装在一个电池组中的电池单元的数目可以基于例如但不限于功率密度、能量、放电电压和电流等要求来进行限定。当前散热解决方案还降低或消除了电池组设计的散热底部瓶颈，其原因在于，所有电池单元均浸没于流体中，因而无论电池单元如何布置，它们均经历相似的热环境。
在一方面中，将电池单元浸没于其中的流体是介电流体。在一方面中，所述流体是相变流体。流体在连接的蒸发室与冷凝器室中被捕集(例如，气密密封在连接的蒸发室与冷凝器室中)，以维持相变沸点所需的压力。
电池系统或电池模块可以与其他类似电池模块组合，以形成具有多个电池系统的电池组。例如，图5示出了多个电池系统或电池模块65，其形成具有空气冷却的冷凝器的电池组或BBU 64。
在另一示例中，图6示出了具有可以利用冷却剂的冷凝器的电池组或BBU 68。该电池组由多个电池模块67形成，所述电池模块67可以使用输送和返回管线(例如，歧管69)，来使冷却剂往返于各个电池模块循环。
类似地，图7示出由多个电池模块71形成的电池组或BBU 70，其中冷凝器堆叠并安装在电池室的顶部上。这种电池模块示出在例如图2、图3和图4A至图4B中并对其进行了描述。应理解，尽管未在图7中示出，但电池组可以包括冷却剂管线(可以与外部冷却剂系统集成在一起)、泵、风扇以及其他冷却装置和资源。
应理解，在一些情况下，单个电池系统或电池模块可以用作“电池组”或BBU，并被包括在电子装置机架外壳中，其中，电池模块可以使用空气冷却和/或液体冷却方式来使汽化的流体冷凝，通过一个或多个冷却剂输送和返回管线(例如，歧管69)使冷却剂往返于每个电池模块循环。另外，如图中所示，每组电池单元的数目和每个电池组的电池模块的数目旨在是说明性的而非限制性的。确切配置和数量可以根据应用要求而变化。可以使用电池系统或电池模块的其他组合和布置可以来形成电池组或BBU。
电池组和机架外壳
现参考图8，且如在其他示例中所描述的，电池组或BBU 82可以容纳在电子装置存放机架80中，该电子装置存放机架80可以进一步放置在数据中心IT室中。BBU可以被液体冷却、空气冷却或以液体和空气的组合进行冷却。每个BBU可以包括多个电池模块。机架可以实施液体冷却和/或空气冷却技术。
生产电池模块和电池组
在本公开的一方面中，在图9中示出用于生产电池模块的过程220。该过程包括在框222处将一个或多个电池单元容纳在蒸发室中，所述电池单元浸没于流体中。
该过程还包括在框224处通过一个或多个蒸汽通道和一个或多个液体通道将冷凝器连接到蒸发室。流体可以在连接的电池室与冷凝器中进行捕集到，以使得不会意外释放压力。冷凝器、通道和电池室可以气密地密封。在将电池备用单元BBU组装之后，可以利用流体来填充电池模块。可以基于实现目标沸点来调整BBU内的系统压力。
冷凝器可以如针对图1描述的那样定位成远离电池壳体，或者可以如在例如图2、图3和图4A至图4B中示出的那样安装到电池室上并安装在其上方。
在一方面中，该过程可以重复以生产多个电池模块。电池模块可以容纳在电池组外壳中，以形成电池组或BBU。电池组可以基于应用要求(例如，能量容量、备用时间、机架密度、尺寸、重量、成本、电压和电流)进行组装。
尽管图9示出了用于生产电池组模块的过程的一个示例，但是可以实施其他制造过程来生产电池组模块。BBU模块组可以制造为用于容纳电池单元和流体的单个单元。被制造为单个单元的BBU模块可以包括电池室/外壳(例如，由金属薄片形成)以及冷凝器。
应注意，电池组/BBU所支持的服务器可以是操作时产生热量的任意信息技术(IT)部件或元件。服务器可以包括处理器、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)或任何计算部件。一个或多个服务器可以放置于数据中心的电子装置机架中。服务器可以包含在服务器刀片内，所述服务器刀片插入到电子装置机架的服务器插槽中的一个中。每个服务器均包括处理器、存储器、存储装置和网络接口，前述各项被配置为向客户端提供数据处理服务。在正常操作期间，此类部件可产生热量。还应注意，电池模块的冷凝器可以各自包括冷却构件，所述冷却构件可以是使用液体冷却的冷却板，其中使用机架冷却单元、室内冷却单元和/或数据中心冷却单元来执行液体-液体热交换。
