CN111987792A - 供电设备及其供电方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种供电设备及其供电方法，可应用于云计算或云服务等对不间断供电要求比较高的技术，具体实现方案为：供电设备包括母线、高压直流转换器和电池模组。母线用于与用电设备连接以向用电设备供电。高压直流转换器与母线连接，且被配置为接收外部电压，并将外部电压转换成直流电压提供给母线。电池模组与母线连接，且电池模组被配置为检测母线上的电压，并在母线上的电压低于第一预设电压的情况下，向母线供电。

Description

供电设备及其供电方法

技术领域

本申请涉及供电技术领域，具体涉及电能存储、电压转换及数据中心的不间断供电技术。

背景技术

数据中心是信息整合的核心区域，设置有承载存储或计算功能的负载。为了保证数据中心的正常运行，数据中心需有充足的电力电源保障。通常数据中心会配置发电机组作为备用电源，用于在市电供电发生异常时，对负载提供持续的电力供应。但在市电供电发生异常时，从市电供电切换为发电机组供电的过程中，因发电机组的启动具有一定的延时，会导致在延时期间负载处于断电状态。为了避免该延时导致的负载断电，还需要配置不间断供电设备来保证延时期间负载供电的连续性。

相关技术中，不间断供电设备采用UPS(Uninterruptible Power Supply，不间断供电器)与铅酸蓄电池的组合或HVDC(High Voltage Direct Current)与铅酸蓄电池的组合。相关技术中的不间断供电设备存在占地面积大、寿命短、运维难等技术问题。

发明内容

提供了一种占地面积小、寿命长、为数据中心不间断供电的供电设备及其供电方法。

根据第一方面，提供了一种供电设备，包括：母线，用于与用电设备连接以向用电设备供电；高压直流转换器，与母线连接，高压直流转换器被配置为接收外部电压，并将外部电压转换成直流电压提供给所述母线；电池模组，与母线连接，电池模组被配置为检测母线上的电压，并在母线上的电压低于第一预设电压的情况下，向母线供电。

根据第二方面，提供了一种前述供电设备的供电方法，包括：高压直流转换器接收外部电压，并将外部电压转换成直流电压提供给母线；电池模组检测母线上的电压；以及在母线上的电压低于第一预设电压的情况下，电池模组向母线供电。

根据本申请的技术解决了相关技术中不间断供电设备占地面积大、寿命短的技术问题，并因此通过采用由高压直流与锂电池构成的供电设备，可以减少占地面积并提高使用寿命。同时通过使得电池模组直接接在母线上，而无需经由高压直流进行供电，可以简化供电设备中的电源拓扑结构，降低供电设备的故障率，提高供电设备的可维护性。

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，不构成对本申请的限定。其中：

图1A是根据本申请实施例的供电设备及其供电方法的应用场景示意图；

图1B是图1A描述的使用场景中的电路结构示意图；

图2是根据本申请一实施例中供电设备的整体框架示意图；

图3是根据本申请一实施例中供电设备的电路结构示意图；

图4是根据本申请另一实施例中供电设备的电路结构示意图；

图5是根据本申请另一实施例中供电设备的电路结构示意图；

图6是根据本申请另一实施例中电池模组的电路结构示意图；

图7是根据本申请另一实施例中电池模组的电路结构示意图；

图8是根据本申请另一实施例中电池模组的电路结构示意图；

图9是根据本申请另一实施例中电池模组的电路结构示意图；以及

图10是根据本申请中供电设备的供电方法的流程图。

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。

图1A是根据本申请实施例的供电设备及其供电方法的应用场景示意图，图1B是图1A描述的使用场景中的电路结构示意图。需要注意的是，图1A所示仅为可以应用本申请实施例的应用场景的示例，以帮助本领域技术人员理解本申请的技术内容，但并不意味着本申请实施例不可以用于其他设备、***、或场景。

如图1A～图1B所示，该实施例的应用场景100可以包括配电站110、用电设备120、供电设备130和发电机140。

其中，供电设备130包括高压直流转换器(HVDC)和电池模组。配电站110提供的市电电压可以经由高压直流转换器转换为直流电压，并经由供电设备130向用电设备120供电。类似地，发电机140提供的电压可以经由高压直流转换器转换为直流电压，并经由供电设备130向用电设备120供电。该场景中，发电机140用于作为配电站110的备用电源，用于在市电停电时，向用电设备120供电。

其中，高压直流转换器具体例如可以包括换流器、换流变压器、平波电抗器、滤波器、接地极及控制保护器等。该高压直流转换器例如可以根据供电设备所接的负载大小来调整输出的电流和电压大小，以将市电电压或发电机提供的电压转换为满足负载需求的电压。

其中，用电设备120例如可以为数据中心配置的服务器、数据库、网络交换机、网络监控终端等设备。其中，服务器可以为分布式***的服务器，或者是结合了区块链的服务器。在一实施例中，服务器也可以是云服务器，或者是带人工智能技术的智能云计算服务器或智能云主机。

根据本申请的实施例，发电机140例如可以为柴油发电机或燃气发电机等。如图1B所示，该发电机140例如可以通过开关150与供电设备130中的高压直流转换器连接，在市电提供电压时，开关处于关断状态。在市电停电时，通过将开关切换为接通状态，并启动发电机140，即可向数据中心的用电设备120供电。

根据本申请的实施例，为了避免在从市电提供电压切换为发电机提供电压的过程中，因发电机启动延时导致用电设备120断电，在市电提供电压时，还可以同时向供电设备130中的电池模组进行充电，以在确定高压直流转换器断电的情况下通过电池模组向用电设备120供电。

根据本申请的实施例，相关技术中在采用高压直流转换器时，通常采用铅酸电池构成电池模组，但铅酸电池一般体积较大、寿命较短、蓄电量小，且需要持续地浮充，因此存在维护性差、运营成本高等技术问题。为了避免该些技术问题，本实施例采用在安全和性能方面日趋完善的锂电池构成电池模组。这是由于锂电池不需要浮充，且成本逐年降低、还具有寿命长、易维护等优点，因此将逐渐成为数据中心应用中新的趋势。

