WO2002060717A1 - Dispositif d'alimentation en courant pour automobile electrique - Google Patents

Dispositif d'alimentation en courant pour automobile electrique Download PDF

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Hiroshi Shimizu
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    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Definitions

  • the present invention relates to a power supply device for an electric vehicle, and more particularly to a fail-safe mechanism for a power supply of the electric vehicle.
  • an electric vehicle is driven using only the driving force of the electric motor 101.
  • the vehicle is a vehicle that can drive
  • Those using the battery are referred to as electric vehicles A in a narrow sense, those using engine generators as series hybrid vehicles B, and those using fuel cells as fuel cell vehicles C.
  • 102 is a wheel
  • 103 is a controller
  • 104 is a secondary battery
  • 201 is an engine
  • 202 is a generator
  • 310 is a hydrogen supply source
  • 30 2 is a fuel cell.
  • an electric vehicle is a vehicle that can travel using only the driving force of a rotary electric motor, and a secondary battery, a fuel cell, and an internal combustion engine are used as power sources for supplying the electric motor. , Generators, solar cells, etc., and vehicles using a combination of these.
  • an electric vehicle using only a secondary battery is considered, but a vehicle using a fuel cell, an internal combustion engine generator, or a solar battery as a power source is also included.
  • Japanese Unexamined Patent Application Publication No. Hei 3-2-15101 discloses that the rechargeable battery of an automobile is not charged until recharging.
  • the main motor and auxiliary motor usually receive the operating current only from the main operation battery, and the main operation battery is normal. If the switch is open during operation, the battery is charged by the mileage extending battery via the battery charge control system. When the main battery voltage drops significantly while driving a car, a switch is turned on to connect a mileage extending battery to the main battery in parallel.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-174211 discloses a battery backup technology in a broad sense, in which the electric vehicle body and the power supply vehicle are equipped with a battery power source and a traveling drive, respectively.
  • a technology in which a battery mounted on a main body and a battery mounted on a supply vehicle are connected via a controller so that power can be supplied from the power supply vehicle.
  • This drive system is an independent drive for each wheel, and is 4WD, 6WD, 8WD, etc., depending on the number of wheels.
  • the conventional example is basically a backup system including one motor and one battery and one backup battery. Even if the number of drive motors increases to the number of wheels, it is virtually impossible to increase the number of batteries in response to the increase in the number of wheels due to requirements such as securing a mounting place and securing current capacity. Disclosure of the invention
  • the current capacity can be increased and backup can be performed.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a power supply device for an electric vehicle that can secure a current capacity from a small number of batteries in a plurality of in-wheel type motors and can back up the current.
  • the battery is divided into a plurality of parts, and each battery is divided by the power controller.
  • the feature is that electricity is supplied without overlapping from the battery to the driving motors that are paired left and right.
  • FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of an electric powered vehicle.
  • FIG. 2 shows a block diagram of a conventional power supply control system.
  • FIG. 3 is a diagram showing a power supply control system of an electric vehicle according to a first embodiment of the present invention.
  • C FIG. 4 is a schematic diagram of a suspension mechanism according to the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing a power supply control system of an electric vehicle according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing a power supply control system of the electric vehicle according to the first embodiment of the present invention.
  • 1 is a first battery
  • 2 is a second battery
  • 3 to 10 are in-wheel type motors provided for each wheel
  • a motor (R 1) 3 and a motor (L 1) 4, motor (R2) 5, motor (L2) 6, motor (R3) 7, motor (L3) 8, motor (R4) 9, motor (L4) 10 Become.
  • 11 is the main controller as a power controller, and 12 to 19 are the inputs connected to each mode. It is a batter.
  • 1 1 1 is a chassis (BBF)
  • 1 1 2, 1 1 2 ′, 1 1 3, 1 1 3 ′ is a hollow frame
  • 1 1, 1 1 4 ′ is a front rear wheel
  • 1 2 0 and 1 20' are suspensions (double wishbones)
  • 1 22, 1 2 2' Is the second sub-frame
  • 1 2 5 and 1 2 5' are mouth-arms
  • 10 6 and 10 6 ', 107, and 107' are hydraulic and pneumatic cylinders
  • 116, 116 'are pipes and 117, 117' are reservoirs.