图10是示出根据一个实施方式的电子装置机架的示例的框图。电子装置机架900可以包括一个或多个服务器，每个服务器具有一个或多个处理单元，所述处理单元附接到上述的冷却装置中的任一个的底部。参考图10，根据一个实施方式，电子装置机架900包括但不限于CDU 901、机架管理单元(RMU)902(可选)、BBU 910和一个或多个服务器刀片/计算节点903A至903D(统称为服务器刀片/计算节点903)。服务器刀片903可以分别从电子装置机架900的前端904或后端905插入到服务器插槽的阵列中。BBU 910可占据机架内的任意空间。应注意，尽管此处仅示出了四个服务器刀片903A至903D，但可以在电子装置机架900中维持更多或更少个服务器刀片。还应注意，仅出于说明的目的示出了CDU 901、RMU 902和服务器刀片903的特定位置；也可以实施CDU 901、RMU 902、BBU 910和服务器刀片903的其他布置或配置。应注意，只要冷却风扇可以产生从前端到后端的气流，电子装置机架900就可以对环境开放或部分地包含在机架容器中。
另外，对于服务器刀片903中的每个，风扇模块与服务器刀片相关联。在该实施方式中，风扇模块931A至931E(统称为风扇模块931)分别与服务器刀片903A至903D相关联。风扇模块931中的每个均包括一个或多个冷却风扇。风扇模块931可安装于服务器刀片903的后端上，以产生从前端904流出、行进穿过服务器刀片903的空气空间并存在于电子装置机架900的后端905处的气流。
在一个实施方式中，CDU 901主要包括热交换器911、液体泵912和泵控制器(未示出)以及一些其他部件，例如储液器、电源、监控传感器等。热交换器911可以是液体-液体热交换器。热交换器911包括具有入口端口和出口端口的第一回路，入口端口和出口端口具有联接到外部液体供应/返回管线931至932的第一对液体连接器以形成主回路。联接到外部液体供应/返回管线931至932的连接器可以设置或安装在电子装置机架900的后端905上。液体供应/返回管线931至932联接到一组室内歧管，所述组室内歧管联接到外部散热系统或外部冷却回路。另外，热交换器911还包括具有两个端口的第二回路，所述两个端口具有联接到液体歧管925的第二对液体连接器以形成次级回路，所述次级回路可以包括用于向服务器刀片903供应冷却液体的供应歧管和用于将较暖的液体返回到CDU 901的返回歧管。应注意，CDU 901可以是市售的任何种类的CDU或定制的CDU。因此，在本文中将不描述CDU901的细节。作为示例，图7中示出的冷却装置可以连接到液体歧管925以完成完整的流体回路。
服务器刀片903中的每个均可以包括一个或多个IT部件(例如，中央处理单元或CPU、图形处理单元(GPU)、存储器和/或存储装置)。每个IT部件可以执行数据处理任务，其中IT部件可以包括安装在存储装置中、加载到存储器中且由一个或多个处理器运行以执行数据处理任务的软件。如上所述，这些IT部件中的至少一些可以附接到任何冷却装置的底部。服务器刀片903可以包括联接到一个或多个计算服务器(也称为计算节点，例如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，互联网)与客户端交互，以接收对诸如存储服务的特定服务(例如，诸如备份和/或恢复的基于云的存储服务)的请求，从而运行应用程序以执行特定操作(例如，图像处理、深度数据学习算法或建模等，作为软件即服务或SaaS平台的一部分)。响应于所述请求，主机服务器将任务分配给通过主机服务器进行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，这可以在操作期间产生热量。
电子装置机架900进还包括可选的RMU 902，所述RMU 902配置成提供并管理被供应给服务器刀片903、风扇模块931和CDU 901的电力。RMU 902可以联接到电源单元(未示出)以管理电源单元的功耗。电源单元可以包括必要的电路(例如，交流电(AC)到直流电(DC)电力转换器，或DC到DC电力转换器、备用电池、变压器或调节器等)，以向电子装置机架900的其余部件提供电力。
