JP2008289229A - Power controller - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力制御装置に関し、負荷に供給される電圧を引き上げる電力制御装置に関する。 The present invention relates to a power control apparatus, and more particularly to a power control apparatus that raises a voltage supplied to a load.
従来から、車両には電気式ブレーキ、電動パワーステアリング(EPS)、エアバッグなど電力消費が大きく、電源の負荷となる多数の装置が搭載されている。このような電力消費の大きな装置が増加するにつれて電源に与える負担が大きくなり、十分な電力の確保が難しくなる。例えば、プリクラッシュシステム(PCS)は車両の衝突を予知し、予知された段階で所定の保護装置を起動して乗員の安全確保を図ることを目的としているが、このような安全確保を目的とするシステムはその目的から考えて確実に動作させる必要がある。もしも、十分な電力が確保されていなければ、動作が要求された時に供給できる電力が低下し、システムの正常動作は妨げられる。安全確保を目的とするシステムを確実に動作させるために、車両の衝突を予知し、予知された段階で安全確保に寄与しにくい負荷への電力を遮断することで、十分な電力を確保しようとする電力制御装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
しかるに、従来の電力制御装置では、一部の負荷への電力を遮断することで安全確保を目的とするシステムへの電力供給を確保しようとしているが、電源の充電状態が十分でない場合などには、そのシステム自身の電力消費によって電源電圧低下を招くおそれがあり、システムへの電力供給を十分に確保できない場合があった。 However, the conventional power control device tries to secure the power supply to the system for ensuring safety by cutting off the power to some loads. In some cases, the power consumption of the system itself may cause a drop in power supply voltage, and sufficient power supply to the system may not be ensured.
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、負荷に供給する十分な電力を確保することができる電力制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a power control apparatus capable of securing sufficient power to be supplied to a load.
上記目的を達成するため、第1の発明は、電源と、前記電源より電力が供給される負荷と、前記電力の消費量の増大を予測する電力消費量予測手段と、前記電力消費量予測手段の予測結果に基づいて、前記負荷に供給される電圧を引き上げる電圧引き上げ手段とを備えることを特徴とする。 To achieve the above object, the first invention provides a power source, a load to which power is supplied from the power source, a power consumption prediction unit that predicts an increase in the power consumption, and the power consumption prediction unit. And a voltage raising means for raising the voltage supplied to the load based on the prediction result.
第2の発明は、第1の発明に係る電力制御装置において、前記電圧引き上げ手段は発電手段を有し、前記電力消費量予測手段の予測結果に基づいて、前記発電手段の制限値を引き上げることを特徴とする。 According to a second invention, in the power control apparatus according to the first invention, the voltage raising means includes a power generation means, and raises a limit value of the power generation means based on a prediction result of the power consumption prediction means. It is characterized by.
本発明によれば、負荷に供給する十分な電力を確保することができる。 According to the present invention, sufficient power to be supplied to the load can be ensured.
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本発明の電力制御装置の概略の構成例を示す図である。 FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration example of a power control apparatus of the present invention.
図1の電力制御装置は、高圧バッテリ10、オルタネータ20、DC−DCコンバータ30、低圧バッテリ40、低圧バッテリ用負荷50、インバータ60、モータジェネレータ70、高圧バッテリ用負荷(1)80−1ないし高圧バッテリ用負荷(N)80−N、バッテリ用ECU90、MG用ECU100、負荷(1)用ECU110−1ないし負荷(N)用ECU110−N、PCS用ECU120、パワーマネジメントECU130から構成されている。
1 includes a
オルタネータ20は発電用コイル21、整流用ダイオード22、フィールドコイル23、レギュレータ24から構成されている。
The
PCS用ECU120は障害物検知センサ121を有する。 The PCS ECU 120 has an obstacle detection sensor 121.
