ITVI20070029A1

ITVI20070029A1 - Sistema elettronico di controllo della ricarica per batterie di accumulatori, in particolare per lampade di illuminazione di emergenza

Info

Publication number: ITVI20070029A1
Application number: IT000029A
Authority: IT
Inventors: Gian Pietro Beghelli
Original assignee: Beghelli Spa
Priority date: 2007-01-31
Filing date: 2007-01-31
Publication date: 2008-08-01
Also published as: EP1953894A3; EP1953894A2

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale

La presente invenzione si riferisce ad un sistema elettronico di controllo della ricarica per batterie di accumulatori, in particolare per lampade di illuminazione di emergenza.

Più nello specifico, l'invenzione riguarda un sistema di ricarica delle batterie NiCd o NiMH per lampade di illuminazione di emergenza aventi, in particolare, come sorgenti di illuminazione LED di potenza.

E' noto che le lampade di emergenza sono alimentate generalmente da una batteria di accumulatori, la quale entra in funzione ed eroga la corrente necessaria all'accensione della lampada, automaticamente, nel momento in cui, per una qualsiasi causa, si abbia una temporanea mancanza di alimentazione di energia elettrica dalla rete principale di fornitura dell'energia.

La batteria di accumulatori, pertanto, deve necessariamente mantenersi ad un livello di carica sufficiente ad erogare l'intensità di corrente opportuna per il funzionamento di tutte le lampade di emergenza collegate ad essa.

A tale proposito, la batteria è alimentata dalla rete principale, durante il suo normale funzionamento, tramite un dispositivo di carica, che ha la funzione di provvedere ad un ciclo di ricarica della stessa, nel caso in cui il livello di carica risulti inferiore ad un dato valore prefissato.

In particolare, normative vigenti in materia stabiliscono gli incrementi energetici ottimali che una batteria di accumulatori deve raggiungere durante la fase di ricarica, nonché il tempo massimo entro cui deve essere effettuata la ricarica; le stesse normative prevedono altresì le varie modalità di verifica dell'autonomia di funzionamento della suddetta batteria.

In ogni caso, attualmente, i sistemi di ricarica delle batterie al NiCd o al NiMH che erogano energia elettrica alle lampade di emergenza effettuano una ricarica con una corrente di "trickle" continuativa e pari a circa C/20 o superiore.

Inoltre, i LED di potenza delle lampade di emergenza sono solitamente alimentati dalla rete principale di alimentazione, tramite un convertitore AC/DC, e da due ulteriori convertitori, di cui uno è utilizzato per la ricarica ed un altro per l'alimentazione dei LED, mentre l'interruzione dell'alimentazione è effettuata interrompendo la linea di alimentazione dei LED.

Tutto ciò determina un consumo di energia elettrica che sarebbe auspicabile ridurre per un migliore utilizzo della batteria e nel rispetto delle raccomandazioni e delle normative più recenti in tema di consumi energetici.

Scopo della presente invenzione è, quindi, quello di ovviare agli inconvenienti citati e, in particolare, quello di realizzare un sistema elettronico di controllo della ricarica per batterie di accumulatori, in particolare per lampade di illuminazione di emergenza, che consenta di ottenere un miglior utilizzo delle batterie, prolungando la vita delle stesse.

Altro scopo della presente invenzione è quello di realizzare un sistema elettronico di controllo della ricarica per batterie di accumulatori, in particolare per lampade di illuminazione di emergenza, che consenta di ridurre, rispetto all'arte nota, il consumo di energia elettrica assorbita nella fase di lampada inattiva.

Ulteriore scopo della presente invenzione è quello di realizzare un sistema elettronico di controllo della ricarica per batterie di accumulatori, in particolare per lampade di illuminazione di emergenza, che garantisca il rispetto delle attuali normative elettriche vigenti in materia e che risulti altamente affidabile ed efficiente.

