CN219801955U - 铅酸与锂电池混用的供电系统及数据中心 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种铅酸与锂电池混用的供电系统及数据中心，涉及电力电子技术领域，尤其涉及云技术或云领域等数据中心的供电技术。其中，该供电系统包括：至少一个锂电池装置；不间断电源，该不间断电源包括至少一个铅酸电池和控制模块，控制模块分别与每个铅酸电池和每个锂电池装置连接。其中，至少一个锂电池装置和至少一个铅酸电池并联至直流母线上，至少一个锂电池装置和至少一个铅酸电池通过直流母线为数据中心的负载共同供电。本公开可以使得适用于数据中心的供电系统支持铅酸电池与锂电池的混用，在保证系统安全可靠的前提下，降低了成本，并提高了供电系统配置的灵活性，满足了新旧电池混用、供电系统改造及扩容等需求。

Description

铅酸与锂电池混用的供电系统及数据中心

技术领域

本公开涉及电力电子技术领域，尤其涉及云技术或云领域等数据中心的供电技术，具体地，涉及一种适用于数据中心铅酸与锂电池混用的供电系统，以及一种数据中心。

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或计算资源，必须要有充足的电力电源保障。因此数据中心架构会配置UPS(交流不间断电源)/HVDC(直流不间断电源，或称高压直流)+电池作为数据中心服务器的备用电源。因此，如何设计一种低成本、易扩展及可靠性高的供电系统以用于数据中心，已经成为亟待解决的技术问题。

实用新型内容

根据本公开的第一方面，提供一种适用于数据中心铅酸与锂电池混用的供电系统，包括：

至少一个锂电池装置；

不间断电源，所述不间断电源包括至少一个铅酸电池和控制模块，所述控制模块分别与每个所述铅酸电池和每个所述锂电池装置连接；其中，

所述至少一个锂电池装置和所述至少一个铅酸电池并联至直流母线上，所述至少一个锂电池装置和所述至少一个铅酸电池通过所述直流母线为所述数据中心的负载共同供电。

在一些实施例中，所述供电系统还包括：

至少一个第一开关；其中，一个所述第一开关对应一个所述铅酸电池，每个所述铅酸电池通过对应开关与所述直流母线连接；和/或，

至少一个第二开关，其中，一个所述第二开关对应一个所述锂电池装置，每个所述锂电池装置通过对应开关与所述直流母线连接。

在一种实现方式中，所述第一开关和/或第二开关为具有短路保护的开关。

在一些实施例中，所述供电系统还包括：

第一电流传感器，所述第一电流传感器设置于第一回路上，所述第一电流传感器与所述控制模块连接，用于检测所述控制模块的总输出电流；

第二电流传感器，所述第二电流传感器设置于第二回路上，所述第二电流传感器与所述控制模块连接，用于检测所述负载的电流；

第三电流传感器，所述第三电流传感器设置于第三回路上，所述第三电流传感器与所述控制模块连接，用于检测电池侧电流。

在一些实施例中，所述锂电池装置包括：

锂电池簇；

第四电流传感器，用于检测所述锂电池簇的电流；

双向直流电压DC/DC变换器；

电池管理单元，所述电池管理单元分别与所述第四电流传感器和所述双向DC/DC变换器连接，且所述电池管理单元与所述控制模块通信连接。

在一些实施例中，所述锂电池装置还包括：用于散热的风扇。

在一些实施例中，所述锂电池装置还包括：

熔断器，所述熔断器设置于所述锂电池簇与所述双向DC/DC变换器之间。

在一些实施例中，所述不间断电源为高压直流不间断电源HVDC，其中，所述HVDC的输出端通过所述直流母线与所述负载连接。

在一些实施例中，所述不间断电源为交流不间断电源UPS，所述直流母线位于所述UPS中，其中，所述UPS还包括：

交流电AC/直流电DC转换器，

DC/AC转换器，其中，所述AC/DC转换器通过所述直流母线与所述DC/AC转换器的一端连接，所述DC/AC转换器的另一端与所述负载连接。

根据本公开的第二方面，提供一种数据中心，包括：

负载；

上述第一方面所述的供电系统。

根据本申请的技术方案，通过在适用于数据中心的供电系统中设置锂电池和铅酸电池，以便于通过锂电池和铅酸电池为数据中心的负载共同供电，即使得适用于数据中心的供电系统支持铅酸电池与锂电池的混用，在保证系统安全可靠的前提下，降低了成本，同时提高了供电系统配置的灵活性，满足了新旧电池混用、供电系统改造及扩容等需求。

