JP2014187774A - 車両 - Google Patents
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Abstract
【課題】電気機器を動作させるための電力を出力するコンセントを有する車両において、車両外部の電源から電力を受けて蓄電装置を充電しているときに、コンセントから電力を出力する。
【解決手段】充電装置200は、接続部220が受けた受電電力を、蓄電装置110を充電するための充電電力に変換する。インバータ190は、充電電力および蓄電装置110に蓄えられた蓄電電力の少なくとも一方を、アウトレット195に出力するための出力電力に変換する。ECU300は、接続部220が受電電力を受けるときに、充電装置200が電力変換を実行するように充電装置200を制御するとともに、アウトレット195に出力電力を出力するようにインバータ190を制御する。
【選択図】図1
【解決手段】充電装置200は、接続部220が受けた受電電力を、蓄電装置110を充電するための充電電力に変換する。インバータ190は、充電電力および蓄電装置110に蓄えられた蓄電電力の少なくとも一方を、アウトレット195に出力するための出力電力に変換する。ECU300は、接続部220が受電電力を受けるときに、充電装置200が電力変換を実行するように充電装置200を制御するとともに、アウトレット195に出力電力を出力するようにインバータ190を制御する。
【選択図】図1
Description
この発明は、車両に関し、特に、車両外部の電源による蓄電装置の充電が可能な車両に関する。
特開2012−253939号公報(特許文献1)は、車両外部の電源による蓄電装置の充電が可能な車両を開示している。この車両は、蓄電装置と、車両外部の電源に接続するための接続部と、車両外部の電源からの交流電力を直流電力に変換して蓄電装置を充電する電力変換装置とを備える。さらに、この車両は、電力変換装置によって蓄電装置の直流電力を交流電力に変換して接続部から電力を出力することもできる。
上記のような車両において、車室内の電気機器へ電力を出力するためのコンセントが設けられる場合には、電力変換装置によって蓄電装置の直流電力が交流電力に変換されてコンセントへ供給される。このような構成においては、蓄電装置を充電しているときには、電力変換装置は、車両外部の電源からの交流電力を直流電力に変換しているため、蓄電装置の直流電力をコンセントへ出力するための交流電力に変換することができない。したがって、蓄電装置を充電しているときには、コンセントを使用することができないという課題がある。
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、電気機器を動作させるための電力を出力するコンセントを有する車両において、車両外部の電源から電力を受けて蓄電装置を充電しているときに、コンセントから電力を出力することである。
この発明によれば、車両は、蓄電装置と、受電部と、電力出力部と、第1の電力変換器と、第2の電力変換器と、制御装置とを備える。受電部は、車両外部の電源から電力を受ける。電力出力部は、電気機器へ電力を出力する。第1の電力変換器は、受電部が受けた受電電力を、蓄電装置を充電するための充電電力に変換する。第2の電力変換器は、充電電力および蓄電装置に蓄えられた蓄電電力の少なくとも一方を、電力出力部に出力するための出力電力に変換する。制御装置は、受電部が受電電力を受けるときに、第1の電力変換器が電力変換を実行するように第1の電力変換器を制御するとともに、電力出力部に出力電力を出力するように第2の電力変換器を制御する。
好ましくは、車両は、切替部をさらに備える。切替部は、受電部と電力出力部との間に設けられ、受電部と電力出力部との間の電気的な接続および非接続を切り替える。制御装置は、受電電力の電圧が電力出力部の出力電圧と等しいときに、受電部と電力出力部との間を電気的に接続するように切替部を制御するとともに第2の電力変換器を停止し、受電電力の電圧が電力出力部の出力電圧と異なるときに、受電部と電力出力部との間が電気的に非接続となるように切替部を制御する。
好ましくは、車両は、他の切替部をさらに備える。他の切替部は、蓄電装置と第2の電力変換器との間に設けられ、蓄電装置と第2の電力変換器との間の電気的な接続および非接続を切り替える。制御装置は、受電電力の電圧が電力出力部の出力電圧と等しいときに、受電部と電力出力部との間を電気的に接続するように切替部を制御するとともに、蓄電装置と第2の電力変換器との間が電気的に非接続となるように他の切替部を制御する。
好ましくは、制御装置は、受電電力と、蓄電装置への入力電力との差が所定のしきい値よりも小さいときに、第2の電力変換器を停止する。
