CN115149119A - 数据中心多级备用系统 - Google Patents

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Abstract

电池系统的第一电池可以包括从第一电池生成的热能产生电能的热电组件(TEC)。TEC用于为电池系统的第二电池充电，同时为第一电池保持适当的热条件。电池系统可以用于通过在断电期间充当备用电源和/或在峰值功率条件下提供补充功率来支持信息技术(IT)设备。

Description

数据中心多级备用系统
技术领域
本公开的实施例总体上涉及一种可以为数据中心的信息技术(IT)设备供电的两级电池系统。
背景技术
信息技术(IT)包括诸如可通过互联网或本地网络访问的计算机的技术，其提供对数据、网站、计算机程序等的存储或访问。
诸如服务器之类的IT设备可以执行即使在电网电力变得不可用时(例如，在断电或维护期间)也需要运行的关键操作。电池，诸如基于锂离子的电池，可以提供必要的备用能源，当主电源(例如电网)出现故障时，它可以保持IT设备运行关键操作。
当电池工作时(例如，充电或放电)，可产生热能。电流越大，电池的内阻越大，产生的热能(例如瓦特)就越多。这种通常会损失的热能会损坏电池，缩短电池的使用寿命，并降低数据中心的整体效率。需要进行冷却工作以保持电池的储存温度，以免它们过热。因此，数据中心的发展需要有效地管理能量存储。
电池室可以容纳备用电池，以集中管理电池。锂离子电池会随着时间的推移而退化(例如，能量存储容量降低)。电池的退化率通常取决于电池的储存温度。较高的储存温度通常会导致更快的退化，但是设施需要较少的冷却工作量来维持此储存温度。因此，还需要以考虑电池退化以及电池冷却工作量的方式来管理电池。
开发先进技术以提高能源使用效率以减少二氧化碳排放并消除操作大规模IT集群对环境的影响变得愈发重要。
发明内容
在第一方面，提供一种电池系统，包括：
具有一个或多个电池单元的第一电池；
热电组件(TEC)，其中具有热电材料以形成热区和冷区，所述热区与所述第一电池的区域热连接，其中所述TEC被配置为基于所述热区和所述冷区之间由于热电效应而产生的温差生成第一电压；
电压转换器，其耦接至所述TEC以提升所述TEC产生的所述第一电压以产生高于所述第一电压的第二电压；以及
第二电池，其电连接至所述电压转换器的输出端，其中所述第二电压用于为所述第二电池充电。
在一些实施例中，控制器被配置为当不存在主电源时或当数据中心的信息技术(IT)设备的电力需求超过阈值时将所述第一电池电连接到所述IT设备。
在一些实施例中，中所述控制器被配置为将所述第二电池电连接到所述IT设备或所述IT设备的一部分。
在一些实施例中，所述控制器被配置为保持储存所述第一电池的最佳环境温度，所述最佳环境温度基于冷却所述第一电池的预估工作量、所述第一电池相对于存储持续时间和温度的预估容量和所述TEC的热特性而确定。
在一些实施例中，空气冷却系统在所述冷区或连接到所述TEC的所述冷区的冷板处引导空气。
在一些实施例中，中液体冷却系统通过一个或多个热耦接到所述冷区或热连接到所述冷区的冷板的通道循环流体。
在一些实施例中，所述第一电池和所述第二电池位于数据中心的电池室中，与所述数据中心的IT室中的IT设备电连接，并且所述控制器被配置为通过风扇或空调管理所述电池室内的温度。
在一些实施例中，所述的电池系统进一步包括电连接到所述电压转换器的电压输出端的第三电池。
在一些实施例中，开关交替a)所述第二电池和IT设备之间的连接和b)所述第三电池和IT设备之间的连接。
在一些实施例中，所述第一电池使用所述TEC而不是另一个冷却结构来冷却所述第一电池。
在第二方面，提供了一种数据中心，包括：
信息技术(IT)设备；和
根据前述第一方面的任一实施例所述的电池系统，
其中所述电池系统的第一电池具有一个或多个电池单元以为所述IT设备提供电力。
附图说明
