WB-UPS v.3

Esta página describe el WB-UPS v.3 más reciente; para la versión anterior, consulte WB-UPS v.2.

Esta página describe la revisión de hardware más reciente con el último firmware estable. Si su dispositivo utiliza un firmware anterior, actualícelo cuando sea posible (consulte Actualización del firmware).

• historial de revisiones de hardware;
• historial de cambios del firmware.

Finalidad

WB-UPS v.3 es un módulo de alimentación ininterrumpida de iones de litio que mantiene en funcionamiento un controlador, los módulos conectados y otras cargas cuando falla la alimentación externa.

Diferencias respecto a la versión anterior

Especificaciones técnicas

^*Se permite cargar con temperaturas de la batería de +5 a +50 °C; el funcionamiento en descarga de la batería se permite de −20 a +60 °C.

Principio de funcionamiento

WB-UPS v.3 contiene dos celdas de iones de litio, un circuito de carga y un convertidor elevador. Un microcontrolador controla los convertidores.

Un fusible y un circuito integrado supervisor protegen la batería contra sobrecarga, descarga excesiva y sobrecorriente. La protección por hardware impide la carga por debajo de cero grados y protege contra el sobrecalentamiento. Un circuito de equilibrado iguala las tensiones de las celdas.

Parámetros medidos y calculados:

• Tensión de entrada* en Vin;
• Tensión de salida* en Vout;
• Tensión de la batería;
• Corriente de la batería: positiva durante la carga, negativa durante la descarga;
• Corriente de entrada de carga: corriente tomada de Vin para cargar la batería;
• Corriente de carga durante la alimentación por batería;
• Estado de carga de la batería, suavizado y sin procesar;
• Temperatura de la batería.

*La tensión máxima medible es de 25.6 V; las tensiones reales superiores se muestran como 25.6 V.

La corriente que pasa de Vin a Vout a través del diodo ideal no se mide. La potencia de la carga solo puede medirse durante el funcionamiento con batería.

Utilice Modbus RTU sobre RS-485 para leer las mediciones y los valores calculados, y cambiar los ajustes y los modos de funcionamiento.

Funcionamiento con alimentación de entrada externa

Con alimentación en Vin, el diodo ideal conduce hacia Vout. El convertidor elevador de descarga sigue funcionando y garantiza una alimentación ininterrumpida de la carga cuando desaparece la tensión de entrada.

Si la tensión de entrada supera en más de 0.6 V la salida configurada del convertidor, el consumo de la batería es insignificante y la fuente externa alimenta la carga.

WB-UPS v.3 está siempre encendido mientras haya alimentación externa de entrada.

La tensión de salida del convertidor se ajusta automática o manualmente.

Modo automático:

• la salida del convertidor se establece 0.7 V por debajo de Vin, dentro del rango de 10–24.9 V;
• el ajuste del convertidor cambia 10 segundos después de que cambie la tensión de entrada. Si Vin desciende, la batería alimenta la carga durante esos primeros 10 segundos;
• con una entrada inferior a 10 V, el ajuste de salida permanece sin cambios;
• con una entrada de 25.6 V o más, la salida se establece en 24.9 V, porque WB-UPS v.3 no puede medir por encima de 25.6 V.

Modo manual:

• el convertidor elevador produce la tensión configurada independientemente de Vin;
• si la tensión de entrada supera ese ajuste, pasa directamente a la salida a través del diodo, sin pasar por el convertidor. Por lo tanto, la tensión de salida no puede ser inferior a la tensión de entrada;
• si la tensión de entrada cae por debajo del ajuste:
  • la batería alimenta la carga y se descarga;
  • se detiene la carga de la batería;
  • cuando la batería se descarga, el convertidor elevador se apaga y la tensión de salida es igual a la de entrada.
• seleccione una tensión de salida al menos 0.7 V inferior a la tensión de la fuente externa;
• la tensión de salida puede disminuir durante el funcionamiento con batería si funcionamiento en paralelo está activado, como ocurre de forma predeterminada. Para un único UPS, desactive el funcionamiento en paralelo para obtener una tensión de salida más precisa;
• por seguridad, un nuevo ajuste de tensión del convertidor solo se aplica cuando la tensión de entrada está 0.7 V por encima de él. Hasta entonces se mantiene el ajuste anterior, o 11.5 V inmediatamente después del encendido;
• el modo de selección de tensión y la consigna manual son configurables; consulte Configuración, Mapa de registros).

