JP2015063215A - Control device of vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両の制御装置に関する。 The present invention relates to a vehicle control device.
従来、蓄電手段としてバッテリとキャパシタを備え、車両の回生制動時に、オルタネータの回生運転によって発電された電力をキャパシタに充電するシステムが知られている(非特許文献1参照)。 2. Description of the Related Art Conventionally, a system is known that includes a battery and a capacitor as power storage means, and charges the capacitor with the electric power generated by the regenerative operation of the alternator during vehicle regenerative braking (see Non-Patent Document 1).
しかしながら、キャパシタの容量には制限があるため、オルタネータの回生運転によって発電された電力を充電できる量には制限があり、充電しきれない回生エネルギは捨てることになってしまう。この課題を解決するためにキャパシタの容量を大きくすると、コストが増大してしまう。 However, since the capacity of the capacitor is limited, the amount of power that can be charged by the regenerative operation of the alternator is limited, and regenerative energy that cannot be fully charged is discarded. Increasing the capacitance of the capacitor to solve this problem increases the cost.
本発明は、キャパシタの容量を大きくすることなく、回生発電電力を用いた充電量を増大させる技術を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the technique which increases the charge amount using regenerated electric power, without enlarging the capacity | capacitance of a capacitor.
本発明による車両の制御装置は、充放電が可能なバッテリと、充放電が可能なキャパシタと、回生運転によって発電する発電手段と、バッテリおよびキャパシタの間に設けられ、バッテリおよびキャパシタの間で電圧の調整を行う電圧調整手段と、制御手段とを備える。制御手段は、発電手段の回生運転時に、発電手段によって発電された電力を用いてキャパシタの充電を行うように制御し、キャパシタの充電後に、キャパシタの充電電力を用いてバッテリの充電を行うように電圧調整手段を制御する。 A vehicle control apparatus according to the present invention is provided between a battery capable of charging / discharging, a capacitor capable of charging / discharging, a power generation means for generating power by regenerative operation, and the battery, and the voltage between the battery and the capacitor. Voltage adjusting means for adjusting the above and a control means. The control means controls to charge the capacitor using the electric power generated by the power generation means during the regenerative operation of the power generation means, and charges the battery using the charging power of the capacitor after the capacitor is charged. Control the voltage adjusting means.
本発明によれば、回生発電電力を用いてキャパシタの充電を行い、キャパシタの充電後に、キャパシタの充電電力を用いてバッテリに充電を行うので、キャパシタの充電余力を増やして、回生発電電力を用いた充電量を増大させることができる。 According to the present invention, the capacitor is charged using the regenerative generated power, and the battery is charged using the charged power of the capacitor after the capacitor is charged. Therefore, the remaining charge capacity of the capacitor is increased and the regenerated generated power is used. It is possible to increase the charged amount.
<第1の実施形態>
図1は、第1の実施形態における車両の制御装置の主要構成部分を示す図である。本実施形態における車両の制御装置は、走行駆動源としてエンジンを搭載するエンジン車、走行駆動源としてエンジンおよびモータジェネレータを備えるハイブリッド車、走行駆動源としてモータジェネレータを備える電気自動車などの車両に搭載される。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a diagram illustrating main components of a vehicle control apparatus according to the first embodiment. The vehicle control device according to the present embodiment is mounted on a vehicle such as an engine vehicle that includes an engine as a travel drive source, a hybrid vehicle that includes an engine and a motor generator as a travel drive source, and an electric vehicle that includes a motor generator as a travel drive source. The
第1の実施形態における車両の制御装置は、バッテリ1と、キャパシタ2と、DC/DCコンバータ3と、オルタネータ4と、コントローラ5とを備える。
The vehicle control device according to the first embodiment includes a
バッテリ1は、例えば、鉛酸バッテリであり、スタータモータ6および/または電気負荷7に電力を供給する。
The
キャパシタ2は、例えば、電気二重層キャパシタである。キャパシタ2は、バッテリ1に比べて、充放電による劣化が少なく、短時間で充放電を行うことができるという特徴がある。車両の回生制動時等において、オルタネータ6の回生運転によって発電された電力は、キャパシタ2に充電される。キャパシタ2の電力は、電気負荷7やスタータモータ6、バッテリ1に供給可能である。なお、車両の回生制動時とは、ドライバによるブレーキ操作が行われた時や、車両の走行中に、ドライバがアクセルペダルを離して減速する時などが含まれる。
The
スタータモータ6は、供給された電力によって回転駆動して、クランクシャフトを回転させて、エンジンを始動させる。 The starter motor 6 is rotationally driven by the supplied electric power, rotates the crankshaft, and starts the engine.