在附图的图中通过示例而非限制的方式示出了这些方面，其中相似的附图标记指示相似的元件。应当注意，对本公开的“一个”方面的引用不一定是指相同的方面，它们意味着至少一个方面。此外，为了简洁和减少图的总数，可以使用给定的图来说明多于一个方面的特征，并且对于给定的方面并非需要图中的所有元素。
图1示出了根据一些实施例的具有热电组件(TEC)的电池系统。
图2示出了根据一些实施例的数据中心。
图3示出了存储时间和电池容量之间的关系。
图4示出了电池循环次数与放电容量之间的关系
图5示出了根据一些实施例的管理电池状况的方法。
图6示出了根据一些实施例的示例性IT机架。
具体实施方式
现在参照附图解释本公开的几个方面。当给定方面中描述的组件的形状、相对位置和其他方面没有明确定义时，本文公开的范围不仅限于所示出的组件，其仅用于说明的目的。此外，虽然阐述了许多细节，但应当理解，可以在没有这些细节的情况下实践某些方面。在其他情况下，没有详细示出众所周知的电路、结构和技术，以免对本说明书的理解造成混淆。此外，除非有明显相反的含义，否则本文列出的所有范围均被视为包括各个范围的端点。
说明书中提及“一个实施例”或“一种实施例”是指结合该实施例描述的特定特征、结构或特性可以包括在本公开的至少一个实施例中。说明书中各处出现的短语“在一个实施例中”不一定是指同一个实施例。
数据中心可以容纳和管理IT设备的操作。数据中心可以包括电池系统以充当IT设备的备用能源和/或补充能源。例如，IT设备可能由公共电网供电。如果公共电力断电，IT设备可以由电池系统供电。附加地，或可选地，电池系统可以在峰值电力需求期间补充公共电网(或其他电源)，这可能在IT设备提供特别耗电的服务时发生。
由于电池和硬件的电流和内阻，电池在操作(充电和/或放电)时会产生热能。这种热能会降低数据中心的操作效率，尤其是在电池循环(充电和放电)频繁的情况下。为了减轻这种效率损失，可以收集和存储一些热能。
电池系统可以包括具有一个或多个电池单元的第一电池；热电组件(TEC)，其中具有热电材料以形成热区和冷区，热区与第一电池的区域热连接，其中TEC被配置为基于热区和冷区之间由于热电效应而产生的温差生成第一电压；电压转换器，其耦接至TEC以提升TEC产生的第一电压以生成高于第一电压的第二电压；第二电池，其电连接至电压转换器的输出端，其中第二电压用以对第二电池充电。以这种方式，可以收集第一电池(例如，主电池模块)产生的热能来为第二电池(辅助电池模块)充电。这些能量随后可用于为IT设备供电，从而提高电池系统的效率。
图1示出了根据一些实施例的具有热电组件的电池系统。第一电池可以容纳一个或多个电池单元110。电池单元可以具有基于锂离子的化学成分。热电组件104可以具有形成热区108和冷区106的热电材料。热区可以连接到第一电池的外壳，或者位于外壳内(例如，通过热板热连接到一个或多个电池单元)。冷区可以在第一电池的外部和/或连接到冷板112，以管理热区和冷区之间的温差。热电组件可以包括半导体区域107，其可夹在热区和冷区之间，其包括一个或多个P结和一个或多个N结。P结和N结可以彼此串联和/或并联电连接并电连接到TEC端子144。每个热区和冷区都可以由相应的板(平面形状)形成，这些板在相反的两侧夹持半导体区域。热电组件，也称为热电冷却器或珀尔帖(Peltier)模块，具有布置成通过珀尔帖效应、塞贝克效应和/或汤姆逊效应产生电力的半导体组件。
当热能从热区传输到冷区时，由于来自热电材料的热电效应(例如塞贝克效应)，在TEC端子处产生电势。热能差越大，TEC的功率输出越大。TEC端子可以电连接到电压转换器107，从而用作电压转换器的输入电压。
电压转换器可以包括一个或多个功率开关器件(例如，场效应管、晶体管、IGBT和/或其他半导体器件)、一个或多个电感器、二极管、电容器、电阻器和在电路中互连的其他无源或有源电子组件以将输入电压升高到输出电压。在一些实施例中，电压转换器可以包括升压转换器电路，该升压转换器电路包括单个低侧控制FET。在一些实施例中，电压转换器包括同步升压转换器电路或其他等效电子技术。