根据本申请的实施例，由于供电设备采用高压直流转换器，而不采用UPS。因此在电压转换时可以取消直流转换为交流的逆变环节。从而可以简化电源设备的拓扑结构，降低电源设备的故障率。

需要说明的是，在配电站110输出的电压较大的情况下，可以在配电站110与供电设备130之间加入变压器，以使得配电站110输出的电压与供电设备130中高压直流转换器的输入电压相适配。

需要说明的是，在图1A中，高压直流转换器和电池模组集成于一个机柜中，但实际场景中，可以根据实际需求，将高压直流转换器与电池模组集成于不同的机柜中，且高压直流转换器与电池模组之间通过母线连接。母线例如可以为Y字形母线，Y字形母线的主路连接高压直流转换器，Y字形母线的两个支路分别连接电池模组和供电设备。

可以理解的是，本申请实施例提供的供电设备可以为图1A中的供电设备130，图1A中的发电机、配电站和用电设备仅作为示例以利于理解本申请，本申请对此不作限定。

以下将结合图1A描述的应用场景，通过图2～图9对本申请实施例的供电设备进行详细描述。

图2是根据本申请第一实施例中供电设备的整体框架示意图。

如图2所示，该实施例的供电设备200包括母线210、高压直流转换器(HVDC)220和电池模组230。其中，电池模组可以为一个或多个，图2中示出的两个电池模组的数量仅作为示例。

根据本申请的实施例，母线210例如可以包括第一母线211和第二母线212。其中，第一母线211和第二母线212用于分别作为正连接线和负连接线，该第一母线211和第二母线212上均设置有多个连接点，该些连接点用于作为接入设备(例如电池模组、用电设备、HVDC)的连接点。通过该母线210，可以将高压直流转换器、电池模组和用电设备分别作为分支回路连接在一起，以实现电压的分配和传送。

根据本申请的实施例，高压直流转换器220与母线210连接。具体地，高压直流转换器220的正极与第一母线211连接，高压直流转换器220的负极与第二母线212连接。高压直流转换器220用于接收外部电压(例如可以为配电站提供的电压或发电机提供的电压)，并将外部电压转换成直流电压提供给第一母线211和第二母线212，使得第一母线211与第二母线212之间具有电位差，从而向连接第一母线和第二母线的用电设备供电。HVDC例如包括换流器、换流变压器、平波电抗器、滤波器、接地极和控制保护器等。其中，换流器可以为整流器，用于将交流电转换成直流电。换流变压器用于实现电压变换，使得变换得到的电压能够满足用电设备的需求。平波电抗器用于减小直流电流纹波，抑制直流故障电流的快速增加。接地极用于钳制电源的中性点电位，为直流电流提供返回通路。控制保护器用于控制HVDC传输的直流的功率、电流、电压等，并实现对HVDC传输直流的启停控制。

根据本申请的实施例，电池模组230与母线210连接。具体地，电池模组230的正极与第一母线211连接，电池模组230的负极与第二母线212连接，从而形成包括电池模组230的导电回路。该电池模组230被配置为用于检测母线上的电压，并根据检测得到的电压来确定高压直流转换器220是否能够接收到外部电压。其中，电池模组230例如可以将分别连接第一母线和第二母线的两根导线之间的电位差确定为母线上的电压。若母线上的电压高于第一预设电压，则说明高压直流转换器220能够接收到外部电压，该电池模组230维持在待机状态或利用母线上的电压进行充电的充电状态。在母线上的电压低于第一预设电压，则说明高压直流转换器220未接收到外部电压，为了避免连接在母线上的用电设备120断电，该电池模组230被配置为向母线供电。示例性地，考虑到高压直流转换器输出的为用电设备供电的电压一般比电池模组230提供的电压大，且在高压直流转换器不能接收外部电压的瞬间，母线上的电压是逐渐降低的，因此，为了使得电池模组230及时供电，电池模组230可以是在确定母线上的电压低于电池的额定电压的情况下，则确定高压直流转换器220不能接收到外部电压。因此，第一预设电压例如可以根据电池模组的额定电压来设定。可以理解的是，该第一预设电压的设置仅作为示例以利于理解本申请，本申请对此不作限定。

根据本申请的实施例，为了能够向母线供电，该实施例的电池模组230至少应包括能够用于充电的电池。其中，该实施例中的电池例如可以采用锂电池，以提高维护性、减小供电设备200的占地面积、提高供电设备200的使用寿命。示例性地，该电池模组230包括的锂电池应为包括多个锂电池的锂电池组，以满足用电设备的用电需求。

图3是根据本申请第二实施例中供电设备的电路结构示意图。

根据本申请的实施例，如图3所示，该实施例供电设备300中的电池模组330例如可以包括锂电池组331和电源控制器332，以便于检测母线上的电压，并能够向母线供电。可以理解的是，图3中的电池模组330的数量仅作为示例，根据用电设备的用电需求，供电设备300可以包括多个电池模组330，多个电池模组330以并列形式分别与母线连接。

根据本申请的实施例，锂电池组331包括串联的多个锂电池。该锂电池组331的正极连接到第一母线211，锂电池组331的负极连接到第二母线212上，形成包括锂电池组的导电回路。示例性地，第一母线211上设置有正连接点，第二母线212上设置有负连接点，锂电池组331的正极具体连接到正连接点，锂电池组331的负极具体连接到负连接点。

根据本申请的实施例，电源控制器332例如可以采用电池管理***(BMS，BetteryManagement System)，该电源控制器332与第一母线211、第二母线212均连接，通过BMS中的检测芯片能够检测得到第一母线211与第二母线212之间的电压。该电源控制器332还可以用于控制锂电池组的工作状态。例如，在第一母线211与第二母线212之间的电压低于前述的第一电压的情况下，控制锂电池组向第一母线211和第二母线212供电。

