Платформа резервных батарей является важной особенностью систем управления питанием в архитектуре OCP ORV3 и приложениях для центров обработки данных, особенно в области источников бесперебойного питания (ИБП). Эти платформы, благодаря своей продуманной конструкции, ориентированной на размещение и организацию резервных батарей, выступают в качестве ключевых контролеров, обеспечивая надлежащее функционирование критически важного оборудования во время отключений электроэнергии и колебаний напряжения.
В современную эпоху, характеризующуюся технологической сложностью, неоспорима критическая важность надежных систем резервного питания. Стабильность центров обработки данных, телекоммуникационных узлов и серверных комнат имеет решающее значение для ведения бизнеса, поэтому надежная система резервного питания незаменима. В этом контексте платформы резервных батарей играют ключевую роль, являясь основой этих систем. Выступая в качестве центрального узла для эффективного хранения резервных батарей, эти платформы создают связь, повышающую доступность критически важных резервов энергии. Их основная задача — размещение и управление до шести модулей резервных батарей, каждый из которых точно выровнен для размещения литий-ионных батарей в паре с преобразователями питания. Архитектура этих платформ тщательно оптимизирована, органично сочетая эффективность использования пространства с доступностью, упрощая техническое обслуживание и замену.
Одним из ключевых преимуществ этих платформ резервных батарей является централизованный и организованный учет модулей резервных батарей. Наличие определенной системы хранения позволяет легко отслеживать, маркировать и обслуживать модули резервных батарей, снижая риск потери или путаницы, особенно в критических ситуациях. Кроме того, эта централизованная система доказала свою эффективность в мониторинге состояния батарей. Эта конструкция облегчает проведение плановых проверок, испытаний и замен.
Разнообразие размеров и конфигураций платформ BBU было адаптировано к индивидуальным требованиям различных отраслей и учреждений. Модульная конструкция некоторых платформ обеспечивает гибкость, позволяя в будущем развивать их в соответствии с меняющимися потребностями в электроэнергии. Кроме того, эти платформы содержат интегрированные системы мониторинга, которые предоставляют информацию о состоянии батарей в режиме реального времени. Такие данные, как уровни напряжения, температура, активность модулей и оставшаяся емкость, отображаются с первого взгляда, что позволяет проводить профилактическое обслуживание и гарантировать постоянную готовность батарей к работе в критические моменты.
Обзор платформы BBU:
Как определено OCP для своей новой архитектуры ORV3, архитектура питания открытой стойки состоит из централизованной масштабируемой стойки питания и стойки BBU, которая распределяет питание через общую шину к полезным нагрузкам (ИТ-оборудованию). Данная спецификация определяет платформы BBU, которые помещаются в открытую стойку. Платформа BBU будет содержать шесть модулей BBU с резервированием 5+1 для обеспечения питания постоянным током всех полезных нагрузок в стойке. При отключении переменного тока платформа BBU может обеспечивать резервное питание до максимальной номинальной мощности платформы в течение заданного времени резервирования. Время резервирования платформы BBU позволяет перемещать стойку между источниками питания без прерывания ИТ-операций и позволяет отключать или перемещать приложения до отключения питания.
Рисунок 1. Конфигурация платформы BBU в архитектуре OCP ORV3.1
Прошивка платформенного микроконтроллера.
В приложении BBU используется микроконтроллер MAX32625, сверхэкономичный микроконтроллер Arm® Cortex®-M4. Микроконтроллер отвечает за несколько процессов:
1. Связь с хост-компьютером по протоколу Modbus;
2. Связь с модулями по протоколу Modbus;
3. Управление периодической зарядкой модулей;
4. Режимы управления системой.
Рисунок 2. (а) Схема связи модуля с платформой и (б) блок-схема связи платформы с ПК.
Связь с главным компьютером осуществляется по протоколу Modbus.
На рисунке 2 микроконтроллер платформы играет фундаментальную роль в установлении бесперебойной связи с главным компьютером через надежный интерфейс RS-485, выступая в качестве экспертного сервера Modbus. Его основная функция — сбор данных от многочисленных модулей в режиме реального времени, что он делает неустанно. Накопленные данные отправляются на главный компьютер, где используются для заполнения динамического графического интерфейса пользователя (GUI), обеспечивая улучшенное визуальное представление. При получении сообщений от главного компьютера микроконтроллер платформы выступает в роли привратника, методично проверяя достоверность и целостность каждого сообщения. Как только микроконтроллер убеждается в подлинности сообщения, он быстро формирует ответ, основываясь на объеме информации, хранящейся в регистрах хранения. Этот тщательно подготовленный ответ содержит необходимые главному компьютеру ответы, представленные в структурированном виде.
Однако микроконтроллер платформы не выходит из строя, даже если входящее сообщение содержит аномалии. Он быстро берет на себя роль эффективного коммуникатора, отправляя сообщение об ошибке на основе протокола Modbus. Это уведомление об ошибке оповещает хост-компьютер об аномалии, позволяя ему предпринять соответствующие корректирующие действия.
