CN110235524B - 用于应急照明单元的led转换器及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于应急照明单元的LED转换器及其操作方法。用于应急照明单元的LED转换器(1)包括：LED驱动器(20)，其用于向LED照明设备(21)供应电流；储能接口(6)，其用于连接储能设备(2)；充电电路(10)，其用于对储能设备(2)进行充电；以及控制电路(9)。该储能接口(6)被配置成连接至少两种不同类型的储能设备。充电电路(10)根据通过储能接口(6)连接的储能设备(2)的类型设置至少一个储能管理参数。控制电路(9)确定通过储能接口连接的储能设备的类型，并控制充电电路(10)根据所确定的储能设备的类型设置储能管理参数。

Description

用于应急照明单元的LED转换器及其操作方法

技术领域

本发明属于应急照明设备以及应急照明设备的电源的领域。具体地，本发明涉及LED转换器和操作LED转换器的方法。

背景技术

在紧急情况(例如当市电电源发生故障时)下，应急照明设备致动例如包括发光二极管(LED)的发光装置。应急照明设备通常包括用于从市电电源或者在市电电源发生故障的情况下从储能设备驱动照明设备的LED驱动器(LED转换器)。

该储能设备被选择为在预定时间段(例如，2或3小时)向应急照明设备提供电能以致动照明装置来发出足够的光以维持最低照明水平，例如，以帮助建筑物的疏散。

因此，经常在公共建筑物中布置应急照明设备，并因此在整个建筑物中大量安装应急照明设备。因此，用于安装大量应急照明设备的成本很高，并且尤其是当各个单独的应急照明设备配备有有限寿命的储能设备时，维护也涉及成本。

作为用于应急照明设备的储能设备，通常使用可充电电池。储能设备中所存储的电能保持在最低水平以上。通常，储能设备是具有多个可充电电池单元的电池组。应急照明设备包括充电装置，以便为储能设备再充电，以将所存储的电能保持在最低水平之上。

电池单元基于不同类型的技术是可用的，因此可以使用不同类型的储能设备。所采用的电池化学(battery chemistry)包括例如NiCd(镍镉电池，也称为NiCad电池)、NiMH(镍金属氢化物电池)或基于锂离子(锂离子电池)的技术。用于对电池单元充电的算法的适用性取决于所采用的电池化学。在图2中，描绘了一些已知的电池技术随时间的充电特性(充电电压、充电电流)。从图2可以直接明显地看出，用于例如对锂离子电池充电的特性参数，与用于对NiCd基电池充电的充电参数根本不同。如果打算用锂离子电池代替NiCd电池，则至少需要(例如，通过经由在应急照明设备中以硬件或软件实现的开关来执行设置)改变充电装置的充电参数。

另选地，可以将应急照明设备仅设计为与预设类型的电池(例如，锂离子电池)一起使用。这对于制造商来说增加了应急照明设备的变型的数量，并且将应急照明系统的用户限制于特定类型的电池化学。

更严重的是，使用不合适于可充电电池的充电算法可能不利地影响电池寿命，但是也可能产生安全风险，例如当将恒定电压/恒定电流充电算法与锂离子电池结合使用时。

因此，要解决的技术问题是：将应急照明设备与可从多种不同类型的电池化学中选择的一个储能设备一起使用。

发明内容

根据本发明的一方面的用于应急照明单元的LED转换器以及操作LED转换器的相应方法提供了对于该技术问题的解决方案。

本发明涉及用于应急照明单元的LED转换器。该LED转换器包括：LED驱动器，其被配置成向LED照明设备供应电流；储能接口，其被配置成连接储能设备；充电电路，其被配置成对储能设备进行充电；以及控制电路。储能接口被配置成连接至少两种不同类型的储能设备。此外，所述充电电路被配置成根据通过储能接口连接的所确定的储能设备的类型设置至少一个储能管理参数。控制电路被配置成确定通过储能接口连接的储能设备的类型，并且控制充电电路以根据所确定的储能设备类型来设置储能管理参数。

