JP2024007939A - Power source device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の一態様は、電源装置に関する。 One aspect of the present invention relates to a power supply device.
特許文献1は、停電発生時に、バックアップ給電不要の負荷のみを蓄電池から切り離すために、停電信号を受信した際に当該負荷に接続されるスイッチを開放状態にし、バックアップ給電が不要な負荷への出力を停止する技術を開示している。 Patent Document 1 discloses that when a power outage occurs, in order to disconnect only the load that does not require backup power supply from the storage battery, when a power outage signal is received, a switch connected to the load is opened, and the output is output to the load that does not require backup power supply. Discloses technology to stop this.
携帯電話基地局には、交流入力電力から整流した直流電力を、負荷としての無線機へ供給する直流電源装置が用いられる。第5世代移動通信システム(いわゆる「5G」)においては、多くの基地局が設置されることが見込まれている。 A mobile phone base station uses a DC power supply device that supplies DC power rectified from AC input power to a radio device as a load. In the fifth generation mobile communication system (so-called "5G"), many base stations are expected to be installed.
直流電源装置は、蓄電池などの蓄電素子を搭載して、系統電源の停電時には蓄電素子から負荷へ放電(バックアップ給電)する。5G携帯電話基地局向けの直流電源装置には、多くの負荷が接続される。停電時に、直流電源装置の蓄電素子から、重要負荷へのバックアップ給電を長時間継続させるために、一部の負荷(比較的重要度が低い負荷)への電力供給は遮断する場合がある。この場合、バックアップ給電時に、比較的重要度が低い負荷への電力供給を遮断できるよう、電力線にスイッチが設けられる。電界効果トランジスタ(FET)のようなスイッチを適用すれば、電源装置の製造コストを低減できる。 A DC power supply device is equipped with a power storage element such as a storage battery, and discharges electricity from the power storage element to the load (backup power supply) in the event of a power outage in the grid power supply. Many loads are connected to a DC power supply device for 5G mobile phone base stations. During a power outage, power supply to some loads (relatively less important loads) may be cut off in order to continue supplying backup power to important loads from the power storage element of the DC power supply for a long time. In this case, a switch is provided on the power line so that the power supply to relatively unimportant loads can be cut off during backup power supply. By applying a switch such as a field effect transistor (FET), the manufacturing cost of the power supply device can be reduced.
停電していない平時には、直流電源装置に多くの負荷が接続されていることから、電力線に設けたFETおよびFETが実装された回路基板に、大電流(例えば、数百アンペア)が流れる。大電流が流れると、FETおよび回路基板が発熱する傾向がある。大電流を許容できる(大電流が流れても発熱が限定的である)FETの使用は、電源装置の製造コストを上昇させる。 During normal times when there is no power outage, many loads are connected to the DC power supply, so a large current (for example, several hundred amperes) flows through the FET provided on the power line and the circuit board on which the FET is mounted. When large currents flow, the FET and circuit board tend to generate heat. The use of FETs that can tolerate large currents (with limited heat generation even when large currents flow) increases the manufacturing cost of the power supply device.
本発明の一態様は、発熱を抑制しつつ、蓄電素子から一部の負荷への電力供給を遮断できる基板ユニットを有する電源装置を提供する。 One embodiment of the present invention provides a power supply device including a substrate unit that can cut off power supply from a power storage element to a part of a load while suppressing heat generation.
本発明の一態様に係る電源装置は、交流電力を直流電力に変換する電力変換器と、前記電力変換器から直流電力が出力されて第一負荷に電力を供給する主電力線と、前記電力変換器から直流電力が出力されて第二負荷に電力を供給する副電力線と、蓄電素子の充放電のために前記主電力線および前記副電力線と前記蓄電素子とを接続する充放電線と、前記副電力線に設けられて前記第二負荷を前記蓄電素子から電気的に切り離す基板ユニットと、を備える。前記基板ユニットは、金属バーを含む電流分岐線、および、前記電流分岐線を流れる電流を遮断する遮断器をそれぞれが有して、積層された、複数の回路基板と、前記複数の回路基板に直交する方向に延びてそれら回路基板を支持するスペーサと、を有する。 A power supply device according to one aspect of the present invention includes a power converter that converts AC power to DC power, a main power line from which DC power is output from the power converter and supplies power to a first load, and the power converter. a sub power line from which DC power is output from the device and supplies power to a second load; a charging/discharging line connecting the main power line and the sub power line to the electricity storage element for charging and discharging the electricity storage element; A board unit is provided on a power line and electrically disconnects the second load from the power storage element. The board unit includes a plurality of laminated circuit boards each having a current branch line including a metal bar and a circuit breaker that interrupts the current flowing through the current branch line, and the plurality of circuit boards. and spacers extending in orthogonal directions to support the circuit boards.