Carga de la batería

La carga solo se realiza cuando se cumplen todas las condiciones:

• hay tensión de entrada;
• no se extrae corriente de la batería: la tensión de entrada supera la tensión de salida configurada;
• la temperatura de la batería está entre +5 y +50 °C;
• la tensión de la batería es inferior a 8.1 V.

Dos celdas de ion-litio en serie alcanzan la carga completa a 8.4 V, pero el módulo solo carga hasta 8.1 V. Utilizar menos de la capacidad completa prolonga la vida útil de la batería.

La corriente de carga predeterminada es de 600 mA y se puede cambiar en los ajustes.

Una carga completa tarda hasta 4.5 horas.

Self-discharge and recharge

A diferencia de las baterías de plomo-ácido, las celdas de iones de litio no deben recibir una carga de mantenimiento continua. Cuando la tensión de la batería de WB-UPS alcanza 8.1 V y la corriente de carga cae por debajo de 100 mA, la carga se detiene.

Incluso cuando hay alimentación de entrada, los circuitos internos descargan lentamente la batería a aproximadamente 250 µA. Por ello, la tensión y el estado de carga disminuyen gradualmente, aproximadamente un 2% por semana. Por debajo de 7.8 V, la carga se reinicia, carga completamente la batería y vuelve a detenerse. Durante varios meses, la gráfica del estado de carga puede oscilar entre aproximadamente el 85% y el 100%.

Esto es normal. La autodescarga no puede eliminarse, y el umbral de recarga reduce la frecuencia de los ciclos de carga para prolongar la vida útil de la batería.

Funcionamiento con batería

Cuando desaparece la alimentación de entrada, el dispositivo cambia a funcionamiento por batería. La tensión de salida es:

• en modo automático, 0.7 V por debajo de la tensión de entrada registrada 10 segundos antes de perder la alimentación;
• en modo manual, el valor configurado.

Si funcionamiento en paralelo está activado, como ocurre de forma predeterminada, la tensión de salida puede disminuir. Para un único UPS, desactive el funcionamiento en paralelo para mejorar la precisión de la tensión de salida, especialmente con una consigna manual.

Con alimentación por batería, el convertidor suministra 15 W de forma continua y hasta 20 W brevemente. Superar el límite de potencia de la batería hace que disminuya la tensión de salida.

Los componentes y las celdas se calientan durante el funcionamiento con batería en proporción a la potencia de la carga. Si la temperatura de la batería supera 60 °C, la salida se desactiva hasta que la batería se enfría.

Para cargas cercanas a la potencia nominal de 15 W, mantenga la temperatura ambiente en 30 °C o menos; de lo contrario, la sobretemperatura de la batería puede desconectar la carga antes de que se agote la capacidad. Reduzca la potencia de carga para un funcionamiento prolongado con batería a temperaturas ambiente superiores.

Load control during battery operation

Utilice Load control in backup power mode para desconectar/reconectar la carga durante el funcionamiento con batería. El funcionamiento periódico, por ejemplo solo durante las mediciones, puede prolongar la autonomía del sistema.

Cuando hay tensión de entrada, este registro no tiene efecto: la alimentación pasa de Vin a Vout a través del diodo.

Si el controlador se alimenta del mismo WB-UPS v.3, desconectar la carga también apaga el controlador.

Modo de transporte

Tras las pruebas de fábrica, WB-UPS v.3 se pone en modo de transporte:

• la batería se desconecta de los consumidores;
• es posible almacenarlo durante mucho tiempo con un consumo mínimo, de aproximadamente 70 µA;
• el botón frontal no puede encender el dispositivo.

Aplique alimentación a Vin para salir del modo de transporte y pasar al funcionamiento normal.

Habilite el modo de transporte mediante el botón hundido, a través de la abertura de la tapa lateral situada junto a Shipping mode, solo cuando no hay alimentación en Vin. Esto se recomienda para un almacenamiento prolongado sin alimentación, por ejemplo, en un cuadro montado pendiente de envío.

Mecanismos de protección

Las celdas de ion-litio 18650 son seguras si se manipulan correctamente: evite cargar o descargar una batería sobrecalentada, las corrientes excesivas, incluidos los cortocircuitos, la sobrecarga y los impactos mecánicos fuertes o daños en la carcasa de las celdas. Evite la carga a temperaturas bajo cero y la descarga profunda para prolongar la vida útil de las celdas.