在一个实施方式中，RMU 902包括优化模块921和机架管理控制器(RMC)922。RMC922可以包括监控器，以监控电子装置机架900内部的各个部件(例如，服务器刀片903、CDU901和风扇模块931)的操作状态。具体地，监控器从多种传感器接收表示电子装置机架900的操作环境的操作数据。例如，监控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，这些操作数据可以通过多种温度传感器捕获并收集。监控器也可接收表示由风扇模块931和液体泵912生成的风扇功率和泵功率的数据，这些数据可与其相应速度成正比。这些操作数据被称为实时操作数据。应注意，监控器可以实施为RMU 902中的单独模块。
基于操作数据，优化模块921使用预定优化函数或优化模型而执行优化，以推导出用于风扇模块931的一组最佳风扇速度和用于液体泵912的最佳泵速度，使得液体泵912和风扇模块931的总功耗达到最小，而与液体泵912和风扇模块931的冷却风扇相关的操作数据处于其相应设计规格内。一旦确定了最佳泵速度和最佳风扇速度，RMC 922基于最佳泵速度和风扇速度来对液体泵912以及风扇模块931的冷却风扇进行配置。
作为示例，基于最佳泵速度，RMC 922与CDU 901的泵控制器通信以控制液体泵912的速度，液体泵912的速度进而对被供应给液体歧管925的冷却液体的液体流速进行控制，以将其分配到服务器刀片903中的至少一些。因此，调整操作条件和相应的冷却装置性能。类似地，基于最佳风扇速度，RMC 922与风扇模块931中的每个通信以控制风扇模块931中的每个冷却风扇的速度，这进而控制风扇模块931的气流速度。应注意，风扇模块931中的每个可以利用其特定的最佳风扇速度来进行单独控制，且不同风扇模块和/或相同风扇模块内的不同冷却风扇可以具有不同的最佳风扇速度。
应注意，服务器刀片903的一些或所有IT部件均可以通过使用散热器进行的空气冷却或通过使用冷却板进行的液体冷却附接到上述冷却装置中的任一个。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。替代地，服务器的一个IT部件可以利用空气冷却，而同一服务器的另一IT部件可以利用液体冷却。
应理解，针对一个附图示出的各种特征也可以存在于不同特征的其他实施方式中。
在前述说明书中，已经参考本发明的具体示例性实施方式对本发明的实施方式进行了描述。将显而易见的是，在不背离如所附权利要求中阐述的本发明的更宽泛精神和范围的情况下，可以对本发明做出多种修改。因此，应以说明性含义而非限制性含义来理解本说明书和附图。

Claims (20)

1.一种电池模块，包括：
蒸发室；
一个或多个电池单元，其浸没于流体中，所述一个或多个电池单元和所述流体容纳在所述蒸发室中；以及
冷凝器，其通过一个或多个蒸汽通道以及一个或多个液体通道与所述蒸发室流体连接，
其中，在操作期间，来自所述一个或多个电池单元的热能被所述流体吸收，使得所述流体从液体变成蒸汽并且行进穿过所述一个或多个蒸汽通道进入所述冷凝器，以及
其中，所述蒸汽在所述冷凝器中变回液体并通过所述一个或多个液体通道返回到所述蒸发室。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述冷凝器定位成与所述蒸发室分开，所述冷凝器与所述蒸发室通过分别形成所述一个或多个蒸汽通道和所述一个或多个液体通道的一条或多条蒸汽管线和一条或多条液体管线进行连接。
3.根据权利要求2所述的电池模块，其中，所述冷凝器位于比所述蒸发室高的位置处。
4.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述一个或多个蒸汽通道在所述蒸发室处具有开口，所述开口大于所述一个或多个液体通道在所述蒸发室处的开口。
5.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述冷凝器位于所述蒸发室上方。
6.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述一个或多个蒸汽通道位于所述蒸发室的第一侧处，且所述一个或多个液体通道位于所述蒸发室的与所述第一侧相对的第二侧处。
7.根据权利要求5所述的电池模块，其中，所述一个或多个蒸汽通道在所述蒸发室处具有开口，所述开口大于所述一个或多个蒸汽通道在所述冷凝器处的开口，以将所述蒸汽会集到所述冷凝器。
