CN106463793B - 用于自动加热功率均衡的应急照明系统和方法 - Google Patents

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Abstract

装置和方法采用一对输入端子来从用于对应急照明系统的备用电源充电的充电电源接收输入电压,输入电压对应于多个标称操作电压中的任何一个。电压电平检测器响应于所接收的输入电压而产生指示接收哪个标称操作电压的输入电压电平信号。温度检测器确定备用电源的温度是否超过阈值,并且响应于此产生温度信号。加热器包括多个加热元件,并且当备用电源的温度低于阈值时启动加热器以加热备用电源。输入电压电平信号确定启动哪个加热元件。

Description

用于自动加热功率均衡的应急照明系统和方法
技术领域
本发明总体涉及应急照明系统。更具体地,本文中所公开的各种发明方法和装置涉及具有用于对于可以用于对备用电源充电的多个不同输入电压中的任何一个而加热应急照明系统的备用电源(例如电池)的功率的自动均衡的应急照明系统。
背景技术
应急照明几十年来已经用于例如向用于对离开建筑或设施的出口路径照明的一个或多个光源提供功率。工业、商业以及公共机构建筑中需要应急照明作为安全装备的一部分。应急照明依赖向光源供电的有限备用电源(例如电池)。这里,“电池”被理解为包含被连接在一起以起一个备用电源的作用的多个独立的电池单元。应急照明系统(有时称为“应急镇流器”)被设计为仅仅在AC功率故障的时段期间、在应急照明系统被称为处于“应急模式”(EM)时给光源供能,并且可以与传统照明单元(有时称为“AC镇流器”)组合。应急照明系统可以感测AC功率的不存在,且在AC功率故障的有限时段期间使用备用电源和专用电子电路给光源供能。在美国,要求的应急照明时段为至少90分钟,而在欧洲,例如,要求的应急照明时段为180分钟,如由生命安全规范(例如NFPA-101的章节7.9.2和NEC700.12)针对电池供电的应急照明系统设置的,在要求的应急照明时段期间,应急照明水平不应降至低于初始水平的60%。
近来,发光二极管(LED)作为用于所占用空间的主光源在市场上已经变得更加突出。LED提供传统荧光、HID和白炽灯的可行另选方案。LED的功能优点和益处包括高能量转换和光学效率、耐久性、更低的操作成本以及许多其他优点和益处。LED技术的最新进展已经提供在许多应用中实现各种照明效果的高效且鲁棒的全光谱照明源。这些优点导致将LED引入到种类广泛的应用和场境中。具体地,LED光源现在被开发用于在应急照明系统中使用。
为了能够在EM放电期间提供必要量的能量,电池通常被充电达至少24h的时间段,在该时间段期间,电池应以最佳速率接受电荷,不管应急照明系统经受什么温度(指定范围内)。特别是对于被设计为在低于0℃的环境温度下操作的应急照明系统(例如未加热车库、楼梯外部等),可以提供使电池变暖的手段——通常仅在充电阶段期间是必要的。由此,应急照明系统的正常0℃低端环境温度极限可以在不将电池暴露到由于氢气体的潜在累积而产生的爆炸威胁的情况下扩展到-20℃或更低——周知对于通常使用的镍镉(NiCd)可再充电电池,如果在电池被冰冻时试图完全充电,则爆炸发生。
此外,期望能够将特定应急照明系统安装在各种位置中,并且期望能够将特定应急照明系统连接到各种不同的常遇见的标称AC电压(例如120VAC、230VAC、277VAC等)。然而,因为加热器消耗的功率随着电压的平方而变化,所以适应这种广范围的可能输入电压可能对于电池加热器提出问题。如果加热器被设计为以最低预期输入电压向电池提供足够的加热能量,那么当加热器接收高得多的输入电压时,功耗可能过多,并且可能使得加热器变得太热,在这种情况下,加热器可能引起对周围材料的不可逆损坏和/或可能需要关闭。相反,如果加热器被设计为安全操作且在最高预期输入电压时不过热,那么当加热器接收低得多的输入电压时,热量消耗的量可能不足以充分且高效地加热电池。
由此,本领域需要提供应急照明系统,具体地需要LED应急照明,其中,LED灯连接到能够在AC功率故障的情况下给LED灯负载供能的DC电流源(可能为DC与添加到它的振幅小得多的AC分量的组合)。具体地,需要提供用于确保备用电源(例如电池——通常驻留于应急照明系统内部)不仅在充电期间(即,在应急照明系统由AC功率供电的时间期间)被维持在安全且有效的操作温度而且对于不同的常遇见的标称操作电压(例如美国的120VAC和277VAC、欧洲的230VAC等)自动均衡电池加热功率的解决方案。此外,将期望提供不仅可以确保电池不管在特定应急照明系统安装位置是什么标称AC电压也最佳地接受电荷、而且可以消除对用于给电池加热器供电的附加外部接线的需要的这样的解决方案。还将期望提供在不需要翻转或设置输入电压选择开关以匹配标称操作电压和/或根据标称操作电压将充电电源连接到一个或多个不同输入端子的情况下允许相同应急照明系统连接到具有多个不同标称操作电压中的任何一个的充电电源(例如AC市电)的这样的解决方案。
发明内容
本公开涉及用于应急照明系统的发明方法和装置。例如,本公开描述了具有用于对于可以用于对备用电源充电的多个不同输入电压而加热应急照明系统的备用电源(例如电池)的功率的自动均衡的应急照明系统的实施例。
大体上,在一个方面中,装置包括:第一和第二输入端子,该第一和第二输入端子被配置为连接到用于对应急照明系统的备用电源充电的充电电源,并跨第一和第二输入端子从充电电源接收输入电压,输入电压对应于用于应急照明系统的多个标称操作电压中的、充电电源的所施加标称操作电压;电压电平检测器,该电压电平检测器被配置为响应于所接收的输入电压而产生指示输入电压对应的充电电源的所施加标称操作电压的输入电压电平信号;温度检测器,该温度检测器被配置为确定备用电源附近的温度是否超过备用电源温度阈值,并且产生指示温度是否超过备用电源温度阈值的温度信号;以及加热器,该加热器包括多个加热元件,该多个加热元件被配置为被选择性地启动,以加热备用电源,其中,温度信号确定是否启动加热器,并且当启动加热器时,输入电压电平信号确定启动加热元件中的哪个(哪些)。
在一些实施例中,装置还包括开关电路,其中,开关电路被配置为在温度未超过备用电源温度阈值时启动加热器。
在这些实施例的一些变体中,加热器具有输出端子和多个电压输入,其中,开关电路还被配置为在温度未超过备用电源温度阈值时,响应于输入电压电平信号将第一输入端子选择性地连接到多个电压输入中所选的一个。
在这些实施例的一些变体中,开关电路包括一个或多个继电器,该一个或多个继电器被配置为在温度未超过备用电源温度阈值时启动加热器,并且还被配置为在温度未超过备用电源温度阈值时响应于输入电压电平信号将第一输入端子连接到所选的电压输入。
在这些实施例的一些变体中,装置还包括逻辑电路,该逻辑电路被配置为接收输入电压电平信号和温度信号,并响应于此而输出用于控制一个或多个继电器的一个或多个控制信号。
在这些实施例的一些变体中,加热器具有输出端子和多个电压输入,其中,加热元件中的至少第一加热元件串联连接在第一电压输入与第二电压输入之间,并且加热元件中的至少第二加热元件串联连接在第二电压输入与输出端子之间,其中,输出端子连接到第二输入端子,并且其中,开关设备被配置为将第一输入端子选择性地连接到多个电压输入中的一个。
在这些实施例的一些变体中,当启动加热器且所施加的标称操作电压为多个标称电压中的第一标称电压时,那么开关电路跨加热器的第一和第二加热元件的串联组合施加输入电压,并且当启动加热器且所施加的标称操作电压为多个标称电压中的第二标称电压时,那么开关电路跨第二加热元件施加输入电压且旁路第一加热元件。
在这些实施例的一些变体中,第一标称操作电压为277VAC,并且第二标称操作电压为120VAC,其中,当启动加热器且所施加标称操作电压为277VAC时,加热器被配置为以第一功率水平消耗能量,并且其中,当启动加热器且所施加的标称操作电压为120VAC时,加热器被配置为以第二功率水平消耗能量,其中,第一功率水平与第二功率水平近似相同。
