JP2015119529A - 電動車両 - Google Patents
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Abstract
【課題】リレー装置の通電性能を良好な状態に維持することができる。【解決手段】制御部134は、オンオフ制御により充電リレー装置140をオン動作させてリレー接点141,142間を接続状態とするとともに、給電リレー装置170をオン動作させて、リレー接点171,172間を接続状態とする。蓄電装置110から供給される電流は、給電ラインL2を介して、再び充電ラインL1に戻されて蓄電装置110に還流される。通電路は、充電リレー装置140、給電リレー装置170を含み、ループ状に形成されている。このため、充電リレー装置140のリレー接点141,142間と給電リレー装置170のリレー接点171,172間には、酸化被膜を除去するための電流が通電される。【選択図】図1
Description
この発明は、電動車両に関し、特に車載電源と車両外部の負荷との間で電力を充給電可能な充放電回路を備えた電動車両に関する。
電動機によって車両駆動力を発生可能に構成された、電気自動車、ハイブリッド自動車および燃料電池自動車等の電動車両が知られている。このような電動車両には、当該電動機を駆動するための電力を蓄積する蓄電装置が搭載されている。
このような車両は、発進時や加速時などに蓄電装置から電動機に電力を供給して車両駆動力を発生させることができる。一方で、停車中は商用系統電源などの車両外部の電源(以下、単に「外部電源」とも称する)と充電器とを電気的に接続して、蓄電装置に充電を行なうことを可能とする充放電回路が設けられた、いわゆるプラグインタイプの電動車両が知られている。
特開2013−169097号公報(特許文献1)には、単一の充放電用接続口(以下、単に「インレット」とも称する)を設けた電動車両が記載されている。この電動車両には、蓄電装置とインレットとの間に、オンオフ制御によりリレー接点間の接続、非接続状態を切換えるリレー装置が設けられている。そして、当該リレー装置のリレー接点間が接続されて通電可能となると、当該インレットに接続された接続ケーブルを介して、車両外部の外部負荷に蓄電装置から電力を供給することができる。
リレー装置を充放電回路に設けた電動車両では、外部負荷または外部電源との充給電が終了するとリレー接点が開放される。リレー接点が開放されたままで長い期間が経過すると、当該リレー接点は酸化皮膜に覆われてしまう。
このため、ユーザによる充給電の頻度によっては、開放されたままのリレー接点が酸化の進行によって開放状態(オフ状態)で固着する、いわゆるオフ固着を発生させてしまうおそれがあった。
本発明は、上述の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、リレー装置を確実に断接させて通電性能を良好な状態に維持することができる電動車両を提供することである。
本発明による電動車両は、車載された蓄電装置と、車両外部との間で電力を授受するための電力ノードと、電力ノードから蓄電装置まで電力を供給するための充電ラインと、充電ラインに介挿されて、オンオフ制御により接点間の接続、非接続状態を切換える充電リレー装置とを備える。電動車両は、蓄電装置から電力ノードまで電力を供給するため、充電ラインに対して電気的に並列接続された給電ラインと、給電ラインに介挿されて、オンオフ制御により接点間の接続、非接続状態を切換える給電リレー装置と、充電リレー装置、充電ライン、給電リレー装置および給電ラインの通電状態を制御するための制御部とを備える。制御部は、蓄電装置、充電ラインおよび給電ラインによって、充電リレー装置および給電リレー装置を含むループ状の通電路が形成されるように、充電リレー装置および給電リレー装置をオン動作させて接続状態とする制御を実行する。
本発明によれば、制御部は、オンオフ制御でリレー接点間を接続させることにより、充電リレー装置と給電リレー装置とを含むループ状の通電路を、充電ラインと給電ラインとを用いて形成することができる。これにより、充電リレー装置および/または給電リレー装置のリレー接点の表面に形成された酸化皮膜を、通電された電流のエネルギによって除去することができる。したがって、長い期間、電力ノードを介して車両外部との間で電力の充給電が行なわれていなくても、接点のオフ固着が防止されてリレー装置の通電性能を良好な状態に維持することができる。
