基于超级电容的消防应急灯的制作方法

本发明涉及消防设备技术领域，具体涉及一种基于超级电容的消防应急灯。

背景技术：

超级电容，又名电化学电容，双电层电容器、黄金电容、法拉电容，是从上世纪七、八十年代发展起来的通过极化电解质来储能的一种电化学元件。超级电容不同于传统的化学电源，是一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源，主要依靠双电层和氧化还原赝电容电荷储存电能。但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。然而超级电容的电解质为液体，为了避免电解质泄露，对于整个超级电容的封装要求比普通的蓄电池更高，这也是为什么超级电容不能取代蓄电池的重要原因。

消防应急灯是日常生活必不可少的消防设备。现有的消防应急灯多使用蓄电池来进行供电。然而，蓄电池因其自身结构的限制，随着使用时间的增加，蓄电池在充放电过程中，会极大损耗蓄电池的储电能力和放电能力。而现在的消防应急灯往往是固定设置在某一具体楼道中的，当灾害发生时，人们往往更需要移动的照明光源，而无论是现有的蓄电池难以满足移动照明光源的需求，究其原因，蓄电池形状固定，体积较大，并不适合体积小巧的移动照明光源。

鉴于此，本发明研制出一种基于超级电容的消防应急灯。

技术实现要素：

本发明意在提供一种能够提供移动照明光源的基于超级电容的消防应急灯。

为达到以上目的，提供如下方案：

基于超级电容的消防应急灯，包括底板，连接在底板上的球形壳，设置在球形壳上的连接座以及连接在连接座上的灯罩；所述灯罩内设有主灯泡和多个设置在球形壳中并可以取出球形壳的移动灯泡；所述底板上连接有用来为主灯泡和移动灯泡供电的电路板；所述电路板上可拆卸连接有多个移动电源模块；每个移动电源模块与一个移动灯泡电连接，用来为移动灯泡供电；每个移动电源模块均包括多个并联的超级电容。

原理及效果：

现有的应急灯都为固定安装，不可移动的，而本发明在一个固定安装的应急灯中同时设置了主灯泡和移动灯泡，主灯泡能够通过电路板在固定位置上进行正常的应急照明，而移动灯泡连通用来对移动灯泡进行供电的移动电源模块，能够被从球形壳中取出。平时，主灯泡应急照明，而所有的移动灯泡则被保护在球形壳中，当人们有需要的时候，打开球形壳，即可从中取出移动灯泡和移动电源模块，使移动灯泡在移动电源模块的供能下成为移动光源，供人们使用。

本发明中的移动电源模块采用的超级电容，克服了蓄电池充电次数少，耗损大的缺点，同时在每个移动电源模块中通过并联多个超级电容来有效减小超级电容自放电带来的不利影响。

本发明有效解决了现有消防应急灯不可移动，且蓄电池充电次数有限，易损坏的问题。

进一步，每个超级电容均第一电极、第二电极以及电解液，所述电解液为固体聚合物胶体电解液，所述第一电极及第二电极间隔设置于所述固体聚合物胶体电解液中，并与该固体聚合物胶体电解液共同形成一整体结构，所述第一电极及第二电极为碳纳米管复合膜，该碳纳米管复合膜为多个碳纳米管以及导电聚合物组成的多孔薄膜，所述多个碳纳米管相互连接形成一碳纳米管骨架，所述导电聚合物形成导电聚合物层包裹在碳纳米管表面。

本发明中的超级电容采用固体聚合物胶体电解液来代替以前使用的液体电解质，不仅降低了封装难度，降低了产品生产推广成本，还因为超级电容中的电极为碳纳米管复合膜构成而使超级电容具有非常好的柔性。因为碳纳米管复合膜具有非常好的柔性，并且该超级电容为两个碳纳米管复合膜设置于固体聚合物胶体电解液中，并与该固体聚合物胶体电解液形成一个整体结构，该超级电容整体也具有较好的柔性。当外力施加于该超级电容时，碳纳米管复合膜电极不易发生破损，从而该超级电容具有较好的缓冲性能和抗震性能，从而使得该超级电容在弯曲时也具有较好的电化学特性以及循环寿命。因此由这种超级电容构成的移动电源也能具备其内的超级电容的这些特性，有良好的缓冲性能和抗震性能，而且能够使移动电源模块的体积做得更小，便于灯罩收纳和人们携带。

