JP2012506124A - 寿命終了時の自動バッテリ放電を有した生活安全装置 - Google Patents

Abstract

生活安全装置の再充電可能なバッテリが寿命終了に到達したときに、生活安全装置は、交換が必要であることを示す可聴信号を送信する。生活安全装置がラインの電源と非接続にされたときに、再充電可能なバッテリは、大量のエネルギを含んだままである。生活安全装置は、貯蔵されたエネルギが生活安全装置およびそのバッテリを処分するのに安全なレベルに減少するまでバッテリの制御放電を自動的に開始する。

Description

本発明は、生活安全装置に関し、特に、一般に建物の壁および天井に取り付けられた危険検出器、例えば、一酸化炭素検出器や煙検出器に関する。

生活安全装置は、火災、または一酸化炭素のような危険なガスの蓄積に晒される危険にある居住者に警告するために、住居および商用の建物において用いられている。生活安全装置は、再充電可能なバッテリを有したバッテリアッセンブリによって電力を供給され得る。生活安全装置は、再充電可能なバッテリを充電するための電力を供給する交流電源に接続されている。

生活安全装置は、該生活安全装置の耐用寿命の終了に到達したときに、警告信号、例えば、生活安全装置が「トラブル」（または「寿命終了」）モードに入ったことを示すチャープ音（ｃｈｉｒｐｉｎｇ ｓｏｕｎｄ）を生成することができる。これは、生活安全装置を交流電力と非接続にし、生活安全装置を処分するときが来たことを使用者に知らせる。再充電可能なバッテリ、例えば、再充電可能なリチウムイオンバッテリは、大量のエネルギを含むことができる。これらのバッテリが処分前に放電されていない場合には、バッテリが、損傷のリスクを生じさせる起因となるとともに、火災や他の深刻な被害を生じさせ得る。生活安全装置の場合には、バッテリアッセンブリが、バッテリを保護するために迅速な放電を阻止するバッテリ保護回路を備えているので、出力をショートすることにより、再充電可能なバッテリを迅速に放電することができない。さらに、バッテリを迅速に放電することは、過度の熱を生じさせ得る。

過去においては、生活安全装置は、処分前にバッテリを放電させるために、バッテリ端子間の抵抗を利用する機械的構成要素、例えば、スイッチを用いてきた。バッテリを放電するのにスイッチを用いることの欠点は、使用者によるスイッチの作動に依存していることである。使用者がスイッチを作動させない場合には、生活安全装置およびそのバッテリは、危険な状態で処分され得る。

生活安全装置は、該生活安全装置が寿命終了条件に到達したことを検出した後に、自動バッテリ放電動作に入る。生活安全装置は、寿命終了条件を検出したときに生成すべき可聴警告信号を生じさせるコントローラを備えている。使用者が生活安全装置を再充電可能なバッテリを充電するために使用される交流電源と非接続にしたときに、コントローラは、放電シーケンスを開始し、該放電シーケンスにおいて、バッテリ内に貯蔵されたエネルギが安全なレベルに減少されるまで、バッテリがゆっくりと放電される。

１つの実施例では、バッテリの放電は、バッテリ試験電子機器によって実施される。低デューティサイクルの放電制御パルスは、大量の熱を生じさせることなく、短期間でバッテリの放電を完了する制御された方法でバッテリから電力をドレインするように使用される。

生活安全装置のブロック図である。 寿命終了モードにおける図１の生活安全装置の動作を示したフローチャートである。

図１には、生活安全装置１０のブロック図が示されており、該生活安全装置１０は、例えば、煙警報装置、一酸化炭素（ＣＯ）警報装置、煙・一酸化炭素警報装置や、潜在的に生活を脅かす条件にある住居または他の建物の居住者に警告するための同様の装置とすることができる。生活安全装置１０は、一般に、壁や天井に取り付けられており、交流（ＡＣ）電源に接続されている。

