JP2008128964A - Calculating method of stabilizing open circuit voltage of battery, battery system, and electronic device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and system which can correctly measure and calculate a stabilizing open circuit voltage with practical accuracy of circuit constant and practical measuring procedure. <P>SOLUTION: In this method, current of battery under charging, open circuit voltage of battery after charging, and current/voltage of battery after discharging are obtained. Then an intermediate value between the open circuit voltage and discharge voltage is calculated. By adding ratio between charging current and discharging current to this intermediate value, stabilizing open circuit voltage is calculated. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、電子機器に用いられるバッテリに適用して好適な、バッテリの安定開回路電圧算出方法及びバッテリ装置、並びにそのバッテリを備えた電子機器に関する。より詳細には、バッテリの真の状態を知る、安定開回路電圧を算出する技術に関する。   The present invention relates to a method for calculating a stable open circuit voltage of a battery, a battery device, and an electronic device including the battery, which are suitable for application to a battery used in an electronic device. More specifically, the present invention relates to a technique for calculating a stable open circuit voltage for knowing the true state of a battery.

近年、例えばノートブック型パーソナルコンピュータや携帯電話機等、リチウムイオン二次電池等のバッテリを電源とする電子機器が普及している。
バッテリを電源とする電子機器においては、ユーザは電池の残容量に気をつける必要がある。したがって、バッテリの残容量はできるだけ正確に算出されることが望ましい。
バッテリの残容量を算出する方法としては、例えば、端子電圧と残容量との関係を用いる方法や、満充電容量時における放電容量を”0”と定義したとき満充電容量から放電電流を積算して求めた放電容量を減算する方法といったように、様々なものが提案され、検討されてきている。
In recent years, electronic devices using a battery such as a lithium ion secondary battery as a power source, such as a notebook personal computer and a mobile phone, have become widespread.
In an electronic device that uses a battery as a power source, the user needs to pay attention to the remaining capacity of the battery. Therefore, it is desirable to calculate the remaining battery capacity as accurately as possible.
As a method of calculating the remaining capacity of the battery, for example, a method using the relationship between the terminal voltage and the remaining capacity, or when the discharge capacity at the full charge capacity is defined as “0”, the discharge current is integrated from the full charge capacity. Various methods have been proposed and studied, such as a method of subtracting the calculated discharge capacity.

特許文献1には、電池の内部インピーダンスと平衡電圧とを用いて残容量を算出する方法としての”電池容量検出方法及び装置並びに電池パック”が開示されている。なお、平衡電圧とは、電池の端子を開放させた状態で長期間放置し、電極及び電解液の内部状態が安定となったときの端子電圧である。この特許文献1には、劣化電池における放電容量と平衡電圧との関係を示す平衡電圧曲線と内部インピーダンスとを測定し、内部インピーダンスによる電圧降下に基づいて残容量を算出する技術が開示されており、残容量のみならず、残電力の正確な算出も試みた旨が記載されている。   Patent Document 1 discloses a “battery capacity detection method and apparatus and battery pack” as a method for calculating the remaining capacity using the internal impedance and the balanced voltage of the battery. The equilibrium voltage is a terminal voltage when the battery terminal is left open for a long period of time and the internal state of the electrode and the electrolyte is stabilized. This Patent Document 1 discloses a technique for measuring an equilibrium voltage curve indicating the relationship between a discharge capacity and an equilibrium voltage in a deteriorated battery and an internal impedance, and calculating a remaining capacity based on a voltage drop due to the internal impedance. In addition, it is described that not only the remaining capacity but also the remaining power has been accurately calculated.

しかしながら、平衡電圧の測定は「電池の端子を開放させた状態で長期間放置」する、という、通常の使用状態においてはおよそ非現実的な状態を作らなければならない。つまり、実用的でない。   However, the measurement of the balanced voltage has to create an approximately unrealistic state in a normal use state in which “the battery terminal is left open for a long time”. That is not practical.

特開2001−231179号公報JP 2001-231179 A 特開2004−163360号公報JP 2004-163360 A

特許文献2には、平衡電圧を実用的な範囲で間接的に算出し、「見かけ上の平衡電圧」を得て、これに基づいて電池の残容量を算出する技術が開示されている。充電の途中で一旦放電を行い、その電圧降下の値を用いて、見かけ上の平衡電圧を算出する、というものである。   Patent Document 2 discloses a technique for indirectly calculating a balanced voltage within a practical range, obtaining an “apparent balanced voltage”, and calculating a remaining battery capacity based on this. Discharging is temporarily performed during charging, and an apparent equilibrium voltage is calculated using the value of the voltage drop.

図11に平衡電圧を算出する仕組みを図示する。これ以降、本明細書内では、従来技術で言及されている平衡電圧を「安定開回路電圧」と呼ぶ。
図11のグラフは、充電から充電を停止した状態に移行したときの、電池の端子間電圧の変化を模式的に示したものである。
充電中は電池の電圧は一定値を維持しているが、充電を停止すると、電圧は急激に下がる。そして漸近的に減少する。このグラフの先が安定開回路電圧となる。このグラフのカーブが平方根のカーブに類似していることから、従来技術では図11に示すように、平方根を用いた算出式を用いていた。
FIG. 11 illustrates a mechanism for calculating the equilibrium voltage. Hereinafter, in this specification, the balanced voltage referred to in the prior art is referred to as “stable open circuit voltage”.
The graph of FIG. 11 schematically shows the change in the voltage between the terminals of the battery when shifting from the charging state to the state where the charging is stopped.
While charging, the voltage of the battery maintains a constant value, but when charging is stopped, the voltage drops rapidly. And asymptotically decreases. The tip of this graph is the stable open circuit voltage. Since the curve of this graph is similar to the curve of the square root, the calculation technique using the square root is used in the prior art as shown in FIG.