上記態様によれば、発熱を抑制しつつ、蓄電素子から一部の負荷(第二負荷)への電力供給を遮断できる基板ユニットを有する電源装置を提供できる。 According to the above aspect, it is possible to provide a power supply device having a substrate unit that can cut off power supply from the power storage element to a part of the load (second load) while suppressing heat generation.
以下、本発明の実施形態に係る電源装置の、概要を説明する。 Hereinafter, an outline of a power supply device according to an embodiment of the present invention will be explained.
(1)電源装置は、交流電力を直流電力に変換する電力変換器と、前記電力変換器から直流電力が出力されて第一負荷に電力を供給する主電力線と、前記電力変換器から直流電力が出力されて第二負荷に電力を供給する副電力線と、蓄電素子の充放電のために前記主電力線および前記副電力線と前記蓄電素子とを接続する充放電線と、前記副電力線に設けられて前記第二負荷を前記蓄電素子から電気的に切り離す基板ユニットと、を備える。前記基板ユニットは、金属バーを含む電流分岐線、および、前記電流分岐線を流れる電流を遮断する遮断器をそれぞれが有して、積層された、複数の回路基板と、前記複数の回路基板に直交する方向に延びてそれら回路基板を支持するスペーサと、を有する。 (1) A power supply device includes a power converter that converts AC power into DC power, a main power line from which DC power is output from the power converter and supplies power to a first load, and a main power line that supplies DC power from the power converter to a first load. is output and supplies power to a second load; a charge/discharge line connecting the main power line and the sub power line to the power storage element for charging and discharging the power storage element; and a board unit that electrically disconnects the second load from the power storage element. The board unit includes a plurality of laminated circuit boards each having a current branch line including a metal bar and a circuit breaker that interrupts the current flowing through the current branch line, and the plurality of circuit boards. and spacers extending in orthogonal directions to support the circuit boards.
ここで、「第一負荷」は重要負荷であってもよい。「第二負荷」は、「第一負荷」より重要度が低い負荷であってもよい。
「主電力線」および「副電力線」は、それぞれ、ケーブルを含んでもよいし、金属バー(バスバーとも称される)を含んでもよい。「副電力線」は、「主電力線」から分岐した電力線であってもよい。「充放電線」は、「副電力線」が「主電力線」から分岐する分岐点と電力変換器との間で「主電力線」に接続されてもよい。
上記構成によれば、副電力線を流れる電流が、基板ユニットの、複数の回路基板それぞれに設けられた金属バーを含む電流分岐線に分かれて流れる。そのため、各回路基板上の金属バーや遮断器における発熱を抑制しつつ、必要時に(例えば、停電時に)遮断器によって、第二負荷を蓄電素子から切り離すことができる。複数の回路基板をスペーサを介して積層することで、それら回路基板の冷却性を向上でき、必要電流に柔軟に対応することができる。また、基板ユニットの組立性、電源装置の組立性を向上できる。
Here, the "first load" may be an important load. The "second load" may be a load that is less important than the "first load."
The "main power line" and the "secondary power line" may each include a cable or a metal bar (also referred to as a bus bar). The "sub power line" may be a power line branched from the "main power line". The "charge/discharge line" may be connected to the "main power line" between the power converter and a branch point where the "sub power line" branches from the "main power line".
According to the above configuration, the current flowing through the sub power line is divided into current branch lines including metal bars provided on each of the plurality of circuit boards of the board unit. Therefore, while suppressing heat generation in the metal bars and circuit breakers on each circuit board, the second load can be disconnected from the power storage element by the circuit breaker when necessary (for example, during a power outage). By stacking a plurality of circuit boards with spacers interposed therebetween, the cooling performance of the circuit boards can be improved, and the required current can be flexibly handled. Furthermore, the ease of assembling the board unit and the power supply device can be improved.
