EP4461092A1 - Versorgungseinrichtung für eine notleuchte und aufrüsteinheit - Google Patents

Versorgungseinrichtung für eine notleuchte und aufrüsteinheit

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Publication number
EP4461092A1
EP4461092A1 EP23700076.5A EP23700076A EP4461092A1 EP 4461092 A1 EP4461092 A1 EP 4461092A1 EP 23700076 A EP23700076 A EP 23700076A EP 4461092 A1 EP4461092 A1 EP 4461092A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
connection
temperature sensor
status led
temperature
microcontroller
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23700076.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michel Noé
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
POLYNOM AG
Original Assignee
POLYNOM AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by POLYNOM AG filed Critical POLYNOM AG
Publication of EP4461092A1 publication Critical patent/EP4461092A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B35/00—Electric light sources using a combination of different types of light generation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/486—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/488—Cells or batteries combined with indicating means for external visualization of the condition, e.g. by change of colour or of light density
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S9/00—Lighting devices with a built-in power supply; Systems employing lighting devices with a built-in power supply
    • F21S9/02—Lighting devices with a built-in power supply; Systems employing lighting devices with a built-in power supply the power supply being a battery or accumulator
    • F21S9/022—Emergency lighting devices

Definitions

  • the invention relates to the field of electric emergency lights. It relates to a supply device for an emergency light and an upgrade unit according to the preamble of the corresponding independent patent claims.
  • the temperature of the battery must be determined or (better) measured in order to meet the requirements of the standards.
  • the following solutions are currently used:
  • a temperature sensor is built into the battery and powered by the battery. Its output signal is routed to the electronic controller to be measured by its microcontroller.
  • the battery is usually supplied with a equipped with a three-pole plug (plus, minus and measurement) and the electronic control adapted accordingly.
  • a temperature sensor is built into the battery and powered by the battery. This sensor is assembled on an electronic circuit board together with a radio module. The temperature measurement is transmitted to the electronic control by radio so that it can be measured by its microcontroller. The electronic control must be adjusted accordingly.
  • a temperature sensor is built into the battery and powered by the battery. If the battery temperature is outside the permitted temperature range, the battery line in the battery is electronically interrupted and, if necessary, restored when the temperature is OK again.
  • a temperature sensor is attached or placed near or on the Li-Ion battery and powered by the electronic controller. Its supply and its output signal intended for the measurement must be connected to the electronic control in order to be supplied and measured by its microcontroller. This connection is usually made via a special connector located on the electronic control. The electronic control must be adapted for this.
  • the temperature of the electronic control can be measured and the battery temperature can be approximately calculated from this measurement.
  • a temperature sensor is installed on the electronic control, or the microcontroller used has an integrated temperature measurement.
  • the temperature sensor is built into the battery and is permanently supplied with power from the battery.
  • the battery is constantly being discharged, which leads to a shorter storage time.
  • the batteries are no longer compatible with older types (i.e. before the standard was changed).
  • Solution 2 requires the incorporation of a complex electronic circuit board into the battery, which involves significant additional costs.
  • the electronic control must be adapted to receive the radio signal from the temperature measurement circuit.
  • Solution 3 does not conform to the standard, since the battery cable is interrupted both during charging and during discharging if the temperatures are too high, which prevents emergency operation.
  • solution 4 the electronic control has to be changed significantly, since an additional plug has to be installed. Backwards compatibility is not guaranteed with the electronic controls.
  • Solution 5 cannot be used universally, since the battery and the electronic control are not always in the same housing. In addition, the microcontroller must be able to measure its temperature.
  • the supply device for an emergency light has:
  • an electronic controller having a charger for the battery and a microcontroller
  • a status LED of at least two colors to display the status of the emergency light using a color of the status LED, in particular during a display interval
  • a temperature sensor to measure an ambient temperature of the battery, in particular during a measurement interval
  • the temperature sensor is wired to the status LED by a first control connection of the status LED and a measurement connection of the temperature sensor share the first connection to the microcontroller, and a second control connection of the status LED and a supply connection of the temperature sensor share a second connection to the microcontroller.
  • the term "battery ambient temperature” means a temperature near the battery that is representative of the temperature of the battery itself. This temperature near the battery can be measured by having the temperature sensor attached to the battery, i.e. physically connected to the battery. The temperature sensor can touch the battery directly. Or a thermally conductive, non-gaseous substance can be arranged between the temperature sensor and the battery. This can be a thermally conductive mass, in particular a thermally conductive adhesive. Alternatively, the temperature can be measured close to the battery, with an air gap between the battery and the temperature sensor. A distance between the battery and the temperature sensor corresponding to the air gap is preferably less than a hundred millimeters, in particular less than ten millimeters, in particular less than three millimeters. If the rechargeable battery is arranged in a housing, the ambient temperature of the rechargeable battery can be equal to an internal temperature of the housing, and it is sufficient for measuring the temperature if the temperature sensor is arranged in the housing together with the rechargeable battery.
  • the lines for controlling the LED and for reading out the temperature sensor are therefore routed via the same connections.
  • the lines for controlling the status LED are connected in parallel with the lines for the temperature sensor.
  • the invention thus realizes a temperature measurement of a rechargeable battery, which is installed in a self-contained emergency light or is used in combination with it.
  • the charging current of the battery can be interrupted for safety reasons as soon as the ambient temperature of the battery is outside a certain range. It is in a self-contained emergency light also required to display statuses visually. This requirement is usually met with a two-color red-green light-emitting diode (a so-called status LED).
  • the invention is implemented by wiring a temperature sensor with a two-color status LED, for example, so that it is supplied via the connection to control one of the colors of the status LED and is measured via the connection to control the other color.
