JP2018055824A

JP2018055824A - 照明装置

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Publication number: JP2018055824A
Application number: JP2016187464A
Authority: JP
Inventors: 真川越; Makoto Kawagoe; 井上　優; Masaru Inoue; 優井上; 俊雄辻; Toshio Tsuji; 佐々木　淳; Atsushi Sasaki; 淳佐々木; 和也冨山; Kazuya Tomiyama
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2016-09-26
Filing date: 2016-09-26
Publication date: 2018-04-05
Anticipated expiration: 2036-09-26
Also published as: JP6751264B2

Abstract

【課題】バッテリの容量を適切な状態で使用可能となる非常用点灯装置を提供する。【解決手段】非常用点灯装置11は、光源15と、バッテリＢと、非常時点灯回路26と、制御回路28とを有する。バッテリＢは、外部電源ｅにより充電される。非常時点灯回路26は、外部電源ｅの遮断時にバッテリＢを電源として光源15を点灯させる。制御回路28は、点灯時放電レートと、解消時放電レートとを備え、バッテリＢの充放電を制御する。点灯時放電レートは、外部電源ｅの遮断時に光源15の点灯用にバッテリＢを放電させる。解消時放電レートは、バッテリＢのメモリ効果の解消時にバッテリＢを放電させる。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、外部電源の遮断時に二次電池の電源により光源が点灯する照明装置に関する。

従来、外部電源の停電時等の非常時に二次電池の電源により光源を点灯させることで、避難口を表示したり、通路の明るさを確保したりする照明装置がある。この照明装置は、例えば非停電時、外部電源により二次電池を充電するように構成されている。

このような照明装置は、非常時の動作を確保するために、二次電池の充電状態、すなわち容量の保守点検が必要になる。この保守点検のために二次電池を放電させる場合、二次電池の容量をすべて使い切る前に充電に移行することがある。この場合、二次電池の種類によっては、二次電池にメモリ効果が発生し、二次電池の見た目上の容量が低下したと誤認することがある。

特開２０１６−１１５４２５号公報

本発明が解決しようとする課題は、二次電池の容量を適切な状態で使用可能となる照明装置を提供することである。

実施形態の照明装置は、光源と、二次電池と、点灯回路と、充放電回路とを有する。二次電池は、外部電源により充電される。点灯回路は、外部電源の遮断時に二次電池を電源として光源を点灯させる。充放電回路は、点灯時放電レートと、解消時放電レートとを備え、二次電池の充放電を制御する。点灯時放電レートは、外部電源の遮断時に光源の点灯用に二次電池を放電させる。解消時放電レートは、二次電池のメモリ効果の解消時に二次電池を放電させる。

本発明によれば、二次電池の充放電を繰り返すことで二次電池にメモリ効果が生じたときに、解消時放電レートで二次電池を放電させることにより、二次電池をメモリ効果が発生しないレベルまで放電させて容量をほぼ使い切ることができ、二次電池をリフレッシュできるので、二次電池の容量を適切な状態で使用可能となることが期待できる。

一実施形態を示す照明装置の回路図である。同上照明装置の二次電池の充放電サイクルの一例を示すグラフである。

以下、一実施形態を、図面を参照して説明する。

図１において、11は照明装置としての非常用点灯装置であり、この非常用点灯装置11は、誘導灯、あるいは非常灯等の非常用器具に用いられるものである。

そして、この非常用点灯装置11には、光源モジュール12が着脱可能であり、常時点灯回路としての電源ユニット13と、二次電池としてのバックアップ電源であるバッテリＢと、非常用回路としての非常灯ユニット14とが備えられている。

光源モジュール12は、光源15を備えている。この光源15は、電球や発光素子等を用いることができるが、本実施形態では例えば発光素子としてのＬＥＤ光源が用いられ、複数の素子本体であるＬＥＤ15aを直列に接続して構成されている。また、この光源15は、ソケット17を介して非常用器具(電源ユニット13および非常灯ユニット14)に対して着脱可能となっている。なお、発光素子としては、ＬＥＤに代えて、有機ＥＬ素子、あるいは無機ＥＬ素子等を用いてもよい。

