JP2013256197A - 電力制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 安定した電力を生成及び回生し、車両等の省電力化と低燃費化を図る。
【解決手段】 光発電部11で発電された電圧とバッテリ4において消費される電力を検出し、光発電部11で発電された電圧とバッテリ4において消費される電力とに基づいて、電圧変換部12の昇圧量または降圧量と、バッテリ4を充電するために車両1に備えられている発電機3の駆動の要否とを決定し、光発電部11で発電された電力のバッテリ4への供給を制御する電力制御装置を提供する。
【選択図】 図1

Description

本発明は、電力制御装置に関し、特に、車両等の省電力化と低燃費化を図る電力制御装置に関する。
従来から、車両等においては発電機(オルタネータ)を使用し、走行中などにエンジン等から得られる運動エネルギーを電気エネルギーに変換することにより発電し、その電力をバッテリに蓄電することを行っている。また、近年の車両等の低燃費技術として、車両等において太陽電池パネルを使用し、光エネルギーを電気エネルギーに変換することにより発電し、発電機による発電と組み合せて使用する技術が知られている。
たとえば、特許文献1では、太陽電池の発電状態に応じてバッテリの目標充電量を決定し、太陽電池の発電能力を最大限に活用することにより、発電機を駆動するための燃料コストを低下させることを目的として、太陽電池装備自動車が開示されている。この太陽電池装備自動車は、発電機及び太陽電池から充電されるバッテリを備え、バッテリの充電量を検出し、バッテリの充電量と太陽電池の発電量の予測量に応じて発電機の起動停止を制御する。
また、特許文献2では、太陽電池及び発電機によるバッテリの充電を適切に制御し、燃費を向上させることを目的として、車両用電源制御装置が開示されている。この車両用電源制御装置は、発電機又は太陽電池により充電可能なバッテリと、目的地に駐車中に、太陽電池により発電されるソーラ発電量を予測するソーラ発電量予測手段と、ソーラ発電量に基づき目標バッテリ残量を算出する目標バッテリ残量算出手段を備え、目標バッテリ残量を目標にして、目的地に到着時のバッテリの残量を制御する。
また、特許文献3では、太陽電池の発電電力を電気負荷に対して直接供給可能な構成を採用しつつ、電気負荷に対して安定的に電力を供給することを目的として、車両用電源切替制御装置が開示されている。この車両用電源切替制御装置は、車両に搭載され予め定められた電気負荷に対して電力を供給可能に接続された電源としてのバッテリ及び太陽電池と、バッテリ及び太陽電池のいずれかの電源から電気負荷に電力が供給されるように接続先の電源を択一的に切り替える電源切替スイッチと、電源切替スイッチを切替制御する電源切替制御部とを備える。
また、特許文献4では、電源供給源としてのバッテリ及び太陽電池と、エンジン停止時、太陽電池の出力電圧が所定電圧を超えるときは、太陽電池を負荷のバックアップ用電源として選択し、出力電圧が所定電圧に達しない場合は、バッテリをバックアップ用電源として選択する選択手段を備えた車両用電源供給装置が開示されている。
なお、従来から、車両等における太陽電池パネルの配置に関する技術も知られている。たとえば、特許文献5では、車両のフロントバンパに、太陽光とヘッドランプ光の両者の受光を可能にする太陽電池を配設した車両用発電装置が開示されている。
また、特許文献6では、盗難時に盗難防止装置の電源線が切断され作動しなくなることを防止することを目的として、車両用盗難防止装置が開示されている。この車両用盗難防止装置は、車両に取付けられた太陽電池と、太陽電池が発電した電力を無線給電する給電回路と、給電回路が無線給電した電力を受電する受電回路と、受電回路が受電した電力を蓄電する蓄電部とを備え、太陽電池は車両の屋根に取付けられ、太陽電池が発電した電力は、車両の屋根の内側(天井)に取付けられた給電回路から無線給電される。
特開2000−253504号公報 特開2008−172959号公報 特開2011−068283号公報 実開昭63−010743号公報 実開昭63−072144号公報 特開2011−240880号公報
