CN102257697B - 具有延长的搁置寿命的生命安全装置 - Google Patents

Abstract

一种生命安全装置包括带有可再充电蓄电池的蓄电池组件。通过每年启用其中蓄电池保护电路防止电流流自蓄电池的过放电保护模式而实现了延长的搁置寿命。该生命安全装置保持在过放电保护模式中直至该装置在安设时被连接到充电电源。该蓄电池组件然后退出保护模式并且进入它的正常操作模式。

Description

具有延长的搁置寿命的生命安全装置

技术领域

本发明涉及具有带有可再充电蓄电池的蓄电池组件的生命安全装置。

背景技术

在住宅和商业建筑物中使用嵌装（flush mount）生命安全装置来向居住者提供危险诸如火灾或者不安全气体（诸如一氧化碳）积累的警告。生命安全装置通常被安装在建筑物的墙壁或者天花板上。通常，嵌装生命安全装置由包括可再充电蓄电池的蓄电池组件供电。生命安全装置被连接到提供用于对可再充电蓄电池充电的电流的AC电源。

可再充电蓄电池是在工厂处被安装在生命安全装置中的蓄电池组件的一部分。一旦蓄电池组件被连接到生命安全装置的电路，就能够在把该装置投入使用之前从蓄电池汲取电力。在那些状况下，生命安全装置未被连接到AC电源，并且因此蓄电池未正被再充电。

蓄电池组件通常包括可再充电蓄电池、蓄电池充电电路、用于将蓄电池电压增加到为操作生命安全装置电路所需要的电压电平的升压器电路、以及蓄电池保护电路。蓄电池保护电路提供如果所汲取的电流太高则断开蓄电池的过电流保护、以及用于防止蓄电池电池电压降低到将对电池引起内部损坏的水平的过放电保护。

当装运带有可再充电蓄电池的生命安全装置时，将蓄电池保护电路置于过电流保护模式中已是一种传统的方法。这可以例如通过在装运产品之前将蓄电池组件的蓄电池电压端子短接到接地端子而得以实现。

为了保证生命安全装置的长使用寿命（例如，十年的使用寿命），该装置的搁置寿命（shelf life）必须受到限制。搁置寿命由在装置中安设蓄电池组件的时间和利用到AC电力的连接安设该装置的时间之间需要的电流消耗确定。如果该产品被保持“搁置”（即，或者未被出售或者已被出售但是尚未被安设）超过搁置寿命，则蓄电池电池电压可以缓慢地下降至对蓄电池的（一个或者多个）电池引起内部损坏的水平。为了避免电池损坏，已超过它的搁置寿命的任何装置必须被返回到工厂，必须利用新再充电的蓄电池来更换该蓄电池，并且该产品必须被重新封装和重新装运。

虽然过电流保护降低了在安设之前从蓄电池汲取的电流量，但是有限的装置搁置寿命仍然是问题。由于蓄电池组件的过期搁置寿命而从商店移除产品是不方便的且费钱的。

发明内容

通过利用与可再充电蓄电池相关联的蓄电池保护电路的过放电保护模式而实现了生命安全装置的蓄电池的延长的搁置寿命。在安设蓄电池组件和装运生命安全装置时，能够启用过放电保护（或者断电）模式以防止电流流自蓄电池。一旦被启用，过放电保护模式将继续，直至生命安全装置被连接到充电电源为止。

过放电保护模式提供比过电流保护模式低得多的电流消耗要求。结果，该装置的搁置寿命得以延长。

附图说明

图1是生命安全装置的框图。

图2是图1的生命安全装置的蓄电池组件的电示意图。

具体实施方式

图1示出嵌装生命安全装置10的框图，该嵌装生命安全装置10可以例如是烟雾警报器、一氧化碳（CO）警报器、组合烟雾和CO警报器、或者类似的用于向住宅或者其它建筑物的居住者提供潜在的威胁生命的状况的警告的装置。嵌装生命安全装置10通常被安装在墙壁或者天花板上，并且被连接到交流（AC）电源。

