CN102959419A - 用于二次电池的容量估计装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于二次电池的容量估计装置,包括:电流检测部分,配置为检测二次电池中流动的电流的值;电压检测部分,配置为检测二次电池的电压值;第一估计部分,配置为基于电流检测部分所检测的电流值的累加值,计算二次电池的剩余容量的第一估计值;以及第二估计部分,配置为基于电压检测部分所检测的电压值,计算二次电池的剩余容量的第二估计值。第一估计部分配置为计算第一估计值与第二估计值之间的差,并且通过校正累加值来校正第一估计值以逐渐减小所述差。
Description
技术领域
本发明涉及用于二次电池的容量估计装置。
背景技术
作为用于估计二次电池的剩余容量(充电容量)的方法,存在通过对电流值进行累加(积分)的方法、以及通过使用开路电压与剩余容量之间的关系来从开路电压估计剩余容量的方法。前者被称为电流累加方法,而后者被称为开路电压方法。这两个方法各自具有优点和缺点。
前者存在电流值的检测精度和电流值的累加精度的问题。后者存在二次电池的充电或放电期间的检测精度的问题。因此,为了提高剩余容量的估计精度,根据二次电池的状态从这两个估计方法中选择更精确的一个方法。
日本专利申请公开No.2009-216403(专利文献1)(对应于美国专利申请公开No.2010/0289454)公开了先前提出的剩余容量估计装置。在此技术中,当在二次电池的充电状态期间估计值趋于减小时、或当在二次电池的放电状态期间估计值趋于增加时,限制由电流累加方法和开路电压方法之间的选择而导致的剩余容量的估计值的改变。因此,可以减轻由于尽管在充电状态期间但是估计值减小的现象、或尽管在放电状态期间但是估计值增加的现象给驾驶者所导致的奇怪的感觉。
引用列表
专利文献
PTL1:日本专利申请公开No.2009-216403
发明内容
然而,在之前所提出的上面的技术中,当限制估计值的改变时,尽管在充电状态期间或在放电状态期间,但是估计值变为恒定的值(即,固定的值)。因此,驾驶者由于尽管在充电状态期间但是估计值不增加的现象、或者尽管在放电状态期间但是估计值不减小的现象而有了奇怪的感觉。
本发明的目的在于提供一种用于二次电池的容量估计装置,其被设计来减轻由于估计值的行为而给驾驶者导致的奇怪的感觉。
根据本发明的一个方面,提供了一种用于二次电池的容量估计装置,包括:电流检测部分,配置为检测二次电池中流动的电流的值;电压检测部分,配置为检测二次电池的电压值;第一估计部分,配置为基于电流检测部分所检测的电流值的累加值,计算二次电池的剩余容量的第一估计值;以及第二估计部分,配置为基于电压检测部分所检测的电压值,计算二次电池的剩余容量的第二估计值;其中,第一估计部分配置为计算第一估计值与第二估计值之间的差,并且通过校正累加值来校正第一估计值以逐渐减小所述差。
根据本发明的另一方面,提供了一种用于二次电池的容量估计装置,包括:电流检测部分,配置为检测二次电池中流动的电流的值;电压检测部分,配置为检测二次电池的电压值;第一估计部分,配置为基于电流检测部分所检测的电流值的累加值,计算二次电池的剩余容量的第一估计值;第二估计部分,配置为基于电压检测部分所检测的电压值,计算二次电池的剩余容量的第二估计值;以及校正部分,配置为计算第一估计值与第二估计值之间的差,并且校正第一估计值以逐渐减小所述差。
附图说明
图1是示出已经应用根据本发明的实施例的二次电池系统的框图。
图2是示出图1的容量估计装置的控制流的流程图。
图3是示出图1的二次电池系统的充电和放电模式的时序图以及通过所述容量估计装置的估计值。
图4是示出在图2的步骤ST3和ST4使用的、开路电压值与第二估计值之间的关系的控制映射图。
图5是示出在另一情况下的图1的二次电池系统的充电和放电模式的时序图、以及通过容量估计装置的估计值。
图6A是说明图1的容量估计装置的部分控制操作(放电时)的时序图。
图6B是说明图1的容量估计装置的部分控制操作(充电时)的时序图。
具体实施方式
图1是示出已经应用根据本发明的容量估计装置的二次电池系统的一个示例的框图。在此实施例中,从二次电池2通过开关4向电池负载3供应电力。从而,驱动电池负载3。
可以使用多个电池单元(electric cell)彼此串联或并联连接的电池组(组合电池(assembled battery))作为二次电池2。替代地,可以通过单个电池单元构成二次电池2。电池负载3例如是用于驱动电动车的电动机(electricmotor)、车辆的辅助设备、或车辆的电池充电器。在下面的二次电池系统中,电池负载3是用于驱动电动车的发动机/发电机,并且被设置为执行功率运行和功率再生。
开关4例如是在电池负载3是用于驱动电动车的电动机(electric motor)的情况下的起动开关。在此情况下的起动开关对应于使内燃机引擎作为其驱动源的车辆的点火开关。
在此实施例中,容量估计装置1包括电流传感器11、电压传感器12和温度传感器13,以便检测二次电池2的各种特性值。
电流传感器11感测在将二次电池2与电池负载3连接的电路(电线)中流动的电流的值,以便检测二次电池2的放电电流值或充电电流值。然后,电流传感器11将此检测信号输出到后述的第一估计部分14和后述的第二估计部分15。当二次电池2向电池负载3供电时(以下,也称为放电期间),电流传感器11感测到具有负号的电流值(即,负值)。另一方面,当电池负载3向二次电池2供电时(以下,也称为充电期间),电流传感器11感测到具有正号的电流值(即,正值)。
如图1所示,电压传感器12检测各自将二次电池2与电池负载3连接的两个电路(电线)之间给出的电压,以便检测二次电池2的开路电压。然后,此检测信号被第二估计部分15接收或读取。
温度传感器13例如检测二次电池2的外壳的表面温度,以便检测在电压传感器12检测开路电压时的二次电池2的温度。此检测信号被第二估计部分15接收或读取。