バッテリ1とキャパシタ2との間には、DC/DCコンバータ3が設けられている。DC/DCコンバータ3は、キャパシタ2からスタータモータ6や電気負荷7に電力を供給する際に、電圧を調整する。また、キャパシタ2からバッテリ1に電力を供給する際に、電圧を調整(電流値を制限)する。DC/DCコンバータ3の制御は、後述するコントローラ5によって行われる。
A DC /
DC/DCコンバータ3は、また、バッテリ1とキャパシタ2との間を電気的に断続可能であり、例えば、図示しないイグニッションスイッチのオフ後には、バッテリ1とキャパシタ2との間を電気的に切断する。これは、イグニッションスイッチのオフ後にバッテリ1とキャパシタ2との間を電気的に接続していると、バッテリ1からキャパシタ2に電力が供給され続けることになり、また、キャパシタ2の自己放電によって、キャパシタ2およびバッテリ1の双方の電力が失われるからである。
The DC /
電圧センサ8は、キャパシタ2の電圧を検出する。
The
コントローラ5は、車両全体の制御を行う。特に、コントローラ5は、車両の回生制動時に後述する制御を行う。 The controller 5 controls the entire vehicle. In particular, the controller 5 performs later-described control during regenerative braking of the vehicle.
図2は、第1の実施形態における車両の制御装置によって行われる回生制動時の処理の流れを示すフローチャートである。車両が起動すると、コントローラ5は、ステップS1の処理を開始する。 FIG. 2 is a flowchart showing a flow of processing during regenerative braking performed by the vehicle control device in the first embodiment. When the vehicle is activated, the controller 5 starts the process of step S1.
ステップS1では、車両が減速状態で、かつ、燃料供給が停止状態である減速燃料カット中であるか否かを判定する。車両が減速燃料カット中であると判定するとステップS2に進む。 In step S1, it is determined whether or not the vehicle is decelerating and the fuel is being decelerated while the fuel supply is stopped. If it is determined that the vehicle is decelerating fuel cut, the process proceeds to step S2.
ステップS2では、電圧センサ8によって検出されるキャパシタ2の電圧が所定の最大許容電圧より低いか否かを判定する。所定の最大許容電圧は、キャパシタ2が許容し得る最大電圧であり、予め適切な値(例えば16V)を設定しておく。キャパシタ2の電圧が所定の最大許容電圧より低いと判定するとステップS3に進み、所定の最大許容電圧以上であると判定するとステップS4に進む。
In step S2, it is determined whether or not the voltage of the
ステップS3では、キャパシタ2の充電制御を行う。図3は、キャパシタ2の充電制御の内容を示すフローチャートである。ステップS31では、オルタネータ4の目標発電電圧を、電圧センサ8によって検出されるキャパシタ2の電圧より高くする。これにより、オルタネータ4の回生発電電力は、キャパシタ2に充電される。
In step S3, charge control of the
一方、ステップS4では、キャパシタ2の電圧を維持するキャパシタ電圧維持制御を行う。図4は、キャパシタ電圧維持制御の内容を示すフローチャートである。ステップS41では、オルタネータ4の目標発電電圧を、電圧センサ8によって検出されるキャパシタ2の電圧と同じにする。これにより、キャパシタ2の電圧が維持される。
On the other hand, in step S4, capacitor voltage maintenance control for maintaining the voltage of the
ステップS5では、バッテリ1のSOCが所定の最小許容SOC以上であるか否かを判定する。バッテリ1のSOCは既知の方法により求めることができる。最小許容SOCは、バッテリ1が許容し得る最小SOCであり、予め適切な値を設定しておく。バッテリ1のSOCが所定の最小許容SOC以上であると判定するとステップS6に進み、所定の最小許容SOC未満であると判定するとステップS7に進む。
