TWI427471B - 伺服器機櫃系統與其操作方法 - Google Patents

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Description

伺服器機櫃系統與其操作方法
本揭露是有關於一種伺服器機櫃系統，且特別是有關於一種具有電池備援單元之伺服器機櫃系統。
刀鋒型伺服器已廣泛地應用。將為數眾多的刀鋒型伺服器集合在機櫃系統中，稱為伺服器機櫃系統(rack server system)，可提升操作便利性。
在伺服器機櫃系統中之各刀鋒型伺服器可視為一台功能完整的電腦。換言之，各個刀鋒型伺服器除了設置核心電路(例如包括中央處理器、主機板、隨機存取記憶體及硬碟等)，更配置諸如電源供應器及散熱裝置等週邊裝置。
為避免市電萬一發生不穩定/不正常/斷電情形，導致伺服器的操作不穩定(比如當機)，甚至可能使得儲存於伺服器內的寶貴資料受到毀損，現以利用不斷電電源系統(UPS,uninterruptible power supply)來避免電源異常所造成的電腦資料損失與設備破壞，並可有效保護內部元件，確保設備之使用壽命與精確度。然而現有UPS的可靠度(reliability)不是很好。
故而，現提出在伺服器機櫃系統中設置電池備援單元(BBU,battery backup unit)來取代/輔助UPS的做法，以期能到達低成本、效率高、穩定性佳。
然而，當BBU內的電池模組故障或因維修而被拔出時，萬一剛好碰到市電不穩定/不正常/斷電的話，則伺服器機櫃系統的操作穩定度可能會因為電源供應不足而受到影響。
此外，為讓BBU能維持正常，隔一段時間可能需要進行電池自放電測試，以根據其放電曲線來判斷BBU內的電池是否正常。進行電池自放電測試時，萬一剛好碰到市電不穩定/不正常/斷電的話，則伺服器機櫃系統的操作穩定度可能會因為電源供應不足而受到影響。
此外，於現有作法中，在對BBU進行維修時，伺服器機櫃系統通常要被關機，對於使用者/管理人員造成不便。
本揭露實施例係有關於一種伺服器機櫃系統與其操作方法，其BBU包括多個獨立運作的並聯BBU子系統，即便其中一個BBU子系統故障/被抽出時，仍可在市電斷電時，由其他BBU子系統提供電源給伺服器，使伺服器運作不受影響。
根據本揭露之一實施例，提出一種伺服器機櫃系統之操作方法。該伺服器機櫃系統包括一電池備援單元(BBU)與至少一伺服器。該操作方法包括：該伺服器與該電池備援單元互相通訊；該電池備援單元提供一狀態資訊與一先前自放電測試資訊給該伺服器，以使得該伺服器判斷該電池備援單元之一狀態；以及於一輸入電源斷電時，該電池備援單元提供電源給該伺服器，且該伺服器根據該電池備援單元的該狀態資訊，該伺服器調整其負載。
根據本揭露之另一實施例，提出一種伺服器機櫃系統，包括：一電池備援單元(BBU)；以及至少一伺服器，耦接至該電池備援單元。該伺服器與該電池備援單元互相通訊。該電池備援單元提供一狀態資訊與一先前自放電測試資訊給該伺服器，以使得該伺服器判斷該電池備援單元之一狀態。於一輸入電源斷電時，該電池備援單元提供電源給該伺服器，且該伺服器根據該電池備援單元的該狀態資訊，該伺服器調整其負載。
為了對本案之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
第1圖顯示根據本案實施例之伺服器機櫃系統之功能示意圖。如第1圖所示，伺服器機櫃系統100包括：至少一個伺服器140與BBU150。伺服器140之數量在此並不受限。變壓器110、發電機120、機架電源配電單元(PDU,power distribution unit)130、及交流(AC)/直流(DC)電源供應器160之功能、數量與其操作在本實施例中可不特別限定之。
於本實施例中，若市電發生斷電/不穩定，則BBU 150將提供電源給該些伺服器140。之後，發電機120會啟動，而將AC電源提供給AC/DC電源供應器160，AC/DC電源供應器160將AC電源轉換成DC電源之後，會更進一步提供DC電源給該些伺服器140。也就是說，於本實施例中，BBU 150提供電源的時間，原則上要從偵測市電不穩定的時間點到發電機120能正常啟動的時間點為止。
