CN114665559A - 供电装置及数据中心 - Google Patents

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CN114665559A CN202210379909.7A CN202210379909A CN114665559A CN 114665559 A CN114665559 A CN 114665559A CN 202210379909 A CN202210379909 A CN 202210379909A CN 114665559 A CN114665559 A CN 114665559A
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Abstract

本公开提供了供电装置及数据中心，涉及供电领域，尤其涉及云计算、云存储、大数据、深度学习和图像处理等应用的供电装置及数据中心。其中，供电装置包括：电源模块，包括至少一个电池组；电流转换模块，电流转换模块包括交流电输入端和直流电输出端；供电分配模块，包括供电连接支路、负载连接支路和电池组连接支路，供电连接支路的供电输入端连接于直流电输出端，负载连接支路连接于供电连接支路的供电输出端与各负载之间，电池组连接支路连接于供电输出端与各电池组之间。根据本公开的供电装置，结构更加简单紧凑，可以减小供电装置的体积和占用空间，提升供电装置的通用性。

Description

供电装置及数据中心
技术领域
本公开涉及供电技术领域，尤其涉及云计算、云存储、大数据、深度学习和图像处理等应用的供电装置及数据中心。
背景技术
数据中心是信息整合的核心区域，通常承载着重要的存储及计算等IT负载，需要有充足的电力电源保障。数据中心通常配置柴油发电机组作为备用电源，以在市电供电异常的情况下对IT负载提供持续的电力供应。
相关技术中，数据中心通常需要配置不间断电源系统来保证从市电异常到柴油发电机组启动的切换时间内的供电连续性。然而，不间断电源的结构通常较复杂，且占地面积大，通用性差。
发明内容
本公开提供了一种供电装置及数据中心。
根据本公开的一方面，提供了一种供电装置，包括：电源模块，包括至少一个电池组；电流转换模块，电流转换模块包括交流电输入端和直流电输出端；供电分配模块，包括供电连接支路、负载连接支路和电池组连接支路，供电连接支路的供电输入端连接于直流电输出端，负载连接支路连接于供电连接支路的供电输出端与各负载之间，电池组连接支路连接于供电输出端与各电池组之间。
根据本公开的另一方面，提供了一种数据中心，包括根据本公开上述第一方面的供电装置。
根据本公开的技术方案，供电装置的结构更加简单紧凑，可以减小供电装置的体积和占用空间，提升供电装置的通用性。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
附图用于更好地理解本方案，不构成对本公开的限定。其中：
图1是根据本公开实施例的供电装置的拓扑图；
图2是根据本公开实施例的供电装置的结构示意图；
图3是根据本公开一实施例的电池管理单元的示意图；
图4是根据本公开另一实施例的电池管理单元的示意图；
图5是根据本公开实施例的数据中心的结构框图。
附图标记：
10：供电装置；
100：电源模块；110：电池组；120：电池管理单元；121：双向直流/直流变换器；122：第一电池管理子单元；123：第一电流传感器；124：第一风扇；125：第一电流支路；1251：第一接触器；126：第二电流支路；1261：二极管；127：第三电流支路；1271：第二接触器；1272：电阻；128：第二电池管理子单元；129：第二风扇；130：第二电流传感器；
200：电流转换模块；210：整流单元；220：控制开关；
300：供电分配模块；310：供电连接支路；320：负载连接支路；330：电池组连接支路；340：负载支路；350：电池组支路；
400：监测显示模块；500：第二柜体；600：第三柜体；700：第四柜体。
具体实施方式
以下结合附图对本公开的示范性实施例做出说明，其中包括本公开实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本公开的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
下面结合图1-图4描述根据本公开第一方面实施例的供电装置10。供电装置10可以应用于数据中心。在本公开下面的描述中，以供电装置10应用于数据中心为例进行说明。当然，本领域技术人员可以理解，供电装置10还可以应用于其它场景，而不限于数据中心。其中，数据中心可用于云计算、云存储、大数据计算、深度学习和图像处理等技术领域。
如图1所示，根据本公开第一方面实施例的供电装置10，包括电源模块100、电流转换模块200和供电分配模块300。
其中，电源模块100包括至少一个电池组110。也就是说，电池组110可以为一个或多个。可选地，在电池组110为多个的情况下，多个电池组110可以互相解耦，彼此之间独立工作，在多个电池组110中的其中一部分发生故障的情况下，可以直接将故障的电池组110替换为功能完好的电池组110，而不会影响其它电池组110的正常工作。在本公开的描述中，“多个”的含义为两个或两个以上。
