JPS5846937B2 - 蓄電池充電制御装置 - Google Patents

蓄電池充電制御装置

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JPS5846937B2
JPS5846937B2 JP55094802A JP9480280A JPS5846937B2 JP S5846937 B2 JPS5846937 B2 JP S5846937B2 JP 55094802 A JP55094802 A JP 55094802A JP 9480280 A JP9480280 A JP 9480280A JP S5846937 B2 JPS5846937 B2 JP S5846937B2
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英明 高原
康彦 渡辺
■ 片山
啓一郎 柳田
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電気車両等に用いる蓄電池充電制御装置に関す
るものである。
一般に電気車両等においては制御装置用の電源として直
流電力を必要としているが、電力をパンタグラフを通し
て得ているため、例えばパンタグラフが瞬時離線した場
合、また架線の接合部等で電力が中断する場合があり、
これらの場合に制御用の電源が中断しないように直流電
源と並列に蓄電池を設けである。
第1図は従来使用されている交流架線から電力を得る電
気車両の直流電源回路を示すものである。
図においてT1は電気車両の補助変圧器であり、この補
助変圧器T1の一次側は電気車両の図示しない主変圧器
に接続され、この主変圧器を介して架線より電力供給を
受けている。
RFlは前記補助変圧器T1の二次側出力を受けてこれ
を整流する位相制御整流器であり、交流を直流に整流し
て交流入力電圧の変動があっても一定の直流電圧を出力
する。
Llはリアクトル、C1はコンデンサであり、これらリ
アクトルL1及びコンデンサC1によりフィルタ回路P
Rを構成していて前記位相制御整流器RF1により整流
された直流出力を平滑させている。
BATはこのフィルタ回路PRの出力側端子間に接続さ
れた蓄電池であり、フィルタ回路PRを介して平滑され
て出力される直流電力を受けてこの蓄電池BATは充電
される構成となっている。
Dlはこの蓄電池BATと直列に且つ順方向に接続され
たダイオード、BPは前記蓄電池DATに直列接続され
た蓄電池パイロットセルである。
K1は前記ダイオードD1に並列接続された接触器、D
Dは前記ダイオードD1に逆並列接続されたダイオード
、D2は前記ダイオードD1は蓄電池BATの接続点間
にカソード側を接続されたダイオード、T2は補助変圧
器、CONはこの補助変圧器T2の出力を電源として動
作し、前記パイロットセルBPの充電状態を検出してそ
の充電状態に応じ充電不足のときは前記接触器に1を閉
路操作して蓄電池BATの充電を行ない、また通常にお
いてダイオードD2に対する順方向出力印加の制御を行
なってダイオードD2による蓄電池BAT充電制御を行
なう制御器であり、これらCON、DI 、D2.DD
、に1、BPにより充電器制御回路を形成している。
LDl 、LD2 、LD3 、LD4はそれぞれ前記
フィルタ回路PRの出力端子側間にスイッチSl 、8
2.S3,84を介して接続された負荷である。
尚、このような充電器制御回路を持たない場合もあり、
負荷と並列に蓄電池BATのみ接続するようにしたもの
もあるが、このような回路では蓄電池BATが十分に充
電されている場合でも余分な電流が蓄電池BATを通し
て流れるため、蓄電池の寿命を短縮することになる。
第1図回路の動作を説明する。
パイロットセルBPは蓄電池BATの充電状態をその両
端電圧によって監視するものであり、今、充電状態が十
分で無ければこのパイロットセルBPの端子電圧が入力