In step S5, it is determined whether or not the SOC of the
ステップS6では、バッテリ1の電圧を維持するバッテリ電圧維持制御を行う。図7は、バッテリ電圧維持制御の内容を示すフローチャートである。ステップS71では、DC/DCコンバータ3の目標出力電圧をバッテリ1の開放電圧と同じにする。例えば、バッテリ1の開放電圧が13Vの場合には、DC/DCコンバータ3の目標出力電圧を13Vとする。なお、電気負荷7には、オルタネータ4の回生発電電力が供給される。
In step S6, battery voltage maintenance control for maintaining the voltage of the
一方、ステップS7では、バッテリ1の充電制御を行う。図6は、バッテリ1の充電制御の内容を示すフローチャートである。ステップS61では、DC/DCコンバータ3の目標出力電圧を、バッテリ1の開放電圧より高くする。例えば、バッテリ1の開放電圧が13Vの場合には、DC/DCコンバータ3の目標出力電圧を14Vとする。
On the other hand, in step S7, charging control of the
ステップS1で車両が減速燃料カット中ではないと判定するとステップS8に進む。ステップS8では、電圧センサ8によって検出されるキャパシタ2の電圧が所定の最低許容電圧と同じか否かを判定する。所定の最低許容電圧は、キャパシタ2が許容し得る最小電圧であり、予め適切な値(例えば10V)を設定しておく。キャパシタ2の電圧が所定の最低許容電圧と同じと判定するとステップS9に進み、所定の最低許容電圧と同じではないと判定するとステップS10に進む。
If it is determined in step S1 that the vehicle is not decelerating fuel cut, the process proceeds to step S8. In step S8, it is determined whether or not the voltage of the
ステップS9では、キャパシタ2の電圧を維持するキャパシタ電圧維持制御を行う。この制御は、ステップS4で行う制御と同じである。
In step S9, capacitor voltage maintenance control for maintaining the voltage of the
ステップS10では、電圧センサ8によって検出されるキャパシタ2の電圧が所定の最低許容電圧より低いか否かを判定する。キャパシタ2の電圧が所定の最低許容電圧より低いと判定するとステップS11に進む。
In step S10, it is determined whether or not the voltage of the
ステップS11では、キャパシタ2の充電制御を行う。この制御は、ステップS3で行う制御と同じである。
In step S11, charge control of the
ステップS12では、バッテリ1のSOCが最小許容SOCと同じか否かを判定する。バッテリ1のSOCが最小許容SOCと同じであると判定するとステップS13に進み、最小許容SOCと同じではないと判定すると、ステップS14に進む。
In step S12, it is determined whether the SOC of the
ステップS13では、バッテリ1の電圧を維持するバッテリ電圧維持制御を行う。この制御は、ステップS6で行う制御と同じである。
In step S13, battery voltage maintenance control for maintaining the voltage of the
一方、ステップS14では、バッテリ1のSOCが最小許容SOCより低いか否かを判定する。バッテリ1のSOCが最小許容SOCより低いと判定するとステップS15に進み、最小許容SOCより高いと判定するとステップS16に進む。
On the other hand, in step S14, it is determined whether the SOC of the
ステップS15では、バッテリ1の充電制御を行う。この制御は、ステップS7で行う制御と同じである。
In step S15, charging control of the
ステップS16では、バッテリ1の放電制御を行う。図8は、バッテリ1の放電制御の内容を示すフローチャートである。ステップS81では、DC/DCコンバータ3の目標出力電圧を、バッテリ1の開放電圧より低くする。例えば、バッテリ1の開放電圧が13Vの場合には、DC/DCコンバータ3の目標出力電圧を12Vとする。
In step S16, discharge control of the
ステップS10でキャパシタ2の電圧が所定の最低許容電圧より高いと判定すると、ステップS17に進む。ステップS17では、キャパシタ2の放電制御を行う。図5は、キャパシタ2の放電制御の内容を示すフローチャートである。ステップS51では、オルタネータ4の目標発電電圧を、電圧センサ8によって検出されるキャパシタ2の電圧より低くする。
