防爆太陽能led設備燈的製作方法

2023-05-28 01:10:46 3

專利名稱：防爆太陽能led設備燈的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種防爆太陽能LED設備燈，是一種充分利用太陽能的主體採用本質安全防 爆技術的複合型防爆太陽能LED照明產品；尤其是將太陽能LED設備燈用於石油石化等行業 易燃易爆環境中的防爆太陽能LED設備燈，屬於利用可再生能源一 一 太陽能、照明用白光LED 固態冷光源在技術上進行防爆技術設計的用於有防爆要求場所的新型照明電氣設備。
背景技術：
國內外能源緊缺，環境惡化，傳統能源一一煤炭、石油等價;格不可逆轉的上漲，加重了 社會成本，全世界都把目光投向了可再生能源，希望可再生能源能夠改變人類的能源結構， 維持長遠的可持續發展，直至目前為止，太陽能發電技術最為成熟，已經在世界範圍內廣泛 採用。在某些行業的易燃易爆環境中，如石油、石化、化工、煤礦等行業，由於工作需要防 爆照明燈具，傳統的防爆照明燈具每年消耗的常規電能巨大，維護費用也相當大，節能形勢 嚴峻，節能節電產業任重道遠。太陽能是照明節能的最佳選擇，大功率LED必將取代傳統照 明燈。但太陽能電池組件等各部分的防爆問題是制約其在石油石化行業應用的瓶頸。發明內容本發明的目的是使太陽能技術、LED技術在石油化工等行業得到廣泛應用成為可能，提 供了一種充分利用太陽能的主要採用本質安全防爆技術的複合型防爆太陽能LED設備燈，它 恆定亮度發光，充分保證照明，具有應急燈功能，防爆效果理想。達到上述目的所採取的技術措施是由電源部分，控制部分，儲能部分，燈具部分組成； 太陽能電池組件、蓄電池組、控制箱、保護盒、智能控制器、安全柵、備用電源降壓轉換模 塊、隔爆盒、LED燈具等，結構上分太陽能電池板、蓄電池控制箱、LED燈具三部分；防爆設 計太陽能電池板為本質安全型，工作在非本安範圍的電路板為隔爆型，蓄電池為本質安全 型或增安型，燈頭為本質安全型；經隔爆接線盒可接入220VAC備用電源，在充分利用太陽能 的前提下達到可靠性和經濟性的最佳結合。技術方案該防爆太陽能LED設備燈電源部分是太陽能電池板，電源來源於太陽能，太陽能電池板 在白天陽光輻射下將太陽輻射能轉換為直流電能，該直流電經控制器、導線對蓄電池進行充 電，供夜晚照明；對太陽能電池組件重新設計，解決太陽能電池組件的防爆問題；太陽能電 池板防爆設計採用了本安防爆技術，把功率、電流大的太陽能電池組件分成多個部分，使每 部分的輸出本安化。太陽能直流電由電纜進入控制箱後再進入隔爆盒；可接入220VAC備用電 源，備用電源由隔爆管接入隔爆盒。該防爆太陽能LED設備燈儲能部分是間控式免維護鉛酸蓄電池、膠體電池或鋰電池；蓄 電池組經過控制器把太陽能電池組件產生的電能儲存起來再供給LED光源照明；使用增安型 的鉛酸蓄電池、膠體電池，對接線端子進行膠封，或使用鋰電池，對鋰電池進行本安設計； 把蓄電池裝進保護箱子裡面，增強安全性。該防爆太陽能LED設備燈控制部分由控制器、安全柵、備用電源降壓轉換模塊等組成；安全柵確保輸出本安化，在特定位置根據需要使用 一塊或多塊一樣或不完全一樣的安全柵； 選用備用電源時，220VAC備用電源通過隔爆盒接入，經降壓轉換模塊轉換為低壓直流電，若 裝降壓轉換模塊的隔爆盒附在箱體外或轉換後的低壓直流電進入工作在本安範圍的控制電 路，則需在降壓轉換模塊後加安全柵一起裝在隔爆盒裡使輸出本安化，成為安全可用的備用 電源。