CN110383095B - 评价装置、蓄电系统、评价方法以及计算机程序 - Google Patents
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Abstract
一种评价装置、蓄电系统、评价方法以及计算机程序。不使蓄电系统的功能停止地进行其功能的劣化评价。作为本发明的实施方式的评价装置具备特征量算出部和劣化评价部。所述特征量算出部基于从按照充放电指令值进行充放电控制的蓄电装置测定的电压值,算出所述蓄电装置的特征量。所述劣化评价部根据所述充放电指令值的分布与基准分布的差分,导出所述蓄电装置的劣化状态的评价函数,基于所导出的评价函数和所算出的所述特征量,评价所述蓄电装置的劣化状态。
Description
技术领域
本发明的实施方式涉及评价装置、蓄电系统、评价方法以及计算机程序。
背景技术
蓄电系统(ESS:Energy Storage System)具备充放电功能,为了电力系统供给的电力的稳定、电力系统中的频率变动的抑制等电力质量的提高而被使用。另外,蓄电系统也为了需求者的峰值(peek)使用量的削减而被使用。期待着这样的蓄电系统在今后市场的扩大。
蓄电系统在电力系统的电力质量提高的用途中,基本上24小时/365日运转。因此,在进行蓄电系统的劣化评价的情况下,希望不使蓄电系统的功能停止而进行该劣化评价。现状的主流是基于充放电历史记录进行劣化推定。然而,在当前时间点,仅存在短期间的充放电历史记录,跨越20年这样的长期间的运转下的状态评价尚未实现。另外,虽然存在通过蓄电系统的监控(monitoring)以及远程监视进行劣化推定的方法,但是该方法也尚未实现。在车载用途和/或配电侧用途的蓄电系统中,由于能够使运转中的蓄电系统停止,所以通过使蓄电系统停止进行充放电试验,能够进行精密的劣化评价。然而,在电力系统中的电力质量提高的用途的蓄电系统中,由于无法停止运转中的蓄电系统,所以该方法并不现实。
现有技术文献
专利文献1:日本专利第6134438号
发明内容
发明要解决的问题
本发明的实施方式的目的在于,不使蓄电系统的功能停止而进行该蓄电系统的劣化评价。
用于解决问题的技术方案
作为本发明的实施方式的评价装置具备特征量算出部和劣化评价部。所述特征量算出部基于从按照充放电指令值进行充放电控制的蓄电装置测定的电压值,算出所述蓄电装置的特征量。所述劣化评价部根据所述充放电指令值的分布与基准分布的差分,导出所述蓄电装置的劣化状态的评价函数,基于所导出的评价函数和所算出的所述特征量,评价所述蓄电装置的劣化状态。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的蓄电系统的图。
图2是表示蓄电池的构成例的图。
图3是表示电池组件(module)的构成的一例的图。
图4是表示评价部的构成的框图。
图5是表示充放电指令值数据、电压数据以及电流数据的图例的图。
图6是表示充电量数据以及温度数据的图例的图。
图7是表示QV数据例的图。
图8是表示电压分布及其统计信息例的图。
图9是表示对象指令值分布例的图。
图10是表示参照数据库的数据例的图。
图11是表示3个基准分布以及它们的统计信息例的图。
图12是表示基准分布所对应的评价函数的具体例的图。
图13是表示所导出的评价函数例的图。
图14是表示劣化状态评价画面例的图。
图15是表示本发明的实施方式的蓄电系统的动作的流程的图。
图16是表示蓄电池评价部的其他构成例的框图。
图17是表示本发明的实施方式的硬件构成例的图。
标号说明
101:蓄电系统
114:蓄电池评价部
150:信息取得部
151:信息存储部
152:电池状态存储部
153:参照数据库
154:QV数据生成部
155:特征量算出部
156:劣化评价部
157:评价函数导出部
158:SoH算出部
159:维护计划部
111:充放电控制部
112:AC/DC变换器
113:蓄电池
201:SCADA
202:ESS监视系统
204:电力系统
203:变压器
具体实施方式
以下,参照附图,说明本发明的实施方式。
在图1中示出本发明的实施方式的蓄电系统(ESS:Energy Storage System)101。蓄电系统101具备:充放电控制部111、AC/DC变换器112、蓄电池113、本实施方式的蓄电评价装置所对应的蓄电池评价部114。蓄电系统101具有如下功能,即,根据来自SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition:监控和数据采集)201的充放电指令值(电力指令值),进行对电力系统的充放电。另外,蓄电系统101具有如下功能,即,进行蓄电池113的劣化评价,生成表示蓄电池113的状态的ESS状态信息,将所生成的ESS状态信息向ESS监视系统202通知。
蓄电系统101经由变压器203与电力系统204连接。变压器203将从电力系统204发送的电力的电压进行变换,将变换后的电压的电力向蓄电系统101供给。另外变压器203将从蓄电系统101放电的电力变换为电力系统204用的电压,将变换后的电力向电力系统204供给。
蓄电系统101经由通信网络与SCADA201连接。SCADA201将存在于地域内的各种各样的蓄电系统(ESS)101当作1个大型ESS,按预先确定的时间向大型ESS中的各个ESS发送指示了充放电电力的充放电指令值(电力指令值)。由此,控制各个ESS的充放电。充放电指令值包含充电的指令值以及放电的指令值这两方、或这两方中的至少一方。图1中的蓄电系统101相当于地域内存在的各种各样的ESS中的1个。SCADA201基于来自电力公司的中央给电指令所等上位的能源管理系统的指令、或来自配电侧的能源管理系统(Energy ManagementSystem)的指令、或上述指令这两方等,控制各个ESS的充放电。
蓄电系统101经由通信网络,与ESS监视系统202连接。ESS监视系统202基于从蓄电系统101提供的ESS状态信息,监视蓄电系统101。ESS监视系统202基于监视生成画面数据,将所生成的画面数据显示于显示器。监视员通过参照显示于显示器的画面,把握成为监视对象的ESS的状态。ESS监视系统202也可以根据监视结果,或根据监视员的指令,控制ESS的动作。
