JP2015058821A - 車両用電源装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】電力ラインの電圧変動を抑制した車両用電源装置。
【解決手段】発電機30が発電した電力を充電可能である第1及び第2の充電装置11,12と充電装置からの電力を供給する負荷25と第1及び第2の充電装置11,12、発電機30及び負荷間25を電気的に接続する電力ライン19と第1の充電装置11の充電開始時にスイッチ17を通じて流入出する電流を制限する電流制限部を備え、電流制限部は前記第1の充電装置11の充電開始時に、スイッチ17を導通状態とする時間及びスイッチ17を遮断状態とする時間の比を調整することで、前記第1の充電装置11の充電開始時に流入出する電流を制限する。
【選択図】図1
【解決手段】発電機30が発電した電力を充電可能である第1及び第2の充電装置11,12と充電装置からの電力を供給する負荷25と第1及び第2の充電装置11,12、発電機30及び負荷間25を電気的に接続する電力ライン19と第1の充電装置11の充電開始時にスイッチ17を通じて流入出する電流を制限する電流制限部を備え、電流制限部は前記第1の充電装置11の充電開始時に、スイッチ17を導通状態とする時間及びスイッチ17を遮断状態とする時間の比を調整することで、前記第1の充電装置11の充電開始時に流入出する電流を制限する。
【選択図】図1
Description
この発明は、車両用電源装置に関する。
近年、車両には、特に減速時にオルタネータを駆動させて回生電力を得ることで、加速時等におけるエンジンへの負荷を軽減し、燃費の向上を図る車両用電源装置が搭載されているものもある。
例えば、特許文献1に記載の車両用電源装置においては、車両には、例えば鉛バッテリからなる第一蓄電装置(第1の充電装置)と、例えばキャパシタからなる第二蓄電装置(第2の充電装置)と、が搭載されている。上記車両の減速時等においては、オルタネータからの回生電力を第二蓄電装置に充電する。そして、その充電した電力は、電力ラインを通じて各種の負荷及び第一蓄電装置に供給される。また、第二蓄電装置と、第一蓄電装置及び各種の負荷との間にはDC/DCコンバータが接続されている。このDC/DCコンバータは、第二蓄電装置からの電圧を、第一蓄電装置の電圧に合わせるべく電圧変換を行う。これにより、第一蓄電装置の電力が不用意に充放電されることを抑制することができる。
上記構成において、図2の2点鎖線に示すように、第一蓄電装置が電力を充放電する際には、充放電開始時には、その充放電に係る電流が増大してピーク値に達した後に、その電流が徐々に減少し、定常電流値に安定する。この充放電開始時の大電流によって、車両用電源装置の各構成を接続する電力ラインに電圧変動が生じるため、安定的に負荷等に電力供給することが困難となる。
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、電力ラインの電圧変動を抑制した車両用電源装置を提供することにある。
以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について説明する。
上記課題を解決する車両用電源装置は、車両の動作に基づき発電する発電機と、前記発電機が発電した電力を充電可能である第1及び第2の充電装置と、前記両充電装置からの電力が供給される負荷と、前記第1及び第2の充電装置、前記発電機及び前記負荷間を電気的に接続する電力ラインと、前記第1の充電装置の充放電開始時に流入出する電流を制限する電流制限部と、を備えている。
上記課題を解決する車両用電源装置は、車両の動作に基づき発電する発電機と、前記発電機が発電した電力を充電可能である第1及び第2の充電装置と、前記両充電装置からの電力が供給される負荷と、前記第1及び第2の充電装置、前記発電機及び前記負荷間を電気的に接続する電力ラインと、前記第1の充電装置の充放電開始時に流入出する電流を制限する電流制限部と、を備えている。
この構成によれば、電流制限部は、第1の充電装置の充放電開始時に流入出する電流を制限する。このため、第1の充電装置の充放電開始時における、電力ラインの電圧変動を抑制することができる。
上記車両用電源装置について、前記電流制限部は、前記第1の充電装置及び前記電力ライン間に接続されるとともに、前記第1の充電装置及び前記電力ライン間を導通させた導通状態と、前記第1の充電装置及び前記電力ライン間を遮断させた遮断状態との間で切り替わるスイッチを備え、前記電流制限部は、前記第1の充電装置の充放電開始時に、前記スイッチを前記導通状態とする時間及び前記スイッチを前記遮断状態とする時間の比を調整することで、前記第1の充電装置の充放電開始時に流入出する電流を制限することが好ましい。