本発明は、人工光と太陽光により発電可能な太陽電池と発電機の両方を備えた車両等において、安定した電力を生成及び回生し、車両等の省電力化と低燃費化を図る電力制御装置を提供するものである。
上記課題を解決するために、光源を有する移動体に備えられ、その光源の光と太陽光により発電可能な光発電部と、その光発電部で発電された電力を昇圧または降圧する電圧変換部と、その移動体に搭載される機器へ電力を供給するバッテリに対して電圧変換部からの電力供給を制御する制御部と、を有し、その制御部は、光発電部で発電された電圧とバッテリにおいて消費される電力を検出し、光発電部で発電された電圧とバッテリにおいて消費される電力とに基づいて、電圧変換部の昇圧量または降圧量と、バッテリを充電するために移動体に備えられている発電機の駆動の要否とを決定し、光発電部で発電された電力の前記バッテリへの供給を制御する電力制御装置が提供される。
これによれば、昼夜を問わず安定した電力を生成するとともに、その電力をバッテリへ回生することができ、車両等の省電力化を図ることができる。
さらに、制御部は、光発電部で発電された電力をバッテリへ供給している場合に、発電機の発電量を0とするように制御することを特徴としてもよい。
これによれば、発電機を動作させないことによりエンジンなどの動力にかける負荷が少なくなるので、低燃費化を図ることができる。
さらに、制御部は、光発電部で発電された電力が、発電しきい値を超えた場合に、電圧変換部からの電力を前記バッテリへ供給することを特徴としてもよい。
これによれば、光発電部における発電量が一定の発電量を超えた場合にのみ、バッテリへその電力を供給することにより効率的なバッテリへの充電を行うことができ、省電力化を図ることができる。
さらに、制御部は、バッテリにおいて消費される電力が、光発電部で発電された電力と電圧変換部の昇圧量の上限値とから求められるバッテリへの供給可能電力より低い場合に、発電機の発電量を0とするように制御し、バッテリにおいて消費される電力が、供給可能電力以上である場合に、発電機を駆動するように制御することを特徴としてもよい。
これによれば、バッテリにおいて消費される電力が供給可能電力を下回る場合には、消費電力の全量を光発電部で発電された電力により賄い、また、バッテリにおいて消費される電力が供給可能電力を上回る場合には、発電機が不足分のみを発電することにより、低燃費化を図ることができる。
さらに、制御部は、制御部とバッテリとの接続の有無を検出する接続検出部と、移動体のユーザに対して連絡を行うセキュリティ部とを、さらに備え、接続検出部が制御部とバッテリとの非接続を検出した場合、セキュリティ部が光発電部で発電された電力を用いて連絡を行うことを特徴としてもよい。
これによれば、バッテリが盗難された場合であっても、太陽光で発電している場合には、予備バッテリを設けなくても警報などを発することができる。また、バッテリと盗難防止装置との接続線が切断された場合でもあっても、太陽光などで発電した電力により警報などを発することができる。
さらに、光発電部は、光源を有する灯体のケースの内部に配置され、光源から配光される光を受けることにより発電し、かつ、太陽光を受けるように配置され、太陽光を受けることにより発電することを特徴としてもよい。
これによれば、灯体内部に光発電部を設けることにより、光発電部が目立たないようにすることができ、優れた外観を呈することができる。
さらに、光発電部は、太陽電池パネルと、その電池パネルに光源の光および/または太陽光を導光または集光するパネル部材とを有することを特徴としてもよい。
これによれば、光源と太陽の光を効率的に太陽電池パネルに導光・集光することができる。
以上説明したように、人工光と太陽光により発電可能な太陽電池と発電機の両方を備えた車両等において、安定した電力を生成及び回生し、車両等の省電力化と低燃費化を図る電力制御装置を提供することができる。
また、灯体が点灯中は一定の発電量となるので、所定の発電量以下となった場合には、光源の劣化や断線などの異常を判断することができる。さらに、車両等の省電力化することにより、バッテリの延命化が図られ、またバッテリの小型化、低コスト・軽量のバッテリを使用することができる。
