基于超级电容器的应急照明系统相关申请的交叉引用
本申请在技术上与共同拥有且共同未决的于2015年9月30日由发明人Erik John
Oltheten申请的美国专利申请有关，该申请标题为“混合应急出口照明系统(Hybrid
Emergency Exit Lighting System)”，代理人案号为0837RF-14-112，通过引用将其并入本
文并用于所有目的。
技术领域
本申请涉及照明系统。特别地，本申请涉及用于载具(包括但不限于飞行器)的可
再充电应急照明系统。
背景技术
一些飞行器包括应急照明系统，其在给主照明系统供电的电源中断时使用。在一
些情况下，应急照明系统包括可再充电电池和/或发光二极管。在一些情况下，由于根据不
良的维修和/或操作电池的现场条件下而充电和放电，所以应急照明系统的可再充电电池
过早地失效或执行效果较差。有许多已知的提供应急照明系统的方式，但是，仍有相当多的
缺点。
发明内容
本发明提供了一种用于飞行器的应急照明系统，包括：电容器；机载电力系统和地
面电力单元中的至少一个，用于为电容器充电；由所述电容器选择性地供电的发光二极管
LED。
本发明还提供了一种为飞行器提供照明的方法：由机载电源和地面电力单元中的
至少一个提供电力；利用所述机载电源和所述地面电力单元中的至少一个提供的电力为电
容器充电；中断由所述机载电源和所述地面电力单元中的所述至少一个提供电力；用所述
电容器选择性地向发光二极管LED供电；以及从所述LED发光。
本发明还提供了一种飞行器，包括：机载电源以及应急照明系统。所述应急照明系
统包括：电容器；发光二极管LED，被选择性地由所述电容器供电；以及第一晶体管，被电设
置在所述机载电源和所述电容器之间，以选择性地控制用来自所述机载电源的电力为所述
电容器充电。
附图说明
被认为是本申请的特征的新颖性特点在所附的权利要求书中进行阐述。然而，本
申请本身及其优选的使用模式，以及它的更多的目的和优点，当结合附图阅读以下的具体
实施方式时，通过参考以下的具体实施方式将得以最好的理解，其中：
图1是根据本申请的直升机的正交示意性侧视图。
图2是图1的直升机的应急照明系统的示意图。
图3A是图2的在提供外部电力下操作的应急照明系统的简化视图。
图3B是图2的在移除外部电力并利用内部电力下操作的应急照明系统的简化视
图。
图3C是图2的在移除外部电力且并不利用内部电力下操作的应急照明系统的简化
视图。
图4是图2的应急照明系统的操作方法的流程图。
图5A是在提供外部电力下操作的应急照明的替代实施例的简化视图。
图5B是图5A的在移除外部电力并利用内部电力下操作的应急照明系统的简化视
图。
图5C是图5A的在移除外部电力且并不利用内部电力下操作的应急照明系统的简
化视图。
图6是图5A的应急照明系统的操作方法的流程图。
图7是示出了图5A的应急照明系统的光致发光面板的在一段时期内的可见性的曲
线图。
图8A是在提供外部电力下操作的应急照明的替代实施例的简化视图。
图8B是图8A的在移除外部电力并采用内部电力下操作的应急照明系统的简化视
图。
图8C是图8A的在移除外部电力且并不采用内部电力下操作的应急照明系统的简
化视图。
图9是图8A的应急照明系统的操作方法的流程图。
尽管本申请的系统和方法容易实现各种修改和替代形式，其具体实施例在附图中
示例性地示出并且在本文中详细描述，然而，应当理解的是，在此具体实施例的描述不旨在
将本申请限制为公开的特定实施例，反之，本发明旨在覆盖落入如由所附权利要求书限定
的本申请的过程的精神和范围之内的所有修改方案、等同方案和替代方案。
具体实施方式
以下描述了优选实施例的示意性实施例。为了说明清楚起见，并非将真实实施的
所有特征在本说明书中说明。当然，应该理解，在任何这种实际实施例的开发过程中，必须
做出许多具体实施决定以实现开发者的特定目的，例如，符合系统相关的和商业相关的约
束，这些约束在各个实施例之间是不同的。此外，应当理解，这种开发工作可能是复杂且费
