特開 2023-172741 防災灯点灯装置および防災灯

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023172741

(43)【公開日】2023-12-06

(54)【発明の名称】防災灯点灯装置および防災灯

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/44 20060101AFI20231129BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20231129BHJP

   H02J 7/34 20060101ALI20231129BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20231129BHJP

【ＦＩ】

H01M10/44 P

H01M10/48 P

H02J7/34 G

H02J7/00 B

H02J7/00 Y

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022084757

(22)【出願日】2022-05-24

(71)【出願人】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】390014546

【氏名又は名称】三菱電機照明株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003199

【氏名又は名称】弁理士法人高田・高橋国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】江口 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】今▲吉▼ ちづる

(72)【発明者】

【氏名】篠田 健吾

【テーマコード（参考）】

5G503

5H030

【Ｆターム（参考）】

5G503AA01

5G503BA01

5G503BB01

5G503CA10

5G503CA11

5G503DA05

5G503EA08

5H030AS15

5H030BB21

5H030FF42

5H030FF43

5H030FF44

5H030FF52

(57)【要約】

【課題】充電池の性能を回復させることが可能な防災灯点灯装置および防災灯を得ることを目的とする。
【解決手段】本開示に係る防災灯点灯装置は、放電電流を光源に供給して前記光源を点灯させる充電池と、前記充電池の回復放電時に、前記充電池の電圧が予め定められた基準電圧以上に維持されるように、前記放電電流を制御する制御部と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

放電電流を光源に供給して前記光源を点灯させる充電池と、
前記充電池の回復放電時に、前記充電池の電圧が予め定められた基準電圧以上に維持されるように、前記放電電流を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする防災灯点灯装置。

【請求項2】

前記基準電圧は、前記充電池の放電を停止させるための放電基準電圧よりも高く設定されることを特徴とする請求項１に記載の防災灯点灯装置。

【請求項3】

前記制御部は、前記回復放電時に、前記充電池の電圧が前記基準電圧となるように前記放電電流を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の防災灯点灯装置。

【請求項4】

前記制御部は、前記回復放電時に、前記充電池の電圧が前記基準電圧となるように制御した後、前記充電池の出力を定電力制御に切り替えることを特徴とする請求項３に記載の防災灯点灯装置。

【請求項5】

前記制御部は、前記回復放電を開始してから予め定められた時間が経過しても前記定電力制御に切り替わらない場合、外部に報知を行うことを特徴とする請求項４に記載の防災灯点灯装置。

【請求項6】

請求項１または２に記載の防災灯点灯装置と、
前記光源と、
を備えることを特徴とする防災灯。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、防災灯点灯装置および防災灯に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、二次電池を電源として備えた電子機器が開示されている。この電子機器は、二次電池の電力を消費して二次電池の電圧を低下させる放電手段を備え、自ら放電処理を実行して電圧メモリ効果を解消させる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平９―２８３１８６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

誘導灯、非常灯は充電池を用いて停電時に非常点灯する。充電池として使用されるニッケル水素電池において、浅い充放電を繰り返すと見かけ上の容量が減るメモリ効果が知られている。特許文献１ではメモリ効果に対して、放電を行うことで回復を行っている。

【0005】

一方、メモリ効果とは別に、充電池をある程度の期間、低温で過充電すると、一時的に内部抵抗が上がる特性が見つかっている。回復のための放電時に内部抵抗の上昇により電池電圧が低下すると、放電を終了させる電圧に到達したと誤判定されて、放電が停止するおそれがある。これにより、充電池を放電しきれず、回復ができないおそれがある。このように、特に充電池が低温倉庫などで使用された場合、非常点灯が必要な時に規定時間の点灯ができない可能性がある。

【0006】

本開示は、上述の課題を解決するためになされたもので、充電池の性能を回復させることが可能な防災灯点灯装置および防災灯を得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示に係る防災灯点灯装置は、放電電流を光源に供給して前記光源を点灯させる充電池と、前記充電池の回復放電時に、前記充電池の電圧が予め定められた基準電圧以上に維持されるように、前記放電電流を制御する制御部と、を備える。