基于电压转换器的操作，电压转换器的输出电压被提升到比输入电压更高的电压，例如，电压转换器的一个或多个功率开关器件的占空度可以控制输入电压被提升多少以产生输出电压。可以基于连接到电压转换器的输出电压的第二电池146的电压来确定期望的输出电压。可以将电压转换器的输出电压调节到略高于第二电池的电压输入以驱动电流进入第二电池，从而为第二电池充电。输出电压可以是电流控制的(例如，基于有多少电流馈入第二电池的反馈)。在不脱离本公开的范围的情况下，可以实施各种控制技术和电路以从TEC输出为第二电池充电。
类似于第一电池，第二电池146也可以包括一个或多个电池单元144，其可以具有基于锂离子的化学成分。第一电池和第二电池中的每一个可以具有基于应用和需求而定的容量。例如，如果IT设备在1000安培的加载下需要12分钟的备用能量，并且IT集群(数据中心中的一组IT设备)设计为容纳10个第一电池，那么每个第一电池的大小可以为120瓦时。每个第一电池可以具有与其相关联的对应的第二电池。第二电池可以具有比第一电池小的电容，例如，是第一电池的电容的四分之一或更少。
第一电池可以包括电池外壳，该电池外壳容纳相应的电池单元以及统称为BMS(电池管理系统)的相关电子器件，其执行电池单元监控、电池单元平衡和/或与外部设备或控制器的通信。第二电池可以包括其自身的外壳和BMS。然而，在一些实施例中，第二电池和第一电池可以共享外壳和BMS。
在一些实施例中，第一电池使用TEC而不是另一冷却结构来冷却第一电池。例如，没有其他冷却系统(诸如其他冷却板)附接到第一电池。否则，另一冷却系统可能会从第一电池中提取热能，从而降低TEC产生的功率。冷板112可以是在其他冷却技术中使用的其他类型的冷却组件或冷却设备。
第一电池可以电连接到IT设备150。第二电池可以电连接到IT设备160。IT设备150和160可以相同或不同。在一些实施例中，IT设备160是IT设备150的子集，例如，被认为是关键的或非常重要的设备。第一电池和第二电池可以组合或以交替的方式为IT设备供电。
冷却系统120可以监控和冷却数据中心的组件，包括电池和IT设备。在一些实施例中，冷板112连接到冷区106以帮助在电池操作期间从TEC提取热能(保持冷区是冷的)，从而增加TEC的功率输出。在一个实施例中，冷却系统被控制以将冷板保持在优化条件下，以便半导体区域107在优化区域执行以将热能转化为电能。冷却系统可以包括液体冷却系统，诸如例如泵，其使流体通过一个或多个通道循环到冷区或冷板并从冷区或冷板流出。附加地或可选地，冷却系统可以包括空气冷却系统，诸如在冷区或冷板处引导空气的风扇和/或空调系统。冷却系统可以采用一种或多种冷却策略和相关硬件，如在其他部分中进一步讨论的。
注意，在整个本申请中，TEC 104被用作基于第一电池生成的热量产生电能并使用电能为第二电池充电或向其他组件(诸如IT设备)提供电力的电路的示例。然而，由于热电材料的热电效应，TEC 104也可用于通过向TEC端子提供电力而在冷却模式或加热模式下操作。这种热电效应被称为珀尔帖效应。流经TEC 104的电流方向将使TEC 104以冷却模式或加热模式操作。因此，根据不同时间点的操作条件，TEC 104可以被配置为在冷却模式或加热模式下操作以冷却或加热电池110。可选地，TEC 104也可以利用其热电效应，即塞贝克效应，被配置为发电机。当需要冷却或加热电池110时，向TEC 104提供电力。当不需要冷却或加热电池110时，TEC 104可以被配置为生成电能以为另一组件，诸如第二电池146充电。TEC104可以根据具体情况而动态配置。
热电效应是指温差产生电势或电势产生温差的现象。这些现象更具体地称为塞贝克效应(由温差产生电压)、珀尔帖效应(用电流驱动热流)和汤姆森效应(当同时存在电流和温度梯度时，导体内的可逆加热或冷却)。虽然所有材料都具有非零热电效应，但在大多数材料中，其太小而没有用处。然而，具有足够强的热电效应(和其他所需特性)的低成本材料也被考虑用于包括发电和制冷在内的应用。最常用的热电材料是基于碲化铋的。