时，但是尽管如此，这样的工作将仅仅是从本公开获益的本领域技术人员的例行程序。
在说明书中，由于已经在附图中描述各个装置，所以可以参考各个部件之间的空
间关系以及部件的各个方面的空间定向。然而，正如本领域技术人员所认识到的那样，在完
全阅读完本申请之后，本文中所描述的装置、构件、设备等可以以任何希望的定向定位。因
而，使用术语来描述各种部件之间的空间关系或者描述这些部件的各方面的空间定向，应
该认为分别是描述部件之间的相对关系或者这些部件各方面的空间定向，因为本文所描述
的装置可以以任何希望的方向定向。
参考附图中的图1，示出了根据本公开的直升机100。直升机100大体上包括机身
102、尾桁104、发动机106、主旋翼驱动系统108和尾部旋翼驱动系统110。主旋翼驱动系统
108联接至发动机106，以驱动主旋翼主轴112。尾部旋翼驱动系统110联接至发动机106，以
驱动尾部旋翼主轴114。直升机100进一步包括应急照明系统200，其被配置成在直升机100
内和/或在其上选择性地发光。在一些情况下，应急照明系统200由机载电力系统116提供电
力，该机载电力系统116可以由发动机106来驱动。在一些情况下，应急照明系统200由地面
电力单元118提供电力，当直升机在地面上时，地面电力单元118被连接至直升机100的电子
系统以供应电能至直升机100。
现在参考图2，示出了应急照明系统(ELS)200的电子部件的示意图。最一般地，
ELS200被配置成接收大约28V的直流电压。在一些实施例中，ELS200包括地面连接部202和
正极连接部204(其被选择性地连接至外部电源，例如但不限于，机载电力系统116和地面电
力单元118)。在一些实例中，ELS200通常被配置成选择性的为充电电容器或超级电容器206
充电。使用晶体管208来在对超级电容器206提供电荷与不对超级电容器206提供电荷之间
进行切换。该晶体管208包括NPN型晶体管，该NPN型晶体管包括集电极210、发射极212和基
极214。当施加至基极214的电荷与施加至发射极212的电荷相比正的更多时，晶体管208被
开启且允许电能从集电极210和基极214的每个流至发射极212。ELS200进一步包括电阻器
216和218，每个电阻器配置成额定电流为2瓦特的100Ω的电阻器，其当晶体管208开启时，
用来调节对集电极210供应电能的速率。晶体管208可包括所谓的2N2222晶体管(其为商业
上可得的适合于在开关应用中使用的NPN双极结型晶体管)。
超级电容器206连接在发射极212与地面连接部202之间。因此，当晶体管208开启
时，电能通过晶体管208流至超级电容器206。依赖于超级电容器206的充电状态，超级电容
器206可以接收并储存从晶体管208提供的电能。由于电阻器216和218与集电极210串联地
设置，所以通过晶体管208对超级电容器206提供能量的速率根据电阻器216和218的阻抗之
和来决定。超级电容器206包括5.5V下2.2F的电能存储容量。如图所示，ELS200被配置成通
过晶体管208来供应约0到约133毫安之间的电流。
ELS200进一步包括发光二极管(LED)220和222，每个发光二极管的额定电流值为
18毫安。在该实施例中，LED220和222被认为是高亮度白光LED。如图所示，通过晶体管224实
现电能在被提供至LED220和222与不被提供至LED220、222之间的切换。该晶体管224包括
PNP型晶体管，该PNP型晶体管包括集电极226、发射极228和基极230。当施加至发射极228的
电荷与施加至基极230的电荷相比正的更多时，晶体管224被开启且允许电能从集电极226
流至发射极228。晶体管224可包括所谓的2N2907晶体管(为商业上可得的适合于在开关应
用中使用的PNP双极结型晶体管)。
ELS200进一步包括被配置成控制ELS200的行为的多位置开关232。开关232包括公
共节点234、自动节点236、接通节点238和断开节点240。最一般地，当开关232被配置成电连