应当理解，实用新型内容部分中所描述的内容并非旨在限定本公开的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。

附图说明

结合附图并参考以下详细说明，本公开各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：

图1是根据本公开的实施例提供的一种适用于数据中心铅酸电池与锂电池混用的供电系统的结构框图。

图2是根据本公开的实施例提供的另一种适用于数据中心铅酸电池与锂电池混用的供电系统的结构框图。

图3是根据本公开的实施例提供的又一种适用于数据中心铅酸电池与锂电池混用的供电系统的结构框图。

图4是根据本公开的实施例提供的一种锂电池装置的结构框图。

图5是根据本公开的实施例提供的又一种适用于数据中心铅酸电池与锂电池混用的供电系统的结构框图。

图6是根据本公开的实施例提供的另一种适用于数据中心铅酸电池与锂电池混用的供电系统的结构框图。

图7为根据本公开的实施例提供的一种数据中心的框图。

具体实施方式

以下结合附图对本申请的示范性实施例做出说明，其中包括本申请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，而不会背离本申请的范围和精神。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。

相关技术中，数据中心所采用的电池一般为铅酸电池，到期需全部更换，无法满足新旧混用的需求。部分数据中心采用锂电池作为备用电源，到期也需要全部更换。并且，数据中心业务产生变化需要对电池容量进行扩容时，也需要全部更换电池，成本相对较高。如果只部分更换或者增加铅酸电池，需要更多的空间，并且由于铅酸电池没有电池管理系统，后增加的铅酸电池会承载更多负载，从而加速电池容量的衰减，降低备用电池系统的可靠性。目前市场上没有适用于数据中心的铅酸电池与锂电池混用的方案。

为此，本公开提供了一种适用于数据中心铅酸电池与锂电池混用的供电系统，下面参考附图描述本公开实施例的一种适用于数据中心铅酸电池与锂电池混用的供电系统。

需要说明的是，本公开实施例提供的适用于数据中心铅酸电池与锂电池混用的供电系统可以包括但不限于不间断电源和至少一个锂电池装置。图1是根据本公开的实施例提供的一种适用于数据中心铅酸电池与锂电池混用的供电系统的结构框图。该供电系统可以包括但不限于一个不间断电源和一个锂电池装置，该不间断电源可以包括一个铅酸电池和一个控制模块。图1所示的设备数量和形态仅用于举例并不构成对本公开实施例的限定，实际应用中可以包括两个或两个以上的锂电池装置，两个或两个以上的铅酸电池，两个或两个以上的控制模块。图1所示的供电系统以包括一个不间断电源100、一个锂电池装置200为例，图1所示的不间断电源100以包括一个铅酸电池102和一个控制模块101为例。

其中，如图1所示，锂电池装置200和铅酸电池102并联至直流母线103上，锂电池装置200和铅酸电池102通过直流母线103为数据中心的负载300共同供电。

在一些实施例中，当锂电池装置200的个数为多个时，多个锂电池装置200以并联的方式接入直流母线103。

当在一些实施例中，当铅酸电池102的个数为多个时，多个铅酸电池102以并联的方式接入直流母线103。

需要说明的是，不间断电源100的控制模块101可以是基于高压直流HVDC的控制模块，也可以是基于交流不间断电源UPS的控制模块。在一种实现方式中，不间断电源100可以为高压直流不间断电源HVDC，其中，HVDC的输出端通过直流母线103与负载300连接。

在另一种实现方式中，不间断电源100为交流不间断电源UPS，直流母线103位于UPS中，其中，UPS还包括：交流电AC/直流电DC转换器和DC/AC转换器，其中，AC/DC转换器通过直流母线与DC/AC转换器的一端连接，DC/AC转换器的另一端与负载300连接。