図12は、図11の安定開回路電圧算出方法と、実測の安定開回路電圧とを比較したグラフである。
リチウムイオンバッテリセルに充放電の実験を行った際の電圧及び電流を計測したものである。
この計測は、以下のような実験を行った。
充電対象:リチウムイオンバッテリセル1本
放電回路:4Ω定抵抗放電回路
A/Dコンバータ:1mV精度
充電条件:定電流定電圧(CC/CV)充電
充電電圧:最大4.2V
充電電流:最大1.5A
充電温度:25℃
試験パターンとして、充電(10分)→休止(3時間)のパターンを満充電まで繰り返し、その度毎に充電終了直後の電圧(OCV1)と、その後数秒程経過した後の電圧(OCV2)と、そして休止終了間際の電圧(実測した安定開回路電圧(以下「実測安定開回路電圧」))を計測した結果である。
実験結果より、実測値と算出値との間には最大で50mV程度の誤差を生じることがわかった。
なお、アナログ信号をデジタルデータに変換する変換器(以下A/Dコンバータと称する)の1mV精度は、民生機器ではコストが高くなってしまう。
FIG. 12 is a graph comparing the stable open circuit voltage calculation method of FIG. 11 and the measured stable open circuit voltage.
This is a measurement of voltage and current when charging / discharging experiments were performed on a lithium ion battery cell.
This measurement was performed by the following experiment.
Charging object: 1 lithium ion battery cell Discharge circuit: 4Ω constant resistance discharge circuit A / D converter: 1mV accuracy Charging condition: Constant current constant voltage (CC / CV) Charging charge voltage: Maximum 4.2V
Charging current: Max 1.5A
Charging temperature: 25 ° C
As a test pattern, the pattern of charge (10 minutes) → pause (3 hours) is repeated until full charge, each time the voltage immediately after the end of charge (OCV1), and the voltage after a few seconds (OCV2), This is the result of measuring the voltage just before the end of the pause (measured stable open circuit voltage (hereinafter “measured stable open circuit voltage”)).
From the experimental results, it was found that an error of about 50 mV at maximum occurs between the actually measured value and the calculated value.
Note that the 1 mV accuracy of a converter that converts an analog signal into digital data (hereinafter referred to as an A / D converter) increases the cost of consumer equipment.

以上より、特許文献2の技術では、安定開回路電圧の算出誤差が大きく、またA/Dコンバータの精度には高いものが要求されるので、実用的でない。   As described above, the technique disclosed in Patent Document 2 is not practical because it requires a large calculation error of the stable open circuit voltage and requires high accuracy of the A / D converter.

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、高精度かつ簡単に安定開回路電圧を測定することを目的とする。   The present invention has been made in view of this point, and an object thereof is to measure a stable open circuit voltage with high accuracy and ease.

上記課題を解決するための本発明は、最初にバッテリの充電を所定時間継続した後、充電電流を取得し、その後充電を停止してバッテリを無負荷状態にする。
次に、所定時間の経過を待って、バッテリの開放電圧を取得する。
その後、バッテリに負荷抵抗を接続し、更に所定時間経過後、バッテリの放電電圧及び放電電流を取得する。
これらが終わったら、充電電流、開放電圧、放電電圧及び放電電流に基づいて、安定開回路電圧を算出するものである。
In the present invention for solving the above-described problems, first, the battery is continuously charged for a predetermined time, and then the charging current is acquired, and then the charging is stopped to bring the battery into a no-load state.
Next, after an elapse of a predetermined time, the open circuit voltage of the battery is acquired.
Thereafter, a load resistance is connected to the battery, and after a predetermined time has elapsed, the discharge voltage and discharge current of the battery are acquired.
When these are finished, the stable open circuit voltage is calculated based on the charging current, the open circuit voltage, the discharge voltage, and the discharge current.

安定開回路電圧は、充電後の開放電圧と放電中の電圧の中間点に位置するデータである。この中間値に、充電電流と放電電流の比率を掛け合わせることで、簡単な手順で高い精度の安定開回路電圧を取得することができる。   The stable open circuit voltage is data located at the midpoint between the open circuit voltage after charging and the voltage during discharging. By multiplying this intermediate value by the ratio of the charging current and the discharging current, a highly accurate stable open circuit voltage can be obtained with a simple procedure.

本発明によると、実用的な変換精度のA/Dコンバータを使用して、比較的短時間に、実測値との誤差が小さい、高精度の安定開回路電圧を得ることができる。   According to the present invention, using an A / D converter with practical conversion accuracy, it is possible to obtain a highly accurate stable open circuit voltage with a small error from an actual measurement value in a relatively short time.

以下、本発明の一実施の形態を、図1〜図10を参照して説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図1は、本実施の形態の例である、バッテリ装置のブロック図である。バッテリ装置101は、ノート型パーソナルコンピュータ等の携帯型電子機器に電源を供給するものである。
バッテリ装置101は、バッテリ本体部102と、充放電制御機能及び保護機能を提供する、充放電制御部103よりなる。なお、図1ではバッテリ本体部102の異常状態を検出して端子とバッテリ本体部102との接続を切断する保護機能についての記載は省略している。
バッテリ本体部102は、リチウムイオン型二次電池のセル104を直並列に接続したものよりなる。即ち、2個のセルを並列に接続した第1のセル104aと、2個のセルを並列に接続した第2のセル104bとを直列に接続した構成である。セルの接続構成は一例を示したもので、その他の接続構成としてもよい。
セル104の両端子はマイクロコンピュータ105の電圧検出端子T106、T107及びT108に夫々接続され、セル104の端子間電圧の計測に用いられる。
また、バッテリ本体部102のマイナス極とマイナス端子T109との間には、電流検出抵抗R110が挿入されている。電流検出抵抗R110の両端子も同様にマイクロコンピュータ105の電流検出端子T111及びT112に接続され、電流計測に用いられる。
マイクロコンピュータ105には更に、放電FET113と充電FET114のゲートがそれぞれ接続されている。
放電FET113は、セル104から放電時にオンさせて、セル104からプラス端子T115を介して、図示しない負荷に放電させるための放電路を形成させるスイッチング素子である。放電FET113のオン・オフは、後述する放電制御部209(図2)により制御される。
充電FET114は、セル104への充電時にオンさせて、図示しない充電回路からプラス端子T115に供給される充電電流を、セル104に供給して充電させる充電路を形成させるスイッチング素子である。充電FET114のオン・オフは、後述する充電制御部208(図2)により制御される。
以上の素子は、従来技術においてもあるものである。
FIG. 1 is a block diagram of a battery device as an example of the present embodiment. The battery device 101 supplies power to a portable electronic device such as a notebook personal computer.
The battery device 101 includes a battery main body 102 and a charge / discharge control unit 103 that provides a charge / discharge control function and a protection function. In FIG. 1, description of a protective function for detecting an abnormal state of the battery main body 102 and disconnecting the connection between the terminal and the battery main body 102 is omitted.
The battery main body 102 is formed by connecting cells 104 of a lithium ion secondary battery in series and parallel. That is, the first cell 104a in which two cells are connected in parallel and the second cell 104b in which two cells are connected in parallel are connected in series. The cell connection configuration is an example, and other connection configurations may be used.
Both terminals of the cell 104 are connected to voltage detection terminals T106, T107 and T108 of the microcomputer 105, respectively, and are used to measure the voltage between the terminals of the cell 104.
Further, a current detection resistor R110 is inserted between the negative pole of the battery main body 102 and the negative terminal T109. Similarly, both terminals of the current detection resistor R110 are connected to the current detection terminals T111 and T112 of the microcomputer 105 and used for current measurement.
The microcomputer 105 is further connected to the gates of a discharge FET 113 and a charge FET 114, respectively.
The discharge FET 113 is a switching element that is turned on when discharging from the cell 104 and forms a discharge path for discharging from the cell 104 to a load (not shown) via the plus terminal T115. On / off of the discharge FET 113 is controlled by a discharge control unit 209 (FIG. 2) described later.
The charging FET 114 is a switching element that is turned on when charging the cell 104 and forms a charging path that supplies the cell 104 with a charging current supplied from a charging circuit (not shown) to the plus terminal T115 and charges it. On / off of the charge FET 114 is controlled by a charge control unit 208 (FIG. 2) described later.
The above elements are also in the prior art.