控制器完成主要的四個功能蓄電池充放電保護、控制，光控開關燈，應急功能控制， 切換備用電源控制；控制器使用單片機和專用電腦晶片，使該設備燈具備應急燈功能， 一燈兩用，自成系統， 在無人操作下可獨立安全可靠地正常運行；使用了單片機和專用軟體，實現了智能控制；利用蓄電池放電率特性修正的準確放電控 制。放電終了電壓是由放電率曲線修正的控制點，消除了單純的電壓控制過放的不準確性， 符合蓄電池固有的特性，即不同的放電率具有不同的終了電壓；有過充、過放、過載保護、 獨特的防反接保護等全自動控制；過放恢復的提升充電，正常的直充，浮充自動控制方式使 系統有更長的使用壽命；同時具有高精度溫度補償；所有控制全部採用工業級晶片，能在寒 冷、高溫、潮溼環境運行自如；使用了光控設置，在無人操作下可獨立正常運行，使用極其 方便；備用電源自動切換控制，控制器對蓄電池容量進行控制，對正常使用範圍容量和應急容 量的比例進行控制，既保護了蓄電池，延長蓄電池使用壽命，又使設備燈兼有應急功能，一 燈兩用；兼有工作照明和應急照明功能；接入備用電源時，備用電源停電後自動轉換為應急 功能，應急工作時間大於90分鐘，符合相關標準。本發明的控制器專為太陽能直流供電系統、太陽能直流防爆LED設備燈系統設計，並使 用了專用電腦晶片的智能化控制器。採用光控開關，完成正常照明控制。具有過載、獨特的 防反接保護，充滿、過放自動關斷、恢復等全功能保護措施。本控制器通過電腦晶片對蓄電 池的端電壓、放電電流、環境溫度等涉及蓄電池容量的參數進行採樣，通過專用控制模型計 算，實現符合蓄電池特性的放電率、溫度補償修正的高效、高準確率控制，並採了用高效PWM 蓄電池的充電模式，保證蓄電池工作在最佳的狀態，大大延長蓄電池的使用壽命。使用了專用電腦晶片的智能化控制器對蓄電池進行充放電控制，具有過充、過放保護， 智能控制器輸出蓄電池處在正常電壓、欠壓、過放電壓的信號給使切換控制晶片；智能化控制器對蓄電池的端電壓、放電電流、環境溫度等涉及蓄電池容量的參數進行採 樣，通過專用控制模型計算，輸出相關信號給備用電源控制器，備用電源控制器在蓄電池電 壓降低到欠壓狀態時切換到經變壓轉換的低壓直流備用電源給負載供電，當蓄電池電壓恢復 到正常工作範圍時自動切換為由蓄電池給負載供電。當夜晚蓄電池處於欠壓狀態而備用電源 停電時，存儲在蓄電池欠壓至過放之間的電能給負載供電。智能控制器是直流控制器，其中智能控制器對LED設備燈實施控制，從而使得該太陽能 電池組件在陽光下向蓄電池組充電，沒有陽光的情況下蓄電池組提供直流電給負載；所述直 流控制器能夠在有陽光的情況下確保蓄電池組不會因為過充電而損壞，且在沒有陽光的情況 下確保蓄電池組不會因為過放電而損壞；所述智能控制器還具備以下功能中的多種光控、 時控、延時、光控開燈定時關燈、溫度補償、防雷以及防反接保護；所述智能控制器採用無 觸點控制技術；所述的備用電源控制器對負載供電根據蓄電池電壓、電流、容量等在蓄電池 和備用電源間切換。智能控制器對LED設備燈實施控制，從而使得該太陽能電池組件在陽光下向蓄電池組充 電，沒有陽光的情況下蓄電池組提供電力給直流燈負載。智能控制器是直流控制器，該直流控制器能夠在有陽光的情況下確保蓄電池組不會因為 過充電而損壞，且在沒有陽光的情況下確保蓄電池組不會因為過放電而損壞。