容量估计装置1还包括第一估计部分14、第二估计部分15、校正部分16和选择部分17。这些相应的部分14-17可以通过包括算术器件(诸如CPU和MPU)和存储器件(诸如ROM和RAM)的微计算机来构造和实现。为了方便示出此实施例的各个功能,将这些部分14-17彼此区分。即,从硬件角度而言,部分14-17全部可通过上述一个或多个算术器件以及一个或多个存储器件实现。此外,从软件角度而言,部分14-17全部可通过一个或多个程序实现。
第一估计部分14包括累加电路,用于对从累加开始时获得的电流值进行累加或积分。第一估计部分14例如以等于0.01秒的预定周期读取电流传感器11的电流值检测信号。即,第一估计部分14以0.01秒的间隔读取电流值检测信号。然后,累加电路将从累加开始时获得的所读取的电流值进行累加。然后,第一估计部分14将此电流累加值设定为第一估计值SOCI,并将第一估计值SOCI输出到校正部分16。尽管在此实施例的说明中使用了SOC(充电状态:单位%),但是,在根据本发明的实施例中也可以使用对应于SOC的电池容量(单位:Ah)。
第二估计部分15例如以等于0.01秒的预定周期读取电流传感器11的电流值检测信号、电压传感器12的电压值检测信号和温度传感器13的温度检测信号。第二估计部分15通过使用下面的公式[1],根据电流传感器11的电流值、电压传感器12的电压值和从温度传感器13的温度估计的二次电池2的内部电阻来计算开路电压。
开路电压=电压值±电流值×内部电阻…[1]
公式[1]的符号“±”意味着在充电期间从电压传感器12的电压值减去由内部电阻导致的压升,另一方面,在放电期间将由内部电阻导致的压降加到电压传感器12的电压值。然后,第二估计部分15通过使用预先准备的、开路电压与第二估计值SOCOCV之间的控制映射图(见图4),计算第二估计值SOCOCV。然后,第二估计部分15将所计算的第二估计值SOCOCV输出到选择部分17。如图4所示的二次电池2的开路电压与第二估计值SOCOCV之间的控制映射图已经预先存储在第二估计部分15中。此外,温度与二次电池2的内部电阻之间的映射已经预先存储在第二估计部分15中。
校正部分16以预定定时校正(当前计算的)第一估计值SOCI,然后将经校正的第一估计值SOCI输出到选择部分17。当校正部分16不校正第一估计值SOCI时,校正部分16将(当前计算的)第一估计值SOCI直接输出到选择部分17。校正部分16保持第一估计值SOCI的最新(当前)值。下面将说明校正部分16的校正方法和校正定时。
选择部分17选择从第一估计部分14通过校正部分16输入的第一估计值SOCI、以及从第二估计部分15输入的第二估计值SOCOCV之一。然后,选择部分17将第一估计值SOCI和第二估计值SOCOCV中的所选择的一个作为二次电池2的容量(=剩余容量,即,最终确定的充电状态)输出到外部设备。外部设备是例如在电动车的仪表面板等处提供的二次电池2的剩余容量表。替代地,外部设备可以是控制用于驱动电动车的发动机/发电机的输出的控制系统。然而,根据本实施例的外部设备不限于此。
选择部分17根据二次电池系统的设置和各种条件来在第一估计值SOCI与第二估计值SOCOCV之间进行选择。例如,在二次电池系统使用用于驱动电动车的发动机/发电机作为电池负载3的情况下,电压传感器12检测的电压值是不稳定的,从而,当二次电池2的放电量或充电量(每单位时间)大时(诸如在高负载运行时),第二估计值SOCOCV的估计精度降低。另一方面,当二次电池2没有负载时,诸如当开关4已经关断时,二次电池2的放电量或充电量(每单位时间)等于0,从而电压传感器12检测的电压值变为等于第二估计值SOCOCV。因此,此时,第二估计值SOCOCV的估计精度提高。
因此,作为根据此实施例的一个示例,当二次电池2正排放电力时(即,放电期间)或正吸纳电力时(即,充电期间),选择部分17从第一估计值SOCI和第二估计值SOCOCV中选择第一估计值SOCI。另一方面,当二次电池2处于无负载状态时(即,当二次电池2既不在放电期间也不在充电期间时),选择部分17从第一估计值SOCI和第二估计值SOCOCV中选择第二估计值SOCOCV。然而,根据本发明的容量估计装置1不限于选择部分17在第一估计值SOCI和第二估计值SOCOCV之间进行选择的选择方法。
现在,将参照图2至图6说明此实施例中的控制过程。如上所述,当二次电池2在放电期间或在充电期间时,选择部分17选择通过电流累加方法由第一估计部分14计算的第一估计值SOCI,以用于外部设备中的各种控制。然而,因为在随机重复放电和充电的车辆运行期间也计算第一估计值SOCI,所以,在第一估计值SOCI中逐渐存储了基于放电量或充电量的差的误差。
因此,从剩余容量的精度的角度而言,优选地,在开关4响应于车辆运行结束而关断之后,当开关4接通时,重置当前指示的第一估计值SOCI,以变为等于紧挨在开关4接通之后在无负载条件下计算的第二估计值SOCOCV的值。
然而,如果第一估计值SOCI一次(迅速)改变为第二估计值SOCOCV的值,则存在驾驶者感受到奇怪感觉的风险。即,随着第一估计值SOCI与第二估计值SOCOCV之间的差变得越大,驾驶者感受到的奇怪感觉越强烈。因此,从驾驶者的奇怪感觉的角度而言,不期望一次将第一估计值SOCI重置变为等于第二估计值SOCOCV的值。此外,即使如上述专利文献1中在放电期间或在充电期间重置估计值的情况下,当估计值在放电期间固定时,或当估计值在充电期间大幅度变化时,驾驶者感受到奇怪的感觉。因此,如上述专利文献1的情况也不是所期望的。
因此,此实施例中的容量估计装置1关注这样的问题:由于电流传感器11的检测误差,导致通过电流累加方法获得的第一估计值SOCI逐渐存储(包含)其误差。此外,此实施例中的容量估计装置1关注这样的问题:根据所检测的电流值的大小,用于电流累加方法的电流传感器11的检测误差率是变化的(提高或降低)。因此,在此实施例中执行以下控制流。