在本公开的实施例中，通过在适用于数据中心的供电系统中设置锂电池和铅酸电池，便于通过锂电池和铅酸电池为数据中心的负载共同供电，即使得适用于数据中心的供电系统支持铅酸电池与锂电池的混用，在保证系统安全可靠的前提下，降低了成本，同时提高了供电系统配置的灵活性，满足了新旧电池混用、供电系统改造及扩容等需求。

由于锂电池装置与铅酸电池需要进行开关控制，所以可以在每个电池回路上设置开关。在一些实施例中，该供电系统还包括：至少一个第一开关；其中，一个第一开关对应一个铅酸电池，每个铅酸电池通过对应开关与直流母线连接；和/或，至少一个第二开关，其中，一个第二开关对应一个锂电池装置，每个锂电池装置通过对应开关与直流母线连接。

可选的，图2是根据本公开的实施例提供的另一种适用于数据中心铅酸电池与锂电池混用的供电系统的结构框图。如图2所示，该供电系统以还包括：一个第一开关400和一个第二开关500为例。

如图2所示，铅酸电池102通过第一开关400与直流母线103连接。锂电池装置200通过第二开关500与直流母线103连接。

在一些实施例中，第一开关400和/或第二开关500为具有短路保护功能的开关。例如，第一开关400为具有短路保护功能的开关；第二开关500为具有短路保护功能的开关。又如，第一开关400和第二开关500为具有短路保护功能的开关。例如：第一开关400和第二开关500为断路器开关。

在本公开的实施例中，通过在每个电池回路上设置开关，可以灵活控制供电系统中的电池组合工作，提高可靠性。

由于铅酸电池没有电池管理系统，控制模块无法检测到铅酸电池的电流。因此，需要在第一回路、第二回路以及第三回路上安装电流传感器来检测各个回路上的电流大小，然后通过对第一回路电流的控制实现对铅酸电池电流的控制。

图3是根据本公开的实施例提供的一种适用于数据中心铅酸电池与锂电池混用的供电系统的结构框图。在图2的基础上，如图3所示，该供电系统还包括：第一电流传感器600、第二电流传感器700和第三电流传感器800。

其中，如图3所示，第一电流传感器600设置于第一回路上，第一电流传感器600与控制模块101连接，用于检测控制模块101的总输出电流；第一电流传感器600可以将检测到的总输出电流发送给控制模块101。

在一些实施例中，控制模块101为高压直流HVDC中的控制模块，第一电流传感器600设置于HVDC输出侧回路上，第一电流传感器600的一端与控制模块101连接，第一电流传感器600的另一端与直流母线103连接，第一电流传感器600用于检测控制模块101的总输出电流。

在一些实施例中，控制模块为交流不间断电源UPS中的控制模块，第一电流传感器600设置于UPS中AC/DC转换器输出侧回路上，第一电流传感器600的一端与AC/DC转换器的一端连接，第一电流传感器600的另一端与直流母线连接，第一电流传感器600用于检测控制模块的总输出电流。

如图3所示，第二电流传感器700设置于第二回路上，第二电流传感器700与控制模块101连接，用于检测负载的电流；第二电流传感器700可以将检测到的负载电流发送给控制模块101。

在一些实施例中，控制模块为高压直流HVDC中的控制模块，第二电流传感器700设置于负载输入侧回路上，第二电流传感器700一端与直流母线103连接，第二电流传感器的另一端与负载300的一端连接，用于检测负载电流。

在一些实施例中，控制模块101为交流不间断电源UPS中的控制模块，第二电流传感器700设置于UPS中的DC/AC转换器输出侧回路上，第二电流传感器700的一端与DC/AC转换器的一端(如DC/AC转换器的输出端)连接，第二电流传感器700的另一端与负载300的一端连接，用于检测负载电流。

如图3所示，第三电流传感器800设置于第三回路上，第三电流传感器800与控制模块101连接，用于检测电池侧电流，该电池可包括至少一个铅酸电池102的电流和/或至少一个锂电池装置200的电流。第三电流传感器800可以将检测到的电池侧电流发送给控制模块101。

作为一种示例，第三电流传感器800可以设置于电池回路上，第三电流传感器800位于铅酸电池102和锂电池装置200的并联电路中的干路上，用于检测电池侧电流，例如用于检测铅酸电池102和锂电池装置200的并联电路中的干路电流。