この発明においては、受電部が受電電力を受けるときに、第1の電力変換器が電力変換を実行するように第1の電力変換器が制御されるとともに、電力出力部に出力電力を出力するように第2の電力変換器が制御される。よって、蓄電装置を充電しながらコンセントに電力を出力することができる。したがって、この発明によれば、電気機器を動作させるための電力を出力するコンセントを有する車両において、車両外部の電源から電力を受けて蓄電装置を充電しているときに、コンセントから電力を出力することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
図1は、実施の形態に従う車両の全体ブロック図である。図1を参照して、車両100は、蓄電装置110と、システムメインリレー(以下、SMR(System Main Relay)とも称する。)115と、PCU(Power Control Unit)120と、モータジェネレータ130,135と、動力伝達ギア140と、駆動輪150と、エンジン160と、制御装置(以下、ECU(Electronic Control Unit)とも称する。)300とを備える。
蓄電装置110は、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。蓄電装置110は、たとえば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池または鉛蓄電池などの二次電池、あるいは電気二重層キャパシタなどの蓄電素子のセルを含んで構成される。
蓄電装置110は、SMR115を介して、モータジェネレータ130,135を駆動するためのPCU120に接続される。そして、蓄電装置110は、車両100の駆動力を発生させるための電力をPCU120に供給する。また、蓄電装置110は、モータジェネレータ130,135で発電された電力を蓄電する。蓄電装置110の出力は、たとえば200Vである。
蓄電装置110は、蓄電装置110の電圧VBおよび入出力電流IBを検出し、ECU300へ出力する。ECU300は、電圧VBおよび入出力電流IBに基づいて、蓄電装置110の充電状態を示すSOC(State Of Charge)を算出する。
SMR115は、蓄電装置110の正極端子と電力線PL1とに接続されるリレーと、蓄電装置110の負極端子と電力線NL1とに接続されるリレーとを含む。そして、SMR115は、ECU300からの制御信号SE1に基づいて、蓄電装置110とPCU120との間での電力の供給と遮断とを切換える。
PCU120は、コンバータ121と、インバータ122,123と、コンデンサC1,C2とを含む。
コンバータ121は、ECU300からの制御信号PWCに基づいて、電力線PL1,NL1と電力線PL2,NL1との間で電圧変換を行なう。
インバータ122,123は、電力線PL2,NL1に対して並列に接続される。インバータ122,123は、ECU300からの制御信号PWI1,PWI2に基づいて、コンバータ121から供給される直流電力を交流電力に変換し、モータジェネレータ130,135をそれぞれ駆動する。
コンデンサC1は、電力線PL1,NL1の間に設けられ、電力線PL1,NL1間の電圧変動を減少させる。また、コンデンサC2は、電力線PL2,NL1間に設けられ、電力線PL2,NL1間の電圧変動を減少させる。
モータジェネレータ130,135は交流回転電機であり、たとえば、永久磁石が埋設されたロータを備える永久磁石型同期電動機である。
モータジェネレータ130,135の出力トルクは、減速機や動力分割機構によって構成される動力伝達ギア140を介して駆動輪150へ伝達されて、車両100を走行させる。モータジェネレータ130,135は、車両100の回生制動動作時には、駆動輪150の回転力によって発電することができる。そして、その発電電力は、PCU120によって蓄電装置110の充電電力に変換される。
さらに、モータジェネレータ130,135は、動力伝達ギア140を介してエンジン160とも結合される。そして、ECU300により、モータジェネレータ130,135からの出力トルクおよびエンジン160からの出力トルクが協調的に制御される。
車両100は、外部電源500からの電力を用いて蓄電装置110を充電する(以下、「外部充電」とも称する。)ための構成として、充電装置200と、充電リレーCHR210と、接続部220と、電圧センサ230と、電流センサ240とをさらに備える。ここで、外部電源500としては、たとえば、家庭で使用されるAC100VあるいはAC200Vを用いることができる。