内部放電制御FET116と放電電流制限抵抗R117は、充電FET114のソースと放電FET113のソースとの間から、マイナス端子T109の間に接続されている。内部放電制御FET116は、ゲートにソースと同一の電圧、すなわちグランド電位を掛けることにより、導通する。
内部放電制御FET116と放電電流制限抵抗R117は、本実施形態において新たに設けられたものである。
本実施形態における、後述する開回路電圧を算出するために必要な、所定時間の内部放電を行うための素子である。
The internal discharge control FET 116 and the discharge current limiting resistor R117 are connected between the minus terminal T109 from between the source of the charge FET 114 and the source of the discharge FET 113. The internal discharge control FET 116 is turned on by applying the same voltage as the source, that is, the ground potential, to the gate.
The internal discharge control FET 116 and the discharge current limiting resistor R117 are newly provided in this embodiment.
It is an element for performing internal discharge for a predetermined time necessary for calculating an open circuit voltage described later in the present embodiment.

図2は、マイクロコンピュータ105の内部の機能を示す機能ブロック図である。
第1の切り替えスイッチ202及び第2の切り替えスイッチ203は、第1のセル104aの端子間電圧、第2のセル104bの端子間電圧、そして電流を計測する際に、カウンタ204の制御信号によって順次切り替えられる。
カウンタ204は、図示しないクロック源から発されるクロックを計数し、その係数結果に応じて第1の切り替えスイッチ202及び第2の切り替えスイッチ203を順次切り替える。
第1の切り替えスイッチ202及び第2の切り替えスイッチ203のもう一端は、A/Dコンバータ205に接続されている。
第1の切り替えスイッチ202及び第2の切り替えスイッチ203がカウンタ204によって切り替えられることにより、A/Dコンバータ205はおよそ100msecにてポーリングし、第1のセル104の端子間電圧、第2のセル104の端子間電圧そして電流(電流検出抵抗R110の端子間電圧)をデジタル値に変換し続ける。
そして、A/Dコンバータ205によってデジタル変換された値はRAM206に書き込まれる。
つまり、カウンタ204と第1の切り替えスイッチ202及び第2の切り替えスイッチ203とA/Dコンバータ205は、第1のセル104の端子間電圧、第2のセル104の端子間電圧そして電流(電流検出抵抗R110の端子間電圧)をおよそ100msecにてポーリングして、計測し続け、RAM206に順次記録するのである。
FIG. 2 is a functional block diagram showing the internal functions of the microcomputer 105.
The first changeover switch 202 and the second changeover switch 203 are sequentially controlled by the control signal of the counter 204 when measuring the voltage between the terminals of the first cell 104a, the voltage between the terminals of the second cell 104b, and the current. Can be switched.
The counter 204 counts clocks generated from a clock source (not shown) and sequentially switches the first changeover switch 202 and the second changeover switch 203 according to the coefficient result.
The other ends of the first changeover switch 202 and the second changeover switch 203 are connected to the A / D converter 205.
When the first changeover switch 202 and the second changeover switch 203 are switched by the counter 204, the A / D converter 205 polls at about 100 msec, the voltage between the terminals of the first cell 104, the second cell 104. The terminal voltage and current (terminal voltage of the current detection resistor R110) are continuously converted to digital values.
The value digitally converted by the A / D converter 205 is written into the RAM 206.
That is, the counter 204, the first changeover switch 202, the second changeover switch 203, and the A / D converter 205 are connected to the voltage between the terminals of the first cell 104, the voltage between the terminals of the second cell 104, and current (current detection). The voltage between the terminals of the resistor R110 is polled at about 100 msec, continuously measured, and sequentially recorded in the RAM 206.

RAM206内に保持されているセル104の端子間電圧及び電流のデータは、直前値と現在値とがそれぞれ記録される。
充放電判定部207は、電流の方向を見て、現在充電中か、放電中か、或は機器等に全く接続されていないかを判定する。
充電制御部208は、充放電判定部207が現在充電中であると判定した制御信号を受けて、稼動する。
放電制御部209は、充放電判定部207が現在放電中であると判定した制御信号を受けて、稼動する。
安定開回路電圧測定部210は、充放電判定部207が現在充電中と判定した制御信号を受けて、クロックを内部で計数し、充電開始から所定時間を経過した時に起動する。充電制御部208と放電制御部209と内部放電制御FET116の制御を行う。
As the data of the voltage and current between the terminals of the cell 104 held in the RAM 206, the previous value and the current value are recorded.
The charge / discharge determination unit 207 determines whether the battery is currently being charged, discharged, or not connected to any device by looking at the direction of current.
The charge control unit 208 operates in response to the control signal that the charge / discharge determination unit 207 determines to be currently charging.
The discharge control unit 209 operates in response to the control signal determined by the charge / discharge determination unit 207 to be currently discharging.
The stable open circuit voltage measurement unit 210 receives the control signal determined by the charge / discharge determination unit 207 to be currently charged, counts the clock internally, and starts when a predetermined time has elapsed from the start of charging. The charge control unit 208, the discharge control unit 209, and the internal discharge control FET 116 are controlled.

