Модуль резервного питания WB-UPS v.3

Эта страница описывает новое устройство WB-UPS v.3, описание предыдущей версии WB-UPS v.2.

Страница описывает последнюю ревизию устройства с последней stable-прошивкой. Если прошивка вашего устройства старая, обновите ее по возможности (см. Обновление прошивки).

Внешний вид модуля WB-UPS v.3

Назначение

WB-UPS v.3 – модуль бесперебойного питания на литий-ионных аккумуляторах. Служит для поддержания работы контроллера, подключенных модулей и другой нагрузки при пропадании питания.

Отличия от предыдущей версии

	WB-UPS v.2	WB-UPS v.3
Основные характеристики
Входное напряжение	12 – 28 В	10 – 27 В
Выходное напряжение (при работе от батареи)	11.2 В / 22.3 В	9 – 25 В (настраивается)
Настройка выходного напряжения	Ручная (переключатель)	Автоматическая / ручная (Modbus)
Номинальная / пиковая мощность	15 / 20 Вт	15 / 20 Вт
Энергия батареи	10 Вт⋅ч	15 Вт⋅ч
Потребляемая мощность (при заряде)	6 Вт	6 Вт (при зарядном токе 600 мА)
Аккумуляторы
Тип	Полимерные Li-ion	Li-ion 18650
Номинальное напряжение	3.7 В	3.6 В
Номинальная ёмкость	2×1800 мА⋅ч	2×2600 мА⋅ч
Подключение и эксплуатация
Подключение питания и нагрузки	Vin - GND - GND - Vout	Vin - GND - Vout
Интерфейс Modbus	Нет	Да
Выход состояния	Да	Нет (доступно через регистр Modbus)
Выход напряжения батареи	Да	Нет (доступно через регистр Modbus)
Размеры модуля	2 DIN-юнита 36 x 90 x 58 мм	2 DIN-юнита 36 x 90 x 58 мм
Температура окружающего воздуха	от -20 до +45 °С	от -20 до +45 °С

Технические характеристики

Технические характеристики
Входное напряжение	10 – 27 В
Выходное напряжение (при работе от аккумулятора)	9 – 25 В
Номинальная мощность	15 Вт
Пиковая мощность	20 Вт
Номинальная энергия	15 Вт⋅ч
Время работы (15 Вт)	60 мин
Потребляемая мощность (при заряде)	до 6 Вт (при зарядном токе 600 мА)
Собственное потребление от Vin при заряженной батарее	до 18 мА
Потребление от батареи в выключенном состоянии	до 210 мкА
Потребление от батареи в транспортировочном режиме (shipping mode)	70 мкА
Параметры аккумуляторов
Тип	18650 Li-ion
Номинальное напряжение	3.6 В
Количество в батарее	2
Условия эксплуатации
Температура воздуха^*	от -20 до +45 °С
Относительная влажность	До 95 %, без конденсации влаги
Температура хранения (рекомендованный диапазон)	от −5 °C до 35 °C
Гарантийный срок	2 года
Срок службы	5 лет
Габариты
Ширина, DIN-юнитов	2
Габаритные размеры (Д x Ш x В)	36 x 90 x 58 мм
Масса (с коробкой)	185 г

^*Заряд возможен при температуре батареи от +5 до +50 °C, работа от батареи – при температуре батареи от -20 до +60 °C.

Общий принцип работы

Структурная схема WB-UPS v.3

WB-UPS v.3 содержит батарею из двух Li-ion аккумуляторов, схему заряда и повышающий преобразователь. Управляет работой преобразователей микроконтроллер.

Батарея защищена плавким предохранителем, а также микросхемой-супервизором: от перезаряда, переразряда, превышения тока. Аппаратно реализована защита от заряда при отрицательных температурах и от перегрева. Схема балансировки выравнивает напряжение на аккумуляторах.

Измеряемые и вычисляемые параметры:

Входное напряжение* — на клемме Vin;
Выходное напряжение* — на клемме Vout;
Напряжение батареи;
Ток батареи — положительный при заряде, отрицательный при разряде;
Входной ток для заряда — ток, потребляемый от входа для зарядки батареи;
Ток нагрузки при питании от батареи;
Уровень заряда батареи;
Температура батареи.

