JP2004120866A - Power controller of electric automobile - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバータをそなえた電気自動車の電力制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般的に、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)は、直流電力を蓄えるバッテリと、バッテリの直流電力を交流電力に変換するインバータと、インバータによって変換された交流電力によって駆動する駆動モータとをそなえ、また、上述のバッテリとインバータとの間には、バッテリとインバータとの電気的接続を断接するためのメインスイッチが介装されている。また、このようなインバータの入力端には、バッテリから供給される電圧変動を抑制するため、入力された電圧を平滑化した後に直流電力から交流電力への変換を行なうための電解コンデンサが設けられる。
【0003】
しかしながら、バッテリからの直流電流をメインスイッチ経由でインバータに入力すると、上述の電解コンデンサに多量の電流が極めて短時間の間に流れ込むため、バッテリとコンデンサとの間に介装された前記メインスイッチの接点を損傷させてしまうおそれがある。そこで、このメインスイッチをバイパスし、バッテリからの直流電流量を所定量だけ抑制させながらコンデンサに送給するプリチャージスイッチを設け、メインスイッチをOnとする前に、このプリチャージスイッチをOnとすることによってコンデンサを徐々に充電し、この充電が完了した後に、前記のメインスイッチをOnとすることによって、メインスイッチ接点の損傷を防ぐ技術が一般的に知られている。なお、メインスイッチOnの前にプリチャージスイッチをOnとしてインバータのコンデンサを充電する一連の動作を、以後、単にプリチャージという。
【0004】
上述の技術においては、プリチャージによるコンデンサの充電完了を判定することが必須の制御であり、この充電の完了を判定する技術としては、例えば、プリチャージを開始してから所定時間が経過したらプリチャージ完了とみなす技術(特許文献1参照)や、コンデンサ電圧が基準値以上になったらプリチャージ完了とする技術(特許文献2参照)などが知られている。
【0005】
【特許文献1】
特開平4−165901号公報
【特許文献2】
米国特許第5369540号明細書
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献1(特開平4−165901号公報)の技術によれば、ある所定の時間が経過するとプリチャージが完了したとみなされて、実際のプリチャージの進行状況とは関係なくメインスイッチがOnとなってしまうため、プリチャージが不十分な場合には、大きな突入電流が流れることになる。従って、この技術では、メインスイッチの接点損傷を確実に防ぐことは困難である。
【0007】
また、特許文献2(米国特許第5369540号明細書)の技術によれば、プリチャージ完了とみなすための基準電圧の設定が困難であり、例えば、バッテリにおける電圧が低下している場合には、インバータのコンデンサ電圧もバッテリの電圧低下に伴い低下してしまうため、実際にプリチャージの完了条件が成立しなくなるおそれがある。また、このような事態を避けるべく、プリチャージ完了とみなす基準電圧を低めに設定すると、バッテリの電圧があまり低下していない場合には、実際のバッテリ電圧に対して、プリチャージが不十分な状態でメインスイッチがOnとなるので、大きな突入電流がコンデンサに流れるため、メインスイッチの接点が損傷してしまうというおそれがある。
【0008】
本発明はこのような課題に鑑み創案されたもので、コンデンサを有するインバータをそなえた電気自動車において、プリチャージの完了を的確に判定できるようにした、電気自動車の電力制御装置を提供することを目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の本発明の電気自動車の電力制御装置は、バッテリの直流電力を交流電力に変換して走行用モータに供給するインバータと、該バッテリと該インバータとの間の電気的接続を断接するメインコンタクタと、該メインコンタクタと並列に配設され該バッテリと該インバータとの間の電気的接続を断接するプリチャージコンタクタと、該インバータに介装され、該バッテリから供給される電圧を平滑化するコンデンサと、該プリチャージコンタクタを閉じてプリチャージが終了したと判定するとメインコンタクタを閉じるコントローラとを有し、該コントローラは、コンデンサのプリチャージ電圧の変化率が所定値未満になるとプリチャージが完了したと判定するであることを特徴としている。
【0010】
このため、インバータのコンデンサのプリチャージ完了判定を、シンプルな構成で確実に行なうことが可能となるので、電気自動車の信頼性が向上する。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態にかかる電気自動車の電力制御装置について、図1〜図3を用いて説明する。なお、本明細書において、電気自動車とは、ハイブリッド電気自動車を含むものとして取り扱う。
図1は本発明の一実施形態にかかる電気自動車の電力制御装置を示す模式的なブロック図、図2はその動作を示すタイムチャート、図3はその動作フローである。