根据本申请的实施例，电源控制器332例如还可以与锂电池组331连接，用于监测锂电池组331的荷电状态(State of Charge，SOC)。该电源控制器332例如可以根据荷电状态来确定锂电池组存储的电量。根据该电量可以确定锂电池组331是否处于缺电状态或是否处于满电状态，并在锂电池组处于缺电状态时，利用第一母线211和第二母线212之间的电压对锂电池组331进行充电。其中，缺电状态例如可以为电量低于第一预设电量的状态，第一预设电量例如可以为接近于0的任意值。该第一预设电量的取值可以根据实际需求进行设定。例如，为了避免因锂电池组的电量长期为零导致的使用寿命缩短，该第一预设电量例如可以为小于额定电量的10％的值，大于额定电量的5％的任意值。例如，第一预设电量例如还可以取比较大的值，以保证锂电池组331供电时的供电时长能够满足要求，例如可以设置为额定电量的90％、95％、80％等较大的值。

根据本申请的实施例，在电池模组330的数量为一个时，如图3所示，该电源控制器332例如还可以与高压直流转换器220连接，具体可以与高压直流转换器220中的控制保护器通信连接。通过该通信连接，可以在锂电池组331处于缺电状态时，向高压直流转换器220发送信号，以使得高压直流转换器220通过调节输出的电压或电流，在为用电设备提供电压的同时，向电池模组330中的锂电池组充电。

示例性地，电源控制器332还被配置为：在锂电池组存储的电量低于第一预设电量的情况下，向高压直流转换器220发送充电请求信号。在高压直流转换器220接收到外接电压的情况下，可以响应于充电请求信号，先根据预先设置于第一母线211和第二母线212中至少一个母线上的电流传感器感测母线上的电流；然后根据母线上的电流以及高压直流转换器220的输出电压，确定高压直流转换器220的输出功率，最后确定当前的输出功率是否达到控制保护器中设定的满载功率。在输出功率还未达到满载功率的情况下，可以先根据控制保护器中的电流控制器来对HVDC传输的电流进行调节，以此来调高传输的直流的功率。随后向电源控制器332反馈充电信号。电源控制器332在接收到充电信号后，即可响应于该充电信号，利用第一母线211与第二母线212之间的电压来对锂电池进行充电。

示例性地，该实施例的供电设备300例如还可以包括有显示器，该显示器与电源控制器332连接，电源控制器332还可以向显示器发送检测得到的锂电池组的电量，以供显示器进行显示，从而便于用户查看锂电池组的电量等信息。

示例性地，为了降低电池模组330与高压直流转换器220之间的控制和功能的耦合，该实施例中电池模组330在需要进行充电时，例如还可以无需与高压直流转换器220通信交互。具体地，电池模组中的电源控制器还可以在锂电池组331的电量过低而处于缺电状态时，检测第一母线和第二母线之间的电压不为零时，自动利用第一母线和第二母线之间的电压进行充电。为了避免电池模组330充电而导致用电设备不能正常工作，该实施例的供电设备还可以在电池模组331与第一母线211或第二母线212之间设置第一电流传感器，该第一电流传感器用于检测锂电池组331所在的导电回路上的电流，且该第一电流传感器与高压直流转换器220连接。如此，高压直流转换器220可以在电源控制器332利用第一母线211和第二母线212之间的电压对锂电池组331进行充电的情况下，响应于根据该第一电流传感器的检测结果确定锂电池组331的导电回路中的电流大于零时，确定锂电池组需要充电。从而根据母线上的电流对其输出功率进行调节，以保证其输出功率能够满足用电设备的用电需求及锂电池组的充电需求。

图4是根据本申请第三实施例中供电设备的电路结构示意图。

根据本申请的实施例，在电池模组330的数量为不止一个时，如图4所示，该实施例的供电设备400还可以包括有总控制器440。每个电池模组330包括有一个电源控制器。总控制器440与高压直流转换器220连接，以通过与高压直流转换器220的通信，来指示电池模组中的电源控制器向锂电池组充电。

根据本申请的实施例，如图4所示，多个电池模组包括的电源控制器并联连接。如此，多个电源控制器均可以与总控制器440进行通信。每个电池模组中的电源控制器用于检测与该电源控制器连接的锂电池组的电量。

示例性地，每个电源控制器还可以用于在检测到锂电池组存储的电量低于前述第一预设电量的情况下，向总控制器发送低电量提醒。总控制器440可以响应于电源控制器332发送低电量提醒，向高压直流转换器220发送充电请求信号。类似于前述针对高压直流转换器220的描述，该高压直流转换器220可以响应于充电请求信号检测母线上的电流，根据母线上的电流确定输出功率，并在确定输出功率小于高压直流转换器220的满载功率的情况下，向总控制器反馈充电信号。总控制器440在接收到充电信号后，可以向发送了低电量提醒的电源控制器发送充电指令。则电源控制器在接收到充电指令后，即可响应于充电指令，利用第一母线与第二母线之间的电压对电源控制器连接的锂电池组进行充电。

示例性地，每个电源控制器还可以用于检测连接的锂电池组的电压，并向总控制器反馈连接的锂电池组的电量和电压。总控制器可以根据多个电池模组中每个电池模组包括的锂电池组的电量来确定锂电池组是否处于缺电状态。若至少一个锂电池组处于缺电状态，则向高压直流转换器220发送充电请求信号。类似于前述针对高压直流转换器220的描述，该高压直流转换器220可以响应于充电请求信号检测用电设备的使用功率，并在用电设备的使用功率小于高压直流转换器220的满载功率的情况下，向总控制器反馈充电信号。总控制器440在接收到充电信号后，可以向与处于缺电状态的锂电池组连接的电源控制器发送充电指令。电源控制器在接收到充电指令后，即可响应于充电指令，利用第一母线与第二母线之间的电压对电源控制器连接的锂电池组进行充电。

根据本申请的实施例，类似于图3中电池模组330的数量为一个的方案类似，为了降低电池模组与高压直流转换器之间的控制和功能的耦合，该实施例中多个电池模组中每个电池模组在需要进行充电时，例如还可以无需与高压直流转换器通信交互。具体地，每个电池模组中的电源控制器还可以在锂电池组的电量过低而处于缺电状态时，检测第一母线和第二母线之间的电压不为零时，自动利用第一母线和第二母线之间的电压进行充电。为了避免电池模组充电而导致用电设备不能正常工作，该实施例的供电设备还可以在每个电池模组与母线之间设置第一电流传感器。高压直流转换器在根据每个电池模组与母线之间设置的第一电流传感器确定多个锂电池组中哪些锂电池组需要充电。从而根据母线上的电流对其输出功率进行调节，以保证其输出功率能够满足用电设备的用电需求及锂电池组的充电需求。