Questi ed altri scopi sono raggiunti da un sistema elettronico di controllo della ricarica per batterie di accumulatori, in particolare per lampade di illuminazione di emergenza, secondo la rivendicazione 1 allegata; altre caratteristiche tecniche di dettaglio sono presenti nelle rivendicazioni successive .

In modo vantaggioso, secondo l'invenzione, si procede ad una carica rapida delle batterie con una corrente pari a circa C/10 per un tempo calcolato in funzione della capacità perduta nella fase di emergenza e, quindi, la ricarica viene completamente interrotta. Solo se la tensione di batteria scende al di sotto di un certo livello predeterminato e dopo un tempo prefissato, viene effettuata una breve ricarica per reintegrare l'autoscarica della batteria.

Inoltre, l'alimentazione dei LED di potenza delle lampade di illuminazione di emergenza avviene utilizzando direttamente un convertitore AC/DC e la ricarica è effettuata sfruttando direttamente la tensione presente sui LED medesimi.

Questo comporta un miglior utilizzo della batteria, prolungando la vita della stessa.

Inoltre, si riduce il consumo di energia elettrica assorbita nella fase di lampada inattiva.

Ulteriori scopi e vantaggi della presente invenzione risulteranno chiari dalla descrizione che segue, riferita ad un esempio di realizzazione esemplificativo e preferito, ma non limitativo, e dai disegni annessi, in cui:

- la figura 1 mostra uno schema a blocchi di massima di un sistema elettronico di controllo della ricarica per batterie di accumulatori, in particolare per lampade di illuminazione di emergenza, di tipo tradizionale;

- la figura 2 mostra uno schema a blocchi di massima di un sistema elettronico di controllo della ricarica per batterie di accumulatori, in particolare per lampade di illuminazione di emergenza, secondo la presente invenzione;

- la figura 3 mostra uno schema elettrico di principio del sistema elettronico di controllo della ricarica per batterie di accumulatori, in particolare per lampade di illuminazione di emergenza, di cui alla figura 2, secondo la presente invenzione.

Con particolare riferimento alla figura 1, che si riferisce ad un sistema elettronico di controllo della ricarica per batterie di accumulatori, in particolare per lampade di illuminazione di emergenza, di tipo noto, è visibile come attualmente i LED di potenza LI, L2 della lampada di illuminazione di emergenza siano alimentati dalla rete R tramite un convertitore CN di tipo AC/DC e da due ulteriori convertitori di tipo DC/DC, di cui un primo convertitore, di tipo "Buck", indicato con CN1, è atto alla ricarica della batteria B, ed un secondo convertitore, indicato con CN2, controllato in corrente, è atto all'alimentazione dei LED di potenza LI, L2.

L'interruzione dell'alimentazione è effettuata interrompendo la linea di alimentazione dei LED di potenza LI, L2 della rispettiva lampada di emergenza, tramite il convertitore DC/DC, di tipo "Boost", indicato con CN3, controllato in corrente.

Secondo la presente invenzione, invece, i LED di potenza LI, L2 possono essere abilitati, tramite selettore, a funzionare in modo permanente o in modo non permanente ed il sistema elettronico oggetto dell'invenzione alimenta la serie di LED LI, L2 di potenza a corrente costante e ricarica la batteria B in modo corretto, partendo da un unico convertitore CV, di tipo AC/DC, atto alla regolazione della corrente ai LED LI, L2 e/o atto alla regolazione della tensione della batteria B (figura 2).

Il convertitore CV alimenta direttamente i LED di potenza LI, L2 e la ricarica è effettuata sfruttando direttamente la tensione presente sui LED LI, L2 medesimi .

Inoltre, al termine della ricarica, in caso di funzionamento non permanente e alimentazione di rete presente, il sistema si pone in modalità di bassissimo consumo di energia elettrica.

La batteria B è ricaricata tramite un convertitore "Buck" CV1, di tipo DC/DC, controllato direttamente da un microprocessore MP, che calcola la corrente di ricarica effettiva tramite un opportuno algoritmo che tiene conto della tensione presente ai capi della batteria B, della corrente presente nel diodo di ricircolo del convertitore "Buck" CV1 e di un valore di "Duty-Cycle" impostato dal microprocessore MP stesso .