【0012】
まず、図1に示すように、本発明にかかる電気自動車の電力制御装置1は、バッテリ21,ジャンクションボックス10,インバータ22,モータ(走行用モータ)24,発電機25およびコントローラ(ECU)26などから主に構成される。以下、これらの構成要素について説明する。
バッテリ21は、ジャンクションボックス10を介し、電源線によって電気的にインバータ22と接続され、高電圧(例えば、約600V)の直流電力を充放電可能に蓄えるものであって、リチウムイオンバッテリによって構成されている。
【0013】
ジャンクションボックス10は、バッテリ21とインバータ22との間に電気的に介装され、また、ジャンクションボックス10の内部には、バッテリ21とインバータ22との電気的な接続を断接可能なメインコンタクタ11と、メインコンタクタ11をバイパスしてバッテリ21とインバータ22との電気的な接続を断接可能なプリチャージコンタクタ12とをそなえている。また、このプリチャージコンタクタ12の正極側にはバッテリ21から供給される直流電流量を抑制するための抵抗R1がそなえられている。このため、プリチャージコンタクタ12がOn(閉;接続)であり、メインコンタクタ11がOff(開;切断)である場合には、バッテリ21からの直流電流が、抵抗R1を有するプリチャージコンタクタ12を通って、電流量が抑制された状態でインバータ22へ送給され、一方、プリチャージコンタクタ12がOff(開;切断)であり、上述のメインコンタクタ11がOn(閉;接続)である場合には、バッテリ21からの直流電流が直接インバータ22へ伝達される。なお、メインコンタクタ11およびプリチャージコンタクタ12のOn/Off制御はECU26によって行なわれる。
【0014】
インバータ22は、ジャンクションボックス10を介してバッテリ21と電源線によって接続されるとともに、モータ24,発電機25およびECU26とのそれぞれに電気的に接続されている。このインバータ22は、バッテリ21に蓄えられた直流電力を交流電力に変換し、モータ24へ送給するものであり、さらに、回生ブレーキシステムを作動させた際のモータ24もしくは発電中の発電機25からの交流電力を直流電力に変換してバッテリ10へ送給する機能もそなえている。
【0015】
また、このインバータ22において、バッテリ21から伸びる電源線が接続された入力端(以後、一次端という)にはコンデンサ23がそなえられている。このコンデンサ23は、バッテリ22から入力された直流電力を一時的に蓄え、電圧変動を平滑化し、電力を安定させるものである。
発電機25は、インバータ22と電気的に接続されるとともに、エンジン(図示略)と機械的に接続され、エンジン駆動力が入力されることによって交流電力を発電し、発電された交流電力をインバータ22経由でバッテリ21やモータ24に対して供給するものである。
【0016】
ECU26は、インバータ22およびジャンクションボックス10に電気的に接続され、プリチャージ中のインバータ22の一次端における電圧上昇率に応じてジャンクションボックス10に内蔵されているメインコンダクタ11およびプリチャージコンダクタ12を制御するものである。
次に、本発明の要部の機能について、図2のタイムチャートを使って説明する。まず、ECU26により、ジャンクションボックス10のプリチャージコンタクタ12がOn(閉;接続)されると(時点A参照)、インバータ22の一次端におけるコンデンサの電圧(インバータ電圧)が徐々に上昇してゆく。そして、この電圧の単位時間(例えば、0.1ms)あたりの上昇量(Δv/Δt)が、電圧上昇率として算出される。なお、この間、インバータ22に流入する電流は略一定である。
【0017】
そして、この電圧上昇率が前もって設定しておいた所定値(以後、「充電完了推定値」という場合がある)以上である場合は、引き続きプリチャージコンタクタ12をOn(閉;接続)として、バッテリ21からの直流電流を抵抗R1で減衰させながらインバータ22へ入力し続け、一方、インバータ22の一次端における電圧上昇率が充電完了推定値未満となると(時点B参照)、ECU26はコンデンサ23に対するプリチャージが完了したとみなしてメインコンタクタ11をOn(閉;接続)とする。
【0018】
なお、この時、コンデンサ23が完全に満充電となっていればインバータ電流量の変動はないが、プリチャージ完了判定を行なった場合であっても、実際にはコンデンサ23には僅かな空き容量があるので、メインコンタクタ11をOnとすると、瞬間的にインバータ電流が若干増加する。しかし、コンデンサ23はプリチャージによって略満充電となっているので、そのコンデンサ23へ流入する電流量はメインコンタクタ11の接点を損傷させるような電流量ではない。
【0019】
本発明の一実施形態としての電気自動車の電力制御装置は上述のように構成されるので、以下のような作用・効果が得られる。
