WB-UPS v.3

Questa pagina descrive il più recente WB-UPS v.3; per la versione precedente, vedere WB-UPS v.2.

Questa pagina descrive la revisione hardware più recente con l'ultimo firmware stabile. Se il dispositivo utilizza un firmware precedente, aggiornarlo quando possibile (vedere Aggiornamento del firmware).

• cronologia delle revisioni hardware;
• registro delle modifiche del firmware.

Descrizione

WB-UPS v.3 è un modulo di alimentazione ininterrotta agli ioni di litio che mantiene in funzione un controllore, i moduli collegati e altri carichi quando viene a mancare l'alimentazione esterna.

Differenze rispetto alla versione precedente

Caratteristiche tecniche

^*La carica è consentita a temperature della batteria da +5 a +50 °C; il funzionamento in scarica da −20 a +60 °C.

Principio di funzionamento

WB-UPS v.3 contiene due celle agli ioni di litio, un circuito di carica e un convertitore elevatore. Un microcontrollore controlla i convertitori.

Un fusibile e un circuito integrato di supervisione proteggono la batteria da sovraccarica, scarica eccessiva e sovracorrente. La protezione hardware impedisce la carica a temperature sotto zero e protegge dal surriscaldamento. Un circuito di bilanciamento equalizza le tensioni delle celle.

Parametri misurati e calcolati:

• Tensione di ingresso* su Vin;
• Tensione di uscita* su Vout;
• Tensione della batteria;
• Corrente della batteria: positiva durante la carica, negativa durante la scarica;
• Corrente di ingresso per la carica: corrente prelevata da Vin per caricare la batteria;
• Corrente del carico durante l'alimentazione a batteria;
• Stato di carica della batteria, filtrato e grezzo;
• Temperatura della batteria.

*La tensione massima misurabile è 25.6 V; tensioni effettive superiori vengono visualizzate come 25.6 V.

La corrente che passa da Vin a Vout attraverso il diodo ideale non viene misurata. La potenza del carico può essere misurata soltanto durante il funzionamento a batteria.

Utilizzare Modbus RTU su RS-485 per leggere misure e valori calcolati e modificare impostazioni e modalità operative.

Funzionamento con alimentazione di ingresso esterna

Con alimentazione su Vin, il diodo ideale conduce verso Vout. Il convertitore elevatore di scarica rimane in funzione, garantendo l'alimentazione ininterrotta del carico quando scompare la tensione di ingresso.

Se la tensione di ingresso supera di oltre 0.6 V l'uscita configurata del convertitore, il consumo della batteria è trascurabile e l'alimentatore esterno alimenta il carico.

WB-UPS v.3 è sempre acceso quando è presente l'alimentazione di ingresso esterna.

La tensione di uscita del convertitore viene impostata automaticamente o manualmente.

Modalità automatica:

• l'uscita del convertitore viene impostata a 0.7 V sotto Vin, entro l'intervallo 10–24.9 V;
• l'impostazione del convertitore cambia 10 secondi dopo una variazione della tensione di ingresso. Se Vin diminuisce, la batteria alimenta il carico per quei primi 10 secondi;
• al di sotto di 10 V in ingresso, l'impostazione dell'uscita rimane invariata;
• a 25.6 V in ingresso o oltre, l'uscita viene impostata a 24.9 V, perché WB-UPS v.3 non può misurare oltre 25.6 V.

Modalità manuale:

• il convertitore elevatore produce la tensione configurata indipendentemente da Vin;
• se la tensione di ingresso supera tale impostazione, passa direttamente attraverso il diodo all'uscita, bypassando il convertitore. La tensione di uscita non può quindi essere inferiore alla tensione di ingresso;
• se la tensione di ingresso scende sotto l'impostazione:
  • la batteria alimenta il carico e si scarica;
  • la carica della batteria si interrompe;
  • dopo la scarica della batteria, il convertitore elevatore si spegne e la tensione di uscita è uguale a quella di ingresso.
• selezionare un'impostazione di uscita almeno 0.7 V inferiore alla tensione dell'alimentatore esterno;
• la tensione di uscita può diminuire durante il funzionamento a batteria se il funzionamento in parallelo è abilitato, come previsto dall'impostazione predefinita. Per un singolo UPS, disabilitare il funzionamento in parallelo per una tensione di uscita più precisa;
• per sicurezza, una nuova impostazione della tensione del convertitore viene applicata soltanto quando la tensione di ingresso la supera di 0.7 V. Fino ad allora resta l'impostazione precedente, oppure 11.5 V subito dopo l'accensione;
• la modalità di selezione della tensione e il valore impostato manualmente sono configurabili; vedere Configurazione, Mappa dei registri).

