JP2017016808A - 停電補償付き電源装置およびそれを用いた夜間照明システム - Google Patents

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Abstract

【課題】夜間に停電によって夜間回線の電力が遮断された場合にのみ、バッテリーからの電力で点灯することができる安価な停電補償付き電源装置を実現する。
【解決手段】常時電力を供給する第1の電源供給系と、所定の条件が成立している間、電力を供給する第2の電源供給系とからの電力の供給を受けて照明装置へ電力を供給する電源装置において、第1の電源供給系から電力の供給を受けて充電される充電方式のバッテリーと、第2の電源供給系からの電力またはバッテリーからの電力を選択して照明装置へ供給可能な電力切替え手段と、第1の電源供給系からの電力に基づいて停電発生を判定する停電検出手段を有する制御手段とを設け、停電検出手段が停電の発生を検出した場合に、第2の電源供給系からの電力に替えてバッテリーからの電力を照明装置へ供給するように電力切替え手段を制御するようにした。
【選択図】図1

Description

本発明は、夜間の停電時にはバッテリーからの電力を供給可能な停電補償付き電源装置およびそれを用いた夜間照明システムに関し、特に鉄道関連設備における夜間の非常電源および夜間照明に適用して有効な技術に関する。
鉄道路線の無人駅においては、夜間に点灯する照明装置が設けられている。しかしながら、従来の無人駅に設置されている照明装置は、商用電源からの電力の供給を受けて点灯するものであるため、落雷等の原因で商用電源が停電した場合には、列車車窓から漏れる光を利用した乗務員による列車停車時間延長や電力係員による仮設照明の確保で対応せざるを得なかった。しかし、停車時間延長は列車の遅延を招く一方、電力係員による仮設照明の確保は多くの人手を要するとともに対応までに時間がかかるという問題がある。そこで、夜間、通常は商用電源からの電力で点灯し、停電が発生した場合には自動的に非常電源に切り替えて点灯する停電補償付きの照明装置が望まれている。
なお、従来、商用電源の電力供給の有無を検出する電源検出部と周辺の明るさを検知する光センサとを備え、夜間に商用電源の電力供給が有るときは商用電源の電力により点灯させ、夜間に停電が発生したときバッテリーの電力で点灯させるようにしたLED照明装置に関する発明が提案されている(特許文献1)。
なお、バッテリー電源の電力による照明装置は長時間の点灯が困難であるため、停電が長時間にわたってもバッテリー電源で点灯できるようにしようとすると、バッテリーの大型化ひいては大幅なコストアップを招くおそれがある。
特開2013−175346号公報
しかしながら、鉄道設備においては、夜間の無人駅に対する電力供給が、周囲の照度を検出する照度センサからの検知信号に基づいてオン、オフする夜間回線によって行われることがある。そして、かかる夜間回線からの電力供給は、タイマ機能により夜間の営業終了から翌日の営業開始前までの時間帯で遮断される場合がある。そのため、夜間回線からの電力供給で夜間照明を点灯させるシステムにおいては、電力の供給を受ける側では、周囲が明るくなったのを検知したことで夜間回線の電力が遮断されたのか、タイマ機能で電力が遮断されたのか、商用電源の停電によって遮断されたのか判別することができない。そのため、夜間回線の電力が遮断されたのを検知してバッテリー電源に切り替えてしまうと、停電発生時でないにもかかわらずバッテリー駆動になることで、無駄にバッテリーの電力を消費してしまうという課題がある。
また、限られた容量のバッテリー電源の電力による照明装置の点灯は長時間の継続が困難であるため、光センサや人体を検知するセンサを設けて、停電が発生した場合には、周囲が暗い場合や近くに人がいる場合に照明灯を点灯させるようした照明装置も実用化されている。しかし、駅やホームのように広いエリアを明るくする必要がある停電補償付き照明装置にあっては、人体検知センサを設けるにしても、その数が多くなりコストアップを招くという課題がある。
本発明は、上記のような事情に鑑みなされたもので、その目的とするところは、夜間に停電によって夜間回線の電力が遮断された場合にのみ、バッテリーからの電力で点灯することができる安価な停電補償付き電源装置およびそれを用いた夜間照明システムを提供することにある。