蓄电系统101以及ESS监视系统202间的通信网络、以及SCADA201以及蓄电系统101间的通信网络既可以是相同的网络,也可以是不同的网络。通信网络也可以是无线网络、有线网络、或它们的混合。通信协议可以是对SCADA201或ESS101独自确定的协议,可以是通用的协议,也可以是将通用的协议作为基础(base)的协议。
蓄电系统101的充放电控制部111每一定时间从SCADA201接收充放电指令值。充放电控制部111基于接收到充放电指令值,生成对AC/DC变换器112的充电或放电的命令(充放电命令)。充放电控制部111将所生成的充放电命令向AC/DC变换器112发送。在AC/DC变换器112能够直接(就那样地)解释充放电指令值的情况下,充放电控制部111也可以将接收到的充放电指令值直接发送。另外,充放电控制部111将接收到的充放电指令值向蓄电池评价部114发送。此时,充放电控制部111也可以将该充放电指令值变换为蓄电池评价部114能够解释的形式,将变换后的充放电指令值向蓄电池评价部114发送。
AC/DC变换器112具有将电力系统204侧的交流电力和蓄电池113侧的直流电力进行双向变换的功能。AC/DC变换器112可以包含单一的AC/DC转换器,也可以将AC/DC转换器、DC/DC转换器、AC/AC转换器中的2种类以上的转换器任意地连接。例如,可以将AC/DC转换器和DC/DC转换器直接连接,可以将AC/AC转换器和AC/DC转换器直接连接,也可以将AC/AC转换器、AC/DC转换器和DC/DC转换器按照该顺序串联连接。AC/DC变换器112根据来自充放电控制部111的充放电命令,执行对蓄电池113的充放电。
蓄电池113是能够对电能进行充电以及放电的蓄电池。蓄电池113具备例如1个以上的电池板。各电池板作为一例而具备1个以上的电池组件和1个BMU(Battery ManagementUnit:电池管理部)。各电池组件具备多个单位电池(cell)。各电池组件也可以具备1个CMU(Cell Monitoring Unit:单元电池监视部)。各电池板具备的电池组件的数量可以相同也可以不同。各电池组件具备的单元电池的数量可以相同也可以不同。另外,各电池板以及各电池组件具备的BMU以及CMU也可以是多个。
蓄电池113根据来自AC/DC变换器112的放电指示,将蓄积于单元电池组的电力向AC/DC变换器112放电。另外,蓄电池113按照来自AC/DC变换器112的充电指示,将电力充入单元电池组。充入的电力是通过AC/DC变换器112被变换为直流的电力。单元电池、电池组件、电池板以及蓄电池各自均是将电能蓄积于内部的蓄电装置的一个方式。在本实施方式中,将任意的蓄电装置作为劣化评价的对象。作为劣化评价的对象的蓄电装置可以是单元电池、电池组件、电池板以及蓄电池中的任一个。在以下的说明中,假设蓄电池113来作为蓄电装置。
图2是表示蓄电池113的构成例的图。多个电池板11并联连接。并联连接而成的电池板11构成电池阵列。各电池板11具备多个电池组件12。多个电池组件12串联连接。另外,各电池板11具备BMU13。
图2的构成是一例,也可以是其他构成。例如,多个电池组件12也可以并联或串并联。另外,多个电池板11也可以串联或串并联连接。电池板11也可以具备相对于蓄电池评价部114收发信息的通信部。作为一例,该通信部可以设置于电池板11的BMU13。另外,通信部也可以配置于ESS的电池板11以外的部位。
图3是表示电池组件12的构成的一例的图。电池组件12具备多个单元电池14。多个单元电池14串并联连接。图3的构成是一例,也可以是其他构成。例如,多个单元电池14也可以仅串联连接,也可以仅并联连接。电池组件12也可以具备CMU。单元电池14是能够充放电的2次电池。作为2次电池的例子,可以列举锂离子电池、锂离子聚合体电池、铅蓄电池、镍铬电池、镍氢电池等。
对各单元电池配置有测定电压、电流、温度等参数的测定部(未图示)。同样地,对各电池组件12配置有测定电池组件的电压、电流、温度等参数的测定部(未图示)。另外,对各电池板配置有测定电池板的电压、电流、温度等参数的测定部(未图示)。另外,对阵列(蓄电池113)配置有测定蓄电池113的电压、电流、温度等参数的测定部(未图示)。在此,虽然对单元电池、电池组件、电池板、以及蓄电池113的全部配置有测定电压、电流、温度等的测定部,但是也可以仅对它们中的一部分配置。另外,也可以不对全部单元电池,而仅对一部分单元电池配置测定部。对电池组件或电池板也同样如此。另外,测定部也可以测定例如湿度等电压、电流、温度以外的参数。
蓄电池113将与成为评价对象的蓄电装置(在此假设为蓄电池113)相关的电池信息向蓄电池评价部114送出。电池信息包含通过测定部对成为评价对象的蓄电池测定得到的参数(电压、电流、温度等)。
蓄电池113也可以具备备件的单元电池、备件的电池组件或备件的电池板。该情况下,在产生了故障的单元电池、故障的电池组件或故障的电池板的情况下,可以使得将该发生了故障的单元电池、发生了故障的电池组件、或发生了故障的电池板更换为备件的单元电池、备件的电池组件或备件的电池板。
蓄电池评价部114从蓄电池113领取电池信息。另外,蓄电池评价部114从充放电控制部111领取充放电指令值。蓄电池评价部114基于领取到的蓄电池的电池信息和领取到的充放电指令值,评价评价对象的蓄电池的劣化状态。蓄电池评价部114将与蓄电池的劣化状态相关的ESS状态信息向ESS监视系统202发送。
图4是表示蓄电池评价部114的构成的框图。蓄电池评价部114具备信息取得部150、信息存储部151、电池状态存储部152、QV数据生成部154、特征量算出部155、以及劣化评价部156。电池状态存储部152具备参照数据库(DB)153。劣化评价部156具备评价函数导出部157、SoH算出部158、以及维护计划部159。