図１に示したように、生活安全装置は、低電圧供給源１２、（再充電可能なバッテリ１６、バッテリ充電回路１８、ブースタ回路２０およびバッテリ保護回路２２を有した）バッテリアッセンブリ１４、調整電子機器２４、危険検出器２６、マイクロコントローラユニット（ＭＣＵ）２８、音響回路３０およびバッテリ試験電子機器３２を備えている。

低電圧供給源１２は、ライン入力Ｌおよびニュートラル入力Ｎによって示される交流の主入力部に接続されている。低電圧供給源１２は、交流の入力電力を直流の充電電力へ変換し、この直流充電電力は、バッテリアッセンブリ１４のチャージ・イン（Ｃｈａｒｇｅ Ｉｎ）入力部および調整電子機器２４へ供給される。また、低電圧供給源１２は、マイクロコントローラユニット２８へ、低電圧供給源１２が交流の主入力部から交流電力を受けていることを示す交流起動（ＡＣ ＯＮ）監視信号を送信する。

バッテリアッセンブリ１４のバッテリ１６は、長寿命でかつ再充電可能なバッテリ、例えば、再充電可能なリチウムイオンバッテリである。バッテリ充電回路１８は、低電圧供給源１２からの充電電力を用いてバッテリ１６の充電を維持する。ブースタ回路２０は、バッテリ電圧Ｖ_battを出力電圧Ｖ_outへと上昇させ、該出力電圧Ｖ_outは、調整電子機器２４によって危険検出器２６およびマイクロコントローラユニット２８へ調整電圧を供給するために用いられる。バッテリ電圧Ｖ_battは、約２．２〜４．２ボルトの範囲とすることができ、出力電圧Ｖ_outは、例えば、約８．７ボルトの一定の電圧である。

バッテリ保護回路２２は、過電流条件および過放電条件に対してバッテリ１６を保護する。バッテリ保護回路２２は、保護モードに入り、該保護モードにおいて、バッテリ電圧Ｖ_battが過度に低い（過放電条件）とき、またはバッテリ１６から引き込まれる電流が最大電流レベルを超過している（過電流保護）ときに、バッテリ１６を他の回路構成要素と非接続にすることができる。

危険検出器２６は、例えば、光電またはイオン化の形式の煙検出器、一酸化炭素検出器または煙・一酸化炭素検出器とすることができる。危険検出器２６の出力は、マイクロコントローラユニット２８へ供給される。

マイクロコントローラユニット２８は、生活安全装置１０の動作を調整し制御する。危険検出器２６から受けた入力に基づいて、マイクロコントローラユニット２８は、潜在的に危険な条件にある使用者へ警告するための警報を鳴らす必要がある条件が存在するかを判断する。警報が必要な場合には、マイクロコントローラユニット２８は、音響回路３０へ、適切な警報を形成するための制御信号を送信する。ある場合には、警報は、連続的に、またはパルスによって生成される可聴信号である。他の実施例では、音響回路３０は、マイクロコントローラユニット２８からの指令に応答して居住者に言葉からなるメッセージ（または可聴信号と言葉からなるメッセージとの組み合わせ）を提供する。

生活安全装置１０の動作中には、マイクロコントローラユニット２８は、バッテリ試験電子機器３２を用いてバッテリ試験を定期的に行うことになる。マイクロコントローラユニット２８は、バッテリ試験電子機器３２へバッテリ試験パルスＢＡＴ ＴＥＳＴを適時に供給し、バッテリ試験パルスＢＡＴ ＴＥＳＴは、バッテリ試験電子機器３２を起動し、バッテリアッセンブリ１４のバッテリ電圧Ｖ_batt出力部から電流を引き込む。バッテリ試験電子機器３２は、放電が実施されている間に測定されたバッテリ電圧を示す試験出力ＢＡＴ ＶＯＬＴをマイクロコントローラユニット２８へ供給する。上記の通常のバッテリ試験動作中は、バッテリ試験パルスＢＡＴ ＴＥＳＴは非常に短い期間の間に供給される（一般に、１００マイクロ秒）。バッテリ試験パルスの期間は、定常状態の条件に確実に到達するのに十分に長くなるように選択される。バッテリ電圧が測定され、そして、試験は、バッテリ１６が放電状態から元の状態に戻るように終了する。

