JP7253855B1 - コンピュータプログラム、電源装置及び電源装置の制御方法 - Google Patents

コンピュータプログラム、電源装置及び電源装置の制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ブリーダ抵抗を設けることなく、電源オフ後の出力端子の電圧を制御できるコンピュータプログラム、電源装置及び電源装置の制御方法を提供する。【解決手段】コンピュータプログラムは、コンピュータに、負荷に電力を供給する電源装置の停止指令を取得し、取得した停止指令に基づいて、所定動作モードで負荷に蓄積された電力を回生し、負荷に蓄積された電力を回生した場合、電源装置の動作を停止する、処理を実行させる。【選択図】図1

Description

本発明は、コンピュータプログラム、電源装置及び電源装置の制御方法に関する。
電源装置において、電源オフ後に負荷の容量成分などに蓄積された電荷が残留し、電源装置の出力端子の電圧が低下せず、機能的又は安全性の観点から問題となる。そこで、電源装置の出力端子間に抵抗で構成されるブリーダ回路を設けて、電源オフ後の出力端子の電圧を低下させる電源装置が用いられている。
特許文献1には、出力端子間にブリーダ抵抗を接続した直流安定化電源回路が開示されている。
特開2003-233426号公報
しかし、抵抗で構成されるブリーダ回路では、抵抗を流れる電流値が出力端子の電圧と抵抗値で決まってしまうため、出力端子の電圧を所定の電圧(例えば、0V)に下げるまでの時間を制御できない。また、負荷がバッテリや大容量コンデンサの場合、電源オフ後も抵抗に電流が流れ続ける事態となる。さらに、抵抗には常時電流が流れるため、電源装置の動作時のみならず電源オフ後も抵抗で消費される電力が無駄となる。
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、ブリーダ抵抗を設けることなく、電源オフ後の出力端子の電圧を制御できるコンピュータプログラム、電源装置及び電源装置の制御方法を提供することを目的とする。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、コンピュータプログラムは、コンピュータに、負荷に電力を供給する電源装置の停止指令を取得し、取得した停止指令に基づいて、所定動作モードで前記負荷に蓄積された電力を回生し、前記負荷に蓄積された電力を回生した場合、前記電源装置の動作を停止する、処理を実行させる。
本発明によれば、ブリーダ回路を設けることなく、電源オフ後の出力端子の電圧を制御できる。
本実施形態の電源装置の構成の第1例を示す図である。 電源オン状態から電源オフにした場合の電源装置の動作状態の一例を示す図である。 コントローラによるブリーダ制御方法の処理手順の一例を示す図である。 定電圧モードにおけるブリーダ制御の一例を示す図である。 定電流モードにおけるブリーダ制御の一例を示す図である。 定電力モードにおけるブリーダ制御の一例を示す図である。 定抵抗モードにおけるブリーダ制御の一例を示す図である。 本実施形態の電源装置の構成の第2例を示す図である。
以下、本発明の実施の形態について説明する。図1は本実施形態の電源装置100の構成の第1例を示す図である。電源装置100は、商用電源1(例えば、200V、50/60Hz)から交流電力が入力され、負荷200に直流電力を出力する交流直流電力変換を行うことができる。負荷200は、直流モータ、バッテリ、大容量コンデンサなどの直流電力が供給される負荷であればよい。また、電源装置100は、負荷200から直流電力が入力され、商用電源1側(電力系統側)に交流電力を出力する直流交流電力変換を行うことができる。
電源装置100は、双方向電力変換部30、及び制御部としてのコントローラ50を備える。双方向電力変換部30は、AC/DCインバータ10、及びDC/DCコンバータ20を備える。AC/DCインバータ10は、商用電源1から入力された交流電力を所要の直流電圧を有する直流電力に変換し、変換した直流電力をDC/DCコンバータ20へ出力する。また、AC/DCインバータ10は、DC/DCコンバータ20から入力される直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を商用電源1側(電力系統)へ出力(供給)することができる。