現請參考第2圖，其顯示根據本實施例之BBU150之方塊圖。如第2圖所示，BBU150包括：BBU子系統200A與200B。請注意，雖然於第2圖中，BBU150包括兩個BBU子系統，然而，於本案其他可能實施例中，BBU可包括1個BBU子系統或是更多個BBU子系統，此皆在本案精神範圍內。
於本實施例中，BBU150包括BBU子系統200A與200B。當其中一個BBU子系統被抽出(比如因為故障、電池壽命問題或更換)時，另一個BBU子系統仍可正常運作。故而，維修、更換BBU子系統對於BBU的影響不大。也就是說，當其中一個BBU子系統故障或是被抽出時，即便剛好遇到市電斷電/不穩定的話，另一個BBU子系統統仍可發揮其供電功能，讓伺服器機櫃系統正常運作。
另外，可依輸出功率多寡來決定伺服器機櫃系統所包括的電池模組的數量，如此可使得系統配置與成本保持彈性。亦即，如果需要高輸出功率的話，伺服器機櫃系統可包括多一些的電池模組；反之亦然。
各BBU子系統200A與200B包括多個電池模組210與DC/DC轉換器220。雖然第2圖中，一個BBU子系統包括5個電池模組210，但當知本案並不受限於此。於本實施例中，一個電池模組210搭配一個DC/DC轉換器220。DC/DC轉換器220將電池模組210的DC輸出電壓轉換成伺服器140所需的DC電壓。此外，為方便解說，亦可將一個電池模組210與一個DC/DC轉換器220合稱為一個BBU模組。
當然，BBU子系統可更包括其他元件，如微控制器(μp)、電壓偵測電路、阻隔電路等，此皆在本案精神範圍內。於本實施例中，比如但不受限於，使用鋰電池做為電池模組210中的儲能裝置，可以縮小體積。
BBU子系統之間可以相互並聯。而且，於本實施例中，模組化設計有利於找到能用於保護電池模組的保險絲，因為單一DC/DC轉換器220的電池/電流並不高，所以易於找到能符合安規的保險絲。
此外，於本實施例中，DC/DC轉換器220更保護電池模組210免於受到外界電壓變化的影響。
以第2圖來說，抽出BBU子系統的目的通常是為了抽拔其內部的BBU模組，因為BBU模組之損壞機會較高。更進一步說，可將BBU子系統200A或200B抽出，以更換其內部之BBU模組。所以，於本實施例中，BBU 150包括多個BBU子系統(第2圖以2個BBU子系統200A與200B為例，但當知本實施例並不受限於此)的好處在於，如果BBU的內部有BBU模組故障需要更換時，可抽出該BBU子系統即可，而且，即便將BBU子系統抽出，仍不會讓整個BBU150在抽換時失效。
現請參考第3圖，其顯示根據本案實施例之伺服器端與BBU端之控制流程圖。於步驟310A與310B中，伺服器與BBU彼此互相通訊。於步驟315中，BBU提供其本身的狀態資訊與先前自放電測試資訊(比如上次執行自放電測試的時間點等)給伺服器。
詳細地說，為了解電池模組之蓄/放電狀態，BBU隔一段時間會進行自放電測試，將電池模組放電，以偵測電池模組的放電曲線。藉由放電曲線，能了解此電池模組是否符合需求/故障。如果此電池模組已不符合需求/故障的話，BBU會將此資訊記錄起來(比如記錄於BBU子系統的內部記憶體)。故而，由BBU所提供的狀態資訊比如包括，其內部電池模組中有幾個是符合需求、幾個不符合需求、是否有故障等等。原則上，一次對一個電池模組進行自放電測試，直到所有的電池模組都進行自放電測試為止。
更甚者，於本實施例中，在對一個BBU子系統的某一個電池模組進行自放電測試時，如果剛好市電斷電的話，此BBU子系統的其他電池模組仍能正常供電，另一個正常BBU子系統(如果有的話)也尚能正常供電給伺服器(也就是說，整個BBU 150尚能正常供電給伺服器)，所以，伺服器的操作可不受市電斷電的影響。在本實施例中，BBU子系統包括多個電池模組。有其中一或數個電池模組故障/不符需求，BBU150與伺服器可將此資訊記錄起來。即便發生電池模組故障/不符需求，伺服器的運作仍不受影響。
更甚者，即便是BBU只包括一個BBU子系統，在對此BBU子系統的某一個電池模組進行自放電測試時，如果剛好市電斷電的話，此BBU子系統可立即停止自放電測試，並令其他電池模組正常供電給伺服器，所以，伺服器的操作可不受市電斷電的影響。
於步驟320中，伺服器讀取並記錄BBU的狀態資訊及先前自放電測試資訊，以判斷BBU之狀態(比如是否有BBU子系統被抽出/故障等，電池模組的良好狀態等)。比如，以為第2圖為例，BBU原本應該包括2個BBU子系統。但如果由BBU所傳來的資訊只有一個BBU子系統的資訊，則代表可能有其中一個BBU子系統被抽出/故障。