在这些实施例的一些变体中,当启动加热器且所施加标称操作电压为多个标称电压中的第一标称电压时,那么开关电路跨加热器的第一、第二以及第三加热元件的串联组合施加输入电压,当启动加热器且所施加的标称操作电压为多个标称电压中的第二标称电压时,那么开关电路跨第二和第三加热元件的串联组合施加输入电压并旁路第一加热元件,并且当启动加热器且所施加的标称操作电压为多个标称电压中的第三标称电压时,那么开关电路跨第三加热元件施加输入电压并旁路第一和第二加热元件。
在这些实施例的一些变体中,第一标称操作电压为277VAC,第二标称操作电压为230VAC,并且第三标称操作电压为120VAC。
在一些实施例中,多个标称操作电压至少包括120VAC和277VAC。
在一些实施例中,多个标称操作电压至少包括120VAC、230VAC以及277VAC。
在这些实施例的一些变体中,当启动加热器且输入电压为305VAC时,加热器被配置为以第一功率水平消耗能量,并且其中,当启动加热器且输入电压为102VAC时,加热器被配置为以第二功率水平消耗能量,其中,对于标称加热器组件值,第一功率水平小于第二功率水平的两倍。
在一些实施例中,加热器还包括热保护器,该热保护器被配置为在热保护器附近的温度超过加热器温度阈值时禁用对备用电源的加热。
在一些实施例中,温度检测器被配置为改变备用电源温度阈值,以提供用于温度信号的滞后。
在另一个方面中,方法包括:跨第一和第二输入端子从用于对应急照明系统的备用电源充电的充电电源接收输入电压,输入电压对应于用于应急照明系统的多个标称操作电压中的、充电电源的所施加标称操作电压;确定备用电源附近的温度是否超过阈值;产生指示温度是否超过阈值的温度信号;响应于温度信号,选择性地启动和停用包括多个加热元件的加热器;以及当启动加热器时,产生指示输入电压对应的、充电电源的所施加标称操作电压的输入电压电平信号,以及响应于输入电压信号选择加热元件中的一个或多个来启动,以加热备用电源。
在一些实施例中,当温度未超过阈值时,不启动加热元件中的任一个。
在一些实施例中,加热器具有输出端子和多个电压输入,方法还包括:响应于输入电压电平信号将第一输入端子选择性地连接到多个电压输入中所选的一个。
在一些实施例中,方法还包括:当启动加热器且所施加的标称操作电压为多个标称电压中的第一标称电压时,跨加热器的第一和第二加热元件的串联组合施加输入电压,并且当启动加热器且所施加的标称操作电压为多个标称电压中的第二标称电压时,跨第二加热元件施加输入电压且旁路第一加热元件。
在这些实施例的一些变体中,第一标称操作电压为277VAC,并且第二标称操作电压为120VAC,并且方法还包括:在启动加热器且所施加标称操作电压为277VAC时,加热器以第一功率水平消耗能量;以及在启动加热器且所施加的标称操作电压为120VAC时,加热器以第二功率水平消耗能量,其中,第一功率水平与第二功率水平近似相同。
如本文中为了本公开的目的使用的,术语“LED”应被理解为包括任何电致发光二极管或能够响应于电信号产生辐射的其它类型的基于载流子注入/结的系统。由此,术语LED包括但不限于响应于电流发光的各种基于半导体的结构、发光聚合物、有机发光二极管(OLED)、电致发光条等。具体地,术语LED指代可以被配置为产生红外光谱、紫外光谱以及可见光谱(通常包括从近似400纳米至近似700纳米的辐射波长)的各种部分中的一个或多个中的辐射的所有类型的发光二极管(包括半导体和有机发光二极管)。LED的一些示例包括但不限于各种类型的红外LED、紫外LED、红色LED、蓝色LED、绿色LED、黄色LED、琥珀色LED、橙色LED以及白色LED(下面进一步讨论)。还应理解,LED可以被配置和/或控制为产生具有对于给定光谱的各种带宽(例如半高全宽或FWHM)(例如窄带宽、宽带宽)以及给定一般颜色分类内的各种主波长的辐射。
例如,被配置为产生本质上白光的LED(例如白色LED)的一个实施方式可以包括分别发出组合时混合形成本质上白光的不同电致发光谱的若干裸片。在另一个实施方式中,白光LED可以与将具有第一光谱的电致发光转换成不同第二光谱的磷光体材料关联。在该实施方式的一个示例中,具有相对短波长和窄带宽光谱的电致发光“泵激”磷光体材料,磷光体材料转而辐射具有稍微更宽光谱的更长波长辐射。
还应理解,术语LED不限制LED的物理和/或电封装类型。例如,如上面讨论的,LED可以指代具有被配置为分别发出不同辐射光谱(例如该辐射可以或不可以独立可控)的多个裸片的单个发光设备。而且,LED可以与被认为是LED(例如一些类型的白色LED)的集成部分的磷光体关联。通常,术语LED可以指代封装LED、未封装LED、表面安装的LED、板上芯片LED、T封装安装LED、径向封装LED、功率封装LED、包括某一类型的外壳和/或光学元件(例如漫射透镜)的LED等。
术语“光源”应被理解为指代各种辐射源中的任何一个或多个,包括但不限于基于LED的源(包括如上定义的一个或多个LED)、白热源(例如灯丝灯、卤素灯)、荧光源、磷光源、高强度放电源(例如钠蒸汽灯、汞蒸汽灯以及金属卤化物灯)、激光器、其它类型的电致发光源、火致发光源(例如火焰)、蜡烛发光源(例如气罩、碳弧辐射源)、光致发光源(例如气体放电源)、使用电子饱和的阴极发光源、流电发光源、晶体发光源、显像管发光源、热致发光源、摩擦发光源、声致发光源、辐射发光源以及发光聚合物。
给定光源可以被配置为产生可见光谱内、可见光谱外部或两者组合的电磁辐射。因此,术语“光”和“辐射”在本文中可互换地使用。另外,光源可以包括作为集成组件的一个或多个过滤器(例如滤色器)、透镜或其他光学组件。而且,应理解,可以针对各种应用(包括但不限于指示、显示和/或照明)来配置光源。“照明源”为被特别配置为产生具有有效照明内部或外部空间的足够强度的辐射的光源。在该上下文中,“足够强度”指代在空间或环境(单位“流明”在辐射功率或“光通量”方面通常用于表示沿所有方向来自光源的总光输出)中产生以提供环境照明(即,可以间接感知且例如可以在被整体或部分感知之前从各种中间表面中的一个或多个被反射的光)的可见光谱中的足够辐射功率。
术语“光谱”应被理解为指代由一个或多个光源产生的任何一个或多个辐射频率(或波长)。因此,术语“光谱”不仅指代可见范围内的频率(或波长),还指代红外、紫外以及整个电磁光谱的其他区域中的频率(或波长)。再次,给定光谱可以具有相对窄的带宽(例如本质上具有很少频率或波长分量的FWHM)或相对宽的带宽(具有各种相对强度的若干频率或波长分量)。还应理解,给定光谱可以为混合两个或更多个其他光谱(例如混合分别从多个光源发出的辐射)的结果。
为了本公开的目的,术语“颜色”可与术语“光谱”互换地使用。然而,术语“颜色”通常用于主要指代可由观察者感知的辐射的性质(但该使用不旨在限制该术语的范围)。因此,术语“不同颜色”暗中指代具有不同波长分量和/或带宽的多个光谱。还应理解,术语“颜色”可以结合白光和非白光两者来使用。
术语“照明器材”在本文中用于指代特定外形规格、组装或封装的一个或多个照明单元的实施方式或布置。术语“照明单元”在本文中用于指代包括相同或不同类型的一个或多个光源的装置。给定照明单元可以具有各种用于光源的安装设置、包围件/外壳设置和形状、和/或电和机械连接配置中的任何一种。另外,给定照明单元可选地可以关联有(例如包括、耦合到和/或与其一起封装)与光源的操作有关的各种其它组件(例如控制电路)。“基于LED的照明单元”指代包括单独或与其他非基于LED的光源组合的如上面所讨论的一个或多个基于LED的光源的照明单元。“多通道”照明单元指代包括被配置为分别产生不同辐射光谱的至少两个光源的基于LED或非基于LED的照明单元,其中,每个不同源光谱可以称为多通道照明单元的“通道”。