  • the control of the color used for the temperature measurement is configured by the microcontroller as an output for displaying the color at times and as an input for measuring the temperature at times.
  • the adjustments to the existing emergency light are minimal: only the configuration of the two-color red-green status LED is changed by adding a temperature sensor to this status LED.
  • the temperature sensor must be placed near the battery or mounted on the battery to measure its ambient temperature.
  • the upgrade unit for a status display and a temperature measurement in an emergency light has: a status LED with at least two colors and a temperature sensor, where the status LED
  • the second control connection of the status LED is connected to the supply connection of the temperature sensor and further connected to a second connection of the upgrade unit
  • the reference connection of the status LED is connected to the reference connection of the temperature sensor and a common reference connection of the upgrade unit.
  • 1 shows a combination of a status LED with a temperature sensor
  • 2 shows an arrangement of the same in an emergency light
  • Fig. 1 shows a topology of connections between a status LED 1), a temperature sensor 2) and a plug of a plug connection 3 for connection to a controller 16.
  • the status LED 1 is shown as a three-wire LED and is controlled by these three wires. If a current flows between a first control connection 4 and a reference connection 5, the reference connection 5 being connected to a reference or basic voltage, the LED lights up red. If a current flows between the second control connection 6 and the reference connection 5, the LED lights up green.
  • the temperature sensor 2 is also shown as an electronic component with three connection wires. This component is supplied via a supply connection 9, with a reference connection 7 being connected to the reference or basic voltage.
  • the measured temperature can be measured as a digital or analog signal via a measurement connection 8 depending on the technology of the temperature sensor.
  • the two components LED 1 and temperature sensor 2 are connected to form a combination, where
  • LED 1 and temperature sensor 2 connected in this way can be used as an upgrade unit for an emergency light.
  • connections between the components LED 1 and temperature sensor 2 are shown as insulated wires soldered together; alternatively, they can also be implemented using a different connection technique, for example terminals such as screw or spring terminals.
  • connections to the microcontroller can be made via corresponding connections 10, 11, 12 of the upgrade unit.
  • the connections are preferably mechanically repeatable and detachable connections, in particular plug-in or clamp connections.
  • connection of the first connection 10 and second connection 11 and reference connection 12 of the upgrade unit to the electronic control of the emergency light takes place, for example, via a connector 3, the three interconnected wires could be routed directly to the circuit board or via a terminal.
  • the following configurations are possible:
  • a plug of the upgrade unit can be plugged into a socket of the controller 13 .
  • the socket can be plugged into a housing of the controller 13 or into a circuit board of the microcontroller 16 .
  • Three connection wires of the upgrade unit can be plugged into a terminal strip or individual terminals of the control 13.
  • the terminal strip or individual terminals can be attached to a housing of the controller 13 or to a Circuit board of the microcontroller 16 can be arranged.
  • the terminal strip can have screw or spring contacts.
  • connection wires of the upgrade unit are soldered to connections of the controller 13, in particular on a circuit board of the microcontroller 16, instead of connection wires of the status LED.
  • the dual color red/green status LED is wired so that the green color generation pin is used to power the temperature sensor and the red color pin is used to measure the temperature.
  • the connections can also be used in reverse.
  • FIG. 2 shows an emergency light 18 with the combination of status LED 1 and temperature sensor 2 shown in FIG.
  • the electronic control 13 and the battery 14 are shown in FIG.
  • the charger 17 and the microcontroller 16 are drawn in the electronic control 13 . All other components of the emergency light, which are used for its functionality and are installed, are not shown.
  • the battery 14 is connected to the electronic controller 13 via the connector 15 .
  • the status LED 1 is partially displayed outside of the emergency light 18 since the display must be visible from the outside.
  • the temperature sensor 2 is arranged on the battery 14 or in the vicinity of the battery 14 in order to measure its ambient temperature.
  • the temperature sensor 2 can also be glued onto the battery 14 or attached to the battery 14 in some other way.
  • the ambient temperature of the battery is converted into an analogue or digital signal by the temperature sensor 2 and evaluated by the microcontroller 16. If this is outside the permissible temperature range, the charger 17 is switched off.
  • first signals 4' and second signals 6' or voltages which the first control connection 4 or the second control connection 6 of the two-color status LED, outlined in FIG.
  • the following points in time are recorded on the time axis 1': t0, t1, t2 and t3. Temperature measurements are carried out between times t0 and t1 or t2 and t3. These measurements can usually be carried out electronically by the microcontroller 16 within 100 ms. This is unobtrusive to a viewer. These measurements are performed at regular intervals, typically at regular time intervals, i.e. periodically. As a rule, the time interval t2 - tl between the measurements is 10s, since the ambient temperature of the battery is rather sluggish and changes only slowly.
  • the voltage of the signal 6' with respect to the base voltage 5 is the forward voltage of the green LED when its current has reached the value controlled by the microcontroller 16.
  • the voltage 6' is constant since the indicated state is permanently green.
  • the forward voltage 6' of the green LED is at the same time the supply voltage 9 of the temperature sensor 2. Accordingly, this voltage must be compatible with the technology resp. Specifications of the temperature sensor regarding operating voltage must be compatible.
  • the red LED is switched off by the microcontroller 16.
  • the first control connection 4 of the red LED more precisely, a corresponding connection of the microcontroller, is configured by the microcontroller 16 as an output and programmed to zero or configured as an input, so that no current flows into the red LED.
  • the first control connection 4 of the red LED is configured by the microcontroller 16 as an input.
  • the corresponding first signal 4' is then generated by the temperature sensor 2 and corresponds to the ambient temperature of the battery 14. Depending on the sensor technology used, this signal can be digital or analog. An analog signal is shown in FIG.