DC/DCコンバータ20は、負荷200に供給する直流電圧に応じて、AC/DCインバータ10から入力された所要の直流電圧を昇圧又は降圧し、昇圧又は降圧した直流電圧を有する直流電力を負荷200に供給する。また、負荷200がバッテリ等のように直流電力を放電又は供給できる場合、DC/DCコンバータ20は、負荷200から入力された直流電圧を所要の直流電圧に降圧又は昇圧してAC/DCインバータ10に出力することができる。DC/DCコンバータ20は、絶縁トランスを備える絶縁型でもよく、あるいは非絶縁型でもよい。
DC/DCコンバータ20の出力側には、電源装置100と負荷200との電路を開閉する出力端リレー41が設けられている。DC/DCコンバータ20の出力端子間には、電源装置100の出力電圧(負荷200の両端電圧)を検出する電圧センサ42が設けられている。
コントローラ50は、CPU(Central Processing Unit)51、インタフェース部52、メモリ53、表示部54、ブリーダ制御部55、通信部56、及び記憶部57を備える。記憶部57は、例えば、ハードディスク又は半導体メモリ等で構成することができ、コンピュータプログラム58(アプリケーション、プログラム製品)、及び所要の情報を記憶する。コンピュータプログラム58は、通信部56を介して、外部の装置からダウンロードして記憶部57に記憶してもよい。また、記録媒体(例えば、CD-ROM等の光学可読ディスク記憶媒体)に記録されたコンピュータプログラム58を記録媒体読取部で読み取って記憶部57に記憶してもよい。CPU51は、1個のマイコンや1個のコアで構成することができるが、複数のマイコンや複数のコア等で構成してもよい。
メモリ53は、SRAM(Static Random Access Memory)、DRAM(Dynamic Random Access Memory)、フラッシュメモリ等の半導体メモリで構成することができる。コンピュータプログラム58をメモリ53に展開して、CPU51がコンピュータプログラム58を実行することができる。すなわち、CPU51は、コンピュータプログラム58で定められた処理を実行することができる。なお、コンピュータプログラム58による処理の全部又は一部を、FPGA(field-programmable gate array)等の集積回路で実現してもよい。すなわち、CPU51による処理を、一部又は全部をハードウェアで実現してもよい。また、コンピュータプログラム58を、複数のコンピュータプログラムで構成し、処理機能を分担させてもよい。
表示部54は、液晶表示パネル、有機EL表示パネル等を備え、コントローラ50による処理結果を表示することができる。
通信部56は、例えば、通信モジュールを備え、有線又は無線通信を用いて外部の装置(例えば、電源監視装置、ユーザ端末装置など)との間の通信機能を有する。
ブリーダ制御部55は、PI(Proportional-Integral)制御器、電流リミット処理機能などを備え、CPU51(コンピュータプログラム58)の制御の下、電源装置100のブリーダ制御を行う。ブリーダ制御の詳細は後述する。なお、ブリーダ制御部55の全部又は一部の機能は、コンピュータプログラム58によるソフトウェア処理で実現してもよい。
コントローラ50は、動作開始指令を取得すると、出力端リレー41を閉じるとともに、AC/DCインバータ10、及びDC/DCコンバータ20に対して運転指令を出力する。また、コントローラ50は、動作停止指令を取得すると、AC/DCインバータ10、及びDC/DCコンバータ20に対して電力回生の運転指令とともにDC/DCコンバータ20に対して対して電流指令を出力する。電力回生の処理が終了すると、コントローラ50は、出力端リレー41を開く。次に、コントローラ50の指令に基づく電源装置100の動作状態について説明する。
図2は電源オン状態から電源オフにした場合の電源装置100の動作状態の一例を示す図である。図2Aは、電源オンの状態を示す。出力端リレー41は閉じている。双方向電力変換部30は、コントローラ50からの指令に基づいて、交直電力変換動作を行う。具体的には、双方向電力変換部30は、商用電源1から入力される交流電力を直流電力に変換し、変換した直流電力を負荷200に出力する。