【発明の効果】

【0008】

本開示に係る防災灯点灯装置では、充電池の回復放電時に、充電池の電圧が予め定められた基準電圧以上に維持される。このため、充電池を十分に放電することができ、充電池の性能を回復させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施の形態１に係る防災灯の構成を示す回路ブロック図である。

【図2】正常な充電池の放電時の電圧変化を示す図である。

【図3】低温で過充電された充電池の放電時の電圧変化を示す図である。

【図4】充電池の内部抵抗の時間変化を示す図である。

【図5】放電を１Ｖで停止した場合の充電池の電圧変化を示す図である。

【図6】実施の形態１に係る充電池の電圧変化を示す図である。

【図7】実施の形態１に係る充電池の放電電流を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

実施の形態に係る防災灯点灯装置および防災灯について図面を参照して説明する。同じまたは対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。

【0011】

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る防災灯１００の構成を示す回路ブロック図である。防災灯１００は、防災灯点灯装置５０と光源７を備える。防災灯１００は、非常用照明器具とも呼ばれる。防災灯１００は例えば停電時に非常点灯する誘導灯または非常灯である。図１では、常用点灯回路、点検／自己点検回路等は省略している。

【0012】

防災灯点灯装置５０において充電回路２は商用電源１から電源を供給されて、充電池３を充電する。充電池３は例えばニッケル水素電池である。充電池３は、放電電流を光源７に供給して光源７を点灯させる。光源７は例えばＬＥＤ等の発光素子を備える。電流制御回路４は充電池３の電力で光源７に電流を流し、非常点灯させる。

【0013】

充電池３の電圧は、抵抗５、６で分圧される。抵抗５、６の接続点はスイッチ１２に接続される。また、光源７に流れた電流はセンス抵抗８で電圧として検出され、バッファアンプ９に入力される。バッファアンプ９の出力は、ダイオード１０によりスイッチ１２から供給される電池電圧と比較される。ダイオード１０のカソードがバッファアンプ９の出力端子に接続されることで、電池電圧とセンス抵抗８の電圧の低い方がエラーアンプ１１の－入力端子に印加される。エラーアンプ１１の＋入力端子には基準電圧１４が印加されている。エラーアンプ１１は基準電圧１４と－入力端子の電圧との差を増幅し、電流制御回路４に帰還する。電流制御回路４は、帰還された電圧に基づき、光源７に流す電流を制御する。

【0014】

制御回路１３は、回復放電ボタン１５からの指示でスイッチ１２の導通、切断を切り替える。制御回路１３がスイッチ１２を切断すると、ダイオード１０への電池電圧の供給が無くなる。このため、エラーアンプ１１にはセンス抵抗８からの電圧だけが帰還される。このとき電流制御回路４は、センス抵抗８からの電圧と基準電圧１４との比較結果に基づき、光源７の電流を制御する。このため、光源７は一定電流で点灯する。なお、抵抗１６はスイッチ１２の切断時のバイアス用である。抵抗１６の抵抗値は、抵抗５、６に影響しない程度の値とする。

【0015】

スイッチ１２が導通した状態で電池電圧が低下すると、エラーアンプ１１には電池電圧が印加される。電流制御回路４は、電池電圧と基準電圧１４との比較結果に基づき光源７の電流を制御する。このため、電池電圧が一定になるように制御される。

【0016】

充電池は、浅い充放電を繰り返すと見かけ上の容量が減ることがある。これはメモリ効果と呼ばれる。メモリ効果に対しては、完全放電等の深い放電を行うことで回復を行うことができる。また、メモリ効果とは別に、充電池がある程度の期間、低温で過充電された場合に、一時的に内部抵抗が上がる特性が見つかっている。一般の誘導灯、非常灯は、商用電源の通電中にトリクル充電を継続する仕様である。このため、過充電は避けられない。充電池３として、例えば過充電に耐えられる専用の充電池を使用している。一時的に内部抵抗が上がる現象は、このような充電池３の性能向上のための改良時に見出された。