  • temperature measurements are carried out regularly, for example at time intervals from t2-t1, are stored by the microcontroller 16 and are filtered for evaluation.
  • the first control connection 4 of the status LED is configured as an output by the microcontroller 16 and the first signal 4' is programmed to one, so that a current flows into the red LED, or
  • the second control connection 6 of the status LED is configured as an input or configured as an output by the microcontroller 16 and the second signal 6' is programmed to zero so that no current flows into the green LED.
  • the first control connection 4 (of the red LED) is also configured as an output by the microcontroller 16 and programmed to one or zero depending on the desired flashing sequence.
  • the temperature measurement can be carried out between times tO and tl and between t2 and t3.
  • the second signal 6' of the green LED is programmed to one and the first signal 4' of the Red LED configured as an input so that the temperature sensor is supplied with power and the temperature can be measured. Because the status LED is green when taking temperature measurements, it is important to keep the temperature measurement periods very short compared to the time intervals between measurements.
  • FIG. 4 shows an analog first signal 4' during the temperature measurement. Depending on the sensor technology, it can also be digital.
  • an existing voltage signal in this case the first signal 4', is used for two purposes.
  • the signal 4' which is normally only used to control the red color of the status LED 1
  • the firmware of the existing microcontroller 16 must be adapted on the software side.

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Abstract

Eine Versorgungseinrichtung für eine Notleuchte weist auf: - einen Akku (14), dessen Ladestrom unterbrochen werden muss, sobald seine Temperatur ausserhalb eines gewissen Temperaturbereichs liegt, - eine elektronische Steuerung (13), aufweisend ein Ladegerät (17) für den Akku (14) und einen Microcontroller (16), - eine mindestens zwei-farbige Status-LED (1), um den Zustand der Notleuchte anhand einer Farbe der Status-LED (1) anzuzeigen, insbesondere während eines Anzeigeintervalls, - einen Temperatursensor (2), um eine Umgebungstemperatur des Akkus zu messen, insbesondere während eines Messintervalls. Dabei ist der Temperatursensor (2) mit der Status-LED (1) verdrahtet, indem ein erster Steueranschluss (4) der Status-LED (1) und ein Mess-Anschluss (8) des Temperatursensors (2) eine erste Verbindung zum Microcontroller (16) gemeinsam nutzen, und ein zweiter Steueranschluss (6) der Status-LED (1) und ein Versorgungs- Anschluss (9) des Temperatursensors (2) eine zweite Verbindung zum Microcontroller (16) gemeinsam nutzen.

Description

VERSORGUNGSEINRICHTUNG FÜR EINE NOTLEUCHTE UND AUFRÜSTEINHEIT
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der elektrischen Notleuchten. Sie bezieht sich auf eine Versorgungseinrichtung für eine Notleuchte und eine Aufrüsteinheit gemäss dem Oberbegriff der entsprechenden unabhängigen Patentansprüche.
Die Anwendung der Lithium-Ion-Technologie für Einzelbatterie -Notleuchten wurde Ende 2021 durch eine Normänderung ermöglicht. Die zwei dafür bestimmten Normen (IEC 60598-2-22: Notleuchten und IEC 61347-2-7: Elektronische Steuerungen für Notleuchten) wurden entsprechend angepasst. Da die Ladung von Li-Ion-Akkus bei zu tiefen bzw. zu hohen Akkutemperaturen gefährlich ist, wurden Sicherheitsbereiche definiert, welche von der Akku-Technologie abhängig sind (erweiterte Bereiche bei den sicheren LiFePO4 bzw. engere Bereiche bei den gefährlicheren Li-NiO2-CoO2- MnCh Typen).
Auf jeden Fall muss die Temperatur des Akkus eruiert oder (besser) gemessen werden, um die Anforderungen der Normen zu erfüllen. Derzeit werden folgende Lösungen angewandt:
1. Ein Temperatursensor wird in den Akku eingebaut und vom Akku versorgt. Dessen Ausgangssignal wird zur elektronischen Steuerung geführt, um vom deren Microcontroller gemessen zu werden. Üblicherweise wird der Akku mit einem dreipoligen Stecker ausgerüstet (Plus, Minus und Messung) und die elektronische Steuerung entsprechend angepasst.
2. Ein Temperatursensor wird in den Akku eingebaut und vom Akku versorgt. Dieser Sensor wird auf eine elektronische Platine zusammen mit einem Funk-Modul bestückt. Die Temperaturmessung wird zur elektronischen Steuerung per Funk übermittelt, um vom deren Microcontroller gemessen zu werden. Die elektronische Steuerung muss entsprechend angepasst werden.
3. Ein Temperatursensor wird in den Akku eingebaut und vom Akku versorgt. Wenn die Akku-Temperatur ausserhalb des zugelassenen Temperaturbereichs liegt, wird die Akku-Leitung im Akku elektronisch unterbrochen, und ggf. wieder hergestellt, wenn die Temperatur wieder in Ordnung ist.
4. Ein Temperatursensor wird in die Nähe oder auf dem Li-Ion-Akku befestigt oder angebracht und von der elektronischen Steuerung versorgt. Seine Versorgung und sein für die Messung bestimmtes Ausgangssignal müssen an die elektronische Steuerung angeschlossen werden, um vom deren Microcontroller versorgt bzw. gemessen zu werden. Diese Verbindung erfolgt üblicherweise über einen speziellen Stecker, welcher sich auf der elektronischen Steuerung befindet. Die elektronische Steuerung muss dafür angepasst werden.
