储能模块、供电系统与储能模块的控制方法与流程

本发明涉及电源领域，特别涉及一种储能模块、供电系统与储能模块的控制方法。

背景技术：

1、在服务器电源供电场合下，电源模块(psu)的常见架构为两级式拓扑：前级为功率因数校正电路(pfc)，后级为直流/直流(dc/dc)变换器。

2、随着ai(人工智能)和高性能计算的发展，服务器中的图形处理器(gpu)以及中央处理器(cpu)等元件的耗电量也不断增长。随着高性能计算需求增加，服务器供电系统需应对更高的功率需求、更高的散热压力和更稳定的电压控制需求，并且需要更智慧化的电源管理系统来保证其稳定运行。由于ai(人工智能)负载经常会出现大幅跳变，导致服务器电源输出功率时高时低，交流输入波形会不连贯，而在供电网路上造成不必要的杂讯，将对输入侧电网质量有影响。现有技术中通常会加入电容等储能模块，来补偿输入电流的波动，实现削峰填谷的作用。

3、但是，ai负载的变化较大，有短暂的空闲时间，也有时具有较长的空闲时间，而储能电容的能够补偿的能量是有限的，若空闲时间较长，有可能无法完全补偿全部的空闲时间，导致输入电流iin仍会发生突变。请参见图1所示，其为负载处于空闲状态导致输入电流iin发生突变的波形示意图。在时间t1时，负载开始处于空闲状态。在图1以负载电流iload直接为零的值为例说明，然而仅是示例，并不做为本发明的限制，换言之，当负载电流iload在较长一段时间内为很小的值，该值不一定是恒定不变的，其甚至还可以具有小脉动，都是可以认定为负载处于空闲状态。举例来说，对于服务器电源的ai负载，通常包含高频动态模式，负载在平均负载附近上下波动，因此若负载长时间低于平均负载，则可判断为空闲状态。故此，负载处于空闲状态并不能以图1所示例为限制，应该依据实际的应用而有所取决。

4、当时间t1时负载开始处于空闲状态，在时间t1至t2期间，通过对储能电容充电来使输入电流iin维持不变。但时间t2之后，储能电容已被充满，无法继续补偿输入电流iin，因此输入电流iin发生突变。直到时间t3时，由于负载重新恢复高频动态变化，也就是负载进入工作状态，由图1的负载电流iload所示意，因此储能电容重新恢复对输入电流iin的补偿。因此，时间t2至时间t3的期间，是输入电流iin突变的状态，而这种突变的状态是不乐见的。

5、为此，如何设计出一种储能模块、供电系统与储能模块的控制方法，使得在负载处于空闲状态时，避免电源模块的输入电流发生突变的状态，乃为本发明人所研究的重要课题。

技术实现思路

1、本发明的一目的在于提供一种储能模块的控制方法，解决现有技术的问题。

2、为实现前揭目的，本发明所提出的储能模块的控制方法，其中储能模块包括双向直流/直流变换器及储能单元。双向直流/直流变换器的第一端与储能单元连接。该控制方法包括当双向直流/直流变换器的第二端所连接的电源模块的负载处于空闲状态时，控制储能模块工作在充电模式，并根据特定条件选择全功率补偿方式或降功率补偿方式对电源模块的输入电流进行补偿。

3、于一实施例中，在全功率补偿方式下，控制输入电流的幅值维持负载处于空闲状态之前的输入电流的幅值不变。

4、于一实施例中，在降功率补偿方式下，控制输入电流的幅值低于负载处于空闲状态之前的输入电流的幅值且变化缓慢。

5、于一实施例中，在降功率补偿方式下，控制储能单元充电的功率降低，来延长储能单元充电的时间。

6、于一实施例中，当储能模块进入充电模式的时间超过预设时间，则判断出负载处于空闲状态。

7、于一实施例中，特定条件由负载的空闲状态的持续时间、储能单元的剩余可补偿能量和预先设定的补偿时间中的至少一者决定。

8、于一实施例中，特定条件为负载的空闲状态的持续时间，其中负载的空闲状态的持续时间小于第一时间阈值，选择全功率补偿方式；负载的空闲状态的持续时间大于第一时间阈值，选择降功率补偿方式，或者先选择全功率补偿方式补偿第二时间阈值后，判断出负载仍处于空闲状态，再选择降功率补偿方式。

