WB-UPS v.3

Diese Seite beschreibt den neueren WB-UPS v.3; zur Vorgängerversion siehe WB-UPS v.2.

Diese Seite beschreibt die neueste Hardware-Revision mit der neuesten stabilen Firmware. Falls Ihr Gerät ältere Firmware verwendet, aktualisieren Sie diese nach Möglichkeit (siehe Firmware-Aktualisierung).

• Verlauf der Hardware-Revisionen;
• Firmware-Änderungsprotokoll.

Verwendungszweck

WB-UPS v.3 ist ein unterbrechungsfreies Lithium-Ionen-Versorgungsmodul, das einen Controller, angeschlossene Module und weitere Lasten bei Ausfall der externen Versorgung weiterbetreibt.

Unterschiede zur Vorgängerversion

Technische Daten

^*Laden ist bei Akkutemperaturen von +5 bis +50 °C zulässig; Entladebetrieb bei −20 bis +60 °C.

Funktionsprinzip

WB-UPS v.3 enthält zwei Li-Ionen-Zellen, eine Ladeschaltung und einen Hochsetzsteller. Ein Mikrocontroller steuert die Wandler.

Eine Sicherung und ein Überwachungs-IC schützen den Akku vor Überladung, Tiefentladung und Überstrom. Hardwareschutz verhindert Laden unter dem Gefrierpunkt und schützt vor Überhitzung. Eine Balancerschaltung gleicht die Zellspannungen aus.

Gemessene und berechnete Parameter:

• Eingangsspannung* an Vin;
• Ausgangsspannung* an Vout;
• Akkuspannung;
• Akkustrom: positiv beim Laden, negativ beim Entladen;
• Lade-Eingangsstrom: aus Vin zum Laden des Akkus bezogener Strom;
• Laststrom bei Akkubetrieb;
• Akkuladezustand, geglättet und als Rohwert;
• Akkutemperatur.

*Die maximal messbare Spannung beträgt 25.6 V; höhere tatsächliche Spannungen werden als 25.6 V angezeigt.

Strom, der über die ideale Diode von Vin nach Vout fließt, wird nicht gemessen. Die Lastleistung kann nur im Akkubetrieb gemessen werden.

Verwenden Sie Modbus RTU über RS-485, um Messwerte und berechnete Werte zu lesen und Einstellungen sowie Betriebsarten zu ändern.

Betrieb mit externer Eingangsversorgung

Bei Versorgung an Vin leitet die ideale Diode nach Vout. Der Entlade-Hochsetzsteller bleibt in Betrieb und gewährleistet bei Ausfall der Eingangsspannung eine unterbrechungsfreie Lastversorgung.

Übersteigt die Eingangsspannung den konfigurierten Wandlerausgang um mehr als 0.6 V, ist der Akkuverbrauch vernachlässigbar, und die externe Versorgung speist die Last.

WB-UPS v.3 ist bei vorhandener externer Eingangsversorgung immer eingeschaltet.

Die Wandlerausgangsspannung wird automatisch oder manuell eingestellt.

Automatikmodus:

• der Wandlerausgang wird 0.7 V unter Vin eingestellt, innerhalb von 10–24.9 V;
• die Wandlereinstellung ändert sich 10 Sekunden nach einer Änderung der Eingangsspannung. Fällt Vin, versorgt der Akku während dieser ersten 10 Sekunden die Last;
• unter 10 V Eingangsspannung bleibt die Ausgangseinstellung unverändert;
• bei 25.6 V Eingangsspannung oder höher wird der Ausgang auf 24.9 V eingestellt, da WB-UPS v.3 keine Spannungen über 25.6 V messen kann.

