用于冷却电池热管理中的功率的优化控制逻辑制造技术

本申请描述了用于数据中心应用的备用电池单元的热管理。在一个实施方式中，一种方法包括向泵和风扇发送第一控制信号以设定默认速度。该方法包括收集来自电池的电池放电电流和接近电池的环境的环境空气温度。该方法包括基于电池放电电流和环境空气温度计算最优控制函数。该方法还包括基于最优控制函数确定调节的泵速度和调节的风扇速度。该方法包括将调节的泵速度发送到泵，并将调节的风扇速度发送到风扇。本公开提出了一种用于优化风扇和泵的冷却功率使用的解决方案，同时公开了在动态和静态条件下保持电池单元的热条件。

【技术实现步骤摘要】
用于冷却电池热管理中的功率的优化控制逻辑
本专利技术的实施方式大体涉及冷却装置和系统。更具体地，本公开的实施方式涉及安装在数据中心环境中的电池备用单元的热管理。
技术介绍
电池组包括串联、并联或两者的组合连接的电池。电池在放电和充电期间产生热量。放电速度与所产生的热量正相关。用于电池组的冷却系统是非常重要的，因为较高的温度或较低的温度可能负面地影响电池性能以及电池健康状况。冷却系统可以基于空气、基于液体、或基于空气和液体冷却的组合。由于多个电池连接在一起，内部温度值的显著差异可导致不同电池的不同充电和放电速率，并因而导致电池组性能劣化。
技术实现思路
根据本申请的一方面，提供了一种用于控制电池冷却系统中的泵速度和风扇速度的方法，所述方法包括：响应于电池已开始放电的指示，向泵发送第一泵控制信号，以将泵速度设定为默认泵速度，并且向风扇发送第一风扇控制信号，以将风扇速度设定为默认风扇速度；确定来自所述电池的电池放电电流和邻近所述电池的环境的环境空气温度；使用至少部分地基于所述电池放电电流和所述环境空气温度的最优控制函数，确定调节的泵速度和调节的风扇速度；以及将所述调节的泵速度发送给所述泵，将所述调节的风扇速度发送给所述风扇，以分别修改所述泵速度和所述风扇速度。根据本申请的另一方面，提供了一种用于向数据中心应用中的电池提供热管理的系统，所述系统包括：处理设备，配置为执行指令以执行电池功率管理操作。所述操作包括：响应于电池已开始放电的指示，向泵发送第一泵控制信号，以将泵速度设定为默认泵速度，并且向风扇发送第一风扇控制信号，以将风扇速度设定为默认风扇速度；确定来自所述电池的电池放电电流和邻近所述电池的环境的环境空气温度；使用至少部分地基于所述电池放电电流和所述环境空气温度的最优控制函数，确定调节的泵速度和调节的风扇速度；以及将所述调节的泵速度发送给所述泵，将所述调节的风扇速度发送给所述风扇，以分别修改所述泵速度和所述风扇速度。根据本申请的又一方面，提供了一种数据中心的电子机架，包括：多个服务器，每个服务器均包括一个或多个处理器；供电单元，向所述服务器供电；电池备用单元(BBU)，用于在所述供电单元不可用时向所述服务器提供备用电力。所述BBU包括：电池；泵，向所述电池提供液体冷却；风扇，向所述电池提供空气冷却；以及控制逻辑，用于执行功率管理操。所述操作包括：响应于所述电池已开始放电的指示，向所述泵发送第一泵控制信号，以将泵速度设定为默认泵速度，并且向所述风扇发送第一风扇控制信号，以将风扇速度设定为默认风扇速度；确定来自所述电池的电池放电电流和邻近所述电池的环境的环境空气温度；使用至少部分地基于所述电池放电电流和所述环境空气温度的最优控制函数，确定调节的泵速度和调节的风扇速度；以及将所述调节的泵速度发送给所述泵，将所述调节的风扇速度发送给所述风扇，以分别修改所述泵速度和所述风扇速度。附图说明本公开的实施方式在附图的图中以示例的方式而不是限制的方式示出，在附图中相同的附图标记表示类似的元件。图1示出了说明使用风扇速度、泵速度和一个或多个约束条件来确定电池温度的系统的框图。图2示出了说明用于在放电期间调节电池温度的方法的框图。图3示出了根据一个实施方式的备用电池模块的示例。图4示出了根据另一实施方式的备用电池模块的示例。图5示出了根据一个实施方式的具有冷却系统的示例性备用电池模块。图6示出了根据一个实施方式的包括备用电池组的电子机架的示例。图7示出了关于示例液体流速的示例泵性能曲线和液体流动阻力曲线。具体实施方式将参考以下所讨论的细节来描述本专利技术的各种实施方式和方面，附图将示出所述各种实施方式。下列描述和附图是对本专利技术的说明，而不应当解释为对本专利技术进行限制。描述了许多特定细节以提供对本专利技术的各种实施方式的全面理解。然而，在某些情况下，并未描述众所周知的或常规的细节，以提供对本专利技术的实施方式的简洁讨论。本说明书中提及“一个实施方式”或“实施方式”意味着结合该实施方式所描述的特定特征、结构或特性可包括于本专利技术的至少一个实施方式中。在本说明书中各个地方出现的短语“在一个实施方式中”不一定全部指同一实施方式。备用电池单元(BBU)用作用于诸如数据中心的应用的备用电源或能量存储设备。电池组包括串联、并联或两者的组合连接的电池。电池在放电和充电期间产生热量。放电速度与所产生的热量正相关。在一个具体实施方式中，电池热管理系统可以包括浸没在容纳在浸没槽中的冷却液中的一个或多个电池单元。用于电池组的冷却系统是非常重要的，因为较高的温度或较低的温度可能负面地影响电池性能以及电池健康状况。由于多个电池连接在一起，因而内部温度值的显著差异可导致不同电池的不同充电和放电速率，并因而导致电池组性能劣化。因此，电池热管理系统在电池组的设计和操作中起着至关重要的作用，并且直接影响电池组的性能。另外，热系统的不良设计可能导致电池不能工作，例如不能满足所需的备用时间。存在几种用于冷却电动车辆的常规电池热管理系统。这些系统包括例如空气冷却系统、无源或有源液体系统、以及热电系统。然而，这种系统是不够的。在包括浸没冷却的数据中心应用中用于电池能量存储的高级热管理可能需要用于优化控制器的专用控制逻辑。在这种情况中调节电池温度的先前尝试已经提供了具有电池温度反馈的冷却控制逻辑。这些先前的尝试依赖电池温度作为反馈，以随后确定冷却发动机(例如，风扇、泵等)的速度。然而，对于先进的热管理系统(例如，浸没冷却)，一个或多个电池的热质量可能相对较高。与电池产生的热的变化相比，这可能导致延迟的温度变化。这可能导致电池所经受的实际热比系统反馈所指示的快得多地发生。反馈中的延迟可能导致电池在系统可以冷却它之前变得过热。低等待时间控制算法可能是防止这种情况发生所必需的。本公开的实施方式提出了一种无需实时反馈电池温度的控制器。这显着地减少了等待时间。本公开的实施方式引入控制器以实现用于数据中心应用的一个或多个电池组(例如，备用电池单元)的热管理。控制器可以平衡冷却电池组的需要以及降低能量消耗的目的。能量可以由两个冷却发动机消耗：风扇和泵。风扇可以具有风扇能量成本，以及泵可以具有泵能量成本。一个或多个电池可以用作备用电源或能量存储设备。一个或多个电池的操作可以具有关键的要求，例如工作温度的上限。如果电池的温度在放电期间升高到阈值以上，则电池可能失效。因而，在放电期间，重要的是冷却电池，以防止其温度升高到阈值以上。电池热管理系统可以：(1)提取电池组产生的热量；(2)满足电池组的操作要求；以及(3)降低或最小化泵和风扇消耗的功率。这些目标可以通过控制逻辑来实现，该控制逻辑允许泵和风扇提供所需的冷却能力，同时最小化或降低风扇功率和泵功率的功率消耗。由电池产生的热量被传递至冷却剂中。冷却剂在热交换器和电池组之间循环。热交换器是空气冷却的，其将热量从循环冷却剂传递至空气。作为过热保护，可能需要将电池温度保持在阈值温度以下。可以有两个控制变量：风扇速度和泵速度。在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于控制电池冷却系统中的泵速度和风扇速度的方法，所述方法包括：/n响应于电池已开始放电的指示，向泵发送第一泵控制信号，以将泵速度设定为默认泵速度，并且向风扇发送第一风扇控制信号，以将风扇速度设定为默认风扇速度；/n确定来自所述电池的电池放电电流和邻近所述电池的环境的环境空气温度；/n使用至少部分地基于所述电池放电电流和所述环境空气温度的最优控制函数，确定调节的泵速度和调节的风扇速度；以及/n将所述调节的泵速度发送给所述泵，将所述调节的风扇速度发送给所述风扇，以分别修改所述泵速度和所述风扇速度。/n