储能管理参数是针对诸如(可充电)电池的储能设备的充电和/或放电特有的技术参数。储能参数可以是例如针对特定充电算法的标识符。

应急LED转换器可以与不同类型的储能设备中的例如具有不同电池化学的储能设备一起可靠地工作。因此，基本相同的LED转换器的不同变型的数量可以有利地低，从而改善LED转换器的制造商的物流(logistics)。同时，用户可以在无需通过(例如，利用应急LED转换器上的开关、DIP开关、跳线等)改变设置来重新设置充电算法的情况下，用新的储能设备(该新的储能设备与被替换的储能设备相比具有另一种电池化学)替换到达其寿命终点的储能设备。因为将储能设备与合适的充电算法结合使用，所以具有LED转换器的储能设备的寿命可靠地达到其设想的长度。

本发明的其他方面示出了LED转换器的其它有利实施方式。

实施方式的有利的LED转换器包括储能接口，该储能接口被配置成连接储能设备的温度传感器。控制电路被配置成确定温度传感器的不存在、存在和/或电气特性，以确定通过储能接口连接的储能设备的类型。

通过使用温度传感器(例如，简单的热敏电阻，其由LED转换器的控制电路通过储能接口连接)，不同类型的储能设备可以简单地通过温度传感器的存在或不存在而不同。如果温度传感器需要温度信息，则温度传感器本身可以同时完成用于获取用于温度保护功能或充电算法的储能温度的传感器任务。

本发明优选地涉及应急照明单元，其中，充电电路被配置成确定在通过储能接口连接的储能设备中不存在温度传感器。

控制电路确定在经由储能接口连接的储能设备中没有温度传感器，并且控制电路基于此推断出，这表示独特类型的储能设备。因此，可以以简单且有效的方式通过温度传感器的存在或不存在来区分至少两种类型的储能设备。

实施方式的LED转换器包括控制电路，该控制电路被配置成在温度传感器存在时确定温度传感器的电气特性和/或测量温度传感器的电气特性的值。

通过仅测量电气特性(例如，温度传感器(例如，热敏电阻)的电阻)，可以在不需要储能设备的取决于储能设备的电池化学的特定的逻辑电路或特性机械设计(mechanicdesign)的情况下容易地完成不同类型的储能设备之间的区分。用于使LED转换器能够区分不同类型的储能设备的成本有效的解决方案变得可用。

根据另一有利实施方式的用于应急照明单元的LED转换器具有储能管理参数，该储能管理参数形成至少两组储能管理参数中的一组储能管理参数的一部分，所述至少两组储能管理参数包括充电参数、放电参数和故障参数中的至少一者。

当要在储能设备的工作期间为能量管理过程选择和设置整组储能管理参数时，确定所连接的储能设备的类型是有利的。可以考虑储能设备的特定类型(尤其是在储能设备中应用的电池化学)执行诸如对储能设备进行充电、从储能设备获取电能或者处理储能设备的故障的操作。通过根据所确定的储能类型使用特别适配的一组参数，可以期望延长储能设备的寿命。因此降低了LED转换器的寿命周期成本，同时提高了LED转换器与不同类型的储能设备的可用性。

根据有利实施方式的用于应急照明单元的LED转换器包括用于存储至少两组储能管理参数的存储器。

当新电池技术是可用的并且新的储能管理参数对于要使用电池技术的全部能力变得必要时，用于存储储能管理参数的存储器提供了容易地改变储能参数组的可能性。

根据本发明的用于应急照明单元的LED转换器的储能设备是包括温度传感器和外部储能接口的储能设备，所述外部储能接口用于与温度传感器进行电连接。

有利的储能设备包括作为温度传感器的热敏电阻(尤其是NTC电阻器或PTC电阻器)。电阻值取决于温度的热敏电阻提供了一种成本有效的解决方案，所述成本有效的解决方案同时一方面提供取决于感测到的储能设备中的环境温度的值以及另一方面提供根据储能设备中采用的储能化学的类型而预设的电阻值范围。用于储能设备的附加成本是很小的，可以同时完成传达储能设备的类型以及储能设备的温度信息的任务。

本发明通过如上所述的操作用于应急照明单元的LED转换器的方法进一步解决了技术问题。确定了通过储能接口连接到转换器的储能设备的类型，并且根据由控制电路确定的储能设备的类型设置至少一个储能管理参数。

