JP3568448B2 - 電気自動車の電源システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の減速または制動時に車両の駆動系統からの回転力によって回生発電を行う電気自動車の電源システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両の動力源としてエンジンとモータ（電動機と発電機とを兼ねる回転電機）とを併有し、いずれか一方または双方の駆動力により走行するようにしたハイブリッド車両が知られている。
【０００３】
このようなハイブリッド車両では、車両の減速または制動時に車両の駆動系統からの回転力によってモータを発電機として作動させる回生運転を行い、車両の減速エネルギを蓄電装置の充電に利用するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば車両が長い下り坂を走行するような運転条件において、回生運転が続けられて蓄電装置が満充電状態になると、回生発電が停止されるため、モータが回生発電によって制動力を付与しなくなり、他の制動装置としてホイールブレーキ等の負担が増えるという問題点があった。
【０００５】
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、回生発電電力の配分を最適に制御する電気自動車の電源システムを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、蓄電装置からの電力によって車両の駆動系統に駆動力を伝達するとともに車両の減速または制動時に車両の駆動系統からの回転力によって回生発電を行う回転電機を備える電気自動車の電源システムに適用する。
【０００７】
回転電機の回生発電電力を吸収可能とする電力吸収装置と、回転電機の回生発電電力を電力吸収装置に供給する回路を断続する切換スイッチと、蓄電装置の満充電状態時に切換スイッチを介して回生発電電力を電力吸収装置に供給する電力吸収制御手段とを備え、電力吸収装置は回生発電電流が流れる回路に抵抗器とコンデンサとを並列に介装し、コンデンサに供給される電流を制限する電流制限手段を備え、電流制限手段を半導体スイッチング素子で構成した。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、電流制限手段を可変抵抗器で構成した。
【００１１】
第５の発明は、第２から第４のいずれか一つの発明において、コンデンサの極性を切換える極性切換スイッチを備え、極性切換スイッチを周期的に切換え作動させる構成とした。
【００１２】
【発明の作用および効果】
第１の発明において、例えば車両が長い下り坂を走行するような運転条件において、回生運転が続けられて蓄電装置が満充電状態になったら、回生発電電力が電力吸収装置にて消費される。これにより、満充電状態でも回生運転を継続して制動力を付与するので、他の制動装置としてホイールブレーキ等の負担が増えることを回避できる。
【００１３】
そして、電力吸収装置は回生発電電力を抵抗器を介して熱エネルギに変換するとともに、コンデンサを介して一時的に蓄える。
【００１４】
電流制限手段は、コンデンサに供給される電流を制限してコンデンサが瞬間的に充電されるのを抑える。これにより、例えばインバータにおける急激な電流の変化が抑えられ、安定した作動が維持される。
【００１５】
そして、電流制限手段は半導体スイッチング素子の作動によって電流を制限するため、発熱が少なく大容量に適用することが可能となる。
【００１６】
第２の発明において、電流制限手段は可変抵抗器を介してコンデンサに供給される電流を制限する。
【００１７】
第３の発明において、コンデンサに蓄えられる電流の流れ方向が周期的に逆転することにより、コンデンサの端子間電圧が繰り返し上昇し、電流が流れ続ける。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をシリーズ式ハイブリッド車に搭載される電源システムに適用した実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１に示すように、エンジン１は発電機２を駆動し、発電機２で発電される電力が整流器３を介して主蓄電装置４に供給されるとともに、インバータ５を介して走行用モータ６に供給される。図示しない車両の駆動系統は走行用モータ６によって駆動される。図において、８は補助蓄電装置、７は補助蓄電装置８を充電するＤＣ−ＤＣコンバータ、９は補機である。