高圧バッテリ10は蓄電池であり、比較的電力消費の大きな負荷に電力を供給する電源である。低圧バッテリ40は蓄電池であり、比較的電力消費の小さな低圧バッテリ用負荷50に電力を供給する電源である。低圧バッテリ用負荷50は例えば、ライトなどである。DC−DCコンバータ30は、高圧バッテリ10の電圧を低圧バッテリ40用の電圧に変換し、低圧バッテリ40を充電するとともに、低圧バッテリ用負荷50に電力を供給する。
The high-
インバータ60は交流電圧と直流電圧とを相互に変換するスイッチング回路である。モータジェネレータ70は交流電圧で動作し、電動機として駆動できると共に発電機としても駆動できる発電電動機であり、インバータ60を介して高圧バッテリ10やDC−DCコンバータ30などと接続されている。MG用ECU100はインバータ60のスイッチング回路を制御することで、インバータ60の出力電圧を可変する電子制御ユニットである。
The
高圧バッテリ用負荷(1)80−1ないし高圧バッテリ用負荷(N)80−Nは高圧バッテリ10又はオルタネータ20又はインバータ60から電力を供給される負荷であり、例えば、電気式ブレーキや電動パワーステアリングなどである。
The high-voltage battery load (1) 80-1 to the high-voltage battery load (N) 80-N is a load supplied with electric power from the high-
高圧バッテリ10には高圧バッテリ10の端子間電圧を計測する電圧センサ11、高圧バッテリ10の充放電電流を計測する電流センサ12及び高圧バッテリ10の温度を計測する温度センサ13が設置されている。また、低圧バッテリ40には低圧バッテリ40の端子間電圧を計測する電圧センサ41、低圧バッテリ40の充放電電流を計測する電流センサ42及び低圧バッテリ40の温度を計測する温度センサ43が設置されている、前記各センサの出力はバッテリ用ECU90に入力されている。
The
バッテリ用ECU90は、前記各センサから入力された信号に基づいて、高圧バッテリ10及び低圧バッテリ40の充電状態(SOC:State Of Charge)をチェックする機能を有する電子制御ユニットである。また、バッテリ用ECU90はDC−DCコンバータ30へ制御信号を出力する。
The
負荷(1)用ECU110−1ないし負荷(N)用ECU110−Nは高圧バッテリ用負荷(1)80−1ないし高圧バッテリ用負荷(N)80−Nを制御する電子制御ユニットである。 The load (1) ECU 110-1 through the load (N) ECU 110-N are electronic control units that control the high voltage battery load (1) 80-1 through the high voltage battery load (N) 80-N.
PCS用ECU120は車両の衝突を事前に判断し、安全装備を作動させることで被害を軽減する、いわゆるプリクラッシュ・セーフティ・システムを制御する電子制御ユニットである。PCS用ECU120中の障害物検知センサ121は相対速度や相対距離から車両周辺の障害物を検知するセンサであり、例えば、ミリ波センサなどが用いられる。障害物検知センサ121の検知した情報は、通信により、パワーマネジメントECU130中の電力消費量予測手段132に入力される。
The PCS ECU 120 is an electronic control unit that controls a so-called pre-crash safety system that judges a vehicle collision in advance and reduces damage by operating safety equipment. The obstacle detection sensor 121 in the PCS ECU 120 is a sensor that detects an obstacle around the vehicle from the relative speed and the relative distance, and for example, a millimeter wave sensor or the like is used. Information detected by the obstacle detection sensor 121 is input to the power consumption prediction unit 132 in the