[安定開回路電圧を測定する仕組み]
これより、本実施形態の目的である、安定開回路電圧を測定する仕組みを説明する。
ここで、安定開回路電圧とは、バッテリに所定の負荷を与えた後に負荷を外し、十分な時間が経過した後に計測した開放端子間電圧である。バッテリ内部の化学反応が落ち着き、平衡状態に至った状態の開放電圧である。
図3は、典型的なバッテリの充電、充電停止、放電、充電という動作の流れと、それに伴って変化するバッテリの端子間電圧と、充放電電流の変化を模式的に示す、模式的なグラフである。本例の場合、バッテリ装置101に接続された充電回路では、定電流定電圧充電(CC/CV:Constant Current, Constant Voltage)を行う。
最初に、バッテリに対してCC/CV充電を行っていると、バッテリの端子間電圧と充電電流は巨視的に見て安定した電圧値及び電流値を保っている(t1)。
次に、CC/CV充電を停止すると、電流は勿論ゼロになるが、バッテリの端子間電圧は急激に下がり(t2)、その後徐々に安定なある電圧に収束する。これが充電後の開放電圧OCVである。
その後、適当な負荷をバッテリに接続すると、バッテリの放電が行われる(t4)。この放電も、最初は急激に電圧が下がり、その後一定の電圧に収束する(t5)。これが安定放電電圧CCV@DHGである。なお、このときの放電電流がCUR@DHGである。
その後、再び充電を開始すると(t6)、バッテリの端子間電圧は急上昇する(t7)。
[Mechanism for measuring stable open circuit voltage]
Hereafter, the mechanism which measures the stable open circuit voltage which is the objective of this embodiment is demonstrated.
Here, the stable open circuit voltage is a voltage between open terminals measured after a predetermined time is applied to the battery and the load is removed and a sufficient time has elapsed. This is an open-circuit voltage in a state where the chemical reaction inside the battery has settled and an equilibrium state has been reached.
FIG. 3 is a schematic graph schematically showing an operation flow of typical battery charging, charging stop, discharging, and charging, a battery terminal voltage that changes in accordance with the flow, and a change in charging / discharging current. It is. In the case of this example, the charging circuit connected to the battery device 101 performs constant current and constant voltage (CC / CV: Constant Current, Constant Voltage).
First, when CC / CV charging is performed on the battery, the voltage between the terminals of the battery and the charging current maintain a stable voltage value and current value when viewed macroscopically (t1).
Next, when the CC / CV charging is stopped, the current naturally becomes zero, but the voltage between the terminals of the battery rapidly decreases (t2), and then gradually converges to a stable voltage. This is the open circuit voltage OCV after charging.
Thereafter, when an appropriate load is connected to the battery, the battery is discharged (t4). In this discharge, the voltage suddenly drops at first and then converges to a constant voltage (t5). This is the stable discharge voltage CCV @ DHG. The discharge current at this time is CUR @ DHG.
Thereafter, when charging is started again (t6), the voltage between the terminals of the battery rapidly increases (t7).

ここで、安定開回路電圧は、OCVとCCV@DHGとのほぼ中点に位置する電圧であることが、これより述べる計測結果より判明している。
図4は、リチウムイオンバッテリセルに充放電の実験を行った際の電圧及び電流を計測したグラフである。
この計測は、以下のような実験を行った。
充電対象:リチウムイオンバッテリセル 1本
放電回路:4Ω定抵抗放電回路
充電条件:定電流定電圧(CC/CV)充電
充電電圧:最大4.2V
充電電流:最大1.5A
充電温度:25℃
試験パターンとして、充電(10分)→放電(5秒)→休止(3時間)のパターンを満充電まで繰り返し、その度毎に充電終了間際の電流(CUR@CHG)と電圧(OCV)、放電終了間際の電流(CUR@DHG)と電圧(CCV@DHG)、そして休止終了間際の電圧(実測した安定開回路電圧(以下「実測安定開回路電圧」))を計測した結果である。
なお、図4には、後述する算出式を用いて算出した、算出安定開回路電圧もプロットしてある。
Here, it is found from the measurement results described below that the stable open circuit voltage is a voltage located at approximately the midpoint between OCV and CCV @ DHG.
FIG. 4 is a graph obtained by measuring voltage and current when a charge / discharge experiment was performed on a lithium ion battery cell.
This measurement was performed by the following experiment.
Charging object: Lithium ion battery cell 1 discharge circuit: 4Ω constant resistance discharge circuit Charging condition: constant current constant voltage (CC / CV) Charging charge voltage: Maximum 4.2V
Charging current: Max 1.5A
Charging temperature: 25 ° C
As a test pattern, the pattern of charge (10 minutes) → discharge (5 seconds) → rest (3 hours) is repeated until full charge, and each time the charge ends (CUR @ CHG) and voltage (OCV), discharge It is the result of measuring the current (CUR @ DHG) and voltage (CCV @ DHG) just before the end, and the voltage just before termination (measured stable open circuit voltage (hereinafter “measured stable open circuit voltage”)).
FIG. 4 also plots the calculated stable open circuit voltage calculated using the calculation formula described later.