根据本申请的实施例，为了便于实现对多个锂电池组的充放电的统一控制，图4中的总控制器例如还可以用于通过与各电池模组中的电源控制器的交互，获取每个电池模组中的电源控制器检测得到的与该电源控制器连接的锂电池组的电量和电压。

为了保证多个电池模组之间的均衡充放电，该总控制器例如可以被配置为：在第一母线与第二母线之间的电压低于第一预设电压(即无法通过外部电压充电时)时，根据接收的电池模组的电压或电量，从多个电池模组中选择至少一个电池模组作为被充电设备，选择至少另一个电池模组作为充电设备。并向与被充电设备连接的电源控制器发送充电指令，向与充电设备连接的电源控制器发送放电指令。

示例性地，在总控制器根据接收的锂电池组的电量和/或电压，确定多个电池模组中第一电池模组包括的锂电池组存储的电量与第二电池模组包括的锂电池组存储的电量的差值大于预设电量差值时，或第一电池模组包括的锂电池组的电压与第二电池模组包括的锂电池的电压的差值大于预设电压差值时，向第一电池模组包括的电源控制器发送供电指令，向第二电池模组包括的电源控制器发送充电指令。其中，第一电池模组和第二电池模组可以为多个电池模组中的任意两个不同的电池模组。

相应地，每个电池模组的电源控制器还可以被配置为：向总控制器提供连接的锂电池组的电压和/或电量。响应于充电指令，控制锂电池组利用第一母线与第二母线之间的电压对锂电池组进行充电；以及响应于供电指令，控制锂电池组向第一母线和第二母线供电。其中，预设电量差值例如可以根据实际需求进行设定，例如可以设置为额定电量的80％、90％等大于额定电量的50％的值。如此，可以通过总控制器的控制，实现电量高的锂电池组向电量低的锂电池组进供电，保证多个锂电池组之间电量的均衡。

类似地，在多个电池模组同时向母线供电时，总控制器还可以基于类似原理，仅控制电量高的锂电池组向母线供电。

根据本申请的实施例，在向锂电池组充电后，高压直流转换器220例如可以设定有维持当前传输功率的时长，以避免出现过充电的情况。该时长例如可以根据锂电池组的储能大小及锂电池组的额定充电电压、额定充电电流来定。

根据本申请的实施例，电池模组例如还可以设置开关，以避免出现过充电的情况，并便于电池模组根据总控制器的指令灵活控制充放电。考虑到电源控制器能够监控锂电池组的电量，则可以将开关电路与电源控制器连接，使得电源控制器能够控制开关的关断和接通。以此在锂电池组充电完成后，使得电源控制器控制开关关断，从而使得锂电池组因导电回路断开而无法充电。

图5是根据本申请第四实施例中供电设备的电路结构示意图。

根据本申请的实施例，在前述电池模组包括锂电池组和电源控制器的基础上，供电设备还可以在电池模组中设置开关电路。通过该开关电路，可以在锂电池组的电量低于第二预设电量的情况下，使得电池模组仅能利用第一母线和第二母线之间的电压充电，而无法向第一母线和第二母线供电。以及在锂电池组的电量高于第三预设电量的情况下，使得电池模组仅能向第一母线和第二母线供电，而无法利用第一母线和第二母线之间的电压充电。从而可以在避免出现过充电的情况的同时，避免锂电池组在供电时出现电量低但维持供电的过放电情况。其中，第二预设电量例如可以采用与前述第一预设电量相等的值，或者可以根据实际需求进行设定。其中，第三预设电量例如可以为接近于额定电量的100％，但小于额定电量的100％的值。示例性地，该第三预设电量例如可以为大于等于额定电量的95％的值。

如图5所示，该实施例的供电设备500中的电池模组530除了锂电池组331和电源控制器332外，还可以包括开关电路533。该开关电路连接在锂电池组331与第一母线211之间，或者连接在锂电池组331与第二母线212之间。为了实现电源控制器332对开关电路533的控制，开关电路533还与电源控制器连接。该电源控制器332可以通过对开关电路533的控制，来实现对包括锂电池组331的导电回路中电流的流动方向的控制。

可以理解的是，图5中示出了供电设备中包括两个电池模组时，设置有开关电路时的电路结构图。基于相同的原理，在供电设备中包括一个电池模组或大于两个的电池模组时，同样可以在每个电池模组中设置与图5描述的开关电路类似的开关电路，在此不再赘述。

根据本申请的实施例，为了避免在电池模组启动时因输出电流过大损坏电容性的用电设备。该实施例中的开关电路可以设置有包括电阻的子电路，以此限制导电回路中电流的大小。同时，为了能够满足高额定电流的用电设备的用电需求，开关电路中还可以设置有不包括电阻的子电路。为了实现两个子电路的切换，包括电阻的子电路与不包括电阻的子电路均可以设置有用于实现关断和接通作用的接触器。两个子电路中的接触器均与电源控制器连接，以通过电源控制器对接触器的控制，实现对两个子电路的自动切换。

以下将结合图6～图7对设置有开关电路的电池模组的电路结构进行详细描述。

图6是根据本申请第五实施例中电池模组的电路结构示意图。

如图6所示，在一实施例中，电池模组630除了锂电池组331和电源控制器332外，还包括开关电路和电流传感器634。该开关电路包括第一开关子电路6331和第二开关子电路6332。电流传感器634连接在包括锂电池组的导电回路中，用于感测导电回路中电流的大小。

