JP3761966B2 - 電気自動車の電源システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車に搭載される動力用の高電圧のバッテリから低電圧で作動する負荷に対する電源を分散させて形成する電気自動車の電源システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電気自動車においては、駆動モータを高電圧で駆動することから、低電圧用バッテリを複数個直列に接続する等して構成される高電圧バッテリを搭載しているが、電装品はガソリンエンジン搭載の自動車と部品の共通化を図るため例えば１２Ｖ系の低電圧用のものを使用している。
【０００３】
このため、従来の電気自動車の電源システムにおいては、図４に示すように、高圧バッテリ２００に降圧コンバータ２０１を接続し、この降圧コンバータ２０１によって高圧バッテリからの高圧の直流電圧を低圧の直流電圧に変換して低圧バッテリ２０２を充電するとともに電装負荷２０３に電力を供給するようにしていた。すなわち、高圧バッテリからの高圧直流電圧を１台の降圧コンバータによって低圧直流電圧に一括変換し、各電装品に電源を供給するようにしていた。
【０００４】
尚、同様の電源システムとして、ガソリンエンジンを搭載する自動車に対する電源装置が特開平５−３８０６５号公報に開示されており、この先行例では、バッテリからの出力電圧を降下する主電源回路に、簡易電源回路あるいは過電流検出部を内蔵した複数の電子機器を並列に接続することで、個々の電子機器のそれぞれに、複雑な構成の電源回路を設定しなくとも済むようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、低電圧で作動する全ての電装負荷に対する電源を１台の降圧コンバータで一括して負担する場合には、変換電力が大きくなって大容量のコンバータが必要となり、電力損失も増加する。
【０００６】
一般に、コンバータの重量、容積は、９０％程度が放熱板によって占められていると言っても過言ではなく、上述のように１台の降圧コンバータで全体の電装負荷を負担しようとすると、電源装置の大型化、重量増加、コスト増加を招くばかりでなく、大型化や放熱のために設置場所が限定されてしまい、降圧コンバータから遠方に位置する負荷への配線が長くなって電力損失の増加や補修の複雑化を招く。さらには、１台の降圧コンバータが故障すると全体の機能が停止することになり、信頼性向上の支障となる。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、動力用の高電圧のバッテリを搭載した電気自動車における低電圧の電装負荷に対する電源の負担を軽減し、装置の小型軽量化を図るとともに電源システム全体の信頼性を向上することのできる電気自動車の電源システムを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、電気自動車に搭載される動力用の高電圧のバッテリに、このバッテリからの高電圧の直流電圧を低電圧の直流電圧に変換する降圧コンバータを並列に複数接続し、各降圧コンバータに直流低電圧で作動する電装負荷を接続して各降圧コンバータを中心とする複数の電源グループを形成するとともに、各電源グループの降圧コンバータに電気二重層コンデンサを補助電源として並列に接続したことを特徴とする
。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明における電源グループを、上記電装負荷の設置位置あるいは機能毎に分類して形成することを特徴とする。
【００１１】
すなわち、請求項１記載の本発明では、電気自動車に搭載される動力用の高電圧のバッテリに対して複数の電源グループを形成し、各電源グループ毎に、降圧コンバータでバッテリからの高電圧の直流電圧を低電圧の直流電圧に変換して直流低電圧で作動する電装負荷に供給するとともに、降圧コンバータに並列に接続した電気二重層コンデンサを補助電源として使用する。
【００１２】
この場合、請求項２に記載した発明では、上記電源グループを電装負荷の設置位置あるいは機能毎に分類して形成する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１〜図３は本発明の実施の一形態に係わり、図１は電源システムの系統図、図２は電気自動車における分散電源の配置図、図３は電源グループ内の負荷接続図である。