Carica della batteria

La carica avviene soltanto quando sono soddisfatte tutte le condizioni:

• è presente la tensione di ingresso;
• non viene prelevata corrente dalla batteria: la tensione di ingresso supera la tensione di uscita configurata;
• la temperatura della batteria è compresa tra +5 e +50 °C;
• la tensione della batteria è inferiore a 8.1 V.

Due celle agli ioni di litio in serie raggiungono la carica completa a 8.4 V, ma il modulo carica soltanto fino a 8.1 V. Utilizzare meno della piena capacità prolunga la durata della batteria.

La corrente di carica predefinita è di 600 mA e può essere modificata nelle impostazioni.

Una carica completa richiede fino a 4.5 ore.

Self-discharge and recharge

A differenza delle batterie al piombo, le celle agli ioni di litio non devono essere sottoposte continuamente a carica di mantenimento. Quando la tensione della batteria WB-UPS raggiunge 8.1 V e la corrente di carica scende sotto 100 mA, la carica si interrompe.

Anche in presenza dell'alimentazione di ingresso, i circuiti interni scaricano lentamente la batteria con circa 250 µA. La tensione e lo stato di carica diminuiscono quindi gradualmente, di circa il 2% a settimana. Sotto 7.8 V, la carica riprende, carica completamente la batteria e poi si interrompe di nuovo. Nell'arco di diversi mesi, il grafico dello stato di carica può oscillare tra circa l'85% e il 100%.

Questo comportamento è normale. L'autoscarica non può essere eliminata e la soglia di ricarica riduce la frequenza dei cicli di carica per prolungare la durata della batteria.

Funzionamento a batteria

Quando scompare l'alimentazione di ingresso, il dispositivo passa al funzionamento a batteria. La tensione di uscita è:

• in modalità automatica, 0.7 V inferiore alla tensione di ingresso registrata 10 secondi prima della perdita di alimentazione;
• in modalità manuale, il valore configurato.

Se funzionamento in parallelo è abilitato, come previsto dall'impostazione predefinita, la tensione di uscita può diminuire. Per un singolo UPS, disabilitare il funzionamento in parallelo per una migliore precisione della tensione di uscita, soprattutto con un valore impostato manualmente.

Con alimentazione a batteria, il convertitore fornisce 15 W in modo continuo e fino a 20 W per brevi periodi. Il superamento del limite di potenza a batteria provoca una diminuzione della tensione di uscita.

Durante il funzionamento a batteria, i componenti e le celle si riscaldano in proporzione alla potenza del carico. Oltre i 60 °C di temperatura della batteria, l'uscita viene disabilitata fino al raffreddamento della batteria.

Per carichi vicini alla potenza nominale di 15 W, mantenere la temperatura ambiente a 30 °C o meno; altrimenti la sovratemperatura della batteria può scollegare il carico prima dell'esaurimento della capacità. Ridurre la potenza del carico per un funzionamento prolungato a batteria a temperature ambiente maggiori.

Load control during battery operation

Utilizzare Load control in backup power mode per scollegare/ricollegare il carico durante l'alimentazione a batteria. Il funzionamento periodico, ad esempio soltanto durante le misure, può prolungare l'autonomia del sistema.

In presenza della tensione di ingresso, questo registro non ha effetto: l'alimentazione passa da Vin a Vout attraverso il diodo.

Se il controllore è alimentato dallo stesso WB-UPS v.3, scollegando il carico si spegne anche il controllore.

Modalità di trasporto

Dopo i test di fabbrica, WB-UPS v.3 viene posto in modalità di trasporto:

• la batteria è scollegata dalle utenze;
• è possibile una lunga conservazione con un assorbimento minimo, circa 70 µA;
• il pulsante anteriore non può accendere il dispositivo.

Applicare alimentazione a Vin per uscire dalla modalità di trasporto e passare al funzionamento normale.

Abilitare la modalità di trasporto utilizzando il pulsante incassato attraverso l'apertura del coperchio laterale accanto a Shipping mode, soltanto in assenza di alimentazione su Vin. Questa operazione è consigliata per lunghi periodi di conservazione senza alimentazione, ad esempio in un quadro assemblato in attesa della spedizione.

Meccanismi di protezione

Le celle agli ioni di litio 18650 sono sicure se trattate correttamente: evitare di caricare/scaricare una batteria surriscaldata, correnti eccessive inclusi i cortocircuiti, sovraccarica e forti urti meccanici o danni all'involucro delle celle. Evitare la carica sotto zero e la scarica profonda per prolungare la durata delle celle.