本発明に係る第一実施例における電力制御装置および該装置を搭載する車両の主要な構成要素を示すブロック図。 本発明に係る第一実施例における電力制御装置のフローチャート。 本発明に係る第一実施例における(A)発電電力テーブル例、(B)光発電部の特性値の例を示す図。 本発明に係る第一実施例における灯体のケースの説明図。 本発明に係る第二実施例における電力制御装置および該装置を搭載する車両の主要な構成要素を示すブロック図。
以下では、図面を参照しながら、本発明に係る実施例について説明する。
<第一実施例>
図1は、移動体である車両1に搭載された本発明に係る電力制御装置10を示すブロック図である。なお、移動体は、車や電車などの車両や、船舶、航空機などを含み、昼夜を問わず移動するために必要な光源を備える移動体を言う。
車両1は、エンジン(図示せず)を有し、またそのエンジンを制御するエンジンECU2と、エンジンに接続されるとともにエンジンECU2に制御される発電機3と、発電機3で発電した電力を蓄電するバッテリ4を搭載する。エンジンECU2は、バッテリセンサ20の情報(電圧、電流、温度など)を基に発電制御を行なっている。
さらに、車両1は、制御ユニット5を複数搭載する。それぞれの制御ユニット5は、バッテリ4から電力を引き込みそれぞれの負荷に対応した電圧を提供する電源部と、エンジンECU2や他の制御ユニットと、CAN(Controller Area Network)やLIN(Local Interconnect Network)などにより通信を行う通信部を有する。また、制御ユニット5は、それぞれ制御する負荷6に対応した制御部を有する。なお、負荷とは、例えば、窓やドアを開閉させるためのモータや、エアコンのためのコンプレッサである。
電力制御装置10は、かかる制御ユニット5の1つであり、灯体31を制御する。灯体31は、車両1のユーザが操作スイッチ40を操作することにより、又は自動で、ON/OFFされる。電力制御装置10は、他の制御ユニット5と同様、灯体31を制御する制御部13と、バッテリ4から電力を引き込み灯体31に適合した電圧を提供する電源部15と、エンジンECU2などと通信を行う通信部16とを有する。電力制御装置10は、さらに、灯体31が発する光と太陽光により発電可能な光発電部11と、光発電部11で発電された電力を昇圧または降圧する電圧変換部12とを有する。
なお、光発電部11は、太陽電池で構成されており、人工光または太陽光などの自然光を受光することによって発電する。また、電圧変換部12は、具体的には、DC/DCコンバータである。
制御部13は、灯体31の点灯を制御するとともに、バッテリ4に対して光発電部11で発電された電力の供給を制御する。また、制御部13は、光発電部11で発電された電圧とバッテリ4において消費される電力を検出する。そして、光発電部11で発電された電圧とバッテリ4において消費される電力とに基づいて、電圧変換部12の昇圧量または降圧量と、バッテリ4を充電するため発電機3の駆動の要否とを決定し、光発電部11で発電された電力のバッテリ4への供給を制御する。これによれば、電力制御装置10は、昼夜を問わず安定した電力を生成するとともに、その電力をバッテリへ回生することができ、車両1の省電力化を図ることができる。
電力制御装置10のフローチャートを示す図2を参照しながら、制御部13の制御方法を具体的に述べる。なお、ステップをSと略して記載する。制御部13は、S102において、光発電部11で発電された電圧Vを検出する。制御部13は、電圧Vに基づき光発電部11の発電電力を参照する発電電力テーブルを記憶するメモリを内部に有している。制御部13は、S104において、その発電電力テーブルから光発電部11が発電した電力PPDを算出する。
なお、発電電力テーブルは、光発電部11の特性値を基にして、図3(A)に示すように、検出電圧と予想発電電力とを関連付けて予め作成される。一方、予め発電電力テーブルを作成することに限定されることはない。例えば、図3(B)に示すように、光発電部11の電圧−発電電力の特性値から関係式(Y=aX+b)を得ておき、制御部13は、検出した電圧Vに基づき光発電部11が発電する電力を演算するようにしてもよい。もちろん、関係が一意に決まればよく、関係式は一次式である必要はない。