【００１４】
図１は、電気自動車のモータ駆動用電源である高圧バッテリ５を共通電源として、複数の電源グループ１０，２０，３０，…に分散された電源システムを示す。各電源グループ１０，２０，３０，…には、それぞれ、上記高圧バッテリ５からの直流高電圧を直流低電圧に変換する降圧コンバータ（ＤＣ−ＤＣコンバータ）１１，２１，３１，…が備えられ、それぞれに接続される負荷１３，２３，３３，…に電源を供給するようになっている。
【００１５】
上記各ＤＣ−ＤＣコンバータ１１，２１，３１，…は、基本的に、各々に接続される負荷１３，２３，３３，…の種類や大きさに見合った汎用性のある比較的小容量のコンバータ（例えば、１００Ｗ〜数百Ｗ程度）が使用され、負荷に近接した部位に配置されるようになっている。さらに、負荷変動等による瞬時的な電力増加に対処するため、各ＤＣ−ＤＣコンバータ１１，２１，３１…には電気二重層コンデンサ１２，２２，３２，…がそれぞれ並列に接続されている。
【００１６】
すなわち、ランプ負荷等のように冷態時に内部抵抗が低く電源供給初期に定常時の数倍以上の急速大電流が流れる負荷や、モータ負荷等のように起動時に大電流が流れる負荷等を有する電源グループでは、鉛蓄電池に比較してパワー密度が大きく、軽量小型で半永久的な寿命を有する電気二重層コンデンサを補助電源として採用し、この電気二重層コンデンサから一時的に大電力を供給することによりＤＣ−ＤＣコンバータの負担を軽減することができる。尚、瞬時的な電力増加の虞がない負荷を有する電源グループの場合には、電気二重層コンデンサを省略可能であることは言うまでもない。
【００１７】
以下、電気自動車に対する電源グループの構成例について説明する。図２に示す電気自動車５０では、動力用の高圧バッテリ１００に対し、直流低電圧で動作する電装負荷を、車輌前部のヘッドライト等からなる負荷グループ６２と車輌中央部のインストメントパネル周りの各種計器や空調関連負荷等からなる負荷グループ７２と車輌後部のリヤランプやリヤデフォッガ等からなる負荷グループ８２との３つのグループに機能及び設置位置によって分類し、車輌前部、中央部、後部の各負荷グループ６２，７２，８２に近接して、ＤＣ−ＤＣコンバータ単独あるいはＤＣ−ＤＣコンバータに電気二重層コンデンサを並列接続してなる低圧電源部６０，７０，８０がそれぞれ配置され、３つの電源グループが分散形成されている。
【００１８】
そして、上記高圧バッテリ１００の正極側端子からキースイッチ１１０のＯＮによって閉成されるリレー１０１のリレー接点を介して延出される高圧用配線１０２により、各低圧電源部６０，７０，８０の各入力端子、及び、駆動モータに動力用交流電源を供給するインバータ１２０の電源入力端子が並列に接続され、各低圧電源部６０，７０，８０、及び、上記インバータ１２０からのアース線１０３が、車体を共通グランドとして、あるいは、直接に、上記高圧バッテリ１００の負極側端子に接続されている。
【００１９】
上記各低圧電源部６０，７０，８０は、全体の電装負荷に対する電源容量を分散させているため大容量の特別なＤＣ−ＤＣコンバータを使用せずに既存の汎用性のある小型軽量のコンバータを使用することができ、さらに、各負荷グループ６２，７２，８２に近接して配置されているため、各負荷グループ６２，７２，８２までの低圧用配線６１，７１，８１の配線長を短くすることができる。
【００２０】
従って、電力損失を低減することができるとともに、搭載スペースの自由度が高まり、特別な放熱板等を要することなく車体に接触させて設置する等して効果的に放熱を行うことができる。この場合、各低圧電源部６０，７０，８０を可能な限り同一の容量とすることが望ましく、量産効果により電源装置のコストを大幅に低減することが可能となる。
【００２１】
尚、上記インバータ１２０は、各低圧電源部６０，７０，８０とは独立して上記高圧バッテリ１００に結線するようにしても良い。
【００２２】
以上の電気自動車５０では、運転者がキースイッチ１１０をＯＮすると、リレー１０１のリレー接点が閉成して高圧バッテリ１００から動力用のインバータ１２０及び各低圧電源部６０，７０，８０に高圧の直流電圧が供給される。
【００２３】