智能控制器還具備光控、時控、聲控、溫度補償、防雷以及反極性保護的功能。光控功能可實現無太陽光時自動點亮，有太陽光時自動關閉，也可以實現光控開燈定時 關燈，還具有在無太陽光的情況下自動切換負載的功能。該防爆太陽能LED設備燈儲能部分和控制部分結構可以一體設計或分體設計； 一體設計 一非本質安全型部分的電路板裝在隔爆盒內，增安型蓄電池接線端子澆封，電路板隔爆盒、 增安型閥控密封式鉛酸蓄電池或膠體電池裝在控制箱裡，可選備用電源降壓轉換;漠塊、安全 柵的隔爆盒可裝在箱內或附在箱體上； 一體設計二採用鋰電池，用安全柵等對鋰電池進行 本安設計，本安化鋰電池、電池充放電電路板、控制器裝在保護盒裡，保護盒裝進控制箱內， 選用備用電源時，裝備用電源降壓轉換模塊、安全柵的隔爆盒可以和保護盒一起安裝在控制 箱中或附在箱體外；分體設計儲能部分的蓄電池裝在蓄電池箱裡，控制部分的電贈4反裝在 控制箱裡，選用備用電源時，裝備用電源降壓轉換模塊、安全柵的隔爆盒可以安裝在控制箱 中或附在箱體外，兩個獨立的箱體可以靠近或分開距離安裝。備用電源經過隔爆管引入，太陽能電池板、控制箱、LED燈具之間用電纜連接，電纜經 防水接頭進入箱體接線盒或箱內；蓄電池控制箱是一種組合式一體化起防雨、防水、防曬等 作用的控制箱。該防爆太陽能LED設備燈LED燈具部分通過安全柵實現輸出本安化，光源為LED,燈 具內有恆流驅動，散熱措施，LED燈具工作在本質安全範圍內成為本質安全型燈具。太陽能電池板、控制箱、LED燈具三部分用安裝支架、燈杆、電纜等輔助材料實現一體 安裝、分體安裝等多種方式。工作原理太陽能電池組件將太陽輻射能轉換為電能儲存在蓄電池內，供晚上照明用；可選備用電 源在控制器控制下使當陰雨天且蓄電池儲存的能量使用完時保證陰雨天照明不間斷，增強照 明不斷電的可靠性；控制器使用單片機和專用電腦晶片，對蓄電池充放電進行控制，使蓄電 池工作在最佳狀態，對蓄電池正常使用容量、欠壓容量的比例進行控制，使該設備燈具備應 急燈功能， 一燈兩用，自成系統，在無人操作下可獨立安全可靠地正常運行。優點及效果利用可再生能源的新型節能環保產品，釆用本質安全防爆技術的複合型防爆照明燈，它 防爆性能高，對太陽能電池組件重新設計，達到本安防爆要求；採用可充放電循環使用的閥 控密封式鉛酸蓄電池或、體電池，增安級防爆，或採用鋰電池，進行本安設計，使用安全柵 等一體化設計，實現本質安全級防爆；採用高品質LED,使用安全柵使輸出本安化並充分利 用LED低發熱量的特點，實現本質安全級防爆，而且LED光源壽命長；寬電壓驅動電路能保 證能保證蓄電池在充滿電和放電末期LED都保持恆定亮度；燈殼上設置散熱裝置，可以實現 LED模塊的有效散熱，保證了使用穩定性，燈殼採用密封防水技術，保證燈殼密封從而保證 防爆功能和室外使用的實現；適用於石油石化等多種行業照明。具備應急燈功能， 一燈兩用，獨立安全，自成系統；太陽能利用充分，以最優化設計達 到可靠性和經濟性的最佳結合；完全可以替代傳統防爆燈，為新項目的首選，也可從改造開 始，備用電源容易接入；使用了單片機和專用電腦晶片，在無人操作下可獨立正常運行，使 用極其方便；資源利用效率高，節省電費、施工費用和維護費用。


