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16串LFP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

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，MTBF≥10万小时。  

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。