されている制御器CONにより接触器に1が投入され、
ダイオードD1を短絡して蓄電池BATを負荷LD1、
・・・LD4と並列に接続する。
そのため、補助変圧器T1より位相制御整流器RF1及
びフィルタ回路FRを介して直流化されて与えられる電
力は接触器に1を介して蓄電池BATに与えられ、この
蓄電池BATは充電される。
また、この時ダイオードD2の回路は制御器CONによ
り遮断されている。
この状態で電源即ち補助変圧器T1の一次側入力の中断
があった場合、負荷LD1、・・・LD4への電力供給
はこれら負荷LD1、・・・LD4に並列接続されてい
る前記蓄電池BATより行なわれるため、負荷LDI、
・・・LD4は電力中断が無い。
また、例えば負荷の1つが急に切放された様な場合でも
直流回路の電圧は蓄電池BATによって抑えられている
ため、電圧が振動して負荷に過電圧が印加されるような
ことは生じない。
蓄電池BATが十分に充電されると、パイロットセルB
Pの両端電圧により制御器CONは動作して接触器に1
を開放すると同時に補助変圧器T2からの電力でダイオ
ードD2を通して蓄電池BATを定電圧充電する。
ダイオードD2を通しての充電電流は非常に少ない電流
に抑えられているため、蓄電池BATに余分な電流は流
れ込まない。
この状態で補助変圧器T1、位相制御整流器RF1を通
しての電力供給に中断があると負荷LD1、・・・LD
4へは蓄電池BATからダイオードD1を通して電力供
給が行なわれるため、負荷LD1、・・・LD4への電
力供給は中断しない。
また、例えば負荷の一つが急に開放された場合、フィル
タ回路FRのりアクドルL1及び配線のインダクタンス
に蓄えられたエネルギにより位相制御整流器RF1以降
の直流回路部分の電圧が上昇することがある。
ダイオードDDはこのときの電圧上昇にリミットを持た
せるもので、ダイオードの順電圧降下を利用したもので
ある。
即ち、ダイオードDDの順電圧降下以上に電圧が上昇す
るとダイオードDDを通して蓄電池BATに電流が流れ
込むため、それ以上の電圧上昇は抑制される。
以上のようなものであるが、この回路には次の様な欠点
がある。
第1にダイオードDDは一つの順電圧降下が約0.7(
V)程度であるため、ある程度の電圧を得ようとすると
直列接続しなければならないダイオード数が多くなる。
例えば、直流100(V)の回路ではダイオードDDに
おける順電圧降下を20(V)程度に選ばないと蓄電池
BATへ電流が流入する頻度が増すため直列接続するダ
イオード数は30個程度となり、また、電流容量も必要
なためにかなりのスペースを占める。
定電圧ダイオードを利用しても良いわけであるが現状で
は容量の大きな定電圧ダイオードは存在しない。
第2に充電制御用として接触器に1を用いているためそ
の接点の保守点検や寿命等の問題がある。
即ち、接触器に1は常にある程度の電流の大切をするた
め、接点部の荒れ等を監視しなければならない。
本発明は上記事情に鑑みて成されたもので、主直流電源
の停電補償用にこの主直流電源に蓄電池を並列接続し、
またこの蓄電池には放電路形成用のダイオードを直列接
続すると共に通常時は低定電流充電回路を用いて蓄電池
を充電し、蓄電池の充電量が少ないときは前記低定電流
充電回路をしゃ断し且つ前記ダイオードを短絡して充電
を行なうようにしたものにおいて、前記ダイオードの短
絡制御素子としてトランジスタを用いこのトランジスタ
のベースに定電圧ダイオードを介して前記主直流電源の
電圧を加える構成とすることにより、蓄電池の充電量不
足時における充電は無接点スイッチであるトランジスタ
により行なわせ、且つ主直流電源の電圧上昇変動は定電
圧ダイオードにより検出してこのトランジスタに与え導
通させ蓄電池に流して電圧抑制を行なうようにすること
により前記欠点を除き、回路構成に用いる素子数の減少
と保守点検の簡易化並びに長寿命化を図った蓄電池充電
器の制御装置を提供することを目的とする。
