CN102439815A - 充电控制装置 - Google Patents

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Abstract

充电控制装置搭载于通过充电连接器(104)连接于外部充电装置(100)的车辆(1)、进行与充电有关的控制，其中，充电控制装置具备：电压传感器(18)，其检测施加于充电连接器(104)的电压；和控制装置(30)，其基于将充电连接器(104)连接于车辆后的预定期间内的由电压传感器(18)检测出的电压的变化预测预定期间经过后的向充电连接器(104)施加的电压的变化，在预定期间经过后的由电压传感器(18)检测出的电压的变化与预测的电压的变化的偏离程度比预定值大时判断为在外部充电装置发生了故障。

Description

充电控制装置
技术领域
本发明涉及充电控制装置，特别涉及搭载于通过充电连接器与外部充电装置连接的车辆、进行与充电有关的控制的充电控制装置。
背景技术
作为考虑了环境的车辆，电动汽车、混合动力车、燃料电池车等近年来受到瞩目。这些车辆搭载产生行驶驱动力的电动机与积蓄向该电动机供给的电力的蓄电装置。混合动力车是与电动机一起还搭载内燃机作为动力源的车辆，燃料电池车是作为车辆驱动用的直流电源搭载了燃料电池的车辆。
在这样的车辆中，已知能够从一般家庭的电源对搭载于车辆的车辆驱动用的蓄电装置充电的车辆。例如，通过由充电线缆将设置于住房的电源插座与设置于车辆的充电口连接，从一般家庭的电源对蓄电装置供给电力。另外，下面也将这样能够从车辆外部的电源对搭载于车辆的蓄电装置充电的车辆称为“插电车”。
日本特开2009-71989号公报(专利文献1)公开与这样的插电车的充电有关的技术。该插电车使用导引信号在充电时与充电站等进行通信，另外，能够检测对该导引信号进行通信的控制线的断线。
专利文献
专利文献1：日本特开2009-71989号公报
专利文献2：日本特开平1-107619号公报
专利文献3：日本特开平7-33033号公报
专利文献4：日本特开平9-149544号公报
专利文献5：日本特开平10-38298号公报
专利文献6：日本特开平11-66993号公报
专利文献7：日本特开2002-153086号公报
专利文献8：日本特开2007-26741号公报
发明内容
插电车的规格在日本由日本电动车辆协会规格(JEVS)《电动汽车用感应充电系统一般要求事项》制定。上述的日本特开2009-71989号公报也使用在《电动汽车用感应充电系统一般要求事项》中规定的控制导引。
控制导引定义为经由车辆侧的控制电路将从室内配线向车辆供给电力的EVSE(Electric Vehicle Supply Equipment：电动车辆供电设备)的控制电路与车辆的接地部连接的控制线，基于经由该控制线通信的导引信号，判断充电线缆的连接状态、能否从电源向车辆供给电力、EVSE的额定电流等。在《电动汽车用感应充电系统一般要求事项》中记载了使用控制导引的充电模式(模式2、3)。
但是，在《电动汽车用感应充电系统一般要求事项》中，也对不使用控制导引的充电模式(模式1)进行了记载。
与模式1相对应的充电站在作业者按压设置于充电站的开始按钮时，开始向充电插头施加充电电压。另一方面，与模式2、3相对应的充电站在将充电连接器连接于车辆侧充电入口时开始通信，在确认了充电准备时开始施加充电电压。
电动汽车、插电车具有出现各种类型的可能性。因此，充电站也具有需要与模式1和模式2、3双方相对应的可能性。
在与模式1和模式2、3双方相对应的充电站，在对与模式2、3相对应的车辆进行充电时，根据按压充电站的开始按钮的定时不同，存在车辆误检测充电站的故障的可能性。
与模式2、3相对应的车辆，判断充电站的继电器的熔敷的有无，在发生了继电器的熔敷时，优选不进行充电。因此模式2、3对应的充电站在连接器连接于车辆时将充电站的继电器设定为断开状态。而且车辆在确认在连接器连接的状态下没有施加充电电压时，判断为充电站的继电器没有熔敷。