図2Bは、動作停止指令(電源オフ)を取得した場合の状態を示す。コントローラ50は、双方向電力変換部30による交直電力変換動作(図2Aの状態)を停止する。このとき、負荷200の容量成分に電荷が蓄積され、負荷200の両端には残留電圧Vrが存在する。仮に、当該残留電圧Vrが残留し続けると、安全性や機能性の観点で問題となる場合がある。本実施形態では、ブリーダ抵抗を用いることなく、当該残留電圧Vrを閾値電圧(例えば、0V)まで下げることができる。
図2Cは、ブリーダ制御時の状態を示す。コントローラ50は、双方向電力変換部30に対して運転指令及び電流指令を出力することにより、電力回生動作を指令する。双方向電力変換部30は、負荷200に残留した直流電圧を入力電力(直流電力)として、直交電力変換を行う。具体的には、双方向電力変換部30は、負荷200から入力される直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を商用電源1側に供給することで電力回生を行う。これにより、負荷200の残留電圧Vrは下降する。
図2Dは電源装置100の動作停止状態を示す。電圧センサ42で検出した負荷200の残留電圧Vrが閾値電圧(例えば、0V)に下がった場合、コントローラ50は、双方向電力変換部30に対して電力回生動作の停止を指令するとともに、出力端リレー41を開く。この状態では、負荷200の両端電圧は閾値電圧まで下がっているので、安全性や機能性の観点で問題となることはない。
上述のように、コントローラ50(CPU51)は、負荷200に電力を供給する電源装置100の停止指令を取得し、取得した停止指令に基づいて、所定動作モードで負荷200に蓄積された電力を回生し、負荷200に蓄積された電力を回生した場合、電源装置100の動作を停止することができる。所定動作モードは、定電圧モード、定電流モード、定電力モード、及び定抵抗モードの少なくとも一つを含む。所定動作モードの詳細は後述する。
負荷200に蓄積された電力を回生することで、電源オフ時に負荷200の電圧を閾値電圧(例えば、0V)に下げることができ、ブリーダ抵抗を必要としない。このように、本実施形態によれば、ブリーダ回路を設けることなく、電源オフ後の出力端子の電圧を制御できる。また、ブリーダ抵抗を設ける必要がないので、電源装置100の電力変換動作時のみならず電源オフ後にも抵抗で消費される電力を削減でき、電源装置100の電力消費を低減できる。
コントローラ50(CPU51)は、電源装置100に設けられた双方向電力変換部30を制御して負荷200に蓄積された電力を回生することができる。これにより、ブリーダ抵抗で無駄に消費される電力を電力系統に回生でき、当該電力を再利用することができる。
図3はコントローラ50によるブリーダ制御方法の処理手順の一例を示す図である。コントローラ50は、電源装置100の停止指令(電源オフの情報)を取得し(S11)、取得した停止指令に基づいて、ブリーダ制御を開始し(S12)、所定動作モードでブリーダ制御を行う。ブリーダ制御は、図2で説明した図2Cの状態を示す。ブリーダ制御の開始には、図2で説明した図2Bの状態を含めてもよい。
コントローラ50は、電源装置100の出力端子電圧が閾値電圧以下であるか否かを判定し(S13)、閾値電圧以下である場合(S13でYES)、出力端リレー41を開放し(S14)、電源装置100の動作を停止する(S15)。これにより、コントローラ50は、電源装置100を停止状態に遷移し(S16)、処理を終了する。
電源装置100の出力端子電圧が閾値電圧以下でない場合(S13でNO)、コントローラ50は、タイムアウト時間以内であるか否かを判定する(S17)。タイムアウト時間以内でない場合(S17でNO)、コントローラ50は、ステップS13以降の処理を続ける。タイムアウト時間以内である場合(S17でYES)、コントローラ50は、出力端リレー41を開放し(S18)、電源装置100の動作を停止する(S19)。これにより、コントローラ50は、電源装置100をエラー状態に遷移し(S20)、処理を終了する。エラー状態に遷移した場合、コントローラ50は、電源装置100がエラー状態であることを外部に通知してもよく、表示部54に表示してもよい。