バッテリＢは、複数の直流電源を直列に接続した充電可能なバッテリパックであり、外部電源ｅの停電時に、光源15(ＬＥＤ15a)を所定の光束で所定の時間以上点灯状態を維持できる容量を有している。このバッテリＢとしては、例えばニカド電池や、ニッケル水素電池等が用いられる。

電源ユニット13は、外部電源ｅの非停電時にこの外部電源ｅを電源として光源15(ＬＥＤ15a)を点灯させるものである。この電源ユニット13は、図示しないスイッチング素子等を備え、このスイッチング素子を図示しない制御手段としてのマイコン等を備えた点灯制御回路によりスイッチング制御することにより、外部電源ｅからの電流を変換して光源15(ＬＥＤ15a)に定電流を出力する定電流回路(ＬＥＤドライバ)である。この電源ユニット13は、外部電源ｅに対して電源スイッチSW1を介して電気的に接続されている。なお、この電源ユニット13には、出力側への光源モジュール12(光源15)の接続の有無(光源モジュール12(光源15)の着脱)を検出する接続検出回路(着脱検出回路)を備えていてもよい。また、この電源ユニット13は、必須の構成ではない。

電源スイッチSW1は、例えば壁面等に設置されており、手動によって動作し、光源15(ＬＥＤ15a)の点灯、消灯を切り換える。なお、電源ユニット13を備えない構成の場合には、この電源スイッチSW1も不要となる。

非常灯ユニット14は、外部電源ｅ側からのノイズを除去するフィルタ回路である雑音防止回路21が外部電源ｅに対して電気的に接続されている。この雑音防止回路21は、外部電源ｅを(全波)整流するダイオードブリッジ等の整流回路22の入力側に電気的に接続されている。さらに、この整流回路22の出力側には、外部電源ｅからの電力の供給状態、すなわち停電および非停電を監視する電源監視回路23と、平滑用の電解コンデンサC1と、トランスTrの一次側と、電源回路24との直列回路が順次電気的に接続されている。また、トランスTrの二次側には、整流用の整流素子であるダイオードＤおよび平滑用の電解コンデンサC2の整流平滑回路を介して、バッテリＢを充電する充電回路25が電気的に接続されているとともに、バッテリＢに対して充電回路25と並列に光源15を点灯させる点灯回路としての非常時点灯回路26が電気的に接続されている。そして、非常時点灯回路26の出力側には、非常灯ユニット14と電源ユニット13とのいずれか一方を光源15に対して選択的に電気的に接続する切換部27が電気的に接続されており、電源監視回路23、充電回路25、非常時点灯回路26および切換部27には、これら充電回路25、非常時点灯回路26および切換部27等の動作をそれぞれ制御する制御部としての制御回路28が電気的に接続され、かつ、この制御回路28に、バッテリＢの充電状態および寿命等の点検を指示するための点検スイッチSW2が電気的に接続されている。

雑音防止回路21は、図示しないが、例えば電源ライン間に接続されたバリスタおよびコンデンサと、コモンモードチョーク等とを備えている。

電源回路24は、例えばパワーデバイスとしてＩＰＤを用いた、ＩＰＤ回路である。

充電回路25は、外部電源ｅによりバッテリＢを充電する、例えば定電流回路等であり、制御回路28によって動作が制御されている。

非常時点灯回路26は、外部電源ｅの停電時、あるいは、バッテリＢの充電状態および寿命等を点検する点検時にバッテリＢを電源として光源15(ＬＥＤ15a)を点灯させるものである。

なお、非常時点灯回路26には、例えば光源15(ＬＥＤ15a)に流れる過電流を制限する引抜回路を備えていてもよい。

また、切換部27は、例えばリレー等が用いられ、光源15を、電源ユニット13と非常時点灯回路26(非常灯ユニット14)とのいずれかに対して選択的に切り換え可能となっている。なお、電源ユニット13を備えない構成の場合には、この切換部27も不要となる。

