CN203980118U - 一种光伏消防应急标志灯 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种光伏消防应急标志灯，包括LED灯模组、储能电池、用于给储能电池充电的市电充电模块、用于根据环境条件控制LED灯模组的亮灭状态的调光信号处理模块、薄膜光伏组件、用于利用薄膜光伏组件输出的能量给储能电池充电的光伏充电电路和用于控制市电充电模块的工作状态的压控模块。本实用新型利用薄膜光伏组件输出的能量给储能电池充电，在储能电池电压低于预设低值时由压控模块控制市电充电模块给储能电池充电，大大减小了市电的耗电。而且采用了薄膜光伏组件，与传统光伏组件相比，更好的兼顾了产品的外观，提升了市场竞争力。

Description

一种光伏消防应急标志灯

技术领域

本实用新型涉及太阳能光伏供电领域，特别涉及一种光伏消防应急标志灯。

背景技术

消防应急标志灯适用于消防应急照明，是消防应急中最为普遍的一种照明工具，应急时间长，亮度高，具有断电自动应急功能。但是传统的消防应急标志灯耗电量较大，由于需要一天24小时全年365天不间断地接通市电，而且一般功耗都不低，因此在性能满足国家标准的前提下还有很大的节能挖掘潜力。同时，常规消防应急标志灯内的可充电池寿命短，而且电池更换的相关成本、环保支出，及电池在相同工作期限内的可靠性均有大的提升空间。

因此运用太阳能光伏发电为其提供能量成为消防应急标志灯行业节能的一个发展方向，但现有的光伏消防应急标志灯均是采用在原有产品基础上直接增加光伏组件的方式，其最终产品的外观在市场上比较难以让消费者接受。

因而现有技术还有待改进和提高。

实用新型内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本实用新型的目的在于提供一种光伏消防应急标志灯，能利用太阳能给消防应急标志灯电池充电，在太阳能辐射能量不足时，利用市电充电，从而节省能量资源。

为了达到上述目的，本实用新型采取了以下技术方案：

一种光伏消防应急标志灯，包括LED灯模组、储能电池、用于给所述储能电池充电的市电充电模块和用于根据环境条件控制LED灯模组的亮灭状态的调光信号处理模块，所述LED灯模组和市电充电模块均连接储能电池，所述调光信号处理模块连接LED灯模组，其还包括薄膜光伏组件、用于利用薄膜光伏组件输出的能量给储能电池充电的光伏充电电路和用于控制市电充电模块的工作状态的压控模块，所述薄膜光伏组件通过光伏充电电路连接储能电池，所述压控模块连接储能电池和市电充电模块。

所述的光伏消防应急标志灯中，所述光伏充电电路包括：防反二级管、三极管、第一电阻、第二电阻和发光二极管，所述薄膜光伏组件连接防反二级管的正极、还通过第一电阻连接所述三极管的基极，所述防反二极管的负极和三极管的集电极连接所述储能电池，三极管的发射极通过所述第二电阻连接所述发光二极管的正极，所述发光二极管的负极接地。

所述的光伏消防应急标志灯中，所述市电充电模块包括电容、自动恢复电流保险丝、继电器触点和整流桥，所述电容的一端连接电源插头，电容的另一端依次通过自动恢复电流保险丝和继电器触点连接整流桥的输入端，整流桥的正输出端连接所述储能电池。

所述的光伏消防应急标志灯中，所述压控模块包括第一比较器、第三电阻、第四电阻、第二比较器、第五电阻、第六电阻、第一或门和继电器线圈，所述第一比较器的正相输入端通过第三电阻连接所述储能电池、还通过第四电阻接地，所述第一比较器的反相输入端连接第一参考电压端，第一比较器的输出端连接所述第一或门的第一输入端；所述第二比较器的正相输入端通过第五电阻连接所述储能电池、还通过第六电阻接地，所述第二比较器的反相输入端连接第二参考电压端，第二比较器的输出端连接所述第一或门的第二输入端，所述第一或门的输出端通过所述继电器线圈接地。