首先,在步骤ST1,控制器判断是否已经准许二次电池系统的充电和放电。换言之,判断是否已经接通开关4。当开关4处于关闭状态时,重复此步骤ST1,直至开关4接通为止。当开关4已经接通时,程序进行到步骤ST2。
在步骤ST2,控制器通过使用计时器等(未示出),检测在开关4关断时的时间点(即,二次电池2的充电和放电都被禁止的时间点)与开关4接通时的时间点之间的时间间隔,即,计算开关4的此轮(this-time-around)不活动时间。如果此时间间隔长于或等于预定时间间隔(例如,一周),即,如果步骤ST2的判断为“是”,则程序进行至步骤ST3。在二次电池2已经在无负载条件下长时间保持原样的情况下,自放电量变得大到不能忽略。从而,在此情况下,在开关4关断之前计算的第一估计值SOCI与第二估计值SOCOCV两者都偏离了二次电池2的SOC的当前真实值(即,实际荷电状态)。
因此,在步骤ST3,第二计算部分15计算第二估计值SOCOCV,并且将第一估计值SOCI校正(设定)为等于所计算的第二估计值SOCOCV的值。然后,步骤ST3的处理结束。尽管在步骤ST3第一估计值SOCI迅速变为等于所计算的第二估计值SOCOCV的值,但是驾驶者不会有任何奇怪的感觉,这是因为,在二次电池2长时间闲置之后(即,在开关4长时间处于关闭状态之后)第一估计值SOCI变化了。
如果在步骤ST2控制器确定上述时间间隔短于预定时间间隔(例如,一周),则程序进行到步骤ST4。在步骤ST4,控制器基于电流传感器11、电压传感器12和温度传感器13的检测信号计算开路电压(=所检测的电压值±所检测的电流值×内部电阻)。然后,控制器根据所计算的开路电压和图4所示的控制映射图计算第二估计值SOCOCV。
在步骤ST5,控制器计算在步骤ST4计算的第二估计值SOCOCV的值、与在开关4上一次关断时已经计算并保持在校正部分16中的第一估计值SOCI的值之间的差ΔSOC(=SOCOCV-SOCI)。根据第一估计值SOCI与第二估计值SOCOCV之间的大小关系,此差ΔSOC被计算为正值或负值。替代地,可以计算第一估计值SOCI与第二估计值SOCOCV之间的差的绝对值|ΔSOC|。
在步骤ST6,控制器计算在步骤ST5计算的差ΔSOC的绝对值,并且判断差ΔSOC的绝对值是否大于或等于预定阈值SOCk。优选地,将此预定阈值SOCk设定为无论在第一估计值SOCI与第二估计值SOCOCV之间如何选择都可以为外部设备提供可接受的估计精度的水平。如果差ΔSOC的绝对值小于预定阈值SOCk,即,如果在步骤ST6的判断为“否”,则程序进行到步骤ST7。如果差ΔSOC的绝对值大于或等于预定阈值SOCk,即,如果在步骤ST6的判断为“是”,则程序进行到ST8。
在步骤ST7,因为差ΔSOC的绝对值小于预定阈值SOCk,所以第一估计值SOCI确保足够的精度,并且不需要被校正。因此,当开关4上一次关断时已经计算并保持在校正部分16中的第一估计值SOCI的值按原样设定(即,保持)为第一估计值SOCI。
与此相对,在步骤ST8,因为差ΔSOC的绝对值大于或等于预定阈值SOCk,所以第一估计值SOCI相对于剩余容量的真实值的精度低。因此,需要校正第一估计值SOCI。此对于第一估计值SOCI的校正是在步骤ST1接通开关4之后起动的二次电池2的放电和二次电池2的充电期间执行的。此时,根据放电或充电期间二次电池2中流动的电流的大小设定此对于第一估计值SOCI的校正的校正量。如上所述,由于电流传感器11的增益,随着所检测的电流值(即,流动的电流值)变得越小,电流传感器11的检测误差率变得越大。
因此,在二次电池2的同样的充电/放电状态(即,充电状态或放电状态)、以及在第一估计值SOCI与第二估计值SOCOCV之间的同样的大小关系(即,SOCI>SOCOCV或SOCI<SOCOCV)的情况下,随着电流值变得越大,将第一估计值SOCI的校正量设定为越小的值。换言之,与同样的充电/放电状态和大小关系的条件相比,随着电流值变得越小,将第一估计值SOCI的校正量设定为越大的值。
在此实施例中,如图3所示,为判断或识别电流传感器11所检测的电流值的大小水平,提供了阈值Ia、Ib、-Ia和-Ib。阈值Ia和Ib提供用于充电,而阈值-Ia和-Ib提供用于放电。四个阈值Ia、Ib、-Ia和-Ib满足Ia>Ib>-Ib>-Ia的关系。阈值+Ia是这样的限值:在所述限值之上,电流传感器11的检测误差不太影响电流累加值。以同样的方式,阈值-Ia是这样的限值:在所述限值之下,电流传感器11的检测误差不太影响电流累加值。此外,阈值+Ib是这样的限值:在所述限值之下,由于电流传感器11的检测误差而导致不能从所检测的电流值判断二次电池2是在充电期间还是放电期间。以同样的方式,阈值-Ib是这样的限值:在所述限值之上,由于电流传感器11的检测误差而导致不能从所检测的电流值判断二次电池2是在充电期间还是放电期间。
在图2的步骤ST8,控制器判断电流传感器11所检测的电流值I的绝对值是否大于或等于阈值Ia。如果电流值I的绝对值大于或等于阈值Ia,即,如果步骤ST8的判断为“肯定”,则程序进行至步骤ST9。在步骤ST9,将第一估计值SOCI的校正量设定为X%。如果电流值I的绝对值小于阈值Ia,即,如果在步骤ST8的判断为“否”,则程序进行到步骤ST10。在步骤ST10,控制器判断电流值I的绝对值是否大于或等于阈值Ib。如果电流值I的绝对值大于或等于阈值Ib,即,如果步骤ST10的判断为“是”,则程序进行到步骤ST11。在步骤ST11,将第一估计值SOCI的校正量设定为Y%。如果电流值I的绝对值小于阈值Ib,即,如果步骤ST10的判断为“否”,则程序进行到步骤ST12。在步骤ST12,将第一估计值SOCI的校正量设定为预定固定值Z。