电流转换模块200包括交流电输入端和直流电输出端。示例性地，交流电输入端可以连接于交流电源例如市电，电流转换模块200可以将市电输入的交流电转换为直流电。
供电分配模块300包括供电连接支路310、负载连接支路320和电池组连接支路330，供电连接支路310的供电输入端连接于直流电输出端，负载连接支路320连接于供电连接支路310的供电输出端与各负载之间，电池组连接支路330连接于供电输出端与各电池组110之间。
需要说明的是，本实施例中的“连接”为物理连接，如通过电导线连接。当两个相连接的单元或模块或组件之间有电流通过时，可以理解为这两个单元或模块或组件之间“电连通”。
示例性地，供电装置10还可以包括至少一条电池组支路350，每一条电池组支路350连接于电池组连接支路330和对应的电池组110之间。
例如，直流电输出端可以包括正极输出端和负极输出端；供电连接支路310可以包括正极供电连接子支路和负极供电连接子支路；负载连接支路320可以包括正极负载连接子支路和负极负载连接子支路；电池组连接支路330可以包括正极电池组连接子支路和负极电池组连接子支路；电池组支路350可以包括正极电池组子支路和负极电池组子支路。
其中，正极供电连接子支路的输入端连接于正极输出端，正极负载连接子支路连接于正极供电连接子支路的输出端与各负载之间，负极供电连接子支路的输入端连接于负极输出端，负极负载连接子支路连接于负极供电连接子支路的输出端与各负载之间。正极电池组子支路连接于正极电池组连接子支路与各电池组110之间，负极电池组子支路连接于负极电池组连接子支路与电池组110之间。每个电池组分别与一条正极电池组子支路及一条负极电池组子支路连接。
电池组支路350上可以设置有保护件例如断路器或熔断器等，断路器和熔断器均可以实现电池组支路350的短路和过载保护，二者的原理不同。其中，断路器可以通过电流底磁效应(电磁脱扣器)实现断路保护，通过电流的热效应实现过载保护(非熔断，通常无需更换器件)。在电池组支路350上设置断路器的情况下，如果电池组支路350中的电流突然增大至超过断路器的负荷，断路器会自动断开。熔断器是自身作为熔体，在电池组支路350上设置熔断器的情况下，如果电池组支路350中的电流超过预设值，熔断器以本身产生的热量使熔体熔断，从而使熔断器所在的电池组支路350断开。另外，断路器或者熔断器还可以用作手动维修开关，当断路器或者熔断器所在的电池组支路350需要维修时，可以手动断开断路器或者拔出熔断器，以保证维修的安全性。
电池组支路350上可以设置电流传感器，以实时检测该电池组支路350的电流情况，电池组支路350的保护件数量可以根据实际需求具体确定，其中，上述保护件可以根据实际需求提前预留，以方便后续扩容改造。
在电池组110需要充电的情况下，从直流电输出端输出的电流在流经供电连接支路310后，其中一部分输入负载连接支路320，并最终从负载连接支路320输入负载如服务器，以为负载供电，另一部分输入电池组连接支路330，流经电池组连接支路330后，从电池组连接支路330流经电池组支路350后输入对应的电池组110。在电池组110充满电的情况下，供电连接支路310与电池组支路350之间不再有电流通过。
在市电掉电的情况下，电流从电池组110输出，通过电池组支路350输入电池组连接支路330，在流经电池组连接支路330后，从电池组连接支路330输入负载连接支路320，并最终从负载连接支路320输入各负载。这样，可以在市电掉电至柴油发电机组启动之前的切换时间内实现对负载的不间断供电，保证供电的连续性。
根据本公开实施例的供电装置10，通过设置包括供电连接支路310、负载连接支路320和电池组连接支路330的供电分配模块300，一方面，可以实现对负载的持续性供电以及对电池组110的充电；另一方面，可以实现电源模块100、电流转换模块200和供电分配模块300的集成设置，从而使整个供电装置10的结构更加简单紧凑，可以节省不必要的线缆和开关等部件，减小供电装置10的体积和占用空间，提升供电装置10的通用性。
在一种实施方式中，结合图1，在直流电输出端的电压小于第一预设电压值的情况下，至少一个电池组110为放电状态，负载连接支路320和电池组连接支路330电连通。
示例性地，交流电输入端与交流电源例如市电之间可以设置有控制开关220。在控制开关220闭合的情况下，交流电输入端与交流电源电连通，电流转换模块200可以正常将交流电转换为直流电并从直流电输出端输出。
例如，以第一预设电压值可以为260V为例进行说明。在市电正常的情况下，直流电输出端的电压可以为270V。在市电异常例如控制开关220断开的情况下，交流电输入端与交流电源之间断开电连通，此时直流电输出端的电压逐渐下降，当直流电输出端的电压下降至小于260V时，负载连接支路320和电池组连接支路330电连通。电流从电池组110输出，通过电池组支路350输入电池组连接支路330，在流经电池组连接支路330后，从电池组连接支路330输入负载连接支路320，并最终从负载连接支路320输入各负载，从而满足负载的正常运行所需的电压。
