CN113644701A - 具有双向充电和放电的功率转换器的电路设计 - Google Patents

具有双向充电和放电的功率转换器的电路设计 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种用于对电池进行充电和放电的电子功率转换装置、一种电子机架和一种控制电子功率转换系统的方法。所述装置包括：第一开关电路，所述第一开关电路被耦接到外部电源或外部负载；第二开关电路，所述第二开关电路被耦接到电池，所述第一开关电路和所述第二开关电路是双向开关电路；功率转换器电路，所述功率转换器电路被耦接在所述第一开关电路和所述第二开关电路之间；和控制电路，所述控制电路被耦接以控制所述第一开关电路和所述第二开关电路的开关以在充电模式或放电模式下操作。

Description

具有双向充电和放电的功率转换器的电路设计
技术领域
本公开的实施例一般涉及电池能量存储，并且具体地但非排他地涉及具有多个直流(DC)总线和电池单元组连接以及双向充电和放电的功率转换器的电路设计。
背景技术
电池能量存储对于许多应用来说是非常重要的能量存储方法，诸如电动车辆、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。电池单元提供必要的能量来支持应用，作为主要电源或在主电源不可用时作为备用电源。因此，电池能量存储的可靠性对于确保电力可用性和功能性至关重要。
附图说明
参考以下附图描述本发明的非限制性和非穷举性实施例，其中除非另有说明，否则贯穿各个视图，相同的附图标记指代相同的部分。
图1是根据本公开的一个实施例的用于具有双向充电和放电的多个DC总线和多个电池单元组的功率转换器模块的电路图。
图2A是根据本公开的一个实施例的处于充电模式的功率转换器模块的电路图，用于利用多个DC总线对多个电池单元组充电。
图2B是根据本公开的一个实施例的处于放电模式的功率转换器模块的电路图，用于将多个电池单元组放电到多个DC总线。
图2C是根据本公开的一个实施例的处于自检模式的功率转换器模块的电路图，用于监测电池单元组和功率转换器模块的操作状况。
图2D是根据本公开的一个实施例的处于自平衡模式的功率转换器模块的电路图，用于平衡功率转换器模块中的多个电池的电荷。
图3描绘根据本公开内容的一个实施例的包括在具有双向充电和放电能力的电池备用单元中的示例性双向电流开关(开关对)。
图4描绘根据本公开的一个实施例的用于控制具有多个DC总线和多个电池单元组连接的功率转换器模块的操作模式的方法的流程图。
图5是根据本公开的另一实施例的包括电池备用单元的电子服务器机架，电池备用单元具有功率转换器模块，功率转换器模块具有多个DC总线和多个电池单元组以及双向充电和放电能力。
具体实施方式
描述用于具有双向充电和放电的多个DC总线和电池组的电路设计的装置和系统的实施例。描述特定的细节以提供对实施例的理解，但是相关领域的技术人员将认识到，可以在没有所描述细节中的一个或多个的情况下或者利用其他方法、组件、材料等实践本发明。在某些实例中，公知的结构、材料或操作没有详细示出或描述，但是仍然包含在本发明的范围内。
在整个说明书中，对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着所描述的特征、结构或特性可以被包括在至少一个所描述的实施例中，从而出现“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定全部指的是同一实施例。此外，在一个或多个实施例中，可以以任何合适的方式组合特定的特征、结构或特性。
本公开提供具有多个DC总线连接、多个电池单元组连接以及自检能力的双向充电和放电电路。自检操作可以包括温度上升测试、保护测试、劣化测试等，而不会中断电路的正常运行。传统上，两个单独的转换器用于对电池单元进行充电和放电。即使仅具有单个转换器，本公开使用多个双向开关为电路提供了双向功能性。
在一个方面，功率转换器包括被耦接到外部电源或外部负载的第一开关电路，和被耦接到电池的第二开关电路，第一开关电路和第二开关电路是双向开关电路，被耦接在第一开关电路和第二开关电路之间的功率转换器电路，以及控制电路，控制电路被耦接以控制第一开关电路和第二开关电路的开关以在充电模式或放电模式下操作。