现在,将参照图3更详细说明步骤ST9、ST11和ST12的校正处理。在图3所示的示例中,二次电池系统的开关4接通,然后,程序从图2中的步骤ST6的判断进行到ST8,并且确定第一估计值小于第二估计值(SOCI<SOCOCV)。此外,在此示例中,车辆以下述顺序执行高负载功率运行(时间段t1)、高负载再生运行(时间段t2)、低负载功率运行(时间段t3)、低负载再生运行(时间段t4)和极低负载功率运行(时间段t5)。在此情况下,图3的上图示出了电流值的变化。即,在时间段t1,因为车辆在爬陡坡,所以放电期间的电流值小于阈值-Ia。接下来,在时间段t2,因为车辆在下陡坡,所以充电期间的(即,用于驱动车辆的电动机/发电机的再生期间的)电流值大于阈值+Ia。接下来,在时间段t3,因为车辆在平坦的路面上低速运行,所以放电期间的电流值变为大于阈值-Ia并小于阈值-Ib。接下来,在时间段t4,因为车辆在下缓坡,所以充电期间的电流值变为大于阈值+Ib并小于阈值+Ia。接下来,在时间段t5,因为车辆紧挨在停止之前以极低的速度运行,所以放电期间的电流值变得大于阈值-Ib。现在,这样的示例将用于说明根据本发明的此实施例。
假设选择部分17选择第一估计值SOCI作为当开关4上一次关断时的剩余容量的估计值,则当开关4当前接通时,电动车的剩余容量表指示根据第一估计值SOCI的剩余量(剩余容量)。因此,需要使得此指示更接近剩余容量的真实值(真实SOC)附近的第二估计值SOCOCV,从而不给驾驶者造成奇怪的感觉。
图3的下图是示出在上述示例的运行历史中第一估计值SOCI和第二估计值SOCOCV的变化的时序图。通过第二估计部分15计算图3所示的第二估计值SOCOCV。通过第一估计部分14计算图3中的虚线所示的第一估计值SOCI。图3中的实线所示的第一估计值SOCI是通过校正部分16所获得的校正值。
首先,通过时间段t1的高负载功率运行,从二次电池2向电池负载3供应高的电力(电流值I×时间段t1)。因此,第二估计值SOCOCV以根据电流值I的梯度下降。以同样方式,通过第一估计部分14计算的第一估计值SOCI(没有校正的第一估计值)以根据电流值I的梯度下降。为了如上所述使得第一估计值SOCI接近第二估计值SOCOCV(以便逐渐减小其间的差ΔSOC),如图3的实线所示,在放电期间执行用于放慢或减缓第一估计部分14所计算的第一估计值SOCI的容量减小的校正操作。
具体地,当通过第一估计部分14计算的第一估计值SOCI以每单位时间Δi的量减小时,校正部分16所校正的第一估计值SOCI以每单位时间Δi×k的量减小。即,校正部分16通过变化其减小量,校正第一估计部分14所计算的第一估计值SOCI。常数k满足0<k<1的关系。例如,常数k落入从0.1到0.3的范围内(10~30%)。从而,与未校正的第一估计值SOCI相比,校正后的第一估计值SOCI的减小速度变慢(即,校正后的第一估计值SOCI的梯度的绝对值小)。因此,校正后的第一估计值SOCI逼近第二估计值SOCOCV以逐渐改善估计精度。因为校正后的第一估计值SOCI采取以与第二估计值SOCOCV同样的方式的减小行为,所以,即使选择部分17选择第一估计值SOCI,从而剩余容量表指示根据第一估计值SOCI的剩余容量,驾驶者也不会有奇怪的感觉。
在时间段t1,优选地,将校正量限制为使得校正后的第一估计值SOCI的下降梯度小于或等于0。如图6A所示,在放电期间第一估计值SOCI小于第二估计值SOCOCV的情况下,校正后的第一估计值SOCI具有正梯度,以便在第一估计值SOCI的校正量(即,第一估计值SOCI的下降速度变慢的程度)设定为过大的值的情况下增加剩余容量。为了防止此现象,将上述常数k设定在使得校正后的第一估计值SOCI的下降梯度小于或等于0的范围内。从而,可以防止驾驶者的奇怪感觉。
在上述的校正处理示例中,从累加的第一估计值SOCI减去值Δi×k。然而,根据此实施例,累加的第一估计值SOCI可以乘以常数k’作为第一估计值SOCI的校正处理。因为在时间段t1中累加的第一估计值SOCI的梯度的绝对值应当减小,所以将常数k’设定为满足1<k’的关系。如果将常数k’设定为过大的值,则(当前)校正后的第一估计值SOCI变得大于最近一轮(前一轮)的第一估计值SOCI,从而尽管在放电状态,校正后的第一估计值SOCI也随着时间的经过而增加。为了防止此现象,将常数k’设定为小于通过将最近一轮的第一估计值SOCI除以当前轮的第一估计值SOCI而获得的值的值。
接下来,通过时间段t2的高负载再生运行,从电池负载3向二次电池2供应高的电力(电流值I×时间段t2)。因此,第二估计值SOCOCV以根据电流值I的梯度上升。以同样方式,通过第一估计部分14计算的第一估计值SOCI(没有校正的第一估计值)以根据电流值I的梯度上升。为了如上所述使得第一估计值SOCI接近第二估计值SOCOCV(以便逐渐减小其间的差ΔSOC),如图3的实线所示,在充电期间执行用于提升或加速第一估计部分14所计算的第一估计值SOCI的容量增加的校正操作。
具体地,当通过第一估计部分14计算的第一估计值SOCI以每单位时间Δi的量增加时,校正部分16所校正的第一估计值SOCI以每单位时间Δi×k的量增加。即,校正部分16通过变化其增加量,校正第一估计部分14所计算的第一估计值SOCI。常数k满足1<k的关系。例如,常数k落入从1.1到1.3的范围内(110~130%)。从而,与未校正的第一估计值SOCI相比,校正后的第一估计值SOCI的增加速度变快(即,校正后的第一估计值SOCI的梯度的绝对值大)。因此,校正后的第一估计值SOCI逼近第二估计值SOCOCV以逐渐改善估计精度。因为校正后的第一估计值SOCI采取以与第二估计值SOCOCV同样的方式的增加行为,所以,即使选择部分17选择第一估计值SOCI,从而剩余容量表指示根据第一估计值SOCI的剩余容量,驾驶者也不会有奇怪的感觉。
在上述的校正处理示例中,向累加的第一估计值SOCI加上值Δi×k。然而,根据此实施例,累加的第一估计值SOCI可以乘以常数k’作为第一估计值SOCI的校正处理。因为在时间段t2中累加的第一估计值SOCI的梯度的绝对值应当增加,所以将常数k’设定为满足1<k’的关系。因为校正后的第一估计值SOCI超过第二估计值SOCOCV是不利的,所以将常数k’设定为小于通过将第二估计值SOCOCV除以第一估计值SOCI而获得的值的值。