(2)上記(1)に記載の電源装置において、前記複数の回路基板は、第一金属バーが設けられた第一回路基板と、第二金属バーが設けられた第二回路基板とを含み、前記第一金属バーと前記第二金属バーとを前記副電力線に並列接続する、スペーサ金属バーを、前記スペーサとして有してもよい。 (2) In the power supply device according to (1) above, the plurality of circuit boards include a first circuit board provided with a first metal bar and a second circuit board provided with a second metal bar. The spacer may include a spacer metal bar that connects the first metal bar and the second metal bar to the sub power line in parallel.
上記構成によれば、スペーサ金属バーに、電気接続の機能と機械的な支持の機能とを持たせることで、基板ユニットの部品点数を少なくできる。スペーサ金属バーを用いることで、基板ユニットの電気抵抗を低減できる。 According to the above configuration, the number of parts of the board unit can be reduced by providing the spacer metal bar with an electrical connection function and a mechanical support function. By using the spacer metal bar, the electrical resistance of the substrate unit can be reduced.
(3)上記(2)に記載の電源装置において、前記第一金属バーおよび前記第二金属バーは、平面視において前記第一回路基板および前記第二回路基板それぞれの外周から突出し、前記スペーサ金属バーは、前記第一金属バーおよび前記第二金属バーの突出した部分に接続されてもよい。 (3) In the power supply device according to (2) above, the first metal bar and the second metal bar protrude from the outer periphery of each of the first circuit board and the second circuit board in plan view, and the spacer metal bar A bar may be connected to protruding portions of the first metal bar and the second metal bar.
上記構成によれば、基板ユニットおよび電源装置の組立性を向上できる。具体的には、基板ユニットの予備組立(pre-assembly)、および、そうして組み立てた基板ユニットの電源装置への取り付けを容易に行える。また、上記構成によれば、電源装置に接続される負荷の消費電力の大きさに応じた回路基板の数の増加にも、比較的容易に対応でき、拡張性が良好である。 According to the above configuration, the ease of assembling the board unit and the power supply device can be improved. Specifically, pre-assembly of the board unit and attachment of the assembled board unit to the power supply device can be easily performed. Further, according to the above configuration, it is possible to relatively easily cope with an increase in the number of circuit boards according to the magnitude of power consumption of the load connected to the power supply device, and the expandability is good.
以下、図面を参照しながら実施形態を詳細に説明する。図1は、携帯電話基地局向けの直流電源装置100の前面の斜視図である。直流電源装置100は、屋外設置が可能な筐体10を有する。筐体10は、前面壁11と、前面壁11に対向する背面壁12と、側面壁13と、側面壁13に対向する側面壁14(図2参照)と、天壁15とを有する。
Hereinafter, embodiments will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a front perspective view of a DC
図1に示すように、本実施形態における前面壁11は、ハンドル(取っ手)20を有する前面扉である。前面壁11の下部に、導入ダクト16が設けられている。
As shown in FIG. 1, the