パワーマネジメントECU130は電圧引き上げ手段131、電力消費量予測手段132から構成され、バッテリ用ECU90、MG用ECU100、負荷(1)用ECU110−1、ないし負荷(N)用ECU110−N、PCS用ECU120と相互に通信可能な状態に接続されており、前記各ECUから通信により入手した情報や各種制御信号をやりとりし、システム全体の電力を制御する電子制御ユニットである。また、パワーマネジメントECU130中の電圧引き上げ手段131はオルタネータ20の発電量を制御する。また、パワーマネジメントECU130中の電圧引き上げ手段131はMG用ECU100を経由してモータジェネレータ70の回生量を制御する。またパワーマネジメントECU130中の電力消費量予測手段132は障害物検知センサ121の検知した情報を通信により入手し、入手した情報に基づいて衝突の可能性の有無を判断し、衝突の可能性有りと判断した場合に電力消費量が増大することを予測する予測手段である。
The
パワーマネジメントECU130中の電圧引き上げ手段131は、高圧バッテリ10の充電電圧制限値を設定する。充電電圧制限値とは高圧バッテリ10の過充電を防止し、寿命を伸ばすために設定される値であり、受け入れ電力の制限値である。図4はSOCと充電電圧制限値との関係の例を示す図であるが、図4(1)のカーブのように充電電圧制限値は一定値ではなく、SOCに基づいて設定される値である。パワーマネジメントECU130中の電力消費量予測手段132が電力消費量の増大を予測した場合に、パワーマネジメントECU130中の電圧引き上げ手段131は、高圧バッテリ10の電源電圧を引き上げるためにオルタネータ20中のレギュレータ24及びMG用ECU100に指令を出す。
The voltage raising means 131 in the
オルタネータ20、インバータ60、モータジェネレータ70の動作をさらに詳しく説明する。
The operations of the
オルタネータ20はエンジンの回転を利用して発電する発電手段であり、オルタネータ20中の発電用コイル21で発電した交流電圧をオルタネータ20中の整流用ダイオード22で整流し直流電圧に変換している。パワーマネジメントECU130中の電圧引き上げ手段131はオルタネータ20中のレギュレータ24を制御可能な状態に接続されている。パワーマネジメントECU130中の電圧引き上げ手段131は前述の充電電圧制限値に関する情報をオルタネータ20中のレギュレータ24に送信すると共に、オルタネータ20の出力電圧(整流用ダイオード22のカソード側の電圧)が前記制限値を超えない範囲内で設定される所定の充電目標電圧値に収束するように制御することをオルタネータ20中のレギュレータ24に指令する。オルタネータ20中のレギュレータ24は指令を受け、オルタネータ20中のフィールドコイル23に流れる電流を調整することでオルタネータ20の出力電圧(整流用ダイオード22のカソード側の電圧)を前記充電目標電圧値に収束させる。
The
インバータ60はモータジェネレータ70が電動機として動作するときは高圧バッテリ10又はオルタネータ20から供給される直流電圧をMG用ECU100からの制御信号に基づくスイッチング動作により、交流電圧に変換する。変換された交流電圧はモータジェネレータ70に供給され、モータが駆動される。
When the motor generator 70 operates as an electric motor, the
モータジェネレータ70は車両の回生制動時には発電機として動作する発電手段でもある。インバータ60はモータジェネレータ70が発電した交流電圧をMG用ECU100からの制御信号に基づくスイッチング動作により、直流電圧に変換する。変換された直流電圧は高圧バッテリ10の充電に使用される。前述のように、高圧バッテリ10の過充電を防止するため、パワーマネジメントECU130中の電圧引き上げ手段131は高圧バッテリ10の充電電圧制限値を設定する。パワーマネジメントECU130中の電圧引き上げ手段131は、前記制限値に関する情報をMG用ECU100に送信すると共に、インバータ60により直流に変換された電圧(インバータ60と高圧バッテリ10の接続部の電圧)が前記制限値を超えない範囲内で設定される所定の充電目標電圧値に収束するようにインバータ60を制御することをMG用ECU100に指令する。MG用ECU100は指令を受け、インバータ60のスイッチング回路を制御することでインバータ60の出力電圧(インバータ60と高圧バッテリ10の接続部の電圧)を前記充電目標電圧値に収束させる。
The motor generator 70 is also power generation means that operates as a generator during regenerative braking of the vehicle.