この構成によれば、電流制限部は、第1の充電装置の充放電開始時に、スイッチを導通状態とする時間及びスイッチを遮断状態とする時間の比を調整することで、第1の充電装置の充放電開始時に流入出する電流を制限する。これにより、簡易な構成及び制御にて、第1の充電装置の充放電開始時における、電力ラインの電圧変動を抑制することができる。
上記車両用電源装置について、前記電流制限部は、前記第1の充電装置に流入出する電流値の変化率に基づき前記第1の充電装置の充放電が開始されたか否かを判断して、前記第1の充電装置の充放電が開始された旨判断したとき、前記第1の充電装置に流入出する電流を制限することが好ましい。
一般的に、第1の充電装置の充放電開始時には、第1の充電装置に流入出する電流が大きく変化する。よって、電流制限部は、第1の充電装置に流入出する電流値の変化率に基づき第1の充電装置の充放電が開始されたことを高い精度で判断することができる。
上記車両用電源装置について、前記第1の充電装置の充放電に係る制御を行う制御部を備え、前記電流制限部は、前記制御部を通じて前記第1の充電装置の充放電開始を認識するとともに、その充放電開始時から一定時間に亘って前記第1の充電装置に流入出する電流を制限することが好ましい。
この構成によれば、電流制限部は、制御部を通じて第1の充電装置の充放電開始を認識すると一定時間に亘って第1の充電装置に流入出する電流を制限する。この場合、第1の充電装置の充放電の監視等が不要となるため、容易に第1の充電装置の充放電開始時の大電流を抑制することができる。
本発明によれば、車両用電源装置において、電力ラインの電圧変動を抑制することができる。
(第1の実施形態)
以下、車両用電源装置の第1の実施形態について図1〜図3を参照して説明する。
図1に示すように、車両用電源装置10は、第1の充電装置11と、第2の充電装置12と、DC/DCコンバータ15と、オルタネータ(発電機)30と、充電制御部13と、電力制御部14と、スタータ16と、スイッチ17と、負荷群25とを備えている。
以下、車両用電源装置の第1の実施形態について図1〜図3を参照して説明する。
図1に示すように、車両用電源装置10は、第1の充電装置11と、第2の充電装置12と、DC/DCコンバータ15と、オルタネータ(発電機)30と、充電制御部13と、電力制御部14と、スタータ16と、スイッチ17と、負荷群25とを備えている。
本実施形態では、第1の充電装置11は、長期に亘り電力を保持可能な鉛バッテリからなる。第2の充電装置12は、上記第1の充電装置11よりも急速な充放電が可能である電気二層キャパシタからなる。
オルタネータ30は電力ライン19を通じて負荷群25に接続されている。この電力ライン19には、第1の充電装置11及び第2の充電装置12が接続されている。また、DC/DCコンバータ15は、電力ライン19上における第1の充電装置11と第2の充電装置12との間に接続されている。
オルタネータ30は車両の減速時等に運動エネルギを電気エネルギに変換し、その変換した電気エネルギ(発電電力)を電力ライン19に供給する。充電制御部13は、図示しない車速センサからの車速信号及びブレーキ信号に基づき車両の走行状態を判定し、判定した走行状態に応じて、オルタネータ30の界磁電流を制御して、オルタネータ30の出力電圧を制御する。例えば、充電制御部13は、ブレーキが操作されてタイヤ7が制動される際に、オルタネータ30の界磁電流を増加させてオルタネータ30に回生電力を発電させる。
第2の充電装置12は、オルタネータ30からの発電電力に基づき適宜の電圧(例えば14V〜25V)に充電される。DC/DCコンバータ15は、第2の充電装置12からの電圧を第1の充電装置11の電圧に合わせるべく電圧変換を行い、この変換した電圧を電力ライン19を通じて第1の充電装置11及び負荷群25へ供給する。
スイッチ17は、電力ライン19と第1の充電装置11との間に接続されている。本例では、このスイッチ17はFET(電界効果トランジスタ)である。このスイッチ17がオン状態であるとき、第1の充電装置11は、電力ライン19に電気的に導通された状態(導通状態)となる。また、このスイッチ17がオフ状態であるとき、第1の充電装置11は、電力ライン19と電気的に遮断された状態(遮断状態)となる。
また、スタータ16は、スイッチ17と第1の充電装置11との間に電気的に接続されている。このスタータ16は、第1の充電装置11から電力が供給されることでエンジン2を始動させる。
