摘要

開(kāi)放計(jì)算項(xiàng)目(OCP)是一個(gè)非營(yíng)利組織，專注于推動(dòng)各企業(yè)在數(shù)據(jù)中心產(chǎn)品設(shè)計(jì)及最佳實(shí)踐方面加強(qiáng)交流。近日，該組織發(fā)布了開(kāi)放機(jī)架第三版(ORV3)規(guī)范。規(guī)范中比較顯著的變化在于設(shè)計(jì)架構(gòu)從12 V遷移到了48 V。本系列文章重點(diǎn)介紹ADI公司的備用電池單元(BBU)參考設(shè)計(jì)，分為五部分，這是第二部分。“實(shí)現(xiàn)不間斷能源的智能備用電池第一部分：電氣和機(jī)械設(shè)計(jì)”討論了BBU的電氣和機(jī)械設(shè)計(jì)考慮因素。第二部分將深入介紹微控制器的軟件，該軟件主要負(fù)責(zé)確保進(jìn)程平穩(wěn)運(yùn)行，從而為BBU的高效率和容量提供保障。硬件和軟件必須順暢協(xié)作，才能實(shí)現(xiàn)滿足規(guī)范要求的系統(tǒng)級(jí)解決方案。

簡(jiǎn)介

在BBU模塊中實(shí)施優(yōu)良的管理至關(guān)重要，這能帶來(lái)諸多顯著的好處。保持電路井然有序的主要優(yōu)勢(shì)在于，可以增強(qiáng)和提升安全性，從而降低模塊發(fā)生電氣火災(zāi)和其他危險(xiǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。此外，優(yōu)良的管理方式可以防止發(fā)生可能干擾正常運(yùn)行的電氣故障，從而提高電路性能，延長(zhǎng)使用壽命。定期監(jiān)控和整理電路以識(shí)別和解決可能出現(xiàn)的問(wèn)題或故障至關(guān)重要。將良好的管理方式放在優(yōu)先位置，可以確保電路具有優(yōu)異安全性和性能，此方法簡(jiǎn)單而有效，不容小覷。每個(gè)BBU模塊均采用一個(gè)微控制器和一個(gè)電池管理系統(tǒng)(BMS)微控制器。在ADI公司的參考設(shè)計(jì)中，超低功耗Arm®微控制器MAX32690充當(dāng)微控制器，負(fù)責(zé)執(zhí)行六個(gè)重要進(jìn)程（見(jiàn)圖1）。MAX32625微控制器充當(dāng)參考設(shè)計(jì)的BMS微控制器。BMS微控制器負(fù)責(zé)與ADBMS6948芯片通信，并將所有測(cè)量數(shù)據(jù)傳遞給微控制器。

微控制器的六個(gè)進(jìn)程如下：

?執(zhí)行管理任務(wù)和通過(guò)I2C協(xié)議與各種外設(shè)進(jìn)行通信。

?處理由背板電壓數(shù)據(jù)提供的放電序列。

?選擇恒流模式或恒壓模式處理電池的充電工作。

?轉(zhuǎn)變BBU模塊的充放電狀態(tài)。

?故障處理和響應(yīng)。

?作為Modbus從機(jī)響應(yīng)Modbus命令。

圖1.主控制器的管理操作周期1

微控制器進(jìn)程：

?執(zhí)行管理任務(wù)和通過(guò)I2C與各種外設(shè)通信

?在眾多輔助器件連接到模塊電路的情況下，微控制器用作I2C主器件。核心微控制器收集并保存來(lái)自輔助器件的數(shù)據(jù)，同時(shí)充當(dāng)I2C主器件。為了推進(jìn)各種任務(wù)順利進(jìn)行，微控制器還負(fù)責(zé)控制各種I2C輔助器件。多款I(lǐng)2C輔助器件示例如下：

?BMS微控制器采用MAX32625。

?LTC2971，雙通道電源系統(tǒng)管理器。

?MAX31760，精密風(fēng)扇速度控制器。

?24AA512T/EEPROM，用作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，可檢索和存儲(chǔ)重要數(shù)據(jù)。

?LTC2991，溫度傳感器。

BMS微控制器(MAX32625)

微控制器定期與BMS微控制器(MAX32625)通信，接收有關(guān)各個(gè)電池包的電芯電壓、充電狀態(tài)(SOC)、健康狀態(tài)(SOH)、電芯溫度以及電池包可能出現(xiàn)的任何故障的更新信息。更新每四分鐘進(jìn)行一次，因?yàn)殡娦倦妷?、SOC、SOH和溫度預(yù)計(jì)不會(huì)快速變化。如果發(fā)生任何故障，兩個(gè)微控制器之間的共享引腳將置為高電平，并觸發(fā)微控制器上的中斷，進(jìn)而立即讀取BMS微控制器，獲取有關(guān)故障的信息。微控制器中有專用I2C端口，僅用于與BMS微控制器通信，以支持兩個(gè)微控制器之間快速通信。

LTC2971（電源管理IC）

微控制器時(shí)常通過(guò)電源管理總線(PMBUS)協(xié)議與LTC2971通信，檢查電壓、電流和溫度測(cè)量結(jié)果以及有無(wú)警告和故障。當(dāng)測(cè)量背板輸出電壓參數(shù)時(shí)，LTC2971起到快速反饋?zhàn)饔茫员阄⒖刂破髡{(diào)整其例程。此外，該器件會(huì)調(diào)整電源變換器的反饋電壓，并允許其將輸出電壓下調(diào)1%，從而確保放電工作模式下輸出電壓處于調(diào)節(jié)范圍內(nèi)。

MAX31760（風(fēng)扇控制器）

MAX31760負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)BBU模塊的風(fēng)扇速度。脈沖寬度調(diào)制的占空比由微控制器配置，以通過(guò)I2C調(diào)節(jié)風(fēng)扇的速度。微控制器根據(jù)溫度以及背板負(fù)載電流或電池包負(fù)載電流，計(jì)算并調(diào)整所需的風(fēng)扇速度。

24AA512TT（EEPROM/數(shù)據(jù)存儲(chǔ)）

板載EEPROM充當(dāng)整個(gè)BBU模塊的外部存儲(chǔ)器件。微控制器通過(guò)I2C寫入閃存頁(yè)，定期將電池電壓水平、SOC、SOH、電芯類型和型號(hào)年份以及電路板溫度等重要信息保存到EEPROM中。該數(shù)據(jù)每小時(shí)更新一次，用戶可以在維護(hù)和故障排除期間訪問(wèn)。

LTC2991（數(shù)字板載溫度監(jiān)測(cè)）

LTC2991是一款八通道電壓、電流和溫度傳感器。該器件借助放置在電池模組內(nèi)部重要位置的各種數(shù)字傳感器，監(jiān)測(cè)電池模塊的溫度。根據(jù)溫度讀數(shù)，微控制器可以調(diào)節(jié)風(fēng)扇速度，確保電源板和電池堆的工作溫度保持在適當(dāng)水平，并且始終低于40℃。