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技術 充電器及び充電システム

出願人 株式会社豊田自動織機
発明者 新村和寛広瀬慎司伊藤智之吉澤宏昌山田量也
出願日 2016年7月26日 (4年11ヶ月経過) 出願番号 2016-146403
公開日 2018年2月1日 (3年5ヶ月経過) 公開番号 2018-019478
状態 特許登録済
技術分野 電池等の充放電回路 車両の電気的な推進・制動 静止型機器の保護
主要キーワード エラー判定結果 EV車両 時間的変化率 電力供給制御装置 一部期間 禁止指令 DC回路 エラー判定
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (7)

課題

オーバーシュートの発生を抑制し、かつ充電時間を短縮することができる充電器及び充電システムを提供すること。

解決手段

充電器20は、電力変換部21と、電力変換部21を制御するコントローラ22と、を備える。コントローラ22は、通信部23と、比較部25と、設定部26と、を備える。比較部25は、EV車両40から充電器20の通信部23へ送信される電流指令値の今回値前回値の差と予め定められた閾値との大小関係を比較する。設定部26は、比較部25の比較結果に基づいて、電流指令値の今回値と前回値の差が閾値以上の場合は、充電電流の出力を第1の時間的変化率となるように設定し、電流指令値の今回値と前回値の差が閾値未満の場合は、充電電流の出力を第1の時間的変化率よりも大きな第1の時間的変化率となるように設定する。

概要

背景

従来から、例えば、EV(Electric Vehicle)やPHV(Plug in Hybrid Vehicle)などの車両には、走行用モータへの供給電力を蓄えるリチウムイオン二次電池ニッケル水素二次電池等の二次電池が搭載されている。

二次電池を充電する技術として、例えば、特許文献1には、電力供給制御装置が開示されており、車両に搭載された電力供給制御装置は商用電源から車両への供給電力を制御し、車両に搭載された電池パック(二次電池)を充電している。一般的に充電器を用いて二次電池を充電する場合、定電流充電定電流定電圧充電が行われ、二次電池の充電状態等に応じた充電電流値で充電が行われる。

概要

オーバーシュートの発生を抑制し、かつ充電時間を短縮することができる充電器及び充電システムを提供すること。充電器20は、電力変換部21と、電力変換部21を制御するコントローラ22と、を備える。コントローラ22は、通信部23と、比較部25と、設定部26と、を備える。比較部25は、EV車両40から充電器20の通信部23へ送信される電流指令値の今回値前回値の差と予め定められた閾値との大小関係を比較する。設定部26は、比較部25の比較結果に基づいて、電流指令値の今回値と前回値の差が閾値以上の場合は、充電電流の出力を第1の時間的変化率となるように設定し、電流指令値の今回値と前回値の差が閾値未満の場合は、充電電流の出力を第1の時間的変化率よりも大きな第1の時間的変化率となるように設定する。

目的

本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、オーバーシュートの発生を抑制し、かつ充電時間を短縮することができる充電器及び充電システムを提供する

効果

実績

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請求項1

商用電源からの交流電力直流電力に変換して車両に搭載された蓄電装置に前記直流電力を供給する電力変換手段と、前記電力変換手段を制御する制御部と、を備える充電器であって、前記制御部は、前記車両から一定時間毎に送信される電流指令値を受信する通信手段と、前記電流指令値の今回値前回値の差を算出し、予め定められた閾値との大小関係を比較する比較手段と、前記比較手段の比較結果に基づいて、前記今回値と前回値の差が予め定められた閾値以上の場合は、前記電力変換手段から前記蓄電装置へ供給する充電電流の出力を第1の時間的変化率となるように設定し、前記今回値と前回値の差が前記閾値未満の場合は、前記充電電流の出力を前記第1の時間的変化率よりも大きな第2の時間的変化率となるように設定する設定手段と、を備えることを特徴とする充電器。

請求項2

前記第1の時間的変化率及び前記第2の時間的変化率は、固定値であることを特徴とする請求項1に記載の充電器。

請求項3

前記第1の時間的変化率及び前記第2の時間的変化率は可変であり、前記今回値と前回値の差が大きいほど前記第1の時間的変化率及び前記第2の時間的変化率は小さくなるように変化することを特徴とする請求項1に記載の充電器。