  • the power supplied from the batteries 1 and 2 is controlled by a main controller 11 as a power controller.
  • the motor may be a DC motor or an AC motor.
  • R means the right side of the vehicle and “LJ means the left side of the vehicle.
  • Each of the first battery 1 and the second battery 2 is configured to secure the current capacity and consists of multiple combinations.
  • the battery may be provided with a backup battery.
  • the main controller 11 controls the inverters 12 and 13; 18 and 19 that are connected to the battery 11 and supplies electric power in response to a failure in the equipment of the own system by means of electric circuit adjusting means. Adjust the battery, and when the other system fails, its own battery It has a function to supply 1 power.
  • the main controller 11 controls the inverters 14 and 15; 16 and 17 connected to the battery 2, and further supplies electric power according to the failure of its own device by the electric circuit adjusting means. It has a function to adjust the power and to supply power to the battery of the own system when a failure occurs in the other system.
  • the main controller 11 reads the detection outputs of various sensors and calculates and controls the running characteristics.
  • FIG. 5 is a diagram showing a power supply control system of an electric vehicle according to a second embodiment of the present invention.
  • 21 is the first battery
  • 22 is the second battery
  • 23 to 30 are in-wheel type motors provided for each wheel.
  • Consists of 31 is a main controller as a power controller
  • 32 to 39 are inverters connected to each channel
  • 40 to 43 are switching switches (SW).
  • each member Upon receiving the main controller control output that controls the vehicle control, the control of each member is performed as follows. During normal running, motor (R 1) 23 and motor (L 1) 24, motor (R 4) 29 and motor (R 4) 30, motor (R 2) symmetrically with respect to the center line of the vehicle 25 and motor (L 2) 26, motor (R 3) 27 and motor (L 3) 28 are paired to control power supply. At this time, if the current supplied to each motor is the same, a rotational torque proportional to the current can be applied to each wheel both when traveling straight and when turning.
  • a current command value corresponding to the number of rotations of the right and left motors is input from the main controller 31 and power corresponding to the current command value of each inverter 32 to 39 is input to each motor 23 to 30.
  • the main controller 31 sends a signal to each of the motors 23 to 30 according to a correction value calculated from a deviation between the speed of the vehicle body and the speed from a speedometer provided on each wheel. Control the power supply.
  • Other aspects can be variously performed by controlling the main controller 31 in response to a command from the main controller 31.
  • the motor (R 2) 25 and the motor (R 2) 25 that are paired with the motor (R 2) 25 are commanded by the main controller 31 based on the detection output of the sensor that detected the abnormality of the motor (R 2) 25.
  • L 2) The switch SW 40 connected to the first battery 21 is turned off to stop supplying power to 26. Thereby, the left and right balance of the vehicle is maintained. The same applies to a case where an abnormality occurs in another motor.
  • switches (SW) 42 and 43 are turned off, and the power supply path of the second battery 22 is cut off. Then, the switches (SW) 40 and 41 are turned on to supply power from the first battery 21. That is, a power supply path for the first battery 21 and the motors (R1, L1, R2, L2, R3, L3, R4, L4) 23 to 30 is formed. The same applies to the case where an abnormality occurs in the first battery 21.
  • the power controller 31 may stop supplying power to the motor connected to the failed battery.
  • These modes can be set in advance according to the amount of the current capacity and the running state, for example, during climbing a hill.
  • the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications are possible based on the spirit of the present invention, and these are not excluded from the scope of the present invention. As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.
  • an electric vehicle having a plurality of motors it is possible to divide the battery into a plurality of parts and supply power to the plurality of motors from each of the plurality of divided batteries. This allows the electric vehicle to continue running even if a part of the battery or the motor fails.
  • the battery is split into two, and the motors in the front row and the last row are powered by one of the batteries, while the second row
  • the third pair of motors can be powered by the other battery. If one battery fails, the other battery can supply power to all motors. If a failure occurs in one motor, power supply to that motor and the other motor will be stopped, and it will be possible to continue running. In this way, it is possible to efficiently supply power to a plurality of motors from a plurality of power sources without impairing control characteristics, and to secure a backup to each motor.