このグラフは右方向からプロットしている。以下、グラフの右方向から説明する。
バッテリがほぼ空の状態においては、実測安定開回路電圧はOCVとCCV@DHGの中間値よりやや少ない電圧である(t11)。
その後、充電が進むにつれて、実測安定開回路電圧は上昇する。これにつれて、充電電流値CUR@CHGが徐々に減少する(t12〜t13)。
バッテリの充電容量が1Ahを割り込んだ辺りから、充電電流値CUR@CHGは急激に減少する(t14)。実測安定開回路電圧は上昇し、やがてOCVとCCV@DHGの中間値より高い電圧となる(t15)。
充電末期になると、充電電流値CUR@CHGは限りなくゼロに近くなる。それと共に、実測安定開回路電圧はOCVに極めて近くなる(t16)。
なお、参考のために図5に5℃の雰囲気中にて同様の計測を行った結果のグラフを示す。CCV@DHGが低い値を示していることから、バッテリの性能が発揮し切れていないことが判る。それでも、実測安定開回路電圧の変化は図4とほぼ同等である。
This graph is plotted from the right. Hereinafter, description will be given from the right side of the graph.
When the battery is almost empty, the measured stable open circuit voltage is slightly less than the intermediate value between OCV and CCV @ DHG (t11).
Thereafter, as charging progresses, the measured stable open circuit voltage increases. Accordingly, the charging current value CUR @ CHG gradually decreases (t12 to t13).
The charging current value CUR @ CHG sharply decreases around the time when the charging capacity of the battery has cut below 1 Ah (t14). The measured stable open circuit voltage rises and eventually becomes higher than the intermediate value between OCV and CCV @ DHG (t15).
At the end of charging, the charging current value CUR @ CHG is infinitely close to zero. At the same time, the measured stable open circuit voltage is very close to the OCV (t16).
For reference, FIG. 5 shows a graph of results obtained by performing the same measurement in an atmosphere at 5 ° C. Since CCV @ DHG has shown the low value, it turns out that the performance of a battery is not fully demonstrated. Nevertheless, the change in the measured stable open circuit voltage is almost the same as in FIG.

図4及び図5を見て判ることは、実測安定開回路電圧は必ずOCVとCCV@DHGの間の値になること、そして、実測安定開回路電圧は、OCVとCCV@DHGの間の値をCUR@CHGとCUR@DHGの変化に応じて偏っていく傾向が見受けられることである。
この観察に基づいて、以下の式を立てて、図4及び図5において「算出安定開回路電圧」をプロットした。その結果、算出安定開回路電圧と実測安定開回路電圧との差が、従来の測定及び算出方法と比べて極めて小さくなることが判った。
4 and 5 that the measured stable open circuit voltage is always between OCV and CCV @ DHG, and the measured stable open circuit voltage is between OCV and CCV @ DHG. There is a tendency to be biased according to changes in CUR @ CHG and CUR @ DHG.
Based on this observation, the following formula was established, and “calculated stable open circuit voltage” was plotted in FIGS. 4 and 5. As a result, it has been found that the difference between the calculated stable open circuit voltage and the measured stable open circuit voltage is extremely small as compared with the conventional measurement and calculation methods.

Figure 2008128964
Figure 2008128964

つまり、数式1を実践する計測を充電中に行うことにより、従来技術と比べてより正確に、安定開回路電圧を算出することができるのである。
なお、放電電流は、最大充電電流の半分から最大充電電流までの範囲内にあることが望ましい。放電電流が充電電流と比べてあまりにも多すぎたり少なすぎたりすると、OCVとCCV@DHGの中間の値に適切な比率を与えることができないからである。
That is, the stable open circuit voltage can be calculated more accurately as compared with the prior art by performing the measurement for practicing Equation 1 during charging.
The discharge current is preferably in the range from half of the maximum charge current to the maximum charge current. This is because if the discharge current is too much or too little compared with the charge current, an appropriate ratio cannot be given to an intermediate value between OCV and CCV @ DHG.

図6は、安定開回路電圧測定部210の内部ブロック図である。数式1を実践するべく、充放電を制御し、必要なデータを収集し、演算を行うものである。
RAM602は、図2のRAM206と物理的には同じであるが、アドレスが異なる。つまり、図2のRAM206内に存在する記憶領域とは別のアドレス空間である。このアドレス空間の中に、CUR@CHG格納部603、OCV格納部604、CUR@DHG格納部605そしてCCV@DHG格納部606が、設けられている。これらは図2のRAM206の各記憶領域から値をコピーして保持する。
カウンタ607は図示しないクロック源から発されるクロックを計数する。充放電判定部207から充電中である旨の判定結果によって起動され、充電終了である旨の判定結果によってリセットされる。
カウンタ607は計数の結果、放電制御部209、充電制御部208そして内部放電制御FET116に対し、制御信号を出力する。また、カウンタ204はこれに伴い、RAM602のCUR@CHG格納部603、OCV格納部604、CUR@DHG格納部605そしてCCV@DHG格納部606に対し、値をRAM206からコピーするべく制御する。
安定開回路電圧算出部608は、RAM602のCUR@CHG格納部603、OCV格納部604、CUR@DHG格納部605そしてCCV@DHG格納部606から値を読み出し、数式1を実行して安定開回路電圧を算出し、データとして出力する。
FIG. 6 is an internal block diagram of the stable open circuit voltage measurement unit 210. In order to practice Formula 1, charge / discharge is controlled, necessary data is collected, and calculation is performed.
The RAM 602 is physically the same as the RAM 206 in FIG. 2, but has a different address. That is, the address space is different from the storage area existing in the RAM 206 of FIG. In this address space, a CUR @ CHG storage unit 603, an OCV storage unit 604, a CUR @ DHG storage unit 605, and a CCV @ DHG storage unit 606 are provided. These values are copied from each storage area of the RAM 206 in FIG.
The counter 607 counts clocks generated from a clock source (not shown). The charging / discharging determination unit 207 is activated by a determination result indicating that charging is in progress, and is reset by a determination result indicating that charging is completed.
The counter 607 outputs a control signal to the discharge control unit 209, the charge control unit 208, and the internal discharge control FET 116 as a result of the counting. Accordingly, the counter 204 controls the CUR @ CHG storage unit 603, the OCV storage unit 604, the CUR @ DHG storage unit 605, and the CCV @ DHG storage unit 606 of the RAM 602 to copy values from the RAM 206.
The stable open circuit voltage calculation unit 608 reads values from the CUR @ CHG storage unit 603, the OCV storage unit 604, the CUR @ DHG storage unit 605, and the CCV @ DHG storage unit 606 of the RAM 602, and executes Equation 1 to perform the stable open circuit. The voltage is calculated and output as data.