但是，在这样的情况下在与模式1和模式2、3双方相对应的充电站的情况下，在按压开始按钮后立即进行连接器连接时，具有在连接器残余有电压、车辆误判定为充电站的继电器熔敷的危险。
也考虑等待一段时间后进行判定，但到充电开始之前会花费时间。另外充电站是多个厂商制造的，放电电阻的有无、放电电阻的电阻值也各种各样，电压的下降方式也各种各样，所以难以一律地设定等待时间。
本发明的目的在于提供一种能够正确地进行充电站的故障的判定的充电控制装置。
概括而言，本发明是一种充电控制装置，该充电控制装置搭载于通过充电连接器连接于外部充电装置的车辆、进行与充电有关的控制，其中，充电控制装置具备：电压检测部，其检测施加于充电连接器的电压；和异常判定部，其基于从将充电连接器连接于车辆起之后的预定期间内的由电压检测部检测出的电压的变化预测预定期间经过后的施加于充电连接器的电压的变化，在预定期间经过后的由电压检测部检测出的电压的变化与预测的电压的变化的偏离程度比预定值大的情况下判断为在外部充电装置发生了故障。
优选，外部充电装置包含：继电器，其对充电连接器切换充电电压的施加与切断；和放电装置，其设置于比继电器更靠充电连接器侧，用于使充电连接器的残留电荷放电。异常判定部判断的故障包含继电器的故障。
优选，放电装置包含放电电阻。异常判定部在预定期间内的时刻不同的多个时间点从电压检测部分别取得多个检测电压，基于多个检测电压推定通过放电电阻放电的放电曲线，在表示在预定期间经过后从电压检测部取得的检测电压与放电曲线上的对应的电压的偏离度的值比阈值大的情况下判断为在继电器发生了故障。
此外优选，外部充电装置对应于第一充电模式和第二充电模式，所述第一充电模式是与操作者的充电开始指令相应地向充电连接器施加电压的充电模式，所述第二充电模式是与车辆进行通信、在通信结果满足预定的条件时向充电连接器施加电压的充电模式。外部充电装置在第二充电模式中将继电器设为切断状态后开始通信。
更优选车辆与第二充电模式相对应，异常判定部在通信开始前基于充电连接器的电压进行继电器的故障判定。
本发明的其他方案是一种车辆，具备上述任意一项所述的充电控制装置。
根据本发明，能够正确地进行充电站的故障的判定，减少由于误判定而禁止充电的情况。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的混合动力车辆1的结构的框图。
图2是表示图1的外部充电装置100的结构的电路图。
图3是表示开始充电动作之前的电压VIN的变化的一例的波形图。
图4是用于说明控制装置30执行的继电器116的熔敷判定动作的流程图。
图5是表示电压VIN的放电曲线的一例的图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。另外，对于图中同一或者相当部分标记同一标号，不重复进行对这些部分的说明。
图1是表示本发明的实施方式的混合动力车辆1的结构的框图。
参照图1，混合动力车辆1包含前轮20R，20L、后轮22R，22L、发动机40、行星齿轮PG、差速齿轮DG、齿轮4、6。
混合动力车辆1还包含电池B、将电池B输出的直流电力升压的升压单元20和在与升压单元20之间进行直流电力的交换的变换器14。
混合动力车辆1还包括经由行星齿轮PG接受发动机40的动力而进行发电的电动发电机MG1和旋转轴连接于行星齿轮PG的电动发电机MG2。变换器14连接于电动发电机MG1、MG2，进行交流电力与来自升压电路的直流电力的转换。
行星齿轮PG包含太阳齿轮、齿圈、与太阳齿轮以及齿圈双方啮合的小齿轮和将小齿轮以能够围绕太阳齿轮旋转的方式支撑的行星架。行星齿轮PG具有第一～第三旋转轴。第一旋转轴是与发动机40连接的行星架的旋转轴。第二旋转轴是与电动发电机MG1连接的太阳齿轮的旋转轴。第三旋转轴是与电动发电机MG2连接的齿圈的旋转轴。
在该第三旋转轴上安装有齿轮4，该齿轮4通过驱动齿轮6而向差速齿轮DG传递机械动力。差速齿轮DG将从齿轮6接受的机械动力向前轮20R、20L传递，并且经由齿轮6、4将前轮20R、20L的旋转力向行星齿轮PG的第三旋转轴传递。