本発明によれば、リレー装置を確実に断接させて通電性能を良好な状態に維持することができる電動車両が提供される。
以下において、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返さない。
図1は、本発明の実施の形態に従う充放電回路を含む給電システムの概略的な構成図である。
図1を参照して、給電システムは、車両100と、外部負荷900とを含む。車両100は、接続ケーブル600の装着によって、車両外部の外部負荷900である電気機器910と電気的に接続されるように構成される。すなわち、接続ケーブル600を経由して、車両100と車両外部(外部負荷900)との間で電力が伝達可能となる。
車両100は、車載された蓄電装置110からの電力によって走行可能な「電動車両」である。車両100には、たとえばハイブリッド自動車、電気自動車および燃料電池自動車などが含まれる。以下では、車両100として、ハイリッド自動車、特に、外部電源または外部負荷によって蓄電装置110が充給電可能な、いわゆる、プラグインタイプのハイブリッド自動車を例示する。外部電源は、代表的には、商用系統電源500によって構成される。
車両100は、モータジェネレータ(MG)102などの駆動負荷を含む動力出力装置104と、車載された蓄電装置110と、制御装置であるECU(Electronic Control Unit)300とを含む。蓄電装置110は、再充電可能に構成された電力貯蔵要素であり、ここでは、リチウムイオン電池によって構成されている。蓄電装置110は、リチウムイオン電池の他にたとえば、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を含む。
動力出力装置104は、ECU300からの駆動指令に基づいて車両100の駆動力を発生する。動力出力装置104が発生した駆動力は、車両100の駆動輪(図示せず)へ伝達される。なお、駆動指令は、車両100の走行中において、要求された車両駆動力あるいは車両制動力に基づいて生成される制御指令である。
ハイブリッド自動車では、動力出力装置104は、エンジンおよびモータジェネレータ102を含む。たとえば、動力出力装置104は、エンジンおよびモータジェネレータ102の出力の一方または両方を駆動輪に対して出力するように構成される。動力出力装置104は、蓄電装置110の出力電力をモータジェネレータ102の出力トルクを制御するための電力に変換する電力変換器(図示せず)を有するように構成される。
さらに、ハイブリッド自動車では、動力出力装置104は、エンジンの出力によって蓄電装置110の充電電力を発生するための、図示しない発電機および電力変換器(インバータ)を有するように構成されていてもよい。これらの発電機および電力変換器は、蓄電装置110と共に、または個別に電力源となり得る。
ECU300は、CPU(Central Processing Unit)、記憶装置および入出力バッファを含み、各センサ等からの信号の入力や各機器への制御信号の出力を行なうとともに、蓄電装置110および車両100の各機器の制御を行なう。これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア(電子回路)で処理することも可能である。
車両100は、車両外部との間で電力を授受可能に構成される。車両100は、車両外部との間で電力を授受する動作モードとして、外部電源によって車載の蓄電装置110を充電する動作モード(以下、「充電モード」と称する)と、車載の蓄電装置110の電力を交流電力に変換して車両外部へ出力する給電モードとを有する。
これにより、車両100の蓄電装置110を外部電源からの電力によって外部充電するだけでなく、車両100の電力源からの電力を、両外部の外部負荷900に対して供給することができる。すなわち、家庭用の電力源となり得るだけでなく、スマートグリッドなどに見られるように、車両100を電力供給源とした給電システムを構成することが可能となる。
車両100は、充電モードおよび給電モードを実現するための構成として、インレット120、および充電ラインL1、給電ラインL2を含む。