圖1為本發明結構示意圖；圖2為本發明工作原理圖；圖3為本發明太陽能電池組件防爆設計圖；圖4為本發明LED燈具設計示意圖；6圖5為本發明可選備用電源防爆設計圖； 圖6為本發明實施例1電氣連接示意圖； 圖7為本發明實施例2電氣連接示意圖。圖中l太陽能電池組件，2蓄電池控制箱，3LED燈具，4多晶或單晶矽片，5接線盒, 6蓄電池(6包括7閥控密封式鉛酸蓄電池、膠體電池，8鋰電池)，7閥控密封式鉛酸蓄電池、 膠體電池，8鋰電池，9 220VAC備用電源，10智能控制器(IO包括11保護控制器)，11保護 控制器，12備用電源降壓轉換模塊，13安全柵，14寬電壓驅動，15隔爆盒，16隔爆盒蓋， 17保護盒，18 LED, 19散熱片，20反光杯，21保護玻璃，22燈具外殼，23燈頭連接固定件， 24電纜，25導線，26燈杆，27隔爆管，28防水接線頭具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本發明進一步說明。如圖1:本發明主要由太陽能電池組件1、蓄電池控制箱2、 LED燈具3三大部分組成； 太陽能電池組件1、蓄電池控制箱2、 LED燈具3通過電纜24連接成一個獨立的系統，電纜 通過防水接頭28進入蓄電池控制箱，若選用220VAC備用電源時，線纜通過隔爆管27引進蓄 電池控制箱2裡面或附在箱2外面的隔爆盒；電源1為一塊或多塊太陽能電池板；工作在本 安範圍的LED燈具3根據實際使用需要選用燈杆26。工作原理如圖2所示電源為太陽能電池組件1,蓄電池6起儲能作用，LED燈具3作 光源；在智能控制器10的控制下6把1產生的電能儲存起來，智能控制器10對6中儲存的 電能進行控制，所儲存的電能在特定時間經過安全柵13、寬電壓驅動14供應給LED光源18 工作；9為220VAC備用電源，備用電源9經備用電源降壓轉換模塊12轉換為可用的備用電 源在10的控制下等待使用；控制器IO把蓄電池儲存的能量分成兩部分，正常範圍部分和可 工作的欠壓部分；選用備用電源時，智能控制器啟用備用電源自動切換控制功能，對正常使 用範圍容量和應急容量的比例進行控制，控制器對蓄電池的端電壓、放電電流、環境溫度等 涉及蓄電池容量的參數進行採樣，通過專用控制模型計算，輸出相關信號給備用電源控制器， 備用電源控制器在蓄電池電壓降低到欠壓狀態時切換到經變壓轉換的低壓直流備用電源給負 載供電，當蓄電池電壓恢復到正常工作範圍時自動切換為由蓄電池給負載供電；當夜晚蓄電 池處於欠壓狀態而備用電源停電時，存儲在蓄電池欠壓至過放之間的電能給負載供電；既保 護了蓄電池，延長蓄電池使用壽命，又使設備燈兼有應急功能， 一燈兩用，備用電源停電後 自動轉換為應急功能，應急工作時間大於90分鐘，符合相關標準。太陽能電池組件防爆設計如圖3所示，太陽能電池板防爆設計採用了本安防爆技術，把 功率、電流大的太陽能電池組件分成多個部分，對太陽能電池板內部每部分的多晶或單晶矽 片4的數量最大值依據本質安全的要求標準進行控制，使每部分經接線盒5的輸出本安化， 在源頭上實現本質安全級防爆；太陽能直流電由電纜進入控制箱在智能控制器控制下對蓄電 池進行充電。如圖4所示是LED燈具設計示意圖，主要由LED 18、反光杯20、散熱片19、保護玻璃 21、寬電壓驅動14、燈具外殼22、燈頭連接固定件23、電纜24等組成；採用高品質LED， 控制部分使用安全柵使輸出本安化並充分利用LED低發熱量的特點，實現本質安全級防爆， 而且LED光源壽命長；寬電壓驅動電路能保證能保證蓄電池在充滿電和放電末期LED都保持 恆定亮度；燈具設置散熱裝置，可以實現LED模塊的有效散熱，保證了使用穩定性，燈殼採 用密封防水技術，保證燈殼密封從而保證防爆功能和室外使用的實現。