在一个实施例中，当在充电模式下操作时，第一电流在第一方向上从电源通过第一开关电路和第二开关电路流向电池，并且当在放电模式下操作时，第二电流在第二方向上从电池通过第一开关电路和第二开关电路流到外部负载。
在一个实施例中，功率转换器还包括第三开关电路，第三开关电路由控制电路控制并且被耦接到功率转换器电路；以及内部负载，内部负载被耦接到第三开关电路。第三开关电路被配置为将功率转换器电路耦接到内部负载以在自检模式下操作。当在自检模式下操作时，第一开关电路被断开，而第二开关电路和第三开关电路被接通，使得电池被放电到内部负载。
在一个实施例中，功率转换器还包括在第二开关电路和电池之间的第四开关电路的集合。各个第四开关电路对应于电池的电池单元组中的一个，并且各个电池单元组包括一个或多个电池单元。第四开关电路使电池组能够以自平衡模式操作以使彼此之间存储的能量自平衡。当以自平衡模式操作时，第一开关电路和第二开关电路被断开，而第四开关电路被接通。功率转换器电路包括降压-升压型转换器，其中降压-升压型转换器支持在第一开关电路和第二开关电路之间的双向功率流。
根据另一方面，电子机架包括：服务器机箱的堆叠，每个服务器机箱包括一个或多个服务器；被耦接到服务器机箱以向服务器提供电力的电源；具有多个电池单元组的电池备用单元(BBU)，并且每个电池单元组包含一个或多个电池单元，其中BBU被配置为在电源不可用时向服务器提供电力；以及功率转换器，功率转换器被耦接在BBU和电源或服务器之间。功率转换器包括被耦接到电源或服务器的第一开关电路，被耦接到电池的第二开关电路，第一开关电路和第二开关电路是双向开关电路，被耦接在第一开关电路和第二开关电路之间的功率转换器电路，以及控制电路，所述控制电路被耦接以控制第一开关电路和第二开关电路的开关以在充电模式或放电模式下操作。
根据另一方面，一种控制功率转换单元的方法包括从功率转换器单元的操作模式的集合中选择操作模式。功率转换器单元可以包括第一电路、第二电路以及转换器电路，第一电路包括并联耦接的双向开关的第一集合；第二电路包括并联耦接的双向开关的第二集合；转换器电路耦接第一电路和第二电路。该方法还可以包括对于第一电路识别一个或多个DC总线连接。DC总线连接中的每一个可以耦接到双向开关的第一集合中的双向开关。该方法还包括对于第二电路识别一个或多个电池单元组连接。电池单元组连接中的每一个被耦接到双向开关的第二集合中的双向开关。该方法包括基于操作模式、所识别的外部连接以及所识别的电池单元组确定第一电路和第二电路的配置，和通过基于所确定的配置设置第一电路和第二电路的每一个开关的状态启动所选择的操作模式。
图1图示用于多个并联电池单元的双向充电和放电的功率转换器模块100的实施例。功率转换器模块100可以包括DC总线选择电路110、电池单元选择电路120以及连接在DC总线选择电路110和电池单元选择电路120之间的一个或多个转换器电路130。DC总线选择电路110可以包括并联连接的一个或多个双向开关或开关电路112A-B的集合，每一个双向开关或开关电路112A-B连接到单独的DC总线或其他外部连接，诸如外部负载或外部电源。双向开关112A-B可以用于选择一个或多个DC总线或外部连接以对电池单元组152A-B进行充电或放电。即各个开关112A-112B中可以独立地在外部负载(例如，电子机架的服务器)和/或电源之间切换。
另外，DC总线选择电路110可以包括与双向开关112A-B并联连接的一个或多个双向开关114。双向开关114可以连接到内部负载115，诸如电阻或其他电气组件/电路。双向开关114可以用于选择低功率自检模式，在该模式下监测功率转换器模块100的各方面，同时一个或多个电池单元通过内部负载115进行放电(如以下在图2C中更详细地描述的)。应当注意的是，在功率转换器模块100的尺寸内，可以包括与112A-B并联的任意数量的双向开关，以提供任意数量的外部连接。
电池单元选择电路120可以包括与并联布置的一个或多个双向开关或开关电路124A-B的集合串联连接的主双向开关122。主双向开关122可以用于在电池单元组平衡模式和其他模式之间切换。各个双向开关124A-B可以连接到单独的电池单元组(例如，如图所示的电池单元组152A-B)。双向开关124A-B可以用于选择一个或多个电池单元组152A-B以进行充电、放电或平衡。应当注意的是，在功率转换器模块100的尺寸内，可以包括与122A-B并联的任意数量的双向开关，以提供任意数量的电池单元组连接。转换器电路130可以是任意类型的转换器，诸如四开关降压升压型转换器或其他DC-DC转换器。在一个实施例中，转换器电路130可以包括并联耦接以适应DC总线功率需求的多个转换器。