以下、本発明の一実施例について第2図〜第4図を参照
しながら説明する。
第2図は本装置の構成を示す回路図であり、図中T1は
電気車両の補助変圧器である。
この補助変圧器T1の一次側は電気車両の図示しない主
変圧器に接続され、この主変圧器を介して架線より電力
供給を受けている。
RFlは前記補助変圧器T1の二次側出力を受けてこれ
を整流し、定電圧直流を出力する位相制御整流器、PR
はこの位相制御整流器RF1の出力する直流を平滑する
フィルタ回路であり、リアクトルL1及びコンデンサC
1より構成している。
以上の部分は主直流電源を構成する。
BATはこのフィルタ回路FRの出力側間に接続された
補助直流電源を構成する蓄電池であり、フィルタ回路P
Rを介して平滑されて出力される前記主直流電源からの
直流出力を受けて蓄電池BATは急速充電される構成と
なっている。
Dlはこの蓄電池BATの正極側に直列且つ順方向に接
続して戒るダイオード、BPは前記蓄電池BATに直列
接続されたパイロットセル、TrlはNPN型のトラン
ジスタで、そのコレクタ側を前記ダイオードD1のカソ
ード側に、またエミッタ側をダイオードD1のアノード
側に接続しである。
DZlは定電圧ダイオード、R1はこの定電圧ダイオー
ドDZ1に直列接続された抵抗であり、この定電圧ダイ
オードDZIと抵抗R1により直列回路は前記トランジ
スタTriのコレクタ・ベース間に接続されており、こ
のコレクタ・ベース間の電圧が定電圧ダイオードDZ1
のツェナー電位を超える電位となったとき、通電してト
ランジスタTr1をオンさせる。
T2は補助変圧器、CONはこの補助変圧器T2の出力
を電源とし、前記パイロットセルBPの充電状態を検出
してその充電状態に応じて動作する蓄電池BAT充電制
御を司る制御器であり、充電不足のときには急速充電を
行なうための出力を、また充電量がある程度のレベルに
達したときはダイオードD2を介して前記蓄電池BAT
及びパイロットセル82間に定電圧小電流の充電電流を
供給する。
RF2は前記制御器CONの出力する急速充電出力を整
流する全波整形の整流回路であり、この整流回路RF2
の負極側出力端子は前記トランジスタTr1のエミッタ
側にまた正極側出力端子は抵抗R2を介して前記トラン
ジスタTriのベース側に接続されている。
C2は整流回路RF2の出力端子間に接続されたコンデ
ンサ、LDl 、LD2 。
LD3 、LD4はそれぞれ前記フィルタ回路FRの出
力端子間に開閉器sl 、S2 、S3.84を介して
接続された負荷である。
次に上記構成の本装置の動作について説明する。
本装置は急速充電時に従来用いていた充電路形成用の接
触器に代えてトランジスタTr1を使用し、無接点化を
図ると共にこのトランジスタTr1のベース・コレクタ
間に定電圧ダイオードDZ1を設け、負荷開放等に生ず
る異常電位を検出してトランジスタTrlを導通させ、
この異常電位を蓄電池BATへ流すようにして保守点検
の簡易化と使用素子数の低減並びに長寿命化を図ったも
のである。
即ち、補助変圧器T1の二次出力は位相制御整流器RF
Iにより整流され、フィルタ回路FRにより平滑されて
主直流電源の整流出力として出力される。
そして、この出力は開閉器S1.S2゜83.84を介
して負荷LDI 、LD2 、LD3 。
LD4に加えられる。
主直流電源出力としてフィルタ回路PR側より所定電位
の整流出力が出されて負荷側に印加されるときはダイオ
ードD1により蓄電池BATの出力は遮断され負荷に対
しては回路的にこの蓄電池BATは切り離されている。
今、蓄電池BATが十分な充電状態にないとすると、パ
イロットセルBPの端子電圧も低いからこの電圧を受け
た制御器CONは交流の急速充電出力を出し、定電圧小
電流充電出力を断つ。
これにより、ダイオードD2を介して制御器CONより
蓄電池BATに与えられていた定電圧小電流充電出力は
なくなり、定電圧小電流充電は中止される。
