JP6056747B2 - 車両用電源システム - Google Patents

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Description

本発明は、例えばハイブリッド車両等に搭載される車両用電源システムの技術分野に関する。
この種の車両用電源システムにおいては、蓄電手段であるバッテリ等の蓄電量を所定の範囲内とするための制御が実行される。例えば特許文献1では、複数の電池を備えた電源システムにおいて、個々の電池の蓄電量が所定の範囲内を超えてしまうような場合に、強制的に放電制御又は充電制御を実行するという技術が提案されている。
その他、本発明に関連する先行技術文献として、特許文献2及び3が存在する。
特開2010−022128号公報 特開2013−031310号公報 特開平11−332023号公報
蓄電手段への強制充電は、例えば車両のエンジンを運転させて、その動力を利用した発電を行うことで実現できる。しかしながら、このような充電を行う場合には、エンジンを運転させる分、車両の燃費が悪化してしまうという技術的問題点も生ずる。
特に、上述した特許文献1に記載されている技術では、個々の電池の蓄電量が所定の範囲を超えた時点で強制充電が実行されるため、電源システム全体の蓄電量(即ち、複数の電池の合計蓄電量)に余裕がある場合であっても強制充電が実行されてしまう。この場合、エンジンの運転及び停止が比較的頻繁に繰り返されることになるため、著しく燃費が悪化してしまうおそれがある。
本発明が解決しようとする課題には上記のようなものが一例として挙げられる。本発明は、蓄電手段に対する適切な充電制御を実行可能とする車両用電源システムを提供することを課題とする。
本発明の車両用電源システムは、複数の蓄電手段と、前記複数の蓄電手段の合計蓄電量、及び前記複数の蓄電手段に含まれる各蓄電手段の個別蓄電量を夫々検出する蓄電量検出手段と、前記合計蓄電量が第1閾値未満となった場合に、前記複数の蓄電手段に対し強制充電を実行するよう制御する第1充電制御手段と、前記合計蓄電量が前記第1閾値以上であり、前記個別蓄電量のうち少なくとも1つが第2閾値未満となった場合に、前記複数の蓄電手段において蓄電手段間充電を実行するよう制御する充電制御手段とを備える。
本発明に係る複数の蓄電手段は、例えば車両の走行動力源としての電力(例えば電動機を駆動する電力)や、車両の各部位を駆動するための電力を供給可能なものとして構成されている。複数の蓄電手段は、ハイブリッド車両の電動機で発電された回生電力等を利用して充電可能な複数のバッテリとして構成されている。また、複数の蓄電手段間での電力授受により、蓄電手段間充電を実行可能に構成されている。
複数の蓄電手段については、蓄電量検出手段により、合計蓄電量(即ち、複数の蓄電手段に含まれる全ての蓄電手段の個別蓄電量の合計値)、及び各蓄電手段の個別蓄電量が検出される構成となっている。これら合計蓄電量及び個別蓄電量は、所定の周期で自動的に或いは必要に応じたタイミングで適宜検出されればよい。
本発明の車両用電源システムによれば、複数の蓄電手段の合計蓄電量が第1閾値未満となった場合、第1充電制御手段により、複数の蓄電手段に対する強制充電を実行するよう制御が行われる。即ち、第1充電制御手段では、複数の蓄電手段の合計蓄電量を第1閾値以上に保つための制御(以下、適宜「第1充電制御」と称する)が行われる。なお、ここでの「第1閾値」は、複数の蓄電手段の合計蓄電量に対する下限値として設定される値であり、例えば電源システムが搭載される車両における最低限の走行性能を確保するための蓄電量等に応じて設定すればよい。
一方、複数の蓄電手段の合計蓄電量が第1閾値以上であり、複数の蓄電手段に含まれる各蓄電手段の個別蓄電量のうち少なくとも1つが第2閾値未満となった場合、第2充電制御手段により、複数の蓄電手段の各蓄電手段間で蓄電手段間充電を実行するよう制御が行われる。即ち、第2充電制御手段では、複数の蓄電手段に含まれる各蓄電手段の個別蓄電量を第2閾値以上に保つための制御(以下、適宜「第2充電制御」と称する)が行われる。なお、ここでの「第2閾値」は、複数の蓄電手段に含まれる各蓄電手段の個別蓄電量に対する下限値として設定される値であり、各蓄電手段の仕様等に応じて設定すればよい。なお、第2閾値は、各蓄電手段に共通する同一の値ではなく、蓄電手段ごとに異なる値として設定されても構わない。
ここで特に、上述した第1充電制御は、複数の蓄電手段に対する強制充電のために、複数の蓄電手段の外部から電力を得る制御である。より具体的には、第1充電制御では、例えば車両の内燃機関を始動させて、その動力を利用した発電により、複数の蓄電手段の強制充電が実現される。