9、于一实施例中，特定条件为该储能单元的剩余可补偿能量，其中储能单元的剩余可补偿能量超过第一能量阈值，选择全功率补偿方式；储能单元的剩余可补偿能量低于第一能量阈值，选择降功率补偿方式，或者先选择全功率补偿方式，当储能单元的剩余可补偿能量低于第二能量阈值，再选择降功率补偿方式。

10、于一实施例中，特定条件为预先设定的补偿时间与储能单元的剩余可补偿能量，其中当储能单元的剩余可补偿能量足以满足在该预先设定的补偿时间内使输入电流的变化维持不变，选择全功率补偿方式；当储能单元的剩余可补偿能量不足以满足在预先设定的补偿时间内使输入电流的变化维持不变，选择降功率补偿方式，或者先选择全功率补偿方式，再选择降功率补偿方式。

11、于一实施例中，该控制方法还包括：实时计算储能单元的剩余可补偿能量；根据当前充电功率和剩余可补偿能量得到剩余的补偿时间；根据预先设定的补偿时间与已补偿的时间的差值得到还需要补偿的时间；以及根据剩余的补偿时间与还需要补偿的时间的大小关系来调整补偿方式，其中当剩余的补偿时间大于还需要补偿的时间时，选择全功率补偿方式；当剩余的补偿时间小于还需要补偿的时间时，从全功率补偿方式切换至降功率补偿方式，以使得剩余的补偿时间不小于还需要补偿的时间。

12、于一实施例中，预先设定的补偿时间为负载的空闲状态的已知时间。

13、于一实施例中，负载的空闲状态的已知时间根据人工智能算法预测得到。

14、于一实施例中，预先设定的补偿时间为规定的负载处于空闲状态的最大持续时间。

15、于一实施例中，该控制方法还包括：根据参考信号和电源模块提供的均流总线信号控制储能模块的工作状态。

16、于一实施例中，参考信号表征电源模块的平均功率。

17、于一实施例中，参考信号根据均流总线信号经处理得到。

18、于一实施例中，该控制方法还包括：在全功率补偿方式下，对均流总线信号进行采样得到均流总线采样信号，根据参考信号和均流总线采样信号的差值产生对应于双向直流/直流变换器的电流基准信号，并根据电流基准信号与双向直流/直流变换器中的电感电流产生控制双向直流/直流变换器的控制信号，以维持输入电流不变。

19、于一实施例中，该控制方法还包括：在降功率补偿方式下，对均流总线信号进行采样得到均流总线采样信号，根据参考信号和均流总线采样信号的差值产生对应于双向直流/直流变换器的电流基准信号，并根据电流基准信号与双向直流/直流变换器中的电感电流产生控制双向直流/直流变换器的控制信号，其中通过限制电流基准信号来实现降功率补偿方式。

20、于一实施例中，将电流基准信号设置为不超过功率限值与储能单元的电压的比值，并通过降低功率限值实现降功率补偿方式。

21、本发明的另一目的在于提供一种储能模块，解决现有技术的问题。

22、为实现前揭目的，本发明所提出的储能模块，包括双向直流/直流变换器及储能单元。双向直流/直流变换器的第一端与储能单元连接，双向直流/直流变换器的第二端与电源模块的输出端相连。每个储能模块还包括控制器，被配置为采用前述的控制方法。

23、本发明的再另一目的在于提供一种储能模块，解决现有技术的问题。

24、为实现前揭目的，本发明所提出的供电系统，包括至少一电源模块与至少一储能模块。每个电源模块的输出端相连并连接至负载，其中每个电源模块将自身的输出电流转换为电压信号传输至均流总线上。每个储能模块的输出端相连，且每个储能模块包括双向直流/直流变换器及储能单元。双向直流/直流变换器的第一端与储能单元连接，双向直流/直流变换器的第二端与电源模块的输出端相连。每个储能模块还包括控制器，被配置为采用前述的控制方法，其中均流总线上的电压信号为均流总线信号。

25、于一实施例中，该至少一电源模块置于同一机壳中；该至少一储能模块置于同一机壳中。

26、通过所提出的储能模块的控制方法、储能模块与供电系统，本发明具有以下的特征与优点：根据特定条件选择全功率补偿方式或降功率补偿方式对电源模块的输入电流进行补偿，能够使输入电流维持不变或者变化的程度缓和，以减少对电网的影响。

27、为了能更进一步了解本发明为实现预定目的所采取的技术、手段及技术效果，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，相信本发明的目的、特征与特点，当可由此得以深入且具体的了解，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制者。