制御部13は、S106において、光発電部11が発電した電力PPDと、しきい値電力Pthを比較し、PPD>Pthであった場合にはS108へ進み、PPD≦Pthであった場合はS102に戻り、光発電部11で発電された電力のバッテリ4への供給を行わない。なお、しきい値電力Pthは、光発電部11で発電される電力のSOC(State Of Charge)を予め定義し、発電電力が安定する所定の値として適宜定められる。また、しきい値電力Pthは、周囲の温度により変化させてもよい。例えば、光発電部11の温度特性を予め把握しておき、しきい値に温度係数をかけて、しきい値電力Pthを求めてもよい。
即ち、制御部13は、光発電部11で発電された電力が、発電しきい値を超えた場合に、光発電部11で発電された電力のバッテリ4へ供給する。これによれば、光発電部における発電量が一定の発電量を超えた場合にのみ、バッテリへその電力を供給することにより効率的なバッテリへの充電を行うことができ、バッテリへの充放電変動を低減することができ、バッテリ寿命の長期化を図ることができる。
制御部13は、S108において、バッテリセンサ20が検出し通信部16を介して得られる電流IBと電圧VBから、バッテリ4において消費される車両全体の消費電力PBを算出する。
制御部13は、S110において、この消費電力PBと光発電部11が発電した電力PPDを比較し、PPD>PBであった場合にはS112へ進み、PPD≦PBであった場合はS102に戻り、光発電部11で発電された電力のバッテリ4への供給を行わない。
制御部13は、S112において、電圧変換部12であるDC−DCコンバータを起動し、光発電部11で発電された電圧PPDとバッテリ4における消費電力PBとに基づいて、電圧変換部12の昇圧量または降圧量を決定する。例えば、制御部13は、DC−DCコンバータへ、昇降圧の指令値、即ち、PWM(Pulse Width Modulation)のデューティ値または指令電圧値を出力し、所望の変換電圧を得る。デューティ値の場合は、デューティ値(On Duty比)を上げると高い出力電圧を得ることができ、逆に下げると低い電圧を得ることができる。指令電圧の場合は、指令電圧を上げると高い出力電圧を得ることができ、下げると低い出力電圧を得ることができる。
制御部13は、S114において、バッテリ4を充電するため発電機3の駆動の要否を決定し、即ちこの場合、エンジンECU2に対して発電機3が発電しないよう要求信号を、通信部16を介して送信する。その後、制御部13は、S116において、電圧供給スイッチ14をONし、光発電部11で発電された電力のバッテリ4への供給を行う。
即ち、制御部13は、光発電部11で発電された電力をバッテリ4へ供給している場合に、発電機3の発電量を0とするように制御する。これによれば、発電機を動作させないことによりエンジンなどの動力にかける負荷が少なくなるので、低燃費化を図ることができる。
また、制御部13は、バッテリ4において消費される電力PBが、光発電部11で発電された電力PPDと電圧変換部13の昇圧量の上限値とから求められるバッテリ4への供給可能電力より低い場合に、発電機3の発電量を0とするように制御し、バッテリ4において消費される電力PBが供給可能電力以上である場合に、発電機3を駆動するように制御してもよい。なお、上記供給可能電力は、電圧変換部13(DC−DCコンバータ)が昇圧/降圧できる昇圧・降圧電圧量の性能限界値に依存する。これによれば、バッテリ4において消費される電力が供給可能電力を下回る場合には、消費電力の全量を光発電部で発電された電力により賄い、また、バッテリ4において消費される電力が供給可能電力を上回る場合には、発電機が不足分のみを発電することにより、低燃費化を図ることができる。
制御部13は、S118において、電力変換部12からの電力の出力が異常かどうか(例えば、地絡などがないかどうか)チェックし、異常がなければS120に進み、異常があればS124にてユーザに通知し、すぐさまS126に進み電圧供給スイッチ14をOFFし、光発電部11で発電された電力のバッテリ4への供給を中止する。