接続部220は、外部電源500からの電力を受けるために、車両100のボディに設けられる。接続部220には、充電ケーブル400の充電コネクタ410が接続される。そして、充電ケーブル400のプラグ420が、外部電源500のアウトレット510に接続されることによって、外部電源500からの電力が、充電ケーブル400の電線部430を介して車両100に伝達される。また、充電ケーブル400の電線部430には、外部電源500から車両100への電力の供給と遮断とを切換えるための、充電回路遮断装置(図示せず)が介挿される場合がある。
充電ケーブル400の充電コネクタ410には、図示しない接続検出部が含まれる。充電コネクタ410が接続部220に接続されると、接続検出部は接続信号CNCTをECU300に出力する。ECU300は、この接続信号CNCTによって、充電コネクタ410が接続されたことを認識する。
充電装置200は、電力線ACL1,ACL2を介して接続部220に接続される。また、充電装置200は、CHR210を介して蓄電装置110と接続される。そして、充電装置200は、ECU300からの制御信号PWEに基づいて、外部電源500から供給される交流電力を、蓄電装置110が充電可能な直流電力に変換する。
CHR210は、蓄電装置110の正極端子と電力線PL3とに接続されるリレーと、蓄電装置110の負極端子と電力線NL3とに接続されるリレーとを含む。そして、CHR210は、ECU300からの制御信号SE2に基づいて、充電装置200から蓄電装置110への電力の供給と遮断とを切換える。
電圧センサ230は、電力線ACL1,ACL2の間に設けられ、外部電源500から供給される電圧VACを検出する。そして、電圧センサ230は、電圧VACの検出値をECU300へ出力する。
電流センサ240は、電力線ACL1,ACL2のいずれかに設けられ、外部電源500から供給される電流IACを検出する。そして、電流センサ240は、電流IACの検出値をECU300へ出力する。
車両100は、車両100に接続される電気機器へ蓄電装置110の電力を供給する(以下、「外部給電」とも称する。)ための構成として、インバータ190と、リレーRY10,RY20と、電圧センサ196と、ヒューズ197と、アウトレット(コンセント)195と、接続部220と、スイッチSWとをさらに含む。この場合、接続部220には、外部電源500に代えて、電力の供給を受ける電気機器(図示せず)が接続される。
インバータ190は、電力線PL1,NL1に接続され、ECU300からの制御信号PWDに基づいて、蓄電装置110から供給される直流電力を交流電力に変換して電力線ACL3,ACL4へ出力する。そして、インバータ190は、リレーRY20を介して、変換した交流電力をアウトレット195に供給する。また、インバータ190は、リレーRY10を介して、変換した交流電力を接続部220に供給する。インバータ190によって供給される交流電圧は、たとえばAC100V程度である。
リレーRY10は、ECU300からの制御信号SE3によって制御され、電力線ACL3,ACL4と電力線ACL1,ACL2との接続と非接続とを切換える。リレーRY10が導通状態であるときは、インバータ190からの電力を接続部220へ供給可能である。
リレーRY20は、インバータ190の出力端子に対して接続部220に並列に接続される。リレーRY20は、ECU300からの制御信号SE4によって制御され、電力線ACL3,ACL4と電力線ACL5,ACL6との接続と非接続とを切換える。リレーRY20が導通状態であるときは、インバータ190からの電力をアウトレット195へ供給可能である。
電圧センサ196は、電力線ACL5,ACL6の間に設けられ、アウトレット195へ供給される電圧を検出する。そして、電圧センサ196は、その検出値VCをECU300へ出力する。ECU300は、検出値VCに基づいて、リレーRY20の接続状態を検出したり、リレーRY20の溶着の発生を検出したりする。
ヒューズ197は、インバータ190と電力線PL1との間に設けられる。ヒューズ197は、蓄電装置110からインバータ190への経路に所定電流を上回る電流が流れたときに溶断し、この経路を遮断することによって過電流の発生を回避する。
アウトレット195は、車室内に設けられる。アウトレット195は、電力線ACL5,ACL6を介してリレーRY20へ接続される。このアウトレット195に一般電気機器の電源プラグを接続することによって、当該電気機器に電力を供給することができる。
スイッチSWは、アウトレット195への電力の出力を開始するためにユーザが操作するスイッチである。スイッチSWは、ユーザの操作を検出したことを示す信号SIGをECU300へ出力する。ECU300は、スイッチSWから受けた信号SIGに基づいて、アウトレット195への電力の出力を開始する。
以上のような構成において、一般的には、外部充電時には、充電装置200を起動するとともにインバータ190を停止することによって蓄電装置110が充電される。そして、外部給電時には、インバータ190を起動するとともに充電装置200を停止することによって蓄電装置110が放電する。