行星齿轮PG起到在发动机40与电动发电机MG1、MG2之间分配动力的作用(作为动力分配机构的作用)。即，行星齿轮PG根据三个旋转轴中的两个旋转轴的旋转确定剩下一个旋转轴的旋转。因此，使发动机40在最有效率的区域工作，并且通过控制电动发电机MG1的发电量而驱动电动发电机MG2从而进行车速的控制，作为整体实现能量效率高的汽车。
作为直流电源的电池B，包含例如镍氢二次电池、锂离子二次电池等。电池B将直流电力向升压单元20供给，并且通过来自升压单元20的直流电力充电。
升压单元20对从电池B接受的直流电压进行升压，将该升压后的直流电压向变换器14供给。变换器14将所供给的直流电压转换为交流电压而在发动机起动时驱动控制电动发电机MG1。另外，在发动机起动后电动发电机MG1发电的交流电力由变换器14转换成直流而由升压单元20转换为适于电池B的充电的电压，对电池B充电。
另外，变换器14驱动电动发电机MG2。电动发电机MG2辅助发动机40驱动前轮20R、20L。在制动时，电动发电机MG2进行再生运行，将车轮的旋转能转换为电能。所得到的电能经由变换器14以及升压单元20而返回到电池B。
电池B为电池组，包含串联连接的多个电池单元BU0～BUn。在升压单元20与电池B之间设有系统继电器SR1、SR2，在车辆不运行时切断高电压。
混合动力车辆1还包含：油门传感器9，其作为接受来自驾驶者的加速要求指示的输入部，检测油门踏板的位置；电流传感器8，其检测电池B的电流；电压传感器10，其检测电池B的电压；和控制装置30，其根据来自油门传感器9的油门开度Acc、来自电流传感器8的电流IB以及来自电压传感器10的电压VB控制发动机40、变换器14以及升压单元20。电流传感器8以及电压传感器10分别检测电池B的电流IB以及电压VB而向控制装置30发送。
混合动力车辆1还包含：输入口16，其用于连接设置于从外部充电装置100延伸的充电线缆102的前端的连接器104；和充电器12，其经由输入口16从外部充电装置100接受交流电力。充电器12与电池B连接，对电池B供给充电用的直流电力。
控制装置30检测连接器104的结合确认元件106而识别连接器104连接于输入口16。
结合确认元件106可以是任意的形式，例如可以是内置于插头侧的电阻、磁铁。另外，也可以代替地将在插头插入时被按下的按钮式的开关设置在输入口16侧。
混合动力车辆1还包含：电压传感器18，其检测向输入口16施加的电压VIN；和继电器17，其对输入口16与充电器12的电连接路径的导通/非导通进行切换。
控制装置30接受来自设置于电池B的电流传感器8、电压传感器10的与电流、电压有关的检测值的输入，进行表示电池B的充电状态的状态量(下面也称为“SOC(State Of Charge)”)的计算。
而且，控制装置30基于这些信息，为了对电池B充电，控制充电器12以及继电器17。
图2是表示图1的外部充电装置100的结构的电路图。
参照图2，虽然未图示，设置于车辆1的控制装置30包含CPU(CentralProcessing Unit：中央处理单元)、存储装置以及输入输出缓存，进行来自各传感器等的信号的输入、控制指令向各设备的输出，并且进行车辆1以及各设备的控制。对于这些控制，不仅限于利用软件的处理，也能够通过专用的硬件(电子电路)构成而处理。
控制装置30经由车辆输入口16从充电线缆102接收线缆连接信号CNCT以及导引信号CPLT。另外，控制装置30从电压传感器18接收受电电力的电压检测值VIN。
充电线缆102的一端连接于外部充电装置100，在另一端设置有用于与车辆的输入口16连接的连接器104。充电线缆102包含用于向车辆的电池发送充电电力的电力线对、地线与用于发送接收导引信号CPLT的信号线。
外部充电装置100包含用于释放电力线对的残留电荷的放电电阻120、连接于电力线对之间的平滑电容器118、继电器116、过电流切断器114、漏电切断器112、继电器控制部122与操作开关124。
漏电切断器112、过电流切断器114、继电器116串联设置于连结外部电源与电力线对的路径上。在漏电切断器112、过电流切断器114、继电器116的任一个为断开状态时，外部电源的电力从连接器104被电切断。