  • the power supply device for an electric vehicle can secure a current capacity from a small number or a few notes of a plurality of in-wheel type motors and can back up the power supply, and can reliably supply power. It is suitable as a power supply device for an electric vehicle without exhaust gas that can prevent global warming.

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Description

技術分野
本発明は、 電気自動車の給電装置に係り、 特に、 その電気自動車の電源に関す るフェイルセーフ機構に関するものである。
第 1図に示すように、 電気自動車とは、 電動機 1 0 1の駆動力のみを用いて走 明
行が可能な車であり、 その電動機 1 0 1に供給する電力源として、 二次電池 （バ 細
ッテリ一） を用いるものを狭義の電気自動車 A、 エンジン発電機を用いるものを シリーズハイプリッド車 B、 燃料電池を用いるものを燃料電池車 Cと呼ぶことに する。 なお、 第 1図において、 1 0 2は車輪、 1 0 3はコントローラ、 1 0 4は 二次電池、 2 0 1はエンジン、 2 0 2は発電機、 3 0 1は水素供給源、 3 0 2は 燃料電池である。
このように、 電気自動車とは、 回転式電気電動機の駆動力のみを用いて走行が 可能な車であり、 その電気電動機に供給する電力源として、 二次電池、 燃料電池、 内燃機関を用レ、た発電機、 太陽電池等およびこれらを組み合わせたものを使用し た車と定義する。 ただし、 以下の説明では、 二次電池のみを用いた電気自動車を 念頭におくが、 燃料電池、 内燃機関発電機、 太陽電池を電力源とする車も当然に 含まれる。 背景技術
従来の電気自動車では、 走行用の電力が一組の電池から一個あるいは複数個の 電動機に供給されていた。 このような方式で電池あるいは電動機に故障が生じた ときには走行が不能となる。 その結果、 車は停止せざるをえず、 その機能を大ぃ に損なうことになる。
従来、 この問題を一応解決する電気自動車におけるフヱイルセ一フ機構として は、 第 2図に示すような電源の冗長化が考えられていた。
例えば、 特開平 3— 2 1 5 1 0 1号公報には、 自動車の蓄電池の再充電までの 間の走行距離を更に伸ばすと同時に、 より効率を高めることのできる電気運転シ ステムを目的とし、 主電動機と副電動機は、 通常、 主運転電池からのみ作動電流 をうけ、 この主運転電池は正常運転中、 スィッチを開にしておけば電池充電制御 システムを介して走行距離延長電池により充電される。 自動車運転中に、 主電池 電圧が著しく降下した際には、 スィツチをオンにして走行距離延長電池を主運転 電池に並列接続する技術が示されている。
また、 特開平 1 0— 1 7 4 2 1 1号公報には、 広い意味でのバッテリーのバッ クアツプ技術として、 電気自動車本体と電力供給車とにそれぞれ電池電源と走行 駆動乇一夕とを搭載し、 本体に載置した電池と供給車に載置した電池とをコント ローラを介して接続し、 電力供給車から電力供給が得られるようにした技術が示 されている。
このような電気自動車の最近の傾向をみると、 車輪に駆動用モータを組み込ん だインホイールドライブが主流に成りつつある。 それ故、 以下では、 このドライ ブシステムを用いた電気自動車を念頭において説明を行う。 このドライブシステ ムは車輪毎の独立駆動であり、 車輪の数により 4 WD、 6 WD, 8 WD等となる。 前記従来例は基本的に 1台のモータに 1個のバッテリーと 1個のバックアツプバ ッテリ一よりなるバックアップシステムとなっている。 駆動モータが車輪の数だ けに増えたとしても、 そのモー夕に対応してバッテリ一を増やすことは載置場所 の確保、 電流容量の確保等の要件から実質的にできない。 発明の開示