如在图1中所示的，生命安全装置包括低电压供应（voltage supply）12、蓄电池组件14（其包括可再充电蓄电池16、蓄电池充电电路18、升压器电路20和蓄电池保护电路22）、调节器电子设备24、危险探测器26、微控制器单元（MCU）28、发声器电路30和蓄电池测试电子设备32。

如由线路输入L和中性输入N表示的，低电压供应12被连接到AC干线输入。低电压供应12将AC输入电力转换成DC充电电力，该DC充电电力被提供给蓄电池组件14的Charge In输入和调节器电子设备24。低电压供应12还向MCU 28提供AC_ON监视信号，该AC_ON监视信号指示低电压供应12正在从AC干线输入接收AC电力。

蓄电池组件14的蓄电池16是长寿命可再充电蓄电池诸如锂离子可再充电蓄电池。蓄电池充电电路18使用来自低电压供应12的充电电力而维持蓄电池16上的电荷。升压器电路20将可以从大约2.2到4.2伏特变化的蓄电池电压Vbatt增加到输出电压Vout，该输出电压Vout由调节器电子设备24使用以向危险探测器26和MCU 28提供稳定电压。Vout可以例如是大约8.7伏特的恒定电压。

蓄电池保护电路22针对过电流和过放电状况向蓄电池16提供保护。蓄电池保护电路22进入保护模式，其中当蓄电池电压Vbatt太低（过放电状况）时或者当从蓄电池16汲取的电流超过最大电流水平（过电流保护）时，可以从其它电路部件断开蓄电池16。

危险探测器26可以例如是光电或者电离型烟雾探测器、一氧化碳探测器、或者组合烟雾和一氧化碳探测器。危险探测器26的输出被提供给MCU 28。

MCU 28协调并且控制生命安全装置10的操作。基于从危险探测器26接收的输入，MCU 28确定是否存在如下状况：要求使警报器发声以向居住者警告潜在危险的状况。如果需要警报，则MCU 28向发声器电路30提供控制信号以产生适当的警报。在一些情形中，该警报将是连续地或者脉冲地产生的声响信号。在其它实施例中，发声器电路30可以响应于来自MCU 28的命令而向居住者产生言语消息（或者声响信号和言语消息的组合）。

在生命安全装置10的正常操作过程期间，MCU 28将使用蓄电池测试电子设备32周期性地执行蓄电池测试。在适当的时间，MCU 28向蓄电池测试电子设备32提供蓄电池测试脉冲BAT_TEST，这引起蓄电池测试电子设备32打开并且从蓄电池组件14的Vbatt输出汲取电流。蓄电池测试电子设备32向MCU 28提供测试输出BAT_VOLT，该测试输出BAT_VOLT表示在放电正在发生时的测量的蓄电池电压。在这个正常蓄电池测试操作期间，蓄电池测试脉冲BAT_TEST是非常短的（通常100微秒）。蓄电池测试脉冲的持续时间被选择为刚好足够长以保证达到稳态状况。测量该蓄电池电压，并且然后终止该测试以便允许蓄电池16从放电恢复。

图2是蓄电池组件14的电示意图，该蓄电池组件14包括蓄电池16、蓄电池充电电路18、升压器电路20、蓄电池保护电路22和电连接器40。如在图2中所示的，连接器40是四插脚连接器，其中PINl对应于CHARGE IN，PIN2对应于Vbatt，PIN3对应于Vout，并且PIN4对应于接地。

在图2中示出的实施例中，蓄电池16是锂离子蓄电池。为了避免降低蓄电池16的使用寿命，必须将蓄电池电压Vbatt维持在设定的上限和下限内。在正常操作期间，最大电压是大约4.2伏特，而最小电压是大约2.2伏特。