If it is determined in step S10 that the voltage of the
ステップS18では、バッテリ1のSOCが所定の最大許容SOCより低いか否かを判定する。所定の最大許容SOCは、バッテリ1が許容し得る最大SOCであり、予め適切な値を設定しておく。バッテリ1のSOCが所定の最大許容SOCより低いと判定するとステップS19に進み、所定の最大許容SOC以上であると判定するとステップS20に進む。
In step S18, it is determined whether the SOC of the
ステップS19では、バッテリ1の充電制御を行う。この制御は、ステップS7で行う制御と同じである。ステップS17でキャパシタ2の放電制御を行っているため、バッテリ1の充電制御を行うことにより、キャパシタ2の電力がDC/DCコンバータ3を介してバッテリ1に供給される。
In step S19, the
ステップS20では、バッテリ1の電圧を維持するバッテリ電圧維持制御を行う。この制御は、ステップS6で行う制御と同じである。
In step S20, battery voltage maintenance control for maintaining the voltage of the
以上、第1の実施形態における車両の制御装置によれば、オルタネータ4の回生運転時に、オルタネータ4によって発電された電力を用いてキャパシタ2の充電を行い、キャパシタ2の充電後に、キャパシタ2の充電電力を用いてバッテリ1の充電を行うようにDC/DCコンバータ3を制御する。これにより、次のオルタネータ4の回生運転前に、キャパシタ2の充電余力を増やすことができるので、次の回生運転時に、回生発電電力をキャパシタ2に充電できる量を増やして、回生効率を向上させることができる。
As described above, according to the vehicle control apparatus of the first embodiment, during the regenerative operation of the alternator 4, the
例えば、車速50km/hから回生制動して停車するシーンでは、オルタネータ4からキャパシタ2に約150Aの電流が約10秒間供給される。一方、キャパシタ2から電気負荷7等への放電の際の平均的な放電電流は20〜30Aである。すなわち、キャパシタ2に充電して蓄えた電力を放電で使い切るためには結構な時間がかかる。従って、キャパシタ2の電力を使い切る前に回生発電電力を用いて充電を行うと、キャパシタ2が満充電になりやすく、満充電後は、回生エネルギをキャパシタ2に充電できなくなる。これを防ぐために、キャパシタ2の満充電後は、回生エネルギをバッテリ1に充電する方法も考えられるが、バッテリ1はその特性上、単位時間あたりに充電できる電流量(最大入力電流)が大きくないので、車両の減速度が大きく、単位時間当たりの発電電流が大きい場合には、発電電流の全てをバッテリ1に充電できないため、バッテリ1の最大入力電流を超える分の回生エネルギは捨てることになってしまう。しかしながら、第1の実施形態における車両の制御装置によれば、オルタネータ4の回生運転時に、オルタネータ4によって発電された電力を用いてキャパシタ2の充電を行い、キャパシタ2の充電後に、キャパシタ2の充電電力を用いてバッテリ1の充電を行うので、上述したような問題は生じず、回生効率を向上させることができる。
For example, in a scene where regenerative braking is performed from a vehicle speed of 50 km / h, a current of about 150 A is supplied from the alternator 4 to the
特に、キャパシタ2の充電後にキャパシタ2の電圧が所定の最低許容電圧より高い場合に、キャパシタ2の充電電力を用いてバッテリ1の充電を行うようにDC/DCコンバータ3を制御する。これにより、キャパシタ2の電圧が最低許容電圧以下の場合には、キャパシタ2の電力を用いたバッテリ1の充電は行わないので、そのような場合にキャパシタ2の電圧が低下することを防ぐことができる。
In particular, when the voltage of the
<第2の実施形態>
第1の実施形態における車両の制御装置では、車両の減速燃料カット中にオルタネータ4の回生発電電力を用いてキャパシタ2の充電を行い、キャパシタ2の電圧が所定の最大許容電圧まで上昇すると、キャパシタ2の電圧を維持する制御を行った。第2の実施形態における車両の制御装置では、このキャパシタ電圧維持制御を行うときに、第1の実施形態にける車両の制御装置と比べて、より積極的にバッテリ1の充電を行う。