继电器116基于继电器控制部122的指令控制开闭。继电器控制部根据导引信号CPLT与操作开关124的任一个输出继电器116的开闭指令。
在充电连接器104的内部设置有用于检测充电连接器104的连接的结合确认元件106。信号CNCT的电平与车辆输入口16与充电连接器104的连接状态相应地变化。
在车辆输入口16与充电连接器104未连接时，信号CNCT由负载电阻19设定为电源电位。在车辆输入口16与充电连接器104连接时，信号CNCT被设定为通过负载电阻19与结合确认元件106(电阻)进行电阻分割后的电位。控制装置30基于信号CNCT的电平的变化判断充电连接器104是否与车辆输入口16连接。
继电器控制部122经由充电连接器104以及车辆输入口16向控制装置30输出导引信号CPLT。该导引信号CPLT是用于从外部充电装置100向控制装置30通知充电线缆102的额定电流的信号。另外，导引信号CPLT也用作基于由控制装置30操作的导引信号CPLT的电位从控制装置30对继电器116进行远程操作的信号。而且，继电器控制部122基于导引信号CPLT的电位变化控制继电器116。即，导引信号CPLT在控制装置30以及继电器控制部122之间接收发送。
图3是表示开始充电动作为止的电压VIN的变化的一例的波形图。
参照图2、图3，首先，在时刻t1作业者将外部充电装置100的操作开关开启，然后在时刻t2进行将连接器连接于车辆的操作。
在该时刻，外部充电装置100不知道所连接的车辆是与模式1相对应的车辆还是与模式3相对应的车辆。虽然取决于外部充电装置100的规格，但也可以假设与操作开关124的接通同时向连接器施加电压的情况。
在时刻t2在充电连接器104连接于车辆输入口16时，电压传感器18检测出电压VIN，所以在时刻t2图3的波形上升。
在时刻t2～t3之间执行利用导引信号CPLT的通信。其结果，在时刻t3从车辆的控制装置30向继电器控制部122给予断开继电器116的指令。与此相应在时刻t3～t4之间通过放电电阻120将积蓄于电容器118的残留电荷放电。
在该时刻t3～t4之间，车辆侧的控制装置30判定外部充电装置100的继电器116是否没有熔敷。但是，放电电阻120的值、电容器118的电容值根据外部充电装置100的制造商而各种各样。因此，时刻t3～t4的放电曲线不一样。
于是，控制装置30根据最开始的多个采样值推定电压VIN的值是什么样的放电曲线，通过接下来的电压VIN的采样值是否以沿着推定出的放电曲线的方式变化而判断继电器116是否被正常断开。
在判断为继电器116正常(没有产生熔敷)时，在时刻t4～t5执行利用导引信号CPLT的通信，其结果，在时刻t5将继电器17以及继电器116设定为接通状态，再施加电压VIN，开始向电池B的充电。
图4是用于说明控制装置30执行的继电器116的熔敷判定动作的流程图。该流程图的处理是从预定的主例程调用的处理。从控制装置30向继电器控制部122发送通过导引信号CPLT切断继电器116的指令的处理在主里程中执行，然后执行该流程图的处理。
图5是表示电压VIN的放电曲线的一例的图。
参照图4、图5，首先在开始处理时，在步骤S1将变量t设定为零。然后在步骤S2中将此时的电压值VIN设定为数据V(t)。因为t＝0，所以VIN储存为V(0)。在图5中最初在时刻t1采样的电压值VIN为V(0)。
接下来，在步骤S3中变量t递增。进而在步骤S4中判断电压值VIN是否比阈值Vα小。在电压值VIN比阈值Vα小时处理进入步骤S6。另一方面在电压值VIN不比阈值Vα小时处理进入步骤S5。在步骤S5中判断是否经过了预定的超时时间。当在步骤S5中不超时的情况下再次执行步骤S4的处理。另一方面当在步骤S5中是超时的情况下处理进入步骤S14。
在图5的时刻t2，电压值VIN还没有变得比阈值Vα小，所以不作为数据而存储。另一方面在处理从步骤S4进入步骤S6时，此时的电压值VIN作为数据V(t)存储。在图5的时刻t3，电压值VIN下降到比阈值Vα小，所以作为数据V(1)而存储。
