CN102257544A - 在寿命终止时进行自动电池放电的生命安全装置 - Google Patents

Abstract

当生命安全装置的可再充电电池达到它的寿命终止时，该生命安全装置提供指示需要更换的声响信号。当该装置被从线路电力断开时，该可再充电电池仍然包含大量的能量。该装置自动地开始电池的受控放电直至所存储的能量已被降低至用于废弃生命安全装置及其电池的安全水平。

Description

在寿命终止时进行自动电池放电的生命安全装置

技术领域

本发明涉及生命安全装置，并且特别地涉及通常被安装在建筑物的墙壁和天花板上的危险探测器诸如一氧化碳和烟雾探测器。

背景技术

在住宅和商业建筑物中使用生命安全装置以向居住者提供危险诸如火灾或者不安全气体（诸如一氧化碳）积累的警告。生命安全装置可以由包括可再充电电池的电池组件供电。生命安全装置被连接到提供用于对可再充电电池充电的电力的AC电源。

当生命安全装置达到它的使用寿命终止时，它可以产生指示它已进入“故障”（或者“寿命终止（end of life）”）模式的警告信号，诸如鸣叫声。这用信号通知使用者是该从AC电力断开生命安全装置并且将其丢弃的时候了。可再充电电池诸如可再充电锂离子电池能够包含大量的能量。如果在废弃之前未被放电，则它们能够产生受到损坏并且引起火灾和其它严重损伤的风险。在生命安全装置的情形中，可再充电电池不能通过使输出短路而被快速地放电，因为电池组件包括将防止快速放电以便保护电池的电池保护电路。另外，使电池快速地放电能够引起过量的热量。

在过去，生命安全装置已利用机械元件诸如开关来跨越电池端子施加电阻以便在废弃之前使电池放电。使用开关来使电池放电的缺点在于，它依赖于使用者来致动开关。如果使用者没有致动开关，则生命安全装置及其电池可能在不安全状况下被废弃。

发明内容

生命安全装置在探测到该装置已达到寿命终止状况之后提供自动电池放电操作。生命安全装置包括当探测到寿命终止状况时引起声响警告信号得以产生的控制器。当使用者从被用于对可再充电电池充电的AC电源断开生命安全装置时，该控制器启用放电序列，其中该电池被缓慢地放电，直至在电池中存储的能量已被降低到安全水平为止。

在一个实施例中，电池放电由电池测试电子设备执行。使用低占空比放电控制脉冲来以不产生大量的热量而是在短时间段中完成电池放电的受控方式从电池排放电力。

附图说明

图1是生命安全装置的框图。

图2是示出在寿命终止模式中图1的生命安全装置的操作的流程图。

具体实施方式

图1示出生命安全装置10的框图，该生命安全装置10可以例如是烟雾警报器、一氧化碳（CO）警报器、组合烟雾和CO警报器、或者类似的用于向住宅或者其它建筑物的居住者提供潜在的威胁生命的状况的警告的装置。生命安全装置10通常被安装在墙壁或者天花板上，并且被连接到交流（AC）电源。

如在图1中所示的，生命安全装置包括低电压供应（voltage supply）12、电池组件14（其包括可再充电电池16、电池充电电路18、升压器电路20和电池保护电路22）、调节器电子设备24、危险探测器26、微控制器单元（MCU）28、发声器电路30和电池测试电子设备32。

如由线路输入L和中性输入N表示的，低电压供应12被连接到AC干线输入。低电压供应12将AC输入电力转换成DC充电电力，该DC充电电力被提供给电池组件14的Charge In输入和调节器电子设备24。低电压供应12还向MCU 28提供AC_ON监视信号，该AC_ON监视信号指示低电压供应12正在从AC干线输入接收AC电力。

电池组件14的电池16是长寿命可再充电电池诸如锂离子可再充电电池。电池充电电路18使用来自低电压供应12的充电电力而维持电池16上的电荷。升压器电路20将可以从大约2.2到4.2伏特变化的电池电压Vbatt增加到输出电压Vout，该输出电压Vout由调节器电子设备24使用以向危险探测器26和MCU 28提供稳定电压。Vout可以例如是大约8.7伏特的恒定电压。

电池保护电路22针对过电流和过放电状况向电池16提供保护。电池保护电路22进入保护模式，其中当电池电压Vbatt太低（过放电状况）时或者当从电池16汲取的电流超过最大电流水平（过电流保护）时，可以从其它电路部件断开电池16。

危险探测器26可以例如是光电或者电离型烟雾探测器、一氧化碳探测器、或者组合烟雾和一氧化碳探测器。危险探测器26的输出被提供给MCU 28。

MCU 28协调并且控制生命安全装置10的操作。基于从危险探测器26接收的输入，MCU 28确定是否存在如下状况：要求使警报器发声以向使用者警告潜在危险的状况。如果需要警报，则MCU 28向发声器电路30提供控制信号以产生适当的警报。在一些情形中，该警报将是连续地或者脉冲地产生的声响信号。在其它实施例中，发声器电路30可以响应于来自MCU 28的命令而向居住者产生言语消息（或者声响信号和言语消息的组合）。

