备用电池平台是OCP ORV3架构和数据中心应用中电源管理系统的重要组成部分，尤其是在不间断电源（UPS）领域。这些平台经过精心设计，专注于容纳和组织备用电池，如同关键的守护者，确保关键设备在断电和电压波动期间的正常运行。.
在当今科技高度发达的时代，可靠的备用电源系统的重要性不言而喻。数据中心、电信节点和服务器机房的稳定性对业务运营至关重要，因此，强大的备用电源系统必不可少。在此背景下，备用电池平台作为这些系统的基础发挥着关键作用。这些平台作为高效电池单元 (BBU) 存储的中央枢纽，构建了一个连接关键电源储备的纽带。它们的主要功能是容纳和管理多达六个 BBU 模块，每个模块都经过精确配置，可容纳锂离子电池和电源转换器。这些平台的架构经过精心设计，完美融合了空间利用率和易用性，简化了维护和更换操作。
这些备用电池平台的主要优势之一是集中化、有序化的 BBU 模块库存管理。明确的存储系统便于 BBU 模块的跟踪、标记和维护，从而降低了丢失或混淆的风险，尤其是在紧急情况下。此外，这种集中式系统在电池健康状况监测方面也展现出显著优势。这种结构便于日常检查、测试和更换。BBU
平台尺寸和配置多样，可根据不同行业和机构的个性化需求量身定制。部分平台采用模块化设计，具有灵活性，便于未来发展以满足不断变化的电力需求。此外，这些平台还集成了监控系统，可提供电池健康状况的实时信息。电压、温度、模块活动和剩余容量等详细信息一目了然，便于进行预防性维护，确保电池在关键时刻始终能够提供电力。
BBU平台概述：
根据OCP针对ORV3新架构的定义，开放式机架电源架构由一个集中式、可扩展的电源机架和一个BBU机架组成，BBU机架通过公共母线向有效载荷设备（IT设备）分配电源。本规范将定义适用于开放式机架的BBU平台。BBU平台包含六个BBU模块，采用5+1冗余设计，为机架内的所有有效载荷提供直流电源。当交流电源中断时，BBU平台可在指定的备用时间内提供高达平台最大额定功率的备用电源。BBU平台的备用时间允许机架在不中断IT运行的情况下在不同电源之间移动，并允许应用程序在断电前耗尽或迁移。
图 1. OCP ORV3.1 架构中的 BBU 平台配置
平台微控制器固件
BBU 应用中使用的平台微控制器是 MAX32625，这是一款超低功耗的 Arm® Cortex®-M4 微控制器。该微控制器负责以下几个方面：
1. 通过 Modbus 协议与主机通信；
2. 通过 Modbus 协议与模块通信；
3. 管理模块的周期性充电；
4. 系统控制模式
图 2. (a) 模块到平台通信图和 (b) 平台到 PC 通信框图。.
通过 Modbus 协议与主机通信。
如图 2 所示，平台的微控制器在通过强大的 RS-485 接口与主机建立无缝通信方面发挥着至关重要的作用，它充当着专业的 Modbus 服务器。其主要功能是实时采集来自众多模块的数据，并且它不知疲倦地执行着这项任务。这些累积的数据被发送到主机，用于填充动态 GUI 应用程序，从而提供增强的视觉呈现。当接收到来自主机的通信时，平台的微控制器充当着守门人的角色，系统地验证每条消息的有效性和完整性。一旦微控制器确认消息的真实性，它就会根据存储在保持寄存器中的信息量快速生成响应。这个精心设计的响应以结构化的方式包含了主机所需的答案。
然而，当传入消息受到异常干扰时，平台的微控制器并不会失效。它会迅速承担起有效通信者的角色，并根据 Modbus 协议返回错误信息。该错误通知会提醒主机注意异常情况，使其能够采取相应的纠正措施。
本质上，平台微控制器的重要性在于其多重角色：数据通道、数据完整性守护者和响应式信息提供者。所有这些功能共同构建了一个基于 Modbus 的强大可靠的通信框架。
通过 Modbus 协议与模块通信。
如图 2 所示，平台微控制器的关键作用显而易见，它能够在 Modbus 客户端和 Modbus 服务器功能之间无缝切换，协调一个复杂而高效的通信生态系统。当与多个 BBU 模块交互时，平台微控制器充当 Modbus 客户端，发起并维护与每个模块的通信。这些 BBU 模块充当 Modbus 服务器，持续更新其寄存器以存储最新信息。平台微控制器在同步运行的同时进行循环操作。它遍历 BBU 模块环境，以周期性节奏从每个模块捕获遥测数据。这些提供有用信息的数据被妥善存储在微控制器的内存中，随时准备响应主机发出的查询。
然而，平台微控制器的用途不仅限于 BBU 系统内的客户端-服务器交互。它还可以转换为 Modbus 服务器，根据主机请求将收集到的数据传输到主机，从而在主机和众多 BBU 模块之间建立起至关重要的桥梁。同时，它继续作为Modbus客户端，组织与BBU模块的交互，并确保信息的及时性和准确性。本质上
，该平台的微控制器体现了多功能性和适应性，能够巧妙地兼顾客户端和服务器的角色，促进主机和BBU模块之间的交互。这种互连展现了其维护稳健通信结构的能力，从而提高了系统的整体效率和可靠性。
周期性模块充电管理：
根据OCP的要求，BBU模块必须定期充电，因为电池组在待机状态下会损失电流。由于BBU模块每10天只能充电一次，平台微控制器必须监控并管理哪些BBU模块需要充电。因此，平台微控制器会启动周期性充电，它使用特定的Modbus协议命令来确定哪些BBU模块需要定期充电。系统架构中BBU模块的一项基本要求源于OCP制定的严格标准。这些模块是配置的关键组件，必须定期充电。这一要求源于电池组在待机期间的电流泄漏。因此，定期充电对于维持最佳性能和运行可靠性至关重要。
系统控制模式
最后，OCP建议添加用户控制功能以覆盖BBU模块的操作。用户可以使用Modbus协议配置单个BBU的操作，以确定其是否需要充电或卸载。.