所述的光伏消防应急标志灯中，所述调光信号处理模块包括：温度传感器、市电停电检测模块、声音传感器、红外传感器、夜间取样电路、第二或门、第三或门、第四或门和与门，所述温度传感器连接第二或门的第一输入端，市电停电检测模块连接第二或门的第二输入端，所述第二或门的输出端连接第三或门的第一输入端；所述声音传感器连接第三或门的第二输入端，第三或门的输出端连接第四或门的第一输入端；所述红外传感器连接第四或门的第二输入端，所述第四或门的输出端连接所述与门的第一输入端；所述夜间取样电路连接所述与门的第二输入端，所述与门的输出端连接LED灯模组。

所述的光伏消防应急标志灯中，所述取样电路包括第三比较器、第七电阻、第八电阻和反相器，所述第三比较器的正相输入端通过所述第七电阻连接所述薄膜光伏组件、还通过第八电阻接地，所述的反相输入端连接第三参考电压端，第三比较器的输出端通过所述反相器连接所述与门的第二输入端。

所述的光伏消防应急标志灯中，所述储能电池为超级电容。

相较于现有技术，本实用新型提供的一种光伏消防应急标志灯，利用薄膜光伏组件输出的能量给储能电池充电，在储能电池电压低于预设低值时由压控模块控制市电充电模块给储能电池充电，大大减小了市电的耗电。而且在储能电池的电压高于预设高值时，压控模块控制市电充电模块停止给储能电池充电，从而防止储能电池过充，有效延长了电池的使用寿命。并且由于采用了薄膜光伏组件，与传统光伏组件相比，更好的兼顾了产品的外观，提升了市场竞争力。

附图说明

图1为本实用新型光伏消防应急标志灯的结构框图。

图2为本实用新型光伏消防应急标志灯的电路结构图。

具体实施方式

本实用新型提供一种光伏消防应急标志灯，其设计标准为：当光伏消防应急标志灯安装位置的太阳辐射资源比较好，且设备总体电气情况理想、运行良好时，薄膜光伏组件可成为产品正常运行的主要能量来源，其中的市电输入将变为后备的辅助能量而在产品运行期间很少启动，从而节省市电耗电，节省能源。另外，本实用新型还可扩展为光伏户外广告灯箱、光伏马路发光指示牌等，扩宽光伏的应用领域。

为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，本实用新型提供的一种光伏消防应急标志灯，包括LED灯模组10、储能电池20、市电充电模块30、调光信号处理模块40、薄膜光伏组件50、光伏充电电路60和压控模块70。

所述LED灯模组10和市电充电模块30均连接储能电池20的正极，所述储能电池20的负极接地。所述调光信号处理模块40连接LED灯模组10，用于根据环境条件控制LED灯模组10的亮灭状态。薄膜光伏组件50通过光伏充电电路60连接储能电池20的正极，用于接收太阳能辐射能量，并转换为电能。所述光伏充电电路60用于利用薄膜光伏组件50输出的能量给储能电池20充电。所述压控模块70连接储能电池20和市电充电模块30，用于控制市电充电模块30的工作状态。在常态下，由光伏充电电路60利用薄膜光伏组件50输出的能量给储能电池20充电，当调光信号处理模块40控制LED灯模组10点亮使储能电池20放电，并且在储能电池放电至预设低值（如低于储能电池20容量的50%）时，由压控模块70控制市电充电模块30工作，利用太阳能给储能电池20充电的同时，使用市电给储能电池20防止储能电池20过放电；当储能电池20充电到一定容量（如超过储能电池20容量的80%）时，由压控模块70控制市电充电模块30停止工作，判断市电输入，仅利用太阳能继续给储能电池20充电，这样即利用了绿色能源，又有利于延长储能电池20的使用寿命。