請求項4

請求項1〜3のいずれか1項に記載の充電器を備え、前記車両は、前記蓄電装置への前記充電電流を測定する電流測定手段と、前記電流測定手段により測定した前記蓄電装置への充電電流値と前記電流指令値の差が、予め定められた値よりも大きい場合、エラーと判定するエラー判定手段と、を備える充電システムであって、前記車両は、前記設定手段による前記第1の時間的変化率及び前記第2の時間的変化率に基づいて、前記充電電流値が前記電流指令値に近づくように変化している期間の少なくとも一部期間は前記エラー判定手段によるエラー判定を行わせない、又はエラー判定結果無効化する判定監視手段を備えることを特徴とする充電システム。

技術分野

0001

本発明は、充電器及び充電システムに関する。

背景技術

0002

従来から、例えば、EV(Electric Vehicle)やPHV(Plug in Hybrid Vehicle)などの車両には、走行用モータへの供給電力を蓄えるリチウムイオン二次電池ニッケル水素二次電池等の二次電池が搭載されている。

0003

二次電池を充電する技術として、例えば、特許文献1には、電力供給制御装置が開示されており、車両に搭載された電力供給制御装置は商用電源から車両への供給電力を制御し、車両に搭載された電池パック(二次電池)を充電している。一般的に充電器を用いて二次電池を充電する場合、定電流充電定電流定電圧充電が行われ、二次電池の充電状態等に応じた充電電流値で充電が行われる。

先行技術

0004

特開2015−70661号公報

発明が解決しようとする課題

0005

ところで、二次電池を備える車両から充電器へ送信される充電電流電流指令値に応じて、充電器から二次電池へ出力する充電電流を制御する充電器の場合、充電電流を制御して二次電池を充電する際に、充電電流の電流指令値が低い電流値から高い電流値に急変した場合、電流指令値に応じて充電電流値を急変させるとオーバーシュートが発生しやすい。一般的に、充電電流の出力の時間的変化率を小さくすることでオーバーシュートを抑制することができる。しかし、充電電流の出力の時間的変化率を小さくすると、二次電池に流れる充電電流値が電流指令値に到達するのに時間を要するため、充電時間が長くなってしまう。

0006

本発明は、このような従来の技術に存在する問題点に着目してなされたものであり、その目的は、オーバーシュートの発生を抑制し、かつ充電時間を短縮することができる充電器及び充電システムを提供することにある。

課題を解決するための手段

0007

上記目的を達成するための充電器は、商用電源からの交流電力直流電力に変換して車両に搭載された蓄電装置に前記直流電力を供給する電力変換手段と、前記電力変換手段を制御する制御部と、を備える充電器であって、前記制御部は、前記車両から一定時間毎に送信される電流指令値を受信する通信手段と、前記電流指令値の今回値前回値の差を算出し、予め定められた閾値との大小関係を比較する比較手段と、前記比較手段の比較結果に基づいて、前記今回値と前回値の差が予め定められた閾値以上の場合は、前記電力変換手段から前記二次電池へ供給する充電電流の出力を第1の時間的変化率となるように設定し、前記今回値と前回値の差が前記閾値未満の場合は、前記充電電流の出力を前記第1の時間的変化率よりも大きな第2の時間的変化率となるように設定する設定手段と、を備えることを特徴とする。

0008

これによれば、電流指令値が急変し、電流指令値の今回値と前回値の差が予め定められた閾値以上の場合、オーバーシュートが発生しやすい状況となるが、蓄電装置へ供給する充電電流の出力は第1の時間的変化率となるように制御される。その結果、蓄電装置へ供給される充電電流値は電流指令値に向かって緩やかに変化するため、オーバーシュートの発生を抑制できる。また、電流指令値の変化が小さく、電流指令値の今回値と前回値の差が予め定められた閾値未満の場合、蓄電装置へ供給される充電電流値が電流指令値に向かって緩やかに変化すると充電時間が長くなる状況となるが、充電電流の出力は第1の時間的変化率よりも大きな第2の時間的変化率となるように制御される。その結果、蓄電装置へ供給される充電電流値が電流指令値に向かって素早く変化するため、充電時間を短縮することができる。