於步驟325中，假設因為BBU子系統或BBU模組已被抽出，維修人員放入新BBU子系統或新BBU模組。或者，假設因為BBU子系統或BBU模組故障，維修人員抽出舊BBU子系統或舊BBU模組並放入新BBU子系統或新的BBU模組。
於步驟330中，新BBU子系統或新BBU模組充電完畢後，新BBU子系統或新BBU模組傳送狀態資訊給伺服器。在本實施例中，由BBU系統或BBU子系統或BBU模組自行判斷充電是否完畢。比如，由BBU內的微控制器或BBU子系統內的微控制器或BBU模組內的微控制器來判斷電池模組的充電是否完畢。此外，狀態資訊亦可儲存於BBU內部。
於步驟335中，伺服器接收並記錄新BBU子系統或新BBU模組的狀態資訊。請注意，於本實施例中，步驟325~335並非必要步驟。也就是說，如果BBU中的BBU子系統都是好的，則步驟325~335則未必要進行之。
於步驟340中，於市電斷電時，BBU提供電源給伺服器。於步驟345中，於市電斷電時，伺服器接受BBU之供電；且根據BBU的狀態資訊，伺服器調整其負載。於本實施例中，市電是否斷電可由BBU單方面偵測，或是由伺服器單方面偵測，或者是BBU與伺服器兩者來偵測，此皆在本案精神範圍內。
另外，比如，BBU共包括10個電池模組。假設BBU的狀態資訊顯示此10個電池模組都是好的，則於市電斷電時，伺服器可依此來調整其負載，比如，伺服器可以最高工作負載操作。在此，最高工作負載比如是伺服器的CPU/記憶體(未示出)等以最高操作頻率操作。但是，如果BBU的狀態資訊顯示此10個電池模組當中只有9個電池模組是好的，則於市電斷電時，伺服器可依此來調整其負載，比如，伺服器可以最高工作負載的90%來操作，比如，CPU/記憶體等以最高操作頻率的90%操作。其餘可依此類推。
此外，於本實施例中，當有BBU子系統被抽出時，伺服器會記錄此資訊，以便於在市電斷電時，伺服器能依此來調整其負載。
綜上所述，雖然本案已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本案。本案所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本案之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本案之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100．．．伺服器機櫃系統
110．．．變壓器
120．．．發電機
130．．．機架電源配電單元
140．．．伺服器
150．．．電池備援單元
160．．．AC/DC電源供應器
200A、200B．．．BBU子系統
210．．．電池模組
220．．．DC/DC轉換器
310A~345．．．步驟
第1圖顯示根據本案實施例之伺服器機櫃系統之功能示意圖。
第2圖顯示根據本實施例之電池備援單元(BBU)之方塊圖。
第3圖顯示根據本案實施例之伺服器端與電池備援單元(BBU)端之控制流程圖。
310A~345．．．步驟

Claims (16)

  1. 一種伺服器機櫃系統之操作方法，該伺服器機櫃系統包括一電池備援單元(BBU)與至少一伺服器，該操作方法包括：該伺服器與該電池備援單元互相通訊；該電池備援單元提供一狀態資訊與一先前自放電測試資訊給該伺服器，以使得該伺服器判斷該電池備援單元之一狀態；以及於一輸入電源斷電時，該電池備援單元提供電源給該伺服器，且該伺服器根據該電池備援單元的該狀態資訊，該伺服器調整其負載。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之操作方法，其中，該電池備援單元包括複數個並聯BBU子系統，各BBU子系統包括複數個BBU模組，該操作方法更包括：於放入一新BBU子系統或一新BBU模組於該BBU內後，該BBU或該新BBU子系統或該新BBU模組判斷充電是否完成，並於充電完成後，該新BBU子系統或該新BBU模組傳送其狀態資訊給該伺服器或該BBU儲存該狀態資訊；以及該伺服器接收並記錄該新BBU子系統或該新BBU模組的該狀態資訊。