上述のように、コントローラ50は、負荷200の電圧値(出力端子電圧値)を取得し、所定時間内に、取得した電圧値が閾値電圧以下になった場合、電源装置100の動作を停止してもよい。また、コントローラ50は、負荷200の電圧値(出力端子電圧値)を取得し、所定時間内に、取得した電圧値が閾値電圧以下にならない場合、警告(エラー状態の通知)を出力するとともに電源装置100の動作を停止してもよい。
上述の構成により、負荷200が、例えば、バッテリや大容量コンデンサのように、残留電圧を下げることができない負荷(放電できない負荷)の場合、所定時間経過した時点でエラー状態を通知することができる。これにより、従来のような、電源オフ後もブリーダ抵抗に電流が流れ続ける事態を防止できる。
次に、所定動作モードについて説明する。所定動作モードは、定電圧モード、定電流モード、定電力モード、又は定抵抗モードを含む。
図4は定電圧モードにおけるブリーダ制御の一例を示す図である。ブリーダ制御部55は、コントローラ50が出力する電圧指令値(例えば、出力端子電圧の0V指令)と、電圧センサ42で検出した出力端子電圧(負荷200の両端電圧)との差分を算出し、算出した差分をPI制御器へ入力する。PI制御器は、入力された差分に第1ゲインを乗算した乗算値と、入力された差分を積分し、積分値に第2ゲインを乗算した乗算値とを加算した加算値を出力する。PI制御器は、入力された差分に対してPI制御を行って電流値に換算し、換算した電流値に対して電流リミット処理を行う。電流リミット処理では、負荷200側から電源装置100側に流れる電流の最大入力電流値を電流リミット値として設定する。コントローラ50は、電流リミット処理によって得られた電流値を電流指令値として双方向電力変換部30に出力する。
上述のように、コントローラ50は、電力回生時に負荷200から双方向電力変換部30に流入する電流の上限値を取得し、負荷200から双方向電力変換部30に流入する電流が上限値以下になるように双方向電力変換部30を制御してもよい。
これにより、双方向電力変換部30は、出力端子電圧が0V出力になるように、かつ負荷200から流入する電流が最大入力電流値を超えないようにして負荷200の電力を回生できる。
図5は定電流モードにおけるブリーダ制御の一例を示す図である。ブリーダ制御部55は、コントローラ50が出力する電流指令値(例えば、負荷200側から流入する入力電流の指令値)に対して電流リミット処理を行う。電流リミット処理では、出力端子電圧の下限値(0V)に基づいて電流リミット値を計算する。コントローラ50は、電流リミット処理によって得られた電流値を電流指令値として双方向電力変換部30に出力する。
これにより、双方向電力変換部30は、負荷200から流入する電流が一定値(電流指令値)になるように動作して負荷200の電力を回生できる。
図6は定電力モードにおけるブリーダ制御の一例を示す図である。ブリーダ制御部55は、コントローラ50が出力する電力指令値(例えば、負荷200側から流入する入力電力の指令値)を、電圧センサ42で検出した出力端子電圧(負荷200の両端電圧)で除算し、除算により得られた電流値に対して第1の電流リミット処理を行う。第1の電流リミット処理では、負荷200側から電源装置100側に流れる電流の最大入力電流値を電流リミット値として設定する。
コントローラ50は、第1の電流リミット処理によって得られた電流値に対して第2の電流リミット処理を行う。第2の電流リミット処理では、出力端子電圧の下限値(0V)に基づいて電流リミット値を計算する。コントローラ50は、第2の電流リミット処理によって得られた電流値を電流指令値として双方向電力変換部30に出力する。
これにより、双方向電力変換部30は、負荷200から流入する電力が一定値になるように動作して負荷200の電力を回生できる。
図7は定抵抗モードにおけるブリーダ制御の一例を示す図である。ブリーダ制御部55は、電圧センサ42で検出した出力端子電圧(負荷200の両端電圧)を、コントローラ50が出力する抵抗指令値(例えば、負荷200側から見た電源装置100の入力抵抗の指令値)で除算し、除算により得られた電流値に対して第1の電流リミット処理を行う。第1の電流リミット処理では、負荷200側から電源装置100側に流れる電流の最大入力電流値を電流リミット値として設定する。