根据优选的实施方式，控制电路确定温度传感器的不存在、存在和/或电气特性，以在可以通过储能接口连接的不同类型的储能设备之间进行区分。

在确定的步骤中确定了缺少温度传感器的情况下，确定储能设备的特定类型。该特定类型的储能设备尤其可以是NiMH或NiCd型储能设备。

操作LED转换器的方法的实施方式包括在确定的步骤中控制电路确定温度传感器的存在和/或测量温度传感器的电气特性的值。

附图说明

附图中描述了本发明的实施方式，在附图中，

图1示出了根据实施方式的LED转换器与储能设备的部件的简化框图，

图2示出了用于各不同类型的电池化学的不同充电算法的充电特性，以及

图3示出了根据实施方式的用于操作LED转换器的方法的流程图。

在附图中，相同的附图标记表示相同的或功能上相应的元件。

具体实施方式

在图1中，描绘了(例如，用于具有根据实施方式的储能设备2的应急照明系统的)LED转换器1的部件的简化框图。

LED转换器1包括用于产生LED驱动电流的LED驱动器20。LED驱动电流经由照明设备接口22被输出到LED照明设备21。LED照明设备21被馈送有LED光电流并且从一个或更多个LED发光。

当市电电源可用时，在正常操作的情况下由市电电源向LED驱动器20进行馈送。在市电电源故障或失灵的情况下，经由充电器/放电器电路从储能设备2向LED驱动器20提供电能，所述充电器/放电器电路进一步参照充电器电路10。对于本发明，内部充电器电路10、LED驱动器20、LED接口22和LED照明设备21的结构对于理解本发明不是必不可少的，并且可以是与LED转换器1结合用于应急照明应用的任何已知结构。充电器电路10必须只能基于输入信号调整其设置。

应急照明和标准照明可以例如共享组件。例如，相同的LED照明设备21或相同的LED驱动设备20可以用于传统的照明模式以及用于应急照明模式(维持照明模式(maintained lighting mode))。

储能设备2包括外部接口3，该外部接口3包括用于向LED转换器1提供机械接口和电气接口的必要装置。尤其是，外部接口3包括用于连接电源线的一个或更多个电连接器，所述电源线如图1中示出为第一正连接线(+)和第二负连接线(-)，所述第一正连接线(+)和所述第二负连接线(-)用于经由外部接口3和电连接线缆将一个或更多个电池单元4的阳极和阴极连接到LED转换器1的储能接口6。外部接口3还包括至少一个电连接3.1，所述至少一个电连接3.1用于经由电连接线缆将温度传感器7连接到LED转换器1的储能接口6。

图1的储能设备2还包括至少一个集成电路(IC)8，所述至少一个集成电路(IC)8用于经由开关S1、S2和二极管D1、D2控制至少一个电池4的充电和放电，以便保护储能设备2。图1中示出的储能设备2的电路是对于锂离子型储能设备2来说典型的示例性电路拓扑。

在NiMH或NiCd型储能设备2的情况下，不需要温度传感器(热传感器)7，并且因此，不使用(例如，断开)外部储能接口的传感器连接3.1(例如，在三极键控连接器(3-polekeyed connector)中的一极)。因此，适当调整的LED转换器1可以检测不同类型的储能设备2之间的差异(在这种情况下，一方面是NiMH或NiCd型储能设备2，另一方面是锂离子型储能设备2)。

本发明的储能设备2包括如图1描绘的、连接在电传感器连接3.1与负连接“-”之间的温度传感器7(尤其是热敏电阻)。该特定电路布置仅是布置温度传感器7的多种可能性中的一个。

温度传感器7可以是NTC或PTC电阻器。NTC电阻器是其电阻值随温度升高而减小的电阻器。PTC电阻器是其电阻值随温度升高而增大的电阻器。

可以将储能设备2布置在单独的机械壳体中或者集成在LED转换器1的壳体中。

LED转换器1包括电连接线缆，该电连接线缆用于将储能接口6连接到储能设备2的外部接口3。

LED转换器1包括控制电路9(例如，微控制器或专用集成电路(ASIC))。控制电路9控制用于对储能设备2进行充电的充电电路10。此外，控制电路9确定经由接口6连接到LED转换器1的储能设备2的类型。