本実施形態における導入ダクト16は、フード(ひさし形の覆い)のような形状を呈して、前面壁11から前方に突出するとともに、下方に開口している。
The
背面壁12には、前面壁11の導入ダクト16より高い高さ位置に、排出ダクト17が設けられている。
このように、対向する前面壁11と背面壁12とに、導入ダクト16と排出ダクト17とが設けられている。そのため、背面壁12または排出ダクト17に設けられる送風機(図示せず)によって、筐体10の前面の下部から外気がスムーズに導入される。
A
In this way, the
本実施形態における排出ダクト17は、導入ダクト16と同様のフードのような形状を呈して、背面壁12から後方に突出するとともに、下方に開口している。
The
図2は、前面壁11および背面壁(背面扉)12を開放し、側面壁13を図示しないことで直流電源装置の内部構造を示す斜視図である。図2において、蓄電素子(鉛蓄電池やリチウムイオン電池などの蓄電池、またはキャパシタ、またはフライホイール)の図示は省略している。
FIG. 2 is a perspective view showing the internal structure of the DC power supply device with the
図2に示すように、前面壁11の下部に、導入ダクト16に連通する導入開口11aが設けられている。
As shown in FIG. 2, an introduction opening 11a communicating with the
筐体10内には、4本の支柱22a、22b、22c、22dが設けられ、それら支柱の上部に、電力変換器50や、配線部品などの発熱部品が配置されている。電力変換器50の下方に、蓄電素子を配置するための収納部25が設けられている。
Four
本実施形態における電力変換器50は、複数台の(例えば6~7台の)平板状の整流器ユニット(AC-DC変換器、DC-DC変換器を含む)を、積み重ねて電気的に並列接続して構成されている。電力変換器50の側方に(複数台の整流器ユニットの側面と、筐体10の側面壁13の内面との間に)、後述する基板ユニットなどを配置するための部品冷却部26が設けられている。
The
導入ダクト16から導入された空気は、図示しない蓄電素子のまわりを通過した後、電力変換器50の下面、または電力変換器50の下方にある板状の部材の下面に当たり、その下面に沿って側方へ、つまり部品冷却部26へ向かう。導入された空気は、流路の狭い箇所である部品冷却部26に集中する。
After passing around a power storage element (not shown), the air introduced from the
図3に示すように、直流電源装置100は、交流電力入力端子21と、蓄電接続端子27と、第一負荷接続端子28と、第二負荷接続端子29と、を備える。一部または全部の端子が、筐体10内に位置してもよい。一部または全部の端子が、防水コネクタまたはその他のコネクタであってもよい。
As shown in FIG. 3, the DC
交流電力入力端子21を介して、電力変換器50に交流電力が入力される。電力変換器50は、交流電力を直流電力に変換して、直流電力を主電力線23に出力する。主電力線23は分岐点23aを有し、分岐点23aから副電力線24が分岐している。主電力線23と副電力線24は、分電部31を介して第一負荷接続端子28と第二負荷接続端子29とに接続され、第一負荷70と第二負荷80とに電力をそれぞれ供給する。
AC power is input to the
図3では、簡略化して図示しているが、第一負荷70および第二負荷80は、それぞれ複数の負荷を有してもよい。分電部31は、複数のスイッチ(ブレーカー)を内蔵してもよい。
Although illustrated in a simplified manner in FIG. 3, the
本実施形態では、直流電源装置100の蓄電接続端子27に、蓄電素子として、蓄電池60が接続されている。充放電線23bの一端は、電力変換器50と分岐点23aとの間で主電力線23に接続されている。充放電線23bの他端は、蓄電接続端子27に接続されている。充放電線23bには、過充電や過放電から蓄電池60を保護する蓄電池スイッチ32が設けられている。蓄電池スイッチ32は、電磁開閉器であってもよい。
In this embodiment, a
副電力線24には、分岐点23aと分電部31との間に、基板ユニット40が設けられている。副電力線24は、図示しない正ラインと負ラインとを有する。基板ユニット40は、副電力線24の負ラインに設けられてもよい。
A
直流電源装置100は、制御部30を有する。制御部30は、電力変換器50の電力変換動作、蓄電池スイッチ32の開閉(オンオフ)動作、基板ユニット40の遮断器の開閉動作などを制御する。
The DC
図4に示すように、基板ユニット40は、入力端子40aと出力端子40bとを有し、それらに副電力線24の負ライン(Nライン)が接続される。基板ユニット40は、入力端子40aと出力端子40bとに並列接続された複数の(本実施形態では2本の)電流分岐線を有し、それら複数の電流分岐線は複数の(本実施形態では2枚の)回路基板41、41に分けて配置される。各回路基板41には、遮断器としてのFET42が搭載され、電流分岐線を流れる電流をFET42で遮断できるようになっている。各回路基板41のFET42は、複数のFETを並列に接続して構成されてもよい。
As shown in FIG. 4, the