超级电容作为一种新型的储能装置，具有功率密度大、充放电速度快、工作效率高、循环寿命长等优点。相比于蓄电池，超级电容充电时间短，能够快速完成由其构成的移动电源模块的充电操作，使备用的移动灯泡在随时取用的时候都能有充足的电量供其使用。超级电容的工作温度范围宽，可在-50～+75℃的温度条件下工作，这样即使是在恶劣的温度环境下，也能使消防应急灯正常使用。超级电容的充放电循环寿命长，超级电容器在充放电过程中只有离子和电荷的传递，没有发生电化学反应而引起相变，因此其容量几乎没有衰减，循环寿命可达万次以上，远远大于蓄电池的充放电循环寿命。将超级电容做成移动电源模块，能够反复充电反复使用，使由其供电的移动灯泡与之一起构成的移动光源能够反复多次使用，方便人们在应急使用后重新放回球形壳中以备下次继续使用。

超级电容器的内阻很小，且在电极/溶液界面和电极材料本体内部均能够实现电荷的快速贮存和释放，因此它的输出功率密度高达数千瓦/千克，是任何一种化学电源都无法比拟的，是一般蓄电池的数十倍。超级电容器在充电之后的贮存过程中，虽然也存在微小的漏电电流，但这种发生在超级电容器内部的离子或质子迁移运动是在电场的作用下产生的，并没有出现化学或电化学反应，电极材料在电解质中也是相对稳定的，因此超级电容器的贮存寿命几乎是无限的。另外，本发明通过并联多个超级电容，克服了超级电容的自放电问题，将其运用到消防应急灯上，能给极大增加消防应急灯的储能和应急应用效果，为人们在灾害发生时提供电能供应。

本发明中的超级电容采用固体聚合物胶体作为电解液，相比普通的液体电解质，固体聚合物胶体为凝胶状不易泄露，对于超级电容的封装采用与普通蓄电池相当的封装要求即可，克服了超级电容封装上的问题。

本发明不仅解决了常规应急灯在灾害发生时的供电问题，还为人们提供了可以取走的移动灯泡，而由超级电容构成的移动电源模块则能够为移动灯泡提供电能，使本发明的消防应急灯不仅能够帮助人们逃离某一固定建筑场所，还能帮助人们在后面的逃离过程中提供照明的移动光源，有效缓解人们的恐惧感。此外，被人们取走的移动电源模块还能够为人们其他电能操作提供电能。本发明有效克服了现有的技术难题，利用新型超级电容构建了一种具有多用途的消防应急灯，能够在火灾等灾害发生时为人们提供移动照明。

进一步，所述电路板上设有声光控制照明电路；当光线暗淡时声光控制照明电路使主灯泡通电被点亮，当光线明亮时声光控制照明电路使主灯泡断电熄灭。

通过声光控制照明电路能够避免在白天亮灯浪费电能。

进一步，所述声光控制照明电路中设置有拾音器，当拾音器拾取到声音时，声光控制照明电路使主灯泡通电被点亮。

通过声音可以点亮和熄灭灯泡，使灯泡在需要时被点亮。

进一步，所述移动电源模块和移动灯泡之间连接用来包围移动电源模块和移动灯泡连接处的连接环。

通过连接环，使移动电源模块和移动灯泡能够紧密连接，避免在拔出移动电源的时候或者在拿着移动电源跑的时候移动灯泡掉落。

进一步，所述连接环的上部连接有套在灯泡上的弹性膜，所述连接环内设置有可向下伸出连接环并包裹住移动模块的折叠膜。

平时移动电源模块插在底板上，折叠膜受到向上的压力，使折叠膜折叠收缩在连接环中。当人们取下移动电源模块的时候，人们手持露在外面的弹性膜部分；折叠膜在移动电源模块取出后，失去了底板的向上的压迫力，使折叠膜向下伸出连接环并包裹住移动电源模块，有效保护移动电源模块，避免在人们取出后损坏移动电源模块。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为本发明实施例的声光控制照明电路的电路图。