信息取得部150与蓄电池113电连接,从蓄电池113领取电池信息(电流、电压、温度等)。信息存储部151将通过信息取得部150取得的电池信息存储于内部。也可以对电池信息附加时刻信息。或者,信息取得部150也可以从计时的时钟取得时刻信息,对领取到的电池信息关联该时刻信息并存储。信息取得部150也可以对电池信息的电流值进行积分而生成表示蓄电池的充电量(蓄积于蓄电池的电荷量)的数据。作为一例,充电量能够通过SOC(State of Charge:充电状态)表示为电荷量相对于蓄电池的容量的比例。
另外,信息取得部150从充放电控制部111取得充放电指令值。信息存储部151将通过信息取得部150取得的充放电指令值存储于内部。也可以对充放电指令值附加时刻信息。或者,信息取得部150也可以从计时的时钟取得时刻信息,对领取到的充放电指令值关联该时刻信息而存储。
使用图5以及图6,示出存储于信息存储部151的数据的具体例。
图5(A)示出根据时间表示充放电指令值的图。大于0的值是放电指令值,小于0的值是充电指令值。
图5(B)示出根据时间表示电池信息中的电压值的图。
图5(C)示出根据时间表示电池信息中的电流值的图。大于0的值表示放电电流,小于0的值表示充电电流。
图6(A)示出根据时间表示蓄电池的充电量的图。在此用SOC(State Of Charge:充电状态)表示充电量。SOC的单位设为%。此外,可以在充电量为0的情况下设为0%,将规定容量(由规格确定的容量)的充电量设为100%,也可以将预先确定的范围的下限确定为0%,将上限设为100%等。该图能够通过对从充放电开始时的充电量起被充放电的电流进行累积(积分)而得到。
图6(B)示出根据时间表示蓄电池的温度的温度数据的图。
温度可以是从充放电开始时起的温度的平均值、或者到一定时间前的温度的平均值。
也可以从蓄电池113或充放电控制部111取得图5以及图6所示的以外的数据。
QV数据生成部154基于信息存储部151所存储的信息,生成包含充电量与电压的多个对应数据的QV数据。也有时将充电量与电压的关系称为Q-V特性。对应数据例如通过将充电量(参照图6(A))与电压(图5(B))一一对应而得到。通过按电池信息的样本(sample)取得对应数据,得到多个对应数据。在图7(A)中示出将多个对应数据绘制于将充电量(Q)和电压(V)作为轴的坐标系上而得到的QV数据的图例。充电量通过SOC(%)表示。图7(B)是在图7(A)的图上设定了预定的充电量范围(评价范围)191而得到的图。预定的充电量范围191在该例中是大于69且小于71的范围。能够基于与预定的充电量范围191的电压的偏差相关的特征量(劣化特征量),评价蓄电池的劣化状态。其理由将在后面说明。
特征量算出部155根据通过QV数据生成部154生成的QV数据中、属于预定的充电量范围的对应数据(Q、V)求出电压值与频度的分布。具体而言,在图7(B)中,根据属于预定的充电量范围191的对应数据求出电压值与频度的分布。将求出的分布称为电压分布(V分布)。作为电压分布的例子,例如存在横轴是电压[V]、纵轴是频度(度数)的直方图。另外,特征量算出部155计算所求出的电压分布的平均值以及标准偏差等的统计信息。
在图8中示出根据QV数据中、属于预定的充电量范围191(参照图7(B))的对应数据而生成的V分布及其统计信息的例子。图中的曲线是与该直方图近似的正态分布,也可以说该电压分布具有正态性。平均值是Vμ、标准偏差是Vσ、样本数(数据数)是nV。
特征量算出部155基于电压分布或统计信息,算出蓄电池的劣化特征量。劣化特征量只要是表现电压的偏差的值则可以是任何值。作为一例,存在标准偏差或方差。特征量算出部155将所算出的劣化特征量的数据向劣化评价部156提供。
劣化评价部156基于通过特征量算出部155算出的劣化特征量,评价蓄电池的劣化状态(State of Health:SoH)。为此,使用蓄电池的劣化状态的评价函数。评价函数由评价函数导出部157导出。
评价函数包含被分配劣化特征量的变量和相对于变量的系数。评价函数也可以包含常数项。以下,常数项也称为系数。评价函数的形式,作为一例,存在一次函数或者n(n是2以上的整数)次函数,但是并不限制为确定的形式。在以后的说明中,作为评价函数,假设一次函数y=a×x+b。该情况下,a以及b表示系数、x表示被分配劣化特征量的变量(输入变量)、y表示分配劣化状态值的变量(输出变量)。作为表示劣化状态的指标,例如,能够使用该蓄电池的当前的容量相对于初期容量之比(当前的容量/初期容量)、内部电阻的值、或该其他种类的值。
评价函数导出部157确定信息存储部151所存储的充放电指令值中、属于预定的充电量范围191的充放电指令值,生成表示所确定出的充放电指令值与频度的关系的指令值分布(对象指令值分布)。属于预定的充电量范围191的充放电指令值是指,作为该充放电指令值的充放电控制的结果的蓄电池113的充电量成为存在于该预定的充电量范围内时的该充放电指令值。
在图9中示出评价函数导出部157所生成的对象指令值分布例。横轴是充放电指令值、纵轴是频度(度数)。作为一例,比0大的值的充放电指令值是放电指示,比0小的值的充放电指令值是充电指示。图中的曲线是与该直方图近似的正态分布,也可以说该直方图具有正态性。
评价函数导出部157基于对象指令值分布,计算统计信息。作为统计信息的例,存在平均值、标准偏差、数据数等。根据对象指令值分布计算出的平均值μB、标准偏差σB、数据数nB在图9中示出。
电池状态存储部152保存着参照数据库153。参照数据库153对充放电指令值的多个基准分布,针对多个温度而保持有评价函数的系数(参照后述的图10)。也就是说,按照基准分布和温度的组,登记有评价函数的系数。评价函数的形式被事先决定。在以后的说明中,也有时将向参照数据库153登记有评价函数的系数这一情况表现为登记有评价函数。按照基准分布和温度的组的评价函数通过事先测定而作成,登记于参照数据库153。
在此,针对能够根据与属于预定的充电量范围的电压值的偏差相关的劣化特征量(标准偏差等),评价蓄电池(电池单元、电池组件、电池板的情况也同样如此)的劣化状态的理由、以及评价函数的导出方法进行说明。