接下来，在步骤S7，判断电压值VIN的变化是否为电压下降的方向。具体地说，判断V(t-1)-V(t)是否比阈值ΔV大。在步骤S7中，在V(t-1)-V(t)＞ΔV不成立时，再次进行步骤S4、S6的处理，将暂时存储的V(t)置换为新采样的值。
在步骤S7中，在V(t-1)-V(t)＞ΔV成立时，处理进入步骤S8。在步骤S8中判断电压值VIN是否比阈值Vβ小。如图5所示，阈值Vβ是比阈值Vα小的值，并且是接近零的值。
在步骤S8中，在VIN＜Vβ成立时，处理进入步骤S12。此情况是继电器116的断开正常进行，电压VIN充分降低的情况。另一方面，在步骤S8中，在VIN＜Vβ不成立时，处理进入步骤S9。在步骤S9中，判断是否t＝6，即电压值VIN的采样数据是否完成取到V(1)～V(6)。
在步骤S9中，在变量t没有到达6时，重复进行步骤S3以后的处理。另一方面，在步骤S9中，在变量t变为6时，处理进入步骤S10。
在步骤S10中，使用数据V(1)、V(2)、V(3)这三个数据，通过最小二乘法等完成下面的近似式。另外，a、γ、b是常量，exp()是自然对数的底e的指数函数。
V’(t)＝a＊V(1)＊exp(-γ＊t)+b    ......(1)
接下来，在步骤S11中，判断数据V(4)、V(5)、V(6)是否沿着近似式(1)变化。例如，为了判断，下式(2)在t＝4、5、6时都成立的情况下，可以判断为数据沿着近似式变化。这里X为判定基准值。
|V(t)-V’(t)|/V’(t)＜X    ......(2)
另外除了式(2)以外，判断近似式与取得数据的偏离程度的方法也能够进行各种变更。例如，也可以单纯将近似式与获取数据的差与判定阈值相比较。
在步骤S11中，在式(2)在t＝4、5、6时都成立的情况下，处理进入步骤S12，t＝4、5、6的某一个时式(2)不成立的情况下，处理进入步骤S14。
在步骤S12中，判定为继电器116正常(没有熔敷)，在步骤S13中允许充电。另一方面，在步骤S14中，判定为继电器116异常(熔敷)，在步骤S15中禁止充电。
在步骤S13或者步骤S15的处理结束时，在步骤S16中处理返回到主例程。
另外，在图4的流程图中对电压值VIN进行6点采样而进行判定，但也可以增减采样数。另外根据3点数据完成近似式(1)，但也可以使用更多的数据完成近似式(1)。
最后，再次参照附图对本实施方式进行总括。参照图1、图2，本实施方式中的充电控制装置是搭载于通过充电连接器104连接于外部充电装置100的车辆1、进行与充电有关的控制的充电控制装置。充电控制装置具备：电压传感器18，其检测施加于充电连接器104的电压；和控制装置30，其基于将充电连接器104连接于车辆后的预定期间内的由电压传感器18检测出的电压的变化预测预定期间经过后的施加于充电连接器104的电压的变化，在预定期间经过后的由电压传感器18检测出的电压的变化与预测的电压的变化的偏离程度比预定值大时判断为在外部充电装置发生了故障。
优选，外部充电装置包含：继电器116，其对充电连接器104切换充电电压的施加与切断；和放电装置(放电电阻120)，其设置于比继电器116更靠充电连接器侧，用于使充电连接器104的残留电荷(电容器118的残留电荷)放电。控制装置30判断的故障包含继电器116的故障。
更优选，放电装置包含放电电阻120。控制装置30在预定期间内的时刻不同的多个时间点(例如图5的时刻t3、t4、t5)从电压传感器18分别取得多个检测电压(例如图5的V(1)、V(2)、V(3))，基于多个检测电压推定通过放电电阻120放电的放电曲线，在表示在预定期间经过后从电压检测部取得的检测电压(例如图5的V(4)、V(5)、V(6))与放电曲线上的对应的电压的偏离度的值比阈值大时(在图4的步骤S11中“否”)判断为在继电器116发生了故障。
更优选，外部充电装置100与下述两种模式相对应：与操作者的充电开始指令(操作开关开启)相应地向充电连接器104施加电压的第一充电模式(由JEVS制定的模式1)和与车辆1进行通信、在通信结果满足规定的条件的情况下向充电连接器104施加电压的第二充电模式(由JEVS制定的模式2或者3)。外部充电装置100在第二充电模式中将继电器116设为切断状态后开始通信。
