CN216649294U - 一种数据中心的锂电池系统及数据中心 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种数据中心的锂电池系统及数据中心，涉及锂电池技术领域，可用于云计算、云存储、大数据、深度学习和图像处理等应用的数据中心。其中，锂电池系统包括至少一个电池柜，电池柜中设有电连接件和互相解耦的多个锂电模块，电连接件具有多个第一连接端，多个第一连接端分别与各锂电模块电连接，以使各锂电模块并联，电连接件还具有第二连接端，用于与电源模块连接。根据本公开的锂电池系统，锂电模块发生故障时影响范围较小，且成本较低。

Description

一种数据中心的锂电池系统及数据中心

技术领域

本公开涉及锂电池技术领域，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数据中心及锂电池系统。

背景技术

随着锂电池技术的不断发展以及国家双碳政策的提出，锂电池代替铅酸电池用于数据中心的备电和储能，已经是必然趋势。

相关技术中，锂电池系统通常包括多个电池簇，多个电池簇通过开关柜与外部电源连接。然而，开关柜通常需要配置容量较大的断路器，成本较高。而且，当电池簇出现故障时，需要单独断开此回路进行维修，故障影响范围较大，且系统需要配置备用电池簇，同样会增加成本。

实用新型内容

本公开提供了一种锂电池系统及数据中心。

根据本公开的一方面，提供了一种数据中心的锂电池系统，包括：至少一个电池柜，电池柜中设有电连接件和互相解耦的多个锂电模块，电连接件具有多个第一连接端，多个第一连接端分别与各锂电模块电连接，以使各锂电模块并联，电连接件还具有第二连接端，用于与电源模块连接。

在一个实施例中，锂电池系统还包括电源模块，电源模块包括不间断电源或高压直流电源，电连接件的第二连接端与电源模块相连。

在一个实施例中，锂电模块的功率为P，其中，10kW≤P≤30kW。

在一个实施例中，锂电模块包括：锂电池组，包括多个电池单体；双向直流/直流变换器，连接于锂电池组与电连接件之间，用于使电能从电池单体输出或从电源模块输入至电池单体。

在一个实施例中，锂电模块还包括：电池管理单元，分别与电池单体和双向直流/直流变换器通讯，用于采集电池单体的工作信息，并根据工作信息控制双向直流/直流变换器工作。

在一个实施例中，锂电模块还包括：报警模块，与电池管理单元通讯，用于在电池管理单元采集到的工作信息包括故障信息的情况下报警。

在一个实施例中，锂电模块包括：保险装置，用于在锂电模块内的电流大于预定电流值时保护锂电模块。

在一个实施例中，锂电模块包括故障指示灯、电量指示灯和工作状态指示灯中的至少一个。

在一个实施例中，电池柜内还设有多个正极连接器和多个负极连接器，电连接件包括正极连接件和负极连接件；锂电模块包括正极连接接口和负极连接接口，正极连接接口通过正极连接器与正极连接件电连接，负极连接接口通过负极连接器与负极连接件电连接。

在一个实施例中，正极连接器和负极连接器均为热插拔连接器，正极连接接口和负极连接接口均为热插拔接口。

在一个实施例中，电连接件包括铜排和/或线缆。

在一个实施例中，电池柜为多个，多个电池柜并联连接。

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锂电池系统。

根据本公开的技术方案，配置更加灵活，可以降低锂电模块发生故障时的影响范围，且可以降低整个锂电池系统的成本。

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锂电池系统的拓扑示意图；

图2是根据本公开实施例的电池柜的结构示意图；

图3是根据本公开实施例的电池柜的另一结构示意图；

图4是根据本公开实施例的锂电模块的原理图；

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：锂电池系统；

100：电池柜；120：电连接件；121：正极连接件；122：负极连接件；

130：锂电模块；131：锂电池组；132：双向直流/直流变换器；

133：电池管理单元；134：保险装置；135：指示灯；136：连接接口；

150：正极连接器；160：负极连接器；200：电源模块；

20：负载；30：市电。

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。

下面参考图1-图4描述根据本公开第一方面实施例的数据中心的锂电池系统10。其中，数据中心可用于(包括但不限于)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。锂电池系统10可以起到备电或储能作用，以在市电30停电的情况下为数据中心的负载20(例如服务器等IT设备)进行供电。

如图1-图3所示，根据本公开第一方面实施例的锂电池系统10，包括至少一个电池柜100，电池柜100中设有电连接件120和互相解耦的多个锂电模块130，电连接件120具有多个第一连接端，多个第一连接端分别与各锂电模块130电连接，以使各锂电模块130并联，电连接件120还具有第二连接端，第二连接端用于与电源模块200连接。在本公开的描述中，“多个”的含义为两个或两个以上。