5. Falls sich die elektronische Steuerung und die Batterie in der Nähe oder im selben Gehäuse befinden, kann die Temperatur der elektronischen Steuerung gemessen und anhand dieser Messung die Akkutemperatur approximativ berechnet werden. Bei dieser Lösung wird entweder ein Temperatursensor auf die elektronische Steuerung eingebaut, oder der verwendete Microcontroller verfügt über eine integrierte Temperaturmessung.
Problematik: Es handelt sich um eine Normänderung. Bis jetzt, d.h. vor dieser Normänderung, wurden elektronische Steuerungen für Li-Ion-Akkus gebaut und in Notleuchten eingesetzt, ohne dabei die Akkutemperatur zu beachten. Um die Anforderungen der geänderten Normen zu erfüllen, ist es wünschenswert, bereits vorhandene Steuerungen und Akkus so wenig wie möglich zu ändern bzw. den Übergang zwischen der Zeit vor und nach der Normänderung so einfach wie möglich zu gestalten. Wenn zum Beispiel die Akkus unverändert bleiben könnten, müssen weder technische Unterlagen angepasst noch Lagerbestände korrigiert werden. Zudem würde damit eine Rückwärtskompatibilität gewährleistet.
Nachteile der bestehenden Lösungen:
Bei den Lösungen 1 , 2 und 3 wird der Temperatursensor in den Akku eingebaut und vom Akku permanent mit Strom versorgt. Der Akku wird dadurch ständig entladen, was zu einer kürzeren Lagerzeit führt. Zudem sind die Akkus nicht mehr kompatibel mit älteren Typen (d.h. vor der Normänderung).
Bei Lösung 1 müssen der Akku und die elektronische Steuerung wesentlich geändert werden. Die Rückwärtskompatibilität wird weder bei den Akkus noch bei den elektronischen Steuerungen gewährleistet.
Lösung 2 erfordert den Einbau einer komplexen elektronischen Leiterplatte in die Batterie, was erhebliche zusätzliche Kosten verursacht. Zudem muss die elektronische Steuerung angepasst werden, um das Funksignal der Temperaturmessung-Schaltung zu empfangen.
Lösung 3 ist nicht normkonform, da die Akkuleitung sowohl beim Laden als auch beim Entladen bei zu hohen Temperaturen unterbrochen wird, was einen Notbetrieb verhindert. Bei Lösung 4 muss die elektronische Steuerung wesentlich geändert werden, da ein zusätzlicher Stecker eingebaut werden muss. Die Rückwärtskompatibilität wird bei den elektronischen Steuerungen nicht gewährleistet.
Lösung 5 ist nicht universell einsetzbar, da der Akku und die elektronische Steuerung sich nicht immer im selben Gehäuse befinden. Zudem muss der Microcontroller fähig sein, seine Temperatur zu messen.
Fazit: Zurzeit gibt es keine optimale Lösung.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Versorgungseinrichtung für eine Notleuchte und eine Aufrüsteinheit für eine Notleuchte zu schaffen, welche einen oder mehrere der oben genannten Nachteile beheben.
Diese Aufgabe lösen eine Versorgungseinrichtung für eine Notleuchte und eine Aufrüsteinheit mit den Merkmalen der entsprechenden unabhängigen Patentansprüche.
Die Versorgungseinrichtung für eine Notleuchte weist auf:
- einen Akku, dessen Ladestrom unterbrochen werden muss, sobald seine Temperatur ausserhalb eines gewissen Temperaturbereichs liegt,
- eine elektronische Steuerung, aufweisend ein Ladegerät für den Akku und einen Microcontroller,
- eine mindestens zwei-farbige Status-LED, um den Zustand der Notleuchte anhand einer Farbe der Status-LED anzuzeigen, insbesondere während eines Anzeigeintervalls,
- einen Temperatursensor, um eine Umgebungstemperatur des Akkus zu messen, insbesondere während eines Messintervalls,
Dabei ist der Temperatursensor mit der Status-LED verdrahtet, indem ein erster Steueranschluss der Status-LED und ein Mess-Anschluss des Temperatursensors eine erste Verbindung zum Microcontroller gemeinsam nutzen, und ein zweiter Steueranschluss der Status-LED und ein Versorgungs-Anschluss des Temperatursensors eine zweite Verbindung zum Microcontroller gemeinsam nutzen.
Unter dem Begriff "Umgebungstemperatur des Akkus" zu verstehen ist eine Temperatur nahe beim Akku, die repräsentativ für die Temperatur des Akkus selber ist. Diese Temperatur nahe beim Akku kann gemessen werden, indem der Temperatursensor am Akku angebracht, d.h. physisch mit dem Akku verbunden ist. Dabei kann der Temperatursensor den Akku unmittelbar berühren. Oder ein wärmeleitender, nicht gasförmiger Stoff kann zwischen Temperatursensor und Akku angeordnet sein. Dies kann eine wärmeleitende Masse, insbesondere ein wärmeleitender Klebstoff sein. Alternativ kann die Temperatur nahe beim Akku gemessen werden, wobei ein Luftspalt zwischen Akku und Temperatursensor vorliegt. Ein Abstand zwischen Akku und Temperatursensor entsprechend dem Luftspalt beträgt vorzugsweise weniger als hundert Millimeter, insbesondere weniger als zehn Millimeter, insbesondere weniger als drei Millimeter. Wenn der Akku in einem Gehäuse angeordnet ist, kann die Umgebungstemperatur des Akkus gleich einer Innentemperatur des Gehäuses sein, und es reicht zur Messung der Temperatur aus, wenn der Temperatursensor zusammen mit dem Akku in dem Gehäuse angeordnet ist.