По сути, важность микроконтроллера платформы заключается в его многогранной роли как канала передачи данных, хранителя целостности данных и оперативного источника информации. Все это способствует созданию надежной и стабильной коммуникационной структуры в рамках взаимодействия на основе протокола Modbus.
Взаимодействие с модулями осуществляется по протоколу Modbus.
На рисунке 2 становится очевидной ключевая роль платформенного микроконтроллера, который плавно переключается между функциями клиента Modbus и сервера Modbus, координируя сложную и эффективную коммуникационную экосистему. При взаимодействии с несколькими модулями BBU платформенный микроконтроллер выступает в роли клиента Modbus, инициируя и поддерживая связь с каждым модулем. Эти модули BBU действуют как серверы Modbus, постоянно обновляя свои регистры самой актуальной информацией. Платформенный микроконтроллер совершает циклический путь, работая синхронно. Он перемещается по окружению модулей BBU, собирая телеметрические данные с каждого модуля с циклической периодичностью. Эти данные, предоставляющие полезную информацию, тщательно хранятся в памяти микроконтроллера, готовые к ответу в случае запроса от хост-компьютера.
Однако назначение платформенного микроконтроллера не ограничивается взаимодействием клиент-сервер внутри системы BBU. Он трансформируется в Modbus-сервер, передавая собранные данные на главный компьютер по запросу, создавая важнейший мост между главным компьютером и многочисленными модулями BBU. Одновременно он продолжает выполнять свою функцию Modbus-клиента, организуя взаимодействие с модулями BBU и обеспечивая актуальность и точность информации.
По сути, микроконтроллер платформы воплощает в себе универсальность и адаптивность, умело работая как в роли клиента, так и сервера, способствуя взаимодействию между главным компьютером и модулями BBU. Эта взаимосвязь демонстрирует его способность поддерживать надежную структуру связи, повышая общую эффективность и надежность системы.
Управление периодической зарядкой модулей:
В соответствии с требованиями OCP, модуль BBU необходимо периодически заряжать, поскольку аккумуляторная батарея теряет ток в режиме ожидания. Поскольку модуль BBU можно заряжать только раз в 10 дней, микроконтроллер платформы должен отслеживать и управлять тем, какие модули BBU будут заряжаться. В результате периодическая зарядка инициируется микроконтроллером платформы, который использует уникальную команду протокола Modbus для определения того, какие модули BBU требуют периодической зарядки. Фундаментальное требование к модулям BBU в архитектуре системы вытекает из точно разработанных стандартов OCP. Эти модули, являющиеся ключевыми компонентами конфигурации, должны периодически заряжаться. Это требование обусловлено утечкой тока, испытываемой аккумуляторной батареей в периоды ожидания. Следовательно, периодическая зарядка необходима для поддержания оптимальной производительности и эксплуатационной надежности.
Режимы управления системой
Наконец, OCP предлагает добавить пользовательский элемент управления для переопределения работы модулей BBU. Используя Modbus, пользователь может настроить работу отдельного модуля BBU, чтобы определить, требуется ли ему зарядка или разгрузка.
Графический пользовательский интерфейс стеллажей BBU
Рисунок 3. Модуль BBU. Модуль ББУ.
Графический пользовательский интерфейс модуля BBU разделен на несколько разделов, предоставляющих пользователю важную информацию. Эти компоненты и функции подробно описаны ниже. См. рисунок 3.
1. Индикатор рабочего состояния модуля
2. Показания внутренней температуры модуля
3. Таблица индикаторов неисправностей модуля
4. Индикатор скорости вращения вентилятора (в об/мин)
5. Метрическая информация преобразователя мощности
6. Информация об элементах (напряжение и температура)
Индикатор рабочего состояния модуля.
В графическом пользовательском интерфейсе имеется как минимум четыре светодиодных индикатора:
► Синий светодиод указывает на то, что модуль BBU работает в режиме зарядки.
► Первый желтый светодиод указывает на то, что модуль BBU находится в режиме разрядки и обеспечивает резервное питание объединительной платы центра обработки данных.
► Второй желтый светодиод указывает на то, что модуль BBU нуждается в замене и исчерпал свой ресурс (EOL).
► Красный светодиод информирует пользователя о неисправности модуля BBU.
Внутренние показания температуры модуля
Помимо рабочего состояния аккумуляторного блока, на графическом пользовательском интерфейсе также отображается внутренняя температура модуля. На аккумуляторном блоке и плате питания расположено не менее девяти датчиков температуры. LTC2991 передает цифровые показания температуры на основной микроконтроллер, а ADBMS6948 — аналоговые показания температуры аккумуляторного блока.
Таблица индикаторов неисправностей модуля.