示例性地，如图6所示，开关电路连接在锂电池组331和第一母线211之间。第一开关子电路6331包括第二接触器KM2，第三接触器KM3、第一二极管D1和第二二极管D2。第二接触器KM2的第一端与锂电池组331的正极连接，第二接触器KM2的控制端与电源控制器332连接。第一二极管D1与第二接触器KM2并联，具体地，第一二极管D2的正极与第二接触器KM1的第一端连接，第一二极管D1的负极与第二接触器KM2的第二端连接。第三接触器KM3的第一端与第二接触器KM2的第二端连接，第三接触器KM3的第二端与第一母线211连接，第三接触器KM3的控制端与电源控制器332连接。第二二极管D2的正极与第三接触器KM3的第一端连接，第二二极管D2的负极与第三接触器KM3的第二端连接。通过该第一开关子电路6331的设置，在锂电池组331向第一母线和第二母线供电的过程中或利用第一母线和第二母线之间的电压充电的过程中，电源控制器332可以通过控制第二接触器KM2和第三接触器KM3接通，第一二极管D1和第二二极管D2处于短路状态，形成包括锂电池组331、第二接触器KM2和第三接触器KM3的导电回路。若在供电过程中，电源控制器332监控到锂电池组331的电量低于第二预设电量的情况下，为了避免过放电，电源控制器332可以控制第三接触器KM3关断，从而使得导电回路中的电流允许从第一母线211流出后，经由第二二极管D2流向锂电池组331，而不能经由第一二极管D1流向第一母线211。若在充电过程中，电源控制器332监控到锂电池组331的电量高于第三预设电量的情况下，为了避免过充电，电源控制器332可以控制第二接触器KM2关断，从而使得导电回路中的电流允许经由第一二极管D1流向第一母线211，而不能从第一母线211流出后，经由第二二极管D2流向锂电池组331。

示例性地，开关电路也可以连接在锂电池组331和第二母线212之间。该实施例与前述开关电路连接在锂电池组和第一母线之间的实施例相比，区别在于，第二接触器KM2的第一端与锂电池组331的负极连接，第三接触器KM3的第二端与第二母线212的正极连接。在供电过程中，电源控制器332监控到锂电池组331的电量低于第二预设电量的情况下，电源控制器332可以控制第二接触器KM2关断，从而使得导电回路中的电流允许经由第一二极管D1流向第二母线212，而不能由第二母线212流出后，经由第二二极管D2流向锂电池组331。若在充电过程中，电源控制器332监控到锂电池组331的电量高于第三预设电量的情况下，电源控制器332可以控制第三接触器KM3关断，从而使得导电回路中的电流允许从第二母线212流出后，经由第二二极管D2流向锂电池组331，而不能经由第一二极管D1流向第二母线212。

示例性地，第二开关子电路6332可以包括第一接触器KM1和电阻R。在开关电路连接于电池模组331与第一母线211之间时，第一接触器KM1的第一端连接锂电池组331的正极；第一接触器KM1的控制端连接电源控制器332。电阻R的一端连接第一母线211，电阻R的另一端连接第一接触器KM1的第二端。电源控制器还被配置为：在导电回路中的电流大于第一预设电流的情况下，控制第一接触器KM1接通，以接通第二开关子电路6332。此时，为了关断第一开关子电路6331，电源控制器可以同时关断第二接触器KM2和第三接触器KM3。其中，第一预设电流可以根据实际需求进行设定，例如可以根据用电设备的启动电流大小或锂电池组331充电时的额定电流来进行设定，本申请对此不作限定。

可以理解的是，在开关电路连接于电池模组331与第二母线212之间时，第二开关子电路6332中第一接触器KM1的第一端应连接锂电池组331的负极，电阻R的一端应连接在第二母线212上。

可以理解的是，如图6中第一接触器KM1与电阻R的位置例如可以互换。位置互换后，电阻R连接电池模组331的正极，第一接触器KM1连接第一母线211；或者，电阻R连接电池模组331的负极，第一接触器KM1连接第二母线212。

示例性地，为了避免在电池模组启动时因输出电流过大损坏电容性的用电设备的情况，在供电设备启动的初始状态下，电池模组中的第一接触器KM1接通，第二接触器KM2和第三接触器KM3关断。在预定时段后(该预定时段可以根据用电设备启动时长进行设定)，电源控制器控制第一接触器KM1关断，控制第二接触器KM2和第三接触器KM3接通。

根据本申请的实施例，在供电设备包括多个电池模组时，由于总控制器可以监控各电池模组中锂电池组存储的电量。在电池模组启动时，为了保证多个锂电池组之间的电量均衡，总控制器还可以控制电量较大的锂电池组向电量小的锂电池组供电。例如前述电量较大的第一电池模组中的电源控制器可以响应于供电指令，控制第一电池模组的第一开关子电路中的第二接触器KM2关断，而第三接触器KM3维持导通。前述电量较小的第二电池模组中的电源控制器可以响应于充电指令，控制第二电池模组的第一开关子电路中第三接触器KM3关断，维持第二接触器KM2导通。在一实施例中，为了避免第一电池模组向第二电池模组充电时，第二电池模组的充电电流过大，第二电池模组还可以响应于充电指令，关断第二接触器KM2和第三接触器KM3，导通第一接触器KM1。如此，第二开关子电路6332的设置同时可以避免流向电量较小的锂电池组的充电电流过大的情况，从而避免大电流对电量较小的锂电池组所在电池模组中其他器件(例如熔断器等)的损坏。

根据本申请的实施例，在供电设备包括多个电池模组时，由于总控制器可以监控各电池模组中锂电池组存储的电量。为了使得不同电池模组中锂电池组存储的电量均匀化，总控制器还可以控制电量大的锂电池组向电量小的锂电池组充电。在此过程中，第二开关子电路6332的设置还可以避免因电量大的锂电池组与电量小的锂电池组之间的电压差过大，从而导致流向电量小的锂电池组的充电电流过大的情况，并因此避免大电流对电量较小的锂电池组所在电池模组中其他器件(例如熔断器等)的损坏。

图7是根据本申请第六实施例中电池模组的电路结构示意图。

如图7所示，在一实施例中，电池模组730除了锂电池组331及电源控制器332外，还包括开关电路和电流传感器734，该开关电路包括第一开关子电路7331和第二开关子电路7332。电流传感器734连接在包括锂电池组的导电回路中，用于感测导电回路中电流的大小。