一方、外部充電時を実行しているときに、アウトレット195に接続された電気機器をユーザが使用したい場合がある。しかしながら、蓄電装置110を充電しているときには、インバータ190が停止しているためアウトレット195へ電力を出力することができない。
そこで、本実施の形態においては、外部充電時に、蓄電装置110を充電しながらアウトレット195に電力を出力するように充電装置200およびインバータ190が制御される。
また、本実施の形態においては、外部電源500から受ける電圧VACとアウトレット195の出力電圧とに基づいてアウトレット195への給電経路が切り替えられる。これにより、アウトレット195に電力を出力するときの電力損失を抑制することができる。
図2は、アウトレット195への給電経路を示した図である。図2を参照して、電圧VACがアウトレット195の出力電圧と等しいときは、リレーRY10,RY20をオンし、SMR115をオフすることによって、接続部220からアウトレット195への給電経路Aが選択される。一方、電圧VACがアウトレット195の出力電圧と異なるときは、リレーRY10をオフし、リレーRY20およびSMR115をオンすることによって、接続部220からアウトレット195への給電経路Bが選択される。
なお、電圧VACがアウトレット195の出力電圧と等しいとは、電圧VACの振幅および周波数がアウトレット195の定格電圧の振幅および周波数にそれぞれ等しいことを指す。すなわち、アウトレット195に接続される電気機器が外部電源500の電力によって動作可能である場合に、電圧VACがアウトレット195の出力電圧と等しいと判定される。
給電経路Aが選択されたときは、充電装置200およびインバータ190を経由せずに外部電源500からアウトレット195へ電力が供給されるため、電力変換による損失を抑制することができる。また、給電経路Bが選択されたときは、インバータ190によってアウトレット195の出力電圧が調整されるため、電圧VACがアウトレット195の出力電圧と異なる場合にも対応することができる。
図3は、実施の形態において、ECU300で実行される制御を説明するための機能ブロック図である。図3の機能ブロック図に記載された各機能ブロックは、ECU300によるハードウェア的あるいはソフトウェア的な処理によって実現される。
図1および図3を参照して、ECU300は、充電制御部310と、給電制御部320とを含む。
充電制御部310は、充電コネクタ410の接続信号CNCTを受ける。充電制御部310は、充電コネクタ410が接続部220に接続されたことを認識すると、外部充電を実行する。具体的には、充電制御部310は、CHR210をオンするように制御信号SE2を生成し、CHR210へ出力する。また、充電制御部310は、充電装置200を駆動するための制御信号PWEを生成し、充電装置200へ出力する。また、充電制御部310は、外部充電を実行中であることを示す信号を生成し、給電制御部320へ出力する。
給電制御部320は、スイッチSWからの信号SIGと、外部電源500から受ける電圧VACと、充電制御部310からの信号とを受ける。給電制御部320は、スイッチSWがオン操作されると、アウトレット195への電力の出力を実行する。ここで、給電制御部320は、電圧VACとアウトレット195の出力電圧とに基づいてアウトレット195への給電経路を選択する。給電制御部320は、選択した給電経路を実現するようにSMR115およびリレーRY10,RY20を操作する信号SE1,SE3,SE4を生成し、SMR115およびリレーRY10,RY20へ出力する。また、給電制御部320は、インバータ190を駆動するための制御信号PWDを生成し、インバータ190へ出力する。
図4は、実施の形態において、ECU300で実行される処理の詳細を説明するためのフローチャートである。図4に示すフローチャートは、ECU300に予め格納されたプログラムを所定周期で実行することによって実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア(電子回路)を構築して処理を実現することも可能である。
なお、当該処理が開始される初期状態においては、充電装置200およびインバータ190の動作は停止しており、リレーRY10,RY20およびSMR115は非接続状態であるものとする。
図1および図4を参照して、ECU300は、ステップ(以下、ステップをSと略す。)100にて、接続信号CNCTに基づいて、充電コネクタ410が接続部220に接続されているか否かを判定する。
充電コネクタ410が接続されていない場合(S100にてNO)は、外部電源500からの電力が車両100に伝達されないので、ECU300は処理を終了する。