WB-UPS v.3 include:

• un circuito multifunzione di protezione agli ioni di litio, VOLTAGE & CURRENT PROTECT, che scollega la batteria in caso di sovratensione, sottotensione, corrente di carica/scarica eccessiva o cortocircuito. Implementa anche la modalità di trasporto;
• un fusibile comandato, SCP, che si apre in caso di corrente eccessiva come un normale fusibile e dispone di un ingresso Heater. Un circuito aggiuntivo indipendente BALANCE & PROTECT può attivare tale ingresso per aprire definitivamente il fusibile se la tensione di una delle celle supera il proprio limite;
• un circuito di bilanciamento delle celle, BALANCE & PROTECT, che equalizza la carica e impedisce la sovraccarica di una cella mentre l'altra resta scarica;

• controllo doppio della tensione di carica: software tramite il microcontrollore e hardware tramite un circuito integrato dedicato;
• limiti hardware della corrente di carica/scarica;
• monitoraggio doppio software/hardware della temperatura, che impedisce la scarica sopra +60 °C o sotto −20 °C e la carica sopra +50 °C o sotto +5 °C.

Pulsante di controllo e segnalazione

Il pulsante sul coperchio anteriore accende/spegne il modulo e ne indica lo stato. Il pulsante può spegnere il modulo soltanto in assenza di alimentazione esterna. Con tensione su Vin, il modulo è sempre acceso.

L'illuminazione del pulsante indica:

Il registri Modbus espongono lo stato del pulsante e i contatori per quattro tipi standard di pressione: breve, lunga, doppia breve e breve seguita da lunga, consentendo di utilizzare il pulsante come comando aggiuntivo.

Senza alimentazione esterna, una pressione lunga spegne il dispositivo. Gli altri tipi di pressione non hanno restrizioni.

Collegamento di più moduli WB-UPS v.3 in parallelo

Per un carico di potenza elevata, è preferibile suddividerlo in gruppi da non più di 15 W e utilizzare un WB-UPS v.3 separato per ciascun gruppo. Se ciò non è possibile, ad esempio se un singolo carico supera 15 W o varia nel tempo, oppure se è necessaria una maggiore autonomia, più unità WB-UPS v.3 possono funzionare in parallelo.

Il collegamento delle uscite in parallelo combina la loro capacità di erogazione di potenza e l'energia delle batterie.

Il funzionamento in parallelo è abilitato per impostazione predefinita. Le unità si ripartiscono il carico autonomamente: all'aumentare della potenza richiesta, ciascuna riduce il proprio valore di uscita impostato per trasferire parte del carico alle unità vicine.

La tensione di uscita può diminuire fino al 10% al carico massimo.

L'esempio della fonte utilizza tre unità WB-UPS v.3 in parallelo per un carico nominale di 35–40 W, con energia totale delle batterie di 45 Wh, e indica che un carico da 15 W può funzionare per più di tre ore.

Una ripartizione perfettamente uguale è impossibile a causa della resistenza dei fili e delle tolleranze di impostazione della tensione. Per sfruttare al meglio la capacità delle batterie:

• selezionare la modalità manuale della tensione e la stessa tensione di uscita su tutte le unità in parallelo;
• utilizzare un cablaggio a stella: un collegamento separato da ogni UPS al carico o a una morsettiera comune che alimenta i carichi;
• utilizzare conduttori di uguale sezione e lunghezza per ridurre al minimo le differenze di resistenza;
• prevedere un margine di potenza di 2–3 W per ogni WB-UPS v.3.

Senza margine, ad esempio con un carico da 45 W su tre unità, un UPS può superare la propria potenza nominale e riscaldarsi maggiormente, causando un arresto termico prematuro.

Installazione

Montare il dispositivo su una guida DIN standard da 35 mm.

Evitare il surriscaldamento: non installare accanto a componenti caldi come i contattori. Lasciare circa 1 cm tra i dispositivi adiacenti per il raffreddamento, ad esempio utilizzando un fermo per guida DIN.

Lo schema mostra un carico alimentato tramite WB-UPS. Collegare l'alimentazione principale a Vin e GND e il carico da mantenere alimentato a Vout e GND.

Interfaccia web del controllore Wiren Board

Selezione di un modello

Per visualizzare il dispositivo nella scheda Devices dell’interfaccia web del controllore Wiren Board, aggiungerlo automaticamente tramite la ricerca dei dispositivi Wiren Board su RS-485 oppure manualmente selezionando il modello WB-UPS v.3.

Se il modello non è presente o la visualizzazione del dispositivo differisce da questo esempio, aggiornare firmware del dispositivo e software del controllore.

Controllo del dispositivo e visualizzazione dei valori

L'interfaccia web consente di controllare le uscite del dispositivo e visualizzare le letture. Per modificare i canali visualizzati, modificare la configurazione del dispositivo nelle impostazioni del driver wb-mqtt-serial.