示例性地，如图7所示，第一开关子电路7331包括第四接触器KM4和双向直流变换器(双向DC/DC)。第四接触器KM4的第一端与锂电池组331的正极连接，第四接触器KM4的控制端与电源控制器332连接。双向直流变换器的第一端与第四接触器的第二端连接，双向直流变换器的第二端与锂电池组331的负极连接，双向直流变换器的第三端与第一母线211连接，双向直流变换器的第四端与第二母线212连接。通过该第一开关子电路7331的设置，在锂电池组向第一母线和第二母线供电的过程中或利用第一母线和第二母线之间的电压充电的过程中，第四接触器KM4接通。若在供电过程中，电源控制器332监控到锂电池组331的电量低于第二预设电量的情况下，为了避免过放电，电源控制器332可以控制双向直流变换器允许导电回路上的电流沿第一方向流动，该第一方向为自双向直流变换器的第三端流向双向直流变换器的第一端，且自双向直流变换器的第二端流向双向直流变换器的第四端的方向，而不允许导电回路上的电流沿与第一方向相反的第二方向流动。若在充电过程中，电源控制器332监控到锂电池组331的电量高于第三预设电量的情况下，为了避免过充电或者响应供电指令，电源控制器332可以控制双向直流变换器允许导电回路上的电流沿与第一方向相反的第二方向流动，而不允许导电回路上的电流沿第一方向流动。

示例性地，第一开关子电路7331与锂电池组331的连接关系中，也可以使得第四接触器KM4的第一端与锂电池组331的负极连接，第四接触器KM4的第二端与双向直流变换器的第三端连接。

示例性地，第二开关子电路7332与前述的第二开关子电路6332相似，包括第一接触器KM1和电阻R。在第四接触器KM4的第一端连接锂电池组331的正极时，第一接触器KM1的第一端连接锂电池组331的正极，电阻R的一端连接第一接触器KM1的第二端，电阻R的另一端连接双向直流变换器的第一端。电源控制器还被配置为：在导电回路中的电流大于第一预设电流的情况下，控制第一接触器KM1接通，以接通第二开关子电路7332。此时，为了关断第一开关子电路7331，电源控制器可以关断第四接触器KM4。

可以理解的是，在第四接触器KM4的第一端连接锂电池组331的负极时，第一接触器KM1的第一端连接锂电池组331的负极，电阻R的一端连接第一接触器KM1的第二端，电阻R的另一端连接双向直流变换器的第三端。

可以理解的是，如图7中第一接触器KM1与电阻R的位置例如可以互换。位置互换后，电阻R连接电池模组331的正极，第一接触器KM1连接双向直流变换器的第一端；或者，电阻R连接电池模组331的负极，第一接触器KM1连接双向直流变换器的第三端。

根据本申请的实施例，为了避免因导电回路中的电流长期大于锂电池组的额定电流而缩短电池模组中锂电池的寿命，该实施例可以在电池模组中设置熔断器。其中，为了进一步地提高电池模组的维护性，熔断器例如可以设置在母线与电池模组中其他器件之间。

图8是根据本申请第七实施例中电池模组的电路结构示意图。

根据本申请的实施例，如图8所示，该实施例的电池模组830相较于前述的电池模组630，还包括有第一熔断器835，在第一熔断器835的第一端与电池模组的正极连接，第一熔断器835的第二端与第一母线连接。在一具体实施例中，该第一熔断器835的第一端例如可以与第三接触器KM3的第二端连接。在第一母线流入导电回路的电流较大时，第一熔断器835会因热量的积累而温度升高，在温度达到熔断条件时第一熔断器835熔断，从而可以避免较大电流在导电回路中长期的流通。

根据本申请的实施例，该实施例的电池模组830例如也可以不设置第一熔断器835，而设置第二熔断器836。该第二熔断器836的第一端与电池模组的负极连接，具体可以与锂电池组的负极连接。第二熔断器836的第二端与第二母线连接。在从第二母线流入导电回路的电流较大时，第二熔断器836会因热量的积累而温度升高，在温度达到熔断条件时第二熔断器836熔断，从而可以避免较大电流在导电回路中长期的流通。

根据本申请的实施例，该实施例的电池模组830例如可以既设置第一熔断器835，又设置第二熔断器836。以此起到对电池模组的双重保护作用。

可以理解的是，在供电设备包括多个电池模组的情况下，本实施例通过第一熔断器835和第二熔断器836中至少一个的设置，可以将第一熔断器835和第二熔断器836中至少一个的设置位置作为电池模组维修检测时的断点。通过该断点可以将整个电池模组从供电设备中脱离出来，对电池模组进行任意的维修操作。

根据本申请的实施例，在实例场景中，若需要设置多组电池模组，为了提高电池模组与母线连接的便利性及布线的整洁性，可以将多个电池模组的第一熔断器和第二熔断器设置在同一机柜中母线的不同连接点。如此，通过将设置电池模组中其他器件的机柜与该第一熔断器和第二熔断器连接，即可实现电池模组与母线的连接。

根据本申请的实施例，为了在通过设置熔断器来对电池模组起到保护作用的同时，提高更换熔断器的安全性。该实施例还可以在锂电池组包括的多个锂电池设置的位置范围内，任意两个锂电池之间设置熔断器，以此将锂电池组分为两组，降低熔断器两侧的电压值。具体地，如图8所示，多个锂电池包括第一组锂电池8311和第二组锂电池8312，电池模组830还包括第三熔断器837，该第三熔断器837连接在第一组锂电池与第二组锂电池之间。

示例性地，为了有效降低熔断器两侧的电压值，第一组锂电池中锂电池的数量可以与第二组锂电池中锂电池的数量相接近或相等。在一实施例中，可以通过将多个锂电池平均分配，得到第一组锂电池和第二组锂电池。

根据本申请的实施例，考虑到熔断器的熔断需要热量的积累，通过熔断器来对锂电池组进行保护时，可能会存在因电流高于预定电流的程度较小导致导电回路关断延迟较长，而对锂电池组的保护存在时效性较差的情况。为了避免该情况，如图8所示，该实施例的电池模组830例如可以设置有断路器838。该断路器838可以在导电回路中的电流大于第二预设电流的情况下分断。其中，第二预设电流可以根据锂电池组的额定电流进行设定。

示例性地，该断路器838例如可以采用单断点结构，即断路器838具有一对触点，且该对触点连接在锂电池组与开关电路之间。

示例性地，该断路器838例如可以采用如图8所示的双断点结构，即包括第一对触点8381和第二对触点8382。在开关电路连接在锂电池组与第一母线之间时，断路器838的第一对触点8381连接在锂电池的正极与开关电路之间，第二对触点8382连接在锂电池的负极与第二母线之间。在导电回路中的电流大于第二预设电流时，该第一对触点8381中的两个触点彼此电隔离，同时第二对触点8382中的两个触点彼此电隔离，从而断开导电回路。