图2示出了根据一些实施例的数据中心200。数据中心可以包括管理各个数据中心组件和/或区域，诸如电池、IT设备、容纳电池的电池室220或容纳IT设备的IT室240的温度的冷却系统。
冷却系统可以包括空调201、风扇205和/或用于循环冷却剂流体的泵203。流体可以通过泵循环到电池和/或IT设备。流体可以通过一个或多个通道循环到IT机架和/或TEC的冷区(或连接到冷区的冷板)，从而将热能从TEC带走。在一些实施例中，可以通过冷却器211或冷却系统的其他制冷技术来主动冷却流体。
空调可以由冷却系统控制以将电池的温度或第一电池储存在其中(例如，电池室中)的环境温度维持在指定温度。附加地或可选地，冷却系统可以包括布置成在TEC的冷区或连接到TEC的冷区的冷板处引导空气的风扇。
传感器240可以包括监测进出电池的电流的电流传感器、电池和电压转换器的电压传感器、和/或针对电池和/或电池或IT设备所处的环境温度的温度传感器。
第一电池和第二电池可以位于数据中心的电池室220中。电池可以电连接到位于数据中心的IT室240中的IT设备。控制器206可以被配置为使用风扇或空调来管理电池室中的温度。在一些实施例中，第一电池可以包括第三电池210。可以以与图1中描述的类似的方式对第三电池充电。
例如，第三电池可以电连接到电压转换器的电压输出端，该电压转换器提升与第一电池热耦接的TEC的电压输出。在一些实施例中，系统可以包括用于每个辅助电池的单独的TEC和转换器电路(例如，用于第二电池的TEC和转换器、用于第三电池的另一个TEC和转换器、用于第四电池的另一个TEC和转换器等)。此外，多个主电池(例如，第一电池)可以与相应的辅助电池一起放置在电池室中。
控制器206可以包括功率管理逻辑207，其确定何时以及应该使用哪些电池来为IT设备供电。控制器可以通过一个或多个开关209和208管理电池充电或放电。开关可以是固态继电器、机电继电器/接触器或其他等效技术。
当不存在电源230时，第一电池(例如，主电池)可以电连接到数据中心的信息技术(IT)设备。例如，如果电源是公共/电网电源，并且该电源因断电而丧失，则可以将第一电池用作备用电源，从而在断电期间维持IT设备提供的服务。附加地或可选地，第一电池可以电连接到IT设备作为电源的补充(例如，除了电源之外)。这可以在IT设备的电力需求超过阈值时执行，诸如在IT设备的峰值负载期间。
辅助电池(例如，第二电池、第三电池)可以电连接到IT设备或IT设备的一部分。例如，第二电池可以连接到与第一电池相同的IT设备以分担负载，或连接到IT设备的单独部分(例如，在单独的电源总线上)。
一个或多个开关208和209可以各自包括多个独立可控的开关，这些开关交替连接第二电池和第三电池，用于为第二电池和第三电池充电和/或放电。例如，当第二电池达到阈值电量(例如，变为“充满”)时，可以打开对第二电池的充电电路并且可以闭合对第三电池的充电电路。因此，当第二电池充满时，第三电池可以继续收集热能。
类似地，可以连接第二电池以给IT设备供电。当第二电池放电到一定的阈值(例如剩余10％容量或更少)时，可以将第三电池连接到IT设备来代替第二电池。控制器可以根据电池的开路电压读数和/或电流监测来测量容量。
应当注意，在图2中，没有示出一些电力电子电路，诸如将AC/DC从电源230转换到电池的转换器。同样，将来自电池的DC电压转换为AC电压以为IT设备供电的逆变器也没有示出。此类转换器可以包括功率开关器件(例如，场效应管、晶体管、IGBT和/或其他半导体器件)、二极管、电容器、电阻器、电感器和其他无源或有源电子组件，它们布置在转换器电路中以主动将AC电压源整流为DC电压，或将DC电压转换为另一个DC电压(例如，升压转换器)。逆变器还可包括布置在逆变器电路中以将DC电压转换为AC电压的此类电子组件。