El WB-UPS v.3 incluye:

• un circuito multifunción de protección de iones de litio, VOLTAGE & CURRENT PROTECT, que desconecta la batería en caso de sobretensión, subtensión, corriente excesiva de carga/descarga o cortocircuito. También implementa el modo de transporte;
• un fusible controlado, SCP, que se abre en caso de corriente excesiva como un fusible normal y tiene una entrada Heater. Un circuito independiente adicional BALANCE & PROTECT puede activar esa entrada para abrir permanentemente el fusible si la tensión de cualquiera de las celdas supera su límite;
• un circuito de equilibrado de celdas, BALANCE & PROTECT, que iguala la carga e impide sobrecargar una celda mientras la otra permanece descargada;

• control doble de la tensión de carga: por software mediante el microcontrolador y por hardware mediante un circuito integrado dedicado;
• límites de corriente de carga/descarga por hardware;
• supervisión de temperatura doble, por software y hardware, que impide la descarga por encima de +60 °C o por debajo de −20 °C y la carga por encima de +50 °C o por debajo de +5 °C.

Botón de control e indicaciones

El botón de la tapa frontal enciende/apaga el módulo e indica su estado. El botón solo puede apagar el módulo cuando no hay alimentación externa. Cuando hay tensión en Vin, el módulo está siempre encendido.

La iluminación del botón indica:

El Registros Modbus ofrecen el estado del botón y contadores para cuatro tipos de pulsación estándar: corta, larga, doble corta y corta seguida de larga, lo que permite utilizar el botón como un control adicional.

Sin alimentación externa, una pulsación larga apaga el dispositivo. Los demás tipos de pulsación no están restringidos.

Conexión de varios módulos WB-UPS v.3 en paralelo

Para una carga de alta potencia, es preferible dividirla en grupos de no más de 15 W y utilizar un WB-UPS v.3 independiente para cada uno. Si no es posible, por ejemplo porque una única carga supera 15 W o varía con el tiempo, o si se necesita más autonomía, varias unidades WB-UPS v.3 pueden funcionar en paralelo.

La conexión de las salidas en paralelo combina su capacidad de potencia y la energía de las baterías.

El funcionamiento en paralelo está habilitado de forma predeterminada. Las unidades comparten la carga de forma autónoma: cuando aumenta la demanda de potencia, cada una reduce su consigna de salida para transferir parte de la carga a las unidades vecinas.

La tensión de salida puede disminuir hasta un 10% con la carga máxima.

El ejemplo de la fuente utiliza tres unidades WB-UPS v.3 en paralelo para una carga nominal de 35–40 W, con 45 Wh de energía total de batería, e indica que una carga de 15 W puede funcionar durante más de tres horas.

Un reparto perfectamente equilibrado es imposible debido a la resistencia de los cables y a las tolerancias del ajuste de tensión. Para aprovechar al máximo la capacidad de la batería:

• seleccione el modo de tensión manual y la misma tensión de salida en todas las unidades conectadas en paralelo;
• utilice cableado en estrella: un cable independiente desde cada SAI a la carga o a un bornero común que alimente las cargas;
• utilice conductores de la misma sección y longitud para minimizar las diferencias de resistencia;
• reserve un margen de potencia de 2–3 W por cada WB-UPS v.3.

Sin margen, por ejemplo, con una carga de 45 W en tres unidades, un SAI puede superar su valor nominal y calentarse más, provocando una desconexión térmica prematura.

Instalación

Monte el dispositivo en un carril DIN estándar de 35 mm.

Evite el sobrecalentamiento: no lo instale junto a componentes calientes, como contactores. Deje aproximadamente 1 cm entre dispositivos vecinos para la refrigeración, por ejemplo mediante un tope de carril DIN.

El esquema muestra una carga alimentada a través del WB-UPS. Conecte la alimentación principal a Vin y GND y la carga respaldada a Vout y GND.

Interfaz web del controlador Wiren Board

Selección de una plantilla

Para mostrar el dispositivo en la pestaña Devices de la interfaz web del controlador Wiren Board, añádalo automáticamente mediante la búsqueda de dispositivos Wiren Board en RS-485 o manualmente, seleccionando la plantilla WB-UPS v.3.

Si falta la plantilla o la vista del dispositivo difiere de este ejemplo, actualice firmware del dispositivo y software del controlador.

Control del dispositivo y visualización de valores

La interfaz web permite controlar las salidas del dispositivo y consultar las lecturas. Para cambiar los canales mostrados, edite la configuración del dispositivo en ajustes del controlador wb-mqtt-serial.