根据执行的充放电指令值,相对于蓄电池输入或输出的电流不同。另外,蓄电池的内部电阻根据输入或输出的电流而变化。因此,正如根据之前示出的图7(A)也可理解的那样,充电量与电压的关系并不一定(在一次直线上)。另外,依存于蓄电池的种类(型号或材料等)以及劣化状态,在充电量与电压的关系(QV特性)中,存在电压的偏差显著呈现的充电量范围。进而在该范围内,所测定的电压也会根据输入或输出的电流(根据所执行的充放电指令值),或者根据此时的充电量(SOC)而发生变化。
因此,对多个劣化状态的蓄电池(同种类的蓄电池),使用多个模式的充放电指令值组,且以多个温度进行充放电。由此,按照模式以及温度的组取得多个劣化状态所对应的多个QV数据。而且,在QV数据中共同确定电压的偏差根据劣化状态而大大变化的充电量范围。此时,通过将充电量范围确定为狭窄的范围,能够在该充电量范围内吸收执行充放电指令值时的蓄电池的充电量(SOC)的彼此差异。而且,按照模式以及温度的组,在该充电量范围内导出根据表示电压的偏差的劣化特征量算出劣化状态的评价函数(劣化评价数据)。将各模式的充放电指示组中、属于该充电量范围的充放电指令值设为基准指令值分布。由此,按照基准指令值分布以及温度的组,能够导出评价函数。这样一来将导出的评价函数的系数向参照数据库153登记。
在图10示出参照数据库153的一例。对于基准分布1、基准分布2、基准分布3,按照3个温度T(24.0℃、36.0℃、40.0℃),保持有评价函数的系数a以及系数b。另外,保持有各基准分布的统计信息(在此为标准偏差、平均值、数据数)。评价函数设为y=a×x+b。基准分布1~3是各自不同的模式的充放电指令值分布,在图11中示出基准分布1~3的例子。基准分布1的标准偏差σ1最小,基准分布的标准偏差σ2第二大,基准分布3的标准偏差σ3最大。μ1、μ2、μ3是基准分布1、2、3各自的平均值。n1、n2、n3是基准分布1、2、3各自的数据数。在图10中,登记有3个温度,但是也可以登记更多的温度。另外,相邻的温度的间隔在图10中是12.0以及4,但是也可以是1℃间隔、2℃间隔等更小的间隔。
在图12中示出了对基准分布1~3,针对温度24.0℃、36.0℃导出的评价函数的例子。横轴是劣化特征量,纵轴是劣化状态值(SoH)。评价函数是一次函数。在相同温度下,按基准分布1、2、3的顺序,截距(变量b)的值变大。另外,在相同的基准分布中,温度越低,则倾斜度(变量a)的值越小(绝对值大)。在此仅比较2个温度,但是在3个以上的情况下也能观察到同样的倾向。因此,对于没有算出的温度以及基准分布,通过内插(插值)或外插,也能够推定评价函数(系数a、系数b)。
评价函数导出部157基于由特征量算出部算出的劣化特征量(在此为标准偏差)、对象指令值分布的标准偏差σB、成为评价对象的蓄电池的代表温度,算出在蓄电池的劣化评价中使用的评价函数的系数a以及系数b。具体而言,基于对象指令值分布与1个以上的基准分布的差分,通过进行对该基准分布的系数a以及系数b的内插(插值)或外插,导出在劣化评价中使用的评价函数的系数a以及系数b。以下,示出导出系数a以及系数b的具体例。将导出的系数a以及系数b的值分别表示为A以及B。
(第1导出例)假设对象指令值分布的标准偏差σB比基准分布1的标准偏差σ1大且比基准分布2的标准偏差σ2小的情况。该情况下,选择比标准偏差σB小且最接近的标准偏差σ1的基准分布1和比标准偏差σB大且最接近的标准偏差σ2的基准分布2。另外,蓄电池的代表温度设为24.0℃。蓄电池的代表温度,作为一例,是成为评价对象的期间的平均温度。或者,也可以是得到属于预定的充电量范围191的电压时的温度的平均值。
通过对基准分布1以及温度24.0℃的组所对应的系数a以及系数b的值(A1-1、B1-1)、和基准分布2以及温度24.0℃的组所对应的系数a以及系数b的值(A2-1、B2-1)进行内插(插值),导出在劣化评价中使用的评价函数的系数a以及系数b。以下示出计算例。
系数a的值A=[(σB-σ1)/(σ2―σ1)](A2-1-A1-1)+A1-1
系数b的值B=[(σB-σ1)/(σ2―σ1)](B2-1-B1-1)+B1-1
(第2导出例)在第1导出例中,考虑蓄电池的代表温度没有被登记于参照数据库的情况。与第1导出例同样地,设为对象指令值分布的标准偏差σB比σ1大且比σ2小。但是,设为蓄电池的代表温度为30.0℃。选择温度比30.0℃小且最接近的温度24.0℃和温度比30.0℃大且最接近的温度36.0℃。
该情况下,首先,针对基准分布1,通过内插求出温度30.0℃所对应的系数a以及系数b的值(设为A1-4、B1-4)。
A1-4=[(30-24)/(36―24)](A1-2-A1-1)+A1-1
B1-4=[(30-24)/(36―24)](B1-2-B1-1)+B1-1
同样地,针对基准分布2,通过内插求出温度30.0℃所对应的系数a以及系数b的值(设为A2-4、B2-4)。
A2-4=[(30-24)/(36―24)](A2-2-A2-1)+A2-1
B2-4=[(30-24)/(36―24)](B2-2-B2-1)+B2-1
之后,利用与第1导出例同样的方法,导出在劣化评价中使用的评价函数的系数a以及系数b。以下示出计算例。
系数a的值A=[(σB-σ1)/(σ2―σ1)](A2-4-A1-4)+A1-4
系数b的值B=[(σB-σ1)/(σ2―σ1)](B2-4-B1-4)+B1-4
(第3导出例)在第1导出例以及第2导出例中使用了内插(插值),在温度比24.0小的情况或比40.0℃大的情况下,使用外插即可。作为一例,将温度24.0℃、36.0℃、40.0℃下的系数a的值映射在以温度和系数a为轴的坐标系上,求出温度与系数a的近似函数。近似函数的图也可以是近似直线或近似曲线。通过向求出的近似函数输入蓄电池的代表温度(在此设为比24.0℃低的温度或比40.0℃高的温度),求出代表温度下的系数a。求出系数b的方法也同样。利用该方法,对于上述的确定出的2个基准分布,求出代表温度下的系数a以及系数b。之后,与第1例或第2例同样地,使用内插即可。