点検スイッチSW2は、常開のスイッチであり、検査者の操作によって閉成されることで、バッテリＢの充電状態および寿命等の点検を指示するようになっている。

制御回路28は、例えばマイコン等を備えており、電源監視回路23による外部電源ｅの監視結果、および、点検スイッチSW2の閉成、すなわち点検スイッチSW2のオンオフの切り換わりの検出結果に基づいて、充電回路25、非常時点灯回路26および切換部27の動作をそれぞれ切り換えるようになっている。したがって、この制御回路28は、バッテリＢの充放電を制御する充放電回路の機能を備えている。この制御回路28は、バッテリＢの放電レートを複数有している。また、この制御回路28は、バッテリＢの電圧を検出および監視する電圧検出回路の機能を備えている。さらに、図示しないが、この制御回路28には、バッテリＢの点検動作または点検結果を表示(報知)するモニタランプ等が電気的に接続されている。

ここで、上記の放電レートとしては、外部電源ｅの遮断時に光源15(ＬＥＤ15a)の点灯用にバッテリＢを放電させる点灯時放電レートと、バッテリＢの容量の確認(点検)時にバッテリＢを放電させる複数の確認時放電レートとが設定されている。本実施形態において、確認時放電レートは、第１の確認時放電レートと、解消時放電レートとしての第２の確認時放電レートとを有している。

第１の確認時放電レートは、バッテリＢの容量の通常の確認(点検)時にバッテリＢを放電させるものである。より詳細に、この第１の確認時放電レートは、例えば外部電源ｅの遮断時と同様にバッテリＢを放電させて光源15(ＬＥＤ15a)を点灯させることで、点検開始から所定時間(所定の規格により規定された非常用点灯装置11の非常時定格点灯時間)の間、光源15(ＬＥＤ15a)が所定の光束を維持できるか否かを検査するためのものである。したがって、この第１の確認時放電レートは、点灯時放電レートと同一の電流値(Ｃ値)を有する放電レートでもよい。また、バッテリＢの放電初期の電圧の変化(電圧の傾き)に基づいてその後のバッテリＢの電圧の変化を予測することでバッテリＢを短時間点検する場合には、例えば第１の確認時放電レートは、点灯時放電レートと異なる(点灯時放電レートよりも電流値が大きい)放電レートとすることもできる。さらに、第１の確認時放電レートとしては、例えば点灯時放電レートと同様の放電レートと、点灯時放電レートと異なる放電レートとをそれぞれ備えていてもよい。

第２の確認時放電レートは、バッテリＢの異常時等にバッテリＢをリフレッシュしてメモリ効果を解消するためにバッテリＢを放電させるものである。本実施形態において、この第２の確認時放電レートは、点灯時放電レートおよび第１の確認時放電レートよりも電流値(Ｃ値)が大きい放電レートとなっている。

次に、上記一実施形態の動作を説明する。

電源スイッチSW1をオンして外部電源ｅが供給されている状態、すなわち非停電時には、切換部27は、電源ユニット13に対して光源15を接続している。そして、点灯制御回路により動作制御された電源ユニット13は、外部電源ｅから供給された電流を、例えばスイッチング素子のスイッチングおよび整流平滑によって定電流に変換して光源15(ＬＥＤ15a)に供給し、この光源15(ＬＥＤ15a)を所定の光束で点灯させる(通常点灯)。また、非常灯ユニット14では、電源スイッチSW1のオンオフに拘らず、外部電源ｅから供給された電流は、雑音防止回路21により高周波成分等のノイズが除去されるとともに、整流回路22および電解コンデンサC1により整流平滑されてトランスTrに供給され、電源回路24の制御によりこのトランスTrの一次側に電流が流れ、トランスTrの二次側に接続されたダイオードＤおよび電解コンデンサC2の整流平滑回路により整流平滑されて充電回路25に直流電流が供給され、この充電回路25がバッテリＢを充電する。このとき、制御回路28では、充電中のバッテリＢの電圧を監視し、この電圧に基づいてバッテリＢの充電状態を監視して充電回路25の動作を制御することで、バッテリＢの過充電等を防止する。

一方、外部電源ｅの停電時、すなわち電源監視回路23によって外部電源ｅの停電を検出したときには、制御回路28が切換部27を切り換えることで、光源15の接続を、電源ユニット13から非常時点灯回路26(非常灯ユニット14)へと切り変えるとともに、充電回路25を停止させる。そして、制御回路28により動作制御された非常時点灯回路26は、バッテリＢから点灯時放電レート放電された電流を変換して光源15(ＬＥＤ15a)に供給し、この光源15(ＬＥＤ15a)を所定の光束で点灯させる(非常点灯)。

