DE102011053853A1 - Method for operating e.g. traction battery in e.g. electric vehicle, involves operating electrical energy storage device in long-term charge mode when stationary phase of motor vehicle exceeds defined period - Google Patents

Method for operating e.g. traction battery in e.g. electric vehicle, involves operating electrical energy storage device in long-term charge mode when stationary phase of motor vehicle exceeds defined period Download PDF

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Abstract

The method involves operating electrical energy storage device (3) in a long-term charge mode when the stationary phase of the motor vehicle exceeds a defined period. The defined period of time is monitored by load management system (2), or by in-vehicle control unit. The long-term charge mode of the electrical energy storage device is activated over mobile operating device by operator of motor vehicle.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichers in einem Kraftfahrzeug, das unterschiedlich lange Stillstandphasen hat, in denen betriebsbedingt von dem elektrischen Energiespeicher keine elektrische Energie abgegeben wird. The invention relates to a method for operating an electrical energy storage device in a motor vehicle, which has different periods of standstill periods in which, due to the operation of the electrical energy storage no electrical energy is emitted.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2009 036 943 A1 ist ein Ladegerät für einen Energiespeicher bekannt, das eine Schaltung beinhaltet für ein Einstellen des Ladegeräts in einen Volllademodus oder einen Parklademodus. Das Ladegerät ist eingerichtet, im Volllademodus einen Vollladezustand des Energiespeichers und im Parklademodus einen Parkladezustand des Energiespeichers herzustellen, wobei der Parkladezustand einem reduzierten Ladezustand des Energiespeichers entspricht. From the German patent application DE 10 2009 036 943 A1 For example, a battery charger for an energy storage device is known, which includes a circuit for setting the charger in a full charge mode or a parking charge mode. The charger is set up to produce a full charge state of the energy store in the full charge mode and a park charge state of the energy store in the park charge mode, the parking charge state corresponding to a reduced charge state of the energy store.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Lebensdauer von elektrischen Energiespeichern in Kraftfahrzeugen zu erhöhen. The object of the invention is to increase the life of electrical energy storage in motor vehicles.