Los controles disponibles dependen del modo seleccionado.

Configuración

Métodos de configuración

1. Configure los parámetros en la interfaz web del controlador Wiren Board, en Settings → Configs → Serial devices driver configuration. Si estos elementos no están disponibles, compruebe su nivel de acceso.
2. Escriba los ajustes en Registros Modbus del módulo desde la consola del controlador mediante la utilidad modbus-utils-rpc o modbus­_client.
3. Sin un controlador Wiren Board, utilice Configurador web de dispositivos Wiren Board o con otro software; consulte Uso de dispositivos Modbus de Wiren Board sin controlador. Necesitará un ordenador con un convertidor de interfaz: USB-RS485.

Nuestros dispositivos se mejoran continuamente. Si faltan ajustes descritos en este manual, actualice el firmware del dispositivo y el software del controlador.

Funcionamiento Modbus

Los dispositivos Wiren Board utilizan Modbus RTU. La conexión física utiliza el RS-485.

interfaz. Se admiten todas las órdenes principales de lectura y escritura de uno o varios registros. Consulte la lista en el Descripción del protocolo Modbus.

El módulo puede configurarse:

• en la interfaz web del controlador Wiren Board;
• mediante el Configurador web de dispositivos Wiren Board;
• mediante software de terceros.

Ajustes predeterminados del puerto

En el firmware actual, establecer Bits de parada es opcional: el dispositivo también funciona correctamente cuando su número de bits de parada difiere del ajuste del maestro Modbus.

Para una respuesta más rápida, recomendamos aumentar la velocidad en baudios a 115200 bit/s; consulte Ajustes de los parámetros de comunicación

Dirección Modbus

Cada dispositivo del bus debe tener una dirección única entre 1 y 247. La dirección asignada de fábrica está impresa en las etiquetas de la carcasa (tapa superior, lateral o parte inferior). A los dispositivos de un lote de producción se les asignan direcciones diferentes, por lo que los dispositivos de un mismo pedido suelen tener direcciones distintas.

Para obtener instrucciones sobre cómo buscar, cambiar o restablecer la dirección, consulte Dirección Modbus del dispositivo Wiren Board.

Extensión Fast Modbus

Fast Modbus amplía el Modbus estándar con detección rápida de dispositivos Wiren Board en RS-485 y consultas de eventos.

Estas funciones se activan mediante una orden especial del maestro, por lo que los dispositivos Wiren Board mantienen la compatibilidad con equipos de terceros.

No todos los registros admiten la generación de eventos. Compruebe el mapa de registros: los registros que admiten eventos están marcados con ⚡. Consulte Fast Modbus.

Mapa de registros

Mapa de registros del WB-UPS

Actualizaciones del firmware y restablecimiento de ajustes

Los dispositivos Wiren Board admiten actualizaciones de firmware mediante Modbus. Esto permite corregir errores en el lugar de instalación y, cuando resulta técnicamente posible, añadir nuevas funciones. Los ajustes almacenados en el dispositivo se conservan durante la actualización del firmware.

Instrucciones:

• Actualización del firmware ()
• Restablecimiento de ajustes
• Ajustes de los parámetros de conexión
• Dirección Modbus: buscar, restablecer o cambiar
• Actualización del gestor de arranque

Las nuevas versiones del firmware se enumeran en el historial de cambios del firmware.

Problemas conocidos

Problemas y características del hardware de WB-UPS v.3 identificados durante el funcionamiento.

Revisiones de hardware

Historial de revisiones

Imágenes y planos del dispositivo

• 
  Placa de circuito impreso del WB-UPS v.3
• 
  Paquete de baterías
• 
  Placa de circuito impreso inferior del WB-UPS v.3
• 
  Vista lateral del WB-UPS v.3
• 
  Dimensiones totales

CorelDRAW 2018 (fuente: Ubuntu): Archivo: WB-Library.cdr.zip

Visio:

1. Dispositivos Wiren Board: Archivo: WB-Visio-Lib.zip.
2. Carcasas, interruptores automáticos, contactores y otros símbolos de terceros.

SVG: Archivo: WB-Library.svg.zip

Plano de dimensiones del módulo (DXF): Archivo: WB-UPSv3.dxf.zip

Plano de dimensiones del módulo (PDF): Archivo: WB-UPSv3.pdf

Biblioteca de símbolos esquemáticos para AutoCAD Electrical: Archivo: Wirenboard-AE-base.zip