【0017】

このような内部抵抗の上昇を回復させるためには、特別に深い放電は必要なく、通常の放電で良い。しかし、内部抵抗の上昇に伴う電圧降下によって、電池電圧が低下する。このため、回復のための放電途中で、放電基準電圧に到達したと誤判定されて、放電が停止する可能性がある。このように、充電池が低温倉庫などで使用された場合、充電池の性能を回復させることができないおそれがある。この場合、非常点灯が必要な時に、充電池の電力で規定時間の点灯ができないおそれがある。

【0018】

また、一般に誘導灯、非常灯には充電池の検査を行うための点検、自己点検機能が設けられる。これらの点検機能は充電池の寿命検査用であるため、所定の出力条件で予め定められた電圧までしか放電しない。このため、上述した回復のための放電と同様に、内部抵抗の上昇に伴う電圧降下によって放電が停止され、内部抵抗の回復ができないことが想定される。

【0019】

図２は、正常な充電池の放電時の電圧変化を示す図である。正常な充電池では放電基準電圧１．０Ｖに到達するまで、６０分以上かかる。ここで、放電基準電圧は放電を停止させる電圧である。図３は、低温で過充電された充電池の放電時の電圧変化を示す図である。低温で過充電された充電池の電池電圧は、およそ５分で一度１．０Ｖよりも低下する。このため通常の点検、自己点検機能では、この時点で放電を終了させる電圧に到達したと誤判定されるおそれがある。この時、充電池の電荷は残っており、放電を停止させられなければ放電の継続が可能である。なお、図３には、１．０Ｖで放電を停止させずに放電を継続させた場合の電圧変化が示されている。

【0020】

図４は、充電池の内部抵抗の時間変化を示す図である。図４には、図２の正常な充電池と図３の低温で過充電された充電池の内部抵抗の差が示されている。図４の内部抵抗には、正常な充電池が本来持っている抵抗値は含まれていない。図４から内部抵抗は、２５分程度の比較的短時間の放電で低下し、正常な状態に戻っていることが判る。

【0021】

図５は、放電を１Ｖで停止した場合の充電池の電圧変化を示す図である。通常の誘導灯、非常灯の点検、自己点検機能のように電池電圧が１Ｖに到達した時点で放電を停止すると、内部抵抗の減少まで回復が進まない。放電を停止すると電池電圧は開放電圧に戻り、例えば１．２Ｖ程度となる。

【0022】

これに対し本実施の形態の防災灯１００は、点検、自己点検機能とは別に充電池３を回復させるための回復放電機能を有する。以下では、点検、自己点検機能と回復放電機能について説明する。まず、点検機能は、電池電圧が放電基準電圧以上であれば、例えば図示しない点検スイッチを押している間、非常点灯する機能である。点検スイッチを押している間に電池電圧が放電基準電圧を下回ると、制御回路１３は電池異常を検出して光源７を消灯させる。

【0023】

次に自己点検機能は、例えば図示しない自己点検スイッチが長押しされた場合、規定時間だけ光源７を非常点灯させる機能である。制御回路１３は、規定時間の間、電池電圧が放電基準電圧以上であれば自己点検を正常終了する。規定時間の経過前に電池電圧が放電基準電圧を下回った場合、制御回路１３は非常点灯を終了し、図示しない表示部に電池異常を表示させる。自己点検機能は、２４時間、４８時間等の一定時間、充電池３の充電が継続されている場合だけ使用可能である。

【0024】

点検、自己点検機能は充電池３の性能の判定機能である。このため、光源７を必要な光出力で点灯させることが前提となる。このため、光源７は一定以上の明るさで点灯し、負荷としては定電力となる。