Manueller Modus:

• der Hochsetzsteller erzeugt die konfigurierte Spannung unabhängig von Vin;
• übersteigt die Eingangsspannung diese Einstellung, wird sie direkt über die Diode zum Ausgang durchgeleitet und umgeht den Wandler. Die Ausgangsspannung kann daher nicht niedriger als die Eingangsspannung sein;
• fällt die Eingangsspannung unter die Einstellung:
  • versorgt der Akku die Last und entlädt sich;
  • stoppt die Akkuladung;
  • nach Entladung des Akkus schaltet der Hochsetzsteller ab, und die Ausgangsspannung entspricht der Eingangsspannung.
• wählen Sie eine Ausgangseinstellung mindestens 0.7 V unter der externen Versorgungsspannung;
• die Ausgangsspannung kann im Akkubetrieb sinken, wenn Parallelbetrieb aktiviert ist, wie standardmäßig vorgesehen. Deaktivieren Sie bei einer einzelnen USV den Parallelbetrieb für eine genauere Ausgangsspannung;
• aus Sicherheitsgründen wird eine neue Wandlerspannungseinstellung erst übernommen, wenn die Eingangsspannung 0.7 V darüber liegt. Bis dahin bleibt die vorherige Einstellung erhalten, oder 11.5 V unmittelbar nach dem Einschalten;
• Spannungsauswahlmodus und manueller Sollwert sind konfigurierbar; siehe Konfiguration, Registertabelle).

Akku laden

Die Ladung erfolgt nur, wenn alle Bedingungen erfüllt sind:

• Eingangsspannung vorhanden;
• kein Strom wird aus dem Akku entnommen: Die Eingangsspannung übersteigt die konfigurierte Ausgangsspannung;
• Akkutemperatur +5 bis +50 °C;
• Akkuspannung unter 8.1 V.

Zwei in Reihe geschaltete Li-Ionen-Zellen erreichen bei 8.4 V ihre Vollladung, das Modul lädt jedoch nur bis 8.1 V. Die Nutzung von weniger als der vollen Kapazität verlängert die Akkulebensdauer.

Der Standardladestrom beträgt 600 mA und kann in den Einstellungen geändert werden.

Eine vollständige Ladung dauert bis zu 4.5 Stunden.

Self-discharge and recharge

Im Gegensatz zu Bleiakkus dürfen Li-Ionen-Zellen nicht dauerhaft mit Erhaltungsladung geladen werden. Sobald die WB-UPS-Akkuspannung 8.1 V erreicht und der Ladestrom unter 100 mA fällt, wird die Ladung beendet.

Auch bei vorhandener Eingangsversorgung entladen interne Schaltungen den Akku langsam mit etwa 250 µA. Spannung und Ladezustand sinken daher allmählich um etwa 2% pro Woche. Unter 7.8 V beginnt die Ladung erneut, lädt den Akku vollständig und endet anschließend wieder. Über mehrere Monate kann die Ladezustandskurve zwischen etwa 85% und 100% schwanken.

Dies ist normal. Selbstentladung lässt sich nicht vermeiden, und die Nachladeschwelle reduziert die Häufigkeit der Ladezyklen zur Verlängerung der Akkulebensdauer.

Akkubetrieb

Bei Ausfall der Eingangsversorgung wechselt das Gerät in den Akkubetrieb. Die Ausgangsspannung beträgt:

• im Automatikmodus 0.7 V weniger als die 10 Sekunden vor dem Versorgungsausfall erfasste Eingangsspannung;
• im manuellen Modus den konfigurierten Wert.

Wenn Parallelbetrieb aktiviert ist, wie standardmäßig vorgesehen, kann die Ausgangsspannung sinken. Deaktivieren Sie bei einer einzelnen USV den Parallelbetrieb für höhere Ausgangsspannungsgenauigkeit, besonders bei manuellem Sollwert.

Im Akkubetrieb liefert der Wandler 15 W dauerhaft und kurzzeitig bis zu 20 W. Eine Überschreitung der Akkuleistungsgrenze lässt die Ausgangsspannung sinken.

Bauteile und Zellen erwärmen sich im Akkubetrieb proportional zur Lastleistung. Oberhalb von 60 °C Akkutemperatur wird der Ausgang deaktiviert, bis der Akku abgekühlt ist.

Halten Sie bei Lasten nahe der Nennleistung von 15 W die Umgebungstemperatur bei höchstens 30 °C; andernfalls kann Akkuübertemperatur die Last abschalten, bevor die Kapazität erschöpft ist. Verringern Sie die Lastleistung für dauerhaften Akkubetrieb bei höheren Umgebungstemperaturen.