<Second Embodiment>
In the vehicle control apparatus according to the first embodiment, when the
図9は、第2の実施形態における車両の制御装置によって行われる回生制動時の処理の流れを示すフローチャートである。図9において、図2に示すフローチャートの処理と同一の処理を行うステップについては、同一の符号を付して詳しい説明は省略する。 FIG. 9 is a flowchart showing a flow of processing at the time of regenerative braking performed by the vehicle control device in the second embodiment. 9, steps for performing the same processing as the processing in the flowchart shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
ステップS4に続くステップS91では、バッテリ1のSOCが所定の最大許容SOCより低いか否かを判定する。この判定は、ステップS18で行う判定と同じである。バッテリ1のSOCが所定の最大許容SOCより低いと判定するとステップS92に進み、所定の最大許容SOC以上であると判定するとステップS93に進む。
In step S91 following step S4, it is determined whether the SOC of the
ステップS92では、バッテリ1の充電制御を行う。この制御は、ステップS7で行う制御と同じである。
In step S92, charge control of the
一方、ステップS93では、バッテリ1の電圧を維持するバッテリ電圧維持制御を行う。この制御は、ステップS6で行う制御と同じである。
On the other hand, in step S93, battery voltage maintenance control for maintaining the voltage of the
以上、第2の実施形態における車両の制御装置によれば、オルタネータ4の回生運転時に、オルタネータ4によって発電された電力を用いてキャパシタ2の充電を行うとともにバッテリ1の充電を行うように制御する。より具体的には、オルタネータ4の回生発電電力を用いてキャパシタ2の充電を行い、キャパシタ2の電圧が所定の最大許容電圧まで上昇すると、オルタネータ4の回生発電電力を用いてバッテリ1の充電を行う。オルタネータ4の回生発電電力の全てをキャパシタ2で回収しようとすると、キャパシタ2の容量を大きくする必要があるが、キャパシタ2とバッテリ1で回収することにより、キャパシタ2の容量を小さくすることができ、コストを低減することができる。
As described above, according to the vehicle control apparatus in the second embodiment, during the regenerative operation of the alternator 4, the
<第3の実施形態>
第2の実施形態における車両の制御装置では、車両の減速燃料カット中にオルタネータ4の回生発電電力を用いてキャパシタ2の充電を優先的に行い、キャパシタ2の電圧が所定の最大許容電圧まで上昇すると、キャパシタ2の電圧を維持するとともに、回生発電電力を用いてバッテリ1の充電を行った。第3の実施形態における車両の制御装置では、車両の減速燃料カット中に、オルタネータ4の回生発電電力を用いてキャパシタ2の充電を行うとともに、バッテリ1の充電を行う。すなわち、キャパシタ2の充電とバッテリ1の充電とを同時に行う。
<Third Embodiment>
In the vehicle control apparatus according to the second embodiment, the
図10は、第3の実施形態における車両の制御装置によって行われる回生制動時の処理の流れを示すフローチャートである。図10において、図2に示すフローチャートの処理と同一の処理を行うステップについては、同一の符号を付して詳しい説明は省略する。 FIG. 10 is a flowchart showing the flow of processing during regenerative braking performed by the vehicle control apparatus in the third embodiment. 10, steps for performing the same processing as the processing in the flowchart shown in FIG.