また、検査者が点検スイッチSW2を操作してバッテリＢの充電状態および寿命等の点検を指示した場合(自動点検時)にも、制御回路28が点検スイッチSW2のオンオフの切り換わりを検出すると、この制御回路28が切換部27を切り換えることで、光源15の接続を、電源ユニット13から非常時点灯回路26(非常灯ユニット14)へと切り変えて擬似的な停電状態(擬似停電状態)を作り出すとともに、充電回路25にバッテリＢから非常時点灯回路26に放電するように指示する。そして、制御回路28により動作制御された非常時点灯回路26は、バッテリＢから第１の確認時放電レートで放電された電流を変換して光源15(ＬＥＤ15a)に供給し、この光源15(ＬＥＤ15a)を所定の光束で点灯させる(点検点灯)。この状態で、制御回路28は、充電回路25を介してバッテリＢの電圧を監視し、点検開始から所定時間後(所定の規格により規定された非常用点灯装置11の非常時定格点灯時間よりも長い時間の経過後(蓄電池電圧測定時期))に測定したバッテリＢの電圧が予め設定された所定の閾値以上であるかどうかを判断することで、点検点灯において光源15(ＬＥＤ15a)が所定の光束を維持して所定時間(非常時定格点灯時間)以上点灯するための容量がバッテリＢにあったか否か、すなわちバッテリＢが正常であるか否か、換言すればバッテリＢの交換が必要か否かを検査できる。

なお、点検を中止したい場合には、再度点検スイッチSW2を操作することにより、点検を中止するとともに充電回路25によるバッテリＢの充電を再開できる。また、例えば点検中に外部電源ｅが停電した場合には、電源監視回路23により停電を検出すると点検を中止し、制御回路28がバッテリＢから第２の放電レートで放電させて非常用点灯回路26が光源15を点灯させる。

そして、バッテリＢの点検終了後、バッテリＢの交換が不要であると判断した場合には、制御回路28が切換部27を再度切り換えて、光源15の接続を非常時点灯回路26(非常灯ユニット14)から電源ユニット13へと切り換えるとともに、充電回路25を再動作させてバッテリＢを充電する。このバッテリＢの充電は、例えば自動的に直ちに再開してもよいし、所定時間が経過した後に再度点検スイッチSW2を操作することにより再開してもよい。

また、制御回路28は、バッテリＢに異常があった場合にはモニタランプにより異常を外部に報知するとともに、必要に応じてバッテリＢから第２の確認時放電レートで放電させる。この第２の確認時放電レートでのバッテリＢの放電は、例えば検査者が点検スイッチSW2等を用いて所定の操作をしたときに行ってもよいし、バッテリＢの異常を検出したときに自動的に行ってもよい。また、この第２の確認時放電レートでのバッテリＢの放電の際には、制御回路28が切換部27を切り換えて、光源15を非常時点灯回路26(非常灯ユニット14)に対して遮断してもよい。

そして、この第２の確認時放電レートにより、バッテリＢを短時間で放電させ容量をほぼ使い切り、メモリ効果をリフレッシュさせる。このとき、制御回路28は、バッテリＢの電圧を監視し、バッテリＢの電圧が放電終止電圧になると、バッテリＢの放電を止めて深放電が生じないようにする。なお、点検結果が正常であった場合にも制御回路28はモニタランプにより点検結果を外部に報知してもよい。そして、バッテリＢのリフレッシュが終了したとき、あるいはバッテリＢに異常がなかったときには、上記と同様に充電回路25を介してバッテリＢを充電する。

上述したように、バッテリＢの点検の場合には、バッテリＢの容量をほぼすべて使い切る前に、すなわちバッテリＢが充分に放電しないまま点検が終了し、バッテリＢの充電に移行することがある。特に、バッテリＢを短時間点検する場合には、バッテリＢの容量を殆ど使用しないまま充電に移行する。そして、バッテリＢの交換が不要であると判断されれば、バッテリＢの点検を繰り返す度にバッテリＢが浅い充放電を繰り返すこととなり、バッテリＢ自体の劣化とは別個にバッテリＢにメモリ効果が発生する。この結果、経時的にバッテリＢの放電電圧が低下したり、放電時間が短縮したりする(例えば図２の期間P1)ことから、点検時にバッテリＢの容量が低下していると誤った認識を生じさせることがある。