0009

また、充電器において、前記第1の時間的変化率及び前記第2の時間的変化率は、固定値であることが好ましい。
また、充電器において、前記第1の時間的変化率及び前記第2の時間的変化率は可変であり、前記今回値と前回値の差が大きいほど前記第1の時間的変化率及び前記第2の時間的変化率は小さくなるように変化することが好ましい。

0010

また、充電器を備え、前記車両は、前記蓄電装置への前記充電電流を測定する電流測定手段と、前記電流測定手段により測定した前記蓄電装置への充電電流値と前記電流指令値の差が、予め定められた値よりも大きい場合、エラーと判定するエラー判定手段と、を備える充電システムであって、前記車両は、前記設定手段による前記第1の時間的変化率及び前記第2の時間的変化率に基づいて、前記充電電流値が前記電流指令値に近づくように変化している期間の少なくとも一部期間は前記エラー判定手段によるエラー判定を行わせない、又はエラー判定結果無効化する判定監視手段を備えることを特徴とすることが好ましい。

0011

これによれば、設定手段により設定された第1の時間的変化率又は第2の時間的変化率において、充電電流値が電流指令値に近づくように変化している期間の少なくとも一部期間は、判定監視手段はエラー判定手段によるエラー判定を行わせない、又はエラー判定結果を無効化する。そのため、エラー判定手段を備えた車両の蓄電装置を充電する場合であっても、電流指令値の今回値と前回値の差に応じて充電電流の出力の時間的変化率を制御する充電器を用いることができる。

発明の効果

0012

本発明によれば、オーバーシュートの発生を抑制し、かつ充電時間を短縮することができる充電器及び充電システムを提供できる。

図面の簡単な説明

0013

実施形態に係る蓄電システムの概略を示す構成図。
実施形態の電流指令値の今回値と前回値の差と時間的変化率の関係を示す図。
実施形態の充電器のコントローラにより実行される電力供給開始時制御ルーチンの一例を示すフローチャート
第1の時間的変化率における時間と電流値との関係を示す図。
第2の時間的変化率における時間と電流値との関係を示す図。
第1及び第2の時間的変化率の別例を示す図。

実施例

0014

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図1に示すように、蓄電システム9は、充電器20と、EV車両電動輸送機器)40と、を備える。EV車両40には、蓄電装置としての二次電池42、電流測定部43、モータ44、コントローラ45等が搭載されている。

0015

二次電池42としては、リチウムイオン電池やニッケル水素二次電池等が用いられる。二次電池42は、充電器20から供給される充電電流により充電され、蓄えた電力複数個図1中では1個のみ図示)のモータ44へ放電する。モータ44は図示しない駆動輪に連結された駆動軸と接続しており、モータの回転を駆動軸に伝え駆動輪を回転させる。

0016

充電器20は、電力変換手段としての電力変換部21と、電力変換部21を制御する制御部としてのコントローラ22と、を備える。充電器20のコントローラ22は、通信手段としての通信部23と、不揮発メモリ24と、比較手段としての比較部25と、設定手段としての設定部26と、を備える。

0017

EV車両40のコントローラ45は、通信部46と、不揮発メモリ47と、計算部48と、エラー判定手段としてのエラー判定部49と、判定監視手段としての判定監視部50と、を備える。

0018

充電器20は、電源ケーブル11と、充電ケーブル30と、を備える。充電ケーブル30は、二次電池42へ充電電流を供給するための電力線31と、充電器20のコントローラ22とEV車両40のコントローラ45との間で通信される通信信号伝送する通信線32と、を備える。通信線32は、EV車両40のコントローラ45から充電器20のコントローラ22へ送信される信号を通信する第1の通信線32aと、充電器20のコントローラ22からEV車両40のコントローラ45へ送信される信号を通信する第2の通信線32bと、を備える。

0019

充電ケーブル30の先端部の充電コネクタ33がEV車両40側のコネクタ41に挿着される。充電器20の電力変換部21は、電源ケーブル11を介して商用電源10から供給される交流電力を直流電力へ変換し、電力線31を介して二次電池42に直流電力(充電電流)を供給する。電力変換部21は、例えばAC/DC回路等から構成される。充電器20のコントローラ22は、電力変換部21から二次電池42へ供給される充電電流の出力を制御する。