マイクロコントローラユニット２８は、生活安全装置１０が該生活安全装置１０の通常の寿命終了に到達した時期を決定するための内部タイマを備えている。このとき、マイクロコントローラユニット２８は、寿命終了モードを開始し、生活安全装置１０を交換すべきことを使用者に知らせ、そして、バッテリ１６内に残された充電のために、生活安全装置１０およびバッテリ１６を処理することにより安全に対する危険性が生じることがないように、バッテリ１６の放電を自動的に制御する。自動的な放電機能の実施時には、マイクロコントローラユニット２８は、バッテリ試験電子機器３２を用いて、過熱を生じさせずに、かつバッテリ保護回路２２がバッテリ１６の放電を阻止することなく、迅速に放電を実施したままにする低デューティサイクルでバッテリ１６の放電を実施する。

図２には、マイクロコントローラユニット２８が待機モード４０から寿命終了（ＥＯＬ）モード５０へ移行するときのマイクロコントローラユニット２８の動作を表すフローチャートが示されている。待機モード４０の一部として、マイクロコントローラユニット２８は、寿命終了（ＥＯＬ）限界に到達したかの決定を確認する（ステップ６０）。寿命終了限界に到達していない場合には、マイクロコントローラユニット２８は、通常の動作モード４０を継続する。寿命終了限界に到達した場合には、マイクロコントローラユニット２８は、寿命終了（ＥＯＬ）モードへ入る（ステップ５０）。寿命終了モード５０の開始時には、マイクロコントローラユニット２８によって、音響回路３０は、生活安全装置１０を交換する必要があることを使用者に知らせるための特定の信号を生成する（ステップ６２）。１つの実施例では、この特定の信号は、３０秒ごとに生成されるチャープ音である。

マイクロコントローラユニット２８は、低電圧供給源１２からの交流起動信号の状態を確認する（ステップ６４）。生活安全装置１０が交流電源へ接続されたままであることを交流起動信号が示している限り、マイクロコントローラユニット２８は、待機モード４０へ戻る。ステップ６０へ到達するたびに、ステップ６２およびステップ６４は繰り返される。つまり、マイクロコントローラユニット２８は、危険検出器２６の出力を監視し続け、危険条件を検出した場合には、音響回路３０が、警報を形成する。マイクロコントローラユニット２８が危険検出器２６の出力を監視している間には、音響回路３０は、チャープ音を生成したままである。

生活安全装置１０が交流電源に接続されていないときには、交流起動信号は状態を変え、交流電力が存在しないことを示す。そして、マイクロコントローラユニット２８は、音響回路３０のチャープ音の生成および危険検出器２６の監視を含む生活安全装置１０の機能全てをオフにする（ステップ６６）。このとき、バッテリ試験電子機器３２と共に用いられるマイクロコントローラユニット２８によって実施されるバッテリ放電機能のみが残されている。

マイクロコントローラユニット２８は、低デューティサイクルにおいてＢＡＴ ＴＥＳＴ信号を用いてバッテリ試験電子機器３２のオン・オフを切り換えることにより、バッテリ１６の制御放電を生じさせる（ステップ６８）。マイクロコントローラユニット２８は、生活安全装置１０が交流電力に再接続されたかを知るために、交流起動信号を確認し続ける（ステップ７０）。上記の放電機能においては、（例えば、音響回路３０を介した）ユーザインタフェースは無効である。