*Максимальное измеряемое напряжение — 25.6 В (если реальное напряжение выше, оно будет отображаться как 25.6 В).

Ток, проходящий с клеммы Vin на клемму Vout через идеальный диод, не измеряется (мощность, потребляемую нагрузкой, можно измерить только в режиме работы от батареи).

Для считывания измеряемых и вычисляемых величин, изменения настроек и режимов работы используется протокол Modbus RTU с интерфейсом RS-485.

Работа при наличии входного питания

Нормальный режим

При наличии питания на клемме Vin открывается идеальный диод, передавая питание на клемму Vout. Повышающий преобразователь (DC-DC Discharge) при этом работает, это обеспечивает непрерывное питание нагрузки при пропадании входного напряжения.

Если входное напряжение превышает настроенное выходное напряжение преобразователя более чем на 0.6 В, потребление от батареи практически отсутствует, нагрузка запитывается от внешнего источника питания.

При наличии входного питания WB-UPS v.3 всегда включен.

Выходное напряжение преобразователя настраивается автоматически или вручную.

Автоматический режим:

на выходе преобразователя устанавливается напряжение на 0.7 В меньше, чем на входе Vin, но в пределах 10 - 24.9 В;
смена выходного напряжения преобразователя происходит через 10 секунд после смены входного. Так, если напряжение Vin понижается, то первые 10 секунд нагрузка питается от батареи;
если на входе меньше 10 В, напряжение на выходе не меняется;
если на входе 25.6 В и более на выходе будет установлено 24.9 В (WB-UPS v.3 способен измерять напряжения на входе не выше 25.6).

Ручной режим:

повышающий преобразователь выдаёт заданное напряжение независимо от значения напряжения на клемме Vin;
если входное напряжение станет ниже заданного:
- нагрузка будет запитываться от батареи, разряжая её;
- зарядка батареи прекратится;
- после разряда батареи повышающий преобразователь отключится, и на выходе установится входное напряжение.
рекомендуется выбирать выходное напряжение как минимум на 0.7 В меньше напряжения внешнего источника питания;
выходное напряжение может снижаться при питании от батареи, если выбран режим параллельной работы источников (по умолчанию выбран). Если источник один, то для повышения точности выходного напряжения режим параллельной работы можно отключить;
в целях безопасности настройка выходного преобразователя на заданное напряжение происходит, когда входное напряжение станет на 0.7 В больше заданного. До этого момента на выходе будет ранее настроенное напряжение (или 11.5 В сразу после подачи питания);
режим выбора выходного напряжения и значение выходного напряжения (для ручного режима) настраиваются (см. Настройка, Карта регистров).

Зарядка батареи

Батарея заряжается, когда выполняются все условия:

есть входное напряжение;
отсутствует потребление от батареи (входное напряжение выше настроенного выходного);
температура батареи от +5 до +50° С;
напряжение батареи ниже 8.1 В.

Напряжение полного заряда двух последовательно включенных Li-ion аккумуляторов составляет 8.4 В, но зарядка осуществляется до напряжения 8.1 В. Использование неполной емкости увеличивает срок службы батареи.

Ток заряда по умолчанию — 600 мА (можно изменить в настройках).

Время полного заряда до 4.5 часа.

Работа от батареи

При отключении входного питания устройство переходит в режим работы от батареи. Напряжение на выходе:

в автоматическом режиме ниже на 0.7 В, чем входное за 10 секунд до отключения питания;
в ручном режиме — заданное в настройках.

Если выбран режим параллельной работы источников (по умолчанию выбран), выходное напряжение может снижаться. Если источник один, то для повышения точности выходного напряжения (особенно, выбранного вручную) режим параллельной работы нужно отключить.

При работе от батареи преобразователь способен выдавать 15 Вт мощности в долговременном режиме и до 20 Вт в кратковременном. При превышении допустимого потребления от батареи напряжение на выходе будет снижаться.

При работе от батареи происходит нагрев компонентов WB-UPS v.3 и самой батареи. Нагрев пропорционален потребляемой мощности. При нагреве батарей выше 60°C напряжение на выходе будет отключено до снижения температуры батареи.

Если от WB-UPS v.3 требуется мощность, близкая к номинальной (15 Вт), рекомендуется обеспечить окружающую температуру не более 30°C, в противном случае отключение нагрузки по перегреву батареи произойдёт до исчерпания ёмкости батареи. Для обеспечения долговременной работы от батарей при высокой температуре окружающей среды рекомендуется снижать потребляемую от WB-UPS v.3 мощность.