一方、上述した第2充電制御は、複数の蓄電手段に含まれる一の蓄電手段の充電のために、他の蓄電手段から電力を供給する制御である。このため、外部から電力を得る第1充電制御とは異なり、第2受電制御は複数の蓄電手段のみで行える。よって、例えば内燃機関を始動させることに起因する燃費の悪化を防止できる。
以上の結果、本発明の車両用電源システムによれば、複数の蓄電手段に含まれる各蓄電手段の個別蓄電量が不足した場合であっても、複数の蓄電手段全体の合計値電量に余裕がある場合には、強制充電(即ち、第1充電制御)は行われず、蓄電手段間充電(即ち、第2充電制御)によって蓄電量の維持が図られる。これにより、例えば第2充電制御が実行できない場合と比較して、強制充電の回数を低減することができる。従って、強制充電に起因する燃費の悪化を防止しつつ、複数の蓄電手段において適切な蓄電量を維持することができる。
本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施するための形態から明らかにされる。
実施形態に係る車両用電源システムの構成を示す概略構成図である。 同種電池を組み合わせた車両用電源システムにおけるSOC制御に用いられるマップである。 異種電池を組み合わせた車両用電源システムにおけるSOC制御に用いられるマップである。 実施形態に係る車両用電源システムにおけるSOC制御時の動作を示すフローチャートである。 実施形態に係る車両用電源システムにおけるSOC制御に用いられるマップである。
以下、車両用電源システムの実施形態について説明する。
(1)車両用電源システムの構成
まず、図1を参照しながら、本実施形態に係る車両用電源システムの全体構成について説明する。ここに図1は、実施形態に係る車両用電源システムの構成を示す概略構成図である。なお、以下では、車両用電源システムの一例としてハイブリッド車両に搭載される電源システムについて説明する。
図1において、本実施形態に係る車両用電源システム10は、電源回路100と、エンジン200と、モータジェネレータMG1及びMG2と、B1SOC検出部310と、B2SOC検出部320と、制御部400とを備えて構成されている。
電源回路100は、第1バッテリ110と、第2バッテリ120と、電気分配ユニット130と、インバータ140とを備えて構成されている。
第1バッテリ110及び第2バッテリ120は、本発明の「蓄電手段」の一例であり、モータジェネレータMG1及びMG2を力行するための電力に係る電力供給源として機能する、或いはモータジェネレータMGの回生によって得られた電力を蓄電可能な二次電池ユニットである。第1バッテリ110及び第2バッテリ120は、例えばリチウムイオンバッテリセル等の単位電池セルが複数直列に接続された構成を有している。
なお、本実施形態に係る第1バッテリ110及び第2バッテリ120は、典型的には、互いに異なる性能、例えばアンペアアワー容量が異なるものとして構成される。また、第1バッテリ110及び第2バッテリ120に加えて、3つ目以降のバッテリ(即ち、第3バッテリや第4バッテリ等)が備えられてもよい。
電力分配ユニット130は、電力変換器や平滑コンデンサ等を含んで構成されており、第1バッテリ110及び第2バッテリ120側から供給される電力をインバータ140に出力する機能、並びにインバータ140側から供給される電力を第1バッテリ110及び第2バッテリ120に分配して出力する機能を有している。
インバータ140は、交流電力と直流電力との間の電力変換を行う回路である。インバータ140は、例えばモータジェネレータMG1及びMG2を発電機として機能させるときは、モータジェネレータMG1及びMG2からの交流三相回生電力を直流電力に変換し、第1バッテリ110及び第2バッテリ120側に充電電流として供給する交直変換機能を有する。また、インバータ140は、例えばハイブリッド車両が力行されているときに、第1バッテリ110及び第2バッテリ120側からの直流電力を交流三相駆動電力に変換し、モータジェネレータMG1及びMG2に駆動電力として供給する直交変換機能を有する。
エンジン200は、モータジェネレータMG1及びMG2と共にハイブリッド車両の動力源を構成する内燃機関である。エンジン200は、ハイブリッド車両の車軸を駆動しタイヤを回転して走行を行わせる機能と共に、モータジェネレータMG1及びMG2を発電機として用いて発電を行わせる機能を有する。