第1の充電装置11と電力ライン19との間には測定点23bが設定され、第2の充電装置12と電力ライン19との間には測定点23aが設定されている。電力制御部14は、測定点23a,23bからの電流に基づき、各充電装置11,12に流入出する電流Iと、各充電装置11,12の電圧Vを認識する。
電力制御部14は、第1の充電装置11に流入出する電流Iの変化率の絶対値を監視する。ここで、図2に示すように、第1の充電装置11の充放電開始時には、その充放電に係る電流が増加する。よって、充放電開始時には、電流Iの変化率の絶対値が大きくなる。
電力制御部14は、電流Iの変化率の絶対値がしきい値Th以上となったとき、充放電が開始されたとして、一定時間Tに亘ってスイッチ17に対してPWM(Pulse Width Modulation)制御を開始する。この一定時間Tは、第1の充電装置11に流入出する電流Iが定常電流値Iaとなると予想される時間に設定される。
PWM制御では、スイッチ17のオン時間及びオフ時間の比に基づき、第1の充電装置11に流入出する電流Iを制御する制御方式である。図2の2点鎖線で示す電流値Iが大きくなるほど、PWM制御のオンデューティ比を大きく設定する。本実施形態では、このPWM制御は、第1の充電装置11の充放電開始時に流入出する電流を制限する制御に相当する。図2の実線で示すように、電力制御部14は、PWM制御により、第1の充電装置11に流入出する電流Iの増大を抑制することができる。よって、第1の充電装置11に流入出する電流Iを定常電流値Iaまでなだらかに変化させることができる。
次に、図3のフローチャートを参照しつつ、電力制御部14が実行するスイッチ17に関する制御手順について説明する。電力制御部14は、このフローチャートを繰り返し実行する。
電力制御部14は、電流Iの変化率の絶対値がしきい値Th以上となるか否かを判断する(S101)。電力制御部14は、電流Iの変化率の絶対値がしきい値Th以上である旨判断すると(S101でYES)、一定時間Tに亘ってPWM制御を行う(S102)。一方、電力制御部14は、電流Iの変化率の絶対値がしきい値Th未満である旨判断すると(S101でNO)、PWM制御を行うことなく、フローチャートに係る処理を終了する。
スイッチ17及び電力制御部14は電流制限部の一例であって、電力制御部14は制御部の一例である。
以上、説明した実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
以上、説明した実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
(1)電力制御部14は、第1の充電装置11の充放電開始時にスイッチ17を通じて流入出する電流を制限する。このため、第1の充電装置11の充放電開始時における、電力ライン19の電圧変動を抑制することができる。
また、これにより、第1の充電装置11の充放電開始時に大電流が流入出することが抑制される。よって、第1の充電装置11の長寿命化を図ることができる。
(2)電力制御部14は、第1の充電装置11の充放電開始時に、スイッチ17を導通状態とする時間及びスイッチ17を遮断状態とする時間の比(デューティ比)を調整するPWM制御を行うことで、第1の充電装置11の充放電開始時に流入出する電流を制限する。これにより、簡易な構成及び制御にて、第1の充電装置11の充放電開始時における、電力ライン19の電圧変動を抑制することができる。
(2)電力制御部14は、第1の充電装置11の充放電開始時に、スイッチ17を導通状態とする時間及びスイッチ17を遮断状態とする時間の比(デューティ比)を調整するPWM制御を行うことで、第1の充電装置11の充放電開始時に流入出する電流を制限する。これにより、簡易な構成及び制御にて、第1の充電装置11の充放電開始時における、電力ライン19の電圧変動を抑制することができる。
(3)一般的に、第1の充電装置11の充放電開始時には、第1の充電装置11に流入出する電流Iが大きく変化する。よって、電力制御部14は、第1の充電装置11に流入出する電流値の変化率に基づき第1の充電装置11の充放電が開始されたことを高い精度で判断することができる。
(第2の実施形態)
以下、車両用電源装置の第2の実施形態について、図4を参照して説明する。以下、第1の実施形態との相違点を中心に説明する。
以下、車両用電源装置の第2の実施形態について、図4を参照して説明する。以下、第1の実施形態との相違点を中心に説明する。