可以理解的是，为了在电池模组供电和充电的过程中形成闭合回路，断路器中的每对触头包括的两个触头在通常情况下是电接触的。

根据本申请的实施例，为了避免在电池模组供电或充电过程中因产热较多，导致电池模组中的锂电池因温度较高而缩短寿命。本实施例的电池模组中还可以设置有温度传感器与散热器。温度传感器可以设置在锂电池组中，用于感测锂电池组的温度。该温度传感器可以与电源控制器连接，以将感测得到的温度发送给电源控制器。散热器可以与电源控制器连接，以在电源控制器的控制下对电池模组进行散热。具体地，电源控制器还用于在温度传感器感测得到的温度大于预设温度时，控制散热器对电池模组进行散热。

根据本申请的实施例，在开关电路使用双向直流转换器时，双向直流转换器的产热量较多。为了避免双向直流转换器因温度较高而损坏，本实施例可以在双向直流转换器的设置位置附近设置散热器。或者，为了进一步对锂电池组进行散热，该散热器可以设置在锂电池组与双向直流转换器之间的任意位置。

图9是根据本申请第八实施例中电池模组的电路结构示意图。

如图9所示，该实施例的电池模组930例如可以包括有温度传感器和散热器938。其中，温度传感器可以设置在双向直流转换器附近或锂电池组中，且与电源控制器332连接。散热器938设置在双向直流转换器附近或锂电池组与双向直流转换器之间的任意位置。该散热器与电源控制器332连接。电源控制器332可以在温度传感器感测到的温度大于预设温度时，控制散热器对电池模组进行散热。

根据本申请的实施例，如图9所示，该实施例的电池模组930中的锂电池组可以类似于前述图8中的锂电池组，锂电池组包括的多个锂电池分为第一组锂电池9311和第二组锂电池9312。在该第一组锂电池9311和第二组锂电池9312之间设置有第三熔断器937。该第三熔断器937与前述的第三熔断器837类似，在此不再赘述。

根据本申请的实施例，如图9所示，该实施例的电池模组930可以包括第一熔断器935和第二熔断器936中的至少一个。第一熔断器935连接在双向直流转换器与第一母线之间，第二熔断器936连接在双向直流转换器与第二母线之间。第一熔断器935的工作原理与前述第一熔断器835的工作原理类似，第二熔断器936的工作原理与前述第二熔断器836的工作原理类似，在此不再赘述。

根据本申请的实施例，该实施例的电池模组930还可以设置与前述断路器838类似的断路器，在此不再赘述。

根据本申请的实施例，该实施例的供电设备的总控制器例如还可以监控各电池模组中电源控制器采集得到的电流、电压、温度等运行参数。并通过显示器显示给用户。该总控制器例如还可以在运行参数异常的情况下，通过显示器弹出告警信息，以便于用户及时对供电设备进行维护。

综上可知，本申请实施例可以设置熔断器、断路器、接触器等器件，可以实现对较大电流的多级防护，从而有效提高供电设备的使用可靠性。再者，通过将电池模组直接接到母线上，并在电池模组中设置电源管理器，使得电池模组无需经过高压直流转换器进行电压输出，从而实现电池模组与高压直流转换器的单独控制，降低电池模组与高压直流转换器的耦合性。

本申请还提供了一种供电设备的供电方法。该方法可以由上述任意实施例的供电设备执行。

图10是根据本申请中供电设备的供电方法的流程图。

如图10所示，该实施例的供电方法可以包括操作S1020、操作S1040和操作S1060。

在操作S1020，高压直流转换器接收外部电压，并将外部电压转换成直流电压提供给母线。其中，外部电压可以为前述的配电站提供的市电电压或发电机提供的电压。

在操作S1040，电池模组检测母线上的电压。具体可以通过与第一母线211和第二母线212均连接的电源控制器来检测第一母线与第二母线之间的电压。

在操作S1060，在母线上的电压低于第一预设电压的情况下，电池模组向母线供电。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发申请中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本申请公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

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 (14)

1.一种供电设备，其特征在于，包括：

母线，用于与用电设备连接以向用电设备供电；

高压直流转换器，与所述母线连接，所述高压直流转换器被配置为接收外部电压，并将所述外部电压转换成直流电压提供给所述母线；

电池模组，与所述母线连接，所述电池模组被配置为检测所述母线上的电压，并在所述母线上的电压低于第一预设电压的情况下，向所述母线供电。

2.根据权利要求1所述的供电设备，其特征在于，所述母线包括第一母线和第二母线，所述电池模组包括：

锂电池组，包括串联的多个锂电池，所述锂电池组的正极连接到所述第一母线，所述锂电池组的负极连接到所述第二母线，从而形成导电回路；以及

电源控制器，与所述第一母线、所述第二母线、所述高压直流转换器和所述锂电池组连接，所述电源控制器被配置为：

检测所述第一母线与所述第二母线之间的电压，并在所述第一母线与所述第二母线之间的电压低于所述第一预设电压的情况下控制所述锂电池组向所述第一母线和所述第二母线供电；以及

检测所述锂电池组存储的电量，并在所述锂电池组存储的电量低于第一预设电量的情况下，利用所述第一母线和所述第二母线之间的电压对所述锂电池组进行充电。

3.根据权利要求2所述的供电设备，其特征在于：

所述供电设备还包括第一电流传感器，连接所述高压直流转换器，所述第一电流传感器设置在所述电池模组与所述第一母线或所述第二母线之间，用于检测所述导电回路上的电流；

所述高压直流转换器被配置为在所述电源控制器利用所述第一母线和所述第二母线之间的电压对所述锂电池组进行充电的情况下，响应于所述导电回路中的电流大于零，检测所述母线上的电流，并根据所述母线上的电流调节输出功率，以使得所述输出功率满足所述用电设备的用电及所述锂电池组的充电。