0020

EV車両40のコントローラ45は、二次電池42の充電状態やモータ44への放電状態を監視する。EV車両40の通信部46は、一定時間毎(例えば、0.1秒毎等)に充電電流の電流指令値を第1の通信線32aを介して充電器20の通信部23へ送信する。電流測定部43は、電力線31を介して電力変換部21から二次電池42へ供給される充電電流を測定し、測定した充電電流値をEV車両40のコントローラ45へ送信する。

0021

充電器20の通信部23は、一定時間毎に第1の通信線32aを介してEV車両40の通信部46から送信される充電電流の電流指令値を受信する。充電器20の不揮発メモリ24は、充電器20の通信部23が受信した充電電流の電流指令値を記憶する。

0022

比較部25は、充電電流の電流指令値の今回値Ic(n)と、充電器20の不揮発メモリ24により記憶した充電電流の電流指令値の前回値Ic(n−1)との差の絶対値|Ic(n)−Ic(n−1)|を算出し、予め定められた閾値Ithとの大小関係を比較する。

0023

設定部26は、比較部25の比較結果に基づいて、電流指令値の今回値と前回値の差が閾値Ith以上の場合(|Ic(n)−Ic(n−1)|≧Ith)は、充電電流の出力を第1の時間的変化率となるように設定し、電流指令値の今回値と前回値の差が閾値Ith未満の場合(|Ic(n)−Ic(n−1)|<Ith)は、充電電流の出力を第1の時間的変化率より大きな第2の時間的変化率となるように設定する。そして、充電器20のコントローラ22は、設定部26により設定された充電電流の出力の時間的変化率に基づいて、電力変換部21を制御して二次電池42へ供給する充電電流の出力を調整する。

0024

図2に、比較部25により算出した電流指令値の今回値と前回値との差|Ic(n)−Ic(n−1)|と、設定部26により設定した充電電流の時間的変化率の関係を示す。図2では、予め定められた閾値Ithを50[A]、第1の時間的変化率を10[A/sec]、第2の時間的変化率を100[A/sec]としている。設定部26は、電流指令値の今回値と前回値の差が閾値Ith未満の場合(|Ic(n)−Ic(n−1)|<50)は充電電流の出力を第2の時間的変化率100[A/sec]となるように設定し、電流指令値の今回値と前回値の差が閾値Ith以上の場合(|Ic(n)−Ic(n−1)|≧50)は、充電電流の出力を第1の時間的変化率10[A/sec]となるように設定する。この時、第1及び第2の時間的変化率は固定値である。

0025

次に、作用について説明する。
図3に充電器20のコントローラ22が実行する処理を示す。充電が開始されると、図3の処理が開始される。そして、充電器20の不揮発メモリ24は、充電器20の通信部23によりEV車両40の通信部46から一定時間毎に受信した充電電流の電流指令値の前回値Ic(n−1)を記憶する(S51)。

0026

充電器20の通信部23は、EV車両40の通信部46から一定時間毎に充電電流の電流指令値の今回値Ic(n)を受信する(S52)。
比較部25は、充電電流の電流指令値の今回値Ic(n)と前回値Ic(n−1)の差の絶対値|Ic(n)−Ic(n−1)|が予め定められた閾値Ith以上であるか否か判定する(S53)。

0027

前述のステップS53で充電電流の電流指令値の今回値と前回値の差|Ic(n)−Ic(n−1)|が閾値Ith以上の場合(S53でYESの場合)、設定部26は、充電電流の出力を第1の時間的変化率に設定する(S54)。一方、電流指令値の今回値と前回値の差|Ic(n)−Ic(n−1)|が閾値Ith未満の場合(S53でNOの場合)、設定部26は、充電電流の出力を第2の時間的変化率に設定する(S55)。

0028

図4には、第1の時間的変化率における時間と電流値との関係を示し、図5には、第2の時間的変化率における時間と電流値との関係を示す。図4では、第1の時間的変化率を10[A/sec]としている。図5では、第2の時間的変化率を100[A/sec]としている。図4,5中の二点鎖線は充電電流の電流指令値を示し、実線は電流測定部43で測定される充電電流値を示す。図4におけるt1は、充電が開始した時点であり、t1以降に充電電流値が増加する。t3は、充電電流値が充電電流の電流指令値に到達した時点である。