功率转换器模块100还可以包括具有控制逻辑145的控制电路140，用于控制双向开关中的每一个以设置功率转换器模块100所处的操作模式。控制逻辑145基于预定的试探法选择操作模式，诸如定义何时应选择操作模式的条件。例如，如果电池组封装降到某电量以下、同时直流电源可用，则可以选择充电模式。可以针对每种操作模式定义类似的规则。管理员也可以手动选择操作模式。尽管描绘为在功率转换器模块100的外部，但是控制电路140也可以包括在功率转换器模块100内。在以下参考图2A-图2D更详细地描述了用于在操作模式之间切换功率转换器模块100的控制电路140的操作。如以下参考图3更详细地描述的，所描述的双向开关可以是开关对。
图2A-图2D图示用于功率转换器模块100的不同操作模式的示例性实施例。控制电路140可以是微控制器、服务器或其他控制器，并且可以包括控制逻辑145以通过为双向开关中的每一个选择合适的状态来选择功率转换器模块100的操作模式。特别地，每个双向开关可以具有三种可能的状态：电流不流通的断开状态；允许电流沿一个方向流动的第一方向闭合状态；以及允许电流沿另一方向流动的第二方向闭合状态。
参考图2A，功率转换器模块100处于充电模式。在充电模式下，一个或多个DC总线连接提供到一个或多个电池单元组152A-B的电流。如图2A中所描绘的，双向开关112A-B、122和124A-B被设置为通过转换电路130将电流从DC总线传导向电池单元组152A-B。应当注意的是，尽管所有开关112A-B和124A-B被指示为闭合，开关的任何一个或多个可以被断开或闭合以一次性选择一个或多个特定的DC总线和一个或多个特定的电池单元组152A或152B进行充电。因此，电池单元组152A-B可以同时或单个地充电。
在一个示例中，开关112A可以在112B断开的情况下闭合，以便将112A的DC总线用于供电。开关124A可以在124B断开的情况下闭合，使得仅开关124A的电池单元组152A被充电。可以基于实际存在哪些连接以及需要多少功率对电池单元组152A-B充电来选择DC总线。可以基于实际存在的电池单元组或基于各个电池单元组的电荷来选择电池单元组152A-B(例如，可以将低电荷组充电到其他组的水平)。在该模式下，取决于充电期间的电池单元组电压，转换器电路130(例如，四开关降压-升压转换器)可以在降压模式、升压模式或降压-升压模式下操作。在一个实施例中，如果在DC电力可用时电池单元组低于阈值电荷，则控制逻辑145选择充电操作模式。
参考图2B，功率转换器模块100处于放电模式。在放电模式下，一个或多个电池单元组152A-B正在向一个或多个外部连接(例如，DC总线)放电。如图2B中所示，双向开关112A-B、122和124A-B都被设置为将电流从电池单元组152A-B传导到DC总线/外部连接。应当注意的是，尽管所有开关112A-B和124A-B均被指示为闭合，开关的任何一个或多个可以被断开或闭合以一次性选择一个或多个特定的DC总线和一个或多个特定的电池单元组152A-B进行放电。例如，开关112A可以在112B断开的情况下闭合，使得112A的外部连接从电池接收电力。开关124A可以在124B断开的情况下闭合，从而仅开关124A的电池单元被放电(即，用作电源)。因此，通过控制双向开关，可以同时使单个或多个电池单元组152A-B放电。并联放电的电池单元组的数量可能会受限于转换器最大功率限制，但可以是两个或更多个。类似地，可以使用关联的双向开关分别连接和控制DC总线/外部连接。在一个实施例中，如果直流功率不可用并且电池单元组需要用于备用功率，则控制逻辑145选择放电模式。
参考图2C，功率转换器模块100处于自检模式。在自检模式下，双向开关122和114闭合以将电流从电池单元组152A-B传导通过内部负载115(例如，电阻或其他负载)。当在自检模式下时，分布在整个功率转换器模块100(未示出)中的传感器可以监测功率转换器模块100的不同方面。可以闭合双向开关124A-B中的一个或多个，使得可以单个地或组合地测试不同电池(例如，可以分别断开或闭合开关124A-B，以对特定电池或电池组合进行放电通过内部负载115)。