上記目的を達成するため本発明は、
常時電力を供給する第1の電源供給系と、
所定の条件が成立している間、電力を供給する第2の電源供給系と、
から電力の供給を受けて照明装置へ電力を供給する電源装置であって、
前記第1の電源供給系から電力の供給を受けて充電されるバッテリーと、
前記第2の電源供給系からの電力または前記バッテリーからの電力を選択して前記照明装置へ供給可能な電力切替え手段と、
前記第1の電源供給系からの電力に基づいて停電の発生を検出する停電検出手段を有する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記停電検出手段が停電の発生を検出した場合に、前記第2の電源供給系からの電力に替えて前記バッテリーからの電力を前記照明装置へ供給するように前記電力切替え手段を制御するように構成した。
上記のような構成によれば、第2の電源供給系(夜間回線)からの電力の遮断が商用電源の停電によって発生したことを検出してバッテリーの電力を照明装置へ供給することができるため、停電発生時に照明装置を確実に点灯させることができるとともに、停電以外の原因で第2の電源供給系(夜間回線)からの電力が遮断された場合には照明装置を点灯させることがないので、無駄にバッテリーの電力を消費してしまうのを回避することができる。また、これにより、バッテリーの大型化に伴うコストアップを回避することができる。
ここで、望ましくは、前記制御手段は、周囲の照度を検出する照度検出手段を備え、前記停電検出手段が停電の発生を検出した場合に、周囲照度が所定値以下であることを前記照度検出手段が検出していることを条件にして前記第2の電源供給系からの電力に替えて前記バッテリーからの電力を前記照明装置へ供給するように前記電力切替え手段を制御ように構成する。
かかる構成によれば、周囲の照度を検出する照度検出手段を備えるため、周囲が明るい状態で商用電源の停電が発生した場合には、バッテリーからの電力で照明装置が点灯されるのを防止することができ、これにより無駄にバッテリーの電力を消費してしまうのを回避することができる。
また、望ましくは、前記電源装置は、時刻を計時する計時手段を有し周囲の照度が所定値以下であっても所定の時間帯には電力の供給を遮断する遮断装置を備え、
前記制御手段は、
時刻を計時する計時手段を備え、該計時手段の計時情報に基いて所定の時間帯であることを認知した場合には、前記バッテリーからの電力を前記照明装置へ供給を前記遮断装置により遮断するようにする。
これにより、深夜等の照明が不要な時間帯には第2の電源供給系(夜間回線)からの電力が遮断されるように構成されているシステムにおいて、そのような時間帯に商用電源の停電が発生したとしてもバッテリーからの電力で照明装置が点灯されるのを防止することができ、無駄にバッテリーの電力を消費してしまうのを回避することができる。
さらに、望ましくは、前記制御手段は、前記バッテリーの残量を監視するバッテリー容量監視手段を備え、前記バッテリーの残量が所定量以下になった場合には前記照明装置へ供給する電力を減少させるようにする。
これにより、停電時間が長くなった場合に、バッテリーで点灯される照明装置がバッテリー切れによって完全に消灯される状態が長く継続するのを回避することができる。
また、本出願の他の発明は、上記のように構成された停電補償付き電源装置と、該電源装置からの電力の供給を受けて点灯可能な複数個のランプを有する照明装置とを備えた夜間照明システムにおいて、
前記照明装置は、前記バッテリーからの電力によって照明を行う場合には、点灯するランプの数が、前記第2の電源供給系からの電力によって照明を行う場合よりも少なくなるようにした。
これにより、停電が発生した場合におけるバッテリーの消耗を抑制し、停電時間が長くなった場合に、バッテリーで点灯される照明装置がバッテリー切れによって完全に消灯される状態が長く継続するのを回避することができる。
本発明によれば、第1の電源供給系(以下、昼夜回線と呼ぶ)と第2の電源供給系(以下、夜間回線と呼ぶ)によって照明装置等の負荷設備へ電力を供給する鉄道路線のような設備において、夜間に停電によって夜間回線の電力が遮断された場合にのみ、バッテリーからの電力で点灯することができ、無駄なバッテリーの消耗を回避することができるという効果がある。