应理解,下面更详细讨论的前述概念和另外概念的全部组合(假如这样的概念不互相不一致)被设想为本文中所公开的发明主题的一部分。具体地,出现在本公开结尾处的所要求保护主题的全部组合被设想为本文中所公开的发明主题的一部分。还应理解,还可以出现在通过引用并入的任何公开内容中的、本文中明确采用的术语应被赋予与本文中所公开的特定概念最一致的含义。
附图说明
在附图中,相同的附图标记通常贯穿不同视图指代相同的部分。而且,附图不必是按比例,代之重点通常置于图示本发明的原理。
图1图示了应急照明系统的一部分的第一实施例的功能框图。
图2图示了应急照明系统的一部分的开关电路的示例实施例。
图3图示了用于其输入AC电压为120VAC或277VAC的应急照明系统的电压电平检测器、温度检测器、开关电路以及加热器的设置的示例实施例。
图4图示了用于其输入AC电压为120VAC或277VAC的应急照明系统的加热器的示例实施例。
图5图示了应急照明系统的一部分的第二实施例的功能框图。
图6图示了应急照明系统的一部分的第三实施例的功能框图。
图7图示了用于其输入AC电压为120VAC、230VAC或277VAC之一的应急照明系统的电压电平检测器、温度检测器、开关电路以及加热器的设置的另一个示例实施例。
图8图示了对用于应急照明系统的备用电源充电的方法的示例实施例。
具体实施方式
通常,应急照明系统连接到用于对备用电源充电的充电电源,应急照明系统在其被启动以提供照明时采用备用电源。加热器通常用于在备用电源的充电周期期间加热备用电源,以防止损坏或甚至爆炸。根据特定安装,充电电源可以输出多个标称操作电压(例如120VAC、230VAC、277VAC等)中的任何一个。然而,如果不采取其他措施,充电电源的电压电平跨可能的标称操作电压的范围的大的变化意味着由加热器消耗的功率量的甚至更大且不期望的大变化。
更一般地说,申请人已经认识到且理解,提供可以在不需要特别措施(诸如设置输入电压选择器开关和/或根据其标称操作电压将充电电源连接到不同输入端子等)的情况下,使自己自动适于用可以施加于其输入端子的多个可能标称操作电压中的任何一个来操作其加热器的应急照明系统,将是有益的,并且本领域需要。
鉴于上述内容,本发明的各种实施例和实施方式涉及用于应急照明系统的方法和设备,该应急照明系统具有用于针对可以用于对备用电源充电的多个不同输入电压中的任何一个而加热应急照明系统的备用电源(例如电池)的功率的自动均衡。
图1图示了应急照明系统100的一部分的第一实施例的功能框图。通常,应急照明系统100包括图1中未图示的许多其他组件,这些组件可以包括一个或多个照明器材和/或照明单元,一个或多个照明器材和/或照明单元在一些实施例中可以包括一个或多个LED光源以及一个或多个关联的AC照明驱动器或镇流器。在一些实施例中,一个或多个LED光源可以被配置为发出用于照明特定区域的大致白光或具有任何其他期望颜色的光。具体地,应急照明系统100可以被配置为在失去AC市电功率的情况下以指定强度水平提供特定区域的照明达特定时间段。
应急照明系统100包括第一输入端子10和第二输入端子12。应急照明系统100还包括AC整流器110、充电器转换器120、备用电源(例如电池130)、AC电压电平检测器140、温度水平/阈值检测器150、逻辑电路(例如逻辑组合器电路)160、开关电路170以及加热器180。虽然备用电源将通常为电池130,且将在以下描述中这样描述,但设想可以使用另一个可再充电的备用电源(诸如电容器组或可能尚未开发的其它技术)可以是可能的。本领域技术人员将容易地理解下面描述的实施例的操作原理通常可以如何应用于这种备用电源。
应急照明系统100被配置为从充电电源(例如AC市电)(未示出)接收跨第一输入端子10和第二输入端子12施加的输入电压5。输入电压5对应于应急照明系统100操作可以使用的多个标称操作电压中的充电电源的所施加标称操作电压。
这里,“标称操作电压”指代可以从充电电源提供以供给用于对电池130进行充电的功率的标准电压电平。术语认识到,来自这种充电电源的实际电压电平可能在任何给定时间或地点从标称或标准值变化几个百分点。例如,当充电电源为AC市电时,那么所施加的标称操作电压可以为可以被供给为AC市电且应急照明系统100操作可以使用的多个可能标称操作电压中的任何一个。更具体地,在各个国家且对于各种安装,AC市电可以具有多个可能标称操作电压(诸如120VAC、230VAC、277VAC、400VAC等)中的任何一个。然而,如上面指出的,理解的是,任何给定时间或地点的实际电压来自标称或标准值。例如,在120VAC的标称操作电压的情况下,任何给定地点或时间的实际电压可以在102VAC(120V-15%)和132VAC(120+10%)之间变化,或者甚至在一些稀有情况下在更宽的范围内变化。然而,每个实际电压在本文中将被称为120VAC的标称操作电压。此外,如本文中所用的120VAC的标称操作电压还包含指定AC市电电压为110VAC、115VAC或127VAC的地区和国家。同样,如本文中所用的230VAC的标称操作电压还包含指定AC市电电压为220VAC或240VAC的地区和国家。
应急照明系统100被配置为用多个标称操作电压(具体为120VAC和277VAC)来操作。然而,应理解,在其他实施例中,应急照明系统可以被配置为用不同的多个标称操作电压来操作。例如,下面将描述被配置为用其可以为三个可能的标称操作电压(120VAC、230VAC以及277VAC)中的任何一个的所施加的标称操作电压来操作的实施例。通常,在各种实施例中,应急照明系统被配置为针对其操作的标称操作电压的数量可以为二个、三个或多于三个,并且标称操作电压可以为任何方便的标称操作电压(诸如上面列出的那些标称操作电压)。
在操作中,AC整流器110和充电器转换器120操作为取得从充电电源(例如AC市电)经由输入电压5接收的能量,并且将能量转换成用于对电池130充电的期望电压和电流。AC整流器110和充电器转换器120可以用各种已知电路来实施,并且将省略它们的构造和操作的另外细节。
同时,如上所述,当其环境温度太低(例如负℃)时,充电电池130可能例如由于氢气体的潜在累积而将电池隔间暴露于损坏或甚至爆炸的威胁,周知对于通常使用的NiCd可再充电电池,如果在电池130被冷冻时试图进行这种充电,则这种情况会发生。因此,如果不采取其他准备,则应急照明系统100可以在室外照明系统中操作的低端环境温度可能被限于不期望的高温(例如0℃)。这可能防止应急照明系统100被部署在将另外期望安装应急照明系统100的各种位置(例如未加热车库、外部楼梯等)中。
因此,应急照明系统100包括加热器180,该加热器180被配置为在充电阶段期间将电池130加热至高于环境温度,从而在不将电池单元和/或隔间暴露到爆炸或其他损害的威胁的情况下,将应急照明系统100可以操作的低端环境温度扩展,例如扩展到-20℃或更低。虽然为了提高图示清晰的目的在图1的功能框图中未示出,但通常加热器180被定位为密切靠近电池130或紧邻电池130,以便在启动加热器180时加热电池130。
在图1所示的实施例中,加热器180包括第一加热元件182、第二加热元件184以及热保护器186。在各种其他实施例中,加热元件的数量可以多于两个。在一些实施例中,加热元件的数量可以取决于应急照明系统100被设计为操作所用的标称操作电压的数量。如下面将参照图3和图5更详细描述的,加热器180具有多个电压输入和输出端子,其中,加热元件中的至少第一个(例如第一加热元件182)连接在第一电压输入与第二电压输入之间,并且加热元件中的至少第二个(例如第二加热元件184)连接在第二电压输入与输出端子之间。此外,加热器180的输出端子连接到应急照明系统100的第二输入端子12(中性)。如下面将更详细说明的,开关电路170被配置为将应急照明装置100的第一输入端子10选择性地连接到加热器180的多个电压输入中的一个,以便形成用于电流从充电电源流过加热器180的一个或多个加热元件中的所选组的闭合电路路径,从而消耗热能,以加热电池130。