【技术特征摘要】
20191008 US 16/596,6121.一种用于控制电池冷却系统中的泵速度和风扇速度的方法，所述方法包括：
响应于电池已开始放电的指示，向泵发送第一泵控制信号，以将泵速度设定为默认泵速度，并且向风扇发送第一风扇控制信号，以将风扇速度设定为默认风扇速度；
确定来自所述电池的电池放电电流和邻近所述电池的环境的环境空气温度；
使用至少部分地基于所述电池放电电流和所述环境空气温度的最优控制函数，确定调节的泵速度和调节的风扇速度；以及
将所述调节的泵速度发送给所述泵，将所述调节的风扇速度发送给所述风扇，以分别修改所述泵速度和所述风扇速度。


2.根据权利要求1所述的方法，还包括确定所述电池的表面的电池表面温度，其中，所述最优控制函数还基于所述电池表面温度。


3.根据权利要求1所述的方法，还包括：
接收所述电池已停止放电的指示；以及
响应于所述电池已经停止放电的指示，向所述泵和所述风扇发送控制信号，以使所述泵和所述风扇停止运行。


4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述最优控制函数包括凸函数。


5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电池是数据中心应用中的电池备用单元。


6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述最优控制函数包括目标函数，所述目标函数考虑到一个或多个性能约束，使所述泵消耗的功率与所述风扇消耗的功率之和最小化。


7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述一个或多个性能约束包括将所述电池的温度维持在阈值温度以下。


8.一种用于向数据中心应用中的电池提供热管理的系统，所述系统包括：
处理设备，配置为执行指令以执行电池功率管理操作，所述操作包括：
响应于电池已开始放电的指示，向泵发送第一泵控制信号，以将泵速度设定为默认泵速度，并且向风扇发送第一风扇控制信号，以将风扇速度设定为默认风扇速度；
确定来自所述电池的电池放电电流和邻近所述电池的环境的环境空气温度；
使用至少部分地基于所述电池放电电流和所述环境空气温度的最优控制函数，确定调节的泵速度和调节的风扇速度；以及
将所述调节的泵速度发送给所述泵，将所述调节的风扇速度发送给所述风扇，以分别修改所述泵速度和所述风扇速度。


9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述操作还包括确定所述电池的表面的电池表面温度，其中，所述最优控制函数还基于所述电池表面温度。


10.根据权利要求8所述的系统，其中，所述操作还包括：...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵帅，杨华威，高天翼，
申请(专利权)人：百度美国有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US