由此，通过上述设置，在直流电输出端的电压小于第一预设电压值的情况下从电池组110输出的电流可以流经电池组连接支路330和负载连接支路320后输入负载，使电池组110可以为负载供电，从而可以充分满足负载的电压需求，保证负载的正常运行。
在一种实施方式中，在直流电输出端的电压大于等于第一预设电压值且至少一个电池组110的电压小于第二预设电压值的情况下，上述至少一个电池组110为充电状态，供电连接支路310分别与负载连接支路320和电池组连接支路330电连通，其中，第一预设电压值大于第二预设电压值。
示例性地，以第一预设电压值为260V且第二预设电压值为200V为例进行说明。在直流电输出端的电压大于等于260V的情况下，则可以满足负载正常运行所需的电压，从直流电输出端输出的电流可以在流经供电连接支路310后输入负载连接支路320，并最终从负载连接支路320输入负载如服务器，以为负载供电，此时电池组110无需放电。如果电池组110的电压小于200V，说明电池组110的电量不足，从直流电输出端输出的电流在流经供电连接支路310后，其中一部分输入负载连接支路320并最终输入负载，另一部分输入电池组连接支路330，流经电池组连接支路330后输入对应的电池组110，从而为电池组110充电，直至电池组110的电压大于等于200V。
由此，在直流电输出端的电压大于等于第一预设电压值且至少一个电池组110的电压小于第二预设电压值的情况下，从直流电输出端输出的电流在流经供电连接支路310后，其中一部分可以通过负载连接支路320输入负载，另一部分可以通过电池组连接支路330输入电池组110，从而在保证负载的正常运行的同时，使电流转换模块200可以为电池组110充电，进而保证在直流电输出端的电压小于第一预设电压值的情况下电池组110可以具有充足的电压为负载供电。
在一种实施方式中，在直流电输出端的电压大于等于第一预设电压值且至少一个电池组110的容量小于预设容量值的情况下，上述至少一个电池组为充电状态，供电连接支路分别与负载连接支路320和电池组连接支路330连通。这样，在直流电输出端的电压大于等于第一预设电压值且电池组110的容量不足的情况下，从电池组110输出的电流同样可以通过电池组连接支路330输入电池组110，从而在保证负载的正常运行的同时，使电流转换模块200可以为电池组110充电，进而保证在直流电输出端的电压小于第一预设电压值的情况下电池组110可以具有充足的容量为负载供电。
在一种实施方式中，在直流电输出端的电压大于等于第一预设电压值且至少一个电池组110的电压大于等于第二预设电压值小于第一预设电压值的情况下，上述至少一个电池组110为待机状态，供电连接支路310与负载连接支路320电连通，其中，第一预设电压值大于第二预设电压值。
示例性地，以第一预设电压值为260V且第二预设电压值为200V为例进行说明。在直流电输出端的电压大于等于260V的情况下，则可以满足负载正常运行所需的电压。如果电池组110的电压大于等于200V且小于260V，说明电池组110的电量相对较充足，可以无需充电，由于直流电输出端的电压大于电池组110的电压，电池组110的工作状态为待机状态，此时供电连接支路310与负载连接支路320之间没有电流通过。
如此设置，在直流电输出端的电压可以满足负载供电需求且电池组110的电压满足需求的情况下，电池组110可以只待机不放电，从而在满足负载供电需求的同时，可以节省电池组110的电量，降低电池组110的电能消耗速度，节省能源。
如前述，“电连通”可以理解为有电流通过，例如，在电池组110的工作状态为充电状态的情况下，供电连接支路310与电池组连接支路330电连通；在电池组110的工作状态为待机状态的情况下，供电连接支路310与电池组连接支路330断开电连通。
在一种实施方式中，在直流电输出端电压大于等于第一预设电压值且至少一个电池组110的容量大于等于预设容量值的情况下，上述至少一个电池组为待机状态，供电连接支路310与负载连接支路320连通。由此，在直流电输出端的电压可以满足负载供电需求且电池容量满足需求的情况下，电池组110同样可以只待机不放电，从而在满足负载供电需求的同时，可以节省电池组110的电量，降低电池组110的电能消耗速度，节省能源。
在一种实施方式中，如图1所示，电源模块100还包括至少一个电池管理单元120(Battery Management System，BMS)，各电池管理单元120与各电池组110一一对应连接，电池管理单元120用于改变对应的电池组110的工作状态，其中，工作状态可以为充电状态、放电状态、待机状态和启动状态的任一种。
其中，“待机状态”可以理解为在电池组110保持在仅有自身消耗并不对负载进行供电的情况下的状态；“启动状态”可以理解为在电源模块100启动时电池组110的状态。
示例性地，电池管理单元120可以与对应的电池组110串联连接。电源模块100还可以包括电压传感器和温度传感器，电压传感器可以用于采集电池组110的电压信号，温度传感器可以用于采集电池组110的温度信号，电池管理单元120可以接收电压信号和温度信号，从而根据电压信号和/或温度信号对电池组110进行维护和管理。