図7は安定開回路電圧測定部210の処理の流れを示すフローチャートである。
処理を開始すると(S701)、先ず充放電判定部207の判定結果を見て、現在充電中であるか否かを確認する(S702)。
充電中であるなら、タイマ1を起動し(S703)、タイマ1が10分を計測したか(S704)、或は充放電判定部207の判定結果を見て、充電が中断されたか否か(S705)を確認し、充電中であれば10分を経過するまでループ処理を続ける。
10分を経過したら、充電が継続して10分行われたので、安定開回路電圧を測定する処理を実行し(S706)、処理を最初から繰り返す(S707)。
FIG. 7 is a flowchart showing a process flow of the stable open circuit voltage measurement unit 210.
When the process is started (S701), first, the determination result of the charge / discharge determination unit 207 is checked, and it is confirmed whether or not the battery is currently being charged (S702).
If charging is in progress, the timer 1 is started (S703), whether the timer 1 measures 10 minutes (S704), or whether the charging is interrupted by checking the determination result of the charge / discharge determination unit 207 ( S705) is confirmed. If charging is in progress, the loop processing is continued until 10 minutes have elapsed.
When 10 minutes have elapsed, since charging has been continued for 10 minutes, a process of measuring a stable open circuit voltage is executed (S706), and the process is repeated from the beginning (S707).

図8及び図9は安定開回路電圧を測定する処理の流れを示すフローチャートである。図7のステップS706の中身である。
処理を開始すると(S801)、最初にRAM206の現在の電流値をCUR@CHG格納部603へコピーする(S802)。
次に、充電制御部208を制御して、充電FET114をオフし、充電を停止する(S802)。そして、タイマ2を起動し(S804)、所定時間の経過を待つ(S805)。ここでは1秒としている。
所定時間が経過したら、現在の第1のセル104の電圧値及び現在の第2のセル104の電圧値をRAM206からOCV格納部604にコピーする(S806)。
次に、放電制御部209に対し、低電圧放電を行うべく制御すると共に、内部放電制御FET116をオン制御する(S807)。
そして、タイマ3を起動し(S808)、所定時間の経過を待つ(S809)。ここでは1秒としている。
所定時間が経過したら、現在の第1のセル104の電圧値及び現在の第2のセル104の電圧値をCCV@DHG格納部606へ、そして電流値をRAM206からCUR@DHG格納部605にコピーする(S910)。この時点でようやく演算処理に必要なデータが揃ったこととなる。
内部放電制御FET116をオフ制御し(S911)、安定開回路電圧を算出する(S912)。その後、充電を再開し(S913)、終了する(S914)。なお、ステップS912の安定開回路電圧の算出処理はどの順番であってもよい。
8 and 9 are flowcharts showing the flow of processing for measuring the stable open circuit voltage. This is the content of step S706 in FIG.
When the process is started (S801), first, the current current value of the RAM 206 is copied to the CUR @ CHG storage unit 603 (S802).
Next, the charging control unit 208 is controlled to turn off the charging FET 114 and stop charging (S802). Then, the timer 2 is activated (S804) and waits for a predetermined time (S805). Here, it is 1 second.
When the predetermined time has elapsed, the current voltage value of the first cell 104 and the current voltage value of the second cell 104 are copied from the RAM 206 to the OCV storage unit 604 (S806).
Next, the discharge control unit 209 is controlled to perform low voltage discharge, and the internal discharge control FET 116 is turned on (S807).
Then, the timer 3 is started (S808), and the elapse of a predetermined time is waited (S809). Here, it is 1 second.
When the predetermined time has elapsed, the current voltage value of the first cell 104 and the current voltage value of the second cell 104 are copied to the CCV @ DHG storage unit 606, and the current value is copied from the RAM 206 to the CUR @ DHG storage unit 605. (S910). At this point, the data necessary for the calculation process is finally ready.
The internal discharge control FET 116 is turned off (S911), and a stable open circuit voltage is calculated (S912). Thereafter, the charging is resumed (S913) and terminated (S914). In addition, the calculation process of the stable open circuit voltage of step S912 may be in any order.

図7から図9までの処理により、バッテリ装置101の充電が継続して行われると、10分毎に安定開回路電圧測定処理が行われることとなる。   If the battery device 101 is continuously charged by the processes from FIG. 7 to FIG. 9, the stable open circuit voltage measurement process is performed every 10 minutes.

図10は本実施形態によって得られた安定開回路電圧値の用途を示すブロック図である。
安定開回路電圧は、バッテリのセル104の異常状態を検出する根拠として利用可能である。
正常状態のセル104の安定開回路電圧は、所定の電圧範囲内にある。この電圧範囲を逸脱する場合は、何らかの異常状態に陥ったと判断できる。
単なるセル104の端子間電圧では、充放電の度毎に電圧が大きく変動するので、異常状態を検出し難い。
一方、安定開回路電圧はセル104自体の残容量状態及び劣化状態にのみ依存するため、端子間電圧の計測と比較すると電圧変動が小さい。つまり、端子間電圧と閾値との比較による異常状態検出よりも、より精緻な異常状態検出が期待できる。
図10では異常状態を判定した結果として、温度ヒューズ溶断用FET1006をオン制御して、温度ヒューズ1007を溶断する。
FIG. 10 is a block diagram showing the use of the stable open circuit voltage value obtained by this embodiment.
The stable open circuit voltage can be used as a basis for detecting an abnormal state of the battery cell 104.
The stable open circuit voltage of the cell 104 in the normal state is within a predetermined voltage range. When deviating from this voltage range, it can be determined that an abnormal state has occurred.
With a simple voltage between the terminals of the cell 104, the voltage fluctuates greatly each time the battery is charged / discharged, so that it is difficult to detect an abnormal state.
On the other hand, since the stable open circuit voltage depends only on the remaining capacity state and the deterioration state of the cell 104 itself, the voltage fluctuation is small as compared with the measurement of the voltage between terminals. That is, more precise abnormal state detection can be expected than the abnormal state detection by comparing the voltage between the terminals and the threshold value.
In FIG. 10, as a result of determining the abnormal state, the thermal fuse fusing FET 1006 is turned on, and the thermal fuse 1007 is blown.