充电电路18包括二极管50、晶体管52、可编程并联调节器54、以及电阻器56、58、60和62。在一个实施例中，可编程并联调节器54是TL431可调精度并联调节器。

当在PINl（CHARGE IN）和PIN4（接地）之间出现电压时，充电电路18工作。当AC电力被连接到图1中所示的低电压供应12时，将存在该电压。由低电压供应12供应的电压大于在蓄电池16的正端子处的电压（Vbatt）。充电电流通过二极管50和电阻器56流入充电电路18到达晶体管52的集电极。晶体管52的发射极被连接到蓄电池16的正端子（和被连接到PIN2）。充电电流通过晶体管52的流动由电阻器58、60和62以及可编程并联调节器54控制。电阻器58将晶体管52的集电极连接到晶体管52的基极和可编程并联调节器54的阴极。在晶体管52的发射极和接地之间连接的电阻器60和62形成向并联调节器54提供参考电压的分压器。并联调节器54建立在晶体管52的基极处的电压，该电压控制蓄电池16能够被充电至的最大电压。如果在晶体管52的发射极处的电压上升太高，则晶体管52将关闭，并且无进一步充电电流能够从PIN1（CHARGE IN）流动到蓄电池16。

升压器电路20包括VFM升压DC/DC转换器控制器70、电感器72、电容器74、FET 76、二极管78、电阻器80和82、以及电容器84。在一个实施例中，DC/DC转换器控制器70是包括电压基准单元、误差放大器、振荡器、VFM控制电路和反馈电阻器的、RN5RY202基于CMOS的VFM控制集成电路。在该实施例中，FET 76是CES2312 N-沟道增强型场效应晶体管。

为操作生命安全装置10的电路所需要的电压要求比来自蓄电池16的4.2伏特最大值更高的电压。升压器电路20是将蓄电池电压Vbatt升压到输出电压Vout的DC/DC转换器。

当在双FET 92打开以便蓄电池16被连接到PIN2（Vbatt）和PIN4（接地）的情况下蓄电池组件14处于正常操作模式中时，蓄电池电压Vbatt 在控制器70的VDD和GND端子之间出现。来自控制器70的EXT端子的振荡信号被提供给FET 76的栅极，该振荡信号交替地打开和关闭FET 76。当FET 76被打开时，电流从蓄电池16的正端子通过电感器72并且通过FET 76流动到接地。结果，能量以磁场存储在电感器72内。当FET 76关闭时，通过FET 76的电流流动被中断。在电感器72中存储的能量通过二极管78而被递送到PIN3（Vout）。电阻器80和82在PIN3（Vout）和PIN4（接地）之间形成分压器。该分压器被连接到在控制器70内被固定于基准值（例如2伏特）的、控制器70的输出电压端子。电容器C4在升压器电路20的输出处充当平滑电容器。

蓄电池保护电路22包括蓄电池保护集成电路90、包括FET 92A和92B的双FET 92、电容器94、电阻器96、98和100、以及金属触点102。在一个实施例中，蓄电池保护IC 90是包括过充电探测、过放电探测和过电流探测的S-8261系列集成电路。双FET 92例如是CEG8205双N-沟道增强型场效应晶体管。

蓄电池保护电路22为蓄电池16提供过电流和过放电保护。蓄电池保护IC 90监视在它的VDD和VSS插脚之间的电压以确定过放电状况是否存在。它监视在它的VM和VSS端子之间的电压以确定过电流状况是否存在。

在正常状况下，在VDD和VSS之间的电压差大于过放电探测电压，并且在VM和VSS之间的电压小于过电流探测电压。在那些状况下，蓄电池保护IC 90处于其中它打开双FET电路92的FET 92 A和92B两者的正常操作模式中。

电阻器96和电容器94为电力波动提供保护。另外，电阻器96为蓄电池保护IC 90提供静电放电（ESD）保护。在正常状况下，在插脚VDD处的电压将等于在蓄电池16的正端子处的蓄电池电压Vbatt。在VDD插脚和触点102之间连接的电阻器98正常不影响插脚VDD的电压，因为触点102未被连接到任何其它电路部件。