Load control during battery operation

Verwenden Sie Load control in backup power mode, um die Last im Akkubetrieb zu trennen/wieder zuzuschalten. Zeitweiser Betrieb, beispielsweise nur während Messungen, kann die Systemlaufzeit verlängern.

Bei vorhandener Eingangsspannung hat dieses Register keine Wirkung: Die Versorgung fließt über die Diode von Vin nach Vout.

Wird der Controller von derselben WB-UPS v.3 versorgt, schaltet das Trennen der Last auch den Controller aus.

Transportmodus

Nach der Werksprüfung wird WB-UPS v.3 in den Transportmodus versetzt:

• der Akku wird von Verbrauchern getrennt;
• lange Lagerung ist mit minimaler Entladung von etwa 70 µA möglich;
• die Fronttaste kann das Gerät nicht einschalten.

Legen Sie Versorgung an Vin an, um den Transportmodus zu verlassen und in den Normalbetrieb zu wechseln.

Aktivieren Sie den Transportmodus über die versenkte Taste in der Öffnung der Seitenabdeckung neben Shipping mode, nur wenn an Vin keine Versorgung anliegt. Dies wird für längere spannungslose Lagerung empfohlen, beispielsweise in einem fertig montierten Schaltschrank vor dem Versand.

Schutzmechanismen

18650-Li-Ionen-Zellen sind bei sachgerechter Handhabung sicher: Vermeiden Sie Laden/Entladen eines überhitzten Akkus, übermäßige Ströme einschließlich Kurzschlüssen, Überladung und starke mechanische Stöße oder Beschädigungen des Zellgehäuses. Vermeiden Sie Laden unter null Grad und Tiefentladung, um die Zelllebensdauer zu verlängern.

WB-UPS v.3 enthält:

• eine multifunktionale Li-Ionen-Schutzschaltung VOLTAGE & CURRENT PROTECT, die den Akku bei Überspannung, Unterspannung, übermäßigem Lade-/Entladestrom oder Kurzschluss trennt. Sie setzt außerdem den Transportmodus um;
• eine steuerbare Sicherung SCP, die bei übermäßigem Strom wie eine gewöhnliche Sicherung öffnet und einen Heater-Eingang besitzt. Eine zusätzliche unabhängige Schaltung BALANCE & PROTECT kann diesen Eingang auslösen, um die Sicherung dauerhaft zu öffnen, wenn eine der Zellspannungen ihre Grenze überschreitet;
• eine Zell-Balancerschaltung BALANCE & PROTECT, die den Ladezustand ausgleicht und verhindert, dass eine Zelle überladen wird, während die andere entladen bleibt;

• zweifache Ladespannungskontrolle: softwareseitig durch den Mikrocontroller und hardwareseitig durch ein eigenes IC;
• hardwareseitige Grenzen für Lade-/Entladestrom;
• zweifache software- und hardwareseitige Temperaturüberwachung, die Entladen über +60 °C oder unter −20 °C sowie Laden über +50 °C oder unter +5 °C verhindert.

Bedientaste und Anzeige

Die Taste auf der Frontabdeckung schaltet das Modul ein/aus und zeigt seinen Zustand an. Die Taste kann das Modul nur ausschalten, wenn keine externe Versorgung vorhanden ist. Bei Spannung an Vin ist das Modul immer eingeschaltet.

Die Tastenbeleuchtung zeigt an:

Das Modbus-Register stellen Tastenzustand und Zähler für vier Standard-Tastendruckarten bereit: kurz, lang, doppelt kurz sowie kurz gefolgt von lang. Dadurch kann die Taste als zusätzliches Bedienelement dienen.

Ohne externe Versorgung schaltet ein langer Tastendruck das Gerät aus. Andere Tastendruckarten sind nicht eingeschränkt.

Mehrere WB-UPS v.3 parallel anschließen

Teilen Sie eine leistungsstarke Last möglichst in Gruppen von höchstens 15 W auf und verwenden Sie für jede eine separate WB-UPS v.3. Ist dies nicht möglich, beispielsweise weil eine einzelne Last 15 W überschreitet oder sich im Betrieb ändert, oder wird eine längere Laufzeit benötigt, können mehrere WB-UPS v.3 parallel betrieben werden.