图3示出了存储时间和电池容量之间的关系。这种关系取决于温度。T1到T5是按升序排列的五个示例性电池存储温度。T1代表低温，T5代表高温。对于所需的最小剩余放电容量Cmin，可以看到每个相应温度曲线的相应存储时间(D1-D5)。例如，D1可以表示电池在温度T1下可以储存的最大天数，使得电池仍然满足最低放电要求(例如，70％的放电容量)。因此，图3显示在温度范围(T1-T5)内，电池的剩余放电容量随着电池存储温度的升高而降低(例如，呈反比关系)。
图4示出了电池循环次数和放电容量之间的关系。单个电池循环可以代表电池以相当大的百分比(例如，80％或更高)进行充电和放电。循环1可以代表在温度T1下电池满足Cmin的第一循环次数。循环2可以表示满足Cmin的小于循环1的循环次数的第二循环数，依此类推。循环5表示该组中的最小循环数。与上图类似，图4示出了剩余放电容量随着温度降低而增加，反之亦然。因此，电池寿命随着储存温度的降低而延长，但需要付出相当大的工作量。
通过维持低电池存储(其可以是环境温度或电池温度)来延长寿命的工作量可以用各种术语来定义，诸如例如货币成本(例如，为空调、风扇等供电的电力成本)或能源效率(例如总瓦数)。正如所讨论的，TEC通过从TEC的热区和冷区之间的温差生成电能来操作。温差越高，发电越好。因此，高温差意味着冷区的冷却需要付出很大的工作量，这要付出成本。因此，最佳温度会影响TEC收集的能量对冷却TEC冷区的成本的好处，尽管这种冷却可能仅在电池处于激活状态时才需要。
在一些实施例中，控制器被配置为保持存储第一电池的最佳环境温度。最佳环境温度可以基于冷却第一电池的预估工作量、第一电池相对于存储持续时间和温度的预估容量，以及TEC的热特性来确定。最佳环境温度可以通过使成本函数最小化来确定，使成本函数最小化包括使冷却第一电池所需的工作量(例如，空调、风扇等)最小化、使由于电池退化而更换第一电池的工作量最小化以及使TEC的输出(其作为能量存储在辅助电池中)最大化。可以使用回归(例如线性回归)使成本函数最小化，以确定最佳环境或电池温度。因此，在优化电池系统的管理时可以考虑使用TEC收集热能。优化可以是自适应性的(例如，随时间变化)，如图5中所示。
图5示出了根据一些实施例的用于在IT设置中管理电池的温度控制方法500。在操作501中，可以预先定义和设置温度边界(例如，最大温度阈值和最小温度阈值)。最大值和最小值可以根据电池和TEC的预评估来设置。
在操作502中，可以微调(在边界内)每日温度设置以寻找每天对应的冷却成本和预计的电池存储时间。如上所述，每日冷却成本可以是a)冷却第一电池所需的工作量(例如空调、风扇等)、b)由于电池退化而更换第一电池的工作量以及c)TEC的输出的函数。基于每日冷却成本，目标函数的求解可以通过在不同温度下重复操作502直到找到最低每日冷却成本(从而使成本最小化并求解最佳温度)。当带入函数时，最佳温度提供最低的成本。
在找到最佳温度之后，方法进入操作504，在操作504处设置温度。可以确定冷却系统参数以自动产生最佳温度设置，从而使每个存储日和/或每个生命循环的操作和资本成本的总成本最小化。在此温度设置下，能量收集电路将电池放电期间产生的热量转化为电能，以为负载供电。
冷却基础设施消耗能量来维持该受控温度，这又会增加操作成本。因此功率和能量都与数据中心的环境温度成正比。
这使得需要优化，诸如上述优化。对于复杂的数据中心冷却基础设施，可以通过不同温度下的实际数据寻找准确的表达式。冷却系统的操作成本可以包括风扇、CRAH、冷却器等，并且可以确定为总能量(例如，kWh)和/或该总能量的货币成本。
电池存储时间例如在数据中心备用应用中受到限制，因为备用电池至少需要提供最小电容，如图3和图4所示。在不同的存储温度下，在达到Cmin(设定的寿命结束时的最小剩余容量)之前存储时间不同。电池每天的平均资本支出可以基于电池的资本支出相对于存储时间导致的退化来确定。