(第4导出例)在对象指令值分布的标准偏差比σ1小的情况下,或比σ3大的情况下,也与第3导出例同样,使用外插即可。例如,将标准偏差σ1、σ2、σ3中的温度T(24.0、36.0或40.0)下的系数a的值映射到以标准偏差和系数a为轴的坐标系上,求出标准偏差与系数a的近似函数(近似直线或近似曲线)。通过向所求出的近似函数输入对象指令值分布的标准偏差(标准偏差比σ1小的情况或为σ3),能够求出在劣化评价中使用的评价函数的系数a。求出系数b的方法也同样。
在此说明的内插以及外插的方法只不过是一例,也可以使用其他方法。另外,作为对象指令值分布与基准分布之差,使用了标准偏差之差,但是也可以追加使用平均值之差。例如也可以对在上述的实施方式中导出的系数乘以与平均值的差分相应的值。
评价函数导出部157生成设定了所算出的系数的值而得到的评价函数,将所生成的评价函数的数据向SoH算出部158发送。若评价函数为y=ax+b、所算出的系数a以及系数b的值为A以及B,则将y=A×x+B的函数向SoH算出部158发送。此外,也可以向SoH算出部158仅通知A以及B,函数的形式也可以由SoH算出部158保持。
SoH算出部158基于由特征量算出部155算出的劣化特征量和由评价函数导出部157导出的评价函数,评价蓄电池的劣化状态(SoH)。
在图13中示出所导出的评价函数例。该评价函数将劣化特征量与SoH进行关联。横轴是劣化特征量,纵轴是SoH。SoH在此为当前的容量/初期容量的百分比。评价函数表现为函数Y=f(Vσ69-71)。函数的输出Y表示SoH值。Vσ69-71表示预定的充电量范围(在此为比69大且小于71的范围)中的电压的标准偏差。由于由特征量算出部155算出的标准偏差是Vσ,所以通过Y=f(Vσ)能够计算劣化状态值Y1。
维护计划部159基于由SoH算出部158计算出的蓄电池的劣化状态、或信息存储部151以及电池状态存储部152所存储的信息、或上述这两方,生成与蓄电池的劣化状态相关的信息(ESS状态信息)。维护计划部159将ESS状态信息经由通信网络向ESS监视系统202发送。
维护计划部159也可以基于蓄电池的劣化状态,判断蓄电池的可否运转,将与判断结果相应的消息作为ESS状态信息而向ESS监视系统202发送。例如利用阈值A以及阈值B将劣化状态的值的范围分隔为3个,得到阈值A以下的范围1、比阈值A大且阈值B以下的范围2、阈值B以上的范围3。
在蓄电池的劣化状态属于范围1的情况下,判断为在此以上的蓄电池不可运转(即,蓄电池迎来了寿命)。该情况下,维护计划部159也可以将故障警告(alarm)的消息向ESS监视系统202通知。
在劣化状态属于范围2的情况下,维护计划部159判断为虽然蓄电池尚且能够运转,但是需要维护。该情况下,维护计划部159也可以将维护呼叫(maintenance call)的消息向ESS监视系统202通知。
维护计划部159在劣化状态属于范围3的情况下,判断为蓄电池正常,且今后也能够运转。该情况下,维护计划部159也可以将蓄电池113正常(无故障,尚无维护的必要)之意的消息向ESS监视系统202通知。或者也可以不进行这样的通知。
维护计划部159也可以通过多次劣化评价算出多个劣化状态,利用这些劣化状态的平均值、中央值、最大值或最小值,判断可否运转。
维护计划部159也可以将充放电指令值数据(电力指令值数据)、电压数据、电流数据、充电量数据、温度数据作为ESS状态信息而发送。另外,也可以发送表示上述的预定的充电量范围中的电压的分布的电压分布数据(电压直方图)或与该电压分布近似的正态分布的数据。另外,也可以发送表示属于上述预定的充电量范围的充放电指令值的分布的指令值分布数据、或近似于该指令值分布的正态分布的数据。另外,也可以发送所导出的评价函数。另外也可以发送表示本次测定出的劣化状态的信息。另外,也可以发送QV数据。也可以发送除了在此说明之外的数据。
ESS监视系统202从ESS101接收ESS状态信息,基于ESS状态信息,将用于评价蓄电池的劣化状态的画面(劣化状态评价画面)显示于显示装置。另外,在ESS状态信息包含有可否运转信息时,也可以进行与该可否运转信息相应的动作。例如在可否运转信息表示不可运转的情况下,也可以将故障警告的消息显示于该画面。在蓄电池为能够运转但是需要维护的情况下,也可以将维护呼叫的消息显示于画面。在蓄电池正常的情况下,也可以将通知蓄电池的正常的消息显示于画面。除了向画面的显示以外,还可以经由扬声器输出通知故障警告、维护呼叫或蓄电池的正常的消息声。还可以通过不可运转是红色、能够运转但是需要维护的情况下是黄色、以及蓄电装置正常的情况下为绿色等在画面上显示颜色(例如点灯),通知ESS101的运转状态。
在图14中示出ESS监视系统202的显示装置所显示的劣化状态评价画面401例。在该画面的左侧,与经过时间相应地分别显示有充放电指令值数据(电力指令值数据)、电压数据、电流数据、充电量数据、温度数据。另外,在中央显示有与电压分布近似的正态分布的数据和QV数据。另外在右侧显示有与充放电指令值的分布近似的正态分布的数据和使用了劣化评价的评价函数。管理者通过观察该画面能够监视蓄电池113的状态。在劣化状态评价画面配置有显示各种消息的消息显示部402。将与蓄电池的状态相应的消息显示于消息显示部402。例如在判断为蓄电池不可运转的情况下,显示“蓄电池发生了故障”等故障警告的消息。图中的“····”表现出显示着任意消息的状态。此外,消息也可以以弹出式菜单显示等其他方式显示。
图15是本发明的实施方式的蓄电系统的工作的流程图。本工作在任意的时机或预先确定的时机开始。
蓄电系统的充放电控制部111将从SCADA201接收的充放电指令值变换为充放电命令并向AC/DC变换器112输出。AC/DC变换器112按照该充放电命令,使蓄电池113充放电。蓄电池评价部114取得在充放电时所测定的电压、电流、温度等的电池信息,将所取得的电池信息存储于信息存储部151(301)。
QV数据生成部154基于信息存储部151所存储的电池信息,生成由充电量和电压值的多个对应数据构成的QV数据(302),检查属于预定的充电量范围的对应数据数(样本数)是否为预定值以上(303)。在对应数据数小于预定值的情况下,返回至步骤301。在对应数据数为预定值以上的情况下,特征量算出部155根据上述的预定的充电量范围内的对应数据的电压值,生成作为电压值的分布的电压分布,根据该电压分布,算出与电压值的偏差相关的特征量(劣化特征量)(304)。作为劣化特征量,例如存在标准偏差或方差等。