在生命安全装置10的操作过程期间，MCU 28将使用电池测试电子设备32周期性地执行电池测试。在适当的时间，MCU 28向电池测试电子设备32提供电池测试脉冲BAT_TEST，这引起电池测试电子设备32打开并且从电池组件14的Vbatt输出汲取电流。电池测试电子设备32向MCU 28提供测试输出BAT_VOLT，该测试输出BAT_VOLT表示在放电正在发生时的测量电池电压。在这个正常电池测试操作期间，电池测试脉冲BAT_TEST是非常短的（通常100微秒）。电池测试脉冲的持续时间被选择为刚好足够长以保证达到稳态状况。测量该电池电压，并且然后终止该测试以便允许电池16从放电恢复。

MCU 28包括用于确定生命安全装置10何时已达到它的正常寿命终止的内部计时器。此时，MCU 28启用通知使用者装置10应该被更换的寿命终止模式，并且自动地控制电池16的放电以便废弃生命安全装置10，电池16不会由于电池16中剩余的电荷而产生安全危险。在执行自动放电功能时，MCU 28利用电池测试电子设备32来以不会引起过热并且不会导致电池保护电路22防止电池16放电的低占空比执行电池16的放电，同时仍然以快速的方式执行放电。

图2是示出MCU 28当它从待用模式40过渡到寿命终止（EOL）模式50时的操作的流程图。作为待用模式40的一部分，MCU 28检查以确定是否已达到寿命终止（EOL）极限（步骤60）。如果未达到EOL极限，则MCU 28继续正常操作模式40。如果已达到EOL极限，则MCU 28进入寿命终止（EOL）模式（50）。在寿命终止模式50开始时，MCU 28引起发声器电路30产生独特的信号，该信号向使用者指示装置10需要更换（步骤62）。在一个实施例中，这个独特的信号是每30秒产生的鸣叫声。

MCU 28检查来自低电压供应32的AC_ON信号的状态（步骤64）。只要AC_ON信号指示装置10仍然被连接到AC电力，MCU 28就返回到待用模式40。每当达到步骤60时，步骤62和64将被重复。换言之，MCU 28继续监视危险探测器26的输出，并且如果探测到危险状况，则将引起警报通过发声器电路30产生。在MCU 28继续监视危险探测器26的输出时，发声器电路30将继续产生鸣叫声。

当从AC源拔下装置10时，AC_ON信号改变状态以指示AC电力不存在。MCU 28然后关闭装置10的所有功能，包括发声器电路30的鸣叫输出和危险探测器26的监视（步骤66）。剩余的唯一功能是由MCU 28连同电池测试电子设备32执行的电池放电功能。

MCU 28用根据低占空比的BAT_TEST信号来打开和关闭电池测试电子设备32，将产生电池16的受控放电（步骤68）。MCU 28继续检查AC_ON信号以查看装置10是否已被重新连接到AC电力（步骤70）。在这个放电功能期间，无用户接口（诸如通过发声器电路30）工作（active）。

在受控放电功能期间来自MCU 28的BAT_TEST信号的占空比是足够低的，以便打开电池测试电子设备以对电池16放电不引起显著的加热。同时，选择占空比以便电池16的受控放电相对快速地发生以准备将装置10废弃。该占空比小于50%并且优选地小于大约25%。在一个实施例中，在受控放电操作期间BAT_TEST信号的占空比是一（1）毫秒ON（开）随后九（9）毫秒OFF（关）。因此放电仅在每10毫秒周期的十分之一期间发生。在受控放电操作期间使用的一毫秒的开时间显著地比在正常电池测试期间使用的开时间（其通常为大约10微秒）更长。

在或者来自电力公用事业的AC干线电力已被暂时地中断，或者使用者已暂时地从AC电力断开装置10但是然后重新连接它的情形中，MCU 28继续监视AC_ON信号（步骤70）。如果AC_ON信号指示装置10已被重新连接（或者AC电力已被恢复），则MCU 28返回到待用模式40并且然后在步骤60重新进入EOL模式50。图2中所示的过程然后将被重复，其中MCU 28引起发声器电路30再一次提醒使用者已达到寿命终止并且装置10应该被更换。

如果装置10未被重新连接到AC电力，则MCU 28继续操作，只要电池组件14能够提供足够的电力来操作MCU 28和电池测试电子设备32（步骤72）。如果存在用于继续操作的足够电力，则需要进一步放电，并且MCU 28返回到步骤68。一旦电力不再足以运行MCU 28和电池测试电子设备32，放电过程就完成。装置10不带电（dead）并且能够与家庭垃圾一起被废弃（步骤74）。