制御部13は、光発電部11で発電された電力のバッテリ4への供給を行っている状態において、S120において、バッテリセンサ20が検出し通信部16を介して得られる電流I1と電圧V1から、バッテリ4において消費される車両全体の消費電力P1を算出する。
制御部13は、S122において、光発電部11で発電された電力のバッテリ4への供給を開始する前の消費電力PBと開始した後の消費電力P1を比較する。制御部13は、開始した後の消費電力P1の方が所定の値X以上高くなった場合、出力不足になる可能性があるため、S126において、電圧供給スイッチ14をOFFする。逆に、開始した後の消費電力P1の方が所定の値以上高くならない場合は、光発電部11で発電された電力のバッテリ4への供給を継続するため、S118へ戻る。
制御部13は、S128において、光発電部11で発電された電力のバッテリ4への供給を停止したため、エンジンECU2に対して発電機3が発電するように要求信号を、通信部16を介して送信する。これにより、発電機3がバッテリ4への充電を再開する。
制御部13は、S130において、電圧変換部12であるDC−DCコンバータの起動をOFFする。そして、制御部13は、S132において、イグニション状態がONであれば、S102に戻り再び上記ステップを開始する。逆に、イグニション状態がOFFであれば、制御を終了する。
図4は、本実施例における灯体31のケース30に含まれる構成要素の説明図である。ケース30は、灯体31を内部に有し、車両1に直接取り付けられる部品である。従って、車体の一部として外観から見える部分で、車両1の意匠性に影響を与えるものである。本実施例では、前方上側を斜めに切り欠いた円筒形の部品である。
灯体31は、前方を照射するためのプロジェクタレンズを有し、光源32を封入した部品である。灯体31は、光発電部11に対して太陽光を遮らないように、ケース30の切り欠かいた部分より後方に配置される。光源32は、発光ダイオード(LED)だが、これに限定されず、例えば水銀灯などであってもよい。
光発電部11は、灯体31と同様ケース30の内部であって、光源32から配光される光を受けることができるようにプロジェクタレンズの前方であって、かつ、太陽光を受けることができるようにケース30の切り欠いた部分の下方であってケース30の内側底面付近に配置される。これにより、光発電部11は、車両1の光源32および太陽から受光することができ、効率よく光発電することができるとともに、灯体内部に光発電部を設けることにより、光発電部が目立たないようにすることができ、優れた外観を呈することができる。
また、光発電部11は、太陽電池パネル111と、太陽電池パネル111に光源32の光および/または太陽光を導光または集光するパネル部材112とを有する。これによれば、灯体31の光源32と太陽の光を効率的に太陽電池パネル111に導光・集光することができる。なお、パネル部材112は、具体的には、マイクロプリズム、光ファイバーを敷きつめたものなど、受光した光を太陽電池パネル111に導波できるものであればよい。また、パネル部材112は、太陽電池パネル111の各セルに集光するような集光レンズであってもよい。プロジェクタレンズからの光がパネル部材112へ入射する角度は、パネル部材112の垂線から45度以内に収まることが望ましい。
また、本発明は、昼間の明るいうちから車両の前照灯を点灯させる昼間点灯を行う地域で使用されることが好ましい。光発電部11は、車両1の光源32と太陽光の両方から光を受光することができるからである。
<第二実施例>
図5は、車両1Aに搭載された本発明に係る電力制御装置10Aを示すブロック図である。なお、重複説明を避けるため、第一実施例と異なる点についてのみ記載する。
制御部13Aは、第一実施例の機能に加え、制御部13Aとバッテリ4との接続の有無を検出する接続検出部131Aと、車両1Aのユーザに対して連絡を行うセキュリティ部132Aとを、さらに備える。接続検出部131Aは、制御部13Aとバッテリ4との非接続を検出した場合、セキュリティ部132Aが光発電部11で発電された電力を用いてユーザに連絡を行う。