优化目标可以包括寻找最佳温度，使得冷却和电池资本支出的总成本最小化。从图3可以看出，对于不同的温度T1～T5，在最小容量Cmin下，存储时间不同，但与温度呈正相关。因此，为了实现高分辨率，可以基于有限的温度样本生成回归模型。因此，可以在无限分辨率下找到温度与存储时间的关系以进行微调。对于循环敏感的应用，可以用循环(图4)代替以天为单位的存储时间(图3)，并应用上述相同的算法(但使用循环而不是存储时间)来获得相同的结果。对于存储时间和循环均敏感的应用，由于这两个参数都与温度具有相同的相关性，因此可以将它们组合为温度函数中的两个参数。在这种情况下，可以基于电池的资本支出、存储时间和电池循环次数来确定电池的平均资本支出。
因此，电池系统和数据中心能够进行自适应温度控制，这可以监控每个温度设置下的冷却成本，并将其与预计成本/循环或成本/存储天数进行比较，以找到最佳温度设置。
使用热电组件在电池放电或充电期间收集热能，并将其转换为电能。收集到的能量可以存储在一个或多个单独的小规模电池(例如辅助电池)中，当主电池停止放电且电网电力仍然丢失时，这些电池可用于补充主电池(例如用于冷却)。以高效的方式为IT设备供电，同时在断电和峰值功率情况下提供备用电源。可以减轻由于电池充电和放电造成的损失。
图6是示出根据一些实施例的IT机架900的示例的框图。IT机架容纳各种IT设备，并为所容纳的IT设备提供电力和冷却。数据中心(例如，图2的数据中心200)可以容纳一个或多个这样的IT机架。
IT机架900可以包含一个或多个服务器，每个服务器具有一个或多个处理单元，其可以由电源950(例如，公共设施、电网、太阳能、风能、发电机等)供电，该电源可以由诸如图1或图2所示的电池系统960补位(例如，当发生停电时)或补充(例如，在高峰需求期间)。如所讨论的，第一电池可以为一些IT设备供电，并且第二电池可以为相同IT设备、相同IT设备的子集或IT机架900中的不同IT设备供电。此外，电池系统可以包括附加的主电池(第一电池)，每个主电池与一个或多个辅助电池相关联，辅助电池由主电池产生的热能充电。
IT机架900可以包括但不限于CDU 901、机架管理单元(RMU)902(可选的)和一个或多个刀锋服务器903A-903D(统称为刀锋服务器903)。刀锋服务器903可以分别从电子机架900的前端904或后端905插入服务器插槽阵列中。注意，尽管此处仅示出了五个刀锋服务器903A-903E，但电子机架900内可以维持更多或更少的刀锋服务器。还要注意，所示出的CDU901、RMU 902和刀锋服务器903的特定位置仅用于说明目的；也可以实施CDU901、RMU 902和刀锋服务器903的其他布置或配置。注意，电子机架900可以对环境开放或部分被机架容器容纳，只要冷却风扇可以生成从前端到后端的气流。
此外，对于每个刀锋服务器903，风扇模块与刀锋服务器相关联。在此实施例中，风扇模块931A-931E，统称为风扇模块931，分别与刀锋服务器903A-903E相关联。每个风扇模块931包括一个或多个冷却风扇。风扇模块931可以安装在刀锋服务器903的后端以生成从前端904流动、穿过刀锋服务器903的空气空间并从电子机架900的后端905排出的气流。
在一个实施例中，CDU 901主要包括热交换器911、液体泵912和泵控制器(未示出)，以及一些其他组件，诸如储液器、电源、监测传感器等。热交换器911可以是液体-液体热交换器。热交换器911包括具有入口和出口端口的第一回路，该第一回路具有耦接到外部液体供应/返回管线931-932的第一对液体连接器以形成主回路。连接到外部液体供应/返回管线931-932的连接器可以设置或安装在电子支架900的后端905。液体供应/返回管线931-932耦接到一组室内歧管，该组室内歧管耦接到外部散热系统，或极值冷却回路。此外，热交换器911进一步包括具有两个端口的第二回路，该第二回路具有耦接到液体歧管925的第二对液体连接器以形成第二回路，其可以包括向刀锋服务器903供应冷却液体的供应歧管和将较热的液体返回到CDU 901的返回歧管。注意，CDU 901可以是任何类型的市售CDU或定制CDU。因此，本文将不描述CDU 901的细节。