8.根据权利要求5所述的电池模块，其中，所述冷凝器的冷凝室水平倾斜，使得所述一个或多个蒸汽通道的开口高于所述一个或多个液体通道的开口，以将所述冷凝室中的所述液体朝向所述一个或多个液体通道引导。
9.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述一个或多个液体通道沿着所述蒸发室的围绕所述一个或多个电池单元的壁定位，且所述一个或多个蒸汽通道位于所述蒸发室的在所述一个或多个电池单元上方的剩余区域中。
10.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述冷凝器的冷却构件具有一个或多个片或槽，所述一个或多个片或槽提供用于通过空气冷却从所述电池模块散除并转移热量的额外表面区域。
11.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述冷凝器具有分散在一个或多个冷却通道中的冷却剂，所述冷却剂在操作期间往返于所述冷凝器循环以从所述电池模块散除热量，其中，所述冷却剂通过电子装置机架外壳的歧管往返于所述冷凝器循环，所述电池模块或包括多个电池模块的电池组容纳在所述电子装置机架外壳中。
12.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述电池模块是形成电池组的多个电池模块中的一个，且所述电池组被容纳在所述电子装置机架外壳中，所述电池组向容纳在所述电子装置机架中的其他电子装置提供备用电池电力。
13.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述一个或多个蒸汽通道中的每个的截面的直径均比所述一个或多个液体通道中的每个的截面的直径大。
14.根据权利要求1所述的电池模块，其中，所述一个或多个蒸汽通道到所述蒸发室的开口覆盖所述蒸发室的顶部区域处的大部分空间。
15.一种电池组，包括：
多个电池模块，所述电池模块中的每个均包括：
蒸发室；
一个或多个电池单元，其浸没于流体中，所述一个或多个电池单元和所述流体容纳在所述蒸发室中；以及
冷凝器，其通过一个或多个蒸汽通道以及一个或多个液体通道与所述蒸发室流体连接，
其中，在操作期间，来自所述一个或多个电池单元的热能被所述流体吸收，使得所述流体从液体变成蒸汽并且行进穿过所述一个或多个蒸汽通道进入所述冷凝器，以及
其中，所述蒸汽在所述冷凝器中变回液体并通过所述一个或多个液体通道返回到所述蒸发室。
16.根据权利要求15所述的电池组，其中，所述冷凝器定位成与所述蒸发室分开，所述冷凝器与所述蒸发室通过分别形成所述一个或多个蒸汽通道和所述一个或多个液体通道的一条或多条蒸汽管线和一条或多条液体管线进行连接。
17.根据权利要求16所述的电池组，其中，所述冷凝器位于比所述蒸发室高的位置处。
18.一种电子装置机架，包括：
堆叠的一个或多个服务器刀片，其中，所述服务器刀片中的每个均包括能够操作成向一个或多个客户端提供数据处理服务的一个或多个信息技术IT部件；
电源，其联接到所述服务器刀片的IT部件，以向其提供电力；以及
电池组，其联接到所述服务器刀片，所述电池组响应于确定出所述电源是不可用的，向所述服务器刀片的IT部件提供备用电力，所述电池组具有一个或多个电池模块，其中，所述电池模块中的每个均包括：
蒸发室；
一个或多个电池单元，其浸没于流体中，所述一个或多个电池单元和所述流体容纳在所述蒸发室中；以及
冷凝器，其通过一个或多个蒸汽通道以及一个或多个液体通道与所述蒸发室流体连接，
其中，在操作期间，来自所述一个或多个电池单元的热能被所述流体吸收，使得所述流体从液体变成蒸汽并且行进穿过所述一个或多个蒸汽通道进入所述冷凝器，以及
其中，所述蒸汽在所述冷凝器中变回液体并通过所述一个或多个液体通道返回到所述蒸发室。
19.根据权利要求18所述的电子装置机架，其中，所述冷凝器定位成与所述蒸发室分开，所述冷凝器与所述蒸发室通过分别形成所述一个或多个蒸汽通道和所述一个或多个液体通道的一条或多条蒸汽管线和一条或多条液体管线进行连接。
20.根据权利要求19所述的电子装置机架，其中，所述冷凝器位于比所述蒸发室高的位置处。
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