Somit führen die Leitungen zur Steuerung der LED wie auch zum Auslesen des Temperatursensors über die gleichen Verbindungen. Insbesondere sind die Leitungen zur Steuerung der Status-LED parallel zu den Leitungen zum Temperatursensor geschaltet.
Die Erfindung realisiert damit eine Temperaturmessung eines Akkus, welcher in einer Einzelbatterie-Notleuchte eingebaut ist oder in Kombination mit dieser verwendet wird. Je nach Akku-Technologie kann damit aus Sicherheitsgründen der Ladestrom des Akkus unterbrochen werden, sobald die Umgebungstemperatur des Akkus ausserhalb eines bestimmten Bereichs liegt. In einer Einzelbatterie-Notleuchte ist es ausserdem erforderlich, Zustände optisch anzuzeigen. Meistens wird diese Forderung mit einer zweifarbigen rot-grün Leuchtdiode (einer so genannten Status-LED) erfüllt.
Die Erfindung wird realisiert durch eine Verdrahtung eines Temperatursensors mit einer beispielsweise zweifarbigen Status-LED, so dass seine Versorgung über die Verbindung zu Steuerung einer der Farben der Status-LED und seine Messung über die Verbindung zur Steuerung der anderen Farbe erfolgt. In einer Art Multiplexverfahren wird die Steuerung der Farbe, welche für die Temperaturmessung verwendet wird, vom Microcontroller zeitweise als Ausgang für die Anzeige der Farbe und zeitweise als Eingang für die Temperaturmessung konfiguriert.
Die Anpassungen der bestehenden Notleuchte sind minimal: Es wird nur die Konfiguration der zweifarbigen rot-grün Status-LED geändert, indem ein Temperatursensor zu dieser Status-LED zugefügt wird.
- Beim Akku muss nichts geändert werden. Der Temperatursensor muss allerdings in der Nähe des Akkus angeordnet oder auf dem Akku befestigt werden, damit seine Umgebungstemperatur gemessen werden kann.
- Bei der elektronischen Steuerung muss nur die Firmware (d.h. die Software des Microcontrollers) geändert werden. Software-Änderungen sind viel einfacher durchzuführen als Hardware-Änderungen wie zum Beispiel der Einbau eines zusätzlichen Steckers (wie bei Lösung 4) oder eines drei- statt zweipoligen Steckers (wie bei Lösung 1).
Da diese zweifarbige rot-grün Status-LED nur als Zubehör betrachtet werden kann, und einfach auszutauschen ist, ist die Erfindung viel einfacher und viel günstiger einzusetzen als alle bisherige Marktlösungen.
Die Aufrüsteinheit für eine Statusanzeige und eine Temperaturmessung in einer Notleuchte, weist auf: eine mindestens zwei-farbige Status-LED und einen Temperatursensor, wobei die Status-LED
• einen ersten Steueranschluss zum Aktivieren der Status-LED mit einer ersten Farbe und
• einen zweiten Steueranschluss zum Aktivieren der Status-LED mit einer zweiten Farbe und
• einen Referenz-Anschluss der Status-LED aufweist, und der Temperatursensor
• einen Versorgungs-Anschluss und
• einen Mess-Anschluss und
• einen Referenz-Anschluss des Temperatursensors aufweist, und wobei
• der erste Steueranschluss der Status-LED mit dem Mess-Anschluss des
Temperatursensors und weiter mit einem ersten Anschluss der Aufrüsteinheit verbunden ist,
• der zweite Steueranschluss der Status-LED mit dem Versorgungs-Anschluss des Temperatursensors verbunden ist, und weiter mit einem zweiten Anschluss der Aufrüsteinheit verbunden ist,
• der Referenz-Anschluss der Status-LED mit dem Referenz-Anschluss des Temperatursensors und einem gemeinsamen Referenz-Anschluss der Aufrüsteinheit verbunden ist.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen gehen aus den abhängigen Patentansprüchen hervor.
Im Folgenden wird der Erfindungsgegenstand anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen, welche in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
Fig. 1 eine Kombination einer Status-LED mit einem Temperatursensor; Fig. 2 eine Anordnung derselben in einer Notleuchte;
Fig. 3 einen Signalverlauf in einem ersten Betriebszustand; und
Fig. 4 einen Signalverlauf in einem zweiten Betriebszustand.
Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche oder gleich wirkende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt eine Topologie von Verbindungen zwischen einer Status-LED 1), einem Temperatursensor 2) und einem Stecker einer Steckverbindung 3 zum Anschluss an eine Steuerung 16.
Die Status-LED 1 ist als LED mit drei Anschlussdrähten dargestellt und wird über diese drei Anschlussdrähte gesteuert. Fliesst ein Strom zwischen einem ersten Steueranschluss 4 und einem Referenz- Anschluss 5, wobei der Referenz- Anschluss 5 auf eine Referenz- oder Grundspannung geführt ist, leuchtet die LED rot. Fliesst ein Strom zwischen dem zweiten Steueranschluss 6 und dem Referenz- Anschluss 5, leuchtet die LED grün.
Der Temperatursensor 2 ist auch als elektronisches Bauteil mit drei Anschlussdrähten dargestellt. Dieses Bauteil wird über einen Versorgungs-Anschluss 9 versorgt, wobei ein Referenz-Anschluss 7 auf die Referenz- oder Grundspannung geführt ist. Die gemessene Temperatur kann über einen Mess-Anschluss 8 je nach Technologie des Temperatursensors als digitales oder analoges Signal gemessen werden.