更优选，车辆1与第二充电模式相对应。如图3所示，控制装置30在时刻t4～t5的通信的开始前在时刻t3～t4之间基于充电连接器16的电压进行继电器116的故障判定。
如上所说明，在通过充电站对插电式混合动力汽车、电动汽车充电时，在本实施方式中充电连接器连接后、在一定时间后连续检测电压、在之后的取得电压逐渐接近通过最初的几个获取电压求得的近似式的情况下，判断为没有发生继电器的熔敷。由此，即使在通过操作者的操作而在充电连接器残留有高电压的状态下将连接器连接于车辆时，也能够防止车辆误判定为充电站发生了故障。
本次公开的实施方式应该理解为在所有方面是例示而不是限制性的。本发明的范围由权利要求而不是上述的说明表示，意图包含与权利要求均等的意义以及范围内的所有的变更。
标号说明
1：混合动力车辆，4、6：齿轮，8：电流传感器，9：油门传感器，10、18：电压传感器，12：充电器，14：变换器，16：车辆输入口，17、116：继电器，19：负载电阻，20：升压单元，20R、20L：前轮，22R、22L：后轮，30：控制装置，40：发动机，100：外部充电装置，102：充电线缆，104：充电连接器，106：结合确认元件，112：漏电切断器，114：过电流切断器，118：电容器，120：放电电阻，122：继电器控制部，124：操作开关，B：电池，BU0～BUn：电池单元，DG：差速齿轮，MG1、MG2、MG1、MG2：电动发电机，PG：行星齿轮，SR1、SR2：系统继电器

Claims (6)

1.一种充电控制装置，该充电控制装置搭载于通过充电连接器(104)连接于外部充电装置(100)的车辆(1)，进行与充电有关的控制，
所述充电控制装置具备：
电压检测部(18)，其检测施加于所述充电连接器(104)的电压；和
异常判定部(30)，其基于从将所述充电连接器(104)连接于所述车辆起之后的预定期间内的由所述电压检测部(18)检测出的电压的变化预测所述预定期间经过后的施加于所述充电连接器(104)的电压的变化，在所述预定期间经过后的由所述电压检测部(18)检测出的电压的变化与预测的电压的变化的偏离程度比预定值大的情况下判断为在所述外部充电装置发生了故障。
2.如权利要求1所述的充电控制装置，其中，
所述外部充电装置包含：
继电器(116)，其对所述充电连接器(104)切换充电电压的施加与切断；和
放电装置，其设置于比所述继电器(116)更靠所述充电连接器侧，用于使所述充电连接器(104)的残留电荷放电，
所述异常判定部(30)判断的故障包含所述继电器(116)的故障。
3.如权利要求2所述的充电控制装置，其中，
所述放电装置包含放电电阻(120)，
所述异常判定部(30)，在所述预定期间内的时刻不同的多个时间点从所述电压检测部(18)分别取得多个检测电压，基于所述多个检测电压推定通过所述放电电阻(120)放电的放电曲线，在表示在所述预定期间经过后从所述电压检测部取得的检测电压与所述放电曲线上的对应的电压的偏离度的值比阈值大的情况下判断为在所述继电器(116)发生了故障。
4.如权利要求3所述的充电控制装置，其中，
所述外部充电装置(100)对应于第一充电模式和第二充电模式，所述第一充电模式是与操作者的充电开始指令相应地向所述充电连接器(104)施加电压的充电模式，所述第二充电模式是与所述车辆(1)进行通信、在通信结果满足预定的条件的情况下向所述充电连接器(104)施加电压的充电模式，
所述外部充电装置(100)在所述第二充电模式中将所述继电器(116)设为切断状态后开始所述通信。
5.如权利要求4所述的充电控制装置，其中，
所述车辆(1)对应于所述第二充电模式，
所述异常判定部(30)在所述通信开始前基于所述充电连接器(16)的电压进行所述继电器(116)的故障判定。
6.一种车辆，该车辆具备如权利要求1～5中任意一项所述的充电控制装置。
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