まず、図3の動作フローにおけるステップA1に示すように、ECU26によりジャンクションボックス10内のプリチャージコンタクタ12がOn(閉;接続)となり、次に、ステップA2に示すように、ECU26によってインバータ22の一次端における電圧上昇率(Δv/Δt)が測定、算出され、この電圧上昇率が設定値以上であるか否かの判定がなされる。ここで、電圧上昇率が設定値以上であるならば、yesルートを経てステップA1へ戻り、一方、電圧上昇率が設定値未満であるならば、noルートを経てステップA3へ進む。つまり、ステップA2において、電圧上昇率が設定値以上であるならばコンデンサ23に対する充電が未完了とみなされ、インバータ22の電圧上昇率が充電完了推定値未満になるまで監視が継続され、一方、インバータ22の電圧上昇率が充電完了推定値未満にまで減少した場合にはコンデンサ23に対する充電が完了したとみなされ、ステップA3へ進む。
【0020】
そして、ステップA3においては、ECU26によりメインコンタクタ11がOn(閉;接続)となり、バッテリ21からの直流電流が、メインコンタクタ11経由で減衰されずにそのままインバータ22へ入力される。その後、ステップA4に進み、プリチャージコンタクタ12がOff(開;切断)にされて一連の制御が終了する。
【0021】
このように、コンデンサ23における充電量が増加するに従って低下するインバータ22の一次端の電圧上昇率を検出するという点に着目した手法によって、確実にコンデンサ23におけるプリチャージ(充電量)を把握することが出来るようになり、また、シンプルな構成によって、コンデンサ23における充電量に応じたメインコンタクタ11およびプリチャージコンタクタ12の制御を行なうことができる。
【0022】
また、本発明によれば、コントローラ23はインバータ22の一次端における電圧変化率を監視することによってプリチャージ完了判定を行なっているので、例えば、電気自動車のモータ24の出力が仕様変更され、これに伴ってコンデンサ23の蓄電容量が変更されたような場合であっても、プリチャージ完了判定のためにセンサなどの機器を追加する必要もなく、さらに、ECU26の制御内容を変更する必要も無いので、多種多様な電気自動車に対して本発明を適用することが可能となる。
【0023】
なお、本発明は上述した実施態様に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
例えば、上述の実施形態においては、電気自動車に本発明を適用した場合について説明したが、ハイブリッド電気自動車であってもよく、また、この場合、シリーズ式であってもパラレル式であってもよい。
【0024】
また、上述の実施形態においては、ECU26をジャンクションボックス10やインバータ22と別個に設けているが、例えば、ジャンクションボックス10に内蔵するようにしてもよく、また、インバータ22に内蔵するようにしてもよい。
また、バッテリ71をリチウムイオン電池として説明したが、ニッケル水素電池でもよく、また、鉛電池等であってもよい。
【0025】
さらに、図3のフローチャートでは、インバータ電圧上昇率が、所定値未満であると、即メインコンタクタをOnとするようになっているが、電圧上昇率が所定値未満となったことが所定時間(例えば50ms)以上継続した場合に、メインコンタクタをOnとするようにしてもよい。これによれば、インバータ電圧上昇率の揺らぎなどによって、瞬間的に電圧上昇率が所定値未満となった場合においては、コンデンサのプリチャージが完了したとはみなさないので、確実にコンデンサのプリチャージ判定を行なうことが可能となる。
【0026】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明のシリーズ式ハイブリッド電気自動車の電源回路電気自動車の電力制御装置によれば、バッテリの直流電力を交流電力に変換して走行用モータに供給するインバータと、バッテリとインバータとの間の電気的接続を断接するメインコンタクタと、メインコンタクタと並列に配設されるとともにバッテリとインバータとの間の電気的接続を断接するプリチャージコンタクタと、インバータに介装され、バッテリから供給される電圧を平滑化するコンデンサと、プリチャージコンタクタを閉じてプリチャージが終了したと判定するとメインコンタクタを閉じる制御を行なうコントローラとを有し、コントローラは、コンデンサのプリチャージ電圧の変化率が所定値未満になるとプリチャージが終了したと判定するように構成されているので、簡素な構成で、確実にインバータのコンデンサのプリチャージ完了判定を行なうことができる利点がある。
【0027】
また、これにより、電気自動車の信頼性向上に寄与することが出来る。さらに、コントローラはコンデンサに入力される電力の変化率を監視することによってプリチャージ完了判定を行なっているので、コンデンサの設計変更などで、コンデンサの蓄電容量が変化したような場合であっても、プリチャージ完了判定に必要な機器を追加したり、制御条件を変更したりする必要がないので、多種多様な電気自動車に対して本発明を適用することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る電気自動車の電力制御装置を示す模式的なブロック図である。
【図2】本発明の一実施形態にかかる電気自動車の電力制御装置による動作を示すタイムチャートである。
【図3】本発明の一実施形態にかかる電気自動車の電力制御装置による動作を示すフローチャートである
【符号の説明】
11 メインコンタクタ
12 プリチャージコンタクタ
21 バッテリ
22 インバータ
24 モータ(走行用モータ)
23 コンデンサ