【００２０】
主蓄電装置４は化学電池または多数のコンデンサによって構成され、所定の電力を蓄えられる。
【００２１】
インバータ５は主蓄電装置４の直流電力を交流電力に変換して走行用モータ６に供給するとともに、走行用モータ６の交流発電電力を直流電力に変換して主蓄電装置４に充電する。
【００２２】
コントローラ２０はマイクロコンピュータとその周辺部品を備え、車両の運転条件に応じてエンジン１の運転を制御し、整流器３を介して発電力を制御するとともに、インバータ５を介して走行用モータ６の回転数や出力トルクまたは回生発電電力等を制御する。
【００２３】
以上は本発明が適用可能なハイブリッド車両の基本的な構成例を示したものであり、本発明はこうしたハイブリッド車両の回生発電電力配分を最適制御することを目的とする。
【００２４】
本発明は、主蓄電装置４と並列に電力吸収装置１１を備え、走行用モータ６の回生発電電力を電力吸収装置１１に供給する回路を断続する切換スイッチ１３を備える。切換スイッチ１３は回生発電電力を主蓄電装置４に供給するＯＦＦポジションと、回生発電電力を電力吸収装置１１に供給するＯＮポジションとを有する。
【００２５】
図２に示すように、電力吸収装置１１は可変抵抗器１５を主体として構成される。可変抵抗器１５は回生発電電力を熱エネルギに変換し、コントローラ２０からの制御信号に基づきその抵抗値が変化し、抵抗値すなわち吸収する電力が大きくなる程消費する電力が大きくなる。
【００２６】
電力吸収装置１１は、可変抵抗器１５と並列にコンデンサ１６が介装される。コンデンサ１６は所定の回生発電電力を一時的に蓄える働きをし、要求される蓄電力に応じて複数のコンデンサを直並列に組み合わせて構成する。
【００２７】
電力吸収装置１１は、コンデンサ１６に供給される電流を制限する電流制限手段としてスイッチングコンバータ１７がコンデンサ１６と直列に介装される。スイッチングコンバータ１７は半導体スイッチング素子によって構成され、コントローラ２０からの制御信号に基づきコンデンサ１６に供給される電流を調節し、コンデンサ１６が瞬間的に充電されるのを抑える。
【００２８】
コントローラ２０は主蓄電装置４の充電可能電力が所定値以下となる満充電状態を判定し、満充電状態時に切換スイッチ１３を介して回生発電電力を電力吸収装置１１に供給する制御を行う。
【００２９】
図３のフローチャートは上記制御ルーチンを示しており、これに表される処理はコントローラ２０によるハイブリッド車両の総合的な制御の一部を構成するものとして割り込み処理等により周期的に実行される。
【００３０】
これについて説明すると、まず、運転状態検出信号を入力した後、車両が減速状態にあるか否かを判定する（ステップ１、２）。減速状態は、例えば図示しない車速センサとアクセルペダルセンサからの信号に基づき、車速がある程度以上あってアクセルペダルが踏み込まれていないことから判定する。減速状態でないときは回生発電を行わないので、以下の処理を迂回してステップ９に進んで切換スイッチ１３をＯＦＦとして電力吸収装置１１を遮断する。
【００３１】
減速状態と判定したときは、主蓄電装置４のバッテリＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）の検出値に基づいて充電可能電力ＷＨを求めるとともに、走行用モータ６の回生発電電力ＷＥを求める。
【００３２】
続いてステップ５に進んで充電可能電力ＷＨと回生発電電力ＷＥを比較する。このときＷＨ＞ＷＥでは主蓄電装置４には十分に充電する余裕があるので、ステップ９に進んで切換スイッチ１３をＯＦＦとして電力吸収装置１１を遮断する。他方、ＷＨ≦ＷＥのときには、切換スイッチ１３をＯＮとして主蓄電装置４を遮断させ、回生発電電力ＷＥに応じてスイッチングコンバータ１７および可変抵抗器１５を制御する（ステップ６〜８）。なお、ステップ５，６で行われる処理が本発明の電力吸収制御手段に相当する。
【００３３】