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之操作方法，其中，如果其中一個BBU子系統被抽出或故障的話，於該輸入電源斷電時，另一個BBU子系統提供電源給該伺服器；在對該BBU子系統的一BBU模組進行自放電測試時，如果剛好該輸入電源斷電的話，該BBU子系統的其他BBU模組正常供電給該伺服器；以及當該BBU子系統被抽出或故障時，該伺服器記錄一相關資訊，使得在該輸入電源斷電時，該伺服器依此來調整負載。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之操作方法，其中，各BBU子系統包括複數個電池模組與複數個轉換器，各電池模組搭配各轉換器。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之操作方法，其中：依該伺服器機櫃系統之一輸出功率決定該BBU所包括的電池模組的數量；以及該電池模組包括鋰可充電電池。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之操作方法，其中，該先前自放電測試資訊包括上次執行自放電測試的時間點。
  7. 如申請專利範圍第4項所述之操作方法，其中，該伺服器判斷該BBU之狀態之該步驟包括：該伺服器判斷是否有BBU子系統或BBU模組被抽出或故障，及/或判斷該些電池模組的良好狀態。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之操作方法，其中，該輸入電源是否斷電由該BBU偵測，或是由該伺服器偵測，或者是該BBU與該伺服器兩者偵測。
  9. 一種伺服器機櫃系統，包括：一電池備援單元(BBU)；以及至少一伺服器，耦接至該電池備援單元；其中，該伺服器與該電池備援單元互相通訊；該電池備援單元提供一狀態資訊與一先前自放電測試資訊給該伺服器，以使得該伺服器判斷該電池備援單元之一狀態；以及於一輸入電源斷電時，該電池備援單元提供電源給該伺服器，且該伺服器根據該電池備援單元的該狀態資訊，該伺服器調整其負載。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之伺服器機櫃系統，其中：該電池備援單元包括複數個並聯BBU子系統，各BBU子系統包括複數個BBU模組；於放入一新BBU子系統或一新BBU模組於該BBU內後，該BBU或該新BBU子系統或該新BBU模組判斷充電是否完成，並於充電完成後，該新BBU子系統或該新BBU模組傳送其狀態資訊給該伺服器或該BBU儲存該狀態資訊；以及該伺服器接收並記錄該新BBU子系統或該新BBU模組的該狀態資訊。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之伺服器機櫃系統，其中，：如果其中一個BBU子系統被抽出或故障的話，於該輸入電源斷電時，另一個BBU子系統提供電源給該伺服器；在對該BBU子系統的一BBU模組進行自放電測試時，如果剛好該輸入電源斷電的話，該BBU子系統的其他BBU模組正常供電給該伺服器；以及當該BBU子系統被抽出或故障時，該伺服器記錄一相關資訊，使得在該輸入電源斷電時，該伺服器依此來調整負載。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之伺服器機櫃系統，其中，各BBU子系統包括複數個電池模組與複數個轉換器，各電池模組搭配各轉換器。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之伺服器機櫃系統，其中：依該伺服器機櫃系統之一輸出功率決定該BBU所包括的電池模組的數量；以及該電池模組包括鋰可充電電池。
  14. 如申請專利範圍第9項所述之伺服器機櫃系統，其中，該先前自放電測試資訊包括上次執行自放電測試的時間點。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之伺服器機櫃系統，其中，該伺服器判斷是否有BBU子系統或BBU模組被抽出或故障，及/或判斷該些電池模組的良好狀態。
  16. 如申請專利範圍第9項所述之伺服器機櫃系統，其中，該輸入電源是否斷電由該BBU偵測，或是由該伺服器偵測，或者是該BBU與該伺服器兩者偵測。
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