本発明を鉄道関連設備における停電補償付き電源装置およびそれを用いた夜間照明システムに適用した場合の一実施形態を示すブロック図である。 実施形態の電源装置を構成する制御手段による照明装置の点灯制御手順の一例を示すフローチャートである。 終日停電のない場合における夜間回線による電力の供給および照明装置の点灯期間を示すタイミングチャートと、非営業時間帯を除く夜間に停電が発生した場合における夜間回線による電力の供給および照明装置の点灯期間を示すタイミングチャートである。 夜間回線による電力の供給が開始される直前に停電が発生した場合における夜間回線による電力の供給および照明装置の点灯期間を示すタイミングチャートと、非営業時間帯に停電が発生した場合における夜間回線による電力の供給および照明装置の点灯期間を示すタイミングチャートである。 変形例における電源装置の制御手段による照明装置の点灯制御手順を示すフローチャートである。
以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明を、鉄道関連設備における停電補償付き電源装置およびそれを用いた夜間照明システムに適用した場合の一実施形態を示すもので、例えば無人駅に配備すると有効な電源装置およびシステムである。
鉄道設備においては、無人駅に対して、照明装置や自動券売機等を動作可能にするため、24時間継続して商用電源からの電力を供給する昼夜回線と呼ばれる常時通電電源と、夜間にのみ商用電源からの電力を供給する夜間回線と呼ばれる電源が設けられている。図1の実施形態のシステムは、このような設備に対応して構成されたもので、停電補償付き電源装置10(以下、単に電源装置と称する)と照明装置20とを備えている。
本実施形態における電源装置10には、昼夜回線31からの電力と夜間回線32からの電力が供給されるように構成されている。また、昼夜回線31と夜間回線32に対してそれぞれ避雷器SPD1,SPD2が設けられている。
電源装置10は、昼夜回線31からの100Vまたは200Vのような交流電圧を15Vのような直流電圧に変換するAC−DCコンバータ11と、充電可能な補助電源としてのバッテリー12と、照明装置20へ供給する電力として昼夜回線31で充電したバッテリー電力もしくは夜間回線32の電力に切り替えるための切替え用リレーRL1および照明装置20への電力の供給を遮断するためのオン、オフ用リレーRL2と、これらのリレーを制御する電源制御部14とを備える。
上記リレーRL1は夜間回線32に接続されている接点a側が常時導通状態であり、電源制御部14によりソレノイドに電流が流されると接点b側が導通状態となるように構成されている。
電源制御部14は、装置全体を制御するマイクロコンピュータ41と、AC−DCコンバータ11の出力電圧を監視して昼夜回線31からの常時通電電源が供給されているか遮断しているか検出する電源入力検出回路42と、AC−DCコンバータ11から出力される15Vのような直流電圧を降圧してマイクロコンピュータ41等の動作に必要な電圧を生成する内部電源回路43と、AC−DCコンバータ11から出力される直流電圧を用いてバッテリー12を充電する充電回路44を備える。電源入力検出回路42は停電検出手段として機能する。
また、電源制御部14は、充電回路44における充電電流を検出する充電電流検出回路45と、バッテリー12の電圧を検出するでんち充電電圧検出回路46とを備え、これらの検出回路の検出信号はマイクロコンピュータ41へ入力される。マイクロコンピュータ41は、バッテリー12の電圧が所定の電圧値以下になると充電回路44を動作させて一定の電流でバッテリー12を充電させる制御を開始するとともに、バッテリー12の電圧が所定の電圧に達すると充電を終了させる。
また、電源制御部14は、AC−DCコンバータ11から出力される直流電圧またはバッテリー12の電圧を昇圧して100Vのような直流電圧に変換する昇圧回路47と、昇圧回路47により昇圧された電圧を検出する出力電圧検出回路48とを備え、マイクロコンピュータ41はこの検出回路の検出信号に基づいて、昇圧回路47が一定の昇圧電圧を生成し出力するように制御する。