Die beiden Bauteile LED 1 und Temperatursensor 2 sind miteinander zu einer Kombination verbunden, wobei
• der erste Steueranschluss 4 (für die rote Farbe) der LED mit dem Mess- Anschluss 8 des Temperatursensors und weiter mit einem ersten Anschluss 10 der Kombination verbunden ist, • der zweite Steueranschluss 6 (für die grüne Farbe) der LED mit dem Versorgungs-Anschluss 9 des Temperatursensors verbunden ist, und weiter mit einem zweiten Anschluss 11 der Kombination verbunden ist,
• die Referenz-Anschlüssen 5 und 7 beider Bauteile miteinander und einem gemeinsamen Referenz- Anschluss 12 der Kombination verbunden sind.
Die derart verschaltete Kombination von LED 1 und Temperatursensor 2 kann als Aufrüsteinheit für eine Notleuchte eingesetzt werden.
Die Verbindungen zwischen den Bauteilen LED 1 und Temperatursensor 2 sind als zusammengelötete isolierte Drähte dargestellt, alternativ können sie auch mit einer anderen Verbindungstechnik, beispielsweise Klemmen, wie Schraub- oder Federklemmen, realisiert werden.
Die Verbindungen zum Mikrocontroller können über entsprechende Anschlüsse 10, 11, 12 der Aufrüsteinheit geschehen. Die Anschlüsse sind vorzugsweise mechanisch wiederholt herstellbare und lösbare Verbindungen, insbesondere Steck- oder Klemmverbindungen.
Der Anschluss des ersten Anschlusses 10 und zweiten Anschlusses 11 und Referenz- Anschlusses 12 der Aufrüsteinheit an die elektronische Steuerung der Notleuchte erfolgt beispielsweise über einen Steckverbinder 3, wobei die drei jeweils miteinander verbundenen Drähte direkt auf die Platine oder über eine Klemme geführt werden könnten. Dabei sind die folgenden Konfigurationen möglich:
• Ein Stecker der Aufrüsteinheit ist in eine Buchse der Steuerung 13 einsteckbar. Die Buchse kann an einem Gehäuse der Steuerung 13 oder an einer Platine des Microcontrollers 16 eingesteckt sein.
• Drei Anschlussdrähte der Aufrüsteinheit sind in eine Klemmleiste oder einzelne Klemmen der Steuerung 13 einsteckbar. Die Klemmleiste oder einzelne Klemmen kann an einem Gehäuse der Steuerung 13 oder an einer Platine des Microcontrollers 16 angeordnet sein. Die Klemmleiste kann Schraub- oder Federkontakte aufweisen.
• Drei Anschlussdrähte der Aufrüsteinheit sind in anstelle von Anschlussdrähten der Status-LED mit Anschlüssen der Steuerung 13, insbesondere auf einer Platine des Microcontrollers 16, verlötet.
In dieser Beschreibung wird die zweifarbige rot-grüne Status-LED so verdrahtet, dass der Anschluss für die Erzeugung der grünen Farbe zur Versorgung des Temperatursensors bzw. der Anschluss für die rote Farbe zur Messung der Temperatur verwendet wird. Es können die Anschlüsse auch umgekehrt verwendet werden.
Fig. 2 zeigt eine Notleuchte 18 mit der in Fig. 1 gezeigten Kombination aus StatusLED 1 und Temperatursensor 2, welche über den Steckverbinder 3 mit der elektronischen Steuerung 13 verbunden ist. Um die Beschreibung der Erfindung zur vereinfachen, sind in Fig. 2 nur die elektronische Steuerung 13 und der Akku 14 dargestellt. Aus dem gleichen Grund sind in der elektronischen Steuerung 13 nur das Ladegerät 17 und der Microcontroller 16 gezeichnet. Alle andere Bauteile der Notleuchte, welche zu ihrer Funktionalität dienen und eingebaut sind, sind nicht dargestellt. Der Akku 14 wird über den Steckverbinder 15 mit der elektronischen Steuerung 13 verbunden.
Die Status-LED 1 wird zum Teil ausserhalb der Notleuchte 18 angezeigt, da die Anzeige von aussen her sichtbar sein muss. Der Temperatursensor 2 wird am Akku 14 oder in der Nähe des Akkus 14 angeordnet, um dessen Umgebungstemperatur zu messen. Der Temperatursensor 2 kann auch auf den Akku 14 geklebt oder in anderer Weise am Akku 14 befestigt werden. Die Umgebungstemperatur des Akkus wird vom Temperatursensor 2 in ein analoges oder digitales Signal umgewandelt und vom Microcontroller 16 ausgewertet. Liegt diese außerhalb des zulässigen Temperaturbereichs, wird das Ladegerät 17 abgeschaltet. Wenn die Statusanzeige durchgehend grün leuchtet, was normalerweise einen fehlerfreien Zustand anzeigt, ist ein möglicher Verlauf der "roten" 4’ und "grünen" 6’ Signale, im Folgenden auch erste Signale 4' und zweite Signale 6' oder Spannungen genannt, welche auf dem ersten Steueranschluss 4 bzw. dem zweiten Steueranschluss 6 der zweifarbigen Status-LED auftreten, in Fig. 3 skizziert.
Auf der Zeitachse 1’ sind folgende Zeitpunkte aufgezeichnet: tO, tl, t2 und t3. Zwischen den Zeitpunkten tO und tl bzw. t2 und t3 werden Temperaturmessungen durchgeführt. Diese Messungen können in der Regel innerhalb von 100ms elektronisch durch den Microcontroller 16 durchgeführt werden. Dies ist für einen Betrachter unauffällig. Diese Messungen werden in regelmäßigen Abständen durchgeführt, typischerweise in regelmässigen Zeitabständen, d.h. periodisch. In der Regel beträgt das Zeitintervall t2 - tl zwischen den Messungen 10s, da die Umgebungstemperatur des Akkus eher träge ist und sich nur langsam ändert.