这里,理解的是,第一加热元件182和第二加热元件184中的每一个可以包括电阻加热元件。此外,如下面参照图4更详细描述的,第一加热元件182和第二加热元件184可以各包括多个电阻器。就考虑它们的物理位置而言,电阻器应被定位为靠近电池130尽可能均匀的间隔,使得由电阻器消耗的热量提供电池130的均匀升温。
加热器180还包括热保护器186,该热保护器186被配置为在加热器180(例如由于开关电路170有缺陷的电子控制而)变得太热的情况下停用加热器。在一些实施例中,热保护器186被置为靠近或邻近第一加热元件182和第二加热元件184中的一个或多个,并且在热保护器186附近的温度超过指定温度阈值(例如70℃)的情况下自动“打开”,以保证加热器180中的电阻器不超过它们可能开始对于上面安装电阻器的电路板或周围绝缘材料造成火灾危险的温度(例如100℃)。只要热保护器186附近的温度低于阈值温度,那么热保护器186对流过热保护器186的电流呈现低阻抗。设想在一些实施例中,可以省略热保护器186,并且由用于防止加热器180过热的其他设置来替换热保护器186。
如下面将详细说明的,AC电压电平检测器140、温度水平/阈值检测器150、逻辑电路160以及开关电路170一起操作,以使加热器180自动适于用施加于第一输入端子10和第二输入端子12的多个标称操作电压中的任何一个来操作。例如,在图1中所图示的特定示例中,AC电压电平检测器140、温度水平/阈值检测器150、逻辑电路160以及开关电路170一起操作,以使加热器180自动适于用120VAC或277VAC来操作,而不需要电压开关或充电电源对于不同标称输入电压必须连接到的单独端子等的形式的任何人为干涉。即,不管所施加标称操作电压是120VAC还是277VAC,安装相同——AC市电线路总是连接到第一输入端子10和第二输入端子12,并且AC电压电平检测器140、温度水平/阈值检测器150、逻辑电路160以及开关电路170确定什么时候和如何启动加热器180进行操作,而不管所施加的标称操作电压。
再次,虽然图1图示了用于120VAC和277VAC的特定示例,但应理解,在其他实施例中,AC电压电平检测器140、温度水平/阈值检测器150、逻辑电路160以及开关电路170可以使加热器180适于由另外和/或不同的标称操作电压来操作。
在操作中,AC电压电平检测器140产生并输出指示输入端子10和12连接到的充电电源的所施加标称操作电压的输入电压电平信号145。更具体地,AC电压电平检测器140响应于跨第一输入端子10和第二输入端子12施加的实际输入电压5,并且基于输入电压5,AC电压电平检测器140确定应急照明源100被配置为操作所用的多个标称操作电压中的、输入端子10和12连接到的充电电源的对应所施加的标称操作电压。此外,根据响应于跨第一输入端子10和第二输入端子12施加的实际输入电压5确定的所施加标称操作电压,AC电压电平检测器140产生并输出输入电压电平信号145。
例如,当实际输入电压5为116VAC时,AC电压电平检测器140可以确定对应所施加的标称操作电压为120VAC,并且可以产生并输出指示所施加标称操作电压为120VAC的输入电压电平信号145。另一方面,当实际输入电压5为282VAC时,AC电压电平检测器140可以确定对应所施加的标称操作电压为277VAC,并且可以产生并输出指示所施加标称操作电压为277VAC的输入电压电平信号145。
在一些实施例中,输入电压电平信号145为其数字值指示所施加标称操作电压的数字信号。例如,在其中仅存在应急照明系统100被配置为操作所针对的两个可能标称操作电压的图1所示的实施例中,那么输入电压电平信号145可以为一比特(二进制)数字信号。例如,输入电压电平信号145在AC电压电平检测器140确定所施加标称操作电压为277VAC时可以具有高电压电平或以其他方式指示逻辑值“1”,并且在AC电压电平检测器140确定所施加标称操作电压为120VAC时可以具有逻辑值“0”。在其中应急照明系统被配置为用多于两个可能标称操作电压进行操作的其他实施例中,那么输入电压电平信号145可以不为二进制信号(例如三进制),或者可以为由两比特或更多比特表示的二进制信号。例如,在其中应急照明系统被配置为用120VAC、230VAC或277VAC的标称操作电压进行操作的实施例中,那么输入电压电平信号145可以为三进制信号或由两个比特表示的二进制信号。
在图1所示的实施例中,AC电压电平检测器140在其输入处接收作为AC整流器110的输出电压(其转而依赖输入电压5)的检测电压,并且AC电压电平检测器140从AC整流器110的输出电压确定所施加的标称操作电压。然而,如下面将参照图5和图6描述的,在其他实施例中,AC电压电平检测器140在其输入处接收响应于输入电压5产生且其幅度随输入电压5的幅度变化而变化的其他检测电压(正或负)。
在一些实施例中,AC电压电平检测器140可以包括用于确定用于应急照明系统100的可能标称操作电压的预定义组中的所施加标称操作电压的一个或多个阈值检测器或比较器。例如,在一个简单实施例中,AC电压电平检测器140可以包括单个阈值检测器,该阈值检测器具有设置在处于对于120VAC的标称输入电压将接收的检测电压和对于277VAC的标称输入电压将接收的检测电压之间的中间的电压电平的阈值,并且可以产生其值取决于检测电压是大于还是小于阈值的输入电压电平信号145。在一个更复杂的实施例中,AC电压电平检测器140可以包括一个或多个阈值检测器或比较器,每个阈值检测器或比较器对应于用于应急照明系统100的可能标称操作电压中的不同标称操作电压,并且AC电压电平检测器140可以产生其值取决于这些比较器的输出的某一逻辑组合的输入电压电平信号145。如本领域技术人员将理解的,AC电压电平检测器140的各种不同实施例是可能的。
温度水平/阈值检测器150确定电池130附近的温度是否超过预定电池温度阈值,并且响应于此产生指示温度是否超过备用电源温度阈值(例如电池附近温度阈值)的温度信号155。如下面将更详细说明的,温度信号155可以用于确定什么时候/是否启动加热器180,以便加热电池130。具体地,当电池130(或电池130附近)的温度小于阈值温度时,那么启用加热器180,以在充电周期期间加热电池130,以确保电池130处于用于充电的适当温度。另一方面,当电池130(或电池130附近)的温度大于阈值温度时,那么禁用加热器180。
有益地,温度水平/阈值检测器150滞后地操作,使得在电池130附近的温度响应于启用和禁用加热器180而升高和降低(围绕单个阈值)时,温度信号155不会来回切换或振荡。更具体地,温度水平/阈值检测器150所采用的电池温度阈值可以具有与其关联的滞后值,使得在电池130的温度在启动加热器180之后升高时用于切换温度信号155的电池温度阈值不同于在电池130的温度在停用加热器180之后降低时用于切换温度信号155的电池温度阈值。例如,电池温度阈值可以具有用于在加热器180已经被停用时切换温度信号155以启动加热器180的第一值(假设为10℃),并且可以具有用于在加热器180已经被启动时切换温度信号155以停用加热器180的第二值(假设为15℃)。因此,所感测的电池130的温度的小变化将不会引起温度信号155的振荡,从而防止加热器180太频繁地循环启动和关闭。
在一些实施例中,温度信号155为其数字值指示电池130或电池130附近的温度是否超过备用电源温度阈值的二进制数字信号。例如,在温度水平/阈值检测器150确定电池130或电池130附近的温度不超过备用电源温度阈值时,温度信号155可以具有高电压电平或以其他方式指示逻辑值“1”(因此指示应启动加热器180),并且在温度水平/阈值检测器150确定电池130或电池130附近的温度超过备用电源温度阈值时,温度信号155可以具有逻辑值“0”(因此指示应停用加热器180)。再次,如上面说明的,理解的是,可以改变电池温度阈值,以提供滞后。
