实现不间断能源的智能备用电池第二部分：BBU微控制器的功能和操作

摘要

开放计算项目(OCP)是一个非营利组织，专注于推动各企业在数据中心产品设计及最佳实践方面加强交流。近日，该组织发布了开放机架第三版(ORV3)规范。规范中比较显著的变化在于设计架构从12 V迁移到了48 V。本系列文章重点介绍ADI公司的备用电池单元(BBU)参考设计，分为五部分，这是第二部分。“实现不间断能源的智能备用电池第一部分：电气和机械设计”讨论了BBU的电气和机械设计考虑因素。第二部分将深入介绍微控制器的软件，该软件主要负责确保进程平稳运行，从而为BBU的高效率和容量提供保障。硬件和软件必须顺畅协作，才能实现满足规范要求的系统级解决方案。

简介

在BBU模块中实施优良的管理至关重要，这能带来诸多显著的好处。保持电路井然有序的主要优势在于，可以增强和提升安全性，从而降低模块发生电气火灾和其他危险的风险。此外，优良的管理方式可以防止发生可能干扰正常运行的电气故障，从而提高电路性能，延长使用寿命。定期监控和整理电路以识别和解决可能出现的问题或故障至关重要。将良好的管理方式放在优先位置，可以确保电路具有优异安全性和性能，此方法简单而有效，不容小觑。每个BBU模块均采用一个微控制器和一个电池管理系统(BMS)微控制器。在ADI公司的参考设计中，超低功耗Arm®微控制器MAX32690充当微控制器，负责执行六个重要进程（见图1）。MAX32625微控制器充当参考设计的BMS微控制器。BMS微控制器负责与ADBMS6948芯片通信，并将所有测量数据传递给微控制器。

微控制器的六个进程如下：

•执行管理任务和通过I2C协议与各种外设进行通信。

•处理由背板电压数据提供的放电序列。

•选择恒流模式或恒压模式处理电池的充电工作。

•转变BBU模块的充放电状态。

•故障处理和响应。

•作为Modbus从机响应Modbus命令。

图1.主控制器的管理操作周期1

微控制器进程：

•执行管理任务和通过I2C与各种外设通信

•在众多辅助器件连接到模块电路的情况下，微控制器用作I2C主器件。核心微控制器收集并保存来自辅助器件的数据，同时充当I2C主器件。为了推进各种任务顺利进行，微控制器还负责控制各种I2C辅助器件。多款I2C辅助器件示例如下：

•BMS微控制器采用MAX32625。

•LTC2971，双通道电源系统管理器。

•MAX31760，精密风扇速度控制器。

•24AA512T/EEPROM，用作数据存储器，可检索和存储重要数据。

•LTC2991，温度传感器。

BMS微控制器(MAX32625)

微控制器定期与BMS微控制器(MAX32625)通信，接收有关各个电池包的电芯电压、充电状态(SOC)、健康状态(SOH)、电芯温度以及电池包可能出现的任何故障的更新信息。更新每四分钟进行一次，因为电芯电压、SOC、SOH和温度预计不会快速变化。如果发生任何故障，两个微控制器之间的共享引脚将置为高电平，并触发微控制器上的中断，进而立即读取BMS微控制器，获取有关故障的信息。微控制器中有专用I2C端口，仅用于与BMS微控制器通信，以支持两个微控制器之间快速通信。

LTC2971（电源管理IC）

微控制器时常通过电源管理总线(PMBUS)协议与LTC2971通信，检查电压、电流和温度测量结果以及有无警告和故障。当测量背板输出电压参数时，LTC2971起到快速反馈作用，以便微控制器调整其例程。此外，该器件会调整电源变换器的反馈电压，并允许其将输出电压下调1%，从而确保放电工作模式下输出电压处于调节范围内。

MAX31760（风扇控制器）

MAX31760负责调节BBU模块的风扇速度。脉冲宽度调制的占空比由微控制器配置，以通过I2C调节风扇的速度。微控制器根据温度以及背板负载电流或电池包负载电流，计算并调整所需的风扇速度。

24AA512TT（EEPROM/数据存储）

板载EEPROM充当整个BBU模块的外部存储器件。微控制器通过I2C写入闪存页，定期将电池电压水平、SOC、SOH、电芯类型和型号年份以及电路板温度等重要信息保存到EEPROM中。该数据每小时更新一次，用户可以在维护和故障排除期间访问。

LTC2991（数字板载温度监测）

LTC2991是一款八通道电压、电流和温度传感器。该器件借助放置在电池模组内部重要位置的各种数字传感器，监测电池模块的温度。根据温度读数，微控制器可以调节风扇速度，确保电源板和电池堆的工作温度保持在适当水平，并且始终低于40℃。