以上のように構成され、例えば車両が長い下り坂を走行するような運転条件において、回生運転が続けられて主蓄電装置４が満充電状態になったら、回生発電電力が電力吸収装置１１にて消費される。これにより、走行用モータ６が回生発電を継続して制動力を付与するので、他の制動装置としてホイールブレーキ等の負担が増えることを回避できる。
【００３４】
電力吸収装置１１は回生発電電力を可変抵抗器１５を介して熱エネルギに変換するとともに、コンデンサ１６を介して一時的に蓄える。コンデンサ１６に蓄えられた電力は可変抵抗器１５を介して消費されるが、補機９等の駆動に消費されるように構成してもよい。
【００３５】
スイッチングコンバータ１７は、コンデンサ１６に供給される電流を制限してコンデンサ１６が瞬間的に充電されるのを抑える。これにより、インバータ５における急激な電流の変化が抑えられ、インバータ５の安定した作動が維持される。スイッチングコンバータ１７は半導体スイッチング素子の作動によって電流を制限するため、発熱が少なく大容量に適用することが可能となる。
【００３６】
次に図４に示す他の実施の形態は、走行用モータ６に対して主蓄電装置４を常に接続し、電力吸収装置１１を切換スイッチ２３を介して選択的に接続する構成としてもよい。切換スイッチ２３は電力吸収装置１１を遮断するＯＦＦポジションと、回生発電電力を電力吸収装置１１にも供給するＯＮポジションとを有する。
【００３７】
次に図５に示す他の実施の形態は、コンデンサ１６に供給される電流を制限する電流制限手段として可変抵抗器２５がコンデンサ１６と直列に介装される。可変抵抗器２５はコントローラからの制御信号に基づきその抵抗値が変化し、コンデンサ１６が瞬間的に充電されるのを抑える。
【００３８】
次に図６に示す他の実施の形態は、コンデンサ１６に供給される電流を制限する電流制限手段として抵抗値の異なる複数の抵抗器２６がコンデンサ１６と直列に介装され、各抵抗器２６の一つを選択的に接続するスイッチ２７を備える。スイッチ２７はコントローラからの制御信号に基づき切換え作動し、コンデンサ１６が瞬間的に充電されるのを抑える。
【００３９】
次に図７に示す他の実施の形態は、電力吸収装置１１のコンデンサ１６の極性を切換える一対の極性切換スイッチ３１，３２を備える。極性切換スイッチ３１，３２はコントローラからの制御信号に基づき周期的に切換え作動する。
【００４０】
この場合、コンデンサ１６に蓄えられる電流の流れ方向は周期的に逆転することにより、図８に示すように、コンデンサ１６の端子間電圧は−Ｖ１から＋Ｖ１へと繰り返し上昇し、電流が流れ続ける。
【００４１】
以上、シリーズ式ハイブリッド電気自動車の場合で説明したが、本発明はパラレル式ハイブリッド電気自動車や発電機を搭載しない電気自動車、燃料電池を電源とする電気自動車をはじめとする他の電気自動車の電源システムに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す電気自動車の電源システムの構成図。
【図２】同じく電力吸収装置の回路図。
【図３】同じく制御内容を示すフローチャート。
【図４】他の実施の形態を示す切換スイッチの回路図。
【図５】さらに他の実施の形態を示す電力吸収装置の回路図。
【図６】さらに他の実施の形態を示す電力吸収装置の回路図。
【図７】さらに他の実施の形態を示す電力吸収装置の回路図。
【図８】同じくコンデンサの充放電特性図。
【符号の説明】
１ エンジン
２ 発電機
３ 整流器
４ 主蓄電装置
５ インバータ
６ 走行用モータ
１１ 電力吸収装置
１３ 切換スイッチ
１５ 可変抵抗器
１６ コンデンサ
１７ スイッチングコンバータ
２０ コントローラ
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の減速または制動時に車両の駆動系統からの回転力によって回生発電を行う電気自動車の電源システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両の動力源としてエンジンとモータ（電動機と発電機とを兼ねる回転電機）とを併有し、いずれか一方または双方の駆動力により走行するようにしたハイブリッド車両が知られている。
【０００３】