在一些实施例中，数据中心可以利用通用的冷却系统来为IT设备提供冷却，以及冷却电池的TEC。例如，通用的AC系统可以向IT室和电池室吹冷空气。通用冷却器可以冷却泵送至IT机架以及冷却电池的TEC的冷却通道的流体。
刀锋服务器903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、加载到存储器中并由一个或多个处理器执行以执行数据处理任务的软件。这些IT组件中的至少一些可附接到上述任何冷却系统的底部。刀锋服务器903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，互联网)与客户端连接以接收对特定服务的请求，诸如存储服务(例如，诸如备份和/或恢复之类的基于云的存储服务)，执行应用程序以执行某些操作(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，其在操作过程中会生成热量。
电子机架900进一步包括可选的RMU 902，该RMU 902被配置为提供和管理供应给服务器903、风扇模块931和CDU 901的电力。RMU 902可以耦接到电源单元(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)或DC到DC的电源转换器、备用电池、变压器或调节器等)以向电子机架900的其余组件提供电力。
在一个实施例中，RMU 902包括优化模块921和机架管理控制器(RMC)922。RMC 922可以包括监控电子机架900内的各个组件(诸如例如计算节点903、CDU 901和风扇模块931)的操作状态的监控器。具体地，监控器从各个传感器接收表示电子机架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，其可以经由各个温度传感器捕获和收集。监控器还可以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，这些数据可以与它们对应的速度成比例。这些操作数据被称为实时操作数据。请注意，监控器可以作为RMU 902内的单独模块来实现。
基于操作数据，优化模块921使用预定的优化函数或优化模型进行优化以获得风扇模块931的一组最佳风扇速度和液体泵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，同时与液体泵912和风扇模块931的冷却风扇相关的操作数据在其对应的设计规格内。当确定了最佳泵速度和最佳风扇速度，RMC 922就基于最佳泵速度和风扇速度配置液体泵912和风扇模块931的冷却风扇。
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，进而控制供应到液体歧管925的将要分配给至少一些刀锋服务器903的冷却液体的液体流动速度。因此，操作条件和相应的冷却设备性能被调整。类似地，基于最佳风扇速度，RMC 922与每个风扇模块931通信以控制风扇模块931的每个冷却风扇的速度，进而控制风扇模块931气流速度。注意，每个风扇模块931可以以其特定的最佳风扇速度被单独控制，并且不同风扇模块和/或同一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。
一些实施例可以包括其上存储有指令的非暂时性机器可读介质(诸如微电子存储器)，该指令对一个或多个数据处理组件(本文一般称为“处理器”)进行编程以执行温度控制操作。在一些实施例中，可以使用已知的控制技术来执行温度控制操作，诸如比例积分(PI)控制器、比例积分微分(PID)控制器或利用电池温度作为反馈的其他等效控制技术。控制器(例如，如图2中所示的控制器206)可以包括一个或多个处理组件和/或非暂时性机器可读介质。
在一些实施例中，这些操作中的一些可以由包含硬连线逻辑的特定硬件组件来执行。这些操作可以可选地由编程的数据处理组件和固定的硬连线电路组件的任何组合来执行。