在本公开的实施例中，通过在相应回路上设置电流传感器，这样控制模块可以了解到各回路上的电流情况，便于对整个电流的有效控制。

图4是根据本公开的实施例提供的一种锂电池装置的结构框图。如图4所示，该锂电池装置包括：锂电池簇401、第四电流传感器402、双向DC/DC转换器403、电池管理单元404以及熔断器405。

其中，锂电池簇401可以是由多个电池单体组成的电池模块，可通过充电操作进行电池电量的补充，通过放电操作为数据中心的负载进行供电。

第四电流传感器402，用于检测所述锂电池簇401的电流大小。

双向DC/DC转换器403，用于锂电池簇401充电与放电操作的开断控制。

如图4所示，电池管理单元404分别与第四电流传感器402和双向DC/DC变换器403连接，且电池管理单元404与控制模块(图4中未示出)通信连接。电池管理单元404用于全部锂电池簇401内数据的汇总，并对双向DC/DC变换器403进行控制，以及与控制模块(图4中未示出)进行通信。

可选的，在一些实施例中，锂电池装置还包括风扇(图4中未示出)，该风扇可以用于对锂电池装置进行散热。

可选的，在一些实施例中，如图4所示，锂电池装置还包括熔断器405，该熔断器405设置于锂电池簇401与双向DC/DC变换器403之间。

综上所述，本公开实施例的供电系统通过将铅酸电池与锂电池混合使用，在市电中断时，通过铅酸电池与锂电池混用共同为数据中心的负载进行供电，以保证数据中心的正常运转，这样对供电系统的更改最小，且锂电池占地面积小，实用性很强。

值得注意的是，数据中心备用电池系统使用场景主要分为高压直流HVDC以及交流不间断电源UPS两种场景。为方便理解该适用于数据中心铅酸电池与锂电池混用的供电系统，特进行使用场景举例说明。

(1)使用场景1，其中不间断电源为高压直流HVDC。如图5所示，该供电系统的充放电控制流程可如下所示：

交流市电首先通过高压直流HVDC转换为直流电，然后对负载进行供电，备用电池挂载在高压直流HVDC输出的直流母线上。当交流市电正常时，交流市电通过HVDC直接给负载供电。当市电异常或者中断时，该供电系统开始为负载供电。

高压直流HVDC通过电流传感器以及锂电池装置中的电池管理系统获取到各回路电流大小以及锂电池运行状态等信息。例如，总输出电流Ia、负载的电流Ib、电池侧电流I以及锂电池装置电流I2。根据获取到的锂电池装置信息以及铅酸电池的实际情况提前设置各自所承担的电流。例如：分别承担一半电流。当市电异常或者中断，电池放电时，高压直流HVDC通过第二电流传感器检测负载电流Ib，然后通过提前设定的电流值，计算出锂电池装置电流I2。高压直流HVDC通过与锂电池装置的电池管理系统进行通信，将信息传递给锂电池装置，锂电池装置接收到来自高压直流HVDC的信号后，对双向DC/DC进行限流，并通过检测直流母线的电压来调整双向DC/DC的电压，以实现与铅酸电池共同放电。当市电正常，电池需要充电时，高压直流HVDC通过提前设定锂电池装置与铅酸电池所能承受的电流，并监测电池侧电流I以及锂电池装置电流I2，对铅酸电池电流I1进行调整，从而实现锂电池装置与铅酸电池的充电。当铅酸电池充满时，铅酸电池会进入浮充状态。当锂电池装置充满时，锂电池装置把双向DC/DC的充电方向关闭，并保持放电回路开启。

也就是说，高压直流在根据铅酸电池与锂电池装置的情况提前设定各自所承担的电流参数基础上，通过与锂电池装置的电池管理系统的通信，获取到锂电池装置的工作状态与充放电需求。根据所获取到的锂电池装置的工作状态与充放电需求，对电池侧电流进行限制，以此实现对铅酸电池的控制，进而实现铅酸电池与锂电池装置的混用。