充電コネクタ410が接続されている場合(S100にてYES)は、処理がS110に進められて、ECU300は、CHR210を閉成するとともに充電装置200を制御することによって、外部充電を開始する。そして、ECU300は、S120にて、スイッチSWがオンされているか否かを判定する。スイッチSWがオンされている場合(S120にてYES)は、ECU300は、外部電源500から受ける電圧VACがアウトレット195の出力電圧VOと等しいか否かを判定する(S130)。
電圧VACがアウトレット195の出力電圧VOと等しいと判定された場合(S130にてYES)は、ECU300は、リレーRY10,RY20をオンするとともにSMR115をオフする(S140)。続いてS150にて、ECU300は、インバータ190を停止する。したがって、接続部220が外部電源500から受けた電力は、充電装置200を経由して蓄電装置110を充電する電力と、給電経路A(図2)を経由してアウトレット195へ出力される電力とに分けられる。なお、インバータ190を停止する場合には、インバータ190を駆動するための装置への電力供給を遮断してもよい。この場合、インバータ190における電力消費を抑制することができる。
一方、S130にて、電圧VACがアウトレット195の出力電圧VOと異なると判定された場合(S130にてNO)は、ECU300は、リレーRY10をオフするとともにリレーRY20およびSMR115をオンする(S160)。続いてS170にて、ECU300は、インバータ190を起動する。したがって、接続部220が外部電源500から受けた電力は、充電装置200を経由して蓄電装置110を充電する電力と、給電経路B(図2)を経由してアウトレット195へ出力される電力とに分けられる。
続いてS180にて、ECU300は、接続部220が外部電源500から受ける受電電力P1と、蓄電装置110への入力電力P2との差が所定のしきい値Xよりも小さいか否かを判定する。なお、受電電力P1は、電圧VACおよび電流IACに基づいて算出することができる。入力電力P2は、蓄電装置110の電圧VBおよび入出力電流IBに基づいて算出することができる。
受電電力P1と入力電力P2との差が所定のしきい値X以上であると判定された場合は(S180にてNO)、ECU300は、アウトレット195から電力が出力されているものとして、インバータ190の作動を継続する。
受電電力P1と入力電力P2との差が所定のしきい値Xよりも小さいと判定された場合は(S180にてYES)、ECU300は、アウトレット195から電力が出力されていないものとして、インバータ190を停止する(S190)。続いてS200にて、ECU300は、リレーRY10,RY20およびSMR115をオフする(S200)。
続いてS210にて、ECU300は、外部充電の終了を判定するための所定の終了条件が成立したか否かを判定する。所定の終了条件は、たとえば、蓄電装置110のSOCが所定値を上回ったとき、または外部充電の開始から所定の時間が経過したときなどに成立する。
所定の終了条件が成立していない場合(S210にてNO)は、ECU300は、外部充電を継続する。所定の終了条件が成立した場合(S210にてYES)は、CHR210をオフするとともに充電装置200を停止して、外部充電を終了する。
一方、S120にて、スイッチSWがオンされていない場合(S120にてNO)は、処理がS210へ進められて、アウトレット195から電力を出力することなく外部充電が実行される。
以上のように、この実施の形態においては、接続部220が受電電力を受けるときに、充電装置200が電力変換を実行するように充電装置200が制御されるとともに、アウトレット195に出力電力を出力するようにインバータ190が制御される。よって、蓄電装置110を充電しながらアウトレット195に電力を出力することができる。したがって、この実施の形態によれば、電気機器を動作させるための電力を出力するアウトレット195を有する車両において、車両外部の電源から電力を受けて蓄電装置110を充電しているときに、アウトレット195から電力を出力することができる。
また、この実施の形態においては、接続部220とアウトレット195との間の接続および非接続を切り替えるリレーRY10が設けられる。そして、電圧VACがアウトレット195の出力電圧VOと等しいときに、リレーRY10がオンされ、電圧VACが出力電圧VOと異なるときに、リレーRY10がオフされる。したがって、アウトレット195への給電を効率よく実現することが可能となる。
なお、上記においては、SMR115およびリレーRY10,20がリレーである場合について説明したが、SMR115およびリレーRY10,20は、スイッチング素子などのスイッチであってもよい。