Die Aufgabe ist bei einem Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichers in einem Kraftfahrzeug, das unterschiedlich lange Stillstandphasen hat, in denen betriebsbedingt von dem elektrischen Energiespeicher keine oder so gut wie keine elektrische Energie abgegeben wird, dadurch gelöst, dass der elektrische Energiespeicher in einem Langzeitlademodus betrieben wird, sobald eine Stillstandphase des Kraftfahrzeugs eine definierte Zeitdauer überschreitet. Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung wird die Zeitdauer einer Stillstandphase des Kraftfahrzeugs erfasst beziehungsweise überwacht. Die definierte Zeitdauer kann mehrere Stunden, zum Beispiel zwölf Stunden, betragen. Die definierte Zeitdauer kann auch mehrere Tage, zum Beispiel eine Woche, betragen. Bei dem elektrischen Energiespeicher handelt es sich vorzugsweise um eine Batterie eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs. Die Batterie ist zum Beispiel als Traktionsbatterie ausgeführt und umfasst vorzugsweise eine Vielzahl von Batteriezellen. The object is achieved in a method for operating an electrical energy storage device in a motor vehicle, which has different periods of standstill in which no operational or virtually no electrical energy is released from the electrical energy storage, achieved by the fact that the electrical energy storage operated in a long-term charging mode is as soon as a stoppage phase of the motor vehicle exceeds a defined period of time. According to an essential aspect of the invention, the duration of a stoppage phase of the motor vehicle is detected or monitored. The defined duration may be several hours, for example twelve hours. The defined duration can also be several days, for example one week. The electrical energy store is preferably a battery of an electric vehicle or a hybrid vehicle. The battery is designed, for example, as a traction battery and preferably comprises a multiplicity of battery cells.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Überschreiten der definierten Zeitdauer durch den elektrischen Energiespeicher, durch ein Lademanagementsystem oder durch ein fahrzeuginternes Steuergerät überwacht beziehungsweise erfasst wird. Wenn durch den elektrischen Energiespeicher ein Überschreiten der definierten Zeitdauer erkannt wird, dann wird von dem elektrischen Energiespeicher ein Signal an das Lademanagement gesendet. Das Lademanagement kann auch selbständig ein Überschreiten der definierten Zeitdauer erkennen und ein Signal an den elektrischen Energiespeicher senden. Das Steuergerät ist vorzugsweise außerhalb von dem elektrischen Energiespeicher und dem Lademanagement angeordnet. Wenn das Steuergerät ein Überschreiten der definierten Zeitdauer erkennt, dann sendet es Signale an das Lademanagement und den elektrischen Energiespeicher. A preferred embodiment of the method is characterized in that the exceeding of the defined period of time is monitored or detected by the electrical energy store, by a charging management system or by an in-vehicle control unit. If an exceeding of the defined period of time is detected by the electrical energy store, then a signal is sent to the charge management by the electrical energy store. The charging management can also detect automatically exceeding the defined period of time and send a signal to the electrical energy storage. The control unit is preferably arranged outside of the electrical energy store and the charge management. When the control unit detects that the defined time has been exceeded, it sends signals to the charge management and the electrical energy store.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Langzeitlademodus durch einen Betreiber des Kraftfahrzeugs aktiviert wird. Der Fahrer kann den Langzeitlademodus zum Beispiel dann bewusst aktivieren, wenn er weiß, dass er das Kraftfahrzeug einen längeren Zeitraum abstellen wird. A further preferred embodiment of the method is characterized in that the long-term charging mode is activated by an operator of the motor vehicle. For example, the driver may consciously activate the long-time charging mode if he knows that he will park the motor vehicle for a longer period of time.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der Langzeitlademodus über eine mobile Bedieneinrichtung durch den Betreiber des Kraftfahrzeugs aktiviert wird. Bei der mobilen Bedieneinrichtung kann es sich um ein Mobiltelefon, insbesondere ein Smartphone, handeln. Bei der mobilen Bedieneinrichtung kann es sich aber auch um einen Schlüssel des Kraftfahrzeugs handeln. Der Langzeitlademodus kann zum Beispiel über ein Pulse Code Modulationsverfahren aktiviert werden. A further preferred embodiment of the method is characterized in that the long-term charging mode is activated via a mobile operating device by the operator of the motor vehicle. The mobile operating device may be a mobile telephone, in particular a smartphone. The mobile control device may also be a key of the motor vehicle. The long-term charge mode can be activated, for example, via a pulse code modulation method.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Energiespeicher im Langzeitlademodus in einem für die Lebensdauer des elektrischen Energiespeichers optimalen Ziel-Ladezustand gehalten wird. Der optimale Ziel-Ladezustand liegt zwischen dem leeren Ladezustand und dem maximalen Ladezustand des elektrischen Energiespeichers. Der Ziel-Ladezustand kann zum Beispiel bei einem Ladezustand von 50 bis 80 Prozent des maximalen Ladezustands liegen. A further preferred exemplary embodiment of the method is characterized in that the electrical energy store in the long-term charge mode is kept in an optimum target charge state for the life of the electrical energy store. The optimal target state of charge is between the empty state of charge and the maximum state of charge of the electrical energy store. The target state of charge may be, for example, at a state of charge of 50 to 80 percent of the maximum state of charge.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Energiespeicher aufgeladen/entladen wird, wenn der aktuelle Wert des Ist-Ladezustands unter/über dem Ziel-Ladezustand liegt. Das Aufladen/Entladen des elektrischen Energiespeichers wird vorzugsweise über das Lademanagement des Kraftfahrzeugs gesteuert. A further preferred embodiment of the method is characterized in that the electrical energy store is charged / discharged when the current value of the actual state of charge is below / above the target state of charge. The charging / discharging of the electrical energy store is preferably controlled via the charging management of the motor vehicle.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrischer Verbraucher, wie eine Klimaanlage, in dem Kraftfahrzeug betrieben wird, um den elektrischen Energiespeicher zu entladen, bis der Ziel-Ladezustand erreicht ist. Die Klimaanlage kann, zum Beispiel in Abhängigkeit von ihrer momentanen Einstellung, betrieben werden, um den Innenraum des Kraftfahrzeugs zu kühlen oder zu heizen. A further preferred exemplary embodiment of the method is characterized in that an electrical consumer, such as an air-conditioning system, is operated in the motor vehicle in order to discharge the electrical energy store until the target state of charge has been reached. The air conditioner may be operated, for example, depending on its current setting, to cool or heat the interior of the motor vehicle.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Zellen-Balancieren durchgeführt wird, um den elektrischen Energiespeicher zu entladen, bis der Ziel-Ladezustand erreicht ist. Der elektrische Energiespeicher enthält vorzugsweise eine Vielzahl von Batteriezellen, die zum Beispiel in Reihe geschaltet sind. Fertigungsbedingt können an sich gleiche Batteriezellen geringfügige Unterschiede aufweisen, die zu ungleichen Zellenspannungen führen können, insbesondere über längere Zeitspannen, die in der Größenordnung der Lebensdauer der Batterie liegen. Beim Zellen-Balancieren werden die einzelnen Batteriezellen so aufgeladen oder entladen, dass sie alle wieder die gleiche Zellenspannung aufweisen. A further preferred embodiment of the method is characterized in that that cell balancing is performed to discharge the electrical energy storage until the target state of charge is reached. The electrical energy store preferably contains a plurality of battery cells, which are connected in series, for example. For manufacturing reasons, the same battery cells can have slight differences, which can lead to unequal cell voltages, in particular over longer periods, which are of the order of the life of the battery. During cell balancing, the individual battery cells are charged or discharged in such a way that they all have the same cell voltage again.

Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Energiespeicher in Abhängigkeit von der Dauer der unterschiedlich langen Stillstandphasen in unterschiedlichen Langzeitmodi betrieben wird, sobald eine Stillstandphase des Kraftfahrzeugs eine dem jeweiligen Langzeitlademodus zugeordnete Zeitdauer überschreitet. Dabei wird der elektrische Energiespeicher vorzugsweise stärker entladen, je länger die Stillstandphase andauert. A further preferred exemplary embodiment of the method is characterized in that the electrical energy store is operated in different long-term modes as a function of the duration of the standstill phases of different lengths as soon as a stoppage phase of the motor vehicle exceeds a time duration assigned to the respective long-term charge mode. In this case, the electrical energy store is preferably discharged more strongly, the longer the standstill phase lasts.

Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Energiespeicher, der gemäß einem vorab beschriebenen Verfahren betrieben wird. Bei dem Kraftfahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein Elektrofahrzeug oder um ein Hybridfahrzeug, das zusätzlich zu einer Brennkraftmaschine eine Elektromaschine aufweist, die durch den elektrischen Energiespeicher betrieben wird. Bei dem elektrischen Energiespeicher handelt es sich zum Beispiel um eine Traktionsbatterie mit einer Vielzahl von Batteriezellen, die in Reihe geschaltet sind. The invention further relates to a motor vehicle with an electrical energy store, which is operated according to a method described above. The motor vehicle is preferably an electric vehicle or a hybrid vehicle which, in addition to an internal combustion engine, has an electric machine which is operated by the electrical energy store. The electric energy storage is, for example, a traction battery having a plurality of battery cells connected in series.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen: Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description in which, with reference to the drawings, various embodiments are described in detail. Show it:

1 eine stark vereinfachte Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem elektrischen Energiespeicher und 1 a greatly simplified representation of a motor vehicle with an electrical energy storage and

2 ein kartesisches Koordinatendiagramm, in welchem das erfindungsgemäße Verfahren in Form einer Kennlinie dargestellt ist. 2 a Cartesian coordinate diagram in which the inventive method is shown in the form of a characteristic.

In 1 sind ein Uhrsymbol 1 und zwei Rechtecke 2, 3 dargestellt. Das Rechteck 3 stellt einen elektrischen Energiespeicher in Form einer Traktionsbatterie dar. Die Traktionsbatterie 3 ist in einem Elektrofahrzeug angeordnet. Das Rechteck 2 stellt ein Lademanagement dar, das zum Beispiel in einem fahrzeuginternen Steuergerät durchgeführt wird. In 1 are a clock symbol 1 and two rectangles 2 . 3 shown. The rectangle 3 represents an electrical energy storage in the form of a traction battery. The traction battery 3 is arranged in an electric vehicle. The rectangle 2 represents a charging management, which is performed for example in an in-vehicle control unit.

Durch einen Kreis 5 ist angedeutet, dass in dem Lademanagement 2 erkannt wird, dass eine Stillstandphase des Elektrofahrzeugs eine definierte Zeitdauer überschritten hat. Durch einen Kreis 6 ist angedeutet, dass der elektrische Energiespeicher 3 über das Lademanagement 2 in einem Langzeitlademodus betrieben wird. Through a circle 5 is hinted that in the charge management 2 It is recognized that a stoppage phase of the electric vehicle has exceeded a defined period of time. Through a circle 6 is indicated that the electrical energy storage 3 via the charge management 2 is operated in a long-term charging mode.