【0025】

次に、回復放電機能について説明する。なお以降では、電流制御回路４、抵抗５、６、センス抵抗８、バッファアンプ９、ダイオード１０、エラーアンプ１１、スイッチ１２、制御回路１３を制御部と呼ぶことがある。制御部は回復放電時に、充電池３の電池電圧が予め定められた基準電圧１４に応じた電圧となるように、放電電流を制御する。基準電圧１４に応じた電圧は、充電池３の放電を停止させるための放電基準電圧よりも高く設定される。

【0026】

つまり回復放電機能では、制御部が充電池３の放電電流を調整し、電池電圧を放電基準電圧以上に維持する事で、放電が停止することを防止する。これにより、充電池３を十分に放電することができる。また、充電池３の内部抵抗を回復させることができる。従って、充電池３の性能を回復させることが可能となる。これにより不要な電池交換および必要時の光源７の点灯時間不足を防ぐことができる。

【0027】

回復放電機能は回復放電ボタン１５の操作により実現できる。回復放電時には、制御回路１３は回復放電ボタン１５からの指示に応じてスイッチ１２を導通させる。回復放電時以外では、制御回路１３は回復放電ボタン１５からの指示に応じてスイッチ１２を開放させる。これにより、回復放電機能をＯＮ／ＯＦＦすることができる。

【0028】

図６は、実施の形態１に係る充電池３の電圧変化を示す図である。図７は、実施の形態１に係る充電池３の放電電流を示す図である。図６、７において、横軸は放電開始からの経過時間を示す。回復放電ボタン１５が押されると、制御回路１３はスイッチ１２を導通させる。また、電流制御回路４は充電池３を回復放電させる。このとき、充電池３の電圧は図６のように低下する。

【0029】

放電開始直後は電池電圧が高いため、エラーアンプ１１にセンス抵抗８の電圧が印加される。このため、放電開始直後において光源７は定電流制御となり、電池電圧は急激に低下する。なお、このとき充電池３は定電力出力である。ここでは、基準電圧１４に応じた電圧を１．０５Ｖとする。放電開始から６分ほどで電池電圧は１．０５Ｖに達する。これにより、エラーアンプ１１に電池電圧が印加され、充電池３は定電圧動作に切り替わる。図６において６分から１７分の期間で、電池電圧が一定に維持されている。

【0030】

図７に示されるように、充電池３からの放電電流は、放電開始から６分までは定電力出力であるため、電池電圧の低下に応じて増加する。６分から１７分の定電圧動作時には、電池電圧を維持するために急激に放電電流が減少する。放電電流が減少することで充電池３の内部抵抗による電圧降下が減少し、結果として充電池３の電池電圧が維持される。

【0031】

時間が経過して内部抵抗が低下するのに伴い、放電電流は回復する。１７分ほどで内部抵抗が回復し、電池電圧がセンス抵抗８の電圧よりも高くなる。これにより、エラーアンプ１１にセンス抵抗８の電圧が印加され、定電力出力の電圧、電流波形に戻る。このように制御部は、回復放電時に充電池３の電池電圧が基準電圧１４に応じた電圧となるように制御した後、充電池３の出力を定電力制御に切り替える。

【0032】

このように本実施の形態では、内部抵抗により電池電圧が低下した場合、放電電流を減少させて、電池電圧が基準電圧１４に応じた電圧以上になるように調整する。これにより、内部抵抗が一時的に上昇した場合にも、放電を継続して充電池３の性能を回復させることができる。なお、本実施の形態の回復放電では、充電池３の出力は定電力では無く、通常の点検時よりも少ない電力で放電が行われる。このため、充電池３の検査はできない。

【0033】

また、放電開始から１７分以降の定電力制御時において、電池電圧が放電基準電圧に達すると、制御部は放電を停止させる。これにより、充電池３の過放電を防止できる。図６において、放電開始から７５分以降の電圧低下時に、制御部は放電を停止させる。