その結果、インバータ１２０及び各低圧電源部６０，７０，８０のＤＣ−ＤＣコンバータが動作状態となり、高圧バッテリ１００からの高圧の直流電圧がインバータ１２０によって高圧の交流電圧に変換されるとともに、各低圧電源部６０，７０，８０においてＤＣ−ＤＣコンバータにより低圧の直流電圧に変換され、また、電気二重層コンデンサを採用する電源グループでは、ＤＣ−ＤＣコンバータにより電気二重層コンデンサが充電される。
【００２４】
そして、直流低電圧で作動する負荷グループ、例えば、図３に示すように、車輌前部のヘッドライト等からなる負荷グループ６２では、スイッチ群６３を介して接続される負荷群６４に対し、使用する負荷のスイッチをＯＮすると負荷群６４の例えばヘッドランプが点灯する。
【００２５】
このような電源システムを有する電気自動車５０では、従来のように、高圧バッテリ１００からの高圧直流電圧を１台の降圧コンバータで変換して直流低電圧で動作する電装負荷全体に対する電源を一括して負担する電源システムと異なり、負荷の機能毎あるいは負荷の位置に応じて電源を分散しているため、各電源グループにおける降圧コンバータの容量を小さくし、負荷に近接して配置することができ、さらに、電気二重層コンデンサを併用することにより、瞬時的な電力増加にも対処することができる。
【００２６】
従って、電源装置の負担を軽減して小型・軽量化を図るとともに、コスト低減を図ることができ、設置スペースの自由度を高めて、負荷と電源との間の配線長を短くすることができ、配線の簡素化によって補修を容易なものとすることができる。
【００２７】
さらには、万一、電源グループの一部に故障が発生しても、全体の機能がダウンすることがなく、故障個所の特定が容易になる等、システムの信頼性を維持する上で極めて有利な電源システムとすることができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１記載の発明によれば、電気自動車に搭載される動力用の高電圧のバッテリに対して複数の電源グループを形成し、各電源グループ毎に、降圧コンバータでバッテリからの高電圧の直流電圧を低電圧の直流電圧に変換して直流低電圧で作動する電装負荷に供給するとともに、降圧コンバータに並列に接続した電気二重層コンデンサを補助電源として使用するため、従来のように高圧バッテリからの高圧直流電圧を１台の降圧コンバータで変換して直流低電圧で動作する電装負荷全体に対する電源を一括して負担する電源システムに比較し、電源装置の負担を軽減して小型・軽量化を図りつつ、各電源グループでの瞬時的な電力増加にも対処することができるとともに、コスト低減を図ることができ、設置スペースの自由度を高めることができる。さらに、万一、電源グループの一部に故障が発生しても、全体の機能がダウンすることがなく、故障個所の特定が容易になる等、システムの信頼性を維持する上で極めて有利な電源システムとすることができる。
【００２９】
この場合、請求項２記載の発明では、上記電源グループを電装負荷の設置位置あるいは機能毎に分類して形成するため、負荷に近接して電源を配置することができ、負荷と電源との間の配線長を短くすることができ、配線の簡素化によって補修を容易なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係わり、電源システムの系統図
【図２】同上、電気自動車における分散電源の配置図
【図３】同上、電源グループ内の負荷接続図
【図４】従来の電気自動車の電源システムの系統図
【符号の説明】
５０ … 電気自動車
５，１００ … 高圧バッテリ
１１，２１，３１ … ＤＣ−ＤＣコンバータ（降圧コンバータ）
１２，２２，３２ … 電気二重層コンデンサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気自動車に搭載される動力用の高電圧のバッテリから低電圧で作動する負荷に対する電源を分散させて形成する電気自動車の電源システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、電気自動車においては、駆動モータを高電圧で駆動することから、低電圧用バッテリを複数個直列に接続する等して構成される高電圧バッテリを搭載しているが、電装品はガソリンエンジン搭載の自動車と部品の共通化を図るため例えば１２Ｖ系の低電圧用のものを使用している。
【０００３】
