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 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,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。