一方、急速充電出力は整流回路RF2及び抵抗R2を介
してトランジスタTriのベースに印加され、このトラ
ンジスタTrlは導通する。
これにより蓄電池BAT及びパイロットセルBPはトラ
ンジスタTriを介してフィルタ回路FRの出力端子間
に接続されることになり、フィルタ回路FRを介して位
相制御整流器RF1より与えられる整流出力は蓄電池B
ATにも流入することとなって、蓄電池BAT1パイロ
ットセルBPは急速充電が威される。
十分に充電されるとパイロットセルBPの電圧も定格値
に上昇する。
従って、このパイロットセルBPの端子間電圧を検出し
て動作する制御器CONは急速充電出力発生を中止し、
同時に定電圧小電流充電出力を発生し始める。
これによりトランジスタTr1はしゃ断状態となって急
速充電は終了され、代って定電圧小電流充電が行なわれ
て蓄電池BATは定格値に充電保持される。
この状態で負荷LD1、〜LD4を運転中そのうちのい
くつかを遮断したとし、この遮断によってフィルタ回路
FRの出力端子側線間に高い電圧が生じたとする。
この電圧がある程度以上となると定電圧ダイオードDZ
1及び抵抗R1を通して電流が流れ、トランジスタTr
iのベースに印加される。
これによりトランジスタTr1は導通し、その結果、蓄
電池BATはトランジスタTr1を介してフィルタ回路
FRの出力端子側線間の電圧が印加され、高電圧は蓄電
池BATに吸収されて前記線間電圧の上昇は抑えられる
また、トランジスタTriのオフ時、補助変圧器T1の
一次入力が中断したとすると位相制御整流器RF1及び
フィルタ回路PRを介して負荷へ与えられる整流出力は
零となる。
するとフィルタ回路FR出力側端子線間電圧は零となり
、蓄電池BATに順方向直列接続されたダイオードD1
は順電位となる。
これにより蓄電池BATの充電電位はダイオードD1を
介して負荷に流れ、負荷は電力中断が生じない。
このように急速充電用にトランジスタによる無接点スイ
ッチを採用したので機械式スイッチの場合のような接点
の保守管理や寿命等の問題を解消できると共に定電圧ダ
イオードを抵抗を前記トランジスタのベース・コレクタ
間に接続し負荷に供給される電圧が変動して高くなった
時、トランジスタを導通させて上昇電圧外を蓄電池に流
すようにしたので従来のようにその電圧弁を定める定電
圧ダイオードを数十個も直列接続して電圧降下分を犬と
成すようにしていたのを抵抗との分圧比により定電圧ダ
イオードに加わる電圧弁を小さくできることから定電圧
ダイオードの使用数を少なくすることができ、素子実装
上の占有面積も縮少できる利点が得られる。
このような機能は第2図の実施例の他に第3図、第4図
の如く構成しても得られる。
即ち、第3図は前述のNPN型のトランジスタに替えて
PNP型のトランジスタTr2を用いた例である。
この場合、蓄電池BATに直列順方向接続されたダイオ
ードD1のカソード側にトランジスタTr2のエミッタ
側を接続し、ダイオードD1のアノード側にコレクタ側
を接続する。
そして定電圧ダイオードDZ2と抵抗R3の直列回路を
トランジスタTr2のベースとフィルタ回路出力側端子
の負極側に接続する。
そして、パイロットセルBPの電圧を検出し充電不足の
時に急速充電出力を出す制御器CONのこの急速充電出
力を抵抗R4を介して前記トランジスタTr2のベース
に供給し、また十分な充電が成されているときのこの制
御器CONより出される定電圧小電流充電出力はダイオ
ードD2を介して前回同様蓄電池BATとパイロットセ
ルBPに充電電流を流す構成とする。
充電制御回路をこのように構成すると蓄電池BATの充
電が不十分なときにはパイロットセルBPの検出出力よ
り制御器CONは動作して定電圧小電流充電出力は停止
され、代って急速充電出力を発生する。
この急速充電出力は抵抗R4を介してトランジスタTr
2のベースに加えられこのトランジスタTr2は導通ず
る。
その結果、このトランジスタTr2のエミッタ及びコレ