具体地，例如，在电池组110的电压小于第二预设电压值例如200V的情况下，电池管理单元120在接收到电压传感器发送的电压信号后，可以控制对应的电池组110从待机状态转化为充电状态，使供电连接支路310分别与负载连接支路320和电池组连接支路330电连通，实现对电池组110的充电。
在电池组110正常工作过程中，电池组110的温度小于第一预设温度阈值。在电池组110的温度大于等于第一预设温度阈值小于第二预设温度阈值的情况下，电池管理单元120根据温度信号发出告警信息，提醒工作人员检修；在电池组110的温度大于等于第二预设温度阈值的情况下，电池管理单元120可以控制断开电池组连接支路330与电池组支路的电连通。
由此，通过设置上述的电池管理单元120，可以改变对应的电池组110的工作状态，且可以防止电池组110出现过充电和过放电，可以有效延长电源模块100的使用寿命。
在一种实施方式中，如图3所示，电池管理单元120包括双向直流/直流变换器121，双向直流/直流变换器121连接于电池管理单元120所对应的电池组110和电池组连接支路330之间。其中，在双向直流/直流变换器121的电流传输方向为第一电流传输方向的情况下，电池组110的工作状态为放电状态或待机状态；在双向直流/直流变换器121的电流传输方向为第二电流传输方向的情况下，电池组110的工作状态为充电状态；第二电流传输方向与第一电流传输方向相反。
示例性地，双向直流/直流变换器121可以连接于电池组110和电池组支路350之间。在直流电输出端的电压正常为270V的情况下，可以设定双向直流/直流变换器121的电压为260V，且双向直流/直流变换器121的电流传输方向为第一电流传输方向，在电池组110的电压大于等于第二预设电压值的情况下，电池组110的工作状态为待机状态，在电池组110的电压小于第二预设电压值的情况下，电池组110的工作状态为充电状态。在直流电输出端的电压下降至小于260V的情况下，双向直流/直流变换器121的电流传输方向改变为第二电流传输方向，从而使负载连接支路320和电池组连接支路330电连通，电流可以从电池组110输入负载，实现负载的持续性供电。
可选地，电池管理单元120还可以包括第一电池管理子单元122，第一电池管理子单元122进行对应的电池组110内数据的汇总。电池组110的待机状态和放电状态可以通过电路的特性实现，即通过电池组110的电压和直流电输出端之间的电压高低自动改变双向直流/直流变换器121的电流传输方向，此时电池管理单元120可以不参与控制。电池组110充电状态可以通过第一电池管理子单元122实现，例如，当电池组110的电压小于第二预设电压值时，第一电池管理子单元122可以根据电压传感器发送的电压信号控制双向直流/直流变换器121的电流传输方向转化为第二电流传输方向。
电池管理单元120可以包括第一风扇124和用于采集电池组110电流的第一电流传感器123，第一电流传感器123可以与第一电池管理子单元122通讯，以使第一电池管理子单元122在电池组110的电流过大的情况下及时断开对应的电池组110与供电连接支路310的电连通，且断开电池组110与负载连接支路320的电连通，第一电池管理子单元122可以控制第一风扇124工作，以对电池管理单元120散热。
由此，通过设置上述的双向直流/直流变换器121，双向直流/直流变换器121可以通过改变电流传输方向来改变电池组110的工作状态，具体地，当市电正常时，双向直流/直流变换器121使电能从电池组110输出，此时电池组110的输出电压可以为低于直流电输出端的电压的一固定电压值；当市电异常时，双向直流/直流变换器121使电能从电池组110输出至负载，从而为负载进行供电；当电池组110需要进行充电时，双向直流/直流变换器121从直流电输出端取电进行小电流充电，使电能输入至电池组110，且双向直流/直流变换器121可以进行限流管理。另外，电池管理单元120的结构简单，控制稳定。
当然，本公开不限于此，在另一种实施方式中，参照图4，电池管理单元120包括第二电池管理子单元128以及并联连接的第一电流支路125和第二电流支路126。其中，第一电流支路125分别连接于电池管理单元120所对应的电池组110和电池组连接支路330之间，第一电流支路125上设置有第一接触器1251，第二电流支路126上设置有沿电池组110的放电方向单向导通二极管1261。第二电池管理子单元128连接于第一接触器1251，第二电池管理子单元128用于控制第一接触器1251的开闭状态。
例如，在图4的示例中，第一电流支路125左侧的正负极可以与对应的电池组110连接，第一电流支路125右侧的正极可以连接于正极电池组连接子支路，第一电流支路125右侧的负极可以连接于负极电池组连接子支路。
其中，第二电池管理子单元128同样可以进行对应的电池组110内数据的汇总。在直流电输出端的电压大于等于第一预设电压值且至少一个电池组110的电压大于等于第二预设电压值小于第一预设电压值的情况下，第二电池管理子单元128可以控制第一接触器1251断开，此时电池组110可以通过二极管1261对外放电，由于直流电输出端的电压大于电池组110的电压，因此电池组110只待机不放电。