在所描绘的LED转换器1的实施方式中，储能接口6的传感器连接6.1被连接到控制电路9的输入端9.1。电阻器R2 11被连接在传感器连接6.1与电源电压U_DD之间，该电源电压U_DD被提供给控制电路9的电源电压输入端9.2。因此，当忽略线缆和连接3.1、6.1的电阻时，输入端9.1处于由包括电阻R2和温度传感器7的分压器确定的电位。因此，所描绘的电路使得控制电路9能够根据输入端9.1处的电位确定热敏电阻7是否经由线缆连接在储能接口6的传感器连接3.1与外部接口3的负线“-”之间。通过确定如果热敏电阻7已经连接，则识别到第一类型的储能设备2，或者通过确定如果没有连接热敏电阻7，则识别到第二类型的储能设备2。因此，两种类型的储能设备2之间的区分是可能的。

例如，存在温度传感器7的第一类型的储能设备2可以是锂离子电池型储能设备2。在该示例中，第二类型的储能设备可以是NiMH电池型的储能设备2。这是特别有利的，因为在基于锂离子型电池化学的储能设备2的电池化学的情况下，监督和使用电池温度提供了改进的充电/放电特性并且增强了储能设备2的工作的安全性。具有锂离子技术的储能设备2的温度传感器7组合了识别电池技术以及提供监测设备温度的传感器功能的效果。

控制电路9经由充电器控制线18对充电器电路10进行控制，以从存储器19读取一组储能管理参数。存储器19可以存储两组或更多组储能管理参数，各组储能管理参数与至少一种类型的储能设备2相关联。各组储能管理参数包括至少一个储能管理参数。

在图2中，参照储能设备2的充电特性讨论了储能设备2的不同类型的电池化学。

在图2A和图2B中，示出了用于NiCd和NiMH型电池单元的不同充电算法的特性。

在图2A中，在充电期间，通过施加与时间t无关的、永久恒定的充电电流来执行对储能设备2及其电池4的充电。因此，图2A是永久充电算法的示例。

在图2B中，在储能设备2的充电期间，通过施加永久多级的充电电流来执行对储能设备2及其电池4的充电，该充电电流针对第一时段t1提供第一充电电流水平，针对第二时段t2，提供第二充电电流水平。第二充电电流水平小于第一充电电流水平。第一时段t1通常小于一天，第二时间段通常为若干天或甚至几周长。因此，图2A是多级永久充电算法的示例。

在图2C中，示出了用于NiMH型电池单元的充电算法的典型的电池电压和电池电流。间歇型充电算法在第一时段t₁中施加具有第一充电电流水平的永久恒定充电电流。在第二时段t₂期间，施加具有持续时间为Δt并且脉冲周期为T的电流脉冲的第二充电电流水平。在图2C中所描述的示例中，选择持续时间Δt为4分钟，选择时段T为约16分钟。

在图2D中，示出了用于锂离子型电池单元的充电算法的典型的电池电压和电池电流。在锂离子型电池的情况下，施加充电电流12以对电池4进行充电，直到电池电压达到表示在时刻t₃处的上电池电压阈值的预定电池电压水平14为止。在到达时刻t₁的剩余时段期间，充电电流下降到第二充电电流水平，并且锂离子型储能设备2的预定电池电压被保持在预定电池电压水平14。当经过时间t₁时，充电电流被设置为零并且电池4的电池电压缓慢下降，直到经过若干天或若干周的时间，达到表示下电池电压阈值的第二预定电池电压15为止。此刻，由控制电路9控制充电电路10以提供优选地与第一时段直到时刻t₃为止的电流水平相同的充电电流12。通过馈送的电能对电池4进行充电，并且电池电压13增加到表示上电池电压阈值的预定电池电压水平14。在到达时刻t₁的剩余时段期间，充电电流减小到第二充电电流水平，并且锂离子型储能设备2的预定电池电压被保持在预定电池电压水平14。在达到时刻t₂之后，将充电电流设置为零，并且电池4的电池电压缓慢下降，直到再次达到表示下电池电压阈值的第二预定电池电压15为止。该充电和放电的过程反复发生。