在一些实施例中,温度水平/阈值检测器150包括处理器(例如微控制器单元——MCU)和被定位为非常靠近或邻近电池130的温度传感器,并且温度传感器能够感测其可以与电池130的实际温度相同或非常接近的电池130附近的温度。在一些其他实施例中,MCU可以本身具有内部温度传感器。MCU然后将所感测的温度与电池温度阈值(例如存储在与MCU关联的存储器中的电池温度阈值)进行比较,并且作为该比较的结果而生成温度信号155。再次,如上面说明的,MCU可以将滞后值与电池温度阈值关联,以便防止温度信号155的不期望的切换或振荡。
在一些其他实施例中,对应于温度水平/阈值检测器150的开关元件(例如开关电路170的一部分)可以为简单的商业可得的恒温器(诸如AIRPAXTM系列6700恒温器(例如AIRPAXTM67L040))。然而,使用这种恒温器的可能缺点可能是恒温器可能经历非常高的开关频率,并且这种设备的指定寿命周期规范(例如成千上万个周期)可能不期望地限制应急照明系统100的寿命(应急照明系统100否则可以具有5年、7年或甚至更长的寿命)。上面描述的采用温度传感器和MCU比较的实施例可以克服该缺点。
逻辑电路160具有:第一输入162,该第一输入162被配置为从AC电压电平检测器140接收输入电压电平信号145;和第二输入164,该第二输入164被配置为从温度水平/阈值检测器150接收温度信号155;并且响应于此,逻辑电路160向开关电路170产生输出信号165,以便控制加热器180的操作。为了说明所涉及的原理,在示例实施例中:当温度信号155具有指示电池130附近的温度未超过电池温度阈值(因此应启动加热器180)的逻辑值“1”且输入电压电平信号145具有指示所施加标称操作电压为277VAC的逻辑值“1”时,那么逻辑电路160可以输出具有第一值的控制信号165;当温度信号155具有指示电池130附近的温度未超过电池温度阈值(因此应启动加热器180)的逻辑值“1”且输入电压电平信号145具有指示所施加标称操作电压为120VAC的逻辑值“0”时,那么逻辑电路160可以输出具有第二值的控制信号165;并且当温度信号155具有指示电池130附近的温度超过电池温度阈值(因此应停用加热器180)的逻辑值“0”时,那么逻辑电路160可以输出具有第三值的控制信号165(不管输入电压电平信号145的状态)。应理解,上面示例中逻辑值“1”和“0”的映射是任意的,并且在一些其他实施例中可以将值颠倒。
图2图示了用于应急照明系统的一部分的开关电路170的示例实施例。
开关电路170具有连接到第一输入端子10用于接收输入电压5的第一输入172,并且具有用于从逻辑电路160接收控制信号165的第二输入174。响应于控制信号165,开关电路170被置于三个位置状态之一:其中第一输入端子10连接到输出端子277VAC的第一位置或状态173;其中第一输入端子10连接到输出端子120VAC的第二位置或状态175;以及其中第一输入端子10未连接到任何输出端子的第三位置或状态177。在一些实施例中,开关电路170可以用可以加强应急照明系统100的寿命的一个或多个机电继电器来实现。在一些其他实施例中,开关电路170可以用一个或多个电子开关(诸如场效应晶体管(FET)、二极管等)来实现。
如图1所示,开关电路170中的输出端子277VAC和120VAC中的每一个连接到加热器180的对应输入端子。
下面的表1示出了可以由图1中的逻辑电路160和开关电路170的组合实施的逻辑真值表的示例实施例。
表1
应理解,表1中的逻辑值“1”和“0”的映射是任意的,并且在一些其他实施例中可以将值颠倒。
AC电压电平检测器140、温度水平/阈值检测器150、逻辑电路160以及开关电路170(它们一起操作以使加热器180自动适于用施加于第一输入端子10和第二输入端子12的多个标称操作电压中的任何一个来操作)的操作现在可以从上面的表1理解。
具体地,温度水平/阈值检测器150被配置为确定电池130附近的温度是否超过备用电源温度阈值,并产生指示温度是否超过备用电源温度阈值的温度信号155。温度信号155转而确定是启动还是停用加热器180。AC电压电平检测器140被配置为从输入电压5确定所施加的标称操作电压,并产生指示所施加的标称操作电压是什么的输入电压电平信号145。当响应于温度信号155启动加热器180时,输入电压电平信号145确定启动第一加热元件182和第二加热元件184中的哪一个或多个。在该特定实施例中,当所施加的标称操作电压为277VAC时,那么输入电压电平信号145为高(逻辑“1”),并且开关电路120将第一输入端子10连接到加热器180,以便使得第一输入端子10与第二输入端子12之间的闭合电路包括第一加热元件182和第二加热元件184两者(以及热保护器186),使得AC电流流过第一加热元件182和第二加热元件184,并且第一加热元件182和第二加热元件184两者产生用于加热电池130的热量(启动第一加热元件182和第二加热元件184两者)。另一方面,当所施加的标称操作电压为120VAC时,那么输入电压电平信号145为低(逻辑“0”),并且开关电路120将第一输入端子10连接到加热器180,以便旁路第一加热元件182,并且使得第一输入端子10与第二输入端子12之间的闭合电路不包括第一加热元件182且仅包括第二加热元件184(并且通常包括热保护器186),使得仅启动第二加热元件184,以产生用于加热电池130的热量(停用第一加热元件182)。
在实践中,逻辑电路160表示应急照明系统100的通用实施方式,并且在一些实施方式中,可以省略逻辑电路160,并且逻辑电路160的功能可以“内置”于开关电路170的配置。
例如,图3图示了用于应急照明系统(诸如应急照明系统100)的AC电压电平检测器140、温度水平/阈值检测器150、开关电路370以及加热器380的设置300的示例实施例。这里看到,不包括具体的逻辑电路,相反逻辑电路的功能由开关电路370和加热器380的设置来提供。
AC电压电平检测器140和温度水平/阈值检测器150的构造和操作可以与上面关于图1说明的相同,因此将不重复对其的描述。
开关电路370包括第一开关376和第二开关378。第一开关376和第二开关378各自可以用机电继电器来实现。在一些其他实施例中,第一开关376和第二开关378可以用一个或多个电子开关(诸如场效应晶体管(FET)、二极管等)来实现。
第一开关376在第一输入372处从第一输入端子10接收输入电压5,并且在第一控制输入374处接收输入电压电平信号145作为控制信号。第二开关378连接在端子373与377之间,并且在第二控制输入375处接收温度信号155作为控制信号。
加热器380可以为上面关于图1描述的加热器180的一个实施例。加热器380包括第一加热元件382、第二加热元件384以及热保护器186。加热器380具有多个电压输入381、383以及386,和输出端子387。第一加热元件382串联连接在电压输入381与383之间,并且第二加热元件384连同热保护器186一起串联连接在电压输入385与输出端子387之间。此外,加热器180的输出端子387连接到应急照明系统100的第二输入端子12(中性)。再次,理解的是,第一加热元件382和第二加热元件384中的每一个可以包括电阻加热元件。此外,如下面关于图4更详细描述的,第一加热元件382和第二加热元件384可以各自包括多个电阻器。
设置300的操作类似于上面关于图1说明的操作。具体地,温度水平/阈值检测器150被配置为确定电池130附近的温度是否超过备用电源温度阈值,并且产生指示温度是否超过备用电源温度阈值的温度信号155。温度信号155转而确定是启动还是停用加热器380。AC电压电平检测器140被配置为从输入电压5确定所施加的标称操作电压,并且产生指示所施加标称操作电压是什么的输入电压电平信号145。
