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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

关键词:不间断能源 智能备用电池 BBU微控制器

时间:2024-04-10 14:24:43      来源:ADI

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。

作者:Christian Cruz,应用开发工程师
Marvin Neil Cabuenas,高级固件工程师

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℃。

关于ADI公司

Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI)是全球领先的半导体公司,致力于在现实世界与数字世界之间架起桥梁,以实现智能边缘领域的突破性创新。ADI提供结合模拟、数字和软件技术的解决方案,推动数字化工厂、汽车和数字医疗等领域的持续发展,应对气候变化挑战,并建立人与世界万物的可靠互联。ADI公司2023财年收入超过120亿美元,全球员工约2.6万人。携手全球12.5万家客户,ADI助力创新者不断超越一切可能。更多信息,请访问www.analog.com/cn

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