ここで、回生制動とは、車両を操作する者によるブレーキ操作が有った場合の回生発電を伴う制動や、ブレーキ操作はしないが、走行中にアクセルペダルをオフすることで回生発電をさせながら車両を減速されることを言う。 Here, regenerative braking means braking with regenerative power generation when there is a brake operation by a person who operates the vehicle, and no braking operation, but regenerating power by turning off the accelerator pedal while driving Saying that the vehicle is decelerated.
次に、図2のフローチャートについて説明する。 Next, the flowchart of FIG. 2 will be described.
図2は図1の電力制御装置において、パワーマネジメントECU130中の電力消費量予測手段132が負荷で消費される電力の消費量の増大を予測した場合の処理例を示すフローチャートである。図2は負荷で消費される電力の消費量の増大が予測される例として、障害物との衝突の可能性がある場合の例について示している。
FIG. 2 is a flowchart showing an example of processing when the power consumption prediction unit 132 in the
ステップ100ではパワーマネジメントECU130中の電力消費量予測手段132が負荷の電力の消費量の増大を予測する。負荷の電力の消費量の増大を予測する具体的な方法は以下に述べる。
In
PCS用ECU120中の障害物検知センサ121は、自車両が走行中にミリ波などの電磁波、レーザー波などの光波、超音波などの音波などを探索波として発すると共に、前走車両などの対象物によって反射された探索波を受信することにより、探索対象物を検知する。パワーマネジメントECU130中の電力消費量予測手段132は、障害物検知センサ121が検知した情報を通信により入手し、受信した探索波の時間のずれや位相のずれなどの情報を整理し、対象物との距離を算出する。
The obstacle detection sensor 121 in the
パワーマネジメントECU130中の電力消費量予測手段132は、例えば、探索対象物が前走車両である場合は、障害物検知センサ121が前走車両を検知すると、検知した情報を通信により入手し、その情報に基づいて、自車両と前走車両との車間距離を算出し、例えば、車間距離が予め設定した値よりも狭くなったときに、自車両と衝突する可能性があると判断する。また、電力消費量予測手段132は衝突する可能性があると判断した場合には、電気式ブレーキや電動パワーステアリングなどの比較的電力消費量の大きな負荷が操作される可能性が高いと判断し、負荷で消費される電力の消費量の増大を予測する。予測結果は、パワーマネジメントECU130中の電圧引き上げ手段131に送信される(S100)。
For example, when the search target is a preceding vehicle, the power consumption prediction unit 132 in the
ステップ100において、負荷で消費される電力の消費量の増大が予測されなかった場合には、ステップ101でオルタネータ20の発電量は通常の範囲で制御される(S101)。次に、ステップ102でモータジェネレータ70の回生量は通常の範囲で制御され(S102)、リターンとなる。ここで通常の範囲とは、前述のパワーマネジメントECU130中の電圧引き上げ手段131により設定された高圧バッテリ10の前記充電電圧制限値を超えない範囲内で前記充電目標電圧値に収束するように高圧バッテリ10を充電することができる発電量及び回生量を言う。
If no increase in the amount of power consumed by the load is predicted in
ステップ100において、負荷で消費される電力の消費量の増大が予測された場合には、
ステップ103の処理が実行される。パワーマネジメントECU130中の電圧引き上げ手段131は高圧バッテリ10の充電電圧制限値をΔVだけ高い値(以後、設定変更制限値という)に設定変更する。図4(2)のカーブが設定変更後の充電電圧制限値(設定変更制限値)を示す。ここで、設定値をより高い値に変更することは高圧バッテリ10の寿命にとっては不利となるが、緊急時の電力確保を優先し、過電圧で高圧バッテリ10が故障しない範囲内で設定値を上げる。パワーマネジメントECU130中の電圧引き上げ手段131は設定変更制限値に関する情報をオルタネータ20中のレギュレータ24及びMG用ECU100に送信する(S103)。
In
The process of