当第二电池管理子单元128检测到第二电流传感器1134的放电电流大于预设电流值时，第二电池管理子单元128可以控制第一接触器1251闭合，此时电池组110可以第一接触器1251对外放电，使电流可以从电池组110流经第一电流支路125后流入电池组连接支路330，并在流经负载连接支路320后输入负载，实现为负载的供电，这样，在通过电池组110为负载供电的情况下，可以通过第一接触器1251放电，而无需经过二极管1261，从而保证二极管1261的寿命，且可以降低电量在二极管1261上的损耗，另外，可以有效提高供电的可靠性，在第一接触器1251损坏或未闭合成功等情况下，可以通过二极管1261放电，从而避免放电回路中断。
当然，在直流电输出端的电压小于第一预设电压值的情况下，电池监测子单元128也可以控制第一接触器1251断开，此时电池组110可以仅通过二极管1261为负载供电，使电流可以从电池组110输出后流经流入电池组连接支路330和负载连接支路320后输入负载，实现为负载的供电。
在直流电输出端的电压大于等于第一预设电压值且至少一个电池组110的电压小于第二预设电压值的情况下，第二电池管理子单元128可以控制第一接触器1251闭合，此时直流电输出端输出的电流可以在依次流经供电连接支路310、电池组连接支路330、电池组支路350和第一电流支路125后输入电池组110，从而对电池组110进行充电。
由此，通过设置上述的二极管1261、第一接触器1251和第二电池管理子单元128，可以通过控制第一接触器1251的断开或闭合改变电流的流动方向，在断开第一接触器1251的情况下可以通过二极管1261使电池组110处于放电状态或待机状态，且在闭合第一接触器1251的情况下可以通过第一电流支路125使电池组110处于放电状态或充电状态，从而同样可以根据实际需求改变电池组110的工作状态。
进一步地，如图4所示，电池管理单元120还可以包括第三电流支路127，第三电流支路127与第一电流支路125并联连接，第三电流支路127上设置有第二接触器1271和电阻1272，第二接触器1271连接于第二电池管理子单元128，第二电池管理子单元128用于控制第二接触器1271的开闭状态。由此，通过设置上述第三电流支路127，在电池组110启动的情况下，可以闭合第二接触器1271且断开第一接触器1251，由于第三电流支路127上设置有电阻1272，可以有效减小启动电流。
在一种实施方式中，结合图4，在第二电池管理子单元128控制第一接触器1251断开以及第二接触器1271闭合的情况下，电池管理单元120所对应的电池组110的工作状态为启动状态；在第二电池管理子单元128控制第一接触器1251和第二接触器1271断开的情况下，电池管理单元120所对应的电池组110的工作状态为待机状态；在第二电池管理子单元128控制第一接触器1251闭合以及第二接触器1271断开的情况下，电池管理单元120所对应的电池组110的工作状态为充电状态或放电状态。
示例性地，电池管理单元120可以包括第二风扇129和用于检测电流的第二电流传感器130，第二电流传感器130可以与第二电池管理子单元128通讯，以使第二电池管理子单元128在电池组110的电流过大的情况下及时断开对应的电池组110与供电连接支路310的电连通，或断开对应的电池组110与负载连接支路320的电连通。第二电池管理子单元128可以控制第二风扇129工作，以对电池管理单元120散热。
当电池组110为待机状态时，第二电池传感器检测到的电流为零；当市电掉电时，第二电流传感器130会检测到放电电流，从而闭合第一接触器1251，这样电流通过第一接触器1251进行放电，避免一直通过二极管1261放电而导致热损坏过大。
如此设置，在第一接触器1251和第二接触器1271断开的情况下，电池组110可以通过二极管1261向外输入电流，且使电池组110保持待机状态；在第一接触器1251断开以及第二接触器1271闭合的情况下，由于第二电流支路126反向截止，电流可以流经第二电流支路126，从而通过电阻1272减小启动电流；在第一接触器1251闭合以及第二接触器1271断开的情况下，可以通过二极管1261所在的第二电流支路126和第一接触器1251所在的第一电流支路125这两个放电回路放电，稳定性高，且成本较低，还可以在电池组110的电压不足的情况下通过第一接触器1251所在的第一电流支路125实现电池组110的充电。
在一种实施方式中，如图1所示，供电装置10还包括负载支路340，负载支路340连接于负载连接支路320和负载之间，负载支路340上设置有保护开关和电流检测单元，电流检测单元用于检测负载支路340上的电流，保护开关用于在负载支路340上的电流大于预设电流值的情况下断开。例如，保护开关可以为断路器，但不限于此。
示例性地，负载支路340可以包括正极负载子支路和负极负载子支路，其中，正极负载子支路连接于正极负载连接子支路和对应的负载之间，负极负载子支路连接于负极负载连接子支路和对应的负载之间。其中，每个负载对应一条正极负载子支路和一条负极负载子支路。
由此，通过设置上述的负载支路340，可以为后端负载提供配电功能，通过设置上述的保护开关，保护开关可以作为负载的连接开关和维护开关，且可以起到有效的短路保护作用，从而可以保证负载的运行安全性和稳定性。