因为内部负载是已知的，所以可以监测功率转换器模块100的许多不同的操作参数。例如，可以监测组件的温度，针对不同组件可以监测放电期间的电流和负载，以及用于识别功率转换器模块100的任何组件的劣化的任何其他参数。在一个实施例中，控制逻辑145可以间歇地选择自检模式以确保功率转换器模块100的正确操作和健康。另外，可以诸如通过系统管理员手动地选择自检模式。
参考图2D，功率转换器模块100处于自平衡模式。在自平衡模式下，主双向开关122保持断开(因此转换器电路130不工作)，而针对一个或多个电池单元组152A-B的开关124A-B闭合以允许电荷从一个电池单元组流出到另一个电池单元组。以这样的方式可以平衡电池的电荷，因此在放电期间电池提供相似的电流/功率输出。例如，位于电池单元组152A-B处的传感器(未示出)可以检测到一个电池单元组具有比其他电池单元组更高的电荷，例如，连接到开关124A的电池单元组152A具有比连接到开关124B的电池单元组152B更高的电荷。在这种情况下，控制电路140可以使开关124A-B将电流从电池单元组152A传导到电池单元组152B。因此，可以在电池单元组之间共享电荷，直到传感器指示电池单元电池组152A-B已平衡(即，具有相同的电荷量)为止。应当注意的是，可以使用任意数量的被打开和被关闭的开关以及其组合来平衡连接到功率转换器模块100的任何或所有电池单元。
图3图示将在图1和图2A-D中使用的双向开关300的实施例。双向开关300可以包括开关对(例如，背对背晶体管)，该对中的每个开关由晶体管(例如，MOSFET晶体管)和二极管(例如，MOSFET晶体管的体二极管)组成，二极管用以在单个方向上传导电流，并阻止电流在相反方向上流动。如所描绘的，二极管305和315在相反的方向上传导电流，使得如果两个晶体管都不导通(即接通)，则有效地断开开关。另一方面，如果晶体管310和320接通，则电流将在施加电压的方向上流过晶体管310和320。可以在MOSFET的结构中固有的二极管315和320可以再次取决于施加电压的方向和意图使电流流动的方向(例如在充电或放电模式中)阻挡不希望的电流流动。因此，通过控制晶体管310和320，可以将电流沿任一方向引导通过开关300，或者开关300可以保持断开。应当注意的是，本文描述的双向开关不限于所描绘的开关。晶体管或其他电子组件的任何其他组合可以用于形成所描述的双向开关。
图4图示根据本公开的一个实施例的用于控制功率转换器模块的操作模式的流程图。方法400可以通过硬件、软件或其组合来执行。方法400可以通过功率转换器模块(例如，功率转换模块100)的控制电路(例如，控制电路140)的处理逻辑来执行。在操作402处，处理逻辑为功率转换器模块选择操作模式，功率转换器模块包括具有双向开关的第一集合的第一电路和具有双向开关的第二集合的第二电路。双向开关的第一集合可以并联连接，以提供多个潜在的外部连接或内部负载。双向开关的第二集合可以包括与彼此并联连接的开关的集合串联连接的主开关。因此，主开关可以同时连接或断开第二电路的所有其他开关。在另一实施例中，主开关包括并联耦接的多个双向开关用作单个开关以适应来自多个电池单元或DC总线的累积电流。被耦接到电池单元组的第二电路的并联开关提供了可以被单个地控制(例如，充电或放电)的多个可能电池单元组连接。
操作模式可以包括充电模式、放电模式、自检模式和自平衡模式。在一个实施例中，处理逻辑可以基于启发式选择操作模式，该启发式限定了应当选择各个操作模式所在的条件。例如，当一个或多个电池单元组的电荷低于阈值电荷并且DC电力可用于对电池充电时，可以选择充电模式。在另一示例中，当需要电池备用电力时，诸如在停电期间或当主电源不可用时，可以选择放电模式。
在操作404处，处理逻辑针对第一电路识别一个或多个外部连接，其中一个或多个外部连接中的每一个被耦接到双向开关的第一集合中的双向开关。外部连接可以包括DC总线、外部电路等。除了外部连接，还可以存在一个或多个内部负载，诸如连接到第一电路的双向开关中的至少一个的电阻。
在操作406处，操作逻辑针对第二电路识别一个或多个电池单元组连接，其中一个或多个电池单元组连接中的每一个被耦接到双向开关的第二集合中的双向开关。并联连接的第二电路的开关的每一个可以潜在地连接到电池单元组。在一个示例中，并非每个开关都连接电池，因此不需要闭合。