モータジェネレータMG1及びMG2は、電気エネルギを運動エネルギに変換する力行機能と、運動エネルギを電気エネルギに変換する回生機能とを備えた電動発電機である。モータジェネレータMG1及びMG2は、例えば外周面に複数個の永久磁石を有するロータと、回転磁界を形成する三相コイルが巻回されたステータとを備える電動発動機として構成されるが、無論他の構成を有していてもよい。なお、モータジェネレータMGは1つだけ設けられてもよいし、3つ以上設けられても構わない。
なお、ここでの図示は省略しているが、上述したエンジン200及びモータジェネレータMG1及びMG2は、相互に差動作用をなす複数の回転要素を備えた公知の遊星歯車機構により互いに接続されている。また、エンジン200及びモータジェネレータMG1及びMG2は、遊星歯車機構を介してハイブリッド車両1の駆動輪に接続されている。
B1SOC検出部310及びB2SOC検出320は、本発明の「蓄電量検出手段」の一例であり、第1バッテリ110のSOC(以下、適宜「B1SOC」と称する)、及び第2バッテリ120のSOC(以下、適宜「B2SOC」と称する)を検出可能に構成されている。B1SOC検出部310及びB2SOC検出部320の各々において検出されたB1SOC及びB2SOCは、制御部400に出力される。
制御部400は、車両用電源装置10における各部の動作を制御するコントローラとして構成されており、少なくとも強制充電制御部410及び電池間充電制御部420を備えて構成されている。
強制充電制御部410は、本発明の「第1充電制御手段」の一例であり、後述する所定の条件に基づいて、第1バッテリ110及び第2バッテリ120に対する強制充電(具体的には、停止しているエンジン200を運転させて、その動力で発電した電力による充電)を実行するように、電源回路100の動作を制御する。
電池間充電制御部420は、本発明の「第2充電制御手段」の一例であり、後述する所定の条件に基づいて、第1バッテリ110及び第2バッテリ120間での電池間充電(具体的には、第1バッテリ110から第2バッテリ120への電力供給、或いは第2バッテリ120から第1バッテリ110への電力供給)を実行するように、電源回路100の動作を制御する。
(2)バッテリのSOC制御例
続いて、図2及び図3を参照しながら、本実施形態に係る車両用電源システム10のように複数のバッテリ(即ち、第1バッテリ110及び第2バッテリ120)を備える場合の、SOC制御の一例について説明する。ここに図2は、同種電池を組み合わせた車両用電源システムにおけるSOC制御に用いられるマップである。また図3は、異種電池を組み合わせた車両用電源システムにおけるSOC制御に用いられるマップである。
図2及び図3において、第1バッテリ110及び第2バッテリ120には、それぞれSOC上限及びSOC下限が設定され、第1バッテリ110及び第2バッテリ120のSOCは、それらの上限及び下限の範囲内である通常使用域となるように制御される。具体的には、第1バッテリ110のSOCであるB1SOCと、第2バッテリ120のSOCであるB2SOCとの合計SOCを、各バッテリSOCの上限と下限との中央値であるSOC中心に近づけるような制御が実行される。
より具体的には、合計SOCが通常使用域の上限に近づいた場合には、合計SOCを減少させるための制御が実行される。SOCを減少させる制御は、例えばモータジェネレータMG1及びMG2やハイブリッド車両における各部において、第1バッテリ110及び第2バッテリ120に蓄電されている電力を消費することで実現される。
一方、合計SOCが通常使用域の下限に近づいた場合には、合計SOCを増加させるための制御が実行される。SOCを増加させる制御は、例えばモータジェネレータMG1及びMG2における回生電力を第1バッテリ110及び第2バッテリ120に供給することで実現される。なお、モータジェネレータMG1及びMG2は、典型的にはエンジン200の動力を利用して回生を行うため、エンジン200が運転していないと、回生電力を得られないおそれがある。このような場合には、停止しているエンジン200を強制始動させて、第1バッテリ110及び第2バッテリ120に対する充電(即ち、強制充電)が実現される。
ここで特に、図2に示すように、第1バッテリ110及び第2バッテリ120が同種の電池(即ち、実質的に同じ性能の電池)である場合、第1バッテリ110及び第2バッテリ120のSOCは同程度になることが多い。一方で、図3に示すように、第1バッテリ110及び第2バッテリ120が異種の電池(即ち、実質的に異なる性能の電池)である場合、第1バッテリ110及び第2バッテリ120のSOCには差が生じてしまうことがある。このような場合、合計SOCは強制充電すべき程度に低くなくとも、第1バッテリ110及び第2バッテリ120のSOCのいずれか一方が下限を超えてしまい、強制充電せざるを得ない状況が発生し易くなる(図3の丸で囲んだ領域を参照)。