在一个应用示例中，结合图3，电池管理单元120包括双向直流/直流变换器121。此时直流电输出端的电压为恒定电压，如270V，电池组110的电压可以为200V～260V(包括端点值)，电池组110的电压非恒定，可以通过双向直流/直流变换器121转化为固定电压，如260V。当电池组110的电池容量满足95％以上或电压满足250V以上时，双向直流/直流变换器121保持放电回路接通，此时电池组110为待机状态；当电池组110的电池容量低于95％或电压低于250V时，双向直流/直流变换器121保持充电和放电回路均接通，此时电池组110处于充电状态，在电池组110的电压达到260V或电池容量达到100％的情况下，充电停止，即结束充电状态；当直流电输出端电压低于双向直流/直流变换器121转化的固定电压260V时，此时无论电池组110处于待机状态或充电状态，电池组110均通过双向直流/直流变换器121放电，以对负载进行供电。
在另一个应用示例中，结合图4，电池管理单元120包括第一接触器1251、第二接触器1271和二极管1261。此时直流电输出端电压为恒定电压，如270V，电池组110电压为变化范围，如200V～260V。在电池组110的电池容量满足95％以上或电压达到250V以上的情况下，电池组110通过二极管1261放电，此时电池组110为待机状态；当电池组电池容量低于95％或电压低于250V时，充电回路和放电回路均接通，此时电流流经第一接触器1251对电池组110进行充电，早电池组110的电压达到260V或电池容量达到100％的情况下，充电停止，即结束充电状态；在直流电输出端电压低于电池组110的电压的情况下，无论电池组110处于待机状态或充电状态，电池组110均通过第一接触器1251对负载进行放电。
在一种实施方式中，如图1所示，电池组110包括可以串联连接的多个电池，如锂电池，电流转换模块200包括至少一个整流单元210。
示例性地，整流单元210可以为多个，各整流单元210的输入端可以连接于上述交流电输入端，各整流单元210的输出端可以连接于上述直流电输出端。整流单元210的数量可以根据实际需要灵活调整，以更好地满足实际应用。
其中，各整流单元210可以为小功率的热插拔模块。例如，热插拔模块的功率可以为15kW或30kW等。热插拔模块可以将单相或者三相交流电整流为直流电，如直流(DirectCurrent，DC)240V或DC336V。各热插拔模块彼此独立，从而支持扩容以及新旧混用，运维更加方便。
相关技术中，数据中心的不间断电源系统通常包括以下四种：
第一种：不间断电源(Uninterruptible Power Supply，UPS)加铅酸蓄电池方案，采用铅酸蓄电池作为后备电源，UPS与铅酸蓄电池充电需要经过交流(AlternatingCurrent，AC)/DC以及DC/DC过程，放电需要经过DC/DC以及DC/AC过程。然而，由于铅酸蓄电池在数据中心中需要设置独立的电池间，占用较大的建筑面积，且需要定期做线下充放电维护，监控系统通常只能采集部分数据，运维困难，另外，铅酸电池放电倍率低、寿命短，难以满足目前高功率、短后备时间的需求。因此，这种方式供电效率低，控制复杂，故障点多，且具有多个设备，招采、安装、施工等复杂。
第二种：高压直流输电(High Voltage Direct Current，HVDC)加铅酸蓄电池方案，采用铅酸蓄电池作为后备电源，HVDC与铅酸蓄电池充电需要经过AC/DC过程，放电则HVDC直接供给负载。然而，铅酸占地面积大、寿命短、运维困难，且同样具有多个设备，招采、安装、施工等复杂。
第三种：UPS加锂电池方案，采用锂电池作为后备电源，UPS与锂电池充电需要经过AC/DC、DC/DC过程，放电需要经过DC/DC、DC/AC过程，且应用故障率高。这种方式供电效率低，控制复杂，故障点多，为多个设备，招采、安装、施工等复杂。
第四种：分布式锂电池方案，直接将220V或380V市电转换为12V、48V或240V的直流电供给标准服务器，然后通过机柜级的锂电池备电系统与上述电压进行并联。这种方式通常需要对IT负载机柜进行定制，通用性差，且锂电池分散布局，监控系统负复杂，而且整体容量冗余配置多，成本高。
本公开上述实施例可以采用一个完整的供电装置10代替传统的多个不间断电源系统设备，解决了传统不间断电源系统复杂、电池单独配置和采购、设备寿命短、施工和调试工作复杂、不容易扩容、灵活性差等问题。而且，相较于UPS，整流单元210的供电效率更高，且节省建筑面积。
在一个示例中，电源模块100还可以包括均衡单元，均衡单元可以与电池组110一一对应设置，以实现各电池的一致性均衡。
在一种实施方式中，如图1和图2所示，供电装置10还包括：监测显示模块400，与电源模块100、电流转换模块200和供电分配模块300通讯，用于监测并显示电源模块100、电流转换模块200和供电分配模块300的工作数据。