另一方面,蓄电系统101将从SCADA201接收的充放电指令值蓄积于信息存储部151(306)。评价函数导出部157在信息存储部151所蓄积的充放电指令值中,确定属于预定的充电量范围的充放电指令值,生成所确定的充放电指令值的分布(对象指令值分布)(307)。作为一例,对象指令值分布基于预定值以上的个数的充放电指令值而生成。预定值可以是与步骤303的预定值相同的值,也可以是与其不同的值。
评价函数导出部157算出成为评价对象的蓄电池的温度(代表温度)(305)。代表温度例如可以是评价对象期间的平均温度,可以是在得到了属于预定的充电量范围的对应数据时的温度的平均值,也可以是利用其它其他方法定义出的温度。
评价函数导出部157基于参照数据库153,对对象指令值分布判断是否存在满足指令值条件的评价函数(308)。作为一例,计算对象指令值分布的标准偏差,在具有与计算出的标准偏差相同的值(或者相对于计算出的标准偏差向正方向以及负方向一定的范围)的标准偏差的基准分布(称为等价的基准分布)登记于参照数据库153的情况下,判断为存在满足指令值条件的评价函数(308的是)。具体而言,对于该等价的基准分布且对于多个温度(在图10的例子中为24.0、36.0、40.0℃)而被登记的评价函数属于满足指令值条件的评价函数。或者作为其它方法,使用作为判断2个分布间的等价性的方法之一的二标本t检定(参数化法),针对对象指令值分布判断与基准分布1~3的等价性,在等价的基准分布存在的情况下,判断为满足指令值条件的评价函数存在。具体而言,对于该等价的基准分布按多个温度被登记了的评价函数属于满足指令值条件的评价函数。
评价函数导出部157在满足指令值条件的评价函数不存在的情况下(308的否),通过内插或外插,导出评价函数(309)。确定例如比对象指令值分布的标准偏差小且最接近的标准偏差的基准分布和比对象指令值分布的标准偏差大且最接近的标准偏差的基准分布。针对所确定出的2个基准分布,针对登记于参照数据库153的温度中、比代表温度低且最接近的温度和比代表温度高且最接近的温度的每一个,导出评价函数。针对所确定出的2个基准分布,在与代表温度相同的温度所对应的评价函数存在的情况下,选择与代表温度相同的温度所对应的评价函数即可。
评价函数导出部157判断满足指令值条件的评价函数中、满足温度条件的评价函数是否存在(310)。在满足指令值条件的评价函数中若与代表温度相同的温度所对应的评价函数存在(310的是),则判断为满足温度条件的评价函数存在。该情况下,满足温度条件的评价函数是代表温度所对应的评价函数,将该评价函数决定为在劣化评价中使用的评价函数,进入步骤312。
评价函数导出部157在满足指令值条件的评价函数中、满足温度条件的评价函数不存在的情况下(310),针对等价基准分布根据比代表温度低的温度以及比代表温度高的温度所对应的评价函数,通过内插和/或外插,导出评价函数(S311)。将在步骤311中导出的评价函数作为在劣化评价中使用的评价函数而进入步骤312。
评价函数导出部157,在上述的步骤309中,针对上述确定出的2个基准分布,在针对上述低的温度和高的温度导出了评价函数的情况下,基于代表温度,对所述评价函数的系数进行内插和/或外插,导出在劣化评价中使用的评价函数(311)。之后,进入步骤312。
评价函数导出部157在针对上述确定出的2个基准分布选择了与代表温度相同的温度的评价函数的情况下,通过进行向所选择出的评价函数的内插和/或外插,导出在劣化评价中使用的评价函数即可。之后,进入步骤312。
SoH算出部158基于由评价函数导出部157导出的评价函数和由特征量算出部155算出的劣化特征量,算出蓄电池的劣化状态(SoH)(312)。
维护计划部159基于由SoH算出部158算出的劣化状态,判断蓄电池的运转状态。若可运转,则返回至步骤301。在运转状态为可运转但是在蓄电池的剩余寿命期间内需要维护的情况下,将维护呼叫的消息向ESS监视系统202发送(314)。在预定的结束条件成立了的情况下,也可以结束本处理。作为预定的结束条件,存在经过了预先确定的时间的情况和/或从管理者赋予结束指示等情况。在运转状态为不可运转时,将故障警告的消息向ESS监视系统310发送(315)。
图16是表示蓄电池评价部的其他构成例的框图。追加有更新部160。更新部160进行参照数据DB153的登记以及更新。
作为蓄电池113,准备多个劣化状态的蓄电池。基于预定的充放电指令值,在各个蓄电池进行充放电,生成按蓄电池113的计测数据。信息取得部150从蓄电池113取得该计测数据。更新部160基于计测数据,确定预定的充电量范围,生成基准分布。另外,生成成为基准的评价函数,将所生成的评价函数的系数向参照数据库153登记,或通过该系数更新参照数据库153。此外,预定的充电量范围以及基准分布也可以事先决定。
信息取得部150也可以不取得通过对蓄电池进行实际地充放电而生成的计测数据,而通过使用多个劣化状态所对应的电池响应模型,模拟充放电,取得计测数据。该情况下,信息取得部150通过将预定的充放电指令值作为输入,执行电池响应模型,得到计测数据。之后的处理与上述同样。
信息取得部150也可以经由通信网络从其他服务器等装置(未图示)取得多个劣化状态的蓄电池的计测数据。更新部160使用该计测数据,进行上述同样的处理。
(变形例1)
在上述的实施方式中,仅使用蓄电池的1个代表温度导出评价函数,但是也可以根据评价对象期间的各温度的总时间比率导出评价函数。也即是针对各温度,与代表温度的情况同样地,算出系数,将所算出的系数的值按各温度的时间比率进行加权合计。由此,导出在劣化评价中使用的系数。例如在评价对象期间中存在温度T1、T2、T3,设为:温度T1的合计时间为C1、温度T2的合计时间为C2、温度T3的合计时间为C3。设为:温度T1的时间比率为R1(=C1/(C1+C2+C3)、温度T2的时间比率为R2(=C2/(C1+C2+C3))、温度T3的时间比率为R3(=C3/(C1+C2+C3))。设为,对温度T1算出的系数a的值为AA1、对温度T2算出的系数a的值为AA2、对温度T3算出的系数a的值为AA3。此时,在劣化评价中使用的系数a的值通过AA1×R1+AA2×R2+AA3×R3导出。“×”是乘法运算记号,“+”是加法运算记号。针对在劣化评价中使用的系数b也能够同样地导出。