Come nell'arte nota, poi?l'interruzione dell'alimentazione è effettuata interrompendo la linea di alimentazione dei LED LI, L2 della lampada di illuminazione di emergenza, tramite il convertitore CN3 (convertitore "Boost") , di tipo DC/DC, controllato in corrente.

Il sistema secondo l'invenzione è in grado così di valutare l'energia utilizzata nella fase di scarica della batteria B e di reintegrare tale energia, in modo da riportare la batteria B nello stato di completa ricarica.

Al termine della ricarica, il sistema scollega completamente la batteria B, in modo da ridurre il consumo al minimo, continuando peraltro a monitorizzare in modo continuo la tensione della batteria B e provvedendo ad un eventuale opportuno ciclo di ricarica nel caso in cui la suddetta tensione scenda al di sotto di un valore limite prestabilito .

Il funzionamento del sistema elettronico di controllo della ricarica per batterie di accumulatori, in particolare per lampade di illuminazione di emergenza, secondo l'invenzione, è sostanzialmente il seguente .

In pratica, il sistema integra i circuiti di alimentazione dei LED di potenza LI, L2 della lampada di illuminazione di emergenza ed i circuiti di ricarica nelle fasi, rispettivamente, di alimentazione di rete R presente (in predisposizione permanente o non permanente) e di emergenza.

In effetti, in condizioni di alimentazione di rete R presente e lampada di emergenza abilitata, tramite un opportuno selettore, a funzionare in modo permanente, i LED di potenza Li, L2 della relativa lampada sono alimentati direttamente dal convertitore CV, di tipo AC/DC e controllato in corrente; questo consente di garantire la circolazione nei LED Li, L2 l'intensità di corrente ottimale per garantire l'emissione di uno spettro di luce nominale.

Alternativamente, in condizioni di alimentazione di rete R presente e lampada di emergenza abilitata, tramite l'opportuno selettore, a funzionare in modo non permanente, il sistema regola la tensione di uscita del convertitore CV sotto la soglia di conduzione dei LED di potenza Li, L2, in modo tale che, anche in presenza di alimentazione di rete R, non circoli corrente nei LED Li, L2.

Infine, in condizioni di alimentazione di rete R assente (condizione di emergenza), i LED di potenza Li, L2 della lampada di illuminazione di emergenza sono alimentati dalla batteria B, tramite il convertitore "Boost" CN3, a sua volta controllato dal microprocessore MP in modo da mantenere nei LED Li, L2 la corrente ottimale.

Il microprocessore MP, inoltre, misura la corrente media circolante nei LED di potenza Li, L2 e provvede alla regolazione impulsiva della corrente, in modo da garantire un flusso luminoso costante.

Dalla descrizione effettuata risultano chiare le caratteristiche del sistema elettronico di controllo della ricarica per batterie di accumulatori, in particolare per lampade di illuminazione di emergenza, che è oggetto della presente invenzione, così come chiari ne risultano i vantaggi.

In particolare, essi sono rappresentati da:

- flessibilità, semplicità e rapidità di installazione e di cablaggio del sistema;

- versatilità di impiego del sistema su impianti esistenti ;

- facilità di integrazione con altri sistemi elettrici ed affidabilità dal punto di vista della semplicità d'uso e delle modalità di intervento;

- tempi e cicli di ricarica delle batterie più brevi rispetto alla tecnica nota;

- rispetto delle normative nazionali ed internazionali vigenti in materia;

- miglior utilizzo delle batterie e prolungamento della vita delle stesse, rispetto all'arte nota; riduzione rispetto all'arte nota, del consumo di energia elettrica assorbita nella fase di lampada inattiva .