これによれば、バッテリ4が盗難された場合であっても、太陽光で発電している場合には、予備バッテリを設けなくても警報などを発することができる。また、バッテリ4と盗難防止装置との接続線が切断された場合でもあっても、太陽光などで発電した電力により警報などを発することができる。なお、接続検出部131Aは、制御部13Aとバッテリ4との間の電気的な接続を検出できるものであればよい。また、セキュリティ部132Aは、光発電部11が発電する電力で機能し、視覚的および/または聴覚的な報知を行うものを言う。
なお、本発明は、例示した実施例に限定するものではなく、特許請求の範囲の各項に記載された内容から逸脱しない範囲の構成による実施が可能である。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
1 車両
2 エンジンECU
3 発電機(オルタネータ)
4 バッテリ
5 制御ユニット
6 負荷
10 電力制御装置
11 光発電部
111 太陽電池パネル
112 パネル部材
12 電圧変換部
13 制御部
131 接続検出部
132 セキュリティ部
14 電圧供給スイッチ
15 電源部
16 通信部
20 バッテリセンサ
30 ケース
31 灯体
32 LED(光源)
40 操作スイッチ

Claims (7)

  1. 光源を有する移動体に備えられ、前記光源の光と太陽光により発電可能な光発電部と、
    前記光発電部で発電された電力を昇圧または降圧する電圧変換部と、
    前記移動体に搭載される機器へ電力を供給するバッテリに対して前記電圧変換部からの電力供給を制御する制御部と、
    を有し、
    前記制御部は、前記光発電部で発電された電圧と前記バッテリにおいて消費される電力を検出し、前記光発電部で発電された電圧と前記バッテリにおいて消費される電力とに基づいて、前記電圧変換部の昇圧量または降圧量と、前記バッテリを充電するために前記移動体に備えられている発電機の駆動の要否とを決定し、前記光発電部で発電された電力の前記バッテリへの供給を制御する電力制御装置。
  2. 前記制御部は、前記光発電部で発電された電力を前記バッテリへ供給している場合に、前記発電機の発電量を0とするように制御することを特徴とする請求項1に記載の電力制御装置。
  3. 前記制御部は、前記光発電部で発電された電力が、発電しきい値を超えた場合に、前記電圧変換部からの電力を前記バッテリへ供給することを特徴とする請求項1または2に記載の電力制御装置。
  4. 前記制御部は、前記バッテリにおいて消費される電力が、前記光発電部で発電された電力と前記電圧変換部の昇圧量の上限値とから求められる前記バッテリへの供給可能電力より低い場合に、前記発電機の発電量を0とするように制御し、前記バッテリにおいて消費される電力が、前記供給可能電力以上である場合に、前記発電機を駆動するように制御することを特徴とする請求項1に記載の電力制御装置。
  5. 前記制御部は、前記制御部と前記バッテリとの接続の有無を検出する接続検出部と、前記移動体のユーザに対して連絡を行うセキュリティ部とを、さらに備え、
    前記接続検出部が前記制御部と前記バッテリとの非接続を検出した場合、前記セキュリティ部が前記光発電部で発電された電力を用いて前記連絡を行うことを特徴とする請求項1乃至4いずれかに記載の電力制御装置。
  6. 前記光発電部は、前記光源を有する灯体のケースの内部に配置され、前記光源から配光される光を受けることにより発電し、かつ、太陽光を受けるように配置され、太陽光を受けることにより発電することを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の電力制御装置。
  7. 前記光発電部は、太陽電池パネルと、前記太陽電池パネルに前記光源の光および/または太陽光を導光または集光するパネル部材とを有することを特徴とする請求項6に記載の電力制御装置。
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