接下来,通过时间段t3的低负载功率运行,从二次电池2向电池负载3供应低的电力(电流值I×时间段t3)。因此,第二估计值SOCOCV以根据电流值I的梯度下降。以同样方式,通过第一估计部分14计算的第一估计值SOCI(没有校正的第一估计值)以根据电流值I的梯度下降。为了如上所述使得第一估计值SOCI接近第二估计值SOCOCV(以便逐渐减小其间的差ΔSOC),如图3的实线所示,在放电期间执行用于放慢或减缓第一估计部分14所计算的第一估计值SOCI的容量减小的校正操作。在时间段t3的校正操作中,与时间段t1的校正操作相比,基于放电的容量减小更加缓慢。
具体地,当通过第一估计部分14计算的第一估计值SOCI以每单位时间Δi的量减小时,校正部分16所校正的第一估计值SOCI以每单位时间Δi×k的量减小。即,校正部分16通过变化其减小量,校正第一估计部分14所计算的第一估计值SOCI。当时间段t3的常数k以k(t3)表示、并且时间段t1的常数k以k(t1)表示时,满足k(t3)>k(t1)的关系。例如,常数k(t3)落入从0.8到1.0的范围内(80~100%)。从而,与未校正的第一估计值SOCI相比,校正后的第一估计值SOCI的减小速度变慢(即,校正后的第一估计值SOCI的梯度的绝对值小)。
因此,校正后的第一估计值SOCI逼近第二估计值SOCOCV以逐渐改善估计精度。此外,因为校正后的第一估计值SOCI采取以与第二估计值SOCOCV同样的方式的减小行为,所以,即使选择部分17选择第一估计值SOCI,从而剩余容量表指示根据第一估计值SOCI的剩余容量,驾驶者也不会有奇怪的感觉。因为在时间段t3中电流值相对小,所以电流传感器11的电流累加误差的累加速度相对快。然而,因为在时间段t3通过上述校正操作校正了第一估计值SOCI,所以校正后的第一估计值SOCI逼近第二估计值SOCOCV,即,逼近剩余容量的真实值。
在时间段t3,优选地,以与时间段t1同样的方式,将校正量限制为使得校正后的第一估计值SOCI的下降梯度小于或等于0(见图6A)。此外,在上述的校正处理示例中,从累加的第一估计值SOCI减去值Δi×k。然而,根据此实施例,累加的第一估计值SOCI可以乘以常数k’作为第一估计值SOCI的校正处理。因为在时间段t3中累加的第一估计值SOCI的梯度的绝对值应当减小,所以将常数k’设定为满足1<k’的关系。如果将常数k’设定为过大的值,则(当前)校正后的第一估计值SOCI变得大于最近一轮的第一估计值SOCI,从而尽管是在放电状态,第一估计值SOCI也随着时间的经过而增加。为了防止此现象,将常数k’设定为小于通过将最近一轮的第一估计值SOCI除以当前轮的第一估计值SOCI而获得的值的值。此外,当时间段t3的常数k’以k’(t3)表示、并且时间段t1的常数k’以k’(t1)表示时,满足k’(t3)<k’(t1)的关系。
接下来,通过时间段t4的低负载再生运行,从电池负载3向二次电池2供应低的电力(电流值I×时间段t4)。因此,第二估计值SOCOCV以根据电流值I的梯度增加。以同样方式,通过第一估计部分14计算的第一估计值SOCI(没有校正的第一估计值)以根据电流值I的梯度增加。为了如上所述使得第一估计值SOCI接近第二估计值SOCOCV(以便逐渐减小其间的差ΔSOC),如图3的实线所示,在充电期间执行用于提升或加速第一估计部分14所计算的第一估计值SOCI的容量增加的校正操作。在时间段t4的校正操作中,与时间段t2的校正操作相比,基于充电的容量增加更加加速。
具体地,当通过第一估计部分14计算的第一估计值SOCI以每单位时间Δi的量增加时,校正部分16所校正的第一估计值SOCI以每单位时间Δi×k的量增加。即,校正部分16通过变化其增加量,校正第一估计部分14所计算的第一估计值SOCI。当时间段t4的常数k以k(t4)表示、并且时间段t2的常数k以k(t2)表示时,满足k(t4)>k(t2)的关系。例如,常数k(t4)落入从1.8到2.0的范围内(180~200%)。从而,与未校正的第一估计值SOCI相比,校正后的第一估计值SOCI的增加速度变快(即,校正后的第一估计值SOCI的梯度的绝对值大)。
因此,校正后的第一估计值SOCI逼近第二估计值SOCOCV以逐渐改善估计精度。此外,因为校正后的第一估计值SOCI采取以与第二估计值SOCOCV同样的方式的增加行为,所以,即使选择部分17选择第一估计值SOCI,从而剩余容量表指示根据第一估计值SOCI的剩余容量,驾驶者也不会有奇怪的感觉。因为在时间段t4中电流值相对小,所以电流传感器11的电流累加误差的累加速度相对快。然而,因为在时间段t4通过上述校正操作校正了第一估计值SOCI,所以校正后的第一估计值SOCI逼近第二估计值SOCOCV,即,逼近剩余容量的真实值。
在上述的校正处理示例中,向累加的第一估计值SOCI加上值Δi×k。然而,根据此实施例,累加的第一估计值SOCI可以乘以常数k’作为第一估计值SOCI的校正处理。因为在时间段t4中累加的第一估计值SOCI的梯度的绝对值应当增加,所以将常数k’设定为满足1<k’的关系。因为校正后的第一估计值SOCI超过第二估计值SOCOCV是不利的,所以将常数k’设定为小于通过将第二估计值SOCOCV除以第一估计值SOCI而获得的值的值。此外,当时间段t4的常数k’以k’(t4)表示、并且时间段t2的常数k’以k’(t2)表示时,满足k’(t2)<k’(t4)的关系。
接下来,通过时间段t5的极低负载的功率运行,从二次电池2向电池负载3供应极低的电力(电流值I×时间段t5)。因此,第二估计值SOCOCV以根据电流值I的梯度下降。以同样方式,通过第一估计部分14计算的第一估计值SOCI(没有校正的第一估计值)以根据电流值I的梯度下降。
