本发明公开一种面向数据中心的电池储能系统，涉及电池储能技术领域，该系统包括：第一路交流电源、第二路交流电源、电池单元、配电单元、电源分配单元和控制器；两路交流电源均与配电单元连接，配电单元将输入的交流电整流后输出直流电，配电单元和电池单元均与电源分配单元连接，电源分配单元用于向数据中心中各信息通信技术设备供电；控制器用于当第一路交流电源和第二路交流电源均断电时，启动电池单元；控制器还用于通过周期性获取各个电池单体的开路电压，获得各个电池单体的开路电压时间序列，根据每个电池单体的开路电压时间序列计

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　　(19)国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 CN 116470608 A (43)申请公布日 2023.07.21 (21)申请号 5.5 H02J 13/00 (2006.01) G01R 31/3842 (2019.01) (22)申请日 2023.04.06 G01R 31/396 (2019.01) (71)申请人 清华大学 地址 100084 北京市海淀区双清路30号 申请人 中国移动通信集团设计院有限公司 (72)发明人 慈松刘宝昌王运方李玉昇 周杨林叶正宁张秀梅张明 梁露露王伟图罗永强 (74)专利代理机构 北京方圆嘉禾知识产权代理 有限公司 11385 专利代理师 程华 (51)Int.Cl. H02J 7/00 (2006.01) H02J 3/32 (2006.01) H02J 3/00 (2006.01) 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 (54)发明名称 一种面向数据中心的电池储能系统 (57)摘要 本发明公开一种面向数据中心的电池储能 系统，涉及电池储能技术领域，该系统包括：第一 路交流电源、第二路交流电源、电池单元、配电单 元、电源分配单元和控制器 ；两路交流电源均与 配电单元连接，配电单元将输入的交流电整流后 输出直流电 ，配电单元和电池单元均与电源分配 单元连接，电源分配单元用于向数据中心中各信 息通信技术设备供电；控制器用于当第一路交流 电源和第二路交流电源均断电时，启动电池单 元；控制器还用于通过周期性获取各个电池单体 的开路电压，获得各个电池单体的开路电压时间 序列，根据每个电池单体的开路电压时间序列计 A 算电池单体的电池剩余电量百分比和当前的容 8 量与出厂容量的百分比。本发明提高了电池储能 0 6 0 系统的安全性。 7 4 6 1 1 N C CN 116470608 A 权利要求书 1/1页 1.一种面向数据中心的电池储能系统，其特征在于，包括：一种面向数据中心的电池储 能系统，包括：第一路交流电源、第二路交流电源、电池单元、第一配电单元、第二配电单元、 电源分配单元和控制器； 所述第一路交流电源与第一配电单元连接，所述第二路交流电源与第二配电单元连 接，所述第一配电单元和所述第二配电单元均用于将输入的交流电整流后输出直流电，所 述第一配电单元、所述第二配电单元和所述电池单元均与所述电源分配单元连接，所述电 源分配单元用于向数据中心中各信息通信技术设备供电；所述第一路交流电源、所述第二 路交流电源和所述电池单元均与所述控制器连接； 所述控制器用于当所述第一路交流电源和所述第二路交流电源均断电时，启动所述电 池单元向所述电源分配单元供电；当所述第一路交流电源和所述第二路交流电源任一一路 交流电源恢复供电时，控制所述电池单元停止供电，并控制恢复供电的所述第一路交流电 源或者所述第二路交流电源向所述电池单元充电直到所述电池单元的电量达到设定阈值； 所述控制器还用于通过周期性获取各个电池单体的开路电压，获得各个电池单体的开 路电压时间序列，根据每个电池单体的开路电压时间序列计算每个电池单体的电池剩余电 量百分比和当前的容量与出厂容量的百分比。 2.根据权利要求1所述的面向数据中心的电池储能系统，其特征在于，所述电池单元为 可重构电池网络。 3.根据权利要求1所述的面向数据中心的电池储能系统，其特征在于，还包括通信模块 和中央控制平台，所述通信模块分别与所述控制器和所述中央控制平台连接，所述中央控 制平台用于显示每个电池单体的状态数据，所述状态数据包括电池剩余电量百分比和当前 的容量与出厂容量的百分比。 