このため、従来の電気自動車の電源システムにおいては、図４に示すように、高圧バッテリ２００に降圧コンバータ２０１を接続し、この降圧コンバータ２０１によって高圧バッテリからの高圧の直流電圧を低圧の直流電圧に変換して低圧バッテリ２０２を充電するとともに電装負荷２０３に電力を供給するようにしていた。すなわち、高圧バッテリからの高圧直流電圧を１台の降圧コンバータによって低圧直流電圧に一括変換し、各電装品に電源を供給するようにしていた。
【０００４】
尚、同様の電源システムとして、ガソリンエンジンを搭載する自動車に対する電源装置が特開平５−３８０６５号公報に開示されており、この先行例では、バッテリからの出力電圧を降下する主電源回路に、簡易電源回路あるいは過電流検出部を内蔵した複数の電子機器を並列に接続することで、個々の電子機器のそれぞれに、複雑な構成の電源回路を設定しなくとも済むようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、低電圧で作動する全ての電装負荷に対する電源を１台の降圧コンバータで一括して負担する場合には、変換電力が大きくなって大容量のコンバータが必要となり、電力損失も増加する。
【０００６】
一般に、コンバータの重量、容積は、９０％程度が放熱板によって占められていると言っても過言ではなく、上述のように１台の降圧コンバータで全体の電装負荷を負担しようとすると、電源装置の大型化、重量増加、コスト増加を招くばかりでなく、大型化や放熱のために設置場所が限定されてしまい、降圧コンバータから遠方に位置する負荷への配線が長くなって電力損失の増加や補修の複雑化を招く。さらには、１台の降圧コンバータが故障すると全体の機能が停止することになり、信頼性向上の支障となる。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、動力用の高電圧のバッテリを搭載した電気自動車における低電圧の電装負荷に対する電源の負担を軽減し、装置の小型軽量化を図るとともに電源システム全体の信頼性を向上することのできる電気自動車の電源システムを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、電気自動車に搭載される動力用の高電圧のバッテリに、このバッテリからの高電圧の直流電圧を低電圧の直流電圧に変換する降圧コンバータを並列に複数接続し、各降圧コンバータに直流低電圧で作動する電装負荷を接続して各降圧コンバータを中心とする複数の電源グループを形成するとともに、各電源グループの降圧コンバータに電気二重層コンデンサを補助電源として並列に接続したことを特徴とする
。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明における電源グループを、上記電装負荷の設置位置あるいは機能毎に分類して形成することを特徴とする。
【００１１】
すなわち、請求項１記載の本発明では、電気自動車に搭載される動力用の高電圧のバッテリに対して複数の電源グループを形成し、各電源グループ毎に、降圧コンバータでバッテリからの高電圧の直流電圧を低電圧の直流電圧に変換して直流低電圧で作動する電装負荷に供給するとともに、降圧コンバータに並列に接続した電気二重層コンデンサを補助電源として使用する。
【００１２】
この場合、請求項２に記載した発明では、上記電源グループを電装負荷の設置位置あるいは機能毎に分類して形成する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図１〜図３は本発明の実施の一形態に係わり、図１は電源システムの系統図、図２は電気自動車における分散電源の配置図、図３は電源グループ内の負荷接続図である。
【００１４】
図１は、電気自動車のモータ駆動用電源である高圧バッテリ５を共通電源として、複数の電源グループ１０，２０，３０，…に分散された電源システムを示す。各電源グループ１０，２０，３０，…には、それぞれ、上記高圧バッテリ５からの直流高電圧を直流低電圧に変換する降圧コンバータ（ＤＣ−ＤＣコンバータ）１１，２１，３１，…が備えられ、それぞれに接続される負荷１３，２３，３３，…に電源を供給するようになっている。
【００１５】