しかしながら、 複数バッテリーの接続を切換ることができれば、 電流容量をと ることができ、 バックアップもできる。
本発明は、 上記状況に鑑み、 複数のインホイール式モ一夕に少ない数のバッテ リ一から電流容量を確保できると共にバックアツプできる電気自動車の給電装置 を提供することを目的とする。
本発明は、 上記目的を達成するために、
〔1〕 複数の駆動用モータとバッテリーと電力コントローラを有する電気自動 車において、 前記バッテリーを複数に分割し、 前記電力コント o—ラにより各バ ッテリ一から左右対になつた駆動用モ一夕へ重複することなく ^電することを特 徵とする。
〔2〕 上記 〔1〕 記載の電気自動車の給電装置において、 前記バッテリーのい ずれかに故障が生じたとき、 前記電力コントローラが故障したバッテリーに接続 されるモー夕への給電を停止することを特徴とする。
〔3〕 上記 〔1〕 記載の電気自動車の給電装置において、 前記モータあるいは これに接続したインバー夕もしくはコンバータのいずれかに故障が生じたとき、 前記電力コントローラが当該モー夕への給電を停止することを特徴とする。
〔4〕 上記 〔1〕 記載の電気自動車の給電装置において、 前記バッテリーのい ずれかに故障が生じたとき、 前記電力コントローラが他のバッテリーのバックァ ップ機能を有することを特徴とする。
上記 〔1〕 〔2〕 〔3〕 又は 〔4〕 記載の電気自動車の給電装置によれば、 制 御特性に合わせた給電制御と障害時の適切なバックアツプをすることができる。 図面の簡単な説明
第 1 .図は、 電気動力自動車の基本構成を示す図である。
第 2図は、 従来例の給電制御系のブロック図を示す。
第 3図は、 本発明の第 1実施例を示す電気自動車の給電制御系を示す図である c 第 4図は、 本発明にかかるサスペンション機構の概略の模式図である。
第 5図は、 本発明の第 2実施例を示す電気自動車の給電制御系を示す図である c 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の実施の態様について図面を参照しながら説明する。
第 3図は本発明の第 1実施例を示す電気自動車の給電制御系を示す図である。 この図において、 1は第 1のバッテリー、 2は第 2のノ ッテリ一、 3〜1 0は 各車輪毎に設けたインホイ一ル式のモータであり、 モータ （R 1 ) 3、 モータ (L 1 ) 4、 モータ （R 2 ) 5、 モータ （L 2 ) 6、 モー夕 （R 3 ) 7、 モー夕 ( L 3 ) 8、 モー夕 （R 4 ) 9、 モータ （L 4 ) 1 0からなる。 1 1は電力コン トロ一ラとしてのメインコントローラ、 1 2〜1 9は各モー夕に接続されるイン バ一タである。
まず、 ここで、 第 4図を用いてサスペンション （ダブルウィッシュボーン） 機 構の概略について説明する。
この第 4図において、 1 1 1は車台 （BBF) 、 1 1 2， 1 1 2'， 1 1 3， 1 1 3 ' は中空フレーム、 1 1 4， 1 1 4 ' は前部後輪、 1 1 5， 1 1 5 ' は前 部前輪、 1 2 0, 1 20 ' はサスペンション （ダブルウイッシュボーン） 、 1 2 1， 1 2 1 ' は第 1のサブフレーム、 1 22, 1 2 2 ' は第 2のサブフレーム、 1 2 3、 1 2 3' は緩衝部材、 1 25, 1 2 5 ' は口一ァ一アーム、 1 2 6， 1 26 ' はアッパーアーム、 1 0 6， 1 0 6 '， 1 0 7， 1 0 7 ' は流体圧空圧シ リンダ、 1 1 6, 1 1 6 ' はパイプ、 1 1 7， 1 1 7 ' はリザーバである。
次に、 全輪が夕ンデムホイール式サスペンションを有する車両の給電制御系を 示す。