在操作408处，处理逻辑基于操作模式、所识别的外部连接和所识别的电池单元组确定第一电路和第二电路的配置。取决于操作模式和转换器模块的第一电路和第二电路中的每一个可用的连接，确定双向开关的每一个的状态的配置，该配置将提供所选择操作模式的所需功能。例如，一个以上的DC总线可以连接到第一电路，并且任何数量的连接的DC总线可以用于使一个或多个连接的电池充电或使一个或多个连接的电池放电。另外，多个转换器电路可以被包括在转换器模块中并且取决于每个总线连接器的电力要求进行并联连接。在另一示例中，只有所有连接的电池单元组的子集可以同时被充电或放电。因此，使用第一电路和第二电路，可以选择连接的DC总线和电池单元组的任何组合以用于充电、放电和其他操作模式。
在操作410处，处理逻辑通过基于所确定的配置设置第一电路和第二电路的每一个双向开关的状态，启动选择的操作模式。例如，一个或多个控制信号可以被发送到双向开关中的每一个，以根据在操作408确定处的配置设置每个开关的状态。
图5是图示根据一个实施例的具有BBU架555的电子机架的示例的框图。BBU架555可以包括如上讨论的功率转换器模块100。电子机架500可以包括用以分别包含一个或多个服务器的一个或多个服务器槽。每个服务器包括一个或多个信息技术(IT)组件(例如，处理器、存储器、存储设备、网络接口)。根据一个实施例，电子机架500包括但不限于CDU501、机架管理单元(RMU)502(可选的)、电源单元(PSU)550、BBU架555和一个或多个IT设备503A-503D，IT设备件503A-503D可以是任何类型的IT设备，诸如刀片服务器。IT设备503可以分别从电子机架500的前端504或后端505插入服务器槽的阵列中。PSU 550和/或BBU架555可以插入电子机架500内的服务器槽的任一个中。在一个实施例中，BBU架555可以被插入到电子机架500内的服务器槽的任一个中。在另一实施例中，BBU架555可以被插入到若干槽中(例如，占据机架内的两个或更多个槽)。如所图示的，可以将BBU架555插入在机架的底部(在PSU 550下方)。在一个实施例中，与BBU架一起或代替BBU架，机架可以容纳一个或多个BBU。
在一个实施例中，BBU架555可以包括功率转换器模块100。功率转换器模块100可以模块化地连接到BBU架555或与BBU架555断开。例如，BBU架555可以包括用于待连接的电源转换器模块100的DC总线连接。然后，可以将电池单元组单个地插入BBU架555中的电源转换器模块100。
注意，尽管这里仅示出三个IT设备503A-503C，但是可以在电子机架500内维护更多或更少的IT设备。也请注意的是，CDU 501、RMU 502、PSU 550、BBU架555和IT设备503的特定位置仅出于说明的目的而示出；这些组件的其他布置或配置也可以实现。请注意的是，只要冷却风扇可以产生从前端到后端的气流(或产生从后端到前端的气流)，电子机架500既可以对环境开放或者部分地被机架容器包含。
另外，风扇模块可以与IT设备503中的每个和BBU架555关联。在该实施例中，风扇模块531A-531E(统称为风扇模块531)分别与IT设备503A-503D和BBU架555相关联。风扇模块531中的每一个包括一个或多个冷却风扇。风扇模块531可以安装在IT设备503和/或BBU机架555的后端上，以产生从前端504流过，流经机架500并存在于电子机架500的后端505的气流。在另一实施例中，风扇模块的一个或多个可以放置在机架500的前端504上。此类前端风扇可以被配置为将空气推入IT设备503和/或BBU架555中。
在一个实施例中，CDU 501主要包括热交换器511、液体泵512和泵控制器(未示出)，以及一些其他组件，诸如贮液器、电源、监测传感器等。热交换器511可以是液-液热交换器。热交换器511包括具有入口和出口的第一回路，第一回路具有耦接到外部液体供应/返回线路532-533以形成主回路的第一对液体连接器。耦接到外部液体供应/返回线路532-533的连接器可以被设置或安装在电子机架500的后端505上。液体供应/返回线路532-533耦接到一组室歧管，室歧管耦接到外部排热系统或极端冷却回路。另外，热交换器511还包括具有两个端口的第二回路，第二回路具有耦接到液体歧管525以形成第二回路的第二对液体连接器，第二回路可以包括将冷却液体供应到IT设备503的供应歧管和将较温暖的液体返回到CDU 501的返回歧管。注意，CDU 501可以是市场上可买到的或定制的任何种类的CDU。因此，CDU 501的细节将不在这里描述。