このようなハイブリッド車両では、車両の減速または制動時に車両の駆動系統からの回転力によってモータを発電機として作動させる回生運転を行い、車両の減速エネルギを蓄電装置の充電に利用するようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、例えば車両が長い下り坂を走行するような運転条件において、回生運転が続けられて蓄電装置が満充電状態になると、回生発電が停止されるため、モータが回生発電によって制動力を付与しなくなり、他の制動装置としてホイールブレーキ等の負担が増えるという問題点があった。
【０００５】
本発明は上記の問題点を鑑みてなされたものであり、回生発電電力の配分を最適に制御する電気自動車の電源システムを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、蓄電装置からの電力によって車両の駆動系統に駆動力を伝達するとともに車両の減速または制動時に車両の駆動系統からの回転力によって回生発電を行う回転電機を備える電気自動車の電源システムに適用する。
【０００７】
回転電機の回生発電電力を吸収可能とする電力吸収装置と、回転電機の回生発電電力を電力吸収装置に供給する回路を断続する切換スイッチと、蓄電装置の満充電状態時に切換スイッチを介して回生発電電力を電力吸収装置に供給する電力吸収制御手段とを備え、電力吸収装置は回生発電電流が流れる回路に抵抗器とコンデンサとを並列に介装し、コンデンサに供給される電流を制限する電流制限手段を備え、電流制限手段を半導体スイッチング素子で構成した。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、電流制限手段を可変抵抗器で構成した。
【００１１】
第５の発明は、第２から第４のいずれか一つの発明において、コンデンサの極性を切換える極性切換スイッチを備え、極性切換スイッチを周期的に切換え作動させる構成とした。
【００１２】
【発明の作用および効果】
第１の発明において、例えば車両が長い下り坂を走行するような運転条件において、回生運転が続けられて蓄電装置が満充電状態になったら、回生発電電力が電力吸収装置にて消費される。これにより、満充電状態でも回生運転を継続して制動力を付与するので、他の制動装置としてホイールブレーキ等の負担が増えることを回避できる。
【００１３】
そして、電力吸収装置は回生発電電力を抵抗器を介して熱エネルギに変換するとともに、コンデンサを介して一時的に蓄える。
【００１４】
電流制限手段は、コンデンサに供給される電流を制限してコンデンサが瞬間的に充電されるのを抑える。これにより、例えばインバータにおける急激な電流の変化が抑えられ、安定した作動が維持される。
【００１５】
そして、電流制限手段は半導体スイッチング素子の作動によって電流を制限するため、発熱が少なく大容量に適用することが可能となる。
【００１６】
第２の発明において、電流制限手段は可変抵抗器を介してコンデンサに供給される電流を制限する。
【００１７】
第３の発明において、コンデンサに蓄えられる電流の流れ方向が周期的に逆転することにより、コンデンサの端子間電圧が繰り返し上昇し、電流が流れ続ける。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をシリーズ式ハイブリッド車に搭載される電源システムに適用した実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１に示すように、エンジン１は発電機２を駆動し、発電機２で発電される電力が整流器３を介して主蓄電装置４に供給されるとともに、インバータ５を介して走行用モータ６に供給される。図示しない車両の駆動系統は走行用モータ６によって駆動される。図において、８は補助蓄電装置、７は補助蓄電装置８を充電するＤＣ−ＤＣコンバータ、９は補機である。
【００２０】
主蓄電装置４は化学電池または多数のコンデンサによって構成され、所定の電力を蓄えられる。
【００２１】
インバータ５は主蓄電装置４の直流電力を交流電力に変換して走行用モータ６に供給するとともに、走行用モータ６の交流発電電力を直流電力に変換して主蓄電装置４に充電する。
【００２２】