接公共节点234和断开节点240时，LED220、222未被提供电力，这无关于是否对ELS200供应
外部电力的状态且无关于超级电容器206是否充分充电来对LED220、222供电。在直升机100
保持黑暗是更令人满意的夜间操作期间可利用ELS200的操作，诸如但不限于，其中直升机
100的乘客利用夜视镜的情形。当开关232被配置成电连接公共节点234和接通节点238时，
由供应至ELS200的外部电力和超级电容器206中的至少一个对LED220、222提供电力。当开
关被配置成电连接公共节点234和自动节点236时，在对ELS200供应外部电力时未对
LED220、222提供电力，但当未对ELS200供应外部电力时由超级电容器206对LED220、222供
应电力。ELS200可进一步包括相对于LED220、222配置和/或设置以暴露于由LED220、222发
出的光子或光能的指示牌或面板242。
现在参考图3A至3B，示意地示出了ELS200的示例性渐进操作。图3A示出了ELS200
的操作，其中开关232设置为将接通节点238连接至公共节点234。虽然对ELS200供应外部电
力，但是来自其它照明系统的环境光和来自LED220、222的光均投射至指示牌或面板242上。
因此，光从面板242上反射并且面板242是可见的。图3B示出了ELS200的操作，其中开关232
继续将接通节点238连接至公共节点234，但未向ELS200供应外部电力。在没有其它主要照
明系统提供环境光时，投射到指示牌或面板242上的大部分光是从现在由超级电容器供电
的LED220、222发出的光。因此，从指示牌或面板242反射的光主要是由LED220、222的操作产
生。图3C示出了当未对ELS200提供外部电力并且ELS200的超级电容器将所存储的能量消耗
至无法对LED220、222供电的程度时该ELS200的操作状态。因为未向LED220、222供电并且没
有其它主要照明系统正在操作，所以很少有光或没有光投射至指示牌或面板242上，并且指
示牌或面板242没有明显反射光并且因此是不可见的或勉强可见。
现在参考图4，示出了操作ELS200的方法400的流程图。方法400可以开始于方框
402，其中向ELS200供应外部飞行器电力，诸如但不限于，来自机载电力系统116或地面电力
单元118的电力。方法400可以在方框404处继续，其中电容器，诸如但不限于超级电容器
206，由从外部飞行器电力供应的电力充电。方法400可以在方框406处继续，其中诸如但不
限于，归因于关于机载电力系统116的故障和/或归因于地面电力单元118的断开和/或故障
而临时缺乏外部电力，移除外部飞行器电力。方法400可以在方框408处继续，其中根据开关
232被设置为将公共节点234连接至接通节点238或自动节点236，电力由超级电容器206提
供至ELS200的LED。方法400可以在方框410处继续，其中由超级电容器206供电的LED发出光
并且光投射到指示牌或面板242上，由此使得尽管缺乏外部电力，指示牌或面板242仍然可
见。
现在参考图5A至5B，示意地示出了ELS500的示例性渐进操作。ELS500实质上与
ELS200类似，但是进一步包括光致发光指示牌或面板244而不是诸如指示牌或面板242这样
的非光致发光指示牌或面板。图5A示出了ELS500的操作，其中开关232设置为将接通节点
238连接至公共节点234并且其中光致发光指示牌或面板244处于其中面板244不会辐射光
子或光能的初始未充电状态。尽管向ELS500供应外部电力，但是来自其它照明系统的环境
光和来自LED220、222的光均投射到光致发光指示牌或面板244上。因此，光从面板244反射
并且面板244是可见的。图5B示出了ELS500的操作，其中开关232继续将接通节点238连接至
公共节点234，但未向ELS500供应外部电力。在没有其它主要照明系统提供环境光时，投射