インレット120は、車両外部との間で電力を授受するための「電力ノード」に対応する。インレット120は、接続ケーブル600のコネクタ610を装脱着可能として、充放電共通の単一充放電口として機能する。
また、充電ラインL1のうち、インレット120と蓄電装置110との間には、充電器200、充電リレー装置140が介在されて接続されている。
充電器200には、AC/DC変換器130と、制御部134とが設けられている。また、充電器200の制御部134は、ECU300との間で双方向に通信を行なうことが出来る。
ECU300からの変換指令を受信すると制御部134は、AC/DC変換器130に制御信号を出力する。AC/DC変換器130は、制御部134からの制御信号を受けて、インレット120から入力した交流電力を所望の大きさの直流電力に変換する。
充電リレー装置140は、制御部134からの指令に従ってオンオフ制御される。具体的には、リレー接点141,141と、これらのリレー接点141,141にそれぞれ対応するリレー接点142,142との間を接触または非接触とするオン動作またはオフ動作によって、接続状態または切断状態とされる。
そして、充電リレー装置140は、オン動作によりAC/DC変換器130を蓄電装置110に接続状態(以下、オン状態とも称す)とする。これにより蓄電装置110は、AC/DC変換器130からの直流電力を蓄えることができる。
この実施の形態の車両100には、バッテリパックBPが設けられている。バッテリパックBPには、充電リレー装置140、蓄電装置110、システムメインリレー(System Main Relay、以下、「SMR」とも称す)150が含まれる。バッテリパックBPのSMR150は、ECU300からの制御指令でオンオフ制御される。
SMR150は、オン動作により、蓄電装置110とモータジェネレータ102などの動力出力装置104とを電気的に接続して電力を供給することができる。また、SMR150は、オフ動作により、蓄電装置110とモータジェネレータ102との間の電気的な接続を遮断(以下、オフ状態とも称す)することができる。
一方、給電ラインL2は、充電ラインL1に対して電気的に並列接続されている。給電ラインL2の蓄電装置110とインレット120との間には、SMR150と、DC/AC変換器160と、給電リレー装置170とが接続されている。そして、給電リレー装置170は、制御部134からの供給指令でオンオフ制御される。
制御部134は、オンオフ制御により給電リレー装置170のリレー接点171,171と、これらのリレー接点171,171にそれぞれ対応するリレー接点172,172との間を接続または非接続状態とすることができる。これにより、車両100は、蓄電装置110からの電力を、給電ラインL2を用いてインレット120および充電ラインL1に供給したり、または供給を停止させることができる。
インレット120に接続されたコネクタ610からプラグコード620を介して電力が出力される。外部負荷900では、プラグコード620からの電力の供給を受けて電気機器910などが動作可能となる。
このように、制御部134は、充電リレー装置140または給電リレー装置170のオンオフ制御を同時にまたは個別に行ない、リレー接点141,142間またはリレー接点171,172間で接続または、非接続状態とすることにより充電ラインL1、給電ラインL2の通電状態を変更可能としている。
しかしながら、車両外部との電力の授受が長期間行なわれない場合には、開放されたまま放置されたリレー接点141,142の表面またはリレー接点171,172の表面には、酸化皮膜が生じる。そして、この酸化被膜によってリレー接点141,142またはリレー接点171,172(以下、リレー接点141など、とも称す)の表面で、接触により電流を通電する部分が覆われてしまうことがある。
このように、ユーザによる使用頻度が少ない場合、リレー接点141などの表面の酸化が進行することにより、リレー接点141などがオフ状態で固着する、いわゆるオフ固着を発生させてしまう可能性がある。
このようなオフ固着したリレー接点141などは、オン動作しようとしてもリレー接点141など同士が接続される位置まで近接方向へ移動できず、オン状態として電流を導通させることができない。このため、車両外部との間で電力の受給電が行えなくなるといった問題があった。