(变形例2)
在本实施方式中,作为对象指令值分布,使用了属于预定的充电量范围的充放电指令值(电力指令值)的分布,但是也可以使用基于充放电指令值的时间的一次微分值(dP/dt)的分布。该情况下,基准指令值分布也设为例如基于充放电指令值的时间的一次微分的分布即可。在使用一次微分值的分布的情况下,也将此前的说明的充放电指令值读作基于充放电指令值的时间的一次微分值,由此能够使用同样的实施方式。
以上,根据本发明的实施方式,在电力系统204的频率变动抑制等相对于电力系统204输入输出的电流(充放电电流)连续地可变的蓄电系统101中,能够一边使作为频率变动抑制等ESS的功能运转(即不使蓄电系统101停止),一边评价蓄电系统101的电池状态。
另外,根据本发明的实施方式,即使在与事先登记有对象指令值分布的基准分布不同的情况下,也能够导出在劣化评价中使用的评价函数,进行劣化评价。
图17表示本发明的实施方式的蓄电系统中的蓄电池评价部114以及充放电控制部111的硬件构成例。图17的硬件构成具备:CPU61、输入部62、输出部63、通信部64、主存储部65、外部存储部66,它们通过总线67以能够相互通信的方式连接。
输入部62经由配线等取得在蓄电池113测定出的电池信息。输出部63向AC/DC变换器112输出充放电命令。通信部64包含无线或有线的通信装置,与SCADA201以及ESS监视系统202通过各自预定的通信方式进行通信。输入部62、输出部63以及通信部64各自可以由不同的集成电路等电路构成,也可以由单一的集成电路等电路构成。
外部存储部66例如包含HDD、SSD、存储器装置、CD-R、CD-RW、DVD-RAM、DVD-R等存储介质等。外部存储部66存储有用于使作为处理器的CPU61执行蓄电池评价部以及充放电控制部的功能的程序。另外,信息存储部151以及电池状态存储部152也包含于外部存储部66。在此,仅示出外部存储部66,但是也可以存在多个。
主存储部65在CPU61的控制下,将外部存储部66所存储的控制程序展开,存储在该程序的执行时所需的数据、通过该程序的执行而生成的数据等。主存储部65例如包含易失性存储器(DRAM、SRAM等)或非易失性存储器(NAND缓存、MRAM等)等任意的存储器或存储部。通过CPU61执行在主存储部65展开的控制程序,执行蓄电池评价部114以及充放电控制部111的功能。
对本发明的几个实施方式进行了说明,但是这些实施方式是作为例子而提示的方式,并不意在限定发明的范围。这些新的实施方式能够通过其他各种各样的方式实施,在不脱离发明的要旨的范围内能够进行各种省略、替换、变更。这些实施方式及其变形包含于发明的范围和要旨中,并且包含于日本专利申请的范围所记载的发明以及与其均等的范围中。
Claims (27)
1.一种评价装置,具备:
特征量算出部,基于从按照充放电指令值被进行充放电控制的蓄电装置测定的电压值,算出所述蓄电装置的特征量;和
劣化评价部,根据所述充放电指令值的分布与基准分布的差分算出系数,基于包含所算出的系数和被分配所述特征量的变量的评价函数和所算出的所述特征量,评价所述蓄电装置的劣化状态。
2.根据权利要求1所述的评价装置,
具备参照数据库,所述参照数据库相对于多个基准分布保持有系数,
所述劣化评价部基于所述充放电指令值的分布选择1个或多个所述基准分布,对所选择出的基准分布所对应的所述系数进行内插或外插,由此算出所述评价函数的系数。
3.根据权利要求2所述的评价装置,
所述参照数据库相对于所述多个基准分布和多个基准温度的多个组保持所述系数,
所述劣化评价部基于所述蓄电装置的温度从所述多个基准温度中选择1个或多个基准温度,对所选择出的所述基准分布以及所选择出的所述基准温度的1个或多个组所对应的所述系数进行内插或外插,由此算出所述评价函数的系数。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的评价装置,
所述充放电指令值的分布与基准分布的差分包含所述充放电指令值的偏差与所述基准分布的偏差的差分。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的评价装置,
所述特征量算出部在通过按照所述充放电指令值进行了的所述充放电控制得到了属于第1充电量范围的所述蓄电装置的充电量的情况下,确定所述蓄电装置的所述充电量所对应的所述蓄电装置的电压值,基于所确定出的电压值,算出所述蓄电装置的特征量。
6.根据权利要求5所述的评价装置,
所述特征量是表示所述电压值的偏差的值。
7.根据权利要求2所述的评价装置,具备:
取得部,取得基于充放电指令值使用处于劣化状态的多个蓄电装置进行了充放电而得到的计测数据;和
更新部,基于所述计测数据,生成所述系数,将所生成的系数向所述参照数据库登记,或基于所生成的所述系数更新所述参照数据库。
8.根据权利要求2所述的评价装置,具备:
取得部,使用多个劣化状态所对应的电池响应模型,对充放电进行模拟而取得计测数据;和
更新部,基于所述计测数据,生成所述系数,将所生成的系数向所述参照数据库登记,或基于所生成的所述系数更新所述参照数据库。
9.根据权利要求2所述的评价装置,具备:
取得部,经由通信网络取得处于劣化状态的多个蓄电装置的计测数据;和
更新部,基于所述计测数据,生成所述系数,将所生成的系数向所述参照数据库登记,或基于所生成的所述系数更新所述参照数据库。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的评价装置,
所述劣化评价部经由通信网络将与所述蓄电装置的所述劣化状态相关的信息向对于所述蓄电装置的监视系统发送。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的评价装置,
