20kVA鋰電UPS電源設計方案 一、系統架構 1.分體式設計 電池組模塊：由多個獨立的51.2V/100Ah磷酸鐵鋰（LFP）電池包組成，支持串聯和并聯擴展。 UPS主機：獨立箱體，包含逆變器、控制單元、輸入輸出接口及安全保護模塊。 通信與連接：電池組與主機通過高壓直流接口（如XT150插頭）和通信線（RS485/CAN）連接，實現狀態監控與快速接線。 2. 電池組配置 電壓匹配：4個電池包串聯（51.2V×4=204.8V），工作電壓范圍覆蓋179.2V（放電截止）至230.4V（滿電），適配主機輸入范圍110-240V。 容量擴展：支持并聯多組電池（如2組并聯=200Ah），后備時間靈活配置（單組20.48kWh，滿負載約1小時）。 3.UPS主機架構 逆變模塊：三電平拓撲結構，支持寬輸入電壓（90-240V DC），輸出三相400V/50Hz交流。 控制單元：DSP實時控制，實現SPWM調制、電壓/頻率調節及并離網切換。 保護模塊：輸入過壓/欠壓、輸出短路/過載、電池過充/過放等多重保護。 二、細節設計 1. 電池模塊設計 標準化電池包：每個電池包含16串LFP電芯（3.2V/100Ah），內置獨立BMS，監測電壓、溫度、均衡及通信。 快速連接接口：采用安德森插頭（150A規格）實現高壓直流連接，防誤插設計，支持熱插拔（需關閉負載）。 機械結構：IP20防護機箱，底部滑軌安裝，支持機架式堆疊。 2. UPS主機設計 寬電壓逆變：DC-DC升壓（可選）+三相全橋逆變，輸入電壓自適應，效率≥93%。 散熱設計：強制風冷+散熱片，溫控風扇根據負載調節轉速，確保40℃環境穩定運行。 人機交互：LCD屏顯示輸入/輸出電壓、電池狀態、故障代碼，支持WiFi/4G遠程監控。 3.安全設計 電氣隔離：輸入輸出全隔離設計，絕緣耐壓≥2500V AC。 防火阻燃：電池包殼體采用V0級阻燃材料，內置熔斷器和熱熔保護。 接地與防雷：主機配備防雷模塊（20kA），電池組與主機共地設計。 二、性能參數 項目 參數 UPS容量 20kVA（輸出功率18kW，功率因數0.9） 輸入電壓（DC） 90-240V 輸出電壓（AC） 三相400V±2%，50Hz±0.5% 轉換時間 0ms（在線式） 效率 ≥93%（滿負載） THD ≤3%（線性負載） 電池配置 4串聯×N并聯（單組20.48kWh） 通信協議 Modbus RTU/CAN 工作溫度 -20℃~55℃（電池），0℃~40℃（主機） 三、應用場景 1.工業領域 生產線關鍵設備（如PLC、伺服電機）的不間斷供電，抗電網波動。 2. 數據中心 服務器機柜備用電源，支持無縫切換，保障數據安全。 3.新能源配套 光伏/儲能系統配套，實現離網或并網平滑過渡。 4.醫療設備 手術室、影像設備（CT/MRI）的高可靠電源，避免斷電風險。 四、優勢總結 模塊化靈活擴展：電池包串聯/并聯自由配置，適應不同后備時間需求。 寬電壓兼容性：適配90-240V輸入，兼容多種電池組態。 高可靠性：雙DSP冗余控制、多級保護機制，MTBF≥10萬小時。 快速部署：插拔式接口設計，安裝調試時間節省50%。 此方案兼顧高效、安全與靈活，適用于對供電連續性要求嚴苛的場景。