コントローラ50は、第1の電流リミット処理によって得られた電流値に対して第2の電流リミット処理を行う。第2の電流リミット処理では、出力端子電圧の下限値(0V)に基づいて電流リミット値を計算する。コントローラ50は、第2の電流リミット処理によって得られた電流値を電流指令値として双方向電力変換部30に出力する。
これにより、双方向電力変換部30は、負荷200から見た抵抗値が一定値になるように動作して負荷200の電力を回生できる。
上述の電源装置100は、交流から直流、及び直流から交流の双方向電力変換部を備える構成であったが、電源装置100はこれに限定されるものではなく、直流から直流に双方向に変換する構成でもよい。
図8は本実施形態の電源装置100の構成の第2例を示す図である。図1に示す第1例では、双方向電力変換部30がAC/DCインバータ10、及びDC/DCコンバータ20を備える構成であった。第2例では、電源装置100は、商用電源1に代えて、直流系統2から直流電力を給電する。また、双方向電力変換部80は、DC/DCコンバータ70を備える。DC/DCコンバータ70は、DC/DCコンバータ20と同様に、絶縁型でもよく、非絶縁型でもよい。第2例において、他の構成は第1例と同様であるので説明は省略する。
上述のように、本実施形態によれば、ブリーダ回路を設けることなく、電源オフ後の出力端子の電圧を制御できる。具体的には、ブリーダ抵抗が不要であるので、出力端子の電圧を所定の電圧(例えば、0V)に下げるまでの時間を制御することができる。また、負荷がバッテリや大容量コンデンサのような定電圧源とみなせる場合には、所定の時間内に所定の電圧まで下げることができず、それを検出してエラーを通知できるので、電源装置に電流が流れ続ける事態を防止できる。
上述の本実施形態において、負荷200は、直流モータ、バッテリ、大容量コンデンサなどの直流電力が供給される負荷を例として説明したが、これに限定されるものではない。例えば、交流モータのように交流電力が供給される負荷、あるいは交流電源として利用できる負荷も含まれる。すなわち、本実施形態の電源装置100は、図1において、DC/DCコンバータ20をDC/ACコンバータに置き換えてもよく、また図8において、DC/DCコンバータ70をDC/ACコンバータに置き換えてもよい。
(付記1)コンピュータプログラムは、コンピュータに、負荷に電力を供給する電源装置の停止指令を取得し、取得した停止指令に基づいて、所定動作モードで前記負荷に蓄積された電力を回生し、前記負荷に蓄積された電力を回生した場合、前記電源装置の動作を停止する、処理を実行させる。
(付記2)コンピュータプログラムは、付記1において、コンピュータに、前記電源装置に設けられた双方向電力変換部を制御して前記負荷に蓄積された電力を回生する、処理を実行させる。
(付記3)コンピュータプログラムは、付記1又は付記2において、コンピュータに、電力回生時に前記負荷から前記双方向電力変換部に流入する電流の上限値を取得し、前記負荷から前記双方向電力変換部に流入する電流が前記上限値以下になるように前記双方向電力変換部を制御する、処理を実行させる。
(付記4)コンピュータプログラムは、付記1から付記3のいずれか一つにおいて、コンピュータに、前記負荷の電圧値を取得し、所定時間内に、取得した電圧値が閾値以下になった場合、前記電源装置の動作を停止する、処理を実行させる。
(付記5)コンピュータプログラムは、付記1から付記4のいずれか一つにおいて、コンピュータに、前記負荷の電圧値を取得し、所定時間内に、取得した電圧値が閾値以下にならない場合、警告を出力するとともに前記電源装置の動作を停止する、処理を実行させる。
(付記6)コンピュータプログラムは、付記1から付記5のいずれか一つにおいて、前記所定動作モードは、定電圧モード、定電流モード、定電力モード、及び定抵抗モードの少なくとも一つを含む。
(付記7)電源装置は、制御部を備える電源装置であって、前記制御部は、負荷に電力を供給する前記電源装置の停止指令を取得し、取得した停止指令に基づいて、所定動作モードで前記負荷に蓄積された電力を回生し、前記負荷に蓄積された電力を回生した場合、前記電源装置の動作を停止する。
(付記8)電源装置の制御方法は、電源装置の制御方法であって、負荷に電力を供給する前記電源装置の停止指令を取得し、取得した停止指令に基づいて、所定動作モードで前記負荷に蓄積された電力を回生し、前記負荷に蓄積された電力を回生した場合、前記電源装置の動作を停止する。