強制充電を行う場合、エンジン200の動力により確実に回生電力を得られる一方で、エンジンを運転させる燃料が消費されるため、車両の燃費が悪化する。このため、燃費の悪化を抑制するためには、強制充電の頻度を低減することが求められる。本実施形態に係る車両用電源システム10は、このような問題点を解決するため、以下に詳述する制御を実行可能とされている。
(3)本実施形態に係るSOC制御
続いて、図4及び図5を参照しながら、本実施形態に係る車両用電源システムの動作(具体的には、各バッテリに対する充電制御)について説明する。ここに図4は、実施形態に係る車両用電源システムにおけるSOC制御時の動作を示すフローチャートである。また図5は、実施形態に係る車両用電源システムにおけるSOC制御に用いられるマップである。
図4において、本実施形態に係る車両用電源システムの動作時には、先ずB1SOC検出部310及びB2SOC検出部320において、それぞれB1SOC及びB2SOC(即ち、第1バッテリ110及び第2バッテリ120の個別SOC)が検出される。検出されたB1SOC及びB2SOCは、制御部400に出力され、制御部400ではB1SOC及びB2SOCの和である合計SOCが算出される(ステップS101)。
個別SOCが検出され、合計SOCが算出されると、制御部400において、強制充電がONとなっているか否かが判定される(ステップS102)。即ち、エンジン200を運転させた状態での充電が実行されているか否かが判定される。
ここで、強制充電がOFFであると判定された場合(ステップS102:YES)、強制充電制御部410において、合計SOCが閾値P1以上であるか否かが判定される(ステップS103)。なお、ここでの閾値P1は、強制充電をすべきか否かを判定するための合計SOCに対する閾値であり、通常使用域の合計SOC下限に対応している(図5参照)。合計SOCが閾値P1以上でない(即ち、合計SOCが閾値P1未満)と判定された場合(ステップS103:NO)、強制充電制御部410により、エンジン200を運転させて強制充電を開始する制御が実行される(ステップS104)。
一方で、合計SOCが閾値P1以上であると判定された場合(ステップS103:YES)、電池間充電制御部420により、B1SOCが閾値Q1以上であるか否かが判定される(ステップS105)。なお、ここでの閾値Q1は、電池間充電をすべきか否かを判定するためのB1SOCに対する閾値であり、B1下限に対応している(図5参照)。B1SOCが閾値Q1以上でない(即ち、B1SOCが閾値Q1未満)と判定された場合(ステップS105:NO)、電池間制御部420により、第2バッテリ120から第1バッテリ110へとの電池間充電を開始する制御が実行される(ステップS106)。なお、ここでの電池間充電は、B1SOCが、閾値Q1より大きい値として設定された閾値以上となるまで実行される。
更に、B1SOCが閾値Q1以上であると判定された場合(ステップS105:YES)、電池間充電制御部420により、B2SOCが閾値R1以上であるか否かが判定される(ステップS107)。なお、ここでの閾値R1は、電池間充電をすべきか否かを判定するためのB2SOCに対する閾値であり、B2下限に対応している(図5参照)。B2SOCが閾値R1以上でない(即ち、B2SOCが閾値R1未満)と判定された場合(ステップS107:NO)、電池間制御部420により、第1バッテリ110から第2バッテリ120へとの電池間充電を開始する制御が実行される(ステップS108)。なお、ここでの電池間充電は、B2SOCが、閾値R1より大きい値として設定された閾値以上となるまで実行される。
なお、B2SOCが閾値R1以上であると判定された場合(ステップS107:YES)、第1バッテリ110及び第2バッテリ120に対する充電を行う必要はないと判断され、通常走行が実現される(ステップS109)。
他方で、強制充電が既にONであると判定された場合(ステップS102:YES)、強制充電制御部410において、合計SOCが閾値P2以上であるか否かが判定される(ステップS201)。なお、ここでの閾値P2は、強制充電を停止すべきか否かを判定するための合計SOCに対する閾値であり、強制充電の開始閾値P1よりも大きい値として設定されている(図5参照)。合計SOCが閾値P2以上でない(即ち、合計SOCが閾値P2未満)と判定された場合(ステップS201:NO)、エンジン200を運転させた状態での強制充電が引き続き実行される(ステップS205)。