(2)使用场景2，其中控制模块为交流不间断电源UPS。如图6所示，该供电系统的充放电控制流程可如下所示：

控制模块为交流不间断电源UPS时，直流母线位于交流不间断电源UPS中。交流市电首先通过交流不间断电源UPS中的AC/DC转换成直流电，再通过DC/AC转换为交流电为负载供电。当市电正常时，交流市电通过DC/AC直接给负载供电。当市电异常或者中断时，本公开的实施例所提供的一种搭配UPS的适用于数据中心铅酸电池与锂电池混用的供电系统开始为负载供电。

在一些实施例中，通过交流不间断电源UPS进行放电时需要通过DC/AC，也有些UPS产品可直接放电为负载供电。

控制模块为高压直流HVDC与控制模块为交流不间断电源UPS的工作原理类似，相关工作方式已在控制模块为高压直流HVDC的场景中详细描述，在此不再进行赘述。

通过实施本公开实施例，在保证数据中心供电系统安全可靠的前提下，降低了成本，同时提高了供电系统配置的灵活性，满足了铅酸电池与锂电池装置混用、新旧电池混用、供电系统改造及扩容等需求。

本公开实施例提供了一种数据中心。如图7所示，该数据中心900包括：负载902和供电系统901。其中，该负载902可以理解为数据中心900业务运行所需的基本设备。该供电系统901可以为本公开任一项实施例所述的供电系统，在此不再赘述。

上述具体实施方式，并不构成对本申请保护范围的限制。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。任何在本申请的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于数据中心铅酸与锂电池混用的供电系统，包括：

至少一个锂电池装置；

不间断电源，所述不间断电源包括至少一个铅酸电池和控制模块，所述控制模块分别与每个所述铅酸电池和每个所述锂电池装置连接；其中，

所述至少一个锂电池装置和所述至少一个铅酸电池并联至直流母线上，所述至少一个锂电池装置和所述至少一个铅酸电池通过所述直流母线为所述数据中心的负载共同供电。

2.如权利要求1所述的供电系统，其中，所述供电系统还包括：

至少一个第一开关；其中，一个所述第一开关对应一个所述铅酸电池，每个所述铅酸电池通过对应开关与所述直流母线连接；和/或，

至少一个第二开关，其中，一个所述第二开关对应一个所述锂电池装置，每个所述锂电池装置通过对应开关与所述直流母线连接。

3.如权利要求2所述的供电系统，其中，所述第一开关和/或所述第二开关为具有短路保护的开关。

4.如权利要求1所述的供电系统，其中，所述供电系统还包括：

第一电流传感器，所述第一电流传感器设置于第一回路上，所述第一电流传感器与所述控制模块连接，用于检测所述控制模块的总输出电流；

第二电流传感器，所述第二电流传感器设置于第二回路上，所述第二电流传感器与所述控制模块连接，用于检测所述负载的电流；

第三电流传感器，所述第三电流传感器设置于第三回路上，所述第三电流传感器与所述控制模块连接，用于检测电池侧电流。

5.如权利要求1所述的供电系统，其中，所述锂电池装置包括：

锂电池簇；

第四电流传感器，用于检测所述锂电池簇的电流；

双向直流电压DC/DC变换器；

电池管理单元，所述电池管理单元分别与所述第四电流传感器和所述双向DC/DC变换器连接，且所述电池管理单元与所述控制模块通信连接。

6.如权利要求5所述的供电系统，其中，所述锂电池装置还包括：

用于散热的风扇。

7.如权利要求5或6所述的供电系统，其中，所述锂电池装置还包括：

熔断器，所述熔断器设置于所述锂电池簇与所述双向DC/DC变换器之间。

8.如权利要求1所述的供电系统，其中，所述不间断电源为高压直流不间断电源HVDC，其中，所述HVDC的输出端通过所述直流母线与所述负载连接。

9.如权利要求1所述的供电系统，其中，所述不间断电源为交流不间断电源UPS，所述直流母线位于所述UPS中，其中，所述UPS还包括：

交流电AC/直流电DC转换器，

DC/AC转换器，其中，所述AC/DC转换器通过所述直流母线与所述DC/AC转换器的一端连接，所述DC/AC转换器的另一端与所述负载连接。

10.一种数据中心，包括：

负载；

如权利要求1至9中任一项所述的供电系统。