仅当MCU 28已确定装置10已达到寿命终止时，才将发生与寿命终止模式50相关联的自动受控放电功能。受控放电仅在装置10已从AC电力断开之后才开始。如果装置10被重新连接到AC电力，则受控放电功能不会重新开始直至装置10被再次从AC电力断开为止。

如果在确定装置10已达到它的寿命终止之前从AC电力断开装置10，则待用模式40将继续，其中装置10使用来自电池16的电力。不会进入EOL模式50，因为未达到EOL极限（步骤60）。例如，如果暂时地损失来自电力公用事业的AC电力，则装置10将继续凭靠来自电池16的电力进行操作。当AC电力被建立时，电池16将被低电压供应12再充电。

虽然已参考优选实施例描述了本发明，但是本领域的技术人员将认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下可以在形式和细节上作出改变。

Claims (21)

1. 一种生命安全装置，包括：

包括可再充电电池的电池组件；

能够连接到交流（AC）电源以向所述电池组件供应直流（DC）充电电力的电压供应；

用于感测危险状况的存在的危险探测器；

声音发生器；和

控制器，用于当所述危险探测器已感测到危险状况的存在时引起所述声音发生器产生警报，并且用于当已达到寿命终止极限并且所述电压供应已从AC电源断开时自动地引起所述电池被放电至用于废弃的安全水平。

2. 根据权利要求1的生命安全装置，其中所述控制器在确定已达到所述寿命终止极限时引起所述声音发生器产生指示已达到所述寿命终止极限的信号。

3. 根据权利要求2的生命安全装置，其中所述控制器在已达到所述寿命终止极限之后从所述电压供应接收指示所述电压供应已从AC电源断开的信号时中断所述生命安全装置的所有功能并且启用电池放电操作。

4. 根据权利要求3的生命安全装置，其中在所述电池放电操作期间，所述控制器引起所述可再充电电池以受控的速率放电。

5. 根据权利要求4的生命安全装置，其中在所述电池放电操作期间，所述控制器引起所述可再充电电池根据低占空比放电控制信号进行放电。

6. 根据权利要求5的生命安全装置，其中所述低占空比放电控制信号具有小于大约25%的占空比。

7. 根据权利要求6的生命安全装置，其中所述占空比是大约10%。

8. 根据权利要求5的生命安全装置，其中所述放电控制信号具有大约1ms的放电开持续时间。

9. 根据权利要求3的生命安全装置，且进一步包括：

被连接到所述电池的电池测试电路，用于响应于电池测试信号而从所述电池汲取电流并且产生测量的电池电压信号。

10. 根据权利要求9的生命安全装置，其中在所述电池放电操作期间，所述控制器向所述电池测试电路提供所述电池测试信号以引起所述可再充电电池的受控放电。

11. 根据权利要求10的生命安全装置，其中在所述电池放电操作期间，所述控制器监视来自所述电池测试电路的所述测量的电池电压信号以确定所述电池何时已达到其中它安全废弃的状况。

12. 根据权利要求11的生命安全装置，其中当所述电池已达到其中它安全废弃的状况时，所述控制器终止所述电池放电操作。

13. 一种准备废弃具有可再充电电池的生命安全装置的方法，所述方法包括：

确定所述生命安全装置何时已达到寿命终止状况；

提供指示所述生命安全装置已达到所述寿命终止状况的信号；

在已确定所述寿命终止状况之后探测到输入AC电力对所述生命安全装置的损失；和

响应于输入AC电力的损失，自动地启用受控放电功能，其中所述电池被放电至阀值水平，在所述阀值水平处所述电池安全废弃。

14. 根据权利要求13的方法，且进一步包括；

在确定所述生命安全装置已达到所述寿命终止状况之后并且在探测到输入AC电力的损失之前继续所述生命安全装置的正常功能。

15. 根据权利要求14的方法，且进一步包括：

在所述生命安全装置已达到所述寿命终止状况并且已探测到输入AC电力的损失之后中断所述生命安全装置的正常功能。

16. 根据权利要求13的方法，其中所述受控放电功能包括：

根据开/关占空比使所述电池放电；和

对输入AC电力的恢复进行监视。

17. 根据权利要求16的方法，其中所述开/关周期具有小于所述周期的大约25%的开时间。

18. 根据权利要求16的方法，其中所述开时间是大约1ms。

19. 根据权利要求16的方法，且进一步包括：

在探测到输入AC电力的恢复时返回到所述生命安全装置的正常功能。

20. 根据权利要求13的方法，其中指示所述电池已达到寿命终止状况的所述信号包括声响信号、语音消息、或者声响信号和语音消息的组合。

21. 根据权利要求13的方法，其中所述受控放电功能利用所述生命安全装置的电池测试电路。

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