具体实施时，本实施新型的光伏消防应急标志灯可安装在走廊、楼道等有时可见直射太阳光的区域，从而节省市电效果更为显著，所述薄膜光伏组件50直接安装在光伏消防应急标志灯的壳体上，光伏消防应急标志灯整个面板的标志性图案可通过激光打点或由丝网印刷等方式设计制作的薄膜光伏组件而生成。本实用新型采用薄膜光伏组件，与传统光伏组件相比，在光伏消防应急标志灯产品的外观上没有任何额外附加物、不影响安装及美观的效果，提升了市场竞争力。

本实施例中，所述储能电池20优选为超级电容，其充放电的效率比现有化学可充电池明显优胜，其连续工作寿命比常规的镍镉或镍氢电池等长得多。在更换电池时，除了更换电池本身所需的费用外，还包括人力、物流，旧电池废弃在环保方面的支出等费用，而且在相同的总工作期限内传统，本实用新型相较于传统可充电池个体失效引起的产品运行可靠性下降等方面均有明显的提升。

譬如，常规的镍镉或镍氢等可充电池寿命一般在1-2年，很少有可以连续稳定工作2年以上的电池产品。而且，常规可充电池还存在一定概率的早期个体失效现象，一旦单颗电池失效，将很可能在短的时间内引致整个电池组完全无法工作。而超级电容的寿命一般在12年或以上，并且可以达到数十万次的充放电循环。在实际运行时，由于其为纯物理性的充放电特性，一般不会出现类似化学电池寿命终止时的突然失效的现象，其总体可靠性相比化学电池为高。

请一并参阅图2，在本实用新型的光伏消防应急标志灯中，所述光伏充电电路包括防反二级管D1、三极管Q1、第一电阻R1、第二电阻R2和发光二极管D2。所述薄膜光伏组件50连接所述防反二级管D1的正极、还通过所述第一电阻R1连接所述三极管Q1的基极，所述防反二级管D1的负极和三极管Q1的集电极连接所述储能电池20的正极，所述三极管Q1的发射极通过所述第二电阻R2连接所述发光二极管D2的正极，所述发光二极管D2的负极也接地。

在该光伏充电电路60中，所述防反二级管D1主要起防止电流倒灌的作用，防止储能电池20放电时，电流流入光伏充电电路60中而损坏薄膜光伏组件50，所述三极管Q1为NPN三极管，所述发光二极管D2用于显示光伏充电电路工作状态，当薄膜光伏组件50输出的电压到达一定值时，此电压经过第一电阻R1分压后可使所述三极管Q1导通，使发光二极管D2点亮，指示光伏充电电路60正在充电工作；在夜间，薄膜光伏组件50接收到的太阳能辐射能量很弱，此时薄膜光伏组件50输出的电压很低，甚至没有电压输出，使三极管Q1截止，发光二极管D2熄灭。

当然，本实用新型的光伏充电电路60的电路结构还不限于此，在其它实施例中，还可以采用N MOS管、或者反相器与PNP三极管的组合的来代替所述NPN三极管，本实用新型对此不作限制。

所述市电充电模块30包括电容C1、自动恢复电流保险丝F1、继电器触点KM′和整流桥U1；所述电容C1的一端连接电源插头J1，通过电源插头J1接入市电、所述电容C1的另一端依次通过自动恢复电流保险丝F1和继电器触点KM′连接所述整流桥U1输入端，整流桥U1的正输出端连接所述储能电池20的正极。

具体实施时，所述电容C1为耐压为交流AC275V（或以上）的电容，所述继电器触点KM′由所述压控模块70控制其通断，当所述继电器接触点KM′断开时市电将被切断，市电不再对所述储能电池20充电；当所述继电器接触点KM′接通则市电接入市电充电电路，并对所述储能电池20（超级电容）进行安全的充电。同时，当所述市电充电模块30电流由于特殊意外而偏大时，所述自动恢复电流保险丝F1自动切断电路。