さらに、電源装置10は、周囲の照度(明るさ)を検出する照度センサ15と、ロータリースイッチなどからなり照明装置20の発光照度を設定するための出力切替え器16とを備えており、マイクロコンピュータ41は、照度センサ15からの検出信号に基づいて周囲の照度が所定値以下になったと判断した場合に、リレーRL2をオンさせて照明装置20へ電力を供給させ、周囲の照度が所定値以上になったと判断した場合にはリレーRL2をオフさせて照明装置20への電力の供給を遮断する制御を行う。
また、マイクロコンピュータ41は、出力切替え器16の設定状態に応じて昇圧回路47を制御し、出力を100%,70%,50%,30%のように切り替えることができるように構成されている。さらに、マイクロコンピュータ41は、タイマ機能を内蔵しており例えば夜間に停電が発生したと判断しても、非営業時間帯であれば、リレーRL2をオフさせて照明装置20への電力の供給を遮断する制御を行えるように構成されている。
本実施形態における照明装置20は、LEDランプ21と、入力が交流電圧であるのか直流電圧であるのかを検出して、交流電圧である場合には入力交流電圧を直流電圧に変換して出力する機能を有するAC・DC対応電源装置22とを備える。
次に、本実施形態における電源装置10および照明装置20の動作について、図2のフロ―チャート、図3〜図4のタイミングチャートおよび図5のフローチャートを用いて説明する。このうち図2は、マイクロコンピュータ41の制御手順を示すものである。なお、図2のフロ―チャートにおいては、出力切替え器16の設定に基づく照明装置20の発光照度の制御は省略してある。
マイクロコンピュータ41は、制御を開始すると、先ず電源入力検出回路42からの検出信号に基づいて昼夜回線31からの常時通電電源が供給されているか否か判断する(ステップS1)。ここで、昼夜回線31からの常時通電電源が供給されていない(No)と判断すると、ステップS2へ進んで、現在時刻が非営業時間帯(例えばAM1:00〜AM5:00)であるか否か判断する(ステップS3)。そして、非営業時間帯である(ステップS2:Yes)と判断すると、ステップS1へ戻る。
一方、ステップS2で、非営業時間帯でない(No)と判断すると、ステップS3へ進んで、照度センサ15からの検出信号に基づいて周囲の照度が所定値以下になったか否か判断する。そして、周囲の照度が所定値以下でない(No)と判断すると、ステップS2へ戻り、周囲の照度が所定値以下になった(Yes)と判断すると、ステップS4へ進んで、昇圧回路47の動作を開始させた後、リレーRL1を端子b側へ切り替えてバッテリー12からの電力を照明装置20へ供給させる(ステップS5)。
その後、ステップS6へ進んで、バッテリー12の電圧が所定の電圧値Vmin以下であるか否か判断する。そして、バッテリー12の電圧が所定の電圧値Vmin以下でない(ステップS6:No)と判断するとその状態を維持し、バッテリー電圧が所定の電圧値Vmin以下である(ステップS6:Yes)と判断するとステップS7へ進み、リレーRL2をオフ状態にするとともに、リレーRL1を端子a側(夜間回線からの電源を供給する状態)に切り替えてステップS1へ戻る。
また、上記ステップS1で、昼夜回線31からの常時通電電源が供給されている(Yes)と判断すると、ステップS8へ進んでリレーRL2をオン状態にしてからステップS9へ進み、充電回路44を動作させてバッテリー12の充電を開始させる。そして、次のステップS10で、バッテリー12の電圧が所定の電圧値Vmax以上になったか否か判断し、バッテリー12の電圧が所定の電圧値Vmax以上でない(No)と判断するとステップS9へ戻って充電を継続し、バッテリー電圧が所定の電圧値Vmax以上になった(ステップS10:Yes)と判断すると、ステップS11へ進み、充電回路44の動作を停止させてステップS1へ戻る。