そこで、以上説明した一実施形態によれば、例えば点検等、バッテリＢの充放電を繰り返すことでバッテリＢにメモリ効果が生じたときに、制御回路28が第２の確認時放電レート(解消時放電レート)でバッテリＢを放電させることにより、バッテリＢをメモリ効果が発生しないレベルまで、すなわち放電終止電圧付近まで放電させて容量をほぼ使い切ることができ、バッテリＢをリフレッシュできる。この結果、バッテリＢの充電によりバッテリＢの放電電圧および放電時間を回復させることができ(例えば図２のリフレッシュ放電後P2)、このバッテリＢの容量を適切な状態で使用可能となり、光源15の点灯時間を確保できる。

また、第２の確認時放電レートは、点灯時放電レートよりも電流値が大きいので、短時間でバッテリＢの容量をほぼ使い切ってメモリ効果を解消可能となる。

さらに、バッテリＢの電圧を検出することでバッテリＢが異常であるか否かを判断する場合、単にメモリ効果によってバッテリＢの電圧が下がったことによってバッテリＢが異常であると誤認されている場合も想定される。そこで、制御回路28が、バッテリＢが異常であると判断したときに第２の確認時放電レートに切り換えてバッテリＢを放電させることにより、メモリ効果が解消する場合には、不必要にバッテリＢを交換すること等が生じない。そして、第２の確認時放電レートによりバッテリＢを放電させた後、制御回路28は、点灯時放電レート、または第１の確認時放電レートに切り換わることで、外部電源ｅの遮断時の光源15の点灯用にバッテリＢを放電させたり、バッテリＢの再点検を行ったりすることが可能になる。

また、制御回路28が、放電終止電圧になるとバッテリＢの放電を停止させるため、特にバッテリＢのリフレッシュ時にバッテリＢの深放電を防止し、バッテリＢをより延命できる。

なお、上記一実施形態において、電源ユニット13と非常時点灯回路26とに対して、切換部27を用いていずれか一方のみが光源15と接続されるように切り換える構成としたが、電源ユニット13と非常時点灯回路26とを並列に光源15に接続し、電源監視回路23による外部電源ｅの監視に対応して、電源ユニット13と非常時点灯回路26との動作を択一的に切り換えるようにしてもよい。

また、バッテリＢの電圧を検出する電圧検出回路は、制御回路28と別個に設けてもよい。

さらに、制御回路28は、バッテリＢの異常時だけでなく、任意のタイミングで第２の確認時放電レート(解消時放電レート)でバッテリＢを放電させてメモリ効果を解消させてもよい。

また、確認時放電レートは、点灯時放電レートよりも電流値が大きい放電レートとしたが、電流値が点灯時放電レートと同一、あるいは小さくても、バッテリＢの容量をほぼ使い切るまで時間を掛けて放電させる放電レートであればよい。

本発明の一実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

11 照明装置としての非常用点灯装置
15 光源
26 点灯回路としての非常時点灯回路
28 充放電回路および電圧検出回路の機能を備える制御回路
Ｂ二次電池としてのバッテリ
ｅ外部電源

Claims

光源と；
外部電源により充電される二次電池と；
前記外部電源の遮断時に前記二次電池を電源として前記光源を点灯させる点灯回路と；
前記外部電源の遮断時に前記光源の点灯用に前記二次電池を放電させる点灯時放電レートと、前記二次電池のメモリ効果の解消時に前記二次電池を放電させる解消時放電レートとを備え、前記二次電池の充放電を制御する充放電回路と；
を具備することを特徴とする照明装置。
前記解消時放電レートは、前記点灯時放電レートよりも電流値が大きい
ことを特徴とする請求項１記載の照明装置。
前記充放電回路は、前記二次電池の異常時に前記解消時放電レートに切り換えて前記二次電池を放電させる
ことを特徴とする請求項１または２記載の照明装置。
前記二次電池の電圧を検出する電圧検出回路を具備し、
前記充放電回路は、前記電圧検出回路により前記二次電池が放電終止電圧まで放電したと判断したときに前記二次電池の放電を停止させる
ことを特徴とする請求項１ないし３いずれか一記載の照明装置。