FET 92A充当充电控制开关，而FET 92B充当放电控制开关。FET 92A和92B两者必须被打开以便将蓄电池16的负端子直接地连接到接地（PIN4）。

电阻器100被连接在接地和插脚VM之间。它还针对其中PINl和PIN4的极性相反的状况而为蓄电池保护IC 90提供保护。

当过电流状况发生时，在插脚VM处的电压等于或者高于由蓄电池保护IC 90设定的过电流探测电压。当存在持续长于在正常状况下蓄电池的过电流探测延迟时间的、流自蓄电池16的过量放电电流时，这个状况发生。当探测到过电流状况时，蓄电池保护IC 90关闭放电控制FET 92A。当在PIN2和PIN4之间的阻抗变得高于自动可恢复负载电阻时，过电流状况返回正常状况，并且蓄电池保护IC 90探测到在VM插脚处的电位低于过电流探测电压。

当在蓄电池保护IC 90的VDD插脚处的电压下降至低于过放电探测电压时，过放电状况发生，并且该探测继续过放电延迟时间或者更长。在那些状况下，蓄电池保护IC 90关闭放电控制FET 92A。这引起VM插脚电压被在蓄电池保护IC 90内的内部电阻器上拉至接近VDD的电压。电流消耗被降低为断电电流消耗水平。

当在插脚PINl和PIN4之间存在充电电力并且在插脚VM和VDD之间的电压差超过预定电压（例如1.3伏特）时，断电模式被释放。蓄电池保护IC 90然后返回到正常操作模式。

本发明利用蓄电池保护电路22的过放电探测特征以便延长蓄电池16和生命安全装置10的搁置寿命。在工厂处将蓄电池组件14安设到生命安全装置10中时，导电探针（未示出）被连接到连接器40的PIN4（接地）。该探针然后通过生命安全装置10中的小开口被***以便它与接触垫102形成接触。当从PIN4（接地）通过探针和触点102到电阻器98形成电连接时，在蓄电池保护IC 90的插脚VDD处的电压被降低，因为电阻器R96和R98在蓄电池16的正端子和负端子之间形成分压器。在插脚VDD处的电压的这个暂时降低将引起蓄电池保护IC 90探测过放电状况并且切换到断电模式中。一旦已启用断电模式，蓄电池组件14将保持在该模式中，直至生命安全装置10在安设时被连接到AC电源。

过放电保护/断电模式急剧地降低了蓄电池16在蓄电池组件14在装置10中的安设时间和生命安全装置10在建筑物中的安设时间之间的放电量。结果，生命安全装置10和蓄电池16的搁置寿命被显著地改进。

虽然已参考优选实施例描述了本发明，但是本领域的技术人员将认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下可以在形式和细节上作出改变。

Claims (20)

1.一种用于生命安全装置的蓄电池组件，所述蓄电池组件包括：

蓄电池；

升压器电路，用于产生大于蓄电池电压的输出电压；

蓄电池保护电路，用于感测蓄电池电压并且当处于过放电保护模式中时从所述升压器电路断开所述蓄电池；

用于对所述蓄电池充电的蓄电池充电电路，其中所述蓄电池充电电路对所述蓄电池充电引起所述蓄电池保护电路退出所述过放电保护模式；和

人工致动电路，用于在其中所述蓄电池向所述生命安全装置递送电力的正常操作模式之前引起所述蓄电池保护电路进入所述过放电保护模式，其中在所述过放电保护模式中，蓄电池电压维持在比蓄电池的可放电电压的下限更高的电平。

2.根据权利要求1的蓄电池组件，其中所述蓄电池保护电路包括用于监视蓄电池电压的端子，并且其中所述人工致动电路当被致动时引起所述端子处的电压降低至启用所述过放电保护模式的电平。