BBU货架图形用户界面
图 3.BBU 模块。 BBU 模块。.
BBU模块的图形用户界面分为多个部分，为用户提供重要信息。这些组件和功能详述如下。参见图3。1
. 模块运行状态指示器
2. 模块内部温度读数
3. 模块故障指示器表
4. 风扇转速指示器（单位：rpm）
5. 电源转换器指标信息
6. 电池信息（电压和温度）
模块运行状态指示灯。
在图形用户界面中，至少有四个 LED 指示灯：
► 蓝色 LED 指示灯亮起表示 BBU 模块正在充电。►
第一个琥珀色 LED 指示灯亮起表示 BBU 模块正在放电，并为数据中心背板提供备用电源。►
第二个琥珀色 LED 指示灯亮起表示 BBU 模块需要更换，已达到使用寿命 (EOL)。►
红色 LED 指示灯亮起表示 BBU 模块发生故障。
模块内部温度读数
除了BBU的运行状态外，模块的内部温度也会显示在图形用户界面上。电池组和电源板上至少安装了九个温度传感器。LTC2991向主MCU提供数字温度读数，而ADBMS6948则提供电池组温度的模拟读数。.
模块故障指示表 图形
用户界面 (GUI) 中包含一个故障表，用于指示模块运行期间发生的各种故障类型。模块故障如下：
► 过压保护 (OVP)
► 过流保护 (OCP)
► 过温保护 (OTP)
► 过充过放保护
► 风扇停止
电源转换器指标：
模块运行时，图形用户界面 (GUI) 是一项重要的资源，可提供电池组和背板的关键指标。这些指标全面详尽，涵盖输入输出电压和电流等关键数据。模块运行与 GUI 之间的这种动态交互，使用户能够实时全面地了解系统的性能和功率动态。
电池单元信息：
图形用户界面显示电池组各电池单元的电压和温度。这些数据对于确定电池组的健康状态 (SOH) 和荷电状态 (SOC) 至关重要。
图 4. BBU 模块摘要 GUI。.
BBU模块的图形用户界面包含一个窗口，其中包含简要概述和用户控件。该图形用户界面的特定选项卡允许监控所有六个BBU模块，同时还提供对特定BBU的单独控制，包括执行操作决策的功能。.
参见图 4 的图示。►
方向选择器
► 站台系统控制 ►
站台系统参数
► 站台故障和电流共享
地址选择器：
用户可以通过策略性地选择精确的 BBU 插槽地址，无缝访问指定的 BBU 模块。这种策略性分配并非随机，而是一种预防措施，旨在通过预定义固定的 BBU 平台插槽地址来避免 Modbus 通信冲突。
平台系统控制：
赋予用户修改BBU运行的权限。用户可以请求在运行期间对特定BBU模块进行充电或放电。如果选择强制放电模式，升压电压将从48V提升至51V，从而在保证数据中心电源单元（PSU）不间断运行的同时，为背板供电。这种精细的控制确保了BBU功能与整个基础设施不间断运行之间的最佳平衡。
平台和电源共享故障：
汇总表显示六个 BBU 模块中检测到的任何故障，并通知用户。这是快速定位 BBU 平台故障的方法。此外，在 BBU 模块并联或冗余运行时，电源共享总线指示灯会在主板负载达到最大值时显示 7V 总线电压，在满载运行时显示 10.5V 总线电压。
摘要：
BBU平台是可靠电源管理系统中的关键组件。这些平台安全互连，为电池备用系统创建稳定的运行环境，并作为高效管理的中央枢纽。其结果是关键系统在断电和电压波动的情况下仍能保持供电和受到保护，从而实现不间断运行。BBU平台为数据中心、电信网络或任何需要UPS的环境提供重要的保护。其主要任务是确保业务连续性、提高可靠性并维护稳健的电力基础设施。本系列后续文章将阐述如何为BBU的辅助电路选择组件。这将为选择关键设备供电部件提供参考标准和优势，并减少设计上的不一致性。
参考
David Sun。“开放计算项目 Open Rack V3 BBU Shelf Rev 1.1”。开放计算项目，2022 年 9 月。
作者简介：
克里斯蒂安·克鲁兹 (Christian Cruz) 是菲律宾亚德诺半导体公司 (ADI) 的应用开发工程师。他拥有菲律宾马尼拉东方大学电子工程学位。他在模拟和数字电路设计、固件设计以及电力电子领域拥有超过 12 年的工程经验，包括电源管理集成电路的开发，以及交流-直流和直流-直流电源转换。他于 2020 年加入亚德诺半导体公司，目前负责支持云计算和系统通信应用的电源管理需求。
作者简介：
马文·尼尔·索利斯·卡布埃尼亚斯（Marvin Neil Solis Cabueñas）拥有菲律宾马尼拉德拉萨大学电子工程理学学士学位。在2021年加入Analog Devices之前，马文曾于2014年至2017年在Azeus Systems Philippines, Inc.担任系统工程师，于Technistock Philippines, Inc.担任网络工程师，并于2017年至2020年在诺基亚菲律宾技术中心担任研发工程师。他在嵌入式系统编程、数字信号处理和仿真建模等领域拥有超过10年的工作经验。目前，他担任高级软件系统工程师，负责多个能源相关技术项目。他目前正在菲律宾大学攻读电气工程理学硕士学位。