到指示牌或面板244上的大部分光是从现在由超级电容器供电的LED220、222发出的光。因
此，从指示牌或面板244反射的光主要是由LED220、222的操作产生。然而，不同于ELS200的
操作，由于光致发光面板244在图5A的先前操作状态中已经接收到并且存储了光能，除从面
板244反射的光之外，面板244根据面板244放电发出和/或辐射光子、光和/或光能。图5C示
出了当未对ELS500提供外部电力并且ELS500的超级电容器将所存储的能量消耗至无法对
LED220、222供电的程度时该ELS500的操作状态。因为未向LED220、222供电且没有其它主要
照明系统正在操作，所以很少有光或没有光投射至指示牌或面板244上，且指示牌或面板
244没有明显反射光。然而，不同于ELS200的操作，面板244仍然能够继续发出和/或辐射光
子、光和/或光能，并且因此在面板244的放电期间保持可见。
现在参考图6，示出了操作ELS500的方法600的流程图。方法600可以开始于方框
602，其中向ELS500提供外部飞行器电力，诸如但不限于，来自机载电力系统116或地面电力
单元118的电力。方法600可以在方框604处继续，其中电容器，诸如但不限于，超级电容器
206，由从外部飞行器电力供应的电力充电。方法600可以在方框606处继续，其中诸如但不
限于，归因于关于机载电力系统116的故障和/或归因于地面电力单元118的断开和/或故障
而临时缺乏外部电力，移除外部飞行器电力。方法600可以在方框608处继续，其中根据开关
232设置为将公共节点234连接至接通节点238或自动节点236，电力由超级电容器206提供
至ELS500的LED，且由超级电容器206供电的LED发出光和/或将光投射至光致发光指示牌或
面板244上，由此使得尽管缺乏外部电力，指示牌或面板244仍然可见的同时还对光致发光
指示牌或面板244充电。方法600可以在方框610处继续，其中LED的发光中断并且面板244继
续发出或辐射光、光子和/或光能。因此，面板244在面板244的放电期间保持可见。
现在参考图7，曲线图700显示了光致发光指示牌或面板(诸如面板244)根据主要
由超级电容器供电的LED点亮的可见性与此后主要由于面板244本身的光致发光而可见的
可见性之间的相互作用。曲线图700包括第一曲线702(其表示面板244的照明的测量强度随
着时间的变化，在此期间，面板244的照明主要根据超级电容器供电的LED的操作而可见)。
曲线图700进一步包括第二曲线704(其表示由于面板244的光致发光放电而从面板244放电
的光的强度,其表明在LED的操作期间，周期持续约25分钟，面板244的光致发光充电通常在
约前15分钟增加)。在约15分钟之后，由超级电容器供电的LED的强度不足以进一步对面板
244充电且面板244开始放电。在操作约20分钟之后，面板244的照明开始明显更归功于面板
244的光致发光放电，且最终照明完全归功于面板244的放电。在此实施例中，即使LED中断
对面板244的照明的起作用，面板244在操作30分钟之后仍然保持视觉上可识别。
现在参考图8A至图88B，示意地示出了ELS800的示例性渐进操作。ELS800实质上与
ELS500相似，但进一步包括边缘光扩散器246。边缘光扩散器246相对于LED220、222以及光
致发光面板244的每一个来设置，使得虽然面板244不是主要位于LED220、222的主要发射图
样中，但从LED220、222发出的光由扩散器246接收并重新引导向面板244。因此，附加上边缘
光扩散器246可以允许使用ELS800的替代的物理封装配置，其中面板244(或面板242)可以
由LED220、222照亮，尽管其位于LED220、222的典型辐射图样的外面。图8A示出了ELS800的
操作，其中开关232设置为将接通节点238连接至公共节点234，并且其中光致发光指示牌或