制御放電機能において用いられるマイクロコントローラユニット２８からのＢＡＴ ＴＥＳＴ信号のデューティサイクルは、バッテリ１６を放電させるためにバッテリ試験電子機器を起動することにより大量の熱が生じることがない程度に十分に低い。このとき、デューティサイクルは、生活安全装置１０の処分の準備の際にバッテリ１６の制御放電が比較的迅速に実施されるように選択される。デューティサイクルは、５０％よりも低く、好ましくは、約２５％よりも低い。１つの実施例では、制御放電機能において用いられるＢＡＴ ＴＥＳＴ信号のデューティサイクルでは、１ミリ秒のオンの後に９ミリ秒のオフが実施される。したがって、放電は、１０ミリ秒の各サイクルの１０分の１の間のみ生じる。制御放電動作中に用いられる１ミリ秒のオン時間は、（一般に、約１０マイクロ秒である）通常のバッテリ試験中に用いられるオン時間よりも非常に長い。

商用電力からの交流の主電力が一時的に遮断され、または使用者が生活安全装置１０を交流電力と一時的に非接続にし、この後、再接続した場合には、マイクロコントローラユニット２８は、交流起動信号を監視し続ける（ステップ７０）。生活安全装置１０が再接続された（または交流電力が回復した）ことを交流起動信号が示している場合には、マイクロコントローラユニット２８は、待機モード４０へと戻り、ステップ６０において寿命終了モード５０へ再び入る。そして、図２のプロセスは繰り返され、マイクロコントローラユニット２８によって、音響回路３０は、寿命終了に到達し、生活安全装置１０を交換するべきであることを使用者に再び警告する。

生活安全装置１０が交流電源に再接続されていない場合には、マイクロコントローラユニット２８は、バッテリアッセンブリ１４がマイクロコントローラユニット２８およびバッテリ試験電子機器３２を動作するのに十分な電力を供給することができる限りは、動作し続ける（ステップ７２）。動作を継続するのに適切な電力が存在する場合には、放電がさらに必要であり、マイクロコントローラユニット２８は、ステップ６８へ戻る。電力がマイクロコントローラユニット２８およびバッテリ試験電子機器３２を動作するのに適切でなくなると、放電プロセスは完了する。生活安全装置１０は電力のない状態となり、家庭廃棄物と共に処分可能となる（ステップ７４）。

寿命終了モード５０に関連した自動的な制御放電機能は、生活安全装置１０が寿命終了に到達したことをマイクロコントローラユニット２８によって決定したときに実施されるのみである。制御放電は、生活安全装置１０が交流電力と非接続にされた後に開始されるのみである。生活安全装置１０が交流電力に再接続された場合には、制御放電機能は、生活安全装置１０が交流電力と再び非接続にされるまで再開されない。

生活安全装置１０が寿命終了に到達したことが決定される前に生活安全装置１０が交流電力と非接続にされる場合には、生活安全装置１０がバッテリ１６からの電力を使用している状態で、待機モード４０が継続される。寿命終了限界に到達していないので、寿命終了モード５０に入ることはない（ステップ６０）。例えば、商用電力からの交流電力が一時的に遮断された場合には、生活安全装置１０は、バッテリ１６からの電力で動作し続ける。交流電力が接続されている場合には、低電圧供給源１２がバッテリ１６を再充電する。

本発明の好ましい実施例について説明してきたが、当業者であれば、本発明の真意および範囲を逸脱することなく、種々の変更が形態および細部になされ得ることを理解するであろう。

Claims (21)