I comandi disponibili dipendono dalla modalità selezionata.

Configurazione

Metodi di configurazione

1. Impostare i parametri nell'interfaccia web del controllore Wiren Board in Settings → Configs → Serial devices driver configuration. Se queste voci non sono disponibili, verificare il livello di accesso.
2. Scrivere le impostazioni nei registri Modbus del modulo dalla console del controllore utilizzando l'utilità modbus-utils-rpc o modbus­_client.
3. Senza un controllore Wiren Board, utilizzare il configuratore web dei dispositivi Wiren Board o altro software; vedere Utilizzo dei dispositivi Modbus Wiren Board senza controllore. È necessario un computer con un convertitore di interfaccia: USB-RS485.

I nostri dispositivi vengono costantemente migliorati. Se mancano impostazioni descritte in questo manuale, aggiornare il firmware del dispositivo e il software del controllore.

Funzionamento Modbus

I dispositivi Wiren Board utilizzano Modbus RTU. Il collegamento fisico utilizza l'interfaccia RS-485.

. Sono supportati tutti i principali comandi per la lettura e la scrittura di uno o più registri. Vedere l'elenco nella descrizione del protocollo Modbus.

Il modulo può essere configurato:

• nell'interfaccia web del controllore Wiren Board;
• utilizzando il configuratore web dei dispositivi Wiren Board;
• utilizzando software di terze parti.

Impostazioni predefinite della porta

Nel firmware attuale, l'impostazione di Bit di stop è facoltativa: il dispositivo funziona correttamente anche quando il suo numero di bit di stop differisce dall'impostazione del master Modbus.

Per una risposta più rapida, si consiglia di aumentare la velocità di trasmissione a 115200 bit/s; vedere Impostazioni dei parametri di comunicazione

Indirizzo Modbus

Ogni dispositivo sul bus deve avere un indirizzo univoco da 1 a 247. L'indirizzo assegnato in fabbrica è stampato sulle etichette dell'involucro (coperchio superiore, lato o parte inferiore). Ai dispositivi di un lotto di produzione vengono assegnati indirizzi diversi, quindi i dispositivi di uno stesso ordine hanno generalmente indirizzi diversi.

Per istruzioni su come trovare, modificare o ripristinare l'indirizzo, vedere Indirizzo Modbus dei dispositivi Wiren Board.

Estensione Fast Modbus

Fast Modbus estende il Modbus standard con il rilevamento rapido dei dispositivi Wiren Board su RS-485 e l'interrogazione degli eventi.

Queste funzioni vengono abilitate da un comando speciale del master, quindi i dispositivi Wiren Board rimangono compatibili con apparecchiature di terze parti.

Non tutti i registri supportano la generazione di eventi. Controllare la mappa dei registri: quelli che supportano gli eventi sono contrassegnati con ⚡. Vedere Fast Modbus.

Mappa dei registri

Mappa dei registri del WB-UPS

Aggiornamenti del firmware e ripristino delle impostazioni

I dispositivi Wiren Board supportano gli aggiornamenti del firmware tramite Modbus. Ciò consente di correggere errori sul luogo di installazione e, ove tecnicamente possibile, di aggiungere nuove funzioni. Le impostazioni memorizzate nel dispositivo vengono mantenute durante un aggiornamento del firmware.

Istruzioni:

• Aggiornamento del firmware ()
• Ripristino delle impostazioni
• Impostazioni dei parametri di collegamento
• Indirizzo Modbus: ricerca, ripristino o modifica
• Aggiornamento del bootloader

Le nuove versioni del firmware sono elencate nel registro delle modifiche del firmware.

Problemi noti

Problemi e caratteristiche hardware del WB-UPS v.3 identificati durante il funzionamento.

Revisioni hardware

Cronologia delle revisioni

Immagini e disegni del dispositivo

• 
  Scheda del WB-UPS v.3
• 
  Pacco batteria
• 
  Scheda inferiore del WB-UPS v.3
• 
  Vista laterale del WB-UPS v.3
• 
  Dimensioni complessive

CorelDRAW 2018 (carattere: Ubuntu): File: WB-Library.cdr.zip

Visio:

1. Dispositivi Wiren Board: File: WB-Visio-Lib.zip.
2. Involucri, interruttori automatici, contattori e altri simboli di terze parti.

SVG: File: WB-Library.svg.zip

Disegno dimensionale del modulo (DXF): File: WB-UPSv3.dxf.zip

Disegno dimensionale del modulo (PDF): File: WB-UPSv3.pdf

Libreria di simboli schematici AutoCAD Electrical: File: Wirenboard-AE-base.zip