上記各ＤＣ−ＤＣコンバータ１１，２１，３１，…は、基本的に、各々に接続される負荷１３，２３，３３，…の種類や大きさに見合った汎用性のある比較的小容量のコンバータ（例えば、１００Ｗ〜数百Ｗ程度）が使用され、負荷に近接した部位に配置されるようになっている。さらに、負荷変動等による瞬時的な電力増加に対処するため、各ＤＣ−ＤＣコンバータ１１，２１，３１…には電気二重層コンデンサ１２，２２，３２，…がそれぞれ並列に接続されている。
【００１６】
すなわち、ランプ負荷等のように冷態時に内部抵抗が低く電源供給初期に定常時の数倍以上の急速大電流が流れる負荷や、モータ負荷等のように起動時に大電流が流れる負荷等を有する電源グループでは、鉛蓄電池に比較してパワー密度が大きく、軽量小型で半永久的な寿命を有する電気二重層コンデンサを補助電源として採用し、この電気二重層コンデンサから一時的に大電力を供給することによりＤＣ−ＤＣコンバータの負担を軽減することができる。尚、瞬時的な電力増加の虞がない負荷を有する電源グループの場合には、電気二重層コンデンサを省略可能であることは言うまでもない。
【００１７】
以下、電気自動車に対する電源グループの構成例について説明する。図２に示す電気自動車５０では、動力用の高圧バッテリ１００に対し、直流低電圧で動作する電装負荷を、車輌前部のヘッドライト等からなる負荷グループ６２と車輌中央部のインストメントパネル周りの各種計器や空調関連負荷等からなる負荷グループ７２と車輌後部のリヤランプやリヤデフォッガ等からなる負荷グループ８２との３つのグループに機能及び設置位置によって分類し、車輌前部、中央部、後部の各負荷グループ６２，７２，８２に近接して、ＤＣ−ＤＣコンバータ単独あるいはＤＣ−ＤＣコンバータに電気二重層コンデンサを並列接続してなる低圧電源部６０，７０，８０がそれぞれ配置され、３つの電源グループが分散形成されている。
【００１８】
そして、上記高圧バッテリ１００の正極側端子からキースイッチ１１０のＯＮによって閉成されるリレー１０１のリレー接点を介して延出される高圧用配線１０２により、各低圧電源部６０，７０，８０の各入力端子、及び、駆動モータに動力用交流電源を供給するインバータ１２０の電源入力端子が並列に接続され、各低圧電源部６０，７０，８０、及び、上記インバータ１２０からのアース線１０３が、車体を共通グランドとして、あるいは、直接に、上記高圧バッテリ１００の負極側端子に接続されている。
【００１９】
上記各低圧電源部６０，７０，８０は、全体の電装負荷に対する電源容量を分散させているため大容量の特別なＤＣ−ＤＣコンバータを使用せずに既存の汎用性のある小型軽量のコンバータを使用することができ、さらに、各負荷グループ６２，７２，８２に近接して配置されているため、各負荷グループ６２，７２，８２までの低圧用配線６１，７１，８１の配線長を短くすることができる。
【００２０】
従って、電力損失を低減することができるとともに、搭載スペースの自由度が高まり、特別な放熱板等を要することなく車体に接触させて設置する等して効果的に放熱を行うことができる。この場合、各低圧電源部６０，７０，８０を可能な限り同一の容量とすることが望ましく、量産効果により電源装置のコストを大幅に低減することが可能となる。
【００２１】
尚、上記インバータ１２０は、各低圧電源部６０，７０，８０とは独立して上記高圧バッテリ１００に結線するようにしても良い。
【００２２】
以上の電気自動車５０では、運転者がキースイッチ１１０をＯＮすると、リレー１０１のリレー接点が閉成して高圧バッテリ１００から動力用のインバータ１２０及び各低圧電源部６０，７０，８０に高圧の直流電圧が供給される。
【００２３】
その結果、インバータ１２０及び各低圧電源部６０，７０，８０のＤＣ−ＤＣコンバータが動作状態となり、高圧バッテリ１００からの高圧の直流電圧がインバータ１２０によって高圧の交流電圧に変換されるとともに、各低圧電源部６０，７０，８０においてＤＣ−ＤＣコンバータにより低圧の直流電圧に変換され、また、電気二重層コンデンサを採用する電源グループでは、ＤＣ−ＤＣコンバータにより電気二重層コンデンサが充電される。
【００２４】
そして、直流低電圧で作動する負荷グループ、例えば、図３に示すように、車輌前部のヘッドライト等からなる負荷グループ６２では、スイッチ群６３を介して接続される負荷群６４に対し、使用する負荷のスイッチをＯＮすると負荷群６４の例えばヘッドランプが点灯する。
【００２５】