对储能设备2的电池4的特定电池化学应用不适合的充电算法可能严重地影响电池寿命，并且-尤其是在锂离子型电池的情况下-存在严重的安全风险。因此，本发明通过提供一种在不需要用户主动选择并设置合适的充电算法的情况下增加要与一个LED转换器1一起使用的电池化学的数量的简单且有效的方法，来提供具有降低的寿命成本和提高的防止故障和误用的安全性的LED转换器1的可用性的提高。

以上讨论的充电参数应理解为针对一些电池化学和一些取决于储能管理参数的电池化学的示例。本发明可以与用于储能设备2的其它已知甚至未来的电池化学一起使用。可以将诸如负载电流、负载电压、不同电压或电流水平或不同时段的充电参数设置成取决于所确定的电池类型的储能管理参数。

储能管理参数可以包括选择合适的电池管理算法，例如，恒定电流算法、永久或间歇充电算法、或者永久或间歇充电和恒定电流随后恒定电压(尤其适合于锂离子电池化学)。

储能管理参数可以包括选择合适的充电方法，例如，基于诸如NiCd的定时算法的充电终止或充电减少。在NiMH的情况下，可以将基于-dV/dt的充电减少设置成与充电方法相关的储能参数。在锂离子型电池化学中，可以将电压充电终止设置成充电方法。

储能管理参数可以包括选择合适的放电电流，例如对于大多数并联连接的锂离子电池4，而不是通常串联布置的NiCd或NiMH电池4，选择较高的放电电流。

储能管理参数可以包括取决于储能设备2的各类型及其电池化学的故障参数和阈值。在这方面，储能管理参数可以包括放气电压水平阈值(gassing voltage levelthreshold)、开路电池阈值和用于完全充电的储能设备2的最小电池电压水平中的至少一者。

储能管理参数可以包括充电结束限制，尤其是取决于储能设备2的各类型的低压电池切断限制(low voltage battery cut off limit)(LVBCO)。

储能管理参数可以使得能够进行与LED转换器1通信的储能设备通信功能(尤其是在锂离子型储能设备2的情况下，所述锂离子型储能设备2可以包括用于实现一些电池组智能功能的集成电路)。

储能管理参数可以包括预先记录的参数集，所述参数集适用于具有其确定的电池化学的特定储能设备2。

在图3中，以简化的流程图示出了操作用于应急照明单元的LED转换器1的方法。LED转换器包括：LED驱动器20，其被配置成向LED照明设备21提供电流；储能接口6，其被配置成连接储能设备2；充电电路10，其被配置成对储能设备2进行充电；以及控制电路9。

在第一步骤S1中，储能设备2(例如，可拆卸的电池组)，利用在储能设备2的外部接口3与LED转换器1的储能接口6之间的电连接线缆连接到LED转换器1。

该方法包括随后的步骤S2，例如，通过由控制电路9执行相应程序，其中，确定在储能设备2中是否存在温度传感器7(尤其是热敏电阻)。如果未发现温度传感器7存在于储能设备2中，该方法进行到步骤S7。

在步骤S7中，该方法将储能设备2的类型确定为第一类型，并因此选择和设置适合于第一类型的储能设备2的第一组充电参数。

在步骤S2中确定在储能设备2中确实存在温度传感器7的情况下，该方法进行到步骤S3并确定温度传感器7的电阻器值。

在步骤S3之后的步骤S4中，将所确定的电阻器值与阈值R_g进行比较。如果在步骤S4中确定电阻器值小于阈值R_g，则该方法进行到步骤S6并且确定储能设备2的类型是第二类型，并且因此选择和设置适合于第二类型的储能设备2的第二组充电参数。

如果在步骤S4中确定电阻器值大于阈值R_g，则该方法进行到步骤S5并且将储能设备2的类型确定为第三类型，并且因此选择和设置适合于第三类型的储能设备2的第三组充电参数。

图3中所示的方法涉及三种类型的储能设备2。显然，本发明还包括仅具有两种类型的储能设备2或者更多数量的不同类型的储能设备2的实施方式，仅具有两种类型的储能设备2的实施方式例如在步骤S2中可以通过温度传感器7的存在或不存在来区分。