В графическом интерфейсе пользователя (GUI) имеется таблица неисправностей, указывающая на различные типы неисправностей, возникающих во время работы модуля. Неисправности модуля следующие:
► Защита от перенапряжения (OVP)
► Защита от перегрузки по току (OCP)
► Защита от перегрева (OTP)
► Защита от перезаряда и разряда
► Отключение вентилятора
Показатели преобразователя мощности:
Во время работы модуля графический интерфейс пользователя (GUI) является важным ресурсом, предоставляющим жизненно важные показатели как для батарейного блока, так и для объединительной платы. Эти показатели являются исчерпывающими и включают в себя такие важные данные, как входное и выходное напряжения, а также токи. Это динамическое взаимодействие между работой модуля и GUI обеспечивает пользователям полную информацию о производительности системы и динамике энергопотребления в режиме реального времени.
Информация об элементах:
Графический пользовательский интерфейс отображает уровень напряжения и температуры элементов батарейного блока. Эти данные имеют основополагающее значение для определения состояния здоровья (SOH) и состояния заряда (SOC) батарейного блока.
Рисунок 4. Сводный графический интерфейс модуля BBU.
Графический пользовательский интерфейс модуля BBU включает окно с кратким обзором и элементами управления. Эта вкладка графического пользовательского интерфейса позволяет осуществлять мониторинг всех шести модулей BBU, а также обеспечивает индивидуальный контроль над конкретным модулем BBU, включая возможность принятия оперативных решений.
См. рисунок 4 для наглядного представления.
► Селектор направления
► Управление платформенной системой ►
Параметры платформенной системы
► Распределение неисправностей и тока на платформе
Селектор адреса:
Пользователи могут беспрепятственно получать доступ к указанным модулям BBU, стратегически выбирая точный адрес слота BBU. Это стратегическое назначение не является случайным; это мера предосторожности, разработанная для предотвращения конфликтов связи Modbus, достигаемая путем предварительного определения фиксированного адреса слота платформы BBU.
Управление платформенной системой:
Предоставление пользователям возможности изменять работу блока питания (BBU). Они могут запрашивать зарядку или разрядку конкретного модуля BBU в течение периода его работы. При выборе режима принудительной разрядки напряжение повышающего преобразователя увеличивается с 48 В до 51 В, что обеспечивает питание объединительной платы, поддерживая при этом бесперебойную работу блока питания (PSU) в центре обработки данных. Такое тонкое управление обеспечивает оптимальный баланс между функциональностью BBU и бесперебойной работой всей инфраструктуры.
Сбои платформы и распределения питания:
В сводной таблице отображаются все обнаруженные сбои во всех шести модулях BBU и оповещается пользователь. Это самый быстрый способ обнаружения любых неисправностей в платформе BBU. Кроме того, при параллельной или резервной работе модулей BBU индикатор шины распределения питания показывает напряжение шины 7 В при максимальной нагрузке материнской платы и 10,5 В при работе под максимальной нагрузкой.
Краткое описание:
Платформа BBU является важнейшим компонентом надежной системы управления питанием. Эти платформы надежно взаимосвязаны, создавая стабильную среду для системы резервного питания от батарей, выступая в качестве центрального узла для эффективного управления. Результатом является бесперебойная работа, при которой критически важные системы остаются под напряжением и защищены от отключений электроэнергии и колебаний напряжения. Платформа BBU обеспечивает значительную защиту в центрах обработки данных, телекоммуникационных сетях или любой среде, где необходим ИБП. Ее основная задача — обеспечить непрерывность бизнеса, повысить надежность и поддерживать надежную электрическую инфраструктуру. В последующей статье этой серии будет объяснено, как выбирать компоненты для вспомогательной схемы BBU. Это послужит критерием и преимуществом при выборе компонентов для питания критически важных устройств и позволит уменьшить несоответствия в конструкции.
Ссылка на статью
Дэвида Сана «Open Compute Project Open Rack V3 BBU Shelf Rev 1.1». Open Compute Project, сентябрь 2022 г.
Об авторе:
Кристиан Круз — инженер по разработке приложений в компании Analog Devices, Inc. на Филиппинах. Он получил степень в области электронной инженерии в Университете Востока в Маниле, Филиппины. У него более 12 лет инженерного опыта в области аналогового и цифрового проектирования, разработки микропрограммного обеспечения и силовой электроники, включая разработку интегральных схем управления питанием, а также преобразование переменного тока в постоянный и постоянного тока в постоянный. Он присоединился к ADI в 2020 году и в настоящее время занимается поддержкой требований к управлению питанием для облачных вычислительных систем и систем связи.
Об авторе:
Марвин Нил Солис Кабуэньяс имеет степень бакалавра наук в области электронной инженерии, полученную в Университете Де Ла Салле в Маниле, Филиппины. До прихода в Analog Devices в 2021 году Марвин работал системным инженером в Azeus Systems Philippines, Inc., сетевым инженером в Technistock, Philippines, Inc. с 2014 по 2017 год, а также инженером по исследованиям и разработкам в Nokia Technology Center Philippines с 2017 по 2020 год. Он имеет более 10 лет опыта работы в таких областях, как программирование встроенных систем, цифровая обработка сигналов и имитационное моделирование, и других. В настоящее время он работает старшим инженером по программным системам над различными проектами в области энергетических технологий. В настоящее время он получает степень магистра наук в области электротехники в Университете Филиппин.