图3为本发明实施例的打开球形壳后的结构示意图。

图4为本发明实施例的移动灯泡与移动电源模块的连接示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

说明书附图中的附图标记包括：说明书附图1中的附图标记包括：底板1、球形壳2、连接座3、灯罩4、主灯泡5、移动灯泡6、移动电源模块7、连接环8、弹性膜9、折叠膜10、拾音器B、第一电阻R1、第一可调电阻RP1、第二电阻R2、第三电阻R3、光敏电阻RG、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一三极管VT1、第一二极管VD1、第二二极管VD2、第三二极管VD3、时基集成电路NE555、晶闸管VS、灯泡EL1、第二电解电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电解电容C5、稳压器IC。

实施例基本如附图1所示：基于超级电容的消防应急灯，包括圆形的底板1，底板1的四周开有用来将底板1安装在墙上的安装孔，且底板1的底面上还胶结有可直接贴在光滑墙面或玻璃面上的小吸盘。底板1安装有球形壳2，球形壳2的一端铰接在底板上，另一端通过卡扣扣接在底板1上。为了方便自动打开球形壳2，球形壳上的卡扣也可以为通过电磁铁控制打开或者闭合的卡扣，由诸如电脑、手机等远程终端统一控制，或者由应急灯上安装的控制器件控制。

如图3所示，球形壳内放置有16个可取出球形壳的移动灯泡。所述底板上连接有用来为主灯泡和移动灯泡供电的电路板；所述底板上连接有插接在电路板上的多个移动电源模块；每个移动电源模块与一个移动灯泡电连接；每个移动电源模块均包括多个并联的超级电容，每个超级电容均第一电极、第二电极以及电解液，所述电解液为固体聚合物胶体电解液，所述第一电极及第二电极间隔设置于所述固体聚合物胶体电解液中，并与该固体聚合物胶体电解液共同形成一整体结构，所述第一电极及第二电极为碳纳米管复合膜，该碳纳米管复合膜为多个碳纳米管以及导电聚合物组成的多孔薄膜，所述多个碳纳米管相互连接形成一碳纳米管骨架，所述导电聚合物形成导电聚合物层包裹在碳纳米管表面。所述固体聚合物胶体电解液为聚乙烯醇胶体电解液，其质量百分比为44.9wt％的硫酸，质量百分比为45.8wt％的聚乙烯醇以及质量百分比为9.3wt％的水，固体聚合物胶体电解液为厚度为2毫米的胶体薄膜。导电聚合物层为厚度为160纳米的聚噻吩层。第一电极和第二电极的厚度为250微米。

在一个固定安装的应急灯中同时设置了主灯泡和移动灯泡，主灯泡能够通过电路板在固定位置上进行正常的应急照明，而移动灯泡连通用来对移动灯泡进行供电的移动电源模块因为是插接在电路板上的，当发生灾害的时候，只需要打开球形壳就能从底板上取下移动灯泡和移动电源模块，能够使人们在逃命的时候也能用移动灯泡照明。本发明中的移动电源模块采用的超级电容，克服了蓄电池充电次数少，耗损大的缺点，同时在每个移动电源模块中通过并联多个超级电容来有效减小超级电容自放电带来的不利影响。最重要的是，本发明中的超级电容采用固体聚合物胶体电解液来代替以前使用的液体电解质，不仅降低了封装难度，降低了产品生产推广成本，还因为超级电容中的电极为碳纳米管复合膜构成而使超级电容具有非常好的柔性。因为碳纳米管复合膜具有非常好的柔性，并且该超级电容为两个碳纳米管复合膜设置于固体聚合物胶体电解液中，并与该固体聚合物胶体电解液形成一个整体结构，该超级电容整体也具有较好的柔性。当外力施加于该超级电容时，碳纳米管复合膜电极不易发生破损，从而该超级电容具有较好的缓冲性能和抗震性能，从而使得该超级电容在弯曲时也具有较好的电化学特性以及循环寿命。因此由这种超级电容构成的移动电源也能具备其内的超级电容的这些特性，有良好的缓冲性能和抗震性能，而且能够使移动电源模块的体积做得更小，便于灯罩收纳和人们携带。