ステップS3またはステップS4に続くステップS101では、バッテリ1のSOCが最大許容SOCより低いか否かを判定する。この判定は、ステップS18で行う判定と同じである。バッテリ1のSOCが所定の最大許容SOCより低いと判定するとステップS102に進み、所定の最大許容SOC以上であると判定するとステップS103に進む。
In step S101 following step S3 or step S4, it is determined whether the SOC of the
ステップS102では、バッテリ1の充電制御を行う。この制御は、ステップS19で行う制御と同じである。
In step S102, charging control of the
一方、ステップS103では、バッテリ1の電圧を維持するバッテリ電圧維持制御を行う。この制御は、ステップS20で行う制御と同じである。
On the other hand, in step S103, battery voltage maintenance control for maintaining the voltage of the
以上、第3の実施形態における車両の制御装置によれば、オルタネータ4の回生運転時に、オルタネータ4によって発電された電力を用いてキャパシタ2およびバッテリ1の充電を行う際に、キャパシタ2およびバッテリ1の充電開始時期を同時とする。これにより、第1および第2の実施形態における車両の制御装置の構成と比べて、キャパシタ2の容量を最大限小さくすることができ、最大限コストを低減することができる。
As described above, according to the vehicle control apparatus of the third embodiment, when charging the
本発明は、上述した実施形態に限定されることはない。例えば、発電を行うオルタネータは、エンジン始動時にスタータモータとしての機能を有するものであってもよい。また、発電を行う手段は、オルタネータに限定されず、電力供給時にモータとして機能し、回生運転時にジェネレータとして機能するモータジェネレータでもよい。 The present invention is not limited to the embodiment described above. For example, an alternator that generates power may have a function as a starter motor when the engine is started. The means for generating power is not limited to an alternator, and may be a motor generator that functions as a motor when power is supplied and functions as a generator during regenerative operation.
バッテリ1の一例として鉛酸バッテリを挙げたが、鉛酸バッテリに限定されることはない。同様に、キャパシタ2の一例として電気二重層キャパシタを挙げたが、電気二重層キャパシタに限定されることはない。
Although the lead acid battery was mentioned as an example of the
1…バッテリ
2…キャパシタ
3…DC/DCコンバータ(電圧調整手段)
4…オルタネータ(発電手段)
5…コントローラ(制御手段)
DESCRIPTION OF
4 ... Alternator (power generation means)
5 ... Controller (control means)
Claims (4)
充放電が可能なキャパシタと、
回生運転によって発電する発電手段と、
前記バッテリおよび前記キャパシタの間に設けられ、前記バッテリおよび前記キャパシタの間で電圧の調整を行う電圧調整手段と、
前記発電手段の回生運転時に、前記発電手段によって発電された電力を用いて前記キャパシタの充電を行うように制御し、前記キャパシタの充電後に、前記キャパシタの充電電力を用いて前記バッテリの充電を行うように前記電圧調整手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする車両の制御装置。 A battery that can be charged and discharged;
A chargeable / dischargeable capacitor;
Power generation means for generating power by regenerative operation;
A voltage adjusting means provided between the battery and the capacitor, for adjusting a voltage between the battery and the capacitor;
During the regenerative operation of the power generation means, control is performed so that the capacitor is charged using the power generated by the power generation means, and after the capacitor is charged, the battery is charged using the charge power of the capacitor. Control means for controlling the voltage adjusting means,
A vehicle control apparatus comprising:
前記制御手段は、前記キャパシタの充電後に前記キャパシタの電圧が所定の最低許容電圧より高い場合に、前記キャパシタの充電電力を用いて前記バッテリの充電を行うように前記電圧調整手段を制御することを特徴とする車両の制御装置。 The vehicle control device according to claim 1,
The control means controls the voltage adjusting means to charge the battery using the charging power of the capacitor when the voltage of the capacitor is higher than a predetermined minimum allowable voltage after charging the capacitor. A vehicle control device characterized by the above.
前記制御手段は、前記発電手段の回生運転時に、前記発電手段によって発電された電力を用いて前記キャパシタの充電を行うとともに前記バッテリの充電を行うように制御することを特徴とする車両の制御装置。 The vehicle control device according to claim 1 or 2,
The control means controls the vehicle to charge the capacitor and to charge the battery using the electric power generated by the power generation means during the regenerative operation of the power generation means. .
前記制御手段は、前記発電手段の回生運転時に、前記発電手段によって発電された電力を用いて前記キャパシタおよび前記バッテリの充電を行う際に、前記キャパシタおよび前記バッテリの充電開始時期を同時とすることを特徴とする車両の制御装置。 The vehicle control device according to claim 3,
In the regenerative operation of the power generation means, the control means simultaneously charges the capacitor and the battery when charging the capacitor and the battery using the electric power generated by the power generation means. A control device for a vehicle.
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---|---|---|---|
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