次に、ステップ104の処理が実行される。パワーマネジメントECU130中の電圧引き上げ手段131はオルタネータ20の出力電圧(整流用ダイオード22のカソード側の電圧)が前記設定変更制限値を超えない範囲内で前記設定変更制限値に収束するように制御することをオルタネータ20中のレギュレータ24に指令する。すなわち、この場合には、充電目標電圧値は設定変更制限値と等しい。オルタネータ20中のレギュレータ24は指令を受け、オルタネータ20中のフィールドコイル23に流れる電流を調整することでオルタネータ20の出力電圧(整流用ダイオード22のカソード側の電圧)を前記設定変更制限値に収束させる。また、パワーマネジメントECU130中の電圧引き上げ手段131はオルタネータ20での発電量が少なく、レギュレータ24の制御だけではオルタネータ20の出力電圧が前記設定変更制限値まで上がらないと判断した場合には、オルタネータ20中の発電用コイル21での発電量が増加するようにオルタネータ20を制御する(S104)。これにより、発電量が増加する。
Next, the process of step 104 is performed. The voltage raising means 131 in the
次に、ステップ105の処理が実行され、リターンとなる。ステップ105では、パワーマネジメントECU130中の電圧引き上げ手段131は、インバータ60により直流に変換された電圧(インバータ60と高圧バッテリ10の接続部の電圧)が前記設定変更制限値を超えない範囲内で前記設定変更制限値に収束するようにインバータ60を制御することをMG用ECU100に指令する。すなわち、この場合には、充電目標電圧値は設定変更制限値と等しい。MG用ECU100は指令を受け、インバータ60のスイッチング回路を制御することでインバータ60の出力電圧(インバータ60と高圧バッテリ10の接続部の電圧)を前記設定変更制限値に収束させる。これにより、回生量が増加する。
Next, the process of step 105 is executed and returns. In step 105, the voltage raising means 131 in the
以上の図2に示す各ステップ(スタートからリターンまで)は繰り返され、所定の処理が実行される。 The above steps shown in FIG. 2 (from start to return) are repeated, and a predetermined process is executed.
図3は、図2に示すフローチャートの処理が実行された場合の充電電圧制限値(設定変更制限値)、発電量(回生量)、消費電力の関係の例を示す図である。 FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a relationship between a charging voltage limit value (setting change limit value), a power generation amount (regeneration amount), and power consumption when the process of the flowchart illustrated in FIG. 2 is executed.
図3において、点線は従来の電力制御装置において電力の消費量が増大した場合の発電量(回生量)の変化の例を示している。電力の消費量が増大すると、それを補うために発電量(回生量)は増加するが、充電電圧制限値が変更されていないので、発電量(回生量)の増加が遅く、電力の消費量が急増している部分では十分な電力供給が可能な状態とはいえない。 In FIG. 3, a dotted line shows an example of a change in the amount of power generation (regeneration amount) when the amount of power consumption increases in the conventional power control apparatus. When the power consumption increases, the power generation amount (regeneration amount) increases to compensate for this, but since the charge voltage limit value has not been changed, the increase in power generation amount (regeneration amount) is slow and the power consumption amount It can not be said that sufficient power supply is possible in the part where the number of slashes increases.