そこで、この実施の形態では、制御部134は、一定期間、給電リレー装置170または、充電ラインL1に通電が行なわれない場合に、充電リレー装置140に対するオンオフ制御をオン状態とするとともに、給電リレー装置170に対するオンオフ制御をオン状態とする。この実施の形態では、制御部134は、オンオフ制御によって、充電リレー装置140をオン状態へ切換えるとともに、給電リレー装置170をオン状態へ切換える。さらにこれとともに、ECU300は、制御指令によりバッテリパックBPのSMR150をオンオフ制御でオン状態へ切換える。
これにより、充電ラインL1に含まれる充電リレー装置140のリレー接点141,142間はそれぞれ接続されるとともに、給電ラインL2のリレー接点171,172間はそれぞれ接続される。また、給電ラインL2に含まれるSMR150は、ECU300のオンオフ制御でオン状態(接続状態)へ切換えられる。
したがって、充電リレー装置140のリレー接点141,142間と、給電リレー装置170のリレー接点171,172間とに通電される電流を、これらの充電リレー装置140および給電リレー装置170を含む充電ラインL1と給電ラインL2とをループ状とした通電路を用いて還流させることができる。
この実施の形態では、蓄電装置110から供給される電流が給電ラインL2のDC/AC変換器160、給電リレー装置170を介して、充電ラインL1に戻される。蓄電装置110から供給される電流は、充電ラインL1の充電リレー装置140がオン状態であるため、インレット120から車外に出力されることはない。そして、充電ラインL1に戻された電流は、充電ラインL1の充電器200のAC/DC変換器130、充電リレー装置140から再び蓄電装置110に還流される。
この充電ラインL1と給電ラインL2とにより構成されたループ状の通電路には、給電リレー装置170および充電リレー装置140が含まれている。このため、蓄電装置110から電流が供給されると、充電リレー装置140および給電リレー装置170の各リレー接点141などに還流されている電流が通電される。各リレー接点141などの表面を覆う酸化皮膜は、この通電の電流のエネルギによって飛ばされて除去される。
蓄電装置110は、酸化皮膜の除去作業を行なう際、車両100内部でループ状とされた通電路に対して、例えば10A程度の大きさの電流を通電する。この実施の形態では、ループ状に構成された通電路に通電される電流の大きさを一定電流(例えば約10A)としている。しかしながら特にこれに限らず、所定周期で電流値を変動させるものなど、ループ経路の通電される電流の大きさ、波形や周期、増減率等は特に限定されるものではない。
特に、給電ラインL2側の給電リレー装置170のリレー接点171は、充電ラインL1の充電リレー装置140に比べて車両外部への電力の供給が長期間行なわれず、開放状態で放置されたままとなってしまう可能性が高い。
このような比較的ユーザによる使用頻度が少ない給電リレー装置170のリレー接点171が存在しても、表面の酸化皮膜を定期的な通電で除去することにより、オフ固着が生じるおそれを減少させることができる。しかも、通電に用いる電流を車両100内部で還流させる。このため、インレット120にコネクタ610が接続されていない状態でも、リレー接点141などの表面を覆う酸化皮膜を除去して、確実な断接を行なわせることができる。
さらに、この実施の形態の車両100は、所定間隔で蓄電装置110の電流をループ状に通電して、酸化皮膜がオフ固着となる前に除去することができる。例えば、少なくともいずれか一方のリレー接点141などの表面に酸化被膜が生じて覆われていても、リレー接点141などにループ状の通電路を通じて定期的な通電を行なうことができる。この定期的な通電のたびにリレー接点141などの表面の酸化被膜は除去されて、いずれか一方の充電リレー装置140または、給電リレー装置170の接点の表面のみで酸化が進行することもない。
よって、充電または給電を行なう際、充電リレー装置140または給電リレー装置170は、オフ固着が発生していないリレー接点141,142間またはリレー接点171,172間を確実に接続させて、所望の通電性能を発揮させることができる。
また、充給電に用いる充電リレー装置140とともに給電リレー装置170を制御部134によってオンオフ制御して接続状態とするだけで、充電リレー装置140および給電リレー装置170を含むループ状の通電路を車両100の内部に形成することができる。このため、既存の部品で構成でき、別途リレー装置などの電子部品を増設する必要がないため、部品点数の増大を抑制できる。さらに別経路で電流を還流させる回路を設ける必要もない。