【0034】

回復放電は短時間で完了する。このため、放電開始から予め定められた時間経過しても定電圧制御から抜けられなければ、充電池３の寿命と判断できる。予め定められた時間は例えば３０分である。つまり、放電開始から３０分以降は定電圧制御を行う必要はない。制御部は、回復放電を開始してから予め定められた時間が経過しても定電力制御に切り替わらない場合、外部に報知を行っても良い。

【0035】

回復放電に必要な予め定められた時間は、使用される充電池３、防災灯１００が使用される環境等に合わせて、適宜決定すれば良い。制御部は、内部抵抗が予め定められた時間経過しても低下しない場合、つまり、放電電流が予め定められた時間経過しても規定値より小さい場合に、充電池３が寿命であると判定しても良い。

【0036】

定電圧制御時には、電池電圧は放電基準電圧よりも高い電圧に維持される。これに限らず、充電池３の特性に応じて寿命が満足できれば、定電圧制御時に短時間だけ、電池電圧を放電基準電圧よりも下げても良い。定電圧制御時の電池電圧は、充電池３の種類、防災灯１００が使用される環境に合わせて、適宜決定すれば良い。

【0037】

本実施の形態の制御部はアナログ回路を含む。これに限らず、バッファアンプ９、ダイオード１０、エラーアンプ１１、スイッチ１２等の機能は、マイコン等を使用したデジタル回路により実現されても良い。この場合、抵抗５、６、センス抵抗８からの電圧値はＡ／Ｄ変換によりマイコンに入力され、マイコンのソフトウェアにより電流制御回路４を制御できる。これにより回路を簡略化できる。制御部として、充電池３の回復放電時に、充電池３の電池電圧が予め定められた電圧以上に維持されるように、放電電流を制御できるあらゆる回路を使用できる。

【0038】

回復放電の指示は、回復放電ボタン１５の操作に限らず、リモコン等から通信で指示されても良い。また、回復放電ボタン１５は、別機能を有するスイッチと兼用されても良い。例えば別機能を有するスイッチを長押しすることで回復放電が行われても良い。

【0039】

なお、本実施の形態で説明した技術的特徴は適宜に組み合わせて用いても良い。

【0040】

以下、本開示の諸態様を付記としてまとめて記載する。
（付記１）
放電電流を光源に供給して前記光源を点灯させる充電池と、
前記充電池の回復放電時に、前記充電池の電圧が予め定められた基準電圧以上に維持されるように、前記放電電流を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする防災灯点灯装置。
（付記２）
前記基準電圧は、前記充電池の放電を停止させるための放電基準電圧よりも高く設定されることを特徴とする付記１に記載の防災灯点灯装置。
（付記３）
前記制御部は、前記回復放電時に、前記充電池の電圧が前記基準電圧となるように前記放電電流を制御することを特徴とする付記１または２に記載の防災灯点灯装置。
（付記４）
前記制御部は、前記回復放電時に、前記充電池の電圧が前記基準電圧となるように制御した後、前記充電池の出力を定電力制御に切り替えることを特徴とする付記３に記載の防災灯点灯装置。
（付記５）
前記制御部は、前記回復放電を開始してから予め定められた時間が経過しても前記定電力制御に切り替わらない場合、外部に報知を行うことを特徴とする付記４に記載の防災灯点灯装置。
（付記６）
付記１から５の何れか１項に記載の防災灯点灯装置と、
前記光源と、
を備えることを特徴とする防災灯。

【符号の説明】

【0041】

１ 商用電源、２ 充電回路、３ 充電池、４ 電流制御回路、５、６ 抵抗、７ 光源、８ センス抵抗、９ バッファアンプ、１０ ダイオード、１１ エラーアンプ、１２ スイッチ、１３ 制御回路、１４ 基準電圧、１５ 回復放電ボタン、５０ 防災灯点灯装置、１００ 防災灯

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】