Транспортировочный режим

Кнопка Shipping Mode

После проверки на производстве WB-UPS v.3 переводится в транспортировочный режим, в котором:

аккумуляторы отключены от потребителей;
обеспечивается длительное хранение с минимальным разрядом батареи (потребление тока от батареи составляет около 70 мкА);
устройство нельзя включить кнопкой.

Для вывода из транспортировочного режима достаточно подать питание на клемму Vin — модуль включится и перейдет в нормальный режим эксплуатации.

Режим включается нажатием на скрытую кнопку через отверстие в боковой крышке модуля (рядом с подписью Shipping mode) только при отсутствии питания на клемме Vin. Рекомендуется для длительного хранения без питания (например, смонтирован в щит и подлежит отправке заказчику).

Механизмы защиты

Литий-ионные аккумуляторы 18650 безопасны при правильном обращении, исключающем такие факторы как: заряд и разряд перегретой батареи, превышение зарядных и разрядных токов (в частности, короткое замыкание), перезаряд, сильные механические воздействия (удары, повреждения корпуса аккумуляторов). Кроме того, для увеличения времени жизни батарей исключают заряд при отрицательных температурах и глубокий разряд.

Схема защиты

В WB-UPS v.3 предусмотрены следующие меры защиты аккумуляторов:

многофункциональная схема защиты литиевых батарей (на схеме: VOLTAGE & CURRENT PROTECT): батарея автоматически отключается от WB-UPS v.3 при повышенном (перезаряд) или пониженном (переразряд) напряжении батареи, при превышении зарядного или разрядного токов (в том числе, при коротком замыкании). Эта же схема реализует транспортный режим (Shipping mode);
использование управляемого предохранителя (на схеме: SCP). Он работает как обычный — разрывает цепь батареи при недопустимо больших токах (Fuse), а также имеет дополнительный вход (Heater), который позволяет дополнительной схеме защиты (независимой и работающей параллельно основной, на схеме: BALANCE & PROTECT) пережигать предохранитель управляющим импульсом при превышении допустимого напряжения на любом из аккумуляторов;
схема балансировки напряжения аккумуляторов батареи (на схеме: BALANCE & PROTECT) — обеспечивает одинаковый заряд обоих аккумуляторов батареи, исключая перезаряд одного из аккумуляторов, если второй разряжен;

Контроль напряжения заряда

двойной контроль напряжения заряда батареи: программный (управляющим микроконтроллером) и аппаратный (специализированным чипом);
аппаратное ограничение зарядных и разрядных токов;
двойной контроль температуры батареи: программный и аппаратный — исключает разряд батареи при температурах выше +60 или ниже -20 °C, исключает заряд батареи при температурах выше +50 или ниже +5 °C.

Кнопка управления и индикация

Кнопка на крышке используется для включения/выключения и индикации состояния модуля. Выключение модуля кнопкой возможно только при отсутствии внешнего питания. При наличии напряжения на клемме Vin модуль всегда включен.

Подсветка кнопки отображает текущее состояние модуля:

Индикация		Условие
Кнопка зелёная (Full)		есть входное напряжение; аккумуляторы заряжены.
Кнопка медленно (0.5 Гц) мигает зелёным (Charge)		есть входное напряжение; идет зарядка.
Кнопка красная (In fail)		нет входного напряжения; работа от аккумуляторов; нет потребления (нагрузка не подключена или не активна).
Кнопка медленно (0.5 Гц) мигает красным (In fail)		нет входного напряжения; работа от аккумуляторов; есть потребление.
Кнопка быстро (4 Гц) мигает красным		разряд: батарея полностью разряжена, нагрузка отключена; разряд: слишком низкая (<-20°С) или слишком высокая (>+60°С) температура. Нагрузка отключена; заряд: слишком низкая (<+5°С) или слишком высокая (>+50°С) температура. Заряд приостановлен. Нагрузка питается от Vin.

Отображение счётчиков нажатий и состояния кнопки в веб-интерфейсе

В регистры Modbus выведена информация о состоянии кнопки, а также счётчики четырёх стандартных типов нажатий (короткое, длинное, двойное короткое, короткое - длинное), что позволяет использовать её как дополнительный орган управления.