示例性地，监测显示模块400可以为人机界面(Human Machine Interface，HMI)，HMI可以采集、监测和显示工作数据，如交流电源例如市电的电压和电流、整流单元210的电压、电流、温度等、各支路(如供电连接支路310、负载连接支路320、电池组连接支路330、负载支路340以及电池组支路350等)的电流、开关状态、各电池管理单元120的信息。
电池管理单元120可以具有与HMI相连的通信接口，以实现与HMI的通信，但电池管理单元120的控制可以不完全依靠HMI，在电池管理单元120与HMI通信中断时，电池管理单元120也可正常工作，保证了电源模块100的可靠性。
由此，整个供电装置10可以只有一个监测显示模块400，在简化监控路径、集成供电装置10的工作数据与功能的同时，监测的工作数据更加准确，对供电装置10稳定性、各模块之间的通讯质量、运维方便性等均有大幅提高。
在一种可选的实施方式中，供电装置10还可以包括：第一柜体(图未示出)，电源模块100、电流转换模块200和供电分配模块300均设置在第一柜体内。如此设置，可以有效保证供电装置10的整体性，使电源模块100、电流转换模块200和供电分配模块300可以集成在第一柜体内，从而使供电装置10可以整体运输到现场，实现供电装置10的快速组装交付，方便安装。
在另一种可选的实施方式中，参照图2并结合图1，供电装置10还包括第二柜体500、第三柜体600和第四柜体700。其中，电源模块100至少部分地设置在第二柜体500内，电流转换模块200至少部分地设置在第三柜体600内，供电分配模块300至少部分地设置在第四柜体700内。
其中，“供电分配模块300至少部分地设置在第四柜体700内”可以理解为供电分配模块300的至少一部分设置在第四柜体700内，例如，供电连接支路310可以穿过第四柜体700伸入至第三柜体600内，以与直流电输出端连接，而不限于供电分配模块300全部设置在第四柜体700内。
示例性地，可以通过橇块或底座将第二柜体500、第三柜体600和第四柜体700整体运输到现场；或者，可以将第二柜体500、第三柜体600和第四柜体700分别运输到现场。其中，第二柜体500的数量可以根据供电装置10的功率需求进行灵活调整，在第三柜体600预留开关的情况下，可以支持改造扩容，第二柜体500内可以设置电池柜级或电池模块级消防模块，以提高电源模块100的安全性。第三柜体600的数量可以为一个或多个，可以根据整流单元210的数量具体确定，第三柜体600的市电输入侧可以设置有交流断路器进行保护和断电维护等，同时可以配置电压互感器和电流互感器等。可选地，供电装置10还可以包括第五柜体，监测显示模块140可以设于第五柜体。第二柜体500、第三柜体600、第四柜体700和第五柜体的实际尺寸和数量可以根据具体系统的容量或功率具体设置，各柜体还可以由多个机柜组成，本公开对柜体的数量和尺寸等参数不作限定。
由此，通过设置上述的第二柜体500、第三柜体600和第四柜体700，在保证供电装置10的快速组装交付的同时，方便电源模块100、电流转换模块200和供电分配模块300的检修和维护。
根据本公开第二方面实施例的数据中心，如图5所示，包括根据本公开上述第一方面任一实施方式的供电装置10。
根据本公开的数据中心，通过采用上述的供电装置10，可以实现电源模块100、电流转换模块200和供电分配模块300的集成设置，从而可以减小数据中心的建筑面积，在实现为数据中心的负载不间断供电的同时，使供电装置10可以通用。
在本说明书的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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公开和简化描述，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公开的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。
在本公开中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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在本公开中的具体含义。
在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
上文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本公开的不同结构。为了简化本公开的公开，上文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本公开。此外，本公开可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。
上述具体实施方式，并不构成对本公开保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本公开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本公开保护范围之内。

Claims (17)

1.一种供电装置，包括：
电源模块，包括至少一个电池组；
电流转换模块，所述电流转换模块包括交流电输入端和直流电输出端；