Die Spannung des Signals 6’ in Bezug auf die Grundspannung 5 ist die Durchlassspannung der grünen LED, wenn ihr Strom den vom Microcontroller 16 gesteuerten Wert erreicht hat. In der Fig. 3 ist die Spannung 6’ konstant, da der angezeigte Zustand dauerhaft grün ist. Die Durchlassspannung 6’ der grünen LED ist gleichzeitig die Versorgungsspannung 9 des Temperatursensors 2. Dementsprechend muss diese Spannung mit der Technologie resp. Spezifikationen des Temperatursensors bezüglich Betriebsspannung kompatibel sein.
Vor dem Zeitpunkt tO, nach dem Zeitpunkt t3 sowie zwischen den Zeitpunkten tl und t2, wird die rote LED vom Microcontroller 16 abgeschaltet. Entsprechend wird der erste Steueranschluss 4 der roten LED, genauer gesagt, ein entsprechender Anschluss des Microcontrollers vom Microcontroller 16 als Ausgang konfiguriert und auf null programmiert oder als Eingang konfiguriert, so dass kein Strom in die rote LED fliesst. Zwischen den Zeitpunkten tO und tl sowie zwischen t2 und t3 wird der erste Steueranschluss 4 der roten LED vom Microcontroller 16 als Eingang konfiguriert. Das entsprechende erste Signal 4’ wird dann vom Temperatursensor 2 erzeugt und entspricht der Umgebungstemperatur des Akkus 14. Je nach verwendeter Sensortechnologie kann dieses Signal digital oder analog sein. Auf der Fig. 3 ist ein analoges Signal dargestellt.
Auf der Fig. 3 sind nur 2 Messzyklen gezeichnet. Es werden jedoch regelmässig Temperaturmessungen, beispielsweise in Zeitintervallen von t2-tl durchgeführt, vom Microcontroller 16 gespeichert und zur Auswertung gefiltert.
Wenn die Statusanzeige durchgehend rot leuchtet, was normalerweise einen fehlerhaften Zustand anzeigt, ist ein möglicher Verlauf der roten 4’ und grünen 6’ Signale, welche auf den Steueranschlüssen 4 bzw. 6 der zweifarbigen Status-LED auftreten, in Fig. 4 skizziert.
Vor dem Zeitpunkt tO, nach dem Zeitpunkt t3 sowie zwischen den Zeitpunkten tl und t2, wird die rote LED vom Microcontroller 16 eingeschaltet. Dementsprechend werden
• der erste Steueranschluss 4 der Status-LED vom Microcontroller 16 als Ausgang konfiguriert und das erste Signal 4' auf eins programmiert, so dass ein Strom in die rote LED fliesst, bzw.
• der zweite Steueranschluss 6 der Status-LED vom Microcontroller 16 als Eingang konfiguriert oder als Ausgang konfiguriert und das zweite Signal 6’ auf null programmiert, so dass kein Strom in die grüne LED fliesst.
Es kann auch vorkommen, dass der fehlerhafte Zustand der Notleuchte durch ein regelmässiges oder unregelmässiges Blinkend der roten LED dargestellt wird. In solchen Fällen wird der erste Steueranschluss 4 (der roten LED) vom Microcontroller 16 ebenfalls als Ausgang konfiguriert und je nach gewünschter Blinkfolge auf eins oder null programmiert. Wie im vorherigen Fall mit der kontinuierlichen grünen Statusanzeige kann die Temperaturmessung auf jeden Fall zwischen den Zeiten tO und tl und zwischen t2 und t3 durchgeführt werden. Während dieser Zeiträume wird das zweite Signal 6’ der grüne LED auf eins programmiert und das erste Signal 4’ der roten LED als Eingang konfiguriert, damit der Temperatursensor mit Strom versorgt wird und die Temperatur gemessen werden kann. Da die Status-LED bei den Temperaturmessungen grün leuchtet, ist es wichtig, die Zeiträume der Temperaturmessungen im Vergleich zu den Zeitintervallen zwischen den Messungen sehr kurz zu halten.
Wie in Fig. 3 ist in Fig. 4 ein analoges erstes Signal 4’ während der Temperaturmessung dargestellt. Je nach Sensortechnologie kann es auch digital sein.
Zusammenfassend wird ein bestehendes Spannungs-Signal, in diesem Fall das erste Signal 4’ für zwei Zwecke verwendet. In einer Art Multiplexverfahren wird das Signal 4’, das normalerweise nur zur Steuerung der roten Farbe der Status-LED 1 verwendet, zeitweise für die Temperaturmessung benutzt. Ausgehend von einem bestehenden Gerät mit einer Status-LED 1 muss hardwareseitig lediglich die Art, in welcher die Status-LED 1 angeschlossen ist, geändert werden, indem ein Temperatursensor 2 mit der Status-LED 1 verknüpft und während einer Temperaturmessung über die StatusLED 1 versorgt wird. Zudem muss softwareseitig die Firmware der bestehenden Microcontroller 16 angepasst werden.
