[发明专利]用于备用电池单元的双向多功能转换器

说明书

在BBU中设计双向多输出多功能转换器的拓扑。双向多功能多输出转换器的概念可以设计用于数据中心的BBU的应用，以提供多个控制功能，诸如电池放电、电池充电、风扇速度控制、泵控制，以及同时为多个组件/设备提供电力。所提出的转换器具有两个特性：双向和多输出。具有双向的功能，可以使用相同的转换器完成电池的放电和充电。具有多输出的功能，可以将不同轨的输出电压或电力施加到BBU中的不同组件或设备，诸如风扇、泵、控制IC芯片、传感器等。使用所提出的双向多功能多输出转换器的概念，仅需一个转换器即可达到多个控制功能，并向不同组件提供电力，这减少了电池备用单元的体积与成本。

技术领域

本公开的实施例一般涉及提供备用电力的备用电池单元。更特别地，本公开的实施例涉 及具有双向多功能转换器的备用电池单元。

背景技术

作为能量存储方法中的一种的电池能量存储在各种应用中是重要的，诸如电动车辆 (EV)、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。它提供必要的能量以支持应用，或者作为唯一的源，或者作为在主电源不可用时的备用。因此，保证其可用性和功能性是极其重要的。

一种电池能量存储系统(BESS)具有广泛的应用。在BESS中，如图1所示，多个不同的独立的转换器用于向不同组件或设备提供电力，并且执行多个控制功能，诸如电池充电控 制、电池放电控制、风扇速度控制等等。然而，在BESS中使用多个转换器，系统的成本和尺寸增加。

发明内容

本发明的一个方面提供了一种提供备用电力的备用电池单元(BBU)，BBU包括：布置 在电池组中的一个或多个电池单元；以及耦合到电池单元的双向直流-直流(DC/DC)转换 器，其中双向DC/DC转换器包括：耦合到电池单元的第一端子，耦合的电感器，耦合的电感器具有耦合到电池单元的初级绕组和分别耦合到多个次级输出的多个次级绕组，开关设备，开关设备经由耦合的电感器的初级绕组耦合到第一端子，以及耦合到开关设备的第二端 子，其中当第二端子耦合到外部电源时，外部电源被配置为经由第二端子对电池组的电池单 元充电以及经由耦合的电感器向次级输出提供电力，以及其中当外部电源不可用时，电池单 元被放电以经由第二端子向主载荷提供电力以及经由耦合的电感器向次级输出提供电力。

本发明的另一个方面提供了一种数据中心的电子机架，包括：堆叠布置的多个刀片服务 器，每个刀片服务器包括提供数据处理服务的一个或多个服务器；电源，电源耦合到刀片服 务器以提供电力操作服务器；以及备用电池单元(BBU)，BBU耦合到刀片服务器以在电源 不能提供电力时向服务器提供备用电力，其中BBU包括：布置在电池组中的一个或多个电 池单元；以及耦合到电池单元的双向直流-直流(DC/DC)转换器，其中双向DC/DC转换器 包括：耦合到电池单元的第一端子，耦合的电感器，耦合的电感器具有耦合到电池单元的初 级绕组和分别耦合到多个次级输出的多个次级绕组，开关设备，开关设备经由耦合的电感器 的初级绕组耦合到第一端子，以及耦合到开关设备的第二端子，其中当第二端子耦合到外部 电源时，外部电源被配置为经由第二端子对电池组的电池单元充电以及经由耦合的电感器向 次级输出提供电力，以及其中当外部电源不可用时，电池单元被放电以经由第二端子向主载 荷提供电力以及经由耦合的电感器向次级输出提供电力。

本发明的另一个方面提供了一种双向DC/DC转换器，包括：待耦合到一个或多个电池 单元的第一端子；耦合的电感器，耦合的电感器具有耦合到电池单元的初级绕组和分别耦合 到多个次级输出的多个次级绕组；开关设备，开关设备经由耦合的电感器的初级绕组耦合到 第一端子；以及耦合到开关设备的第二端子，其中当第二端子耦合到外部电源时，外部电源 被配置为经由第二端子对电池组的电池单元充电以及经由耦合的电感器向次级输出提供电 力，并且其中当外部电源不可用时，电池单元被放电以经由第二端子向主载荷提供电源以及 经由耦合的电感器向次级输出提供电力。