在上述说明中，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。清楚的是，在不脱离所附权利要求中阐述的本公开的更广泛的精神和范围的情况下，可以对其进行各种修改。因此，说明书和附图被视为是说明性的而不是限制性的。
虽然附图中已经描述和示出了某些方面，但是应当理解，这些方面仅是说明性的而不是对广泛公开的限制，并且本公开不限于所示和所描述的具体构造和布置，因为本领域的普通技术人员可以想到各种其他修改。因此，描述被视为是说明性的而不是限制性的。
在一些方面，本公开可以包括以下语言，例如“[元素A]和[元素B]中的至少一个”。该语言可以指这些元素中的一个或多个。例如，“A和B中的至少一个”可以指“A”、“B”或“A和B”。特别地，“A和B中的至少一个”可以指“A中的至少一个和B中的至少一个”，或“A或B中的至少一个”。在一些方面，本公开可包括以下语言，例如“[元素A]、[元素B]和/或[元素C]”。该语言可以指这些元素中的任何一个元素或其任何组合。例如，“A、B和/或C”可以指“A”、“B”、“C”、“A和B”、“A和C”、“B和C”或“A、B和C”。

Claims (11)

1.一种电池系统，包括：
具有一个或多个电池单元的第一电池；
热电组件(TEC)，其中具有热电材料以形成热区和冷区，所述热区与所述第一电池的区域热连接，其中所述TEC被配置为基于所述热区和所述冷区之间由于热电效应而产生的温差生成第一电压；
电压转换器，其耦接至所述TEC以提升所述TEC产生的所述第一电压以产生高于所述第一电压的第二电压；以及
第二电池，其电连接至所述电压转换器的输出端，其中所述第二电压用于为所述第二电池充电。
2.根据权利要求1所述的电池系统，其中控制器被配置为当不存在主电源时或当数据中心的信息技术(IT)设备的电力需求超过阈值时将所述第一电池电连接到所述IT设备。
3.根据权利要求2所述的电池系统，其中所述控制器被配置为将所述第二电池电连接到所述IT设备或所述IT设备的一部分。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的电池系统，其中控制器被配置为保持储存所述第一电池的最佳环境温度，所述最佳环境温度基于冷却所述第一电池的预估工作量、所述第一电池相对于存储持续时间和温度的预估容量和所述TEC的热特性而确定。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的电池系统，其中空气冷却系统在所述冷区或连接到所述TEC的所述冷区的冷板处引导空气。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的电池系统，其中液体冷却系统通过一个或多个热耦接到所述冷区或热连接到所述冷区的冷板的通道循环流体。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的电池系统，其中所述第一电池和所述第二电池位于数据中心的电池室中，与所述数据中心的IT室中的IT设备电连接，并且控制器被配置为通过风扇或空调管理所述电池室内的温度。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的电池系统，进一步包括电连接到所述电压转换器的电压输出端的第三电池。
9.根据权利要求8所述的电池系统，其中开关交替a)所述第二电池和IT设备之间的连接和b)所述第三电池和所述IT设备之间的连接。
10.根据权利要求1-3中任一项所述的电池系统，其中所述第一电池使用所述TEC而不是另一个冷却结构来冷却所述第一电池。
11.一种数据中心，包括：
信息技术(IT)设备；和
根据权利要求1至10中任一项所述的电池系统，
其中所述电池系统的第一电池具有一个或多个电池单元以为所述IT设备提供电力。
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