一方で、合計SOCが閾値P2以上であると判定された場合(ステップS201:YES)、強制充電制御部410により、B1SOCが閾値Q2以上であるか否かが判定される(ステップS202)。なお、ここでの閾値Q2は、強制充電を停止すべきか否かを判定するためのB1SOCに対する閾値であり、B1下限に対応する閾値P1よりも大きい値として設定されている(図5参照)。また閾値Q2は、第2バッテリ120から第1バッテリ110への電池間充電(ステップS106参照)を停止する際の閾値として用いられてもよい。B1SOCが閾値Q2以上でない(即ち、B1SOCが閾値Q2未満)と判定された場合(ステップS202:NO)、エンジン200を運転させた状態での強制充電が引き続き実行される(ステップS205)。
更に、B1SOCが閾値Q2以上であると判定された場合(ステップS202:YES)、強制充電制御部410により、B2SOCが閾値R2以上であるか否かが判定される(ステップS203)。なお、ここでの閾値R2は、強制充電を停止すべきか否かを判定するためのB2SOCに対する閾値であり、B2下限に対応する閾値R1よりも大きい値として設定されている(図5参照)。また閾値R2は、第1バッテリ110から第2バッテリ120への電池間充電(ステップS108参照)を停止する際の閾値として用いられてもよい。B2SOCが閾値R2以上でない(即ち、B2SOCが閾値R2未満)と判定された場合(ステップS203:NO)、エンジン200を運転させた状態での強制充電が引き続き実行される(ステップS205)。
なお、B2SOCが閾値R2以上であると判定された場合(ステップS203:YES)、合計SOC、B1SOC及びB2SOCの全てが所定の閾値以上であるため、第1バッテリ110及び第2バッテリ120に対する強制充電を続行する必要はないと判断される。よって、この場合には強制充電は中止され、通常走行が実現される(ステップS204)。
上述した一連の処理によれば、合計SOCが下限を下回る場合において強制充電を確実に実行できる。更に、合計SOCには余裕があるが、第1バッテリ110及び第2バッテリ120のいずれかのSOCが下限を下回る場合において、電池間充電によりSOC増加が実現される。即ち、第1バッテリ110及び第2バッテリ120のいずれかのSOCが下限を下回る場合であっても、合計SOCに余裕がある場合には、強制充電は実行されない。よって、強制充電の頻度(言い換えれば、エンジン200を始動させる頻度)を低減できる。従って、強制充電を実行するためにエンジン200の始動回数が増加し、その結果として燃費が悪化してしまうことを防止できる。
なお、上述した実施形態においては、「合計SOCには余裕があるが、第1バッテリ110及び第2バッテリ120のいずれかのSOCが下限を下回る」という状況が発生し易いため、第1バッテリ110及び第2バッテリ120が異種の電池として構成される場合について説明した。しかしながら、第1バッテリ110及び第2バッテリ120が同種の電池として構成される場合であっても同様の状況は発生し得る。よって、本実施形態に係る車両用電源システム10における第1バッテリ110及び第2バッテリ120が同種の電池として構成される場合においても、燃費の悪化を防止するという効果は相応に発揮される。
以上説明したように、本実施形態に係る車両用電源システムによれば、蓄電手段である各バッテリに対して適切な充電制御を実行することが可能である。
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う車両用電源システムもまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
10 車両用電源システム
100 電源回路
110 第1バッテリ
120 第2バッテリ
130 電力分配ユニット
140 インバータ
200 エンジン
310 B1SOC検出部
320 B2SOC検出部
400 制御部
410 強制充電制御部
420 電池間充電制御部
MG1,MG2 モータジェネレータ

Claims (1)

  1. 複数の蓄電手段と、
    前記複数の蓄電手段の合計蓄電量、及び前記複数の蓄電手段に含まれる各蓄電手段の個別蓄電量を夫々検出する蓄電量検出手段と、
    前記合計蓄電量が第1閾値未満となった場合に、前記複数の蓄電手段に対し強制充電を実行するよう制御する第1充電制御手段と、
    前記合計蓄電量が前記第1閾値以上であり、前記個別蓄電量のうち少なくとも1つが第2閾値未満となった場合に、前記複数の蓄電手段において蓄電手段間充電を実行するよう制御する充電制御手段と
    を備えることを特徴とする車両用電源システム。
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