IT设备503中的每一个可以包括一个或多个IT组件(例如，中央处理单元或CPU、图形处理单元(GPU)、存储器和/或存储设备)。每个IT组件可以执行数据处理任务，其中IT组件可以包括安装在存储设备中、加载到存储器中并且由一个或多个处理器执行以进行数据处理任务的软件。这些IT组件中的至少一些可以被附接到冷却设备中的任一个的底部。IT设备503可以包括耦接到一个或多个计算服务器(也称为计算节点，诸如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，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，诸如备份和/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，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)。响应于该请求，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，这可能会在操作期间产生热量。
在一个实施例中，BBU架555被配置为当机架不从主电源汲取电力时，诸如在断电期间，向机架(例如一个或多个IT设备503)提供备用电力(例如从包括于其中的一个或多个BBU汲取电池能量)。在一个实施例中，由BBU架555的控制器执行的操作(例如，选择操作模式和监测传感器数据)可以由机架500内的组件中的任一个(例如IT设备503A)执行。
电子机架500还包括可选的RMU 502，被配置为提供和管理供应给服务器503、风扇模块531和CDU 501的电力。在应用的一些中，优化模块521和RMC 522可以与控制器通信。RMU 502可以耦接到PSU 550以管理PSU 550的电力消耗。PSU550可以包括必要的电路(例如，交流(AC)到直流(DC)或DC-DC电力转换器、备用电池、变压器或调节器等)为电子机架500的其余组件提供电力。
注意，如上所示和所述的组件中的一些或所有可以用软件、硬件或其组合实现。例如，这些组件可以被实现为安装并存储在永久存储设备中的软件，软件可以由处理器(未示出)加载并执行在存储器中以执行贯穿本申请所述的方法或操作。可替换地，这些组件可被实现为被编程或嵌入到专用硬件中的可执行代码，专用硬件诸如集成电路(例如，专用IC或ASIC)、数字信号处理器(DSP)或现场可编程门阵列(FPGA)，可执行代码可经由来自应用的对应驱动器和/或操作系统访问。此外，这些组件可以被实现为处理器或处理器内核中的特定硬件逻辑，作为经由一个或多个特定指令软件组件可访问的指令集的一部分。
已经关于对计算机存储器内的数据位的操作的算法和符号表示呈现了前述详细描述的一些部分。这些算法描述和表示是数据处理领域的技术人员用来最有效地将他们的工作实质传达给本领域的其他技术人员的方式。算法在这里并且通常被认为是导致期望结果的自洽操作序列。这些操作是需要对物理量进行物理操纵的那些操作。
然而，应当记住的是，所有这些和类似的术语都与适当的物理量相关联，并且仅仅是应用于这些量的方便的标记。除非特别声明，否则从以上讨论中显而易见的是，应当理解的是，在整个说明书中，使用诸如所附权利要求书中所阐述的术语的讨论指的是计算机系统或类似电子计算设备的动作和过程，所述计算机系统或类似电子计算设备将计算机系统的寄存器和存储器内的表示为物理(电子)量的数据操纵和变换成计算机系统存储器或寄存器或其他这样的信息存储、传输或显示设备内的类似地表示为物理量的其他数据。
本公开的实施例还涉及用于执行本文的操作的装置。这种计算机程序存储在非暂时性计算机可读介质中。机器可读介质包括用于以机器(例如，计算机)可读的形式存储信息的任何机制。例如，机器可读(例如，计算机可读)介质包括机器(例如，计算机)可读存储介质(例如，只读存储器(“ROM”)、随机存取存储器(“RAM”)、磁盘存储介质、光存储介质、闪存设备)。
在前述附图中描述的过程或方法可以由包括硬件(例如，电路、专用逻辑等)、固件、软件(例如，体现在非暂时性计算机可读介质上)或两者的组合的处理逻辑来执行。尽管以上关于一些顺序操作描述了过程或方法，但是应当理解的是，可以以不同的顺序执行所述的一些操作。此外，一些操作可以并行地而不是顺序地执行。