При отсутствии внешнего питания длинное нажатие вызовет выключение устройства. Ограничений на другие типы нажатий нет.

Параллельное подключение нескольких WB-UPS v.3

Иногда нужно запитать нагрузку с большой номинальной мощностью. В этом случае лучшим решением будет разделить нагрузку на группы с потребляемой мощностью не более 15 Вт каждая, и поставить на каждую группу отдельный WB-UPS v.3. Но это не всегда возможно (если нагрузка потребляет больше 15 Вт, либо нагрузка меняется со временем). Кроме того, может быть нужно увеличить время работы от батареи. В этом случае можно использовать параллельное подключение нескольких WB-UPS v.3.

Доступно c версии прошивки 1.1.0

Параллельное подключение выходов WB‑UPS v.3. Все провода одной длины.

При параллельном подключении выходов нескольких WB-UPS v.3 суммируются как мощности, так и ёмкости батарей источников.

В настройках WB-UPS v.3 по умолчанию включен режим параллельной работы: источники самостоятельно распределяют нагрузку между собой. При увеличении потребляемой мощности каждый источник снижает свою уставку выходного напряжения, перекладывая часть нагрузки на "соседей".

Выходное напряжение при этом может уменьшаться (не более, чем на 10% при максимальной нагрузке).

Например, при параллельном подключении выходов трёх WB-UPS v.3 можно запитать нагрузку номинальной мощностью 35-40 Вт, а суммарная энергия (ёмкость) батарей составит 45 Вт⋅ч (это позволит нагрузке мощностью 15 Вт проработать более 3 часов).

Точно поровну нагрузку распределить невозможно (из-за разного сопротивления проводов, погрешностей уставки напряжения), поэтому для максимально эффективного использования ёмкости батарей при параллельном подключении нужно:

включить ручной режим выбора выходного напряжения и установить одинаковое выходное напряжение на всех подключенных параллельно источниках;
соединить выходы источников "звездой": вести отдельный провод от каждого WB-UPS v.3 к нагрузке (или использовать промежуточный клеммник: от каждого источника провести отдельный провод к клеммнику, а уже от клеммника к нагрузкам);
использовать провода одного сечения и одной длины для уменьшения разброса сопротивления;
оставить запас по мощности по 2-3 Вт на каждый WB-UPS v.3.

Если запас не оставлять (например, запитать нагрузку мощностью 45 Вт от трёх WB-UPS v.3), то какой-то источник может отдавать больше своей номинальной мощности и больше нагреваться. Это создаёт риск преждевременного отключения по перегреву.

Монтаж

Пример подключения источника бесперебойного питания WB-UPS v.3 к источнику питания

Устройство монтируется на стандартную DIN-рейку шириной 35 мм.

Не допускайте перегрева модуля: не устанавливайте в щите рядом с сильно греющимися компонентами, например, контакторами. Для улучшения охлаждения, обеспечьте зазор от соседних устройств порядка сантиметра, например, с помощью фиксатора на DIN-рейку.

На рисунке показан пример подключения источника бесперебойного питания WB-UPS к нагрузке. Линии питания от основного блока питания подключаются к клеммам Vin и GND, выход бесперебойного питания — к клеммам Vout и GND.

Представление в веб-интерфейсе контроллера WB

Выбор шаблона

Чтобы устройство появилось на вкладке Устройства в веб-интерфейсе контроллера Wiren Board, добавьте его автоматически, через поиск устройств Wiren Board на шине RS-485, или вручную, через выбор шаблона WB-UPS v.3.

Если у вас нет этого шаблона, или представление устройства отличается от показанного здесь, обновите прошивку устройства и ПО контроллера.

Управление устройством и просмотр значений

Отображение в веб-интерфейсе

В веб-интерфейсе вы можете управлять выходами устройства и просматривать полученные с него значения. Список отображаемых каналов можно изменить через настройки устройства, доступные в настройках драйвера wb-mqtt-serial.

Набор контролов меняется в зависимости от выбранного режима.