在电流值的绝对值小于预定阈值Ib的情况下,电流传感器11的检测误差有可能大,从而难以在充电状态与放电状态之间进行判断。因此,在时间段t5,为了使得第一估计值SOCI接近第二估计值SOCOCV(以便逐渐减小其间的差ΔSOC),以预定持续时间的周期将预定的固定值Z加到通过第一估计部分14所计算的第一估计值SOCI。从而,校正后的第一估计值SOCI以恒定速度逼近第二估计值SOCOCV,以逐渐改善估计精度。在此时间段t5,尽管在放电状态期间,校正后的第一估计值SOCI也可能随着时间的经过而增加。
图3所示的第一估计值SOCI与第二估计值SOCOCV之间的关系是在根据此实施例的校正处理的执行开始时第一估计值SOCI小于第二估计值SOCOCV的情况。另一方面,现在将参照图5说明在根据此实施例的校正处理的执行开始时第一估计值SOCI大于第二估计值SOCOCV的情况。因为校正处理的对象和内容与图3的情况同样,所以现在将关于校正量的正/负号或具体的常数的数值等示例性说明具有与图3的情况不同结构的部分。
首先,通过时间段t1的高负载功率运行,从二次电池2向电池负载3供应高的电力(电流值I×时间段t1)。因此,第二估计值SOCOCV以根据电流值I的梯度下降。以同样方式,通过第一估计部分14计算的第一估计值SOCI(没有校正的第一估计值)以根据电流值I的梯度下降。为了如上所述使得第一估计值SOCI接近第二估计值SOCOCV(以便逐渐减小其间的差ΔSOC),如图5的实线所示,在放电期间执行用于提升或加速第一估计部分14所计算的第一估计值SOCI的容量减小的校正操作。
具体地,当通过第一估计部分14计算的第一估计值SOCI以每单位时间Δi的量减小时,校正部分16所校正的第一估计值SOCI以每单位时间Δi×k的量减小。即,校正部分16通过变化其减小量,校正第一估计部分14所计算的第一估计值SOCI。常数k满足1<k的关系。例如,常数k落入从1.1到1.3的范围内(110~130%)。从而,与未校正的第一估计值SOCI相比,校正后的第一估计值SOCI的减小速度变快(即,校正后的第一估计值SOCI的梯度的绝对值大)。因此,校正后的第一估计值SOCI逼近第二估计值SOCOCV以逐渐改善估计精度。因为校正后的第一估计值SOCI采取以与第二估计值SOCOCV同样的方式的减小行为,所以,即使选择部分17选择第一估计值SOCI,从而剩余容量表指示根据第一估计值SOCI的剩余容量,驾驶者也不会有奇怪的感觉。
在上述的校正处理示例中,从累加的第一估计值SOCI减去值Δi×k。然而,根据此实施例,累加的第一估计值SOCI可以乘以常数k’作为第一估计值SOCI的校正处理。因为在时间段t1中累加的第一估计值SOCI的梯度的绝对值应当加大,所以将常数k’设定为满足k’<1的关系。因为校正后的第一估计值SOCI变得小于第二估计值SOCOCV是不利的,所以将常数k’设定为大于通过将第二估计值SOCOCV除以第一估计值SOCI而获得的值的值。
接下来,通过时间段t2的高负载再生运行,从电池负载3向二次电池2供应高的电力(电流值I×时间段t2)。因此,第二估计值SOCOCV以根据电流值I的梯度上升。以同样方式,通过第一估计部分14计算的第一估计值SOCI(没有校正的第一估计值)以根据电流值I的梯度上升。为了如上所述使得第一估计值SOCI接近第二估计值SOCOCV(以便逐渐减小其间的差ΔSOC),如图5的实线所示,在充电期间执行用于放慢或减缓第一估计部分14所计算的第一估计值SOCI的容量增加的校正操作。
具体地,当通过第一估计部分14计算的第一估计值SOCI以每单位时间Δi的量增加时,校正部分16所校正的第一估计值SOCI以每单位时间Δi×k的量增加。即,校正部分16通过变化其增加量,校正第一估计部分14所计算的第一估计值SOCI。常数k满足0<k<1的关系。例如,常数k落入从0.1到0.3的范围内(10~30%)。从而,与未校正的第一估计值SOCI相比,校正后的第一估计值SOCI的增加速度变慢(即,校正后的第一估计值SOCI的梯度的绝对值小)。因此,校正后的第一估计值SOCI逼近第二估计值SOCOCV以逐渐改善估计精度。因为校正后的第一估计值SOCI采取以与第二估计值SOCOCV同样的方式的增加行为,所以,即使选择部分17选择第一估计值SOCI,从而剩余容量表指示根据第一估计值SOCI的剩余容量,驾驶者也不会有奇怪的感觉。
在时间段t2,优选地,将校正量限制为使得校正后的第一估计值SOCI的上升梯度大于或等于0,如图6B所示。此外,在上述的校正处理示例中,向累加的第一估计值SOCI加上值Δi×k。然而,根据此实施例,累加的第一估计值SOCI可以乘以常数k’作为第一估计值SOCI的校正处理。因为在时间段t2中累加的第一估计值SOCI的梯度的绝对值应当减小,所以将常数k’设定为满足k’<1的关系。如果将常数k’设定为过小的值,则(当前)校正后的第一估计值SOCI变得小于最近一轮的第一估计值SOCI,从而尽管在充电状态期间,校正后的第一估计值SOCI也随着时间的经过而减小。为了防止此现象,将常数k’设定为大于通过将最近一轮的第一估计值SOCI除以当前轮的第一估计值SOCI而获得的值的值。
接下来,通过时间段t3的低负载功率运行,从二次电池2向电池负载3供应低的电力(电流值I×时间段t3)。因此,第二估计值SOCOCV以根据电流值I的梯度下降。以同样方式,通过第一估计部分14计算的第一估计值SOCI(没有校正的第一估计值)以根据电流值I的梯度下降。为了如上所述使得第一估计值SOCI接近第二估计值SOCOCV(以便逐渐减小其间的差ΔSOC),如图5的实线所示,在放电期间执行用于提升或加速第一估计部分14所计算的第一估计值SOCI的容量减小的校正操作。在时间段t3的校正处理中,与时间段t1的校正处理相比,基于放电的容量减小更加加速。