さらに、酸化皮膜の除去作業では、車両100に搭載された蓄電装置110の電力を用いるため、図1に示すような外部負荷900または商用系統電源500が不要となる。また、外部負荷900または商用系統電源500をインレット120に接続しなくても、閉ループ回路が車両100の内部に形成される。このため、酸化皮膜の除去作業を行なう際には、コネクタ610およびプラグコード620が不要となる。
そして、制御部134からの指令に従って、充電リレー装置140とともに給電リレー装置170がオフ制御される。充電リレー装置140および給電リレー装置170は、オフ動作によりリレー接点141,142間およびリレー接点171,172間の通電を遮断する。これにより、制御部134は、酸化被膜を除去する制御を終了させる。
ユーザは、上述した作業開始時にインレット120にコネクタ610を装着する必要がない。また、ユーザは、作業終了時においても、インレット120にコネクタ610が装着されていないため、コネクタ610を外す必要がない。このため、酸化被膜を除去する作業中、車外での作業量を減少させて、ユーザの使用利便性を向上させることができる。
[変形例]
上述した実施の形態では、インレット120に接続ケーブル600のコネクタ610を接続せずに、蓄電装置110から供給される電流を還流させる経路のみが形成されているものについて説明した。
上述した実施の形態では、インレット120に接続ケーブル600のコネクタ610を接続せずに、蓄電装置110から供給される電流を還流させる経路のみが形成されているものについて説明した。
変形例では、図2に示すように、充電モードで接続ケーブル600のコネクタ610がインレット120に接続された状態で、給電リレー装置170のリレー接点171,172間を接続するものについて説明する。
この変形例では、図2に示すように、接続ケーブル600のコネクタ610をインレット120に接続した状態で、実施の形態と同様に制御部134のオンオフ制御によって、充電リレー装置140がオン状態へ切換えられるとともに、給電リレー装置170がオン状態へ切換えられて、リレー接点141などの表面の酸化被膜の除去が実行される。
すなわち、充電ラインL1に接続される蓄電装置110にインレット120から供給される外部電力を供給して充電が行なわれる(以下、プラグイン充電と称す)。
プラグイン充電中、充電ラインL1に含まれる充電リレー装置140のリレー接点141,142間がそれぞれ接続される。
外部電力は、蓄電装置110に充電される際に、充電リレー装置140のリレー接点141,142間に通電される。この通電により、リレー接点141などの表面に生じた酸化皮膜を除去することができる。
さらに、本変形例では、給電ラインL2に含まれる給電リレー装置170のリレー接点171,172間がそれぞれ接続される。
また、外部負荷900に供給される電流は、給電リレー装置170のリレー接点171,172間に通電される。この通電により、リレー接点171,172の表面に生じた酸化皮膜を除去することができる。
具体的には、制御部134のオンオフ制御によりプラグイン充電中で接続されている充電リレー装置140を含む充電ラインL1と、給電ラインL2とがループ状の通電路を形成するように、ECU300によってリレー接点171,172間が接続される。
そして、充電リレー装置140から蓄電装置110を介して供給される直流電流をDC/AC変換器160で交流電力に変換して、インレット120を介して車両外部に出力する際に、給電リレー装置170への通電によりリレー接点171,172の表面に生じた酸化膜が除去される。
この変形例では、車両100が停車中で、インレット120に車外から接続ケーブル600のコネクタ610が接続されると共に、さらに、接続ケーブル600のプラグコード620を介して外部負荷900が接続された状態で、外部負荷900としての電気機器910が使用される。電気機器910の使用により、給電ラインL2には、給電リレー装置170のリレー接点171,172の表面に生じている酸化皮膜を除去する通電が行なわれる。