Настройка

Настройка WB-UPS v.3 в веб-интерфейсе

Способы настройки

Указать параметры в веб-интерфейсе контроллера Wiren Board в разделе Настройки → Конфигурационные файлы → Настройка драйвера serial-устройств. Если у вас нет этих пунктов, проверьте уровень доступа.
Записать настройки в Modbus-регистры модуля из консоли контроллера с помощью утилиты modbus-utils-rpc или modbus_client.
Eсли нет контроллера Wiren Board, используйте компьютер с преобразователем интерфейсов USB-RS485.

Мы постоянно совершенствуем наши устройства, поэтому, если вы не нашли описанных в документации настроек — обновите прошивку устройства и программное обеспечение контроллера.

Работа по Modbus

Настройка Modbus-модулей и обновление прошивок

Устройства Wiren Board управляются по протоколу Modbus RTU. На физическом уровне подключаются через интерфейс RS-485.

Поддерживаются все основные команды чтения и записи одного или нескольких регистров. Смотрите список доступных команд в описании протокола Modbus.

Настроить параметры модуля можно в веб-интерфейсе контроллера Wiren Board, или через сторонние программы.

Параметры порта по умолчанию

Значение по умолчанию	Название параметра в веб-интерфейсе	Параметр
9600	Baud rate	Скорость, бит/с
8	Data bits	Количество битов данных
None	Parity	Бит чётности
2	Stop bits	Количество стоповых битов

В актуальной версии прошивки устанавливать параметр Stop bits необязательно — устройство будет работать без ошибок и в случае, когда количество стоповых битов не совпадает с настройками Modbus-мастер.

Для ускорения отклика устройств рекомендуем поднять скорость обмена до 115 200 бит/с, см. Настройка параметров обмена данными

Modbus-адрес

Modbus-адрес, установленный на производстве. Слева — наклейка на крышке устройства. Справа — наклейка на боковой стенке или нижней стороне устройства.

Каждое устройство на линии имеет уникальный адрес в диапазоне от 1 до 247. Адрес устройства, установленный на заводе, указан на наклейках, расположенных на корпусе устройства (на верхней крышке, сбоку или снизу). На заводе устройствам Wiren Board в одной партии присваиваются разные адреса, поэтому в вашем заказе, скорее всего, адреса не будут повторяться.

О том, как узнать, изменить или сбросить Modbus-адрес устройства, читайте в статье Modbus-адрес устройства Wiren Board.

Расширение Быстрый Modbus

Насколько быстр Быстрый Modbus?

Быстрый Modbus добавляет стандартному протоколу Modbus новые полезные функции: быстрое сканирование устройств Wiren Board на шине RS-485 и опрос событий.

Дополнительные возможности активируются специальной командой с мастера. Поэтому устройства Wiren Board можно без проблем использовать с любым сторонним оборудованием.

Не все регистры устройства поддерживают генерацию событий, смотрите карту регистров. Регистры с событиями отмечены молнией ⚡. Подробнее читайте на странице Быстрый Modbus.

Карта регистров

Карта регистров WB-UPS

Обновление прошивки и сброс настроек

В устройствах Wiren Board можно обновлять прошивку по протоколу Modbus. Это даёт возможность устранять найденные в прошивке ошибки на месте монтажа, а иногда и добавлять новые функции, если это возможно технически. Настройки, хранящиеся в памяти устройства, не пропадают при обновлении прошивки.

Инструкции:

Узнать о выходе новой версии прошивки можно в Журнале изменений в прошивке.

Известные неисправности

Аппаратные ошибки/особенности WB-UPS v.3, найденные при эксплуатации устройства.

Ревизии устройства

Список ревизий

Изображения и чертежи устройства

Плата WB-UPS v.3
Аккумуляторная батарея
Нижняя плата WB-UPS v.3
UPS v.3 - вид сбоку
Габаритные размеры

Corel Draw 2018 (шрифт — Ubuntu): Файл:WB-Library.cdr.zip

Visio:

Устройства Wiren Board: Файл:WB-Visio-Lib.zip.
Щиты, автоматы, контакторы и прочее от стороннего разработчика.

SVG: Файл:WB-UPS v.3.svg.zip

Габаритный чертеж модуля (DXF): Файл:WB-UPSv3.dxf.zip

Габаритный чертеж модуля (PDF): Файл:WB-UPSv3.pdf

База УГО для AutoCAD Electrical: Файл:Wirenboard-AE-base.zip

Navigation menu