具体地,当通过第一估计部分14计算的第一估计值SOCI以每单位时间Δi的量减小时,校正部分16所校正的第一估计值SOCI以每单位时间Δi×k的量减小。即,校正部分16通过变化其减小量,校正第一估计部分14所计算的第一估计值SOCI。当时间段t3的常数k以k(t3)表示、并且时间段t1的常数k以k(t1)表示时,满足1<k(t3)和k(t3)>k(t1)的关系。例如,常数k(t3)落入从1.8到2.0的范围内(180~200%)。
从而,与未校正的第一估计值SOCI相比,校正后的第一估计值SOCI的减小速度变快(即,校正后的第一估计值SOCI的梯度的绝对值大)。因此,校正后的第一估计值SOCI逼近第二估计值SOCOCV以逐渐改善估计精度。此外,因为校正后的第一估计值SOCI采取以与第二估计值SOCOCV同样的方式的减小行为,所以,即使选择部分17选择第一估计值SOCI,从而剩余容量表指示根据第一估计值SOCI的剩余容量,驾驶者也不会有奇怪的感觉。因为在时间段t3中电流值相对小,所以电流传感器11的电流累加误差的累加速度相对快。然而,因为在时间段t3通过上述校正操作校正了第一估计值SOCI,所以校正后的第一估计值SOCI逼近第二估计值SOCOCV,即,逼近剩余容量的真实值。
在上述的校正处理示例中,从累加的第一估计值SOCI减去值Δi×k。然而,根据此实施例,累加的第一估计值SOCI可以乘以常数k’作为第一估计值SOCI的校正处理。因为在时间段t3中累加的第一估计值SOCI的梯度的绝对值应当增大,所以将常数k’设定为满足k’<1的关系。因为校正后的第一估计值SOCI变得小于第二估计值SOCOCV是不利的,所以将常数k’设定为大于通过将第二估计值SOCOCV除以第一估计值SOCI而获得的值的值。此外,当时间段t3的常数k’以k’(t3)表示、并且时间段t1的常数k’以k’(t1)表示时,满足k’(t1)<k’(t3)的关系。
接下来,通过时间段t4的低负载再生运行,从电池负载3向二次电池2供应低的电力(电流值I×时间段t4)。因此,第二估计值SOCOCV以根据电流值I的梯度增加。以同样方式,通过第一估计部分14计算的第一估计值SOCI(没有校正的第一估计值)以根据电流值I的梯度增加。为了如上所述使得第一估计值SOCI接近第二估计值SOCOCV(以便逐渐减小其间的差ΔSOC),如图5的实线所示,在充电期间执行用于放慢或减缓第一估计部分14所计算的第一估计值SOCI的容量增加的校正操作。在时间段t4的校正处理中,与时间段t2的校正处理相比,基于充电的容量增加更加缓慢。
具体地,当通过第一估计部分14计算的第一估计值SOCI以每单位时间Δi的量增加时,校正部分16所校正的第一估计值SOCI以每单位时间Δi×k的量增加。即,校正部分16通过变化其增加量,校正第一估计部分14所计算的第一估计值SOCI。当时间段t4的常数k以k(t4)表示、并且时间段t2的常数k以k(t2)表示时,满足0<k(t4)<1和k(t4)>k(t2)的关系。例如,常数k(t4)落入从0.8到1.0的范围内(80~100%)。
从而,与未校正的第一估计值SOCI相比,校正后的第一估计值SOCI的增加速度变慢(即,校正后的第一估计值SOCI的梯度的绝对值小)。因此,校正后的第一估计值SOCI逼近第二估计值SOCOCV以逐渐改善估计精度。因为校正后的第一估计值SOCI采取以与第二估计值SOCOCV同样的方式的增加行为,所以,即使选择部分17选择第一估计值SOCI,从而剩余容量表指示根据第一估计值SOCI的剩余容量,驾驶者也不会有奇怪的感觉。因为在时间段t4中电流值相对小,所以电流传感器11的电流累加误差的累加速度相对快。然而,因为在时间段t4通过上述校正操作校正了第一估计值SOCI,所以校正后的第一估计值SOCI逼近第二估计值SOCOCV,即,逼近剩余容量的真实值。
在上述的校正处理示例中,向累加的第一估计值SOCI加上值Δi×k。然而,根据此实施例,累加的第一估计值SOCI可以乘以常数k’作为第一估计值SOCI的校正处理。因为在时间段t4中累加的第一估计值SOCI的梯度的绝对值应当减小,所以将常数k’设定为满足k’<1的关系。如果将常数k’设定为过小的值,则(当前)校正后的第一估计值SOCI变得小于最近一轮的第一估计值SOCI,从而尽管在充电状态期间,校正后的第一估计值SOCI也随着时间的经过而减小。为了防止此现象,将常数k’设定为大于通过将最近一轮的第一估计值SOCI除以当前轮的第一估计值SOCI而获得的值的值。此外,当时间段t4的常数k’以k’(t4)表示、并且时间段t2的常数k’以k’(t2)表示时,满足k’(t4)<k’(t2)的关系。
接下来,通过时间段t5的极低负载的功率运行,从二次电池2向电池负载3供应极低的电力(电流值I×时间段t5)。因此,第二估计值SOCOCV以根据电流值I的梯度下降。以同样方式,通过第一估计部分14计算的第一估计值SOCI(没有校正的第一估计值)以根据电流值I的梯度下降。
在电流值的绝对值小于预定阈值Ib的情况下,电流传感器11的检测误差有可能大,从而难以在充电状态与放电状态之间进行判断。因此,在时间段t5,为了使得第一估计值SOCI接近第二估计值SOCOCV(以便逐渐减小其间的差ΔSOC),以预定持续时间的周期从通过第一估计部分14所计算的第一估计值SOCI中减去预定的固定值。从而,校正后的第一估计值SOCI以恒定速度逼近第二估计值SOCOCV,以逐渐改善估计精度。
如上所述,根据此实施例的容量估计装置1,为了使得通过电流累加方法获得的第一估计值接近通过开路电压方法获得的第二估计值,当电流值的检测误差相对小时,将第一估计值校正到相对小的程度,另一方面,当电流值的检测误差相对大时,将第一估计值校正到相对大的程度。从而,在充电期间增加第一估计值,而在放电期间减小第一估计值。因此,作为有利的效果,可以减轻或减缓驾驶者对于估计值的行为而产生的奇怪的感觉。