本发明不仅解决了常规应急灯在灾害发生时的供电问题，还为人们提供了可以取走的移动灯泡，而由超级电容构成的移动电源模块则能够为移动灯泡提供电能，使本发明的消防应急灯不仅能够帮助人们逃离某一固定建筑场所，还能帮助人们在后面的逃离过程中提供照明的移动光源，有效缓解人们的恐惧感。此外，被人们取走的移动电源模块还能够为人们其他电能操作提供电能。本发明有效克服了现有的技术难题，利用新型超级电容构建了一种具有多用途的消防应急灯，能够在火灾等灾害发生时为人们提供移动照明。

主灯泡和移动灯泡均为LED灯。LED灯能够节约电能，是当下最好的照明灯泡。

如图4所示，移动电源模块和移动灯泡之间连接用来包围移动电源模块和移动灯泡连接处的连接环。通过连接环，使移动电源模块和移动灯泡能够紧密连接，避免在拔出移动电源的时候或者在拿着移动电源跑的时候移动灯泡掉落。

连接环的上部粘接有套在灯泡上的弹性膜，弹性膜为具有弹性的橡胶膜。所述连接环内开有环形凹槽，环形凹槽内安装有有可向下伸出连接环并包裹住移动模块的折叠膜。折叠膜为一个圆筒状的塑料膜，将塑料膜的侧壁等距离向上折叠形成一个折叠环，使被折叠成环装的折叠膜能够在受到向上压力的时候被收纳到环形凹槽中，而在失去压力后，能够在折叠形成的弹力和重力的作用下向下快速伸出环形凹槽并包裹住下方的移动电源模块。

平时移动电源模块插在底板上，折叠膜受到向上的压力，使折叠膜折叠收缩在连接环中。当人们取下移动电源模块的时候，人们手持露在外面的弹性膜部分；折叠膜在移动电源模块取出后，失去了底板的向上的压迫力，使折叠膜向下伸出连接环并包裹住移动电源模块，有效保护移动电源模块，避免在人们取出后损坏移动电源模块，同时塑料膜也保护人手避免出现漏电的情况危害人体健康。

球形壳2的径向上焊接有连接座3，连接座3上连接有灯罩4。灯罩4的底端设有外螺纹，连接座3上设有具有内螺纹的凹槽，凹槽的直径与灯罩4的底端直径相匹配；灯罩4螺纹连接在连接座3上。方便灯罩4的连接和拆卸。

灯罩4内安装有扁平的主灯泡；底板1上镶嵌有电路板，电路板上布置有声光控制照明电路；主灯泡与声光控制照明电路连接。电路板的底面上安装有AC-DC降压电路以及与降压电路连通的插座，移动电源模块一一对应插在插座中。

连接座3上开有用来卡接灯泡的卡孔，卡孔位于凹槽内。通过连接座3，方便将灯泡牢固连接在连接座3上，使灯泡被罩在灯罩4内。灯罩4采用透明的钢化玻璃，且钢化玻璃的外表面上涂有防雾层。钢化玻璃具有良好的硬度，使灯罩4内的灯泡和备用灯泡得到保护，避免撞击损坏。在钢化玻璃外涂防雾层，避免灯罩4外表面起雾，使灯罩4始终能将清晰的光线传递出来。