供电分配模块，包括供电连接支路、负载连接支路和电池组连接支路，所述供电连接支路的供电输入端连接于所述直流电输出端，所述负载连接支路连接于所述供电连接支路的供电输出端与各负载之间，所述电池组连接支路连接于所述供电输出端与各所述电池组之间。
2.根据权利要求1所述的供电装置，其中，在所述直流电输出端的电压小于第一预设电压值的情况下，至少一个电池组为放电状态，所述负载连接支路和所述电池组连接支路电连通。
3.根据权利要求1所述的供电装置，其中，在所述直流电输出端的电压大于等于第一预设电压值且至少一个电池组的电压小于第二预设电压值的情况下，所述至少一个电池组为充电状态，所述供电连接支路分别与所述负载连接支路和所述电池组连接支路电连通，其中，所述第一预设电压值大于所述第二预设电压值。
4.根据权利要求1所述的供电装置，其中，在所述直流电输出端的电压大于等于第一预设电压值且至少一个电池组的容量小于预设容量值的情况下，所述至少一个电池组为充电状态，所述供电连接支路分别与所述负载连接支路和所述电池组连接支路连通。
5.根据权利要求1所述的供电装置，其中，在所述直流电输出端的电压大于等于第一预设电压值且至少一个电池组的电压大于等于第二预设电压值小于第一预设电压值的情况下，所述至少一个电池组为待机状态，所述供电连接支路与所述负载连接支路电连通，其中，所述第一预设电压值大于所述第二预设电压值。
6.根据权利要求1所述的供电装置，其中，在所述直流电输出端电压大于等于第一预设电压值且至少一个电池组的容量大于等于预设容量值的情况下，所述至少一个电池组为待机状态，所述供电连接支路与所述负载连接支路连通。
7.根据权利要求1所述的供电装置，其中，所述电源模块还包括：
至少一个电池管理单元，各所述电池管理单元与各所述电池组一一对应连接，所述电池管理单元用于改变所述电池组的工作状态，其中，所述工作状态为充电状态、放电状态、待机状态和启动状态中的任一种。
8.根据权利要求7所述的供电装置，其中，所述电池管理单元包括：
双向直流/直流变换器，连接于所述电池管理单元所对应的电池组和所述电池组连接支路之间；
其中，在所述双向直流/直流变换器的电流传输方向为第一电流传输方向的情况下，所述电池组的工作状态为所述放电状态或所述待机状态；在所述双向直流/直流变换器的电流传输方向为第二电流传输方向的情况下，所述电池组的工作状态为所述充电状态；所述第二电流传输方向与所述第一电流传输方向相反。
9.根据权利要求7所述的供电装置，其中，所述电池管理单元包括：
并联连接的第一电流支路和第二电流支路，所述第一电流支路连接于所述电池组连接支路和所述电池管理单元所对应的电池组之间，所述第一电流支路上设置有第一接触器，所述第二电流支路上设置有沿所述电池组的放电方向单向导通的二极管；
第二电池管理子单元，连接于所述第一接触器，所述第二电池管理子单元用于控制所述第一接触器的开闭状态。
10.根据权利要求9所述的供电装置，其中，所述电池管理单元还包括：
第三电流支路，与所述第一电流支路并联连接，所述第三电流支路上设置有第二接触器和电阻，所述第二接触器连接于所述第二电池管理子单元，所述第二电池管理子单元用于控制所述第二接触器的开闭状态。
11.根据权利要求10所述的供电装置，其中，在所述第二电池管理子单元控制所述第一接触器断开以及所述第二接触器闭合的情况下，所述电池管理单元所对应的电池组的工作状态为所述启动状态；
在所述第二电池管理子单元控制所述第一接触器和所述第二接触器断开的情况下，所述电池管理单元所对应的电池组的工作状态为所述待机状态；
在所述第二电池管理子单元控制所述第一接触器闭合以及所述第二接触器断开的情况下，所述电池管理单元所对应的电池组的工作状态为所述充电状态或所述放电状态。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的供电装置，还包括：
负载支路，连接于所述负载连接支路和所述负载之间，所述负载支路上设置有保护开关和电流检测单元，所述电流检测单元用于检测所述负载支路上的电流，所述保护开关用于在所述负载支路上的电流大于预设电流值的情况下断开。
13.根据权利要求1-11中任一项所述的供电装置，其中，所述电池组包括串联连接的多个锂电池；
所述电流转换模块包括至少一个整流单元。
14.根据权利要求1-11中任一项所述的供电装置，还包括：
监测显示模块，与所述电源模块、所述电流转换模块和所述供电分配模块通讯，用于监测并显示所述电源模块、所述电流转换模块和所述供电分配模块的工作数据。
15.根据权利要求1-11中任一项所述的供电装置，还包括：
第一柜体，所述电源模块、所述电流转换模块和所述供电分配模块均设置在所述第一柜体内。
16.根据权利要求1-11中任一项所述的供电装置，还包括：
第二柜体，所述电源模块至少部分地设置在所述第二柜体内；
第三柜体，所述电流转换模块至少部分地设置在所述第三柜体内；
第四柜体，所述供电分配模块至少部分地设置在所述第四柜体内。
17.一种数据中心，包括根据权利要求1-16中任一项所述的供电装置。
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