圖5為備用電源部分的防爆設計，這部分是可以選擇的，也即用戶選擇使用備用電源時 系統中須包括該部分，若不使用備用電源時系統中沒有該部分；使用時，2 2 0VAC備用電源線 纜通過隔爆管引進隔爆盒15 ，經備用電源降壓轉換模塊12 、安全柵13成為可用的備用電源。本發明實施例1如圖6，示例中太陽能電池組件1產生電能，蓄電池使用鋰電池8，用安全柵13和相關技術對鋰電池進行本安設計，智能控制器IO是控制部分的核心，完成對蓄電 池的充放電保護控制、輸出開通關閉控制、蓄電池與備用電源的切換控制、應急功能控制等， 根據需要可多增加保護控制器11; 220VAC備用電源用隔爆管由電纜24經入隔爆盒15內的備 用電源降壓轉換模塊12,用安全柵13使輸出本安化後進到智能控制器10;鋰電池8、鋰電 池本安設計用的安全柵13、充放電保護控制器ll、智能控制器10裝在保護盒l7裡；l7與 15 —起裝在控制箱內，或17裝在控制箱內而15附在控制箱外；輸出經寬電壓驅動14到負 載LED 18。圖7是本發明實施例2電氣連接示意圖，圖中太陽能電池板1經電纜24與智能控制器 10相連；閥控密封式鉛酸蓄電池或膠體電池7經導線與智能控制器10相連；220VAC備用電 源經備用電源降壓轉換模塊12、安全柵13用導線與智能控制器10相連；智能控制器10的 負載輸出端用安全柵13本安化後用電纜與LED燈具內的驅動14相連；直流電經驅動後給LED 18供電。
權利要求
1、防爆太陽能LED設備燈，由太陽能電池組件、蓄電池組、控制箱、安全柵、智能控制器、備用電源降壓轉換控制器、隔爆盒、LED燈具組成；太陽能電池組件採用本安設計，非本質安全型部分的電路板裝在隔爆盒內，電路板隔爆盒、本質安全型或增安型蓄電池裝在控制箱裡，蓄電池接線端子澆封，可接入220VAC備用電源，LED燈具部分為本質安全型；其特徵在於該發明是一種充分利用太陽能的主要採用本質安全防爆技術的複合型防爆太陽能LED照明產品，太陽能電池組件是電源，用本質安全型或增安型蓄電池儲能，光源為LED，可選擇接入220VAC備用電源，控制器使用單片機和專用電腦晶片，具備應急燈功能，一燈兩用，自成系統，在無人操作下可獨立安全可靠地正常運行。
2、 根據權利要求1所述的防爆太陽能LED設備燈，其特徵是電源來源於太陽能，太陽能電 池板在白天陽光輻射下將太陽輻射能轉換為直流電能，該直流電經控制器、導線對蓄電池 進行充電，供夜晚照明。
3、 根據權利要求1所述的防爆太陽能LED設備燈，其特徵是可接入220VAC備用電源，它 是通過隔爆盒接入，降壓轉換為低壓直流電後經備用電源控制器成為可用的備用電源。在 太陽能利用充分的前提下達到可靠性和經濟性的最佳結合。
4、 根據權利要求1所述的防爆太陽能LED設備燈，其特徵是使用了專用電腦晶片的智能化 控制器對蓄電池進行充放電控制，具有過充、過放保護，智能控制器輸出蓄電池處在正常 電壓、欠壓、過》欠電壓的信號。蓄電池為可充電的鋰電池、鉛酸蓄電池、膠體電池。