0029

図4に示すように、充電電流の電流指令値が低い電流値から高い電流値に急変した場合は、オーバーシュートが発生しやすい状況(図4で一点鎖線で示す)となるが、充電電流の出力(図4で実線で示す)は第1の時間的変化率となるように設定される。すると、充電電流値は充電電流の電流指令値まで緩やかに上昇するため、オーバーシュートの発生を抑制できる。

0030

一方、図5に示すように、充電電流の電流指令値の変化が小さい場合は、図5において一点鎖線で示すように、充電電流値を充電電流の電流指令値まで緩やかに上昇させると充電時間が長くなってしまうが、充電電流の出力(図5で実線で示す)は第1の時間的変化率よりも大きな第2の時間的変化率となるように設定される。すると、充電電流値は充電電流の電流指令値まで素早く上昇するため、充電時間を短縮することができる。

0031

図1において、EV車両40の不揮発メモリ47は、EV車両40の通信部46が充電器20の通信部23へ一定時間毎に送信する充電電流の電流指令値を記憶する。計算部48は、EV車両40の不揮発メモリ47が記憶した充電電流の電流指令値と、電流測定部43により測定した充電電流値の差を算出する。

0032

エラー判定部49は、計算部48で算出した充電電流の電流指令値と充電電流値の差が予め定められた値よりも大きい場合、エラーと判定する。EV車両40の通信部46は、充電器20の設定部26により設定された充電電流の出力の時間的変化率を、充電器20の通信部23から第2の通信線32bを介して受信する。判定監視部50は、EV車両40の通信部46が受信した時間的変化率の結果に基づいて、図4に示すように、充電電流値(図4での実線)が充電電流の電流指令値(図4での二点鎖線)に近づくように変化している期間(図4での期間T1)の少なくとも一部期間(図4でのt2からt3までの期間T2)は、エラー判定部49によるエラー判定を行わせない、又はエラー判定結果を無効化する。

0033

判定監視部50がエラー判定部49によるエラー判定を無効化する場合についてより詳しく説明する。判定監視部50は、電流指令値の今回値Ic(n)と前回値Ic(n−1)の差の絶対値|Ic(n)−Ic(n−1)|を充電電流の出力の時間的変化率で除算することにより、充電電流値が充電電流の電流指令値に近づくように変化している期間(期間T1)を求める。エラー判定部49は、例えば、予め定められた値を30[A]とすると、図4における充電開始時点t1から予め定めた一定期間T10(例えば、充電器20の通信部23が充電開始時点t1から最初に充電電流の電流指令値を受信するまでの時間等)が経過した時点t2では、エラーと判定する。この時、判定監視部50は、図4での横軸、即ち時系列において上記期間T1のうち前半の上記一定期間T10が経過した後の期間T2においては、エラー判定部49によるエラー判定結果を無効化する。

0034

また、判定監視部50がエラー判定部49にエラー判定を行わせない場合についてより詳しく説明する。判定監視部50は、上記の期間T2においてエラー判定部49に判定禁止指令を出力する。判定禁止指令を受け取ったエラー判定部49は、上記の期間T2においてエラー判定を行わない。

0035

以上詳述した本実施形態によれば以下の優れた作用効果を奏する。
(1)充電器20の通信部23はEV車両40の通信部46から一定時間毎に送信された充電電流の電流指令値を受信する。充電器20の不揮発メモリ24は、充電器20の通信部23により受信した充電電流の電流指令値を記憶する。比較部25は、充電電流の電流指令値の今回値と充電器20の不揮発メモリ24により記憶した前回値の差と予め定められた閾値との大小関係を比較する。設定部26は、比較部25の比較結果に基づいて、電流指令値の今回値と前回値の差が閾値以上の場合は、充電電流の出力を第1の時間的変化率となるように設定し、電流指令値の今回値と前回値の差が閾値未満の場合は、充電電流の出力を第1の時間的変化率よりも大きな第2の時間的変化率となるように設定する。そのため、オーバーシュートの発生を抑制できる。