Durch einen Kreis 8 ist angedeutet, dass ein Zellen-Balancieren durchgeführt wird, um den elektrischen Energiespeicher 3 zu entladen, bis ein gewünschter Ziel-Ladezustand erreicht ist. Durch einen Kreis 7 ist angedeutet, dass der gewünschte Ziel-Ladezustand des elektrischen Energiespeichers 3 durch das Lademanagement 2 im Langzeitmodus gehalten wird. Through a circle 8th is indicated that a cell balancing is performed to the electrical energy storage 3 to discharge until a desired target state of charge is reached. Through a circle 7 is indicated that the desired target state of charge of the electrical energy storage 3 through the charge management 2 held in long-term mode.

In 2 ist ein kartesisches Koordinatendiagramm mit einer x-Achse 10 und zwei y-Achsen 11, 12 dargestellt. Auf der x-Achse 10 ist die Zeit in einer geeigneten Zeiteinheit, wie Stunden oder Tagen, aufgetragen. Auf der y-Achse 11 ist der absolute Ladezustand des elektrischen Energiespeichers 3 aus 1 in Prozent aufgetragen. Auf der y-Achse 12 ist der relative Ladezustand des elektrischen Energiespeichers 3 aus 1 in Prozent aufgetragen. In 2 is a Cartesian coordinate plot with an x-axis 10 and two y-axes 11 . 12 shown. On the x-axis 10 the time is plotted in a suitable unit of time, such as hours or days. On the y-axis 11 is the absolute state of charge of the electrical energy storage 3 out 1 Plotted in percent. On the y-axis 12 is the relative state of charge of the electrical energy storage 3 out 1 Plotted in percent.

An einem Startzeitpunkt 21 wird der elektrische Energiespeicher beziehungsweise die Batterie aufgeladen, wie durch eine vom Startzeitpunkt 21 ansteigende Kennlinie 15 angedeutet ist. Die Batterie kann bei Bedarf vorher ladefähig konditioniert werden.At a start time 21 the electric energy storage or the battery is charged, as by a from the start time 21 rising characteristic 15 is indicated. If necessary, the battery can be conditioned to be charged before charging.

An einem Zeitpunkt 22 hat das Kraftfahrzeug mit der Batterie zum Beispiel zwölf Stunden stillgestanden. Nach dieser Stillstandszeit wird die Batterie über das Lademanagement durch Entladen der Batterie zunächst abgesenkt und danach durch sukzessives Aufladen und Entladen auf einem absoluten Wert des Ladezustands von 80 Prozent gehalten. At a time 22 For example, the motor vehicle with the battery has stood still for twelve hours. After this downtime, the battery is first lowered via the charge management by discharging the battery and then maintained at an absolute value of the state of charge of 80 percent by successive charging and discharging.

An einem Zeitpunkt 23 hat das Kraftfahrzeug zum Beispiel eine Woche stillgestanden. Nach dieser Stillstandphase wird die Batterie zunächst auf einen absoluten Wert des Ladezustands von 50 Prozent entladen. Danach wird die Batterie durch sukzessives Aufladen und Entladen auf einem absoluten Wert des Ladezustands von 50 Prozent gehalten. At a time 23 For example, the car has been stationary for a week. After this standstill phase, the battery is first discharged to an absolute value of the state of charge of 50 percent. Thereafter, the battery is maintained at an absolute charge state value of 50 percent by successive charging and discharging.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Batterie nach einer definierten Standzeit oder Stillstandphase des Kraftfahrzeugs in einem Langzeitlademodus betrieben. In dem Langzeitlademodus wird ein für die Lebensdauer der Batterie optimaler Ladezustand gehalten. By means of the method according to the invention, the battery is operated after a defined service life or standstill phase of the motor vehicle in a long-term charging mode. In the long-term charge mode, an optimum charge state for the life of the battery is maintained.

Zur Erfassung, Erkennung beziehungsweise Überwachung der Dauer der Stillstandphasen des Kraftfahrzeugs kann die Batterie selbst verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein vorhandenes Lademanagement der Batterie verwendet werden. Das Lademanagement kann in einem Steuergerät durchgeführt werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Langzeitlademodus durch einen Fahrer des Kraftfahrzeugs aktiviert werden, zum Beispiel über ein Mobiltelefon, insbesondere ein Smartphone. For detecting, detecting or monitoring the duration of the stoppage phases of the motor vehicle, the battery itself can be used become. Alternatively or additionally, an existing charge management of the battery can be used. The charge management can be carried out in a control unit. Alternatively or additionally, the long-term charging mode can be activated by a driver of the motor vehicle, for example via a mobile telephone, in particular a smartphone.