図4に示すように、本実施形態では、第2の充電装置12としてリチウムイオン電池が利用されている。電力制御部14は、測定点23aにおいて流入出する電流(充放電電流)値を積算することで第2の充電装置12についてもSOCを算出する。
また、DC/DCコンバータ15に代えて、機械的スイッチとして構成される遮断部41を電力ライン19に接続する。また、第2の充電装置12と電力ライン19との間には、スイッチ42が接続されている。このスイッチ42は、本実施形態ではFETである。
電力制御部14は、遮断部41、両スイッチ17,42をオンオフ状態間で切り替える。遮断部41がオフ状態にあるとき、オルタネータ30及び第2の充電装置12間を結ぶ第1の電力経路L1と、第1の充電装置11及び負荷群25間を結ぶ第2の電力経路L2と、電気的に遮断することができる。また、遮断部41がオン状態にあるとき、上記両電力経路L1,L2が導通した状態となる。この状態においては、両充電装置11,12及び負荷群25間で相互に電力の授受が可能となる。
本実施形態でも、上記第1の実施形態と同様に、電力制御部14は、第1の充電装置11の充放電開始時にスイッチ17をPWM制御する。
以上、説明した実施形態によれば、第1の実施形態の(1)〜(4)の効果に加え、以下の効果を奏することができる。
以上、説明した実施形態によれば、第1の実施形態の(1)〜(4)の効果に加え、以下の効果を奏することができる。
(5)遮断部41を通じて、オルタネータ30から第2の充電装置12への第1の電力経路L1と、第1の充電装置11から負荷群25への第2の電力経路L2との間を遮断する。よって、例えば、第2の充電装置12を充電しつつ、第1の充電装置11から負荷群25に放電する際に、両充電装置11,12間で電力が授受されることが抑制される。
なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することができる。
・上記両実施形態においては、電力制御部14は、電流Iの変化率の絶対値がしきい値Th以上となるとPWM制御を行っていたが、充放電開始時から一定時間Tに亘ってPWM制御を行ってもよい。電力制御部14は、DC/DCコンバータ15及びスイッチ17の制御を通じて、第1の充電装置11の充放電の制御を行っている。よって、電力制御部14は、第1の充電装置11の充放電の開始を認識することができる。この構成では、上記第1の実施形態と異なり、第1の充電装置11の充放電の監視等が不要となるため、容易に第1の充電装置11の充放電開始時の大電流を抑制することができる。
・上記両実施形態においては、電力制御部14は、電流Iの変化率の絶対値がしきい値Th以上となるとPWM制御を行っていたが、充放電開始時から一定時間Tに亘ってPWM制御を行ってもよい。電力制御部14は、DC/DCコンバータ15及びスイッチ17の制御を通じて、第1の充電装置11の充放電の制御を行っている。よって、電力制御部14は、第1の充電装置11の充放電の開始を認識することができる。この構成では、上記第1の実施形態と異なり、第1の充電装置11の充放電の監視等が不要となるため、容易に第1の充電装置11の充放電開始時の大電流を抑制することができる。
・上記両実施形態においては、電力制御部14は、電流Iの変化率の絶対値がしきい値Th以上となると、一定時間Tに亘ってPWM制御を行っていた。しかし、電力制御部14は、一定時間Tに限らず、このPWM制御を、電流Iが定常電流値Iaとなるまで行ってもよい。
・上記両実施形態においては、電力制御部14は、電流Iの変化率の絶対値がしきい値Th以上となるか否かを判断していたが、電力制御部14は、電流Iが定常電流値Iaに対して十分に大きい異常電流値となったときPWM制御を行ってもよい。
また、電力制御部14は、電流Iの変化率及び電流Iの両方が所定値以上であるときPWM制御を行ってもよい。
・第1の実施形態においては、第1の充電装置11は鉛バッテリであって、第2の充電装置12は電気二層キャパシタであったが、両充電装置11,12は充電可能であればこれらに限らない。第2の実施形態についても同様である。
・第1の実施形態においては、第1の充電装置11は鉛バッテリであって、第2の充電装置12は電気二層キャパシタであったが、両充電装置11,12は充電可能であればこれらに限らない。第2の実施形態についても同様である。
・第2の実施形態における遮断部41をDC/DCコンバータ15に代えてもよい。また、第2の実施形態におけるスイッチ42を省略してもよい。
・上記両実施形態においては、スイッチ17はFETであったが、FET以外の半導体スイッチであってもよい。
・上記両実施形態においては、スイッチ17はFETであったが、FET以外の半導体スイッチであってもよい。