其中，电连接件120的连接端可以是能够插拔的连接端子，也可以是线缆之间的连接点，本实施例不作限定。

可选地，电池柜100可以为多个，多个电池柜100并联连接。这样，可以充分满足数据中心的实际功率需求。可以理解的是，电池柜100的具体数量可以根据实际需求具体确定，以更好地满足实际应用。

示例性地，电池柜100中的多个锂电模块130可以完全相同，以提升锂电模块130的通用性。在锂电池系统10的工作过程中，各锂电模块130 的电流可以通过对应的第一连接端传导至电连接件120，以实现多个锂电模块130的电流汇总。

当市电30停电时，各锂电模块130可以放电，使从各锂电模块130 输出的电流通过电连接件120的第二连接端传导至电源模块200，并最终传导至负载20(例如服务器等IT设备)，从而为负载20供电，避免由于市电30异常而产生严重的经济损失和社会影响。各锂电模块130与外部电源模块200可以无需通信，控制逻辑简单。

在电池柜100中的一个或多个锂电模块130发生故障的情况下，由于多个锂电模块130互相解耦，彼此之间独立工作，可以直接将发生故障的锂电模块130替换为功能完好的锂电模块130即可。而现有的锂电池系统的电池簇包括串联连接的多个电池，一旦电池簇的部分电池发生故障，需要更换整个电池簇。

由此，相较于现有的锂电池系统，互相解耦的锂电模块130安装、运输和运维管理更加方便，可以实现数据中心预制化和快速建设的目的，且安装方式更加灵活，可扩展性较强，可以满足数据中心搬迁以及功率增减等多样化需求，当锂电模块130发生故障时，可以无需断开整个电池柜100，故障影响范围相对较小，方便维修。而且，可以根据实际的功率需求相应增加或减少锂电模块130的数量，从而在满足功率需求的同时，避免产生功率的浪费，节约能源。另外，本公开的锂电池系统10仅需配置备用的锂电模块130即可，与现有的需要配置备用电池簇的方式相比，可以有效降低成本。

根据本公开实施例的锂电池系统10，通过设置上述的电连接件120和互相解耦的多个锂电模块130，配置更加灵活，可以降低锂电模块130发生故障时的影响范围，且可以降低整个锂电池系统10的成本。

在一种实施方式中，参照图1，锂电池系统10还包括电源模块200，电源模块200包括不间断电源(UPS)或高压直流电源(HVDC)，电连接件120的第二连接端与电源模块200相连。例如，电连接件120的第二连接端可以与电源模块200直接相连。如此设置，与现有的电池簇通过开关柜与外部电源连接的方式相比，通过控制锂电模块130与电连接件120 的连接或断开就可以实现各锂电模块130的开关，从而可以无需在电池柜 100与电源模块200之间设置开关柜，使锂电池系统10更加简单，且可以有效降低成本。

在一种可选的实施方式中，锂电模块130的功率为P，其中，10kW≤ P≤30kW。具体地，例如，当P＜10kW时，锂电模块130的功率过小，在对电池柜100的功率需求较大的情况下，可能导致电池柜100中的锂电模块130的数量过多，可能会提高安装难度；当P＞30kW时，锂电模块130 的功率过大，从而可能会增大锂电模块130的成本。可选地，P可以为15kW，但不限于此。

由此，通过使10kW≤P≤30kW，锂电模块130的功率较为合理，成本相对较低，当锂电模块130产生故障时，可以减小故障的影响范围，且在冗余配置备用锂电模块130时，成本较低，从而可以降低整个锂电池系统10的成本。

在一种实施方式中，结合图4，锂电模块130包括锂电池组131和双向直流/直流变换器132。具体地，锂电池组131包括多个电池单体，双向直流/直流变换器132连接于锂电池组131与电连接件120之间，用于使电能从电池单体输出或从电源模块200输入至电池单体。其中，锂电池组131的多个电池单体可以全部串联连接或全部并联连接；或者，锂电池组131的多个电池单体中的其中一部分串联连接，另一部分并联连接。

由此，通过设置上述的双向直流/直流变换器132，双向直流/直流变换器132可以将锂电池组131的电压与外部电源模块200的总直流电压进行转化，以进行充电和放电。当市电30正常时，双向直流/直流变换器132 使电能从电池单体输出，此时输出电压可以为低于电源模块200直流侧输出电压的一固定电压值(如230V或470V等)；当电源模块200输出异常时，双向直流/直流变换器132使电能从电池单体输出至负载20(例如服务器等IT设备)，从而为负载20进行供电；当锂电池组131需要进行充电时，双向直流/直流变换器132从电源模块200直流侧取电进行小电流充电，使电能从电源模块200输入至电池单体。