上述したような手順に従った制御が行なわれると、終日停電のない日においては、図3(A)に示すように、夜間回線32がオフされている期間T2(例えば7:00〜17:00)においては、照明装置20へ電力が供給されないため消灯状態を維持する。そして、夜間回線32がオンされると、照度センサ15の出力が、周囲が暗くなっていることを示していることを条件に照明装置20が点灯される(タイミングt3)。その後、営業終了時刻であるAM1:00になると、夜間回線32がオフされ、照明装置20へ電力が供給されなくなるため照明装置20が消灯される(タイミングt1)。また、営業開始時刻であるAM5:00になると、夜間回線32からの電力の供給が再開されるため照明装置20が点灯される(タイミングt2)。つまり、図3(A)のタイミングチャートにおける期間T1は、夜間回線32の供給側でのタイマ制御による消灯期間となっている。
図3(B)には、夜間照明期間において停電が発生した場合の様子が示されている。図3(B)に符号t4で示すように、夜間回線32からの電力供給が開始された後に、例えば18:30(PM6:30)頃に停電が発生して夜間回線32から電力が供給されなくなったとする。すると、この場合、昼夜回線31からの電力供給も遮断される。そのため、電源装置10において、マイコン41がこれを検知してリレーRL1を切り替えることによって、バッテリー12から照明装置20へ電力が供給されるようになるので、照明装置20の点灯状態が継続されることとなる(期間T3)。
図4(A)には、夜間照明期間の直前において停電が発生した場合の様子が示されている。図4(A)に符号t5で示すように、例えば15:30(PM3:30)頃に停電が発生して夜間回線32からの電力供給タイミングt3になっても電力が供給されなかったとする。この場合、電源装置10において、マイクロコンピュータ41が昼夜回線31の電源に基づいて停電を検知し、照度センサ15が周囲が暗くなったのを検出したことを条件にリレーRL1を切り替えることで、バッテリー12から照明装置20へ電力が供給されるようになるため、照明装置20の点灯状態にされる(タイミングt6)。その後、タイミングt7で夜間回線32が復旧したとすると、リレーRL1が切り替えられて夜間回線32からの電力によって照明装置20の点灯状態が継続されることとなる。
図4(B)には、夜間の非営業期間T1において停電が発生した場合の様子が示されている。図4(B)に符号t8で示すように、夜間回線32から電力が供給されていない例えばAM2:00頃に停電が発生した場合には、電源装置10のマイクロコンピュータ41が停電を検知するが、自己のタイマを参照して非営業時間帯であることを認識するためリレーRL1を切り替えることをしない。そのため、図4(B)に破線Eで示すように、バッテリー12からの電力を照明装置20へ供給してLEDランプを点灯させてしまう誤動作を回避することができるようになっている。
(変形例)
上記実施形態の電源装置10は照明装置20へ供給する電力の制御を行なっていないが、バッテリー12の電圧を監視して、所定の電圧値以下すなわちバッテリーの残量が少なくなってきた場合に、照明装置20へ供給する電力を減らす制御を行うように電源装置10を構成しても良い。
具体的には、例えば図5に示すように、ステップS5の次に、バッテリー電圧が所定の電圧Va(Vmax>Va>Vmin)よりも低くなったか否か判定するステップS5aと、バッテリー電圧が所定の電圧Vaよりも低くなった場合に、昇圧回路47の出力電力を例えば70%から30%のように低下させるステップS5bを設けるようにする。
このような制御を行うことにより、バッテリー切れで照明装置20が完全に消灯する状態になっている時間を短くすることができる。バッテリー12の電圧を監視する代わりに、タイマでバッテリーからの給電が行なわれている時間を計時してバッテリー残量を推定し、照明装置20へ供給する電力を制御するようにしても良い。
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。例えば、前記実施形態においては、夜間回線32からの電力による照明装置20の点灯制御と夜間停電発生時のバッテリーからの電力による照明装置20の点灯制御とに差異を設けていないが、バッテリーからの電力により照明装置20を点灯させる場合には、発光輝度が夜間回線32からの電力による点灯の場合よりも低くなるように制御してもよい。また、バッテリーからの電力により照明装置20を点灯させる場合には、夜間回線32からの電力による点灯の場合よりも発光するLEDの数を少なくするように制御してもよい。