このような電源システムを有する電気自動車５０では、従来のように、高圧バッテリ１００からの高圧直流電圧を１台の降圧コンバータで変換して直流低電圧で動作する電装負荷全体に対する電源を一括して負担する電源システムと異なり、負荷の機能毎あるいは負荷の位置に応じて電源を分散しているため、各電源グループにおける降圧コンバータの容量を小さくし、負荷に近接して配置することができ、さらに、電気二重層コンデンサを併用することにより、瞬時的な電力増加にも対処することができる。
【００２６】
従って、電源装置の負担を軽減して小型・軽量化を図るとともに、コスト低減を図ることができ、設置スペースの自由度を高めて、負荷と電源との間の配線長を短くすることができ、配線の簡素化によって補修を容易なものとすることができる。
【００２７】
さらには、万一、電源グループの一部に故障が発生しても、全体の機能がダウンすることがなく、故障個所の特定が容易になる等、システムの信頼性を維持する上で極めて有利な電源システムとすることができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１記載の発明によれば、電気自動車に搭載される動力用の高電圧のバッテリに対して複数の電源グループを形成し、各電源グループ毎に、降圧コンバータでバッテリからの高電圧の直流電圧を低電圧の直流電圧に変換して直流低電圧で作動する電装負荷に供給するとともに、降圧コンバータに並列に接続した電気二重層コンデンサを補助電源として使用するため、従来のように高圧バッテリからの高圧直流電圧を１台の降圧コンバータで変換して直流低電圧で動作する電装負荷全体に対する電源を一括して負担する電源システムに比較し、電源装置の負担を軽減して小型・軽量化を図りつつ、各電源グループでの瞬時的な電力増加にも対処することができるとともに、コスト低減を図ることができ、設置スペースの自由度を高めることができる。さらに、万一、電源グループの一部に故障が発生しても、全体の機能がダウンすることがなく、故障個所の特定が容易になる等、システムの信頼性を維持する上で極めて有利な電源システムとすることができる。
【００２９】
この場合、請求項２記載の発明では、上記電源グループを電装負荷の設置位置あるいは機能毎に分類して形成するため、負荷に近接して電源を配置することができ、負荷と電源との間の配線長を短くすることができ、配線の簡素化によって補修を容易なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係わり、電源システムの系統図
【図２】同上、電気自動車における分散電源の配置図
【図３】同上、電源グループ内の負荷接続図
【図４】従来の電気自動車の電源システムの系統図
【符号の説明】
５０ … 電気自動車
５，１００ … 高圧バッテリ
１１，２１，３１ … ＤＣ−ＤＣコンバータ（降圧コンバータ）
１２，２２，３２ … 電気二重層コンデンサ
Claims (2)
- 電気自動車に搭載される動力用の高電圧のバッテリに、このバッテリからの高電圧の直流電圧を低電圧の直流電圧に変換する降圧コンバータを並列に複数接続し、各降圧コンバータに直流低電圧で作動する電装負荷を接続して各降圧コンバータを中心とする複数の電源グループを形成するとともに、各電源グループの降圧コンバータに電気二重層コンデンサを補助電源として並列に接続したことを特徴とする電気自動車の電源システム。
- 上記電源グループを、上記電装負荷の設置位置あるいは機能毎に分類して形成することを特徴とする請求項１記載の電気自動車の電源システム。
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|---|---|---|---|
| JP10041796A JP3761966B2 (ja) | 1996-04-22 | 1996-04-22 | 電気自動車の電源システム |
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|---|---|---|---|
| JP10041796A Expired - Lifetime JP3761966B2 (ja) | 1996-04-22 | 1996-04-22 | 電気自動車の電源システム |
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