1. 再充電可能なバッテリを有したバッテリアッセンブリと、
   交流（ＡＣ）電源に接続可能である、前記バッテリアッセンブリに直流（ＤＣ）充電電力を供給するための電圧供給源と、
   危険条件の存在を検出する危険検出器と、
   音発生装置と、
   前記危険検出器が危険条件の存在を検出したときに、前記音発生装置によって警報を形成し、かつ寿命終了限界に到達し、前記電圧供給源が交流電力源と非接続にされたときに、処分するのに安全なレベルに前記バッテリを自動的に放電するためのコントローラと、
   を備えた生活安全装置。
2. 前記寿命終了限界に到達したと決定したときに、前記コントローラによって、前記音発生装置は、前記寿命終了限界に到達したことを示す信号を生成することを特徴とする請求項１に記載の生活安全装置。
3. 前記寿命終了限界に到達した後に、前記電圧供給源から、該電圧供給源が前記交流電源と非接続にされたことを示す信号を受けたときに、前記コントローラは、前記生活安全装置の機能全てを停止し、バッテリ放電動作を開始することを特徴する請求項２に記載の生活安全装置。
4. 前記コントローラは、前記バッテリ放電動作中に、制御された割合で前記再充電可能なバッテリを放電させることを特徴とする請求項３に記載の生活安全装置。
5. 前記コントローラは、前記バッテリ放電動作中に、低デューティサイクルの放電制御信号によって前記再充電可能なバッテリを放電させることを特徴とする請求項４に記載の生活安全装置。
6. 前記低デューティサイクルの放電制御信号は、約２５％よりも低いデューティサイクルを備えることを特徴とする請求項５に記載の生活安全装置。
7. 前記デューティサイクルは、約１０％であることを特徴する請求項６に記載の生活安全装置。
8. 前記放電制御信号は、約１ミリ秒の放電オン時間を備えることを特徴とする請求項５に記載の生活安全装置。
9. バッテリ試験信号に応答して前記バッテリから電流を引き込み、測定されたバッテリ電圧信号を生成する、前記バッテリに接続されたバッテリ試験回路をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の生活安全装置。
10. 前記コントローラは、前記バッテリ試験回路へ、前記バッテリ放電動作中に前記再充電可能なバッテリの制御放電を生じさせるための前記バッテリ試験信号を送信することを特徴とする請求項９に記載の生活安全装置。
11. 前記コントローラは、前記バッテリが処分するのに安全な条件に到達したときを決定するために、前記バッテリ放電動作中に前記バッテリ試験回路からの前記測定されたバッテリ電圧信号を監視することを特徴とする請求項１０に記載の生活安全装置。
12. 前記コントローラは、前記バッテリが処分するのに安全な条件に到達したときに前記バッテリ放電動作を終了することを特徴とする請求項１１に記載の生活安全装置。
13. 再充電可能なバッテリを有した生活安全装置の処分の準備をする方法であって、
    前記生活安全装置が寿命終了条件に到達したときを決定するステップと、
    前記生活安全装置が寿命終了条件に到達したことを示す信号を送信するステップと、
    前記寿命終了条件の決定後に、前記生活安全装置への交流の入力電力がないことを検出するステップと、
    前記交流の入力電力がないことに応答して、前記バッテリが処分するのに安全である閾レベルへと前記バッテリを放電する制御放電機能を自動的に開始するステップと、
    を含む方法。
14. 前記生活安全装置が寿命終了条件に到達したことを決定した後でかつ前記交流の入力電力がないことを検出する前に、前記生活安全装置の通常の機能を継続するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 前記生活安全装置が寿命終了条件に到達し、かつ前記交流の入力電力がないことを検出した後に、前記生活安全装置の通常の機能を停止するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
16. 前記制御放電機能は、オン／オフデューティサイクルによって前記バッテリを放電することと、前記交流の入力電力の戻りを監視することを含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
17. 前記オン／オフデューティサイクルは、該オン／オフデューティサイクルの約２５％よりも低いオン時間を備えることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
18. 前記オン時間は、約１ミリ秒であることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
19. 前記交流の入力電力の戻りを検出したときに、前記生活安全装置の通常の機能へ戻るステップをさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
20. 前記バッテリが寿命終了条件に到達したことを示す信号は、可聴信号、言葉による信号または前記可聴信号と前記言葉による信号との組み合わせを備えることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
21. 前記制御放電機能は、前記生活安全装置のバッテリ試験回路を利用することを特徴とする請求項１３に記載の方法。

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