・上記両実施形態においては、電流制限部としてスイッチ17が採用されていたが、第1の充電装置11への流入出電流Iを制限可能であれば、その他の手段、例えばPTC(Positive Temperature Coefficient)サーミスタを採用してもよい。このPTCサーミスタは温度の上昇に伴い抵抗値が増大する。よって、充放電開始時の大電流によって、PTCサーミスタの温度が上昇し、それに伴い抵抗値が増大する。よって、充放電開始時の大電流を抑制することができる。
・第2の実施形態において、電力制御部14は、PWM制御に代えて、両スイッチ17,42を交互にオン状態に切り替えてもよい。
次に、前記実施形態から把握できる技術的思想をその効果と共に記載する。
次に、前記実施形態から把握できる技術的思想をその効果と共に記載する。
(イ)前記第1の充電装置は鉛バッテリであって、前記第2の充電装置は前記鉛バッテリより内部抵抗が低いキャパシタ又はリチウムイオン電池である車両用電源装置。
この構成によれば、第1の充電装置は鉛バッテリであって、第2の充電装置は鉛バッテリより内部抵抗が低いキャパシタ又はリチウムイオン電池である。このように、特に、第1の充電装置の内部抵抗が、第2の充電装置の内部抵抗より高い場合には、第1の充電装置から第2の充電装置への電力の移し替えに伴う電力損失が大きくなる。しかし、上記のようにスイッチを設け、スイッチを遮断状態とすることで、その電力損失を抑制することができる。
この構成によれば、第1の充電装置は鉛バッテリであって、第2の充電装置は鉛バッテリより内部抵抗が低いキャパシタ又はリチウムイオン電池である。このように、特に、第1の充電装置の内部抵抗が、第2の充電装置の内部抵抗より高い場合には、第1の充電装置から第2の充電装置への電力の移し替えに伴う電力損失が大きくなる。しかし、上記のようにスイッチを設け、スイッチを遮断状態とすることで、その電力損失を抑制することができる。
(ロ)前記電力ラインにおける前記第1及び第2の充電装置間に接続されるとともに、前記発電機から前記第2の充電装置への電力経路及び前記第1の充電装置から前記負荷への電力経路間を遮断する遮断部を備えた車両用電源装置。
この構成によれば、遮断部を通じて、発電機から第2の充電装置への電力経路及び第1の充電装置から負荷への電力経路間を遮断する。よって、例えば、第2の充電装置を充電しつつ、第1の充電装置から負荷に放電する際に、両充電装置間で電力が授受されることが抑制される。
10…車両用電源装置、11…第1の充電装置、12…第2の充電装置、13…充電制御部、14…電力制御部、15…DC/DCコンバータ、16…スタータ、17…スイッチ、19…電力ライン、23a,23b…測定点、25…負荷群、30…オルタネータ(発電機)、41…遮断部、42…スイッチ。
Claims (4)
- 車両の動作に基づき発電する発電機と、
前記発電機が発電した電力を充電可能である第1及び第2の充電装置と、
前記両充電装置からの電力が供給される負荷と、
前記第1及び第2の充電装置、前記発電機及び前記負荷間を電気的に接続する電力ラインと、
前記第1の充電装置の充放電開始時に流入出する電流を制限する電流制限部と、を備えた車両用電源装置。 - 請求項1に記載の車両用電源装置において、
前記電流制限部は、前記第1の充電装置及び前記電力ライン間に接続されるとともに、前記第1の充電装置及び前記電力ライン間を導通させた導通状態と、前記第1の充電装置及び前記電力ライン間を遮断させた遮断状態との間で切り替わるスイッチを備え、
前記電流制限部は、前記第1の充電装置の充放電開始時に、前記スイッチを前記導通状態とする時間及び前記スイッチを前記遮断状態とする時間の比を調整することで、前記第1の充電装置の充放電開始時に流入出する電流を制限する車両用電源装置。 - 請求項1又は2に記載の車両用電源装置において、
前記電流制限部は、前記第1の充電装置に流入出する電流値の変化率に基づき前記第1の充電装置の充放電が開始されたか否かを判断して、前記第1の充電装置の充放電が開始された旨判断したとき、前記第1の充電装置に流入出する電流を制限する車両用電源装置。 - 請求項1又は2に記載の車両用電源装置において、
前記第1の充電装置の充放電に係る制御を行う制御部を備え、
前記電流制限部は、前記制御部を通じて前記第1の充電装置の充放電開始を認識するとともに、その充放電開始時から一定時間に亘って前記第1の充電装置に流入出する電流を制限する車両用電源装置。
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