0036

一方、充電電流の電流指令値の変化が小さい場合は、充電電流値を充電電流の電流指令値まで緩やかに上昇させると充電時間が長くなってしまうが、充電電流の出力は第1の時間的変化率よりも大きな第2の時間的変化率となるように設定される。そのため、二次電池42の充電時間を短縮することができる。

0037

(2)実施形態は、二次電池へ供給する充電電流の出力を充電器側で制御する。これに対して、車両側で二次電池へ供給する充電電流の出力を制御する場合、車両側での充電電流の出力の制御の仕方によっては、充電器が充電電流を制御する手段を備えていないと、充電器に過剰な電流が流れて充電器が故障する虞がある。そのため、車両側で充電電流の出力を制御する場合には、車両の二次電池を充電できる充電器は限りがあり、汎用性が低い。

0038

一方、実施形態は、車両側がいかなる制御を行う、又は車両側が制御を行わない場合であっても、充電器側において二次電池へ供給する充電電流の出力を制御する。その結果、過剰な充電電流を二次電池に供給することがなく、充電器において過剰な充電電流が流れて充電器が故障することを抑制できる。そのため、充電器側で充電電流の出力を制御する場合には、充電器は多様な車両の充電に用いることができ、汎用性が高い。

0039

(3)EV車両40は、エラー判定部49、及び判定監視部50を備える。エラー判定部49は、充電電流の電流指令値と充電電流値の差が予め定められた値よりも大きい場合、エラーと判定する。判定監視部50は、設定部26が設定した第1及び第2の時間的変化率に基づいて、充電電流値が充電電流の電流指令値に近づくように変化している期間の少なくとも一部期間は、エラー判定部49によるエラー判定を行わせない、又はエラー判定結果を無効化する。そのため、エラー判定部49を備えるEV車両40の二次電池42を充電する場合であっても、実施形態の充電器20を用いることができる。

0040

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
〇実施形態では、第1及び第2の時間的変化率は固定値であったが、第1及び第2の時間的変化率は可変であり、電流指令値の今回値と前回値の差が大きいほど第1及び第2の時間的変化率は小さくなるように変化してもよい。この場合、図6に示すように、第2の時間的変化率は、電流指令値の今回値と前回値の差が0の時に最大値となり、電流指令値の今回値と前回値の差が閾値Ithに近づくにつれて減少する。第1の時間的変化率は、電流指令値の今回値と前回値の差が閾値Ithの時に最大値となり、電流指令値の今回値と前回値の差が大きくなるにつれて減少していく。この場合、実施形態と同様の効果を奏する。

0041

〇実施形態では、判定監視部50がエラー判定部49にエラー判定を行わせない、又はエラー判定結果を無効化する期間は、図4での期間T2であったが、これに限ることはなく、充電電流値が充電電流の電流指令値に近づくように変化している期間の少なくとも一部期間であればよい。例えば、図4での一定期間T10を短くすることにより図4でのt2の時点よりも早期時点から開始された期間であってもよく、例えば、充電電流値が充電電流の電流指令値に近づくように変化している全期間(期間T1)であってもよい。

0042

〇実施形態では、車両はEV車両40であったが、これに限らず、例えばPHV等の車両であってもよい。
〇実施形態では、蓄電装置は二次電池であったが、これに限らず、電気化学キャパシタ等であってもよい。

0043

○実施形態では、充電電流値が充電電流の電流指令値に近づくように変化している期間(期間T1)を|Ic(n)−Ic(n−1)|と充電電流の出力の時間的変化率とを用いて求めたが、これに限らず、|Ic(n)−Ic(n−1)|と期間T1とを関連付けたマップを用いてもよい。期間T1を求めるのは、EV車両40のコントローラ45(判定監視部50)ではなく、充電器20のコントローラ22でもよい。この場合、EV車両40の通信部46は、充電器20のコントローラ22で求められた期間T1を、充電器20の通信部23から第2の通信線32bを介して受信する。

0044

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は以上に述べた実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の構成又は実施形態を取ることができる。

0045

20…充電器、21…電力変換部、22…コントローラ、23…通信部、25…比較部、26…設定部、40…EV車両、42…二次電池

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