また、ユーザが電気機器910を使用するか否かは未定であっても、充電に用いる電力を既存の充電ラインL1と給電ラインL2とにループ状として通電させることができる。これにより、この充給電回路では、充電リレー装置140のリレー接点141,142の酸化皮膜の除去とともに給電ラインL2の給電リレー装置170のリレー接点171,172の表面に生じた酸化皮膜を除去することもできる。
本実施の形態の車両100は、内部に設けられた蓄電装置110の電力を通電するため、既存の充電ラインL1と給電ラインL2とを接続してループ状の通電路を形成している。これに対して、この変形例では、外部の商用系統電源500の電力の供給を受けながら、充電リレー装置140とともに給電ラインL2の給電リレー装置170に通電される電流を蓄電装置110からループ状の通電路に通電させて、酸化被膜を除去する作業を行なうことができる。
したがって、この変形例の充放電回路は、蓄電装置110の残存容量の減少によって放電が充分に行なえない場合などであっても、蓄電装置110の状態に拘わらず、酸化被膜を除去する作業を行なうことができる。
最後に、本発明の実施の形態の車両100について総括する。図1を参照して、車両100は、車載された蓄電装置110と、車両外部との間で電力を授受するためのインレット120と、インレット120から蓄電装置110まで電力を供給するための充電ラインL1と、充電ラインL1に含まれて、オンオフ制御によりリレー接点141,142間の接続、非接続状態を切換える充電リレー装置140とを備える。また、車両100は、蓄電装置110からインレット120まで電力を供給するため、充電ラインL1に対して電気的に並列接続された給電ラインL2と、給電ラインL2に介挿されて、オンオフ制御により接点171,172間の接続、非接続状態を切換える給電リレー装置170と、充電リレー装置140、充電ラインL1、給電リレー装置170および給電ラインL2の通電状態を制御するための制御部134とを備える。制御部134は、蓄電装置110、充電ラインL1および給電ラインL2によって、充電リレー装置140および給電リレー装置170を含むループ状の通電路が形成されるように、充電リレー装置140および給電リレー装置170をオン動作させて接続状態とする制御を実行する。
このため、充電リレー装置140のリレー接点141,142または、給電リレー装置170のリレー接点171,172に生じている酸化被膜を、リレー接点141などに通電された電流のエネルギにより除去することができる。
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て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、102 モータジェネレータ、104 動力出力装置、110 蓄電装置、120 インレット、134 制御部、130 AC/DC変換器、140 充電リレー装置、141,142,171,172 リレー接点、160 DC/AC変換器、170 給電リレー装置、200 充電器、300 ECU、500 商用系統電源、600 接続ケーブル、610 コネクタ、620 プラグコード、900 外部負荷、910 電気機器、BP バッテリパック、L1 充電ライン、L2 給電ライン。
Claims (1)
- 車載された蓄電装置と、
車両外部との間で電力を授受するための電力ノードと、
前記電力ノードから前記蓄電装置まで電力を供給するための充電ラインと、
前記充電ラインに介挿されて、オンオフ制御により接点間の接続、非接続状態を切換える充電リレー装置と、
前記蓄電装置から前記電力ノードまで電力を供給するため、前記充電ラインに対して電気的に並列接続された給電ラインと、
前記給電ラインに介挿されて、オンオフ制御により接点間の接続、非接続状態を切換える給電リレー装置と、
前記充電リレー装置、前記充電ライン、前記給電リレー装置および前記給電ラインの通電状態を制御するための制御部とを備え、
前記制御部は、前記蓄電装置、前記充電ラインおよび前記給電ラインによって、前記充電リレー装置および給電リレー装置を含むループ状の通電路が形成されるように、前記充電リレー装置および前記給電リレー装置をオン動作させて接続状態とする制御を実行する、電動車両。
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