給 *制御系においては、 バッテリー 1， 2から供給される電力は、 電力コント ローラとしてのメインコントローラ 1 1によって制御される。 つまり、 各車輪毎 に設けたインホイール式のモ一夕 (R 1 ) 3、 インバ一夕 1 2、 モータ (L 1 ) 4、 ィンバ一夕 1 3、 モー夕 （R 4) 9、 ィンバ一夕 1 8、 モ一夕 （L 4) 1 0、 インバ一タ 1 9の系と、 各車輪毎に設けたインホイール式のモータ （R 2) 5、 ィンバ一夕 1 4、 モータ (L 2) 6、 ィンバ一夕 1 5、 モータ (R 3) 7、 イン バー夕 1 6、 モ一夕 (L 3) 8、 インバ一夕 1 7の系とからなり、 メインコント ローラ 1 1によってィンバ一夕 1 2、 ィンバ一夕 1 3、 ィンバ一夕 1 8、 ィンバ —夕 1 9、 ィンバ一夕 1 4、 ィンバ一夕 1 5、 ィンバ一夕 1 6またはィンバ一夕 1 7が制御される。
モータは直流モ一夕でも交流モー夕でもよい。 ただし、 「R」 は車両の右側、 「LJ は車両の左側をいう。 各第 1のバッテリー 1、 第 2のバッテリー 2は、 電 流容量を確保できるように構成され、 複数個の組み合わせから成り、 バックアツ プ用のバッテリ一を備えてレ、てもよい。
メインコントローラ 1 1は、 バッテリ一 1に接繞されるィンバ一夕 1 2, 1 3 ； 1 8, 1 9を制御し、 さらに電路調節手段によって、 自系の機器の障害に応 じて給電電力を調節すると共に、 他系に障害が発生したときに自系のバッテリー 1の電力を供給する機能を有する。
同じく、 メインコントローラ 1 1は、 バッテリー 2に接続されるインバ一夕 1 4， 1 5 ; 1 6, 1 7を制御し、 さらに電路調節手段によって、 自系の機器の障 害に応じて給電電力を調節すると共に、 他系に障害が発生したときに自系のバッ テリーの電力を供給する機能を有する。 図示しないが、 メインコントローラ 1 1 は、 各種センサの検出出力を読み込んで、 走行特性を演算して制御する。
第 5図は本発明の第 2実施例を示す電気自動車の給電制御系を示す図である。 この図において、 2 1は第 1のバッテリー、 22は第 2のバッテリー、 23〜 30は各車輪毎に設けたインホイール式のモ一夕であり、 モー夕 （R 1) 23、 乇一夕 (L 1 ) 24、 モータ (R 2) 25、 モータ (L 2) 26、 モ一タ (R 3) 27、 モー夕 (L 3) 28、 モータ (R 4) 29、 モータ (L 4) 30から なる。 3 1は電力コントローラとしてのメインコントローラ、 32〜39は各乇 一夕に接続されるインバー夕、 40〜43は切換スィッチ (SW) である。
(通常走行時）
第 5図により、 本発明の故障のない、 通常走行時の給電制御の態様について説 明する。 ，
車両制御を司るメインコントローラ制御出力を受けて、 各ィンバ一夕の制御を 以下のように行う。 通常走行時、 車両の中心線に対して対称にモータ （R 1) 2 3とモー夕 (L 1 ) 24、 モータ (R 4) 29とモ一夕 (し 4) 30、 モータ (R 2) 25とモータ (L 2) 26、 モータ (R 3) 27とモータ (L 3) 28 を対として給電制御する。 この時、 それぞれのモ一夕に供給する電流を同一とす れぱ、 直進走行時、 旋回時ともにその電流に比例した回転トルクを各車輪に与え ることができる。
また、 旋回時、 メインコントローラ 3 1から右側と左側のモータの回転数に応 じた電流指令値を入力し、 各インバー夕 32〜39の電流指令値に応じた電力を 各モー夕 23〜30へ給電制御すると、 より適切な旋回角をとることができる。 さらに、 各車輪にすべりが発生したときは、 メインコントローラ 31において 車体の速度と各車輪に設けた速度計からの速度との偏差から演算した補正値に応 じて、 各モータ 23〜30への給電電力を制御する。 これ以外の態様は、 メインコントローラ 3 1からの指令があれば、 それに応じ てメインコントローラ 3 1を制御することにより種々とり得る。
(障害発生時）
第 5図により、 本発明の障害発生時の態様について説明する。
〔例 1〕 前述した系において、 モ一夕 （R 2 ) 2 5が故障した場合：
モータ （R 2 ) 2 5の異常を検出したセンサの検出出力を基にメインコント口 ーラ 3 1からの指令により、 モータ (R 2 ) 2 5とこれと対になっているモ一夕 (L 2 ) 2 6への給電を停止するために第 1のバッテリー 2 1に接続されるスィ ツチ SW 4 0をオフする。 これにより車両の左右のバランスが保たれる。 他の对 のモータに異常が発生した場合にも同様の態様になる。