所述蓄电装置是:
单元电池;
将多个所述单元电池串联或并联、或串并联连接而成的组件;
将多个所述组件串联或并联、或串并联连接而成的电池板;或者
将多个所述电池板串联或并联、或串并联连接而成的电池阵列。
12.一种评价装置,具备:
特征量算出部,基于从按照充放电指令值被进行充放电控制的蓄电装置测定的电压值,算出所述蓄电装置的特征量;
参照数据库,所述参照数据库相对于多个基准分布保持有系数;以及
劣化评价部,基于所述充放电指令值的分布选择1个或多个所述基准分布,对所选择出的基准分布所对应的所述系数进行内插或外插,由此算出系数,基于包含所算出的所述系数和被分配所算出的所述特征量的变量的评价函数和所算出的所述特征量,评价所述蓄电装置的劣化状态。
13.根据权利要求12所述的评价装置,
所述参照数据库相对于所述多个基准分布和多个基准温度的多个组保持所述系数,
所述劣化评价部基于所述蓄电装置的温度从所述多个基准温度中选择1个或多个基准温度,对所选择出的所述基准分布以及所选择出的所述基准温度的1个或多个组所对应的所述系数进行内插或外插,由此算出所述评价函数的系数。
14.根据权利要求12或13所述的评价装置,
所述充放电指令值的分布与基准分布的差分包含所述充放电指令值的偏差与所述基准分布的偏差的差分。
15.根据权利要求12或13所述的评价装置,
所述特征量算出部在通过按照所述充放电指令值进行了的所述充放电控制得到了属于第1充电量范围的所述蓄电装置的充电量的情况下,确定所述蓄电装置的所述充电量所对应的所述蓄电装置的电压值,基于所确定出的电压值,算出所述蓄电装置的特征量。
16.根据权利要求15所述的评价装置,
所述特征量是表示所述电压值的偏差的值。
17.根据权利要求12所述的评价装置,具备:
取得部,取得基于充放电指令值使用处于劣化状态的多个蓄电装置进行了充放电而得到的计测数据;和
更新部,基于所述计测数据,生成所述系数,将所生成的系数向所述参照数据库登记,或基于所生成的所述系数更新所述参照数据库。
18.根据权利要求12所述的评价装置,具备:
取得部,使用多个劣化状态所对应的电池响应模型,对充放电进行模拟而取得计测数据;和
更新部,基于所述计测数据,生成所述系数,将所生成的系数向所述参照数据库登记,或基于所生成的所述系数更新所述参照数据库。
19.根据权利要求12所述的评价装置,具备:
取得部,经由通信网络取得处于劣化状态的多个蓄电装置的计测数据;和
更新部,基于所述计测数据,生成所述系数,将所生成的系数向所述参照数据库登记,或基于所生成的所述系数更新所述参照数据库。
20.根据权利要求12或13所述的评价装置,
所述劣化评价部经由通信网络将与所述蓄电装置的所述劣化状态相关的信息向对于所述蓄电装置的监视系统发送。
21.根据权利要求12或13所述的评价装置,
所述蓄电装置是:
单元电池;
将多个所述单元电池串联或并联、或串并联连接而成的组件;
将多个所述组件串联或并联、或串并联连接而成的电池板;或者
将多个所述电池板串联或并联、或串并联连接而成的电池阵列。
22.一种蓄电系统,具备:
蓄电装置;
充放电控制部,按照充放电指令值,进行所述蓄电装置的充放电控制;
特征量算出部,基于从所述蓄电装置测定的电压值,算出所述蓄电装置的特征量;以及
劣化评价部,根据所述充放电指令值的分布与基准分布的差分算出系数,基于包含所算出的系数和被分配所述特征量的变量的评价函数和所算出的所述特征量,评价所述蓄电装置的劣化状态。
23.一种评价方法,包括:
特征量算出步骤,基于从按照充放电指令值被进行充放电控制的蓄电装置测定的电压值,算出所述蓄电装置的特征量;
系数算出步骤,根据所述充放电指令值的分布与基准分布的差分算出系数;以及
劣化评价步骤,基于包含所算出的系数和被分配所述特征量的变量的评价函数和所算出的所述特征量,评价所述蓄电装置的劣化状态。
24.一种计算机可读取存储介质,存储有程序,所述程序用于使计算机执行以下步骤:
特征量算出步骤,基于从按照充放电指令值被进行充放电控制的蓄电装置测定的电压值,算出所述蓄电装置的特征量;
系数算出步骤,根据所述充放电指令值的分布与基准分布的差分算出系数;以及
劣化评价步骤,基于包含所算出的系数和被分配所述特征量的变量的评价函数和所算出的所述特征量,评价所述蓄电装置的劣化状态。
25.一种评价方法,包括:
特征量算出步骤,基于从按照充放电指令值被进行充放电控制的蓄电装置测定的电压值,算出所述蓄电装置的特征量;和
劣化评价步骤,从相对于多个基准分布保持有系数的参照数据库,基于所述充放电指令值的分布选择1个或多个所述基准分布,对所选择出的基准分布所对应的所述系数进行内插或外插,由此算出系数,基于包含所算出的所述系数和被分配所算出的所述特征量的变量的评价函数和所算出的所述特征量,评价所述蓄电装置的劣化状态。
26.一种计算机可读取存储介质,存储有程序,所述程序用于使计算机执行以下步骤:
特征量算出步骤,基于从按照充放电指令值被进行充放电控制的蓄电装置测定的电压值,算出所述蓄电装置的特征量;和
劣化评价步骤,从相对于多个基准分布保持有系数的参照数据库,基于所述充放电指令值的分布选择1个或多个所述基准分布,对所选择出的基准分布所对应的所述系数进行内插或外插,由此算出系数,基于包含所算出的所述系数和被分配所算出的所述特征量的变量的评价函数和所算出的所述特征量,评价所述蓄电装置的劣化状态。
27.一种蓄电系统,具备:
蓄电装置;
充放电控制部,按照充放电指令值,进行所述蓄电装置的充放电控制;
特征量算出部,基于从所述蓄电装置测定的电压值,算出所述蓄电装置的特征量;以及
劣化评价部,从相对于多个基准分布保持有系数的参照数据库,基于所述充放电指令值的分布选择1个或多个所述基准分布,对所选择出的基准分布所对应的所述系数进行内插或外插,由此算出系数,基于包含所算出的所述系数和被分配所算出的所述特征量的变量的评价函数和所算出的所述特征量,评价所述蓄电装置的劣化状态。
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