なお、上記において、接続部220は、この発明における「受電部」の一実施例に対応し、アウトレット195は、この発明における「電力出力部」の一実施例に対応する。また、充電装置200は、この発明における「第1の電力変換器」の一実施例に対応し、インバータ190は、この発明における「第2の電力変換器」の一実施例に対応する。また、リレーRY10は、この発明における「切替部」の一実施例に対応し、SMR115は、この発明における「他の切替部」の一実施例に対応する。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
100 車両、110 蓄電装置、115 システムメインリレー、121 コンバータ、122,123,190 インバータ、130,135 モータジェネレータ、140 動力伝達ギア、150 駆動輪、160 エンジン、195,510 アウトレット、196,230 電圧センサ、197 ヒューズ、200 充電装置、220 接続部、240 電流センサ、310 充電制御部、320 給電制御部、400 充電ケーブル、410 充電コネクタ、420 プラグ、430 電線部、500 外部電源、C1,C2 コンデンサ、210 CHR、RY10,RY20 リレー、SW スイッチ。
Claims (4)
- 蓄電装置と、
車両外部の電源から電力を受けるための受電部と、
電気機器へ電力を出力するための電力出力部と、
前記受電部が受けた受電電力を、前記蓄電装置を充電するための充電電力に変換する第1の電力変換器と、
前記充電電力および前記蓄電装置に蓄えられた蓄電電力の少なくとも一方を、前記電力出力部に出力するための出力電力に変換する第2の電力変換器と、
前記受電部が前記受電電力を受けるときに、前記第1の電力変換器が電力変換を実行するように前記第1の電力変換器を制御するとともに、前記電力出力部に前記出力電力を出力するように前記第2の電力変換器を制御する制御装置とを備える、車両。 - 前記受電部と前記電力出力部との間に設けられ、前記受電部と前記電力出力部との間の電気的な接続および非接続を切り替える切替部をさらに備え、
前記制御装置は、前記受電電力の電圧が前記電力出力部の出力電圧と等しいときに、前記受電部と前記電力出力部との間を電気的に接続するように前記切替部を制御するとともに前記第2の電力変換器を停止し、前記受電電力の電圧が前記電力出力部の出力電圧と異なるときに、前記受電部と前記電力出力部との間が電気的に非接続となるように前記切替部を制御する、請求項1に記載の車両。 - 前記蓄電装置と前記第2の電力変換器との間に設けられ、前記蓄電装置と前記第2の電力変換器との間の電気的な接続および非接続を切り替える他の切替部をさらに備え、
前記制御装置は、前記受電電力の電圧が前記電力出力部の出力電圧と等しいときに、前記受電部と前記電力出力部との間を電気的に接続するように前記切替部を制御するとともに、前記蓄電装置と前記第2の電力変換器との間が電気的に非接続となるように前記他の切替部を制御する、請求項2に記載の車両。 - 前記制御装置は、前記受電電力と、前記蓄電装置への入力電力との差が所定のしきい値よりも小さいときに、前記第2の電力変換器を停止する、請求項1に記載の車両。
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JP2013060048A JP2014187774A (ja) | 2013-03-22 | 2013-03-22 | 車両 |
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JP2013060048A JP2014187774A (ja) | 2013-03-22 | 2013-03-22 | 車両 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2017158322A (ja) * | 2016-03-02 | 2017-09-07 | オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社 | 充電器 |
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2013
- 2013-03-22 JP JP2013060048A patent/JP2014187774A/ja active Pending
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JP2017158322A (ja) * | 2016-03-02 | 2017-09-07 | オムロンオートモーティブエレクトロニクス株式会社 | 充電器 |
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