26 ECU(コントローラ)[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a power control device for an electric vehicle including an inverter.
[0002]
[Prior art]
Generally, an electric vehicle (EV) or a hybrid electric vehicle (HEV) includes a battery that stores DC power, an inverter that converts the DC power of the battery into AC power, and a drive motor that is driven by the AC power converted by the inverter. In addition, a main switch is provided between the battery and the inverter for disconnecting and electrically connecting the battery and the inverter. Further, at the input terminal of such an inverter, an electrolytic capacitor for converting the DC power to the AC power after smoothing the input voltage is provided in order to suppress the fluctuation of the voltage supplied from the battery. .
[0003]
However, when a DC current from the battery is input to the inverter via the main switch, a large amount of current flows into the electrolytic capacitor in an extremely short time, so that the main switch interposed between the battery and the capacitor is not used. The contacts may be damaged. Therefore, a precharge switch that bypasses the main switch and supplies a capacitor while suppressing the amount of DC current from the battery by a predetermined amount is provided, and the precharge switch is turned on before the main switch is turned on. In general, a technique is known in which a capacitor is gradually charged, and after the charging is completed, the main switch is turned on to prevent damage to a main switch contact. A series of operations for charging the capacitor of the inverter with the precharge switch turned on before the main switch On is hereinafter simply referred to as precharge.
[0004]
In the above-described technology, it is essential to determine the completion of charging of the capacitor by pre-charging. As a technology for determining the completion of charging, for example, the pre-charging is started when a predetermined time has elapsed since the start of pre-charging. There are known a technology that regards charging as being complete (see Patent Literature 1) and a technology that determines that precharging is completed when the capacitor voltage becomes equal to or higher than a reference value (see Patent Literature 2).
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-4-165901 [Patent Document 2]
US Pat. No. 5,369,540.