図2に示した部品冷却部26に、図5に示すような基板ユニット40が配置され、部品冷却部26の流路を流れる空気によって基板ユニット40が冷却される。第一回路基板41a、第二回路基板41bは、間隔をあけて、流路を流れる空気とほぼ平行に(図1に示した側面壁13とほぼ平行に)延びるように配置される。直流電源装置100に接続される電気負荷の消費電力が大きい場合、第一回路基板41aと第二回路基板41bそれぞれの電流分岐線およびFET42に、比較的大きい電流(数百アンペア)が流れて発熱する。その際、部品冷却部26の流路を流れる空気が、第一回路基板41aと第二回路基板41bとによって流れを阻まれることなく、基板ユニット40を効率的に冷却する。FET42には、ヒートシンク43が設けられていてもよい。
A
第一回路基板41aおよび第二回路基板41bそれぞれに、電流分岐線の一部を形成する金属バー45a、45bが、ねじ等の機械的固定具によって固定されている。平面視において、第一回路基板41aおよび第二回路基板41bの外周を形成する辺から、金属バー45a、45bは突出している。本実施形態では、金属バー45a、45bは、第一回路基板41aおよび第二回路基板41bの、上方向および下方向に突出している。それら金属バー45a、45bの突出した部分に、スペーサ金属バー46a、46bが接続されている。
Metal bars 45a and 45b, which form part of the current branch line, are fixed to each of the
本実施形態では、金属バー45a、45bの突出した部分に設けられたフランジ部Fに、スペーサ金属バー46a、46bが、ボルト等の機械的固定具によって固定されている。スペーサ金属バー46a、46bは、基板ユニット40の入力端子40a、出力端子40b(図4参照)それぞれの近傍で、金属バー45a、45bを電気的に接続(並列接続)する機能を有する。また、スペーサ金属バー46a、46bは、第一回路基板41a、第二回路基板41bと直交する方向に延びて、それら回路基板41a、41bを間隔をあけて機械的に支持する機能を有する。スペーサ金属バー46a、46b以外に、回路基板41a、41bを機械的に支持するスペーサ44が設けられてもよい。
In this embodiment,
以上説明したように、直流電源装置100は、副電力線24に設けられて第二負荷80を蓄電池60から電気的に切り離す基板ユニット40を備える。基板ユニット40は、金属バーを45a、45bを含む電流分岐線、および、電流分岐線を流れる電流を遮断するFET42をそれぞれが有して、積層された、複数の回路基板41a、41bを有する。基板ユニット40は、回路基板41a、41bに直交する方向に延びてそれら回路基板を支持するスペーサ金属バー46a、46bを有する。
As described above, the DC
上記構成によれば、副電力線24を流れる電流が、回路基板41a、41bそれぞれに設けられた金属バー45a、45bを含む電流分岐線に分かれて流れる。そのため、各回路基板41a、41bの金属バー45a、45bやFET42における発熱を抑制しつつ、必要時に(例えば、停電時に)FET42によって、第二負荷80を蓄電池60から切り離すことができる。回路基板41a、41bをスペーサ金属バー46a、46bを介して積層することで、それら回路基板41a、41bの冷却性を向上でき、また、基板ユニット40の組立性、直流電源装置100の組立性を向上できる。
According to the above configuration, the current flowing through the
また、スペーサ金属バー46a、46bに、電気接続の機能と機械的な支持の機能を持たせることで、基板ユニット40の部品点数を少なくできる。スペーサ金属バー46a、46bを用いることで、基板ユニット40の電気抵抗を低減できる。
Further, by providing the
平面視において回路基板41a、41bの外周から金属バー45a、45bを突出させ、スペーサ金属バー46a、46bを、金属バー45a、45bのそれら突出した部分に接続することで、基板ユニット40および直流電源装置100の組立性を向上できる。具体的には、基板ユニット40の予備組立、および、そうして組み立てた基板ユニット40の直流電源装置100への取り付けを容易に行える。
By making the
図6に他の基板ユニット40aを示す。この基板ユニット40aは、4枚の回路基板41a~41dを積層して構成されている。このように、基板ユニット40aは、直流電源装置100に接続される負荷の消費電力の大きさに応じた回路基板の数の増加にも、比較的容易に対応でき、拡張性が良好である。回路基板41a~41dとして、同じ構成の回路基板を用いることができる。スペーサ金属バー46a、46bとして、図5に示した基板ユニット40のスペーサ金属バーよりも、長い寸法のものを用いている。このようなモジュラーデザインを採用した基板ユニット40、40aは、製造コストを低減できるとともに、部品調達性が良好である。
FIG. 6 shows another
本発明は、上述した実施形態に限定されない。
実施形態では、携帯電話基地局向けの直流電源装置を説明したが、その他の用途の直流電源装置や、無停電電源装置(UPS)などの電源装置にも、本発明を適用できる。特に、多くの台数の電源装置を屋外の各所に設置するような用途に、本発明を適用することが好ましい。
The invention is not limited to the embodiments described above.