请继续参阅图1和图2，所述的压控模块70包括第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一比较器U2、第二比较器U3、第一或门U4和继电器线圈KM。

所述第一比较器U2的正相输入端通过所述第三电阻R3连接所述储能电池20的正极、还通过第四电阻R4接地，第一比较器U2的反相输入端连接第一参考电压端VH，第一比较器U2的输出端连接所述第一或门U4的第一输入端。

所述第二比较器U3的正相输入端通过所述第五电阻R5连接所述储能电池20的正极、还通过第六电阻R6接地，第二比较器U3的反相输入端连接第二参考电压端VL，第二比较器U3的输出端连接所述第一或门U4的第二输入端，所述第一或门U4的输出端通过所述继电器线圈KM接地。

所述压控模块70通过控制所述市电充电模块30中的继电器触点KM′实现薄膜光伏组件50的能量、市电电源的能量合理调配，在常态下由薄膜光伏组件50对所述储能电池20（超级电容）充电，同时保证在任何情况下市电异常停电后的瞬间开始，只依靠所述储能电池20内的能量能够满足LED灯模组在最高亮度输出的情况下维持连续点亮90分钟以上。

本实施例中，所述第一参考电压端和第二参考电压端分别用于设置储能电池20充电时的上限电压V_H和放电时的下限电压V_L，具体调配方式如下：

当所述储能电池20（超级电容）的电压V_C在V_H和V_L之间时，第一比较器U2输出低电平、第二比较器U3输出高电平，使第一或门U4输出1，此时继电器线圈KM接通，使继电器触点KM′断开，停止市电充电模块30给储能电池20充电，而由所述薄膜光伏组件20通过所述光伏充电电路60对所述储能电池20充电。

当所述储能电池20的电压V_C高于V_H时，第一比较器U2和第二比较器U3均输出高电平，使第一或门U4输出1，此时继电器线圈KM接通，使继电器触点KM′断开，仅由薄膜光伏组件50通过所述光伏充电电路60给储能电池20充电。

当调光信号处理模块40动作点亮LED灯模组10使储能电池20放电至其电压V_C低于V_L时，此时第一比较器U2和第二比较器U3均输出低电平，使第一或门U4输出0，此时继电器线圈KM断开，使继电器触点KM′导通，使市电充电模块30和薄膜光伏组件50同时给储能电池20充电，此后一但储能电池的电压Vc超过下限电压V_L，继电器线圈KM将按上述方式接通，继电器触点KM′断开，储能电池20与市电充电电路完全断开，从而达到薄膜光伏组件的能量、市电电源的能量合理调配。通过这种对能量的合理调配，既节省了电能，也保证了储能电池储存有一定的能量，进而使光伏消防应急标志灯能正常工作。

本实用新型实施例中，上限电压V_H与下限电压V_L的设定需与储能电池20的容量优化匹配，下限电压V_L的设置主要是保证在任何情况下市电异常停电后只依靠储能电池20内的能量可以提供LED灯模组10在最高亮度输出的情况下维持连续点亮90分钟，需考虑产品设计寿命期内的容量衰减预期，一般设置储能电池剩余电量为50%时，储能电池所能输出的电压，上限电压V_H一般设置储能电池剩余电量为80%时，储能电池所能输出的电压，防止电池过充。在设置时，还需考虑上限电压V_H与下限电压V_L的差值会影响继电器的动作频次，因此继电器选型可优先推荐使用市场非常成熟的电信级别的继电器，在满足电路要求的前提下特别建议选用线圈工作电流最小的成熟型号。