Die Parallelschaltung der Ausgänge kombiniert ihre Leistungsfähigkeit und Akkuenergie.

Parallelbetrieb ist standardmäßig aktiviert. Die Geräte teilen die Last selbstständig auf: Bei steigendem Leistungsbedarf senkt jedes seinen Ausgangssollwert, um einen Teil der Last auf benachbarte Geräte zu übertragen.

Die Ausgangsspannung kann bei maximaler Last um bis zu 10% sinken.

Das Quellenbeispiel verwendet drei parallele WB-UPS v.3 für eine Nennlast von 35–40 W bei insgesamt 45 Wh Akkuenergie und gibt an, dass eine Last von 15 W mehr als drei Stunden betrieben werden kann.

Eine vollkommen gleiche Lastaufteilung ist wegen Leitungswiderständen und Spannungseinstelltoleranzen nicht möglich. Für eine optimale Nutzung der Akkukapazität:

• wählen Sie den manuellen Spannungsmodus und an jedem parallelen Gerät dieselbe Ausgangsspannung;
• verwenden Sie sternförmige Verdrahtung: eine separate Leitung von jeder USV zur Last oder zu einem gemeinsamen Klemmenblock, der die Lasten versorgt;
• verwenden Sie gleiche Leiterquerschnitte und -längen, um Widerstandsunterschiede zu minimieren;
• planen Sie 2–3 W Leistungsreserve je WB-UPS v.3 ein.

Ohne Reserve, beispielsweise bei 45 W Last an drei Geräten, kann eine USV ihre Nennleistung überschreiten und sich stärker erwärmen, was zu vorzeitigem thermischem Abschalten führt.

Installation

Montieren Sie das Gerät auf einer standardmäßigen 35-mm-Hutschiene.

Vermeiden Sie Überhitzung: Installieren Sie das Modul nicht neben heißen Bauteilen wie Schützen. Lassen Sie zur Kühlung etwa 1 cm Abstand zu benachbarten Geräten, beispielsweise mithilfe eines Hutschienen-Endhalters.

Der Schaltplan zeigt eine über WB-UPS versorgte Last. Verbinden Sie die Hauptversorgung mit Vin und GND und die gepufferte Last mit Vout und GND.

Weboberfläche des Wiren Board-Controllers

Vorlage auswählen

Damit das Gerät auf der Registerkarte Devices in der Weboberfläche des Wiren-Board-Controllers erscheint, fügen Sie es automatisch über die Suche nach Wiren-Board-Geräten an RS-485 oder manuell durch Auswahl der Vorlage WB-UPS v.3.

Falls die Vorlage fehlt oder die Geräteansicht von diesem Beispiel abweicht, aktualisieren Sie Geräte-Firmware und die Controller-Software.

Gerät steuern und Werte anzeigen

Über die Weboberfläche können Sie die Geräteausgänge steuern und Messwerte anzeigen. Um die angezeigten Kanäle zu ändern, bearbeiten Sie die Gerätekonfiguration in den Einstellungen des Treibers wb-mqtt-serial.

Die verfügbaren Bedienelemente hängen von der gewählten Betriebsart ab.

Konfiguration

Konfigurationsmöglichkeiten

1. Stellen Sie die Parameter in der Weboberfläche des Wiren Board-Controllers unter Settings → Configs → Serial devices driver configurationein. Falls diese Einträge nicht verfügbar sind, prüfen Sie Ihre Zugriffsebene.
2. Schreiben Sie die Einstellungen von der Controller-Konsole aus in die Modbus-Register des Moduls mithilfe des Dienstprogramms modbus-utils-rpc oder im modbus­_client.
3. Ohne Wiren Board-Controller verwenden Sie den Webkonfigurator für Wiren Board-Geräte oder andere Software; siehe Wiren Board-Modbus-Geräte ohne Controller verwenden. Sie benötigen einen Computer mit einem Schnittstellenkonverter: USB-RS485.

Unsere Geräte werden laufend verbessert. Falls in diesem Handbuch beschriebene Einstellungen fehlen, aktualisieren Sie die Geräte-Firmware und die Controller-Software.