另外，双向直流/直流变换器132可以限定对应的锂电模块130的电流，同时保持锂电模块130恒压，当电池柜100为多个时，可以避免各电池柜100出现不一致性，实现各电池柜100的均流。

此外，双向直流/直流变换器132可以匹配对应的电源模块200，无需针对不同的电源模块200(例如UPS、HVDC和PCS(Power Conversion System，储能变流器)等)分别定制锂电模块130，实现与不同电源模块 200的兼容使用，适用于数据中心用于备电和储能的多组应用场景。

在一种实施方式中，如图4所示，锂电模块130还包括：电池管理单元133，电池管理单元133分别与电池单体和双向直流/直流变换器132通讯，电池管理单元133用于采集电池单体的工作信息，并根据工作信息控制双向直流/直流变换器132工作。

示例性地，上述工作信息可以包括电压、电流和温度等信息。例如，当电池管理单元133采集到电池单体的低电量信息时，可以控制双向直流 /直流变换器132将电能从电源模块200输入至电池单体，从而避免电池单体的电量过低，保证锂电模块130的正常工作。

由此，由于现有电池簇中的串联连接的多个电池通常通过一个电池管理单元133进行监控，与现有的锂电池系统相比，各锂电模块130均可以通过各自的电池管理单元133对多个电池单体的工作状态进行监控，从而可以获取每个锂电模块130的电池单体的工作信息，防止电池单体出现过充电和过放电，可以有效延长整个锂电模块130的使用寿命。

在一种实施方式中，参照图4，锂电模块130还包括：报警模块，报警模块与电池管理单元133通讯，报警模块用于在电池管理单元133采集到的工作信息包括故障信息的情况下报警。这样，报警模块可以提醒运维人员及时更换对应的锂电模块130，避免影响锂电池系统10的正常工作。

在一种可选的实施方式中，结合图4，锂电模块130包括：保险装置134，保险装置134用于在锂电模块130内的电流大于预定电流值时保护锂电模块130。例如，保险装置134可以为保险丝，当锂电池组131所在的电路发生故障或异常时，电流会不断升高，当电流升高至大于预定电流值时，保险丝自身熔断，以切断电流，从而起到保护电流安全运行的作用，避免损坏电路中的重要器件。

在一种可选的实施方式中，结合图4，锂电模块130包括指示灯135，指示灯135可以包括故障指示灯、电量指示灯和工作状态指示灯中的至少一个。

例如，当指示灯135包括故障指示灯时，在电池管理单元133采集到的工作信息包括故障信息的情况下，报警模块进行报警，同时故障指示灯亮。当指示灯135包括电量指示灯时，电量指示灯的颜色和/或亮度可以根据锂电模块130的电量不同而发生变化。当指示灯135包括工作状态指示灯时，工作状态指示灯可以显示锂电模块130的充电、放电等状态。

由此，通过设置上述的指示灯135，可以更加直观地起到指示作用，使运维人员可以根据指示灯135直观地获取锂电模块130的故障情况、电量情况和工作状态情况中的至少一个。

在一种实施方式中，如图3和图4所示，电池柜100内还设有多个正极连接器150和多个负极连接器160，电连接件120包括正极连接件121 和负极连接件122；锂电模块130包括正极连接接口和负极连接接口，正极连接接口通过正极连接器150与正极连接件121电连接，负极连接接口通过负极连接器160与负极连接件122电连接。

例如，在图3和图4的示例中，锂电模块130包括连接接口136，连接接口136包括正极连接接口和负极连接接口。其中，正极连接接口的一端可以与双向直流/直流变换器132的正极相连，正极连接接口的另一端可以与对应的正极连接器150相连。负极连接接口的一端可以与双向直流/直流变换器132的负极相连，负极连接接口的另一端可以与对应的负极连接器160相连，以实现电流在锂电模块130与电连接件120之间的传输。

由此，通过设置上述的正极连接器150、负极连接器160、正极连接接口和负极连接接口，通过控制连接接口136与对应的连接器之间的连接和断开就可以实现各锂电模块130与电连接件120的连接和断开，在锂电模块130发生故障的情况下，只要将对应的锂电模块130的连接接口136 与连接器断开即可将故障的锂电模块130取出，然后将功能完好的锂电模块130的连接接口136与连接器连接即可实现锂电模块130的安装，方便锂电模块130的维修和更换。

