1 概述

　　EPS應急電源是保證工業與民用建筑平時和火災斷電情況下消防設備和設施正常工作的電源，它是各種消防設備和設施能否正常運行的重要保障。EPS應急電源一般由主電源和應急電源兩部分組成。主電源一般來自電力系統或電網， 正常時，消防用電設備由主電源供電。應急電源的作用是當主電源發生故障而停電時， 保證各種消防設備（ 消防給水、消防電梯、防排煙設備、應急照明和疏散指示標志、應急廣播、電動的防火門窗、卷簾、自動滅火裝置） 和消防控制室等仍能繼續運行。在消防電源中設置EPS應急電源是確保消防電源向消防用電負荷可靠供電的重要措施之一。

　　目前， 消防應急電源主要有三種類型： ①獨立正常電源的專用饋電線路； ②自備柴油發電機組； ③由蓄電池組構成的交、直流供電電源。由蓄電池組作為備用電能的應急電源（ 即所謂的靜態EPS） 可分為直流靜態EPS和交流靜態EPS兩種。

　　直流靜態EPS由于應急時只能輸出直流電源， 配置消防設備時需選用交直流兩用設備， 因此其應用受到一定的限制。交流靜態EPS由于設有交流逆變系統， 應急時能夠輸出交流電源， 對消防用電負荷適應性強， 因此其應用較為廣泛， 它可以取代500kW及以下的備用柴油發電機組作為應急備用電源。靜態EPS與備用柴油發電機組相比， 具有免維護、無人值守、應急供電切換時間短、供電質量好、可靠、安全等一系列優點， 是較理想的應急電源。

　　近年來， 隨著電力電子技術的發展， 電力電子器件和產品價格的低廉化， 靜態EPS, 特別是交流EPS逐漸成為消防應急電源的重要類型。目前，這種靜態EPS已逐步取代使用壽命短、維護保養不方便、造價比靜態集中供電式EPS高出30%~50%的分散式鎳鎘電池應急電源。從其發展趨勢來看，它將部分取代柴油發電機組作為消防應急后備電源。

　　不管是直流還是交流EPS, 對于蓄電池組實現最佳充電、保養和維護，以確保蓄電池組在應急情況下能夠處于滿容量狀態是保障EPS應急電源可靠工作的關鍵。目前， 在我國消防電源中大量使用的靜態EPS, 對于蓄電池組的充電一般采用串聯集中式充電方式， 即由一個集中式充電裝置實現對串聯電池組充電， 如圖1所示。這種充電方式的優點是充電設備簡單、造價低。不足之處是對電池組充電不均衡， 容易出現部分電池過充、部分電池欠充， 即充電不足的現象， 從而導致電池組充電容量不足、電池損壞或電池組的壽命縮短。

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圖1 蓄電池組集中式充電模式示意圖

　　為克服集中充電模式的不足， 本文提出一種均衡式充電模式。這種充電模式對每一節電池都配置一個單獨的充電器。通過對每節電池的單獨充電和維護來保證電池組實現均衡充電， 不會出現各節電池充電不均衡的現象。另外， 通過對各個充電模塊的完善設計， 就能保證各節電池不會出現欠充或過充的現象。

　　2 均衡式充電裝置的結構和工作原理

　　圖2所示是本文提出的一種蓄電池組均衡充電模式結構示意圖， 圖中CM表示充電器或充電模塊。在這種均衡式充電模式中， 對電池組的每一節電池都單獨配置一個充電模塊， 它是均衡式充電裝置的核心。在應急電源中， 當處于非應急狀態運行時， 應急電源的輸出通過開關直接由市電供給， 這時， 逆變器不工作， 各充電模塊給各節相應的電池進行充電或浮充電。當應急電源處于應急工作狀態時， 由電池組給逆變器供電， 通過逆變器輸出應急逆變交流電源。這時， 由于各充電模塊無交流輸入， 處于不工作狀態， 不影響蓄電池組的放電工作狀態。

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圖2 電池組均衡式充電模式示意圖

　　在這種充電模式設計中， 各充電模塊的設計是關鍵。充電模塊的主要作用是對每節電池進行充電和浮充電。根據蓄電池的充電要求， 當電池端電壓低于標稱電壓或小于最高容許充電電壓時， 要求充電模塊具有恒流輸出功能， 實現對電池的恒流充電， 即所謂的主充電； 而當電池電壓達到電池最高容許充電電壓后， 這時要求充電模塊具有恒壓輸出功能， 使電池處于恒壓充電狀態， 即所謂的均充電。因此， 充電模塊應具有輸出穩壓和穩流輸出功能。另外， 本文所設計的充電模塊還應具有如輸出狀態指示、輸出斷線告警、交流輸入故障等相關的指示和告警功能。

　　由于在均衡式充電模式中， 每個充電模塊僅負責一節電池的充電， 因此充電模塊輸出電壓設計成12V標稱輸出電壓。輸出電流則根據電池的容量來確定。由于本均衡充電裝置主要是針對100A·h容量以下的EPS應急電源應用而設計的， 因此， 充電模塊的額定輸出電流一般不超過10A.這樣充電模塊的功率最大一般為200W左右。