クタを通してフィルタ回路の出力側端子間より負荷側へ
供給されている直流電力が蓄電池BAT側にも供給され
蓄電池DAT及びパイロットセルBPは急速充電される
十分に充電されるとパイロットセルBPの電位も所定値
に上昇するのでその検出出力より制御器CONは急速充
電出力の発生を中止する。
これによりトランジスタTr2はオフし、急速充電は終
了する。
代って制御器CONより定電圧小電流充電出力が出され
、ダイオードD2を介して蓄電池BATに供給されて定
電圧小電流充電が成される○トランジスタTr2のオフ
時に負荷変動が生じ主直流電源に電圧変動、即ちフィル
タ回路出力側より負荷へ供給される線間電圧が変動し、
上昇した場合はトランジスタTr2のベースと主直流電
源の負極側間に接続されている定電圧ダイオードDZ2
及び抵抗R3を通してトランジスタTr2のベースに電
流が流れ、このトランジスタTr2がオンするため過電
正分はトランジスタTr2を通して蓄電池BATに吸収
される。
従って負荷変動によって直流電圧値が上昇しても定電圧
ダイオードDZ2の定電圧特性とトランジスタTr2の
動作特性及び抵抗R3で定まる所定値以上には大きくな
らず、負荷や素子の保護が成される。
第4図の例は主直流電源側のフィルタ回路出力側端子間
に接続される補助電源としての蓄電池BATとパイロッ
トセルBPの直列回路負極側位置にダイオードD1を順
方向直列接続した場合の回路図である。
この場合は急速充電用のトランジスタとしてNPN型の
トランジスタTr3を用い、そのコレクタ側をダイオー
ドD1のカソード側にまた、エミッタ側をダイオードD
1のアノード側に接続し、またベース側は抵抗R5を介
して制御器CONより急速充電出力を供給する構成とす
る。
また、主直流電源側の正極側と前記抵抗R5との間に定
電圧ダイオードDZ3を接続し、また、制御器CONの
定電圧小電流充電出力はダイオードD2を介して蓄電池
BATとパイロットセルBPの直列回路の両端子間に供
給する構成とする。
このような構成において、今、蓄電池BATの充電が不
十分であるとするとパイロットセルBPの検出出力より
制御器CONは動作して急速充電出力を発生し、抵抗R
5を介してトランジスタTr3のベースに与える。
これにより、トランジスタTr3はオンして、蓄電池B
AT及びパイロットセルBPに主直流電源より充電電流
が流れ、充電が成される。
十分に充電されると制御器CONは急速充電出力の発生
を中止するのでトランジスタTr3はオフし、主直流電
源よりの充電電流が断たれて急速充電は終了される。
代って制御器CONは定電圧小電流出力を発生してこれ
をダイオードD2を介して蓄電池BAT及びパイロット
セルBPの直列回路に与え、定電圧小電流充電を行なう
トランジスタTr3オフ時に主直流電源電圧の上昇変動
が生じたときは定電圧ダイオードDZ3ツェナー電位の
値によりこの電圧を超えた時点で定電圧ダイオードDZ
3より抵抗R5を介してトランジスタTr3のベースに
電流が流れ、トランジスタTr3をオンさせる。
従って、このトランジスタTr3を介して蓄電池BAT
とパイロットセルBPの直列回路は主直流電源に接続さ
れることになり、過電正分はこの直列回路に吸収されて
電圧変動は抑えられる。
主直流電源電圧の低下時或いは停電時は蓄電池BATに
対しダイオードD1が順方向であるために蓄電池BAT
の充電電荷がこのダイオードD1を通して負荷側へ流れ
、負荷には一定電圧が供給される。
このように主直流電源より負荷に電力を供給すると共に
この主直流電源の出力端子間に前記負荷に対する電力供
給経路形成用のダイオードを介して蓄電池を接続し前記
主直流電源の停電時にこの蓄電池出力を前記ダイオード
を通して前記負荷に与える装置に用いられる蓄電池充電
用の制御装置として前記蓄電池の充電量を検出し充電量
が十分な時は定電圧小電流充電出力を発生してこの蓄電
池に与え小電流充電を行なうとともに充電量が不足のと