コントローラ２０はマイクロコンピュータとその周辺部品を備え、車両の運転条件に応じてエンジン１の運転を制御し、整流器３を介して発電力を制御するとともに、インバータ５を介して走行用モータ６の回転数や出力トルクまたは回生発電電力等を制御する。
【００２３】
以上は本発明が適用可能なハイブリッド車両の基本的な構成例を示したものであり、本発明はこうしたハイブリッド車両の回生発電電力配分を最適制御することを目的とする。
【００２４】
本発明は、主蓄電装置４と並列に電力吸収装置１１を備え、走行用モータ６の回生発電電力を電力吸収装置１１に供給する回路を断続する切換スイッチ１３を備える。切換スイッチ１３は回生発電電力を主蓄電装置４に供給するＯＦＦポジションと、回生発電電力を電力吸収装置１１に供給するＯＮポジションとを有する。
【００２５】
図２に示すように、電力吸収装置１１は可変抵抗器１５を主体として構成される。可変抵抗器１５は回生発電電力を熱エネルギに変換し、コントローラ２０からの制御信号に基づきその抵抗値が変化し、抵抗値すなわち吸収する電力が大きくなる程消費する電力が大きくなる。
【００２６】
電力吸収装置１１は、可変抵抗器１５と並列にコンデンサ１６が介装される。コンデンサ１６は所定の回生発電電力を一時的に蓄える働きをし、要求される蓄電力に応じて複数のコンデンサを直並列に組み合わせて構成する。
【００２７】
電力吸収装置１１は、コンデンサ１６に供給される電流を制限する電流制限手段としてスイッチングコンバータ１７がコンデンサ１６と直列に介装される。スイッチングコンバータ１７は半導体スイッチング素子によって構成され、コントローラ２０からの制御信号に基づきコンデンサ１６に供給される電流を調節し、コンデンサ１６が瞬間的に充電されるのを抑える。
【００２８】
コントローラ２０は主蓄電装置４の充電可能電力が所定値以下となる満充電状態を判定し、満充電状態時に切換スイッチ１３を介して回生発電電力を電力吸収装置１１に供給する制御を行う。
【００２９】
図３のフローチャートは上記制御ルーチンを示しており、これに表される処理はコントローラ２０によるハイブリッド車両の総合的な制御の一部を構成するものとして割り込み処理等により周期的に実行される。
【００３０】
これについて説明すると、まず、運転状態検出信号を入力した後、車両が減速状態にあるか否かを判定する（ステップ１、２）。減速状態は、例えば図示しない車速センサとアクセルペダルセンサからの信号に基づき、車速がある程度以上あってアクセルペダルが踏み込まれていないことから判定する。減速状態でないときは回生発電を行わないので、以下の処理を迂回してステップ９に進んで切換スイッチ１３をＯＦＦとして電力吸収装置１１を遮断する。
【００３１】
減速状態と判定したときは、主蓄電装置４のバッテリＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）の検出値に基づいて充電可能電力ＷＨを求めるとともに、走行用モータ６の回生発電電力ＷＥを求める。
【００３２】
続いてステップ５に進んで充電可能電力ＷＨと回生発電電力ＷＥを比較する。このときＷＨ＞ＷＥでは主蓄電装置４には十分に充電する余裕があるので、ステップ９に進んで切換スイッチ１３をＯＦＦとして電力吸収装置１１を遮断する。他方、ＷＨ≦ＷＥのときには、切換スイッチ１３をＯＮとして主蓄電装置４を遮断させ、回生発電電力ＷＥに応じてスイッチングコンバータ１７および可変抵抗器１５を制御する（ステップ６〜８）。なお、ステップ５，６で行われる処理が本発明の電力吸収制御手段に相当する。
【００３３】
以上のように構成され、例えば車両が長い下り坂を走行するような運転条件において、回生運転が続けられて主蓄電装置４が満充電状態になったら、回生発電電力が電力吸収装置１１にて消費される。これにより、走行用モータ６が回生発電を継続して制動力を付与するので、他の制動装置としてホイールブレーキ等の負担が増えることを回避できる。
【００３４】
電力吸収装置１１は回生発電電力を可変抵抗器１５を介して熱エネルギに変換するとともに、コンデンサ１６を介して一時的に蓄える。コンデンサ１６に蓄えられた電力は可変抵抗器１５を介して消費されるが、補機９等の駆動に消費されるように構成してもよい。
【００３５】