4.根据权利要求1所述的面向数据中心的电池储能系统，其特征在于，所述控制器还用 于当电池单体的电池剩余电量百分比超出第一设定范围时或者当前的容量与出厂容量的 百分比超出第二设定范围时，停止该电池单体的供电。 5.根据权利要求3所述的面向数据中心的电池储能系统，其特征在于，还包括电流传感 器和温度传感器，所述电流传感器用于采集电池单元的电流，所述温度传感器用于采集电 池单元的温度，所述电流传感器和温度传感器均与所述通信模块连接，所述中央控制平台 还用于显示电池单元的电流和温度。 6.根据权利要求1所述的面向数据中心的电池储能系统，其特征在于，所述配电单元输 出的直流电为12V/48V直流电。 7.根据权利要求1所述的面向数据中心的电池储能系统，其特征在于，所述电池单元输 出额直流电为12V/48V直流电。 8.根据权利要求1所述的面向数据中心的电池储能系统，其特征在于，第一路交流电源 和第二路交流电源均为380V/220V交流电源。 2 2 CN 116470608 A 说明书 1/4页 一种面向数据中心的电池储能系统 技术领域 [0001] 本发明涉及电池储能技术领域，特别是涉及一种面向数据中心的电池储能系统。 背景技术 [0002] 在能源互联网时代，电池储能系统将被广泛用于各种工业、商业和居民场景，如可 再生能源、电动汽车和不间断电源等。因此，电池储能系统的效率、可靠性和安全性等主要 性能指标对储能系统成功商业化部署至关重要。目前，缺乏对电池储能系统中每个电池单 体的有效监测，从而影响了电池储能系统的安全性。 发明内容 [0003] 本发明的目的是提供一种面向数据中心的电池储能系统，实现了对每个电池单体 的周期性监测，提高了电池储能系统的安全性。 [0004] 为实现上述目的，本发明提供了如下方案： [0005] 一种面向数据中心的电池储能系统，包括：第一路交流电源、第二路交流电源、电 池单元、第一配电单元、第二配电单元、电源分配单元和控制器； [0006] 所述第一路交流电源与第一配电单元连接，所述第二路交流电源与第二配电单元 连接，所述第一配电单元和所述第二配电单元均用于将输入的交流电整流后输出直流电， 所述第一配电单元、所述第二配电单元和所述电池单元均与所述电源分配单元连接，所述 电源分配单元用于向数据中心中各信息通信技术设备供电；所述第一路交流电源、所述第 二路交流电源和所述电池单元均与所述控制器连接； [0007] 所述控制器用于当所述第一路交流电源和所述第二路交流电源均断电时，启动所 述电池单元向所述电源分配单元供电；当所述第一路交流电源和所述第二路交流电源任一 一路交流电源恢复供电时，控制所述电池单元停止供电，并控制恢复供电的所述第一路交 流电源或者所述第二路交流电源向所述电池单元充电直到所述电池单元的电量达到设定 阈值； [0008] 所述控制器还用于通过周期性获取各个电池单体的开路电压，获得各个电池单体 的开路电压时间序列，根据每个电池单体的开路电压时间序列计算每个电池单体的电池剩 余电量百分比和当前的容量与出厂容量的百分比。 [0009] 所述电池单元为可重构电池网络。 [0010] 可选地，还包括通信模块和中央控制平台，所述通信模块分别与所述控制器和所 述中央控制平台连接，所述中央控制平台用于显示每个电池单体的状态数据，所述状态数 据包括电池剩余电量百分比和当前的容量与出厂容量的百分比。 [0011] 可选地，所述控制器还用于当电池单体的电池剩余电量百分比超出第一设定范围 时或者当前的容量与出厂容量的百分比超出第二设定范围时，停止该电池单体的供电。 [0012] 可选地，还包括电流传感器和温度传感器，所述电流传感器用于采集电池单元的 电流，所述温度传感器用于采集电池单元的温度，所述电流传感器和温度传感器均与所述 3 3 CN 116470608 A 说明书 2/4页 通信模块连接，所述中央控制平台还用于显示电池单元的电流和温度。 [0013] 可选地，所述配电单元输出的直流电为12V/48V直流电。 [0014] 可选地，所述电池单元输出额直流电为12V/48V直流电。 [0015] 可选地，第一路交流电源和第二路交流电源均为380V/220V交流电源。 [0016] 根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果： [0017] 本发明通过周期性获取各个电池单体的开路电压，获得各个电池单体的开路电压 时间序列，根据每个电池单体的开路电压时间序列计算每个电池单体的电池剩余电量百分 比和当前的容量与出厂容量的百分比，实现了对每个电池单体的周期性监测，提高了电池 储能系统的安全性。 附图说明 [0018] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所 需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施 例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图 获得其他的附图。 [0019] 图1为本发明实施例提供的一种面向数据中心的电池储能系统结构示意图； [0020] 图2为本发明实施例提供的可重构电池网络结构示意图。 具体实施方式 [0021] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。 [0022] 本发明的目的是提供一种面向数据中心的电池储能系统，实现了对每个电池单体 的周期性监测，提高了电池储能系统的安全性。 [0023] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实 施方式对本发明作进一步详细的说明。 [0024] 本发明提供了一种面向数据中心的电池储能系统，如图1所示，本发明一种面向数 据中心的电池储能系统，包括：第一路交流电源101、第二路交流电源102、第一配电单元 103、第二配电单元104、电池单元105、电源分配单元106(PowerDistributionUnit，PDU)和 控制器。控制器在图1中未示出。 [0025] 所述第一路交流电源101与第一配电单元103连接，所述第二路交流电源102与第 二配电单元104连接，所述第一配电单元103和所述第二配电单元104均用于将输入的交流 电整流后输出直流电，所述第一配电单元103、所述第二配电单元104和所述电池单元105均 与所述电源分配单元106连接，所述电源分配单元106用于向数据中心中各信息通信技术 (Informationand CommunicationTechnology，ICT)设备107供电；所述第一路交流电源 101、所述第二路交流电源102和所述电池单元105均与所述控制器连接 [0026] 所述控制器用于当所述第一路交流电源101和所述第二路交流电源102均断电时， 启动所述电池单元105向所述电源分配单元106供电；当所述第一路交流电源101和所述第 4 4 CN 116470608 A 说明书 3/4页 二路交流电源102任一一路交流电源恢复供电时，控制所述电池单元105停止供电，并控制 恢复供电的所述第一路交流电源101或者所述第二路交流电源102向所述电池单元105充电 直到所述电池单元105的电量达到设定阈值。 [0027] 所述控制器还用于通过周期性获取各个电池单体的开路电压，获得各个电池单体 的开路电压时间序列，根据每个电池单体的开路电压时间序列计算每个电池单体的电池剩 余电量百分比(StateOfCharge，SOC)和当前的容量与出厂容量的百分比(StateOfHealth， SOH)。通过电压检测电路获取电池单体的开路电压。 [0028] 所述电池单元105为可重构电池网络。如图2所示，可重构电池网络结构为矩阵式 排列的串并联电池组，每个电池单体串联一个高频低压电子开关，通过控制各高频低压电 子开关控制各电池单体的通断，从而实现各电池单体开路电压的测量。 [0029] 可重构电池网络能够实现电池和管控的解耦，电池单体之间物理连接可以根据电 池自身情况和外部公开通过软件和高频能量交换背板进行动态重构，从而克服了短板效 应。通过可重构电池网络对每个电池单体输出能量流进行细粒度数字化处理和网络化管 控，达到屏蔽电池物理化学差异性的目的。 [0030] 当周期性获取各个电池单体的开路电压时，每个检测时刻，均断开一列电池单体， 其他列继续供电；某个电池单体存在故障时，每次检测时刻时均断开该故障电池单体，该故 障电池单体所在行的其他电池单体不断开。