面板244处于其中面板244不会辐射光子或光能的初始未充电状态。尽管向ELS800供应外部
电力，但是来自其它照明系统的环境光和来自LED220、222的光均投射到光致发光指示牌或
面板244上。来自LED220、222的光通过边缘光扩散器246被引至面板244。因此，光从面板244
上反射并且面板244是可见的。图8B示出了ELS800的操作，其中开关232继续将接通节点238
连接至公共节点234，但未向ELS800供应外部电力。在没有其他主要照明系统提供环境光
时，投射到指示牌或面板244上的大部分光是从现在由超级电容器供电的LED220、222发出
并穿过扩散器246的光。因此，从指示牌或面板244反射的光主要由LED220、222的操作和扩
散器246提供的光学重定向产生。然而，不同于ELS200的操作，由于光致发光面板244在图8A
的先前操作状态中已经接收到并且存储了光能，除了从面板244反射的光之外，面板244根
据面板244放电发出和/或辐射光子、光和/或光能。图8C示出了当未对ELS800提供外部电力
并且ELS800的超级电容器将所存储的能量消耗至无法向LED220、222供电的程度时该
ELS800的操作状态。因为未向LED220、222供电并且没有其他主要照明系统正在操作，所以
很少有光或没有光投射到指示牌或面板244上，并且指示牌或面板244没有明显的反射光。
然而，不同于ELS200的操作，面板244仍然能够继续发出和/或辐射光子、光和/或光能，并因
此在面板244的放电期间保持可见。
现在参考图9，示出了操作ELS800的方法900的流程图。方法900可以开始于方框
902，其中向ELS800提供外部飞行器电力，诸如但不限于，来自机载电力系统116或地面电力
单元118的电力。方法900可以在方框904处继续，其中电容器，诸如但不限于超级电容器
206，由从外部飞行器电力供应的电力充电。方法900可以在方框906处继续，其中诸如但不
限于，归因于关于机载电力系统116的故障的紧急状况和/或归因于地面电力单元118的断
开和/或故障而临时缺乏外部电力，而移除外部飞行器电力。方法900可以在方框908处继
续，其中根据开关232被设置为将公共节点234连接至接通节点238或自动节点236，电力由
超级电容器206提供至边缘光扩散器，诸如边缘光扩散器246。方法900可以在方框910处继
续，其中光通过边缘光扩散器传输并从边缘光扩散器到达光致发光指示牌或面板上，诸如
面板244，从而使得尽管缺乏外部电力，指示牌或面板244可见的同时为光致发光指示牌或
面板244充电。方法900可以在方框912处继续，其中LED的发光中断并且面板244继续发出或
辐射光、光子和/或光能。因此，面板244在面板244的放电期间保持可见。
在替代的实施例中，可以改变ELS200、500、800的电子部件的值和/或额定值以提
供不同的超级电容器206的充电和放电速率和/或LED220、222不同的强度。此外，由于诸如
面板244的光致发光指示牌或面板的性能取决于光致发光材料的化学组成和利用的光致发
光材料的量，替代的实施例可以提供不同持续时间以及不同的光致发光放电强度的光致发
光放电。在一些实施例中，指示牌或面板可设置在飞行器的驾驶舱和/或客舱内。在一些实
施例中，ELS200、500、800可附加地和/或可替代地为飞行器的驾驶舱和/或客舱提供环境照
明。在一些实施例中，机载电力系统116和地面电力单元118中的至少一个可包括部分
ELS200、500、800。
以上公开的特定实施例仅是说明性的，在本文教导的帮助下，本领域技术人员可
以以不同但等价的方式修改和实践本申请。因此很明显，以上公开的特定实施例可以被改
变或修改，并且所有这些变型被认为落在本申请的范围和精神内。因此，本文寻求的保护范
围正如在说明书中所提出的。显而易见，已经描述和说明了的申请具有显著的优点。虽然本
申请以有限数量的形式示出，但其不仅仅限于这些形式，而适合进行各种改动和修改且不
偏离其精神。