Modbus-Betrieb

Wiren Board-Geräte verwenden Modbus RTU. Die physische Verbindung erfolgt über die RS-485.

-Schnittstelle. Alle wesentlichen Befehle zum Lesen und Schreiben eines oder mehrerer Register werden unterstützt. Die Liste finden Sie in der Beschreibung des Modbus-Protokolls.

Das Modul kann konfiguriert werden:

• in der Weboberfläche des Wiren Board-Controllers;
• mit dem Webkonfigurator für Wiren Board-Geräte;
• mit Software von Drittanbietern.

Standard-Porteinstellungen

In aktueller Firmware ist die Einstellung Stoppbits optional: Das Gerät funktioniert auch dann korrekt, wenn sich seine Anzahl der Stoppbits von der Einstellung des Modbus-Masters unterscheidet.

Für eine schnellere Reaktion empfehlen wir, die Baudrate auf 115200 bit/s zu erhöhen; siehe Einstellungen der Kommunikationsparameter

Modbus-Adresse

Jedes Gerät am Bus muss eine eindeutige Adresse von 1 bis 247 haben. Die werkseitig zugewiesene Adresse ist auf Etiketten am Gehäuse aufgedruckt (Deckel, Seite oder Unterseite). Geräten einer Produktionscharge werden unterschiedliche Adressen zugewiesen, sodass Geräte einer Bestellung üblicherweise verschiedene Adressen haben.

Anleitungen zum Ermitteln, Ändern oder Zurücksetzen der Adresse finden Sie unter Modbus-Adresse von Wiren Board-Geräten.

Fast Modbus-Erweiterung

Fast Modbus erweitert den Standard Modbus um die schnelle Erkennung von Wiren Board-Geräten an RS-485 und die Ereignisabfrage.

Diese Funktionen werden durch einen speziellen Befehl des Masters aktiviert, sodass Wiren Board-Geräte mit Geräten anderer Hersteller kompatibel bleiben.

Nicht jedes Register unterstützt die Erzeugung von Ereignissen. Prüfen Sie die Registertabelle: Ereignisfähige Register sind mit ⚡ gekennzeichnet. Siehe Fast Modbus.

Registertabelle

Registertabelle WB-UPS

Firmware-Aktualisierungen und Zurücksetzen der Einstellungen

Wiren Board-Geräte unterstützen Firmware-Aktualisierungen über Modbus. Damit lassen sich Fehler am Installationsort beheben und, soweit technisch möglich, neue Funktionen hinzufügen. Im Gerät gespeicherte Einstellungen bleiben bei einer Firmware-Aktualisierung erhalten.

Anleitungen:

• Firmware-Aktualisierung ()
• Einstellungen zurücksetzen
• Einstellungen der Verbindungsparameter
• Modbus-Adresse: ermitteln, zurücksetzen oder ändern
• Bootloader aktualisieren

Neue Firmware-Versionen sind im Firmware-Änderungsprotokoll.

Bekannte Probleme

Hardware-Probleme und Eigenschaften des WB-UPS v.3 , die im Betrieb festgestellt wurden.

Hardware-Revisionen

Revisionsverlauf

Geräteabbildungen und Zeichnungen

• 
  WB-UPS v.3-Leiterplatte
• 
  Akkupack
• 
  Untere Leiterplatte des WB-UPS v.3
• 
  Seitenansicht des WB-UPS v.3
• 
  Gesamtabmessungen

CorelDRAW 2018 (Schriftart: Ubuntu): Datei: WB-Library.cdr.zip

Visio:

1. Wiren Board-Geräte: Datei: WB-Visio-Lib.zip.
2. Gehäuse, Leitungsschutzschalter, Schütze und weitere Symbole von Drittanbietern.

SVG: Datei: WB-Library.svg.zip

Maßzeichnung des Moduls (DXF): Datei: WB-UPSv3.dxf.zip

Maßzeichnung des Moduls (PDF): Datei: WB-UPSv3.pdf

Schaltzeichenbibliothek für AutoCAD Electrical: Datei: Wirenboard-AE-base.zip