每当储能设备2连接到LED转换器1时，运行图3的方法。另选地或另外地，本发明的方法也可以连续地和/或间歇地执行，以便检测关于所连接的储能设备2及其相应类型的变化。例如，可以在控制电路9中以规律的间隔执行步骤S2至S7，以便以有利的方式解决技术问题。

确定储能设备的类型的本发明方法可以另外使用测量电池本身的特性参数的步骤。这种特性参数可以是开路电池电压或电池的内阻。这种电池的一个或更多个特性参数的确定可以被用于进一步区分不同的电池类型或验证是否已经正确地确定了电池的类型。

Claims (6)

1.一种用于应急照明单元的LED转换器，所述LED转换器包括：

LED驱动器(20)，所述LED驱动器被配置成向LED照明设备(21)供应电流，

储能接口(6)，所述储能接口被配置成将所述LED转换器连接到储能设备(2)，其中，所述储能接口(6)被配置成连接到至少两种不同类型的储能设备(2)，

充电电路(10)，所述充电电路被配置成对所述储能设备(2)进行充电，其中，所述充电电路(10)被配置成根据通过所述储能接口(6)连接的储能设备(2)的类型设置至少一个储能管理参数，以及

控制电路(9)，所述控制电路被配置成确定通过所述储能接口(6)连接的储能设备(2)的类型，并控制所述充电电路(10)根据所确定的储能设备(2)的类型设置所述储能管理参数，

其中，如果所述储能设备(2)包括温度传感器(7)，则所述储能接口(6)被配置成连接到这种储能设备(2)的所述温度传感器(7)，并且

所述控制电路(9)被配置成确定所述温度传感器(7)的不存在、存在和/或电气特性，以确定通过所述储能接口(6)连接的储能设备(2)的类型，

其中，在所述控制电路(9)确定不存在所述温度传感器(7)的情况下，所述储能设备(2)被确定为第一类型的储能设备，并且在所述控制电路(9)确定存在所述温度传感器(7)的情况下，所述储能设备(2)被确定为第二类型的储能设备。

2.根据权利要求1所述的用于应急照明单元的LED转换器，

其特征在于，

各种类型的储能设备(2)对应于一组储能管理参数，所述一组储能管理参数包括充电参数、放电参数和故障参数中的至少一者。

3.根据权利要求1所述的用于应急照明单元的LED转换器，

其特征在于，

所述LED转换器还包括用于存储至少两组储能管理参数的存储器(19)。

4.一种操作用于应急照明的LED转换器(1)的方法，

所述LED转换器(1)包括：LED驱动器(20)，所述LED驱动器被配置成向LED照明设备(21)供应电流；储能接口(6)，所述储能接口被配置成将所述LED 转换器连接到储能设备(2)，其中，所述储能接口(6)被配置成连接到至少两种不同类型的储能设备(2)；以及充电电路(10)，所述方法包括以下步骤：

基于至少一个储能管理参数对所述储能设备(2)进行充电，所述至少一个储能管理参数与通过所述储能接口(6)连接的储能设备(2)的类型对应，以及

由控制电路(9)确定(S2、S4)通过所述储能接口(6)连接的储能设备(2)的类型，以及

根据所确定的储能设备(2)的类型设置(S5、S6、S7)至少一个储能管理参数，

其中，在确定(S2、S4)储能设备(2)的类型的步骤中，所述控制电路(9)确定温度传感器(7)的不存在、存在和/或电气特性，以确定通过所述储能接口(6)连接的储能设备(2)的类型，

其中，在确定(S2)储能设备(2)的类型的步骤中确定不存在所述温度传感器(7)的情况下，所述储能设备(2)被确定为第一类型的储能设备，并且在确定(S2)储能设备(2)的类型的步骤中确定存在所述温度传感器(7)的情况下，所述储能设备(2)被确定为第二类型的储能设备。

5.根据权利要求4所述的操作用于应急照明的LED转换器的方法，

其特征在于，

所述第一类型的储能设备是NiMH或NiCd型储能设备(2)。

6.根据权利要求4所述的操作用于应急照明的LED转换器的方法，

其特征在于，

所述第二类型的储能设备是锂离子型储能设备(2)。

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