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20kVA锂电UPS电源设计方案

 

一、系统架构

1.分体式设计

   电池组模块:由多个独立的51.2V/100Ah磷酸铁锂(LFP)电池包组成,支持串联和并联扩展。  

  UPS主机:独立箱体,包含逆变器、控制单元、输入输出接口及安全保护模块。  

  通信与连接:电池组与主机通过高压直流接口(如XT150插头)和通信线(RS485/CAN)连接,实现状态监控与快速接线。

2. 电池组配置  

  电压匹配:4个电池包串联(51.2V×4=204.8V),工作电压范围覆盖179.2V(放电截止)至230.4V(满电),适配主机输入范围110-240V。  

  容量扩展:支持并联多组电池(如2组并联=200Ah),后备时间灵活配置(单组20.48kWh,满负载约1小时)。

3.UPS主机架构  

  逆变模块:三电平拓扑结构,支持宽输入电压(90-240V DC),输出三相400V/50Hz交流。  

  控制单元:DSP实时控制,实现SPWM调制、电压/频率调节及并离网切换。  

  保护模块:输入过压/欠压、输出短路/过载、电池过充/过放等多重保护。

二、细节设计

1. 电池模块设计  

   标准化电池包:每个电池包含16LFP电芯(3.2V/100Ah),内置独立BMS,监测电压、温度、均衡及通信。  

   快速连接接口:采用安德森插头(150A规格)实现高压直流连接,防误插设计,支持热插拔(需关闭负载)。  

   机械结构:IP20防护机箱,底部滑轨安装,支持机架式堆叠。

2. UPS主机设计  

  宽电压逆变:DC-DC升压(可选)+三相全桥逆变,输入电压自适应,效率≥93%。  

  散热设计:强制风冷+散热片,温控风扇根据负载调节转速,确保40℃环境稳定运行。  

  人机交互:LCD屏显示输入/输出电压、电池状态、故障代码,支持WiFi/4G远程监控。

3.安全设计  

  电气隔离:输入输出全隔离设计,绝缘耐压2500V AC。  

  防火阻燃:电池包壳体采用V0级阻燃材料,内置熔断器和热熔保护。  

  接地与防雷:主机配备防雷模块(20kA),电池组与主机共地设计。

二、性能参数

项目

参数

UPS容量

 20kVA(输出功率18kW,功率因数0.9

输入电压(DC

 90-240V

输出电压(AC

三相400V±2%50Hz±0.5%

转换时间

 0ms在线式

效率

93%(满负载)

THD

 3%(线性负载)

电池配置

 4串联×N并联(单组20.48kWh

通信协议

Modbus RTU/CAN   

工作温度

 -20~55℃(电池),0~40℃(主机)

 

三、应用场景

1.工业领域

  生产线关键设备(如PLC、伺服电机)的不间断供电,抗电网波动。  

2. 数据中心

  服务器机柜备用电源,支持无缝切换,保障数据安全。  

3.新能源配套

   光伏/储能系统配套,实现离网或并网平滑过渡。  

4.医疗设备

  手术室、影像设备(CT/MRI)的高可靠电源,避免断电风险。   

四、优势总结

模块化灵活扩展:电池包串联/并联自由配置,适应不同后备时间需求。  

宽电压兼容性:适配90-240V输入,兼容多种电池组态。  

高可靠性:双DSP冗余控制、多级保护机制,MTBF10万小时。  

快速部署:插拔式接口设计,安装调试时间节省50%。  

 

此方案兼顾高效、安全与灵活,适用于对供电连续性要求严苛的场景。


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