Damit ist es möglich, eine bestehende Notleuchte mit minimalem Hardwareaufwand für den Betrieb mit Li-Ion-Akkus aufzurüsten. Hardwareseitig muss lediglich eine Status-LED, die üblicherweise über einen dreipoligen Anschluss an die elektronische Steuerung der Notleuchte angeschlossen ist, durch eine mit dem Temperatursensor verschaltete Status-LED ersetzt werden. Ein zusätzlicher Anschluss an die elektronische Steuerung für den Akku oder für einen Temperatursensor sind nicht erforderlich. An der Steuerung selber muss lediglich die Software angepasst werden. Typischerweise ist diese als Firmware realisiert.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Versorgungseinrichtung für eine Notleuchte, aufweisend
- einen Akku (14), dessen Ladestrom unterbrochen werden muss, sobald seine Temperatur ausserhalb eines gewissen Temperaturbereichs liegt,
- eine elektronische Steuerung (13), aufweisend ein Ladegerät (17) für den Akku (14) und einen Microcontroller (16),
- eine mindestens zwei-farbige Status-LED (1), um den Zustand der Notleuchte anhand einer Farbe der Status-LED (1) anzuzeigen, insbesondere während eines Anzeigeintervalls,
- einen Temperatursensor (2), um eine Umgebungstemperatur des Akkus zu messen, insbesondere während eines Messintervalls, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (2) mit der Status-LED (1) verdrahtet ist, indem ein erster Steueranschluss (4) der Status-LED (1) und ein Mess-Anschluss (8) des Temperatursensors (2) eine erste Verbindung zum Microcontroller (16) gemeinsam nutzen, und ein zweiter Steueranschluss (6) der Status-LED (1) und ein Versorgungs-Anschluss (9) des Temperatursensors (2) eine zweite Verbindung zum Microcontroller (16) gemeinsam nutzen.
2. Versorgungseinrichtung gemäss Anspruch 1 wobei der Microcontroller (16) dazu eingerichtet ist, die erste Verbindung zeitweise, während des Anzeigeintervalls, als Ausgang zur Ansteuerung der Farbe der Status-LED (1) und zeitweise, während des Messintervalls, als Eingang zur Temperaturmessung zu verwenden.
3. Versorgungseinrichtung gemäss Anspruch 1 oder 2, wobei der Microcontroller (16) dazu eingerichtet ist, die zweite Verbindung zeitweise, während des Anzeigeintervalls, als Ausgang zur Ansteuerung der Farbe der Status-LED (1) und zeitweise, während des Messintervalls, als Ausgang zur Versorgung des Temperatursensors (2) zu verwenden. Versorgungseinrichtung gemäss Anspruch 1 oder 2 oder 3, wobei das Messintervall weniger als ein Zehntel, insbesondere weniger als ein Hundertstel, insbesondere weniger als ein Tausendstel, insbesondere weniger als ein Zehntausendstel des Anzeigeintervalls beträgt. Versorgungseinrichtung gemäss Anspruch 1 oder 2 oder 3 oder 4, wobei das Anzeigeintervall mehr als eine halbe Sekunde, insbesondere mehr als eine Sekunde, insbesondere mehr als fünf Sekunden, insbesondere mehr als zehn Sekunden beträgt, insbesondere mehr als zehn Sekunden beträgt. Versorgungseinrichtung gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Microcontroller (16) dazu eingerichtet ist, in einem ersten Betriebszustand den zweiten Steueranschluss (6) der Status-LED (1) und den Versorgungs-Anschluss (9) des Temperatursensors (2) über die zweite Verbindung zu speisen, und mindestens während des Messintervalls die erste Verbindung als Eingang zur Temperaturmessung zu verwenden, und in einem zweiten Betriebszustand während des Anzeigeintervalls den ersten Steueranschluss (4) der Status-LED (1) über die erste Verbindung zu speisen und während des Messintervalls den Versorgungs-Anschluss (9) des Temperatursensors (2) über die zweite Verbindung zu speisen und die erste Verbindung als Eingang zur Temperaturmessung zu verwenden. Versorgungseinrichtung gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Temperatursensor (2) und die Status-LED (1) über einen dreipoligen Anschluss an die elektronische Steuerung angeschlossen sind. Versorgungseinrichtung gemäss Anspruch 7, wobei der dreipolige Anschluss eine mechanisch wiederholt herstellbare und lösbare Verbindung ist, insbesondere eine Steck- oder Klemmverbindung. - 16 - Aufrüsteinheit (1 , 2) für eine Statusanzeige und eine Temperaturmessung in einer Notleuchte, aufweisend eine mindestens zwei-farbige Status-LED (1) und einen Temperatursensor (2), wobei die Status-LED (1)
• einen ersten Steueranschluss (4) zum Aktivieren der Status-LED (1) mit einer ersten Farbe und
• einen zweiten Steueranschluss (6) zum Aktivieren der Status-LED (1) mit einer zweiten Farbe und
• einen Referenz- Anschluss (5) der Status-LED (1) aufweist, und der Temperatursensor (2)
• einen Versorgungs-Anschluss (9) und
• einen Mess-Anschluss (8) und
• einen Referenz-Anschluss (7) des Temperatursensors (2) aufweist, und wobei
• der erste Steueranschluss (4) der Status-LED (1) mit dem Mess-Anschluss (8) des Temperatursensors (2) und weiter mit einem ersten Anschluss (10) der Aufrüsteinheit verbunden ist,
• der zweite Steueranschluss (6) der Status-LED (1) mit dem Versorgungs- Anschluss (9) des Temperatursensors (2) verbunden ist, und weiter mit einem zweiten Anschluss (11) der Aufrüsteinheit verbunden ist,
• der Referenz-Anschluss (5) der Status-LED (1) mit dem Referenz-Anschluss (7) des Temperatursensors (2) und einem gemeinsamen Referenz-Anschluss (12) der Aufrüsteinheit verbunden ist. Versorgungseinrichtung gemäss Anspruch 9, wobei der erste Anschluss (10), der zweite Anschluss (11) und der Referenz- Anschluss (12) der Aufrüsteinheit mechanisch wiederholt herstellbare und lösbare Verbindung ist, insbesondere eine Steck- oder Klemmverbindung.
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