E' chiaro che numerose altre varianti possono essere apportate al sistema di controllo della ricarica in questione, senza per questo uscire dai principi di novità insiti nell'idea inventiva, così come è chiaro che, nella pratica attuazione dell'invenzione, i materiali, le forme e le dimensioni dei dettagli illustrati potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze e gli stessi potranno essere sostituiti con altri equivalenti.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Sistema elettronico di controllo della ricarica per batterie di accumulatori, in particolare per lampade di illuminazione di emergenza aventi come sorgente di illuminazione LED di potenza (LI, L2), caratterizzato dal fatto che almeno un primo convertitore AC/DC (CV) alimenta detti LED di potenza (LI, L2) ed è atto a ricaricare la batteria (B), tramite almeno un secondo convertitore DC/DC (CV1), posto ai capi di detti LED (LI, L2) e controllato direttamente da almeno un microprocessore (MP).
2. Sistema di controllo come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che la corrente di ricarica della batteria (B) è calcolata da detto microprocessore (MP) tramite un algoritmo, a partire dai valori della tensione della batteria (B), della corrente di ricircolo di detto secondo convertitore DC/DC (CV1) e del "Duty-Cycle" impostato all'interno di detto microprocessore (MP).
3. Sistema di controllo come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto microprocessore (MP) valuta l'energia utilizzata nella fase di scarica della batteria (B) e reintegra tale energia in modo da riportare la batteria (B) in uno stato di completa ricarica.
4. Sistema di controllo come alla rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detto microprocessore (MP) , al termine della ricarica, scollega completamente detta batteria (B), in modo da ridurre il consumo di energia al minimo.
5. Sistema di controllo come alla rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detto microprocessore (MP) , a seguito della fase di scollegamento della batteria (B), monitorizza in modo continuo il valore della tensione presente ai capi della batteria (B), provvedendo ad almeno un eventuale opportuno ciclo di ricarica, nel caso in cui detto valore di tensione sia inferiore ad un valore minimo prestabilito.
6. Sistema di controllo come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che ciascuna lampada di illuminazione di emergenza è controllata da detto microprocessore (MP), in modo tale da essere predisposta ed abilitata a funzionare in condizioni di alimentazione di rete (R) assente e in modalità di emergenza ovvero in condizioni di alimentazione di rete (R) presente e in modalità permanente o in modalità non permanente.
7. Sistema di controllo come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto primo convertitore AC/DC (CV) provvede ad una ricarica di detta batteria (B) per un tempo calcolato in funzione dell'energia perduta in fase di emergenza e, quindi, la ricarica viene completamente interrotta.
8. Sistema di controllo come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto primo convertitore AC/DC (CV) alimenta detti LED di potenza (Li, L2) a corrente costante.
9. Sistema di controllo come alla rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che, in condizioni di alimentazione di rete (R) presente e modalità di funzionamento permanente, detti LED di potenza (Li, L2) sono alimentati direttamente da detto primo convertitore AC/DC (CV) controllato in corrente, in modo da garantire la circolazione nei LED (Li, L2) dell'intensità di corrente adeguata per garantire l'emissione dello spettro di luce nominale.
10. Sistema di controllo come alla rivendicazione 6, caratterizzato dal fatto che, in condizioni di alimentazione di rete (R) presente e modalità di funzionamento non permanente, detto microprocessore (MP) regola la tensione di uscita di detto primo convertitore AC/DC (CV) ad un valore inferiore alla soglia di conduzione di detti LED di potenza (Li, L2), in modo tale che, anche in presenza di alimentazione di rete (R), non circoli corrente in detti LED (LI L2).
11. Sistema di controllo come alla rivendicazione 6 caratterizzato dal fatto che, in condizioni di alimentazione di rete (R) assente e modalità di emergenza, detti LED di potenza (LI, L2) sono alimentati da detta batteria (B) tramite almeno un terzo convertitore DC/DC (CN3), a sua volta controllato da detto microprocessore (MP) , in modo da mantenere nei LED (LI, L2) l'intensità di corrente ottimale, detto microprocessore (MP) essendo atto a misurare la corrente media circolante nei LED di potenza (LI, L2) ed a provvedere alla regolazione impulsiva della corrente, al fine di garantire un flusso luminoso costante.