这里,在电池130附近的温度超过备用电源温度阈值时,第二开关378由温度信号155控制为断开。在这种情况下,用于加热器380的电流路径不存在,并且没有电流将流过加热器380(不管输入电压电平信号145的状态),由此停用加热器380。另一方面,在电池130附近的温度未超过备用电源温度阈值时,第二开关378由温度信号155控制为闭合。在这种情况下,用于加热器380的电流路径通过第二开关378来提供,电流将流过加热器380的加热元件中的一个(384)或两个(382和384),由此启动加热器380。
在其中响应于电池130附近的温度未超过备用电源温度阈值而启动加热器380的情况下,输入电压电平信号145确定启动第一加热元件382和/或第二加热元件384中的哪一个或多个。在该特定实施例中,当所施加的标称操作电压为277VAC时,那么第一开关376断开,并且在第一输入端子10与第二输入端子12之间提供闭合电路,以包括第一加热元件382和第二加热元件384这两者(以及热保护器186),使得电流流过第一加热元件382和第二加热元件384,并且第一加热元件382和第二加热元件384这两者产生用于加热电池130的热量(第一加热元件382和第二加热元件384两者都被启动)。另一方面,当所施加的标称操作电压为120VAC时,那么第一开关376闭合,以便旁路第一加热元件382,并且使得第一输入端子10与第二输入端子12之间的闭合电路不包括第一加热元件382且仅包括第二加热元件384(并且通常包括热保护器186),使得仅启动第二加热元件384,以产生用于加热电池130的热量(停用第一加热元件382)。
应急照明系统100和设置300响应于不同所施加标称操作电压而自动选择性地启动一个或多个加热元件中的不同组的优点在考虑不同应急照明系统和加热器时(其中总是启动相同的加热元件,而不管输入电压)变得明显。例如,在这种情况下,在输入电压为277VAC时由加热器消耗的功率PA与在输入电压为120VAC时由加热器消耗的功率PB的比率(RN)为:
(1)RN=(277)2/(120)2=5.33
此外,如果考虑实际输入电压对于120VAC的标称操作电压可能低至102VAC,并且实际输入电压对于277VAC的标称操作电压可能高至305VAC,如果将RM计算为对于305VAC和102VAC的功耗的比率,那么看到:
(2)RM=(305)2/(102)2=8.94
这种不受控制的功耗范围可能使得难以将加热器设计为在仍然在最高输入电压时避免过热的同时,以最低输入电压向电池施加期望的最小加热能量。
有益地,在一些实施例中,第一加热元件382和第二加热元件384的电阻值可以被选择为:对于应急照明系统100被配置为操作所用的多个不同标称操作电压,均衡或近似均衡加热器380的功耗。
图4图示了可以在应急照明系统100和/或设置300中采用以对于两个不同标称操作电压(例如277VAC和120VAC)均衡或近似均衡功耗的、用于应急照明系统100的加热器480的示例实施例。
加热器480包括第一加热元件482和第二加热元件484。
第一加热元件482包括多个电阻器(具体地为被布置为与两个270Ω电阻器的并联组合串联的十六(16)个270Ω电阻器,产生4455Ω的总电阻)。第二加热元件484也包括多个电阻器(具体地为串联布置的二十二(22)个47Ω电阻器,产生1034Ω的总电阻)。
这里可以看到,在所施加标称操作电压为277VAC且输入电压5跨第一加热元件482和第二加热元件484的串联组合连接时,由加热器480消耗的功率P1将为:
(3)P1=(277)2/(4455+1034)=13.98W。
同时,在所施加标称操作电压为120VAC且输入电压5仅跨第二加热元件484连接时,由加热器480消耗的功率P2将为:
(4)P2=(120)2/(1034)=13.93W。
因此看到,功率P2近似等于功率P1,并且对于所施加标称操作电压的两个不同值120VAC和277VAC,已经均衡加热器480的功耗。通过适当选择电阻值,在一些其他实施例中,可以在没有限制的情况下对于所施加标称操作电压的多于两个不同值(例如120VAC、230VAC以及277VAC),均衡加热器的功耗。
图5图示了应急照明系统500的一部分的第二实施例的功能框图。应急照明系统500的构造和操作与应急照明系统100的构造和操作相同,除了在应急照明系统500中,电压检测器140跨电感器(被图示为第二次级绕组,连接在充电器转换器120的变压器的输出处)、而不是在AC整流器110的输出处,接收其检测电压。因此,将不重复对应急照明系统500的构造和操作的描述。
图6图示了应急照明系统600的一部分的第三实施例的功能框图。应急照明系统600的构造和操作与应急照明系统100的构造和操作相同,除了在应急照明系统600中,AC电压电平检测器140跨充电器转换器120的变压器的输出(次级绕组)(而不是在AC整流器110的输出处)接收其检测电压,并且电池充电器转换器120的次级中的负脉冲此时被整流为到AC电压电平检测器140的输入。因此,将不重复对应急照明系统600的构造和操作的描述。
图7图示了用于应急照明系统(诸如应急照明系统100、500或600)的AC电压电平检测器740、温度水平/阈值检测器150以及加热器780的设置700的另一个示例实施例。这里,再次看到,没有包括具体的逻辑电路,而是逻辑电路的功能作为加热器780的一部分来提供,加热器780在这里将开关电路集成到同一电路板上。
温度水平/阈值检测器150的构造和操作可以与上面关于图1说明的相同,因此将不重复对其的描述。具体地,温度水平/阈值检测器150被配置为确定电池130附近的温度是否超过备用电源温度阈值,并且产生指示温度是否超过备用电源温度阈值的温度信号155。温度信号155转而确定启动还是停用加热器780。
电压检测器740在构造和操作上可以类似于电压检测器140,其中具有以下不同。电压电平检测器740被配置为产生并经由输出端子742和744输出指示至少三个可能标称操作电压中的哪一个对应于如响应于输入电压5检测的所施加标称操作电压的两比特输入电压电平信号745。具体地,输入电压电平信号745指示所施加标称操作电压是120VAC、230VAC还是277VAC。下面将关于表2描述可以由包括电压电平检测器740的设置700实施的真值表的示例实施例。
加热器780包括第一加热元件782、第二加热元件784以及第三加热元件786。加热器780还可以包括热保护器(图7中未示出,但通常置为与第三加热元件786串联)。加热器780具有多个电压输入(包括电压输入781)和输出端子787。加热器780的电压输入781连接到第一输入端子10,并且加热器780的输出端子787连接到应急照明系统700的第二输入端子12(中性)。如同之前,理解的是,第一加热元件782、第二加热元件784以及第三加热元件786中的每一个可以包括电阻加热元件。此外,如上面关于图4描述的,第一加热元件782、第二加热元件784以及第三加热元件786可以各自包括多个电阻器。
设置700还包括第一开关710、第二开关720以及第三开关730。第一开关710、第二开关720以及第三开关730可以各自用机电继电器实现。在一些其他实施例中,第一开关710、第二开关720以及第三开关730可以用一个或多个电子开关(诸如场效应晶体管(FET)、二极管等)实现。
第一开关710跨第一加热元件782连接,在第一输入781处接收来自第一输入端子10的输入电压5,并且接收作为控制信号的输入电压电平信号745的第一比特(742)。第二开关720跨第二加热元件784连接,并且接收输入电压电平信号745的第二比特(744),作为控制信号。第三开关730连接在(1)第二加热元件784的不与第一加热元件782共用的端子与(2)第三加热元件786之间,并且接收温度信号155作为控制信号。