各実施形態に記載した事項は相互に組み合わせることが可能である。また、特許請求の範囲に記載した独立請求項及び従属請求項は、引用形式に関わらず全てのあらゆる組み合わせにおいて、相互に組み合わせることが可能である。さらに、特許請求の範囲には他の2以上のクレームを引用するクレームを記載する形式(マルチクレーム形式)を用いているが、これに限るものではない。マルチクレームを少なくとも一つ引用するマルチクレーム(マルチマルチクレーム)を記載する形式を用いて記載してもよい。
1 商用電源
2 直流系統
10 AC/DCインバータ
20、70 DC/DCコンバータ
30、80 双方向電力変換部
41 出力端リレー
42 電圧センサ
50 コントローラ
51 CPU
52 インタフェース部
53 メモリ
54 表示部
55 ブリーダ制御部
56 通信部
57 記憶部
58 コンピュータプログラム
100 電源装置
200 負荷

Claims (8)

  1. コンピュータに、
    直流モータ又はバッテリを含む外部の負荷に電力を供給する電源装置の停止指令を取得し、
    前記停止指令を取得した場合、前記電源装置と前記負荷との間の電路を開閉する開閉部を閉じた状態に制御し、
    取得した停止指令に基づいて、所定動作モードで前記負荷に蓄積された電力を回生し、
    前記負荷に蓄積された電力を回生した場合、前記開閉部を開き、
    さらに、前記電源装置の動作を停止する、
    処理を実行させるコンピュータプログラム。
  2. コンピュータに、
    前記電源装置に設けられた双方向電力変換部を制御して前記負荷に蓄積された電力を回生する、
    処理を実行させる請求項1に記載のコンピュータプログラム。
  3. コンピュータに、
    電力回生時に前記負荷から前記双方向電力変換部に流入する電流の上限値を取得し、
    前記負荷から前記双方向電力変換部に流入する電流が前記上限値以下になるように前記双方向電力変換部を制御する、
    処理を実行させる請求項2に記載のコンピュータプログラム。
  4. コンピュータに、
    前記負荷の電圧値を取得し、
    所定時間内に、取得した電圧値が閾値以下になった場合、前記電源装置の動作を停止する、
    処理を実行させる請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のコンピュータプログラム。
  5. コンピュータに、
    前記負荷の電圧値を取得し、
    所定時間内に、取得した電圧値が閾値以下にならない場合、警告を出力するとともに前記電源装置の動作を停止する、
    処理を実行させる請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のコンピュータプログラム。
  6. 前記所定動作モードは、定電圧モード、定電流モード、定電力モード、及び定抵抗モードの少なくとも一つを含む、
    請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のコンピュータプログラム。
  7. 制御部を備える電源装置であって、
    前記制御部は、
    直流モータ又はバッテリを含む外部の負荷に電力を供給する前記電源装置の停止指令を取得し、
    前記停止指令を取得した場合、前記電源装置と前記負荷との間の電路を開閉する開閉部を閉じた状態に制御し、
    取得した停止指令に基づいて、所定動作モードで前記負荷に蓄積された電力を回生し、
    前記負荷に蓄積された電力を回生した場合、前記開閉部を開き、
    さらに、前記電源装置の動作を停止する、
    電源装置。
  8. 電源装置の制御方法であって、
    直流モータ又はバッテリを含む外部の負荷に電力を供給する前記電源装置の停止指令を取得し、
    前記停止指令を取得した場合、前記電源装置と前記負荷との間の電路を開閉する開閉部を閉じた状態に制御し、
    取得した停止指令に基づいて、所定動作モードで前記負荷に蓄積された電力を回生し、
    前記負荷に蓄積された電力を回生した場合、前記開閉部を開き、
    さらに、前記電源装置の動作を停止する、
    電源装置の制御方法。
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