さらに、前記実施形態においては、照明装置20に対して電源装置10を1対1の関係で設けたものを示したが、1つの駅に設置される複数の照明装置20に対して1つの電源装置10を設けて点灯制御するように構成しても良い。そして、その場合、複数の照明装置のうちいずれかの照明装置を選択して点灯制御できるように電源装置を構成しても良い。
また、バッテリーからの電力により照明装置20を点灯させている場合には、バッテリーの残容量の情報を無線によって管理事務所等の制御装置や担当者が保有するタブレット端末等へ知らせるように構成しても良い。さらに、前記実施形態においては、照明装置20としてLED照明装置を使用したシステムについて説明したが、照明装置20はLED照明に限定されず、他の照明装置であっても良い。
さらに、バッテリーによる電源供給であることが不明の場合、バッテリーが切れて消灯状態が発生したことで初めてバッテリーからの電源供給であったことを知得することとなり、結局のところ従来通り消灯状態が発生するので、リレーRL1の接点状況(a接点、b接点)を本体へのランプ表示や制御装置、タブレット等へ知らせるように構成しても良い。これにより、バッテリーからの電源供給による点灯であることが知得可能となる。
また、上記実施形態では、本発明を無人駅の夜間照明システムに適用したものを説明したが、本発明は夜間照明システムに限定されるものでなく、非常電源を備えるシステムなどに広く利用することができる。
10 電源装置
12 バッテリー
14 電源制御部
15 照度センサ
16 出力切替え器
20 照明装置
21 LEDランプ
22 AC・DC対応電源装置
31 昼夜回線
32 夜間回線

Claims (5)

  1. 常時電力を供給する第1の電源供給系と、
    所定の条件が成立している間、電力を供給する第2の電源供給系と、
    から電力の供給を受けて照明装置へ電力を供給する電源装置であって、
    前記第1の電源供給系から電力の供給を受けて充電されるバッテリーと、
    前記第2の電源供給系からの電力または前記バッテリーからの電力を選択して前記照明装置へ供給可能な電力切替え手段と、
    前記第1の電源供給系からの電力に基づいて停電の発生を検出する停電検出手段を有する制御手段と、を備え、
    前記制御手段は、前記停電検出手段が停電の発生を検出した場合に、前記第2の電源供給系からの電力に替えて前記バッテリーからの電力を前記照明装置へ供給するように前記電力切替え手段を制御することを特徴とする停電補償付き電源装置。
  2. 前記制御手段は、周囲の照度を検出する照度検出手段を備え、前記停電検出手段が停電の発生を検出した場合に、周囲照度が所定値以下であることを前記照度検出手段が検出していることを条件にして前記第2の電源供給系からの電力に替えて前記バッテリーからの電力を前記照明装置へ供給するように前記電力切替え手段を制御することを特徴とする請求項1に記載の停電補償付き電源装置。
  3. 前記電源装置は、時刻を計時する計時手段を有し周囲の照度が所定値以下であっても所定の時間帯には電力の供給を遮断する遮断装置を備え、
    前記制御手段は、
    時刻を計時する計時手段を備え、該計時手段の計時情報に基いて所定の時間帯であることを認知した場合には、前記バッテリーからの電力を前記照明装置へ供給を前記遮断装置により遮断することを特徴とする請求項2に記載の停電補償付き電源装置。
  4. 前記制御手段は、前記バッテリーの残量を監視するバッテリー容量監視手段を備え、前記バッテリーの残量が所定量以下になった場合には前記照明装置へ供給する電力を減少させることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の停電補償付き電源装置。
  5. 請求項1〜4のいずれかに記載の停電補償付き電源装置と、該電源装置からの電力の供給を受けて点灯可能な複数個のランプを有する照明装置とを備えた夜間照明システムであって、
    前記照明装置は、前記バッテリーからの電力によって照明を行う場合には、点灯するランプの数が、前記第2の電源供給系からの電力によって照明を行う場合よりも少なくなるように構成されていることを特徴とする夜間照明システム。
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