现在关于可以由设置700实施的逻辑真值表的示例实施例,来说明设置700的操作。
表2
应理解,表2中的逻辑值“1”和“0”的映射是任意的,并且在一些其他实施例中可以将值颠倒。
根据图7和表2的检查,现在可以理解AC电压电平检测器740、温度水平/阈值检测器150以及开关710、720以及730的使加热器780自动适于用施加于第一输入端子10和第二输入端子12的多个标称操作电压中的任何一个操作的操作。
具体地,温度水平/阈值检测器150被配置为确定电池130附近的温度是否超过备用电源温度阈值,并且产生指示温度是否超过备用电源温度阈值的温度信号155。温度信号155转而确定启动还是停用加热器780。电压电平检测器740被配置为从输入电压5确定所施加的标称操作电压,并且产生指示所施加的标称操作电压是什么的输入电压电平信号745。
当响应于温度信号155通过闭合第三开关730来启动加热器780时,那么输入电压电平信号745确定启动第一加热元件782、第二加热元件784以及第三加热元件786中的哪一个或多个。
在该特定实施例中,当所施加标称操作电压为277VAC时,那么输入电压电平信号745具有逻辑值“00”,并且第一开关710和第二开关720断开,以便使得第一输入端子10与第二输入端子12之间的闭合电路包括第一加热元件782、第二加热元件784以及第三加热元件786的全部,使得电流流过第一加热元件782、第二加热元件784以及第三加热元件786,并且第一加热元件782、第二加热元件784以及第三加热元件786全部都产生用于加热电池130的热量(第一加热元件782、第二加热元件784以及第三加热元件786全部被启动)。另一方面,当所施加的标称操作电压为230VAC时,那么输入电压电平信号745具有逻辑值“10”。在这种情况下,第一开关710闭合以便旁路第一加热元件782,并且第二开关720断开,以便使得第一输入端子10与第二输入端子12之间的闭合电路不包括第一加热元件782且包括第二加热元件784和第三加热元件786,使得电流流过第二加热元件784和第三加热元件786,并且第二加热元件784和第三加热元件786这两者产生用于加热电池130的热量(第二加热元件784和第三加热元件786被启动,并且第一加热元件782被停用)。此外,当所施加标称操作电压为120VAC时,那么输入电压电平信号745具有逻辑值“11”。在这种情况下,第一开关710和第二开关720闭合,以便旁路第一加热元件782和第二加热元件784,以便使得第一输入端子10与第二输入端子12之间的闭合电路不包括第一加热元件782和第二加热元件784且包括第三加热元件786,使得电流流过第三加热元件786,并且第三加热元件786产生用于加热电池130的热量(第三加热元件786被启动,并且第一加热元件782和第二加热元件784被停用)。
通过适当选择第一加热元件782、第二加热元件784以及第三加热元件786的电阻值,可以使得响应于全部三个标称操作电压277VAC、230VAC以及120VAC由加热器780消耗的加热功率彼此相等或近似相等。
图8图示了对用于应急照明系统(诸如上述应急照明系统100、500以及600)的备用电源进行充电的方法800的示例实施例。
在操作810中,应急照明系统跨一对输入端子从充电电源接收输入电压。输入电压对应于用于应急照明系统的多个标称操作电压中的一个。
在操作820中,使用在输入端子处从充电电源接收的功率对备用电源(例如电池)充电。在一些实施例中,充电可以仅在限定的充电周期期间周期性地执行,充电周期可以基于作为时间函数的、备用电源的能量存留容量。
在操作830中,基于所接收的输入电压确定由充电电源跨一对输入端子施加用于应急照明系统的多个标称操作电压中的哪一个。
在操作840中,生成指示多个标称操作电压中的哪一个为所施加的标称操作电压的输入电压信号。
在操作850中,确定备用电源附近的温度是否超过备用电源温度阈值。
在操作860中,产生指示备用电源附近的温度是否超过备用电源温度阈值的温度信号。
在一些实施例中,操作850确定电池的温度是否超过电池温度阈值。当温度超过电池温度阈值时,这指示不需要在充电周期期间加热电池,并且可以禁用加热器。另一方面,当温度未超过电池温度阈值时,这指示需要在充电周期期间加热电池,并且因此应启用加热器。在这种情况下,操作860产生指示是启用还是禁用加热器的温度信号。
在操作870中,基于温度信号和输入电压电平信号,确定要启动加热器的加热元件中的哪一个或多个(若有的话)。在随后操作中,然后启动所选加热元件。
应理解,在一些其他实施例中,执行图8中所示的各种操作的顺序可以不同于图8所示的顺序。例如,在一些实施例中,操作830和840可以与操作850和860同时执行或继操作850和860之后执行。实际上,在一些实施例中,操作830和840的执行可以以操作850或操作850和860的结果为条件,使得确定正在施加多个标称操作电压中的哪一个的操作仅可以在其中已经确定电池的温度未超过电池温度阈值的情况下执行。
虽然本文中已经描述且图示了若干发明实施例,但本领域普通技术人员将容易地设想用于执行本文中所述的功能和/或获得本文中所述的结果和/或本文中所述的优点中的一个或多个优点的各种其他手段和/或结构,并且这种变型例和/或修改例中的每一个被视为在本文中所述的发明实施例的范围内。例如,在一些实施例中,AC电压电平检测器140的操作可以由温度水平/阈值检测器150输出的信号来选通,使得AC电压电平检测器140仅在温度水平/阈值检测器150已经确定电池130的温度未超过电池温度阈值、并且因此需要启动加热器180时,确定跨第一输入端子10和第二输入端子12的所施加标称操作电压。更一般地,本领域技术人员将容易地理解,本文中所述的全部参数、尺寸、材料以及配置用意为示例性的,并且实际参数、尺寸、材料和/或配置将取决于发明教导所用于的一个或多个特定应用。本领域技术人员将认识到或能够仅仅使用日常实验来确立本文中所述的具体发明实施例的许多等价物。因此,要理解,前述实施例仅借助于示例来呈现,并且在所附权利要求及其等价物的范围内,发明实施例可以以除了如特别描述并要求保护之外的其他方式来实践。本公开的发明实施涉及本文中所述的每个独立特征、系统、物品、材料、套件和/或方法。另外,如果这种特征、系统、物品、材料、套件和/或方法未彼此不一致,则两个或更多个这种特征、系统、物品、材料、套件和/或方法的任何组合包括在本公开的发明范围内。
如本文中所定义和所用的,所有定义应被理解为控制字典释义、通过引用并入的文献中的定义、和/或所定义术语的普通含义。
如本文中在说明书中和在权利要求中所用的不定冠词“一”和“一个”应被理解为意指“至少一个”,除非清晰地相反指示。
如本文中在说明书中且在权利要求中所用的短语“和/或”应被理解为意指如此连结的元件中的“任一者或两者”(即,一些情况下结合存在且在一些其他情况下分开存在的元件)。用“和/或”列出的多个元件应以相同的方式来解释(即,如此连结的元件中的“一个或多个”)。其他元件可以除了由“和/或”子句特别识别的元件之外可选择地存在,不管是与特别识别的那些元件相关还是不相关。由此,作为非限制性示例,对“A和/或B”的提及在结合开放式语言(诸如“包括”)使用时可以在一个实施例中仅涉及A(可选地包括除了B之外的元件);在另一个实施例中仅涉及B(可选地包括除了A之外的元件);在又一实施例中涉及A和B这两者(可选地包括其他元件)等。