本实施例中，LED灯模组的最低工作电压不宜设计过低，虽然超级电容不会像化学电池那样存在过放电时会有不可逆损伤的问题，超级电容的电压即使放电到0V也不会有任何不利影响。但，这是对于单个的超级电容而言的，目前额定工作电压为2.7V或2.8V的超级电容单体居多，因此在使用时基本上都需要串联使用。由于超级电容单体间的参数不可能完全一致，因此如果超级电容串联后的放电总电压过低时，很可能会出现个别超级电容单体的电压会出现负值的现象，这对该超级电容单体的寿命显然是不利的。当然，超级电容组中每个单体之间的离散性越小，电容组允许的最低放电电压值将越低。一般而言，每个单体超级电容的最低允许放电电压值设计为0.5V已是相当保守和安全的。

请继续参阅图1和图2，所述调光信号处理模块40包括温度传感器401、市电停电检测模块402、声音传感器403、红外传感器404、取样电路405、第二或门U5、第三或门U6、第四或门U7和与门U8；所述温度传感器401和市电停电检测模块402分别连接所述第二或门U5的第一输入端和第二输入端，所述第二或门U5的输出端连接所述第三或门U6的第一输入端；所述声音传感器403连接所述第三或门U6的第二输入端，所述第三或门U6的输出端连接所述第四或门U7的第一输入端；所述红外传感器404连接所述第四或门U7的第二输入端，所述第四或门U7的输出端连接所述与门U8的第一输入端，所述取样电路405连接所述与门U8的第二输入端，所述与门U8的输出端连接所述LED灯模组10。

所述取样电路405包括第八电阻R8、第七电阻R7、第三比较器U9和反相器U10；所述第三比较器U9的正相输入端通过第七电阻R7连接所述薄膜光伏组件50、还通过第八电阻R8接地；所述第三比较器U9的反相输入端连接第三参考电压端Vpv，第三比较器U9的输出端通过所述反相器U10连接所述与门U8的第二输入端。

本实用新型通过所述调光信号处理模块40来控制所述LED灯模组10的亮灭，所述取样电路405的测试信号来源于所述薄膜光伏组件50的输出电压，这种检测方式可对环境光的照度水平有相当准确的判断，从而实现夜晚自动启动LED光源，并在没有任何特殊需要的情况下LED光源仅保持微亮输出状态（该功能由LED灯模组10自身实现）。在夜间，薄膜光伏组件50接收到的太阳辐射能量少，因此其输出电压低，当其低于第三参考电压端Vpv的电压值时，第三比较器U9输出低电平，经过反相器U10反相后使与门U8的第二输入端为高电平，同理，在白天时，与门U8的第二输入端为低电平，以此判断是白天还是晚上。

若晚上出现异常或有点亮需要的情况，如有火灾出现的危险、有人员走动需要适当的光源指引等，可以通过温度传感器401检测环境中气温是否异常升高、市电停电检测模块402检测市电是否停电、声音传感器403检测环境中有声音响动、红外传感器是否感应到人体热源等检测手段，只要在夜间有上述一种情况发生，与门U8即输出1，使LED灯模组10的输出功率在较短时间内平稳提升，可直到最高亮度的输出。在异常干扰终止后，第四或门U7输出0，LED灯模组10将自动平稳地调整功率缓慢回到正常的微亮输出状态。

在白天当环境光照度足够高时，若没有特殊需求，LED灯模组10是完全不点亮的，只需在夜间LED灯模组10保持微亮，一旦发生环境中气温异常升高、市电停电等特殊状态，LED灯模组10会自行点到最亮状态。在此调光信号处理模块40中，还可以增加芯片等其它硬件电路，实现其它特殊要求，如在白天时，声音检测和人体红外检测的功能均可关闭，降低静态微损耗。

本实施例中，LED灯模组10的亮度控制由LED灯模组10自身实现，采用现有的LED灯模组10模块即可，其包括LED灯、宽电压LED恒流驱动模块、模拟调光电路等，由于其为现有技术，此处不作详述。