前述のように、安定開回路電圧はセル104自体の残容量状態及び劣化状態にのみ依存する。このため、電池の残容量をより精緻に計測することが期待できる。
図10ではマイクロコンピュータ105のシリアルポートT1008を通じて、外部電子機器に安定開回路電圧のデータを送信する。
外部電子機器、例えばノート型パーソナルコンピュータでは、このデータを受信し、バッテリの残容量を更新することができる。
更に、バッテリの製造直後の容量のデータをマイクロコンピュータ1005内の図示しない不揮発性メモリに記録しておくことで、バッテリの劣化度を算出することもできる。バッテリの劣化度を知ることで、ユーザはバッテリの交換時期を的確に把握することができる。
As described above, the stable open circuit voltage depends only on the remaining capacity state and the deterioration state of the cell 104 itself. For this reason, it can be expected to measure the remaining capacity of the battery more precisely.
In FIG. 10, stable open circuit voltage data is transmitted to an external electronic device through the serial port T1008 of the microcomputer 105.
An external electronic device, such as a notebook personal computer, can receive this data and update the remaining battery capacity.
Further, the degree of deterioration of the battery can be calculated by recording capacity data immediately after the battery is manufactured in a non-illustrated nonvolatile memory in the microcomputer 1005. By knowing the degree of deterioration of the battery, the user can accurately grasp the replacement time of the battery.

本実施形態には、以下のような応用例が考えられる。
(1)安定開回路電圧を算出する式は、前述の数式1に限られない。
以下に示す数式2でも、ほぼ同様の精度にて安定開回路電圧を算出できる。数式2も、充電電流(CUR@CHG)が満充電に近くなるにつれて減少する現象を利用している式である。
The following application examples can be considered in the present embodiment.
(1) The equation for calculating the stable open circuit voltage is not limited to Equation 1 described above.
The following equation 2 can also calculate a stable open circuit voltage with substantially the same accuracy. Equation 2 is also an equation that uses a phenomenon in which the charging current (CUR @ CHG) decreases as it approaches full charge.

Figure 2008128964
Figure 2008128964

本実施形態においては、バッテリの安定開回路電圧を算出する技術を開示した。
安定開回路電圧は、本来なら充電後開放状態で長時間放置して測定しなければならない、通常の使用状態においてはおよそ無理な測定を行わなければならなかった。また、開放電圧の差を利用した従来技術の算出方法では、A/Dコンバータに高い精度を要求し、誤差が大きく、実用的でなかった。
本実施形態で開示した安定開回路電圧算出方法によれば、A/Dコンバータに高い精度を要求せず、比較的短時間に、実測値との誤差が小さい、実用レベルの精度の安定開回路電圧データを得ることができる。
安定開回路電圧データを基に、従来より高い精度でバッテリセルの異常状態を検出できる。
安定開回路電圧データを基に、従来より高い精度でバッテリセルの残容量を算出できる。
In the present embodiment, a technique for calculating a stable open circuit voltage of a battery has been disclosed.
The stable open circuit voltage must be measured by leaving it for a long time in an open state after charging. In normal use conditions, the stable open circuit voltage had to be roughly measured. Further, the conventional calculation method using the difference in open-circuit voltage requires high accuracy for the A / D converter, has a large error, and is not practical.
According to the stable open circuit voltage calculation method disclosed in the present embodiment, a high accuracy is not required for the A / D converter, and the error with the measured value is small in a relatively short time. Voltage data can be obtained.
Based on the stable open circuit voltage data, the abnormal state of the battery cell can be detected with higher accuracy than before.
Based on the stable open circuit voltage data, the remaining capacity of the battery cell can be calculated with higher accuracy than before.

以上、本発明の実施形態例について説明したが、本発明は上記実施形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、他の変形例、応用例を含むことは言うまでもない。   The embodiment of the present invention has been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and other modifications may be made without departing from the gist of the present invention described in the claims. It goes without saying that application examples are included.

本発明の一実施の形態による、バッテリ装置のブロック図である。1 is a block diagram of a battery device according to an embodiment of the present invention. FIG. マイクロコンピュータの内部の機能を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the function inside a microcomputer. 典型的なバッテリの充電、充電停止、放電、充電という動作の流れと、それに伴って変化するバッテリの端子間電圧と、充放電電流の変化を模式的に示す、模式的なグラフである。It is a typical graph which shows typically the flow of the operation | movement called the charge of a typical battery, charge stop, discharge, and charge, the voltage between the terminals of the battery which changes in connection with it, and the change of charging / discharging current. リチウムイオンバッテリセルに充放電の実験を行った際の電圧及び電流を計測したグラフである。It is the graph which measured the voltage and electric current at the time of conducting charge / discharge experiment to a lithium ion battery cell. リチウムイオンバッテリセルに充放電の実験を行った際の電圧及び電流を計測したグラフである。It is the graph which measured the voltage and electric current at the time of conducting charge / discharge experiment to a lithium ion battery cell. 安定開回路電圧測定部の内部ブロック図である。It is an internal block diagram of the stable open circuit voltage measurement part. 安定開回路電圧測定部の処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of a process of the stable open circuit voltage measurement part. 安定開回路電圧を測定する処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the process which measures a stable open circuit voltage. 安定開回路電圧を測定する処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the process which measures a stable open circuit voltage. 本実施形態によって得られた安定開回路電圧値の用途を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the use of the stable open circuit voltage value obtained by this embodiment. 従来技術による、平衡電圧を算出する仕組みを示す図である。It is a figure which shows the mechanism which calculates an equilibrium voltage by a prior art. 従来技術による安定開回路電圧算出方法と、実測の安定開回路電圧とを比較したグラフである。It is the graph which compared the stable open circuit voltage calculation method by a prior art, and the measured stable open circuit voltage.

