實現(xiàn)不間斷能源的智能備用電池第二部分：BBU微控制器的功能和操作

摘要

開放計算項目(OCP)是一個非營利組織，專注于推動各企業(yè)在數(shù)據(jù)中心產(chǎn)品設計及最佳實踐方面加強交流。近日，該組織發(fā)布了開放機架第三版(ORV3)規(guī)范。規(guī)范中比較顯著的變化在于設計架構(gòu)從12 V遷移到了48 V。本系列文章重點介紹ADI公司的備用電池單元(BBU)參考設計，分為五部分，這是第二部分。“實現(xiàn)不間斷能源的智能備用電池第一部分：電氣和機械設計”討論了BBU的電氣和機械設計考慮因素。第二部分將深入介紹微控制器的軟件，該軟件主要負責確保進程平穩(wěn)運行，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，才能實現(xiàn)滿足規(guī)范要求的系統(tǒng)級解決方案。

簡介

在BBU模塊中實施優(yōu)良的管理至關(guān)重要，這能帶來諸多顯著的好處。保持電路井然有序的主要優(yōu)勢在于，可以增強和提升安全性，從而降低模塊發(fā)生電氣火災和其他危險的風險。此外，優(yōu)良的管理方式可以防止發(fā)生可能干擾正常運行的電氣故障，從而提高電路性能，延長使用壽命。定期監(jiān)控和整理電路以識別和解決可能出現(xiàn)的問題或故障至關(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，此方法簡單而有效，不容小覷。每個BBU模塊均采用一個微控制器和一個電池管理系統(tǒng)(BMS)微控制器。在ADI公司的參考設計中，超低功耗Arm?微控制器MAX32690充當微控制器，負責執(zhí)行六個重要進程（見圖1）。MAX32625微控制器充當參考設計的BMS微控制器。BMS微控制器負責與ADBMS6948芯片通信，并將所有測量數(shù)據(jù)傳遞給微控制器。

微控制器的六個進程如下：

• 執(zhí)行管理任務和通過I2C協(xié)議與各種外設進行通信。
• 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。
• 作為Modbus從機響應Modbus命令。

圖1.主控制器的管理操作周期1

微控制器進程：

執(zhí)行管理任務和通過I2C與各種外設通信

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自輔助器件的數(shù)據(jù)，同時充當I2C主器件。為了推進各種任務順利進行，微控制器還負責控制各種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，精密風扇速度控制器。
• 24AA512T/EEPROM，用作數(shù)據(jù)存儲器，可檢索和存儲重要數(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。更新每四分鐘進行一次，因為電芯電壓、SOC、SOH和溫度預計不會快速變化。如果發(fā)生任何故障，兩個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，以支持兩個微控制器之間快速通信。

LTC2971（電源管理IC）

微控制器時常通過電源管理總線(PMBUS)協(xié)議與LTC2971通信，檢查電壓、電流和溫度測量結(jié)果以及有無警告和故障。當測量背板輸出電壓參數(shù)時，LTC2971起到快速反饋作用，以便微控制器調(diào)整其例程。此外，該器件會調(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（風扇控制器）

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

24AA512TT（EEPROM/數(shù)據(jù)存儲）

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

LTC2991（數(shù)字板載溫度監(jiān)測）

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)風扇速度，確保電源板和電池堆的工作溫度保持在適當水平，并且始終低于40℃。