在一种可选的实施方式中，正极连接器150和负极连接器160均为热插拔连接器，正极连接接口和负极连接接口均为热插拔接口。如此设置，一方面，在锂电模块130发生故障的情况下，上述热插拔连接器和热插拔接口可以在维持整个锂电池系统10电压的情况下，更换发生故障的锂电模块130，并保证电池柜100中其余锂电模块130的正常工作，从而可以提高锂电池系统10的可靠性和快速维修性。另一方面，由于各锂电模块 130与电连接件120之间通过热插拔接口连接，各锂电模块130只要接口统一就可以实现不同厂商产品的混插，通用性较高，运维更加方便。

在一种可选的实施方式中，电连接件120可以包括铜排。例如，在图 3的示例中，每个电池柜100的背面可以设有两个铜排，两个铜排分别为正极铜排和负极铜排，以形成母排，实现电流的汇总。由此，铜排具有较好的导电性能，在有效实现各锂电模块130的电流汇总的同时，具有较大的表面积，散热性能更好。

当然，本公开不限于此，例如，在本公开的另一种可选的实施方式中，电连接件120可以包括线缆。如此设置，线缆同样可以有效汇总各锂电模块130的电流，且线缆具有较好的柔性，方便布置。

如图5所示，根据本公开第二方面实施例的数据中心，包括根据本公开上述第一方面实施例的锂电池系统10。

根据本公开实施例的数据中心，通过采用上述的锂电池系统10，可以实现数据中心预制化和快速建设的目的，且安装方式更加灵活，可扩展性较强，可以满足数据中心搬迁以及功率增减等多样化需求，当锂电模块130 发生故障时，可以无需断开整个电池柜100，故障影响范围相对较小，方便维修，且成本较低。

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。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

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；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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 (10)

1.一种数据中心的锂电池系统，其特征在于，包括：

至少一个电池柜，所述电池柜中设有电连接件和互相解耦的多个锂电模块，所述电连接件具有多个第一连接端，所述多个第一连接端分别与各所述锂电模块电连接，以使各所述锂电模块并联，所述电连接件还具有第二连接端，用于与电源模块连接。

2.根据权利要求1所述的数据中心的锂电池系统，其特征在于，还包括所述电源模块，所述电源模块包括不间断电源或高压直流电源，所述电连接件的第二连接端与所述电源模块相连。

3.根据权利要求1所述的数据中心的锂电池系统，其特征在于，所述锂电模块的功率为P，其中，10kW≤P≤30kW；和/或

所述锂电模块包括保险装置，用于在所述锂电模块内的电流大于预定电流值时保护所述锂电模块；和/或

所述锂电模块包括故障指示灯、电量指示灯和工作状态指示灯中的至少一个。

4.根据权利要求1所述的数据中心的锂电池系统，其特征在于，所述锂电模块包括：

锂电池组，包括多个电池单体；

双向直流/直流变换器，连接于所述锂电池组与所述电连接件之间，用于使电能从所述电池单体输出或从所述电源模块输入至所述电池单体。

5.根据权利要求4所述的数据中心的锂电池系统，其特征在于，所述锂电模块还包括：

电池管理单元，分别与所述电池单体和所述双向直流/直流变换器通讯，用于采集所述电池单体的工作信息，并根据所述工作信息控制所述双向直流/直流变换器工作。

6.根据权利要求5所述的数据中心的锂电池系统，其特征在于，所述锂电模块还包括：

报警模块，与所述电池管理单元通讯，用于在所述电池管理单元采集到的工作信息包括故障信息的情况下报警。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的数据中心的锂电池系统，其特征在于，所述电池柜内还设有多个正极连接器和多个负极连接器，所述电连接件包括正极连接件和负极连接件；

所述锂电模块包括正极连接接口和负极连接接口，所述正极连接接口通过所述正极连接器与所述正极连接件电连接，所述负极连接接口通过所述负极连接器与所述负极连接件电连接。

8.根据权利要求7所述的数据中心的锂电池系统，其特征在于，所述正极连接器和所述负极连接器均为热插拔连接器，所述正极连接接口和所述负极连接接口均为热插拔接口。

9.根据权利要求1-6中任一项所述的数据中心的锂电池系统，其特征在于，所述电连接件包括铜排和/或线缆；和/或

所述电池柜为多个，多个所述电池柜并联连接。

10.一种数据中心，其特征在于，包括根据权利要求1-9中任一项所述的数据中心的锂电池系统。

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