此外,根据此实施例中的容量估计装置1,如上所述,当电流值的检测误差相对小时,将第一估计值校正到相对小的程度,另一方面,当电流值的检测误差相对大时,将第一估计值校正到相对大的程度。因此,可以使得第一估计值更迅速地接近第二估计值,而没有奇怪的感觉。
应注意,电流传感器11对应于根据本发明的电流检测部分(或部件),电压传感器12对应于根据本发明的电压检测部分(或部件),第一估计部分14对应于根据本发明的第一估计部分(或部件),第二估计部分15对应于根据本发明的第二估计部分(或部件),并且校正部分16对应于根据本发明的校正部分(或部件)。
Claims (15)
1.一种用于二次电池的容量估计装置,包括:
电流检测部分,配置为检测二次电池中流动的电流的值;
电压检测部分,配置为检测二次电池的电压值;
第一估计部分,配置为基于电流检测部分所检测的电流值的累加值,计算二次电池的剩余容量的第一估计值;以及
第二估计部分,配置为基于电压检测部分所检测的电压值,计算二次电池的剩余容量的第二估计值;
其中,第一估计部分配置为计算第一估计值与第二估计值之间的差,并且通过校正累加值来校正第一估计值以逐渐减小所述差。
2.如权利要求1所述的容量估计装置,其中,第一估计部分配置为在二次电池的放电状态期间当第一估计值小于第二估计值时、或在二次电池的充电状态期间当第一估计值大于第二估计值时,通过将累加值乘以大于0并小于1的第一常数来校正第一估计值,其中,第一估计部分配置为在二次电池的充电状态期间当第一估计值小于第二估计值时、或在二次电池的放电状态期间当第一估计值大于第二估计值时,通过将累加值乘以大于1的第二常数来校正第一估计值。
3.如权利要求2所述的容量估计装置,其中,第一常数和第二常数根据电流检测部分所检测的电流值的大小而设定。
4.如权利要求1至3中的任一所述的容量估计装置,其中,第一估计部分配置为在第一估计值与第二估计值之间的差的绝对值小于预定差值时,维持第一估计值而不校正第一估计值。
5.如权利要求1至4中的任一所述的容量估计装置,其中,当在二次电池的充电或放电状态相同、第一估计值与第二估计值之间的大小关系相同、并且电流值的绝对值大于或等于预定值的状态下比较时,第一估计部分配置为随着电流值的绝对值变小而将第一估计值的校正量设定为大,并且随着电流值的绝对值变大而将第一估计值的校正量设定为小。
6.如权利要求5所述的容量估计装置,其中,第一估计部分配置为在电流值的绝对值小于预定值时,将第一估计值的校正量设定为预定的固定量。
7.如权利要求5和6之一所述的容量估计装置,其中,第一估计部分配置为在电流值的绝对值大于或等于预定值时,随着电流值的绝对值变小使关于第一估计部分的校正量的百分比更接近100%。
8.如权利要求1至7中之一所述的容量估计装置,其中,第一估计部分配置为在二次电池的放电状态期间第一估计值小于第二估计值时,限制第一估计值的校正以便不增加第一估计值,其中,第一估计部分配置为在二次电池的充电状态期间第一估计值大于第二估计值时,限制第一估计值的校正以便不减小第一估计值。
9.一种用于二次电池的容量估计装置,包括:
电流检测部分,配置为检测二次电池中流动的电流的值;
电压检测部分,配置为检测二次电池的电压值;
第一估计部分,配置为基于电流检测部分所检测的电流值的累加值,计算二次电池的剩余容量的第一估计值;
第二估计部分,配置为基于电压检测部分所检测的电压值,计算二次电池的剩余容量的第二估计值;以及
校正部分,配置为计算第一估计值与第二估计值之间的差,并且校正第一估计值以逐渐减小所述差。
10.如权利要求9所述的容量估计装置,其中,校正部分配置为在二次电池的放电状态期间当第一估计值小于第二估计值时,通过将第一估计值乘以第三常数来校正第一估计值,所述第三常数大于1并小于通过将之前校正的第一估计值除以基于之前校正的第一估计值而在当前计算的第一估计值而获得的值;
其中,所述校正部分配置为在二次电池的充电状态期间当第一估计值小于第二估计值时,通过将第一估计值乘以第四常数来校正第一估计值,所述第四常数大于1并小于通过将第二估计值除以第一估计值而获得的值;
其中,所述校正部分配置为在二次电池的放电状态期间当第一估计值大于第二估计值时,通过将第一估计值乘以第五常数来校正第一估计值,所述第五常数小于1并大于通过将第二估计值除以第一估计值而获得的值;
其中,所述校正部分配置为在二次电池的充电状态期间当第一估计值大于第二估计值时,通过将第一估计值乘以第六常数来校正第一估计值,所述第六常数小于1并大于通过将之前校正的第一估计值除以基于之前校正的第一估计值而在当前计算的第一估计值而获得的值。
11.如权利要求10所述的容量估计装置,其中,第三常数至第六常数根据电流检测部分所检测的电流值的大小而设定。
12.如权利要求1至8中的任一所述的容量估计装置,其中,在从二次电池的充电和放电两者都被禁止时起的预定时间间隔内二次电池的充电或放电被准许的情况下,第一估计部分配置为通过校正累加值以逐渐减小所述差来校正第一估计值,并且配置为输出校正后的第一估计值。
13.如权利要求12所述的容量估计装置,其中,在从二次电池的充电和放电两者都被禁止时起经过所述预定时间间隔之后二次电池的充电或放电被准许的情况下,第二估计部分配置为基于电压检测部分所检测的电压值来计算第二估计值,并且第一估计部分配置为校正第一估计值以变为等于第二估计值。
14.如权利要求9至11中的任一所述的容量估计装置,在从二次电池的充电和放电两者都被禁止时起的预定时间间隔内二次电池的充电或放电被准许的情况下,校正部分配置为校正第一估计值以逐渐减小所述差,并配置为输出校正后的第一估计值。
15.如权利要求14所述的容量估计装置,其中,在从二次电池的充电和放电两者都被禁止时起经过所述预定时间间隔之后二次电池的充电或放电被准许的情况下,第二估计部分配置为基于电压检测部分所检测的电压值来计算第二估计值,并且校正部分配置为校正第一估计值以变为等于第二估计值。
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