Um den optimalen Ladezustand zu erreichen und zu halten, ist je nach Ausgangszustand ein Aufladen oder Entladen der Batterie notwendig. Beim Aufladen wird die Batterie über das Lademanagement des Kraftfahrzeugs auf einen Ziel-Ladezustand aufgeladen. Beim Entladen wird die Batterie, zum Beispiel durch Einschalten der Klimaanlage des Kraftfahrzeugs, solange entladen, bis der Ziel-Ladezustand erreicht ist. Depending on the initial state, charging or discharging the battery is necessary in order to achieve and maintain the optimum state of charge. When charging the battery is charged via the charging management of the motor vehicle to a target state of charge. When discharging the battery, for example, by switching on the air conditioning of the motor vehicle, discharged until the target state of charge is reached.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichers (3) in einem Kraftfahrzeug, das unterschiedlich lange Stillstandphasen hat, in denen betriebsbedingt von dem elektrischen Energiespeicher (3) keine elektrische Energie abgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Energiespeicher (3) in einem Langzeitlademodus betrieben wird, sobald eine Stillstandphase des Kraftfahrzeugs eine definierte Zeitdauer überschreitet. Method for operating an electrical energy store ( 3 ) in a motor vehicle, which has different periods of standstill periods, in which due to the operation of the electrical energy storage ( 3 ) no electrical energy is emitted, characterized in that the electrical energy storage ( 3 ) is operated in a long-term charging mode as soon as a stoppage phase of the motor vehicle exceeds a defined period of time. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Überschreiten der definierten Zeitdauer durch den elektrischen Energiespeicher (3), durch ein Lademanagementsystem (2) oder durch ein fahrzeuginternes Steuergerät überwacht beziehungsweise erfasst wird. A method according to claim 1, characterized in that the exceeding of the defined period of time by the electrical energy storage ( 3 ) through a charge management system ( 2 ) or is monitored or detected by an in-vehicle control unit. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Langzeitlademodus durch einen Betreiber des Kraftfahrzeugs aktiviert wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the long-term charging mode is activated by an operator of the motor vehicle. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Langzeitlademodus über eine mobile Bedieneinrichtung durch den Betreiber des Kraftfahrzeugs aktiviert wird. A method according to claim 3, characterized in that the long-term charging mode is activated via a mobile operating device by the operator of the motor vehicle. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Energiespeicher (3) im Langzeitlademodus in einem für die Lebensdauer des elektrischen Energiespeichers (3) optimalen Ziel-Ladezustand gehalten wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical energy store ( 3 ) in the long-term charge mode in one for the life of the electrical energy storage device ( 3 ) optimal target state of charge is maintained. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Energiespeicher (3) aufgeladen/entladen wird, wenn der aktuelle Wert des Ist-Ladezustands unter/über dem Ziel-Ladezustand liegt. Method according to Claim 5, characterized in that the electrical energy store ( 3 ) is charged / discharged when the current value of the actual state of charge is below / above the target state of charge. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrischer Verbraucher, wie eine Klimaanlage, in dem Kraftfahrzeug betrieben wird, um den elektrischen Energiespeicher (3) zu entladen, bis der Ziel-Ladezustand erreicht ist. A method according to claim 6, characterized in that an electrical consumer, such as an air conditioner, is operated in the motor vehicle to the electrical energy storage ( 3 ) until the target state of charge is reached. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zellen-Balancieren durchgeführt wird, um den elektrischen Energiespeicher (3) zu entladen, bis der Ziel-Ladezustand erreicht ist. A method according to claim 6 or 7, characterized in that a cell balancing is performed to the electrical energy storage ( 3 ) until the target state of charge is reached. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Energiespeicher (3) in Abhängigkeit von der Dauer der unterschiedlich langen Stillstandphasen in unterschiedlichen Langzeitlademodi betrieben ist, sobald eine Stillstandphase des Kraftfahrzeugs eine dem jeweiligen Langzeitlademodus zugeordnete Zeitdauer überschreitet. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the electrical energy store ( 3 ) is operated in different long-term charging modes as a function of the duration of the standstill phases of different lengths, as soon as a stoppage phase of the motor vehicle exceeds a time duration allocated to the respective long-term charging mode. Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Energiespeicher (3), der gemäß einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche betrieben wird. Motor vehicle with an electrical energy store ( 3 ) operated according to a method according to any one of the preceding claims.
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