[Problems to be solved by the invention]
However, according to the technique disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 4-165901), it is considered that the precharge is completed after a predetermined time elapses, and the main switch is not related to the actual progress of the precharge. Becomes On, and if the precharge is insufficient, a large rush current flows. Therefore, it is difficult to reliably prevent the main switch from being damaged by this technique.
[0007]
Further, according to the technique of Patent Document 2 (US Pat. No. 5,369,540), it is difficult to set a reference voltage for considering precharge completion. For example, when the voltage of a battery is low, Since the capacitor voltage of the inverter also decreases as the voltage of the battery decreases, the precharge completion condition may not actually be satisfied. Further, in order to avoid such a situation, if the reference voltage regarded as the completion of precharge is set lower, if the battery voltage does not decrease so much, the precharge becomes insufficient with respect to the actual battery voltage. Since the main switch is turned on in this state, a large rush current flows through the capacitor, and there is a possibility that the contacts of the main switch may be damaged.
[0008]
The present invention has been made in view of such a problem, and in an electric vehicle including an inverter having a capacitor, it is possible to provide a power control device for an electric vehicle, which can accurately determine completion of precharge. The purpose is.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
According to a first aspect of the present invention, there is provided a power control device for an electric vehicle that converts DC power of a battery into AC power and supplies the AC power to a traveling motor, and disconnects an electrical connection between the battery and the inverter. A main contactor in contact with the main contactor, a precharge contactor disposed in parallel with the main contactor to disconnect and connect an electrical connection between the battery and the inverter, and a voltage interposed between the inverter and smoothed from a voltage supplied from the battery. And a controller that closes the pre-charge contactor and closes the main contactor when it is determined that the pre-charge has been completed. The controller is configured to pre-charge when the rate of change of the pre-charge voltage of the capacitor becomes less than a predetermined value. Is determined to have been completed.
[0010]
For this reason, the completion of the precharge of the capacitor of the inverter can be reliably determined with a simple configuration, and the reliability of the electric vehicle is improved.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a power control device for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3. Note that in this specification, an electric vehicle is treated as including a hybrid electric vehicle.
FIG. 1 is a schematic block diagram showing a power control device for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a time chart showing its operation, and FIG. 3 is an operation flow thereof.
[0012]
First, as shown in FIG. 1, a power control device 1 for an electric vehicle according to the present invention includes a
The
[0013]
The junction box 10 is electrically interposed between the
[0014]
The inverter 22 is connected to the
[0015]
Further, in the inverter 22, a capacitor 23 is provided at an input terminal (hereinafter referred to as a primary terminal) to which a power supply line extending from the
The
[0016]
The
Next, the function of the main part of the present invention will be described with reference to the time chart of FIG. First, when the precharge contactor 12 of the junction box 10 is turned on (closed; connected) by the ECU 26 (see time point A), the voltage of the capacitor (the inverter voltage) at the primary end of the inverter 22 gradually increases. Then, the amount of increase (Δv / Δt) of the voltage per unit time (for example, 0.1 ms) is calculated as the voltage increase rate. During this time, the current flowing into the inverter 22 is substantially constant.
[0017]
When the voltage increase rate is equal to or higher than a predetermined value (hereinafter, sometimes referred to as an “estimated charge completion value”) set in advance, the precharge contactor 12 is continuously turned on (closed; connected) and the battery is turned on. When the DC current from the
[0018]
At this time, if the capacitor 23 is fully charged, the amount of inverter current does not fluctuate. However, even if the precharge completion determination is made, the capacitor 23 actually has a small free capacity. Therefore, if the main contactor 11 is turned on, the inverter current slightly increases momentarily. However, since the capacitor 23 is almost fully charged by pre-charging, the amount of current flowing into the capacitor 23 is not the amount of current that damages the contact of the main contactor 11.
[0019]
Since the power control device for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention is configured as described above, the following operation and effect can be obtained.