综上所述，本实用新型利用薄膜光伏组件输出的能量给储能电池充电，在储能电池电压低于预设低值时由压控模块控制市电充电模块给储能电池充电，大大减小了市电的耗电。而且在储能电池的电压高于预设高值时，压控模块控制市电充电模块停止给储能电池充电，从而防止储能电池有效延长了电池的使用寿命。并且由于采用了薄膜光伏组件，与传统光伏组件相比，更好的兼顾了产品的外观，提升了市场竞争力。而且，储能电池采用超级电容，使用寿命长，除了更换电池本身所需的费用外，还包括人力、物流，旧电池废弃在环保方面的支出等费用，整体成本降低。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种光伏消防应急标志灯，包括LED灯模组、储能电池、用于给所述储能电池充电的市电充电模块和用于根据环境条件控制LED灯模组的亮灭状态的调光信号处理模块，所述LED灯模组和市电充电模块均连接储能电池，所述调光信号处理模块连接LED灯模组，其特征在于，还包括薄膜光伏组件、用于利用薄膜光伏组件输出的能量给储能电池充电的光伏充电电路和用于控制市电充电模块的工作状态的压控模块，所述薄膜光伏组件通过光伏充电电路连接储能电池，所述压控模块连接储能电池和市电充电模块。

2.根据权利要求1所述的光伏消防应急标志灯，其特征在于，所述光伏充电电路包括：防反二级管、三极管、第一电阻、第二电阻和发光二极管，所述薄膜光伏组件连接防反二级管的正极、还通过第一电阻连接所述三极管的基极，所述防反二极管的负极和三极管的集电极连接所述储能电池，三极管的发射极通过所述第二电阻连接所述发光二极管的正极，所述发光二极管的负极接地。

3.根据权利要求1所述的光伏消防应急标志灯，其特征在于，所述市电充电模块包括电容、自动恢复电流保险丝、继电器触点和整流桥，所述电容的一端连接电源插头，电容的另一端依次通过自动恢复电流保险丝和继电器触点连接整流桥的输入端，整流桥的正输出端连接所述储能电池。

4.根据权利要求3所述的光伏消防应急标志灯，其特征在于，所述压控模块包括第一比较器、第三电阻、第四电阻、第二比较器、第五电阻、第六电阻、第一或门和继电器线圈，所述第一比较器的正相输入端通过第三电阻连接所述储能电池、还通过第四电阻接地，所述第一比较器的反相输入端连接第一参考电压端，第一比较器的输出端连接所述第一或门的第一输入端；所述第二比较器的正相输入端通过第五电阻连接所述储能电池、还通过第六电阻接地，所述第二比较器的反相输入端连接第二参考电压端，第二比较器的输出端连接所述第一或门的第二输入端，所述第一或门的输出端通过所述继电器线圈接地。

5.根据权利要求1所述的光伏消防应急标志灯，其特征在于，所述调光信号处理模块包括：温度传感器、市电停电检测模块、声音传感器、红外传感器、夜间取样电路、第二或门、第三或门、第四或门和与门，所述温度传感器连接第二或门的第一输入端，市电停电检测模块连接第二或门的第二输入端，所述第二或门的输出端连接第三或门的第一输入端；所述声音传感器连接第三或门的第二输入端，第三或门的输出端连接第四或门的第一输入端；所述红外传感器连接第四或门的第二输入端，所述第四或门的输出端连接所述与门的第一输入端；所述夜间取样电路连接所述与门的第二输入端，所述与门的输出端连接LED灯模组。

6.根据权利要求5所述的光伏消防应急标志灯，其特征在于，所述取样电路包括第三比较器、第七电阻、第八电阻和反相器，所述第三比较器的正相输入端通过所述第七电阻连接所述薄膜光伏组件、还通过第八电阻接地，所述的反相输入端连接第三参考电压端，第三比较器的输出端通过所述反相器连接所述与门的第二输入端。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的光伏消防应急标志灯，其特征在于，所述储能电池为超级电容。