3.根据权利要求2的蓄电池组件，其中所述人工致动电路包括被定位成电连接到所述蓄电池组件中的接地连接的金属触点。

4.根据权利要求3的蓄电池组件，其中所述人工致动电路包括在所述蓄电池和所述金属触点之间连接的分压器。

5.根据权利要求4的蓄电池组件，其中所述分压器具有被连接到用于监视蓄电池电压的所述端子的节点。

6.根据权利要求1的蓄电池组件，其中所述蓄电池保护电路能够操作用于响应于所述蓄电池充电电路对所述蓄电池充电而从所述过放电保护模式切换到所述正常操作模式。

7.根据权利要求1的蓄电池组件，其中所述蓄电池保护电路包括：

在所述蓄电池的负端子和接地端子之间连接的半导体开关；和

蓄电池保护集成电路，用于控制所述半导体开关的状态以便所述半导体开关在所述正常操作模式期间被打开而在所述过放电保护模式期间被关闭。

8.根据权利要求7的蓄电池组件，其中所述蓄电池保护集成电路包括用于监视蓄电池电压的第一端子，并且其中当所述第一端子处的电压小于过放电探测电压达过放电探测延迟时间或者更长时，所述蓄电池保护集成电路进入所述过放电保护模式。

9.根据权利要求8的蓄电池组件，其中所述蓄电池保护电路包括在所述蓄电池的正端子和所述蓄电池保护集成电路的所述第一端子之间连接的第一电阻器。

10.根据权利要求9的蓄电池组件，其中所述人工致动电路包括被连接到所述第一端子的第二电阻器，并且其中通过将所述第二电阻器电连接到所述接地端子，所述人工致动电路被致动。

11.根据权利要求10的蓄电池组件，且进一步包括：

多插脚连接器，包括CHARGE IN端子、蓄电池电压端子、输出电压端子和接地端子。

12.根据权利要求11的蓄电池组件，其中所述蓄电池的所述正端子被连接到所述蓄电池电压端子；所述蓄电池保护电路被连接到所述蓄电池电压端子和所述接地端子；所述充电电路被连接到所述CHARGE IN端子、所述蓄电池电压端子和所述接地端子；并且所述升压器电路被连接到所述蓄电池电压端子、所述输出电压端子和所述接地端子。

13.一种延长生命安全装置的蓄电池的搁置寿命的方法，所述方法包括：

在其中所述蓄电池向所述生命安全装置递送电力的正常操作模式之前，人工启用与所述蓄电池相关联的蓄电池保护电路的过放电保护模式以防止电流流自所述蓄电池，其中在所述过放电保护模式中，蓄电池的电压维持在比蓄电池的可放电电压的下限更高的电平；和

通过将所述生命安全装置连接到充电电源而将所述蓄电池保护电路返回到所述正常操作模式。

14.根据权利要求13的方法，其中所述蓄电池和所述蓄电池保护电路是由多插脚连接器连接到所述生命安全装置的蓄电池组件的一部分。

15.根据权利要求14的方法，其中所述多插脚连接器包括CHARGE IN端子、蓄电池电压端子和接地端子。

16.根据权利要求15的方法，其中人工启用过放电保护模式包括向所述蓄电池保护电路暂时施加小于过放电探测电压的电压达过放电探测延迟时间或者更长。

17.根据权利要求16的方法，其中暂时施加电压包括将电阻器暂时连接到所述接地端子。

18.根据权利要求16的方法，其中所述蓄电池保护电路包括在所述蓄电池的负端子和所述接地端子之间的半导体开关。

19.根据权利要求18的方法，其中所述蓄电池保护电路在所述正常操作模式期间打开所述半导体开关而在所述过放电保护模式期间关闭所述半导体开关。

20.根据权利要求15的方法，其中所述蓄电池保护电路响应于在所述CHARGE IN端子处存在电力而返回到所述正常操作模式。