本公开的实施例不是参考任何特别编程语言描述的。将了解，可使用各种编程语言实施如本文所述的本公开的实施例的教示。
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所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。

Claims (12)

1.一种用于对电池进行充电和放电的电子功率转换装置，包括：
第一开关电路，所述第一开关电路被耦接到外部电源或外部负载；
第二开关电路，所述第二开关电路被耦接到电池，所述第一开关电路和所述第二开关电路是双向开关电路；
功率转换器电路，所述功率转换器电路被耦接在所述第一开关电路和所述第二开关电路之间；和
控制电路，所述控制电路被耦接以控制所述第一开关电路和所述第二开关电路的开关以在充电模式或放电模式下操作。
2.根据权利要求1所述的装置，其中当在所述充电模式下操作时，第一电流在第一方向上从所述电源通过所述第一开关电路和所述第二开关电路流向所述电池，并且其中当在所述放电模式下操作时，第二电流在第二方向上从所述电池通过所述第一开关电路和所述第二开关电路流到所述外部负载。
3.根据权利要求1或2所述的装置，还包括：
第三开关电路，所述第三开关电路由所述控制电路控制并且被耦接到所述功率转换器电路；和
内部负载，所述内部负载被耦接到所述第三开关电路，其中所述第三开关电路被配置为将所述功率转换器电路耦接到所述内部负载以在自检模式下操作。
4.根据权利要求3所述的装置，其中当在所述自检模式下操作时，所述第一开关电路被断开，而所述第二开关电路和所述第三开关电路被接通，使得所述电池被放电到所述内部负载。
5.根据权利要求1或2所述的装置，还包括在所述第二开关电路与所述电池之间的多个第四开关电路的集合。
6.根据权利要求5所述的装置，其中所述第四开关电路中的每一个对应于所述电池的多个电池单元组中的一个，并且其中所述电池单元组中的每一个包括一个或多个电池单元。
7.根据权利要求6所述的装置，其中所述第四开关电路使得所述电池组在自平衡模式下操作以使彼此之间存储的能量自平衡。
8.根据权利要求7所述的装置，其中当在所述自平衡模式下操作时，所述第一开关电路和所述第二开关电路被断开，而所述第四开关电路被接通。
9.根据权利要求1或2所述的装置，其中所述功率转换器电路包括降压-升压型转换器，其中所述降压-升压型转换器支持在所述第一开关电路和所述第二开关电路之间的双向功率流。
10.一种电子机架，包括：
服务器机箱的堆叠，每个服务器机箱包括一个或多个服务器；
电源，所述电源被耦接到所述服务器机箱以向所述服务器提供电力；
电池备用单元(BBU)，具有多个电池单元组并且每个电池单元组包含一个或多个电池单元，其中所述BBU被配置为在所述电源不可用时向所述服务器提供电力；和
根据权利要求1至9中任一项所述的功率转换装置，所述功率转换装置被耦接在所述BBU与所述电源或所述服务器之间，其中所述服务器作为外部负载。
11.一种控制电子功率转换系统的方法，包括：
从功率转换器模块的多个操作模式中选择操作模式，所述功率转换器模块包括第一电路、第二电路和转换器电路，所述第一电路包括并联耦接的多个第一双向开关，所述第二电路包括并联耦接的多个第二双向开关，所述转换器电路耦接所述第一电路和所述第二电路；
对于所述第一电路，识别一个或多个DC总线连接，其中所述DC总线连接中的每一个被耦接到所述多个第一双向开关中的双向开关；
对于所述第二电路，识别一个或多个电池单元组连接，其中所述电池单元组连接中的每一个被耦接到所述多个第二双向开关中的双向开关；
基于所述操作模式、所识别的外部连接和所识别的电池单元组确定所述第一电路和所述第二电路的配置；和
通过基于所确定的配置设置所述第一电路和所述第二电路的每个开关的状态启动所选择的操作模式。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述功率转换器电路包括降压-升压型转换器，其中所述降压-升压型转换器支持所述多个第一双向开关与所述多个第二双向开关之间的双向功率流。
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