In the embodiment, a DC power supply device for a mobile phone base station has been described, but the present invention can also be applied to a DC power supply device for other uses and a power supply device such as an uninterruptible power supply (UPS). In particular, it is preferable to apply the present invention to applications where a large number of power supply devices are installed at various locations outdoors.
電源装置は、屋内に設置されてもよい。筐体10は、実施形態のような直方体状のものに限定はされない。
The power supply device may be installed indoors. The
電源装置が備える電力変換器50は、AC-DC、DC-DC、DC-ACの少なくともいずれかの電力変換機能を有していればよい。
The
本明細書においていう「複数の回路基板に直交する方向」とは、字義どおりの直交方向に加え、直交方向からはやや逸脱した方向や斜め方向、すなわち「複数の回路基板に交差する方向」もその意味に含む。スペーサまたはスペーサ金属バーによって、複数の回路基板が、平面視においてそれらの少なくとも一部が重なった状態で支持されればよい。 In this specification, the term "direction orthogonal to a plurality of circuit boards" refers to not only a literal orthogonal direction but also a direction slightly deviating from the orthogonal direction or a diagonal direction, that is, a direction that intersects a plurality of circuit boards. Included in its meaning. The plurality of circuit boards may be supported by the spacer or the spacer metal bar in a state where at least some of them overlap in a plan view.
23 主電力線
24 副電力線
40、40a 基板ユニット
41a、41b、41c、41dd 回路基板
42 FET(遮断器)
45a、45b 第一金属バー、第二金属バー
46a、46b スペーサ金属バー
50 電力変換器
60 蓄電池(蓄電素子)
70 第一負荷
80 第二負荷
100 直流電源装置(電源装置)
23
45a, 45b First metal bar,
70
Claims (3)
前記電力変換器から直流電力が出力されて第一負荷に電力を供給する主電力線と、
前記電力変換器から直流電力が出力されて第二負荷に電力を供給する副電力線と、
蓄電素子の充放電のために前記主電力線および前記副電力線と前記蓄電素子とを接続する充放電線と、
前記副電力線に設けられて前記第二負荷を前記蓄電素子から電気的に切り離す基板ユニットと、を備え、
前記基板ユニットは、
金属バーを含む電流分岐線、および、前記電流分岐線を流れる電流を遮断する遮断器をそれぞれが有して、積層された、複数の回路基板と、
前記複数の回路基板に直交する方向に延びてそれら回路基板を支持するスペーサと、を有する
電源装置。 A power converter that converts AC power to DC power,
a main power line through which DC power is output from the power converter and supplies power to a first load;
a sub power line through which DC power is output from the power converter and supplies power to a second load;
a charge/discharge line connecting the main power line and the sub power line to the power storage element for charging and discharging the power storage element;
a board unit provided on the sub power line to electrically disconnect the second load from the power storage element;
The board unit includes:
A plurality of laminated circuit boards each having a current branch line including a metal bar and a circuit breaker that interrupts the current flowing through the current branch line;
A power supply device comprising: a spacer extending in a direction perpendicular to the plurality of circuit boards and supporting the circuit boards.
前記第一金属バーと前記第二金属バーとを前記副電力線に並列接続する、スペーサ金属バーを、前記スペーサとして有する
請求項1に記載の電源装置。 The plurality of circuit boards include a first circuit board provided with a first metal bar and a second circuit board provided with a second metal bar,
The power supply device according to claim 1, further comprising a spacer metal bar as the spacer, which connects the first metal bar and the second metal bar to the sub power line in parallel.
請求項2に記載の電源装置。
The first metal bar and the second metal bar protrude from the respective outer peripheries of the first circuit board and the second circuit board in a plan view, and the spacer metal bar extends beyond the first metal bar and the second metal bar. The power supply device according to claim 2, wherein the power supply device is connected to a protruding portion of the power supply device.
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JP2022109380A JP2024007939A (en) | 2022-07-07 | 2022-07-07 | Power source device |
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JP2022109380A JP2024007939A (en) | 2022-07-07 | 2022-07-07 | Power source device |
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