符号の説明Explanation of symbols

101…バッテリ装置、102…バッテリ本体部、103…充放電制御部、104…セル、105…マイクロコンピュータ、T106、T107、T108…電圧検出端子、T109…マイナス端子、R110…電流検出抵抗、T111、T112…電流検出端子、113…放電FET、114…充電FET、T115…プラス端子、116…内部放電制御FET、R117…放電電流制限抵抗、202…第1の切り替えスイッチ、203…第2の切り替えスイッチ、204、607…カウンタ、205…A/Dコンバータ、206、602…RAM、207…充放電判定部、208…充電制御部、209…放電制御部、210…安定開回路電圧測定部、603…CUR@CHG格納部、604…OCV格納部、605…CUR@DHG格納部、606…CCV@DHG格納部、608…安定開回路電圧算出部   DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Battery apparatus, 102 ... Battery main-body part, 103 ... Charge / discharge control part, 104 ... Cell, 105 ... Microcomputer, T106, T107, T108 ... Voltage detection terminal, T109 ... Negative terminal, R110 ... Current detection resistance, T111, T112 ... Current detection terminal, 113 ... Discharge FET, 114 ... Charge FET, T115 ... Plus terminal, 116 ... Internal discharge control FET, R117 ... Discharge current limiting resistor, 202 ... First changeover switch, 203 ... Second changeover switch 204, 607 ... counter, 205 ... A / D converter, 206, 602 ... RAM, 207 ... charge / discharge determination unit, 208 ... charge control unit, 209 ... discharge control unit, 210 ... stable open circuit voltage measurement unit, 603 ... CUR @ CHG storage unit, 604... OCV storage unit, 605... CUR @ DHG storage , 606 ... CCV @ DHG storage unit, 608 ... stable open circuit voltage calculating unit

Claims (4)

バッテリの充電が継続して所定時間行われたか否かを検出する第1のステップと、
前記第1のステップにおいて、充電電流を取得する第2のステップと、
前記第1のステップ及び前記第2のステップの後、充電を停止して前記バッテリを無負荷状態にする第3のステップと、
前記第3のステップの後、所定時間の経過を待って、前記バッテリの開放電圧を取得する第4のステップと、
前記第4のステップの後、前記バッテリに所定の負荷を接続し、更に所定時間経過後、前記バッテリの放電電圧及び放電電流を取得する第5のステップと、
前記充電電流、前記開放電圧、前記放電電圧及び前記放電電流に基づいて、前記バッテリの安定開回路電圧を算出する第6のステップと
よりなることを特徴とする、バッテリの安定開回路電圧算出方法。
A first step of detecting whether or not the battery is continuously charged for a predetermined time;
In the first step, a second step of obtaining a charging current;
After the first step and the second step, a third step of stopping charging and bringing the battery into a no-load state;
After the third step, waiting for the elapse of a predetermined time, and acquiring the open circuit voltage of the battery;
A fifth step of connecting a predetermined load to the battery after the fourth step, and further acquiring a discharge voltage and a discharge current of the battery after a predetermined time;
A method for calculating a stable open circuit voltage of a battery, comprising: a sixth step of calculating a stable open circuit voltage of the battery based on the charging current, the open circuit voltage, the discharge voltage and the discharge current. .
前記第6のステップは、前記開放電圧と前記放電電圧の中間値に、前記充電電流と前記放電電流との比率の要素を加味した値であることを特徴とする、請求項1記載のバッテリの安定開回路電圧算出方法。   2. The battery according to claim 1, wherein the sixth step is a value obtained by adding an element of a ratio between the charging current and the discharging current to an intermediate value between the open-circuit voltage and the discharging voltage. Stable open circuit voltage calculation method. バッテリの両端電圧を検出する電圧検出部と、
前記バッテリの電流を検出する電流検出部と、
前記電圧検出部及び前記電流検出部から得られた電圧データ及び電流データを逐次記録するメモリと、
前記メモリに記録されている電流データから、現在前記バッテリが充電状態なのか放電状態なのか無負荷状態なのかを判定する充放電判定部と、
前記メモリと前記充放電判定部に接続され、前記メモリに保持されている前記電圧データ及び前記電流データを基に、前記バッテリの安定開回路電圧を算出する安定開回路電圧測定部と、
前記安定開回路電圧測定部によって制御される放電制御スイッチと、
前記安定開回路電圧測定部から得られた安定開回路電圧データと閾値とを比較して、バッテリの異常状態を検出する異常状態検出部と、
前記異常状態検出部の出力信号を得て、所定の保護機構をオン操作する保護機構制御スイッチと
よりなることを特徴とする、バッテリ装置。
A voltage detector for detecting the voltage across the battery;
A current detector for detecting the current of the battery;
A memory for sequentially recording voltage data and current data obtained from the voltage detection unit and the current detection unit;
A charge / discharge determination unit that determines whether the battery is currently in a charged state, a discharged state, or a no-load state from current data recorded in the memory;
A stable open circuit voltage measuring unit that is connected to the memory and the charge / discharge determination unit and calculates a stable open circuit voltage of the battery based on the voltage data and the current data held in the memory;
A discharge control switch controlled by the stable open circuit voltage measurement unit;
An abnormal state detection unit that detects the abnormal state of the battery by comparing the stable open circuit voltage data obtained from the stable open circuit voltage measurement unit with a threshold value;
A battery device comprising: a protection mechanism control switch that obtains an output signal of the abnormal state detection unit and turns on a predetermined protection mechanism.
バッテリの両端電圧を検出する電圧検出部と、
前記バッテリの電流を検出する電流検出部と、
前記電圧検出部及び前記電流検出部から得られた電圧データ及び電流データを逐次記録するメモリと、
前記メモリに記録されている電流データから、現在前記バッテリが充電状態なのか放電状態なのか無負荷状態なのかを判定する充放電判定部と、
前記メモリと前記充放電判定部に接続され、前記メモリに保持されている前記電圧データ及び前記電流データを基に、前記バッテリの安定開回路電圧を算出して安定開回路電圧データを出力する安定開回路電圧測定部と、
前記安定開回路電圧測定部によって制御される放電制御スイッチと
よりなることを特徴とするバッテリ装置に接続される携帯型電子機器であって、
前記安定開回路電圧測定部から得られる前記安定開回路電圧データに基づいて、前記バッテリの残容量を再計算する
ことを特徴とする、電子機器。
A voltage detector for detecting the voltage across the battery;
A current detector for detecting the current of the battery;
A memory for sequentially recording voltage data and current data obtained from the voltage detection unit and the current detection unit;
A charge / discharge determination unit that determines whether the battery is currently in a charged state, a discharged state, or a no-load state from current data recorded in the memory;
A stable connected to the memory and the charge / discharge determination unit, and based on the voltage data and the current data held in the memory, calculates a stable open circuit voltage of the battery and outputs stable open circuit voltage data An open circuit voltage measurement unit;
A portable electronic device connected to a battery device, comprising a discharge control switch controlled by the stable open circuit voltage measurement unit,
An electronic apparatus, wherein the remaining capacity of the battery is recalculated based on the stable open circuit voltage data obtained from the stable open circuit voltage measurement unit.
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