如本文中在说明书和权利要求中所用的,“或者”应被理解为具有与如上面所定义的“和/或”相同的含义。例如,当分离列表中的项时,“或者”或“和/或”应被解释为包括性的(即,包括若干元件或元件列表中的至少一个,但还包括多于一个,并且可选地包括另外未列出的项)。仅明确指示为相反的术语(诸如“……中的仅一个”或“……中的正好一个”)或用于权利要求中时的“由……构成”将涉及包括若干元件或元件列表中的正好一个元件。通常,如本文中所用的术语“或者”在前面为排他性术语(诸如“任一者”、“……中的一个”、“……中的仅一个”或“……中的正好一个”)时,应仅被解释为指示排他性另选方案(即,“一个或另一个但不是两者”)。“本质上由……构成”在用于权利要求中时应具有如在专利法领域中所用的其普通含义。
如本文中在说明书和权利要求中所用的,短语“至少一个”在参考一个或多个元件的列表时应被理解为意指从元件列表中的元件中的任何一个或多个选择的至少一个元件,但不必包括特别列在元件列表内的每一个元件中的至少一个,并且不排除元件列表中的元件的任何组合。该定义还允许除了在短语“至少一个”提及的元件列表内特别识别的元件之外的元件可以可选地存在,不管是与特别识别的那些元件相关还是不相关。由此,作为非限制性示例,“A和B中的至少一个”(或等效地“A或B中的至少一个”,或等效地“A和/或B中的至少一个”)可以在一个实施例中提及至少一个(可选地包括多于一个)A而没有B存在(并且可选地包括除了B之外的元件);在另一个实施例中涉及至少一个(可选地包括多于一个)B而没有A存在(并且可选地包括除了A之外的元件);在又一实施例中涉及至少一个(可选地包括多于一个)A和至少一个(可选地包括多于一个)B(并且可选地包括其他元件)等。
还应理解,除非清楚地相反指示,在本文中所要求保护的、包括多于一个步骤或动作的任何方法中,方法的步骤或动作的顺序不必限于记载方法的步骤或动作的顺序。
在权利要求以及上述说明书中,词语“基本上”意指在5%内,词语“近似”意指在10%内,并且词语“大约”意指在25%内。
在权利要求以及上述说明书中,所有过渡短语(诸如“包括”、“包含”、“承载”、“具有”、“含有”、“涉及”、“保持”、“包括有”)等要被理解为开放式的(即,意指包括但不限于)。如美国专利局专利审查程序手册第2111.03章节中阐述的,仅过渡短语“由……构成”和“本质上由……构成”应分别为封闭式或半封闭式过渡短语。

Claims (15)

1.一种用于应急照明系统的装置,包括:
第一输入端子(10)和第二输入端子(12),被配置为连接到用于对应急照明系统(100)的备用电源(130)充电的充电电源,并跨所述第一输入端子(10)和所述第二输入端子(12)从所述充电电源接收输入电压(5),所述输入电压(5)对应于用于所述应急照明系统的多个标称操作电压中的、所述充电电源的所施加标称操作电压;
电压电平检测器(140),被配置为响应于所接收的输入电压而产生输入电压电平信号,所述输入电压电平信号指示与所述输入电压对应的所述充电电源的所施加标称操作电压;
温度检测器(150),被配置为确定所述备用电源附近的温度是否超过备用电源温度阈值,并且产生指示所述温度是否超过所述备用电源温度阈值的温度信号;以及
加热器(180),包括多个加热元件(182、184),所述多个加热元件被配置为被选择性地启动以加热所述备用电源,
其中,所述温度信号确定是否启动所述加热器,并且当启动所述加热器时,所述输入电压电平信号确定启动所述加热元件中的哪个/哪些加热元件。
2.根据权利要求1所述的装置,还包括开关电路,其中,所述开关电路被配置为在所述温度未超过所述备用电源温度阈值时启动所述加热器。
3.根据权利要求2所述的装置,其中,所述加热器具有输出端子和多个电压输入,其中,所述开关电路还被配置为在所述温度未超过所述备用电源温度阈值时响应于所述输入电压电平信号,将所述第一输入端子选择性地连接到多个电压输入中所选的一个电压输入。
4.根据权利要求3所述的装置,其中,所述开关电路包括一个或多个继电器,所述一个或多个继电器被配置为在所述温度未超过所述备用电源温度阈值时启动所述加热器,并且还被配置为在所述温度未超过所述备用电源温度阈值时响应于所述输入电压电平信号,而将所述第一输入端子连接到所选的电压输入。
5.根据权利要求4所述的装置,还包括逻辑电路,所述逻辑电路被配置为接收所述输入电压电平信号和所述温度信号,并响应于所述输入电压电平信号和所述温度信号而输出用于控制所述一个或多个继电器的一个或多个控制信号。
6.根据权利要求2所述的装置,其中,所述加热器具有输出端子和多个电压输入,其中,所述加热元件中的至少第一加热元件串联连接在第一电压输入与第二电压输入之间,并且所述加热元件中的至少第二加热元件串联连接在所述第二电压输入与所述输出端子之间,其中,所述输出端子连接到所述第二输入端子,并且其中,所述开关电路被配置为将所述第一输入端子选择性地连接到所述多个电压输入之一。
7.根据权利要求2所述的装置,其中,当启动所述加热器且所施加标称操作电压为所述多个标称操作电压中的第一标称操作电压时,则所述开关电路跨所述加热器的第一加热元件和第二加热元件的串联组合来施加所述输入电压,并且当启动所述加热器且所施加标称操作电压为所述多个标称操作电压中的第二标称操作电压时,则所述开关电路跨所述第二加热元件施加所述输入电压且旁路所述第一加热元件。
8.根据权利要求7所述的装置,其中,所述第一标称操作电压为277VAC,并且所述第二标称操作电压为120VAC,其中,所述加热器被配置为当启动所述加热器且所施加标称操作电压为277VAC时以第一功率水平消耗能量,并且其中,所述加热器被配置为当启动所述加热器且所施加标称操作电压为120VAC时以第二功率水平消耗能量,其中,所述第一功率水平与所述第二功率水平近似相同。
9.根据权利要求2所述的装置,其中,当启动所述加热器且所施加标称操作电压为所述多个标称操作电压中的第一标称操作电压时,则所述开关电路跨所述加热器的第一加热元件、第二加热元件以及第三加热元件的串联组合来施加所述输入电压,当启动所述加热器且所施加标称操作电压为所述多个标称操作电压中的第二标称操作电压时,则所述开关电路跨所述第二加热元件和所述第三加热元件的串联组合来施加所述输入电压并旁路所述第一加热元件,并且当启动所述加热器且所施加标称操作电压为所述多个标称操作电压中的第三标称操作电压时,则所述开关电路跨所述第三加热元件施加所述输入电压并旁路所述第一加热元件和所述第二加热元件。
10.根据权利要求9所述的装置,其中,所述第一标称操作电压为277VAC,所述第二标称操作电压为230VAC,并且所述第三标称操作电压为120VAC。
11.根据权利要求1所述的装置,其中,所述多个标称操作电压至少包括120VAC、230VAC以及277VAC。
12.根据权利要求11所述的装置,其中,所述加热器被配置为当启动所述加热器且所述输入电压为305VAC时以第一功率水平消耗能量,并且其中,所述加热器被配置为当启动所述加热器且所述输入电压为102VAC时以第二功率水平消耗能量,其中,所述第一功率水平小于所述第二功率水平的两倍。
13.根据权利要求1所述的装置,其中,所述加热器还包括热保护器,所述热保护器被配置为在所述热保护器附近的温度超过加热器温度阈值时禁用对所述备用电源的加热。
14.根据权利要求1所述的装置,其中,所述温度检测器被配置为改变所述备用电源温度阈值,以提供用于所述温度信号的滞后。
15.一种操作根据权利要求1所述的装置的方法,包括:
跨第一输入端子和第二输入端子从用于对应急照明系统的备用电源充电的所述充电电源接收所述输入电压;
确定所述备用电源附近的所述温度是否超过所述阈值;
产生指示所述温度是否超过所述阈值的所述温度信号;
响应于所述温度信号,选择性地启动和停用包括所述多个加热元件的加热器;以及
当启动所述加热器时,
产生指示与所述输入电压对应的所述充电电源的所施加标称操作电压的所述输入电压电平信号,以及
响应于所述输入电压电平信号,选择所述加热元件中的一个或多个加热元件来启动,以加热所述备用电源。
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