4.根据权利要求2所述的供电设备，其特征在于，所述电池模组的数量为多个，多个电池模组的电源控制器并联连接；

所述供电设备还包括总控制器，所述总控制器与并联的电源控制器连接，所述总控制器被配置为接收每个电源控制器提供的锂电池组的电压或电量，基于电池模组的电压或电量从所述多个电池模组中选择至少一个电池模组作为被充电设备，选择至少另一个电池模组作为充电设备，并向与所述被充电设备连接的电源控制器发送充电指令，向与所述充电设备连接的电源控制器发送放电指令；

每个电池模组的电源控制器还被配置为：检测连接的锂电池组的电压，并向所述总控制器提供连接的锂电池组的电压或电量；以及响应于所述充电指令，控制所述锂电池组利用所述第一母线与所述第二母线之间的电压对所述锂电池组进行充电；以及响应于所述放电指令，控制所述锂电池组向所述第一母线与所述第二母线供电。

5.根据权利要求2所述的供电设备，其特征在于：

所述电池模组还包括开关电路，连接在所述锂电池组与所述第一母线或所述第二母线之间，且所述开关电路还与所述电源控制器连接，所述开关电路被配置为在所述电源控制器的控制下控制所述导电回路中电流的大小和方向。

6.根据权利要求5所述的供电设备，其特征在于，所述开关电路包括：

第一开关子电路，连接在所述第一母线或所述第二母线与所述锂电池组之间；以及

第二开关子电路，与所述第一开关子电路并联连接，

电池模组还包括第二电流传感器，连接在所述导电回路中，被配置为检测所述导电回路中电流的大小；

所述电源控制器还被配置为：在所述导电回路中的电流大于第一预设电流的情况下，控制所述第一开关子电路关断，并控制所述第二开关子电路接通。

7.根据权利要求6所述的供电设备，其特征在于，所述第二开关子电路包括：

第一接触器，所述第一接触器的第一端连接所述锂电池组的正极；所述第一接触器的控制端连接所述电源控制器；以及

电阻，所述电阻的一端连接所述第一母线，所述电阻的另一端连接所述第一接触器的第二端，

所述电源控制器还被配置为：在所述导电回路中的电流大于第一预设电流的情况下，控制所述第一接触器接通。

8.根据权利要求6所述的供电设备，其特征在于，所述第一开关子电路包括：

第二接触器，所述第二接触器的第一端与所述锂电池组的正极连接，所述第二接触器的控制端与所述电源控制器连接；

第一二极管，所述第一二极管的正极与所述第二接触器的第一端连接；所述第一二极管的负极与所述第二接触器的第二端连接；

第三接触器，所述第三接触器的第一端与所述第二接触器的第二端连接，所述第三接触器的第二端与所述第一母线连接，所述第三接触器的控制端与所述电源控制器连接；以及

第二二极管，所述第二二极管的正极与所述第三接触器的第一端连接，所述第二二极管的负极与所述第三接触器的第二端连接，

其中，所述电源控制器还被配置为：在向所述第一母线和所述第二母线供电的过程中，在所述锂电池组储存的电量低于第二预设电量的情况下，控制所述第三接触器关断；在利用所述第一母线和所述第二母线之间的电压给所述锂电池组充电的过程中，在所述锂电池组储存的电量高于第三预设电量的情况下，控制所述第二接触器关断。

9.根据权利要求6所述的供电设备，其特征在于，所述第一开关子电路包括：

第四接触器，所述第四接触器的第一端与所述锂电池组的正极连接，所述第四接触器的控制端与所述电源控制器连接；

双向直流变换器，所述双向直流变换器的第一端与所述第四接触器的第二端连接，所述双向直流变换器的第二端与所述锂电池组的负极连接，所述双向直流变换器的第三端与所述第一母线连接，所述双向直流变换器的第四端与所述第二母线连接，

所述电源控制器还被配置为：

在向所述第一母线和所述第二母线供电的过程中，在所述锂电池组存储的电量低于第二预设电量的情况下，控制所述双向直流变换器允许所述导电回路上的电流沿第一方向流动，所述第一方向为自所述双向直流变换器的第三端流向所述双向直流变换器的第一端，且自所述双向直流变换器的第二端流向所述双向直流变换器的第四端的方向；以及

在利用所述第一母线和所述第二母线之间的电压给所述锂电池组充电的过程中，在所述锂电池组储存的电量高于第三预设电量的情况下，控制所述双向直流变换器允许所述导电回路上的电流沿与所述第一方向相反的第二方向流动。

10.根据权利要求2所述的供电设备，其特征在于，还包括以下至少一个熔断器：

第一熔断器，所述第一熔断器的第一端与所述电池模组的正极连接，所述第一熔断器的第二端与所述第一母线连接；

第二熔断器，所述第二熔断器的第一端与所述电池模组的负极连接，所述第二熔断器的第二端与所述第二母线连接。

11.根据权利要求2所述的供电设备，其特征在于，所述多个锂电池包括第一组锂电池和第二组锂电池，所述电池模组还包括：

第三熔断器，连接在所述第一组锂电池与所述第二组锂电池之间。

12.根据权利要求5～9中任一项所述的供电设备，其特征在于，所述电池模组还包括：

断路器，包括第一对触点和第二对触点，所述断路器的第一对触点连接在所述锂电池组的正极与所述开关电路之间，所述断路器的第二对触点连接在锂电池组的负极与所述第二母线之间，

其中，所述断路器被配置为在所述导电回路中的电流大于第二预设电流的情况下，将所述第一对触点彼此电隔离，并且将所述第二对触点彼此电隔离。

13.根据权利要求2所述的供电设备，其特征在于，所述电池模组还包括：

温度传感器，与所述电源控制器连接，所述温度传感器被配置为感测所述电池模组的温度；以及

散热器，所述散热器与所述电源控制器连接，

其中，所述电源控制器还被配置为：在所述温度传感器感测得到的温度大于预设温度时，控制所述散热器对所述电池模组进行散热。

14.一种权利要求1～13中任一项所述的供电设备的供电方法，其特征在于，包括：

高压直流转换器接收外部电压，并将所述外部电压转换成直流电压提供给所述母线；

电池模组检测所述母线上的电压；以及

在所述母线上的电压低于第一预设电压的情况下，所述电池模组向所述母线供电。

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