スイッチングコンバータ１７は、コンデンサ１６に供給される電流を制限してコンデンサ１６が瞬間的に充電されるのを抑える。これにより、インバータ５における急激な電流の変化が抑えられ、インバータ５の安定した作動が維持される。スイッチングコンバータ１７は半導体スイッチング素子の作動によって電流を制限するため、発熱が少なく大容量に適用することが可能となる。
【００３６】
次に図４に示す他の実施の形態は、走行用モータ６に対して主蓄電装置４を常に接続し、電力吸収装置１１を切換スイッチ２３を介して選択的に接続する構成としてもよい。切換スイッチ２３は電力吸収装置１１を遮断するＯＦＦポジションと、回生発電電力を電力吸収装置１１にも供給するＯＮポジションとを有する。
【００３７】
次に図５に示す他の実施の形態は、コンデンサ１６に供給される電流を制限する電流制限手段として可変抵抗器２５がコンデンサ１６と直列に介装される。可変抵抗器２５はコントローラからの制御信号に基づきその抵抗値が変化し、コンデンサ１６が瞬間的に充電されるのを抑える。
【００３８】
次に図６に示す他の実施の形態は、コンデンサ１６に供給される電流を制限する電流制限手段として抵抗値の異なる複数の抵抗器２６がコンデンサ１６と直列に介装され、各抵抗器２６の一つを選択的に接続するスイッチ２７を備える。スイッチ２７はコントローラからの制御信号に基づき切換え作動し、コンデンサ１６が瞬間的に充電されるのを抑える。
【００３９】
次に図７に示す他の実施の形態は、電力吸収装置１１のコンデンサ１６の極性を切換える一対の極性切換スイッチ３１，３２を備える。極性切換スイッチ３１，３２はコントローラからの制御信号に基づき周期的に切換え作動する。
【００４０】
この場合、コンデンサ１６に蓄えられる電流の流れ方向は周期的に逆転することにより、図８に示すように、コンデンサ１６の端子間電圧は−Ｖ１から＋Ｖ１へと繰り返し上昇し、電流が流れ続ける。
【００４１】
以上、シリーズ式ハイブリッド電気自動車の場合で説明したが、本発明はパラレル式ハイブリッド電気自動車や発電機を搭載しない電気自動車、燃料電池を電源とする電気自動車をはじめとする他の電気自動車の電源システムに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す電気自動車の電源システムの構成図。
【図２】同じく電力吸収装置の回路図。
【図３】同じく制御内容を示すフローチャート。
【図４】他の実施の形態を示す切換スイッチの回路図。
【図５】さらに他の実施の形態を示す電力吸収装置の回路図。
【図６】さらに他の実施の形態を示す電力吸収装置の回路図。
【図７】さらに他の実施の形態を示す電力吸収装置の回路図。
【図８】同じくコンデンサの充放電特性図。
【符号の説明】
１ エンジン
２ 発電機
３ 整流器
４ 主蓄電装置
５ インバータ
６ 走行用モータ
１１ 電力吸収装置
１３ 切換スイッチ
１５ 可変抵抗器
１６ コンデンサ
１７ スイッチングコンバータ
２０ コントローラ
Claims (3)
- 蓄電装置からの電力によって車両の駆動系統に駆動力を伝達するとともに車両の減速または制動時に車両の駆動系統からの回転力によって回生発電を行う回転電機を備える電気自動車の電源システムにおいて、前記回転電機の回生発電電力を吸収可能とする電力吸収装置と、前記回転電機の回生発電電力を前記電力吸収装置に供給する回路を断続する切換スイッチと、前記蓄電装置の満充電状態時に前記切換スイッチを介して回生発電電力を前記電力吸収装置に供給する電力吸収制御手段とを備え、前記電力吸収装置は回生発電電流が流れる回路に抵抗器とコンデンサとを並列に介装し、前記コンデンサに供給される電流を制限する電流制限手段を備え、前記電流制限手段を半導体スイッチング素子で構成したことを特徴とする電気自動車の電源システム。
- 前記電流制限手段を可変抵抗器で構成したことを特徴とする請求項１に記載の電気自動車の電源システム。
- 前記コンデンサの極性を切換える極性切換スイッチを備え、前記極性切換スイッチを周期的に切換え作動させる構成としたことを特徴とする請求項１または２に記載の電気自動車の電源システム。
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