如图2所示，声光控制照明电路包括拾音器B，拾音器B的一端连接至由市电提供的交流源的负极，拾音器B的另一端连接NPN型的第一三极管VT1的基极和第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端连接第一可调电阻RP1的一端，第一可调电阻RP1的另一端和调节端连接稳压器IC的输入端。稳压器IC的输出端连接第二二极管VD2的阴极，第二二极管VD2的阳极连接第六电容的一端、第六电阻R6的一端、第三二极管VD3的阴极，第六电容的另一端、第六电阻R6的另一端连接至交流源的正极和灯泡EL1的一端。灯泡EL1的另一端连接晶闸管VS的第一主电极，晶闸管VS的第二主电机连接至交流源的负极。晶闸管VS的控制极连接至时基集成电路NE555的第三脚。第三电极管的阳极连接至交流源的负极。

稳压器IC的第三端连接至交流源的负极，稳压器IC的输入端与第三端之间连接有第四电容C4，稳压器IC的输出端与第三端之间连接有第五电解电容C5，第五电解电容C5的阳极连接稳压器IC的输出端。时基集成电路NE555的第四脚和第八脚与稳压器IC的输入端连接。时基集成电路NE555的第五脚与交流源的负极之间连接第三电容C3。时基集成电路NE555的第一脚连接至交流源的负极。时基集成电路NE555的第六脚和第七脚连接第五电阻R5的一端和第二电解电容C2的阳极。第五电阻R5的另一端连接稳压器IC的输入端。第二电解电容C2的阴极连接至交流源的负极。稳压器IC的输入端和交流源的负极之间依次连接有光敏电阻RG和第四电阻R4连接的串联支路，第一二极管VD1的阴极和时基集成电路NE555的第二脚均连接在光敏电阻RG和第四电阻R4之间。

稳压器IC的输入端连接第二电阻R2的一端，第二电阻R2的另一端连接第一二极管VD1的阳极和第一三极管VT1的集电极，第一三极管VT1的发射极连接第三电阻R3的一端和第一电解电容的阳极。第三电阻R3的另一端和第一电解电容的阴极连接至交流源的负极。

拾音器B紧贴在球形壳内壁上。方便拾音器B更清晰地获取声音信号，提高应急灯的灵敏度。

白天光线强，光敏电阻RG呈现低阻状态，时基集成电路NE555的第二脚为高电平，第三脚输出低电平，晶闸管VS无触发电流而关断，灯泡EL不亮。避免灯泡在不需要的情况下点亮，避免电能浪费。

声控过程中，当拾音器B获得声波信号时，第一三极管VT1的基极出现工作电流而导通，其集电极电位迅速下降，第一二极管VD1由导通转为截止。由于光敏电阻RG和第四电阻R4分压，结果时基集成电路NE555的第二脚的电平在设定电压以下，第三脚输出高电平、晶闸管VS被触发导通，灯泡EL点亮。当拾音器B获得声波将灯泡点亮后，虽然光敏电阻RG被光线照射而呈现低阻状态，使得时基集成电路NE555的第二脚又呈现高电平，却不影响整个电路的工作，时基集成电路NE555的置位时间只取决于电路中第五电阻R5和第二电解电容C2的参数值。

在时基集成电路NE555的第三脚输出高电平的同时，时基集成电路NE555内部的放大管截止，其第七脚被内部电路悬空，从而解除了对第二电解电容C2的封锁，于是正电源电压通过第五电阻R5向第二电解电容C2充电，使时基集成电路NE555的第六脚的电平不断升高。当时基集成电路NE555的第六脚电平达到设定电压时，暂态结束，电路恢复到原来稳定的状态，第三脚仍为低电平，晶闸管VS在交流电过零时自动关断，灯泡EL熄灭。与此同时，时基集成电路NE555内部的放电管导通，第七脚输出低电平，第二电解电容C2中存储的电荷通过时基集成电路NE555的第七脚放电，整个电路复位。

本发明能够在断电的情况下通过组合电源为应急灯提供电能，同时，组合电源因为其内部多个超级电容的组合连接，能够克服超级电容的自放电效应，使超级电容构成的组合电源满足应急灯的供能需求。由于超级电容充电快，且充电性能更好，与传统充电电池相比，几乎不受充电次数的限制，质量可靠性更高，延长了应急灯的使用寿命，减少了相应的维护成本。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。