5、 根據權利要求1所述的防爆太陽能LED設備燈，其特徵是智能化控制器對蓄電池的端電 壓、放電電流、環境溫度等涉及蓄電池容量的參數進行採樣，通過專用控制模型計算，輸 出相關信號給備用電源控制器，備用電源控制器在蓄電池電壓降低到欠壓狀態時切換到經 變壓轉換的低壓直流備用電源給負載供電，當蓄電池電壓恢復到正常工作範圍時自動切換 為由蓄電池給負載供電。當夜晚蓄電池處於欠壓狀態而備用電源停電時，存儲在蓄電池欠 壓至過放之間的電能給負載供電。
6、 根據權利要求1或5所述的防爆太陽能LED設備燈，其特徵是兼有工作照明和應急照明 功能；備用電源停電後自動轉換為應急功能，應急工作時間大於90分鐘，符合相關標準。
7、 根據權利要求1所述的防爆太陽能LED設備燈，其特徵是太陽能電池板防爆設計採用了 本安防爆技術；蓄電池是本質安全型或增安型，蓄電池經安全柵、膠封等防爆技術設計； 非本安部分電路板採用隔爆技術，將其裝在隔爆盒裡；負載輸出部分通過安全柵實現本質 安全型，LED燈具工作在本質安全範圍內成為本質安全型燈具。
8、 根據權利要求1所述的防爆太陽能LED設備燈，其特徵是智能控制器是直流控制器，其 中智能控制器對LED設備燈實施控制，從而使得該太陽能電池組件在陽光下向蓄電池組充 電，沒有陽光的情況下蓄電池組提供直流電給負載；所述直流控制器能夠在有陽光的情況 下確保蓄電池組不會因為過充電而損壞，且在沒有陽光的情況下確保蓄電池組不會因為過 放電而損壞；所述智能控制器還具備以下功能中的多種光控、時控、延時、光控開燈定 時關燈、溫度補償、防雷以及防反接保護；所述智能控制器採用無觸點控制技術；所述的 備用電源控制器對負載供電根據蓄電池電壓、電流、容量等在蓄電池和備用電源間切換。
9、 根據權利要求1所述的防爆太陽能LED設備燈，其特徵是蓄電池，內裝控制器、安全柵 的隔爆盒裝在蓄電池控制箱裡，接入備用電源的隔爆盒可裝在蓄電池控制箱裡或附在箱體 夕卜，備用電源降壓轉換器可與安全柵裝在接入備用電源的隔爆盒或裝在裝控制器的隔爆盒 裡；備用電源經過隔爆管引入，太陽能電池板、控制箱、LED燈具之間用電纜連接，電纜 經防水接頭進入箱體接線盒或箱內；蓄電池控制箱是一種組合式一體化起防雨、防水、防 曬等作用的控制箱。
10、 根據權利要求1所述的防爆太陽能LED設備燈，其特徵是太陽能電池板、控制箱、 LED燈具三部分用安裝架子、燈杆、電纜等輔助材料實現一體安裝、分體安裝等多種方式。
全文摘要
防爆太陽能LED設備燈，屬於一種開源節流、安全環保的新型防爆照明產品，主要解決石油石化照明節能問題；它包括太陽能電池組件、蓄電池、安全柵、控制器、LED燈具；由於太陽能電池組件採用本安設計，電路板裝在隔爆盒內，電路板隔爆盒、本質安全型或增安型蓄電池裝在控制箱裡，可接入220VAC備用電源，燈具部分為本質安全型，各部分外部通過電纜連接，因此該設備燈防爆技術不但使太陽能在石油化工行業安全可靠應用成為可能，還可充分利用可再生能源實現照明節能；高品質LED衰減小壽命長，燈具內的直流恆流驅動讓LED保持恆定亮度；使用了單片機和專用電腦晶片，具備應急燈功能，一燈兩用，獨立安全，自成系統，在無人操作下可獨立正常運行，使用方便；該設備燈可廣泛在石油化工行業以及其它易燃易爆危險場所應用。
文檔編號F21S9/03GK101329029SQ200810117039
公開日2008年12月24日 申請日期2008年7月23日 優先權日2008年7月23日
發明者請求不公開姓名 申請人:北京瑞陽安科技術有限公司