きは急速充電出力を発生する装置と、この急速充電出力
を受けて動作し前記ダイオードを短絡して前記蓄電池に
前記主直流電源の出力を印加し充電を行なうトランジス
タと、前記主直流電源の電圧が所定値を超えたとき導通
して前記トランジスタを作動させる定電圧ダイオードと
より構成し、急速充電の充電電流断続をトランジスタに
よる無接点スイッチにより行なうようにすると共に負荷
変動による主直流電源の電圧上昇は定電圧ダイオードに
より検出し、所定値以上の上昇となったときこの定電圧
ダイオード出力にて前記トランジスタをオンさせ、蓄電
池に吸収させて過電圧外の吸収を行なうようにしたので
、無接点化による保守点検の簡易化と急速充電及び過電
圧吸収の制御を一つのトランジスタで行ない共用化した
ことによる回路の簡易化が図られ、また、過電圧検出を
定電圧ダイオードにより行ない過電圧吸収はこの定電圧
ダイオードの検出出力によりトランジスタをオンさせる
ことにより行なうため抵抗と組み合わせることによって
過電圧検出時の定電圧ダイオード部分における電位差を
小さくできるから従来のように多数の定電圧ダイオード
を用いずに済み実装時の占有面積を小さくすることがで
きる等、優れた特徴を有する蓄電池充電制御装置を提供
することができる。
尚、本発明は上記し、且つ図面に示す実施例に限定する
ことなく、その要旨を変更しない範囲内で適宜変形して
実施し得るものである。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来装置の構成を示す回路図、第2図は本発明
の一実施例を示す回路図、第3図、第4図は本発明の他
の実施例を示す制御装置部分の回路図である。 T1、T2・・・・・・補助変圧器、RFl・・・・・
・位相制御整流器、RF2・・・・・・整流回路、BA
T・・・・・・蓄電池、BP・・・・・・パイロットセ
ル、Dl、D2・・・・・・ダイオード、CON・・・
・・・制御器、FR・・・・・・フィルタ回路、LDI
、 〜、LD4・−・・−・負荷、Trl。 Tr2.Tr3・・・・・・トランジスタ、DZl 。 DZ2 、DZ3・・・・・・定電圧ダイオード、R1
゜R2、R3、R4、R5・・・・・・抵抗。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 主直流電源より負荷に電力を供給すると共にこの主
    直流電源の出力端子間に負荷に対する電力供給経路形成
    用のダイオードを介して蓄電池を接続し、前記主直流電
    源の停電または電圧低下時にこの蓄電池出力を前記ダイ
    オードを通して前記負荷に与えるようにした装置に用い
    る蓄電池充電用の制御装置として前記蓄電池の充電量を
    検出し充電量が十分なときは定電圧小電流充電出力を発
    生してこの蓄電池に与え小電流充電を行なうと共に充電
    量が不足のときは急速充電出力を発生する装置と、この
    急速充電出力を受けて動作し前記ダイオードを短絡して
    前記蓄電池に前記主直流電源出力を印加し充電を行なう
    トランジスタと、前記主直流電源の電圧が所定値を超え
    たとき導通して前記トランジスタを作動させる定電圧ダ
    イオードとより構成したことを特徴とする蓄電池充電制
    御装置。
JP55094802A 1980-07-11 1980-07-11 蓄電池充電制御装置 Expired JPS5846937B2 (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59158860U (ja) * 1983-04-04 1984-10-24 サンデン株式会社 液体燃料供給装置
JPS61165334U (ja) * 1985-03-29 1986-10-14

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