从而实现电池单体的不间断持续稳定供电。一 个检测周期包括N个检测时刻，N为矩阵式排列的串并联电池组的列数。 [0031] 一种面向数据中心的电池储能系统还包括通信模块和中央控制平台，所述通信模 块分别与所述控制器和所述中央控制平台连接，所述中央控制平台用于显示每个电池单体 的状态数据，所述状态数据包括电池剩余电量百分比和当前的容量与出厂容量的百分比。 中央控制平台为云平台。 [0032] 中央控制平台用于电池单元105中各电池单体的状态和整个电池单元105的状态 的远程监控。 [0033] 所述控制器还用于当电池单体的电池剩余电量百分比超出第一设定范围时或者 当前的容量与出厂容量的百分比超出第二设定范围时，停止该电池单体的供电。 [0034] 一种面向数据中心的电池储能系统还包括电流传感器和温度传感器，所述电流传 感器用于采集电池单元105的电流，所述温度传感器用于采集电池单元105的温度，所述电 流传感器和温度传感器均与所述通信模块连接，所述中央控制平台还用于显示电池单元 105的电流和温度。 [0035] 所述配电单元输出的直流电为12V/48V直流电。 [0036] 所述电池单元105输出额直流电为12V/48V直流电。 [0037] 第一路交流电源101和第二路交流电源102均为380V/220V交流电源。 [0038] 本发明中数据中心为5G数据中心，本发明一种面向数据中心的电池储能系统为一 种面向5G数据中心的数字电池储能系统。本发明引入两路380V/220V交流电源接至配电单 元，经过整流后输出12V/48V直流电，12V/48V直流电连接到电源分配单元106。ICT设备通过 插件连接到电源分配单元106进行工作。 [0039] 工作时，两路380V/220V交流电源同时供电，任一一路交流电源断电时，由另一路 交流电源供电。两路交流电源均断电时，无间隙切换至电池模块，由电池模块输出直流12V/ 5 5 CN 116470608 A 说明书 4/4页 48V，确保数据中心的服务器不掉电。当任一一路交流电源恢复供电时，电池模块自动停止 供电，切换至充电状态，补充损耗的电能直至待机。 [0040] 一种面向数据中心的电池储能系统在运行过程中，能够准确获取各电池单体或模 组的系统状态，通过对故障电池的有效检测、识别和隔离，确保电池系统的安全性。与此同 时，通过智能传感设备将电池单体或模组状态数据(如：开路电压、电流、温度等)实时采集、 传输到云平台，通过软件定义方法计算可重构电池网络的等效SOC和SOH，并将计算结果和 采集数据通过专用API开放中央控制平台，实现供电资产基于互联网化的自动巡检和动态 优化运行和管控。 [0041] 本发明具有以下技术效果： [0042] 可用性：因面向5G数据中心的数字电池储能系统只存在一次换流(AC380V/220V～ DC12V/48V～负载)，可用度达到99.99999％。 [0043] 可靠性：面向5G数据中心的数字电池储能系统可由软件定义方式估算电池单体和 模组在线状态，可将故障电池毫秒级响应退出运行，保持系统不间断运行。 [0044] 运行效率：面向5G数据中心的数字电池储能系统直接输出12V/48V直流电供服务 器使用，一级交直流转换，效率提升10％～15％。 [0045] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他 实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。 [0046] 本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说 明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据 本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不 应理解为对本发明的限制。 6 6 CN 116470608 A 说明书附图 1/1页 图1 图2 7 7

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