First, as shown in step A1 in the operation flow of FIG. 3, the precharge contactor 12 in the junction box 10 is turned on (closed; connected) by the
[0020]
Then, in step A3, the main contactor 11 is turned ON (closed; connected) by the
[0021]
As described above, it is possible to reliably grasp the precharge (charge amount) in the capacitor 23 by a method that focuses on detecting the voltage rise rate of the primary end of the inverter 22 that decreases as the charge amount in the capacitor 23 increases. The control of the main contactor 11 and the pre-charge contactor 12 according to the amount of charge in the capacitor 23 can be performed with a simple configuration.
[0022]
Further, according to the present invention, the controller 23 determines the precharge completion by monitoring the voltage change rate at the primary end of the inverter 22, so that, for example, the output of the
[0023]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented with various modifications without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above embodiment, the case where the present invention is applied to an electric vehicle has been described. However, a hybrid electric vehicle may be used, and in this case, a series type or a parallel type may be used. .
[0024]
In the above-described embodiment, the
Also, the battery 71 has been described as a lithium ion battery, but may be a nickel metal hydride battery, a lead battery, or the like.
[0025]
Further, in the flowchart of FIG. 3, when the inverter voltage rise rate is less than the predetermined value, the main contactor is immediately turned on. However, when the voltage rise rate becomes less than the predetermined value, the main contactor is turned on. For example, the main contactor may be set to On when the continuation is continued for 50 ms or more. According to this, if the voltage rise rate instantaneously falls below a predetermined value due to fluctuations in the inverter voltage rise rate, etc., the precharge of the capacitor is not considered to be completed. It is possible to make a determination.
[0026]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the power control apparatus for a power supply circuit of a series hybrid electric vehicle of the present invention, an inverter that converts DC power of a battery into AC power and supplies the AC power to a traveling motor, A main contactor for connecting / disconnecting electrical connection with the inverter, a precharge contactor disposed in parallel with the main contactor for connecting / disconnecting electrical connection between the battery and the inverter, and a battery interposed in the inverter, And a controller that closes the precharge contactor and performs control to close the main contactor when it is determined that precharge has been completed, and the controller controls the rate of change of the precharge voltage of the capacitor. Is smaller than the predetermined value, it is determined that the precharge is completed. Which is configured, can be advantageously by a simple configuration, it performs reliably precharged completion judgment of the capacitor of the inverter.
[0027]
This can also contribute to improving the reliability of the electric vehicle. Furthermore, since the controller performs the precharge completion determination by monitoring the rate of change of the power input to the capacitor, even if the storage capacity of the capacitor changes due to a change in the capacitor design, etc. Since it is not necessary to add a device necessary for the precharge completion determination or change the control condition, the present invention can be applied to various electric vehicles.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic block diagram illustrating a power control device for an electric vehicle according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a time chart showing an operation of the electric vehicle power control device according to the embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a flowchart illustrating an operation of the electric vehicle power control device according to the embodiment of the present invention.
11 Main Contactor 12
23
Claims (1)
該バッテリと該インバータとの間の電気的接続を断接するメインコンタクタと、
該メインコンタクタと並列に配設され該バッテリと該インバータとの間の電気的接続を断接するプリチャージコンタクタと、
該インバータに介装され、該バッテリから供給される電圧を平滑化するコンデンサと、
該プリチャージコンタクタを閉じてプリチャージが終了したと判定するとメインコンタクタを閉じるコントローラとを有し、
該コントローラは、コンデンサのプリチャージ電圧の変化率が所定値未満になるとプリチャージが完了したと判定する
ことを特徴とする、電気自動車の電力制御装置。An inverter that converts the DC power of the battery into AC power and supplies the AC power to the traveling motor;
A main contactor that disconnects and connects an electrical connection between the battery and the inverter;
A precharge contactor disposed in parallel with the main contactor to disconnect and connect an electrical connection between the battery and the inverter;
A capacitor interposed in the inverter for smoothing a voltage supplied from the battery;
A controller that closes the main contactor when the precharge contactor is closed and the precharge is determined to be completed,
The controller according to claim 1, wherein the controller determines that the precharge has been completed when the rate of change of the precharge voltage of the capacitor is less than a predetermined value.
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