〔例 2〕 前述した系において、 第 2のバッテリー 2 2に異常が発生した場合： 各バッテリ一の異常を検出したセンサの検出出力を基にメインコントローラ 3
1からの指令により、 スィッチ （SW) 4 2， 4 3をオフにして、 第 2のバッテ リー 2 2の給電路を遮断する。 そして、 スィッチ （S W) 4 0 , 4 1をオンにし て、 第 1のバッテリー 2 1から電力を供給する。 つまり、 第 1のバッテリー 2 1 とモータ （R l， L 1 , R 2 , L 2 , R 3 , L 3 , R 4 , L 4 ) 2 3〜3 0の給 電路を形成する。 第 1のバッテリー 2 1に異常が発生した場合にも同様の態様に なる。
また、 バッテリーのいずれかに故障が生じたとき、 電力コントローラ 3 1力故 障したバッテリ一に接続されるモータへの給電を停止する態様もとり得る。 これ らの態様は、 電流容量の多少、 走行状態、 例えば、 登坂中などに応じて予め設定 することができる。
上記の実施態様では、 ィンホイ一ル式モ一夕を 8輪夕ンデム支持した車両の場 合を例として説明したが、 4輪以上の車輪を有する電気自動車について、 本発明 は基本的には同様に実施できる。
なお、 本発明は上記実施例に限定されるものではなく、 本発明の趣旨に基づい て種々の変形が可能であり、 これらを本発明の範囲から排除するものではない。 以上、 詳細に説明したように、 本発明によれば、 以下の様な効果を奏すること ができる。 複数個のモータを持つ電気自動車において、 電池を複数に分割し、 その複数に 分割されたそれぞれの電池から、 複数個のモータに電力を供給することが可能と なる。 これによつて、 電池の一部、 あるいはモータの一部に故障が生じたときに も、 電気自動車は引き続き走行を続けることが可能になる。 たとえば、 8輪にそ れぞれ一個づっモータが取り付けられた電気自動車で、 電池を 2つに分割し、 最 前列と最後列の対のモータには、 一方の電池から給電され、 第 2列と第 3列の対 のモータにはもう一方の電池から給電できる。 もし、 一方の電池に故障が生じた 時には、 他方の電池から全てのモータに給電できる。 もし、 一個のモータに故障 が生じたときには、 そのモ一夕と対のモ一夕への給電は停止し、 走行を続行する ことができるようになる。 このように、 複数のモータに複数の電源からそれぞれ 効率よくかつ制御特性を損なうことなく給電すると共に各モー夕へのバックアツ プを確保できる。 産業上の利用可能性
本発明の電気自動車の給電装置は、 複数のィンホイ一ル式モ一夕に少なレ、数の ノ テリーから電流容量を確保できると共にバックアップすることができ、 確実 な給電が可能であり、 特に、 地球温暖化を防止することができる排気ガスのない 電気自動車の給電装置として好適である。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 複数の駆動用モータとバッテリーと電力コント口一'ラを有する電気自動車に おいて、
前記バッテリ一を複数に分割し、 前記電力コント口一ラにより各バッテリーか ら左右対になつた駆動用モータへ重複することなく給電することを特徴とする電
2 . 請求項 1記載の電気自動車の給電装置において、 前記バッテリーのいずれか に故障力生じたとき、 前記電力コントローラが故障したノ ッテリ一に接続される モータへの給電を停止することを特徴とする電気自動車の給電装置。
3 . 請求項 1記載の電気自動車の給電装置において、 前記モ一夕あるいはこれに 接続したィンバ一夕もしくはコンパ一夕のいずれかに故障が生じたとき、 前記電 力コントローラが当該モー夕への給電を停止することを特徴とする電気自動車の
4 . 請求項 1記載の電気自動車の給電装置において、 前記バッテリーのいずれか に故障が生じたとき、 前記電力コントローラが他のバッテリーのノくックアツプ機 能を有することを特徴とする電気自動車の給電装置。
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