一方、本発明の電力制御装置の例を実線で示すが、電力消費量予測手段132が、負荷で消費される電力の消費量の増大を予測した場合には、高圧バッテリ10の充電電圧制限値を上げると共に、オルタネータ20の発電量及びモータジェネレータ70の回生量を増加させるので、発電量と回生量は時間と共に増加し、高圧バッテリ10を充電しつつ、所定値に収束する。その後、電力消費量の大きな負荷が作動するため、一時的に消費電力は増加するが、この時には既に十分は電力供給が可能な状態になっている。
On the other hand, an example of the power control device of the present invention is shown by a solid line. When the power consumption prediction unit 132 predicts an increase in the consumption of power consumed by the load, the charging voltage limit value of the high-
以上詳述したように、図1の電力制御装置で実行される図2のフローチャートに示す処理の結果、衝突する可能性があり、負荷で消費される電力の消費量の増大が予測された場合に、高圧バッテリ10の充電電圧制限値を上げると共に、オルタネータ20の発電量及びモータジェネレータ70の回生量を増加させることで、予め電源電圧を上げることができる。この結果、十分な電力を確保でき、実際に電力消費の大きな負荷が作動した場合でも、負荷に十分な電力を供給することができる。
As described in detail above, there is a possibility of collision as a result of the processing shown in the flowchart of FIG. 2 executed by the power control device of FIG. 1, and an increase in power consumption consumed by the load is predicted. In addition, the power supply voltage can be increased in advance by increasing the charging voltage limit value of the high-
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and substitutions can be made to the above-described embodiments without departing from the scope of the present invention. Can be added.
例えば、本実施例では、高圧バッテリ10と低圧バッテリ40の2つのバッテリを有する電力制御装置の例を示したが、バッテリを1つのみ有する電力制御装置やバッテリを3つ以上有る電力制御装置にも本発明を同様に適用できる。
For example, in the present embodiment, an example of a power control device having two batteries of the
また、本実施例では、負荷で消費される電力の消費量の増大が予測される例として、電力消費量予測手段132が障害物検知センサ121の受信した情報から自車両と前走車両との車間距離を計測し、自車両が前走車両と衝突する可能性があると判断する場合の例を示したが、この例に限定されるものではない。例えば、車速センサを搭載し、電力消費量予測手段132が車速が通常想定される以上に速くなった場合に、電気式ブレーキが急激に操作される可能性等を考慮し、電力の消費量の増大を予測する例や、GPSを搭載したカーナビゲーションシステムにおいて、カーブの多い急な坂道の走行が予想される場合に、電力消費量予測手段132が係る情報に基づいて、電気式ブレーキや電動パワーステアリングが通常よりも高い頻度で操作される可能性等を考慮し、電力の消費量の増大を予測する例などが考えられる。 Further, in this embodiment, as an example in which an increase in the amount of power consumed by the load is predicted, the power consumption prediction unit 132 determines whether the vehicle and the preceding vehicle are based on information received by the obstacle detection sensor 121. Although the example in the case of measuring the inter-vehicle distance and determining that the own vehicle may collide with the preceding vehicle has been shown, the present invention is not limited to this example. For example, if a vehicle speed sensor is installed and the power consumption predicting means 132 is faster than the vehicle speed is normally assumed, the electric brake may be suddenly operated. In an example of predicting an increase or when a car navigation system equipped with GPS is expected to travel on a steep hill with many curves, an electric brake and electric power An example in which an increase in power consumption is predicted in consideration of the possibility that the steering is operated at a frequency higher than normal may be considered.
また、本実施例では、電力の消費量の増大が予測される場合に、オルタネータ20の発電量及びモータジェネレータ70の回生量を増加させたが、何れか一方のみを増加させても良い。
Further, in this embodiment, when an increase in power consumption is predicted, the power generation amount of the
また、本実施例では車両を例にとって説明したが、必ずしも車両に限定されるものではない。 In this embodiment, the vehicle is described as an example, but the present invention is not necessarily limited to the vehicle.
10 高圧バッテリ
11 電圧センサ
12 電流センサ
13 温度センサ
20 オルタネータ
21 発電用コイル
22 整流用ダイオード
23 フィールドコイル
24 レギュレータ
30 DC−DCコンバータ
40 低圧バッテリ
41 電圧センサ
42 電流センサ
43 温度センサ
50 低圧バッテリ用負荷
60 インバータ
70 モータジェネレータ
80−1 高圧バッテリ用負荷(1)
80−N 高圧バッテリ用負荷(N)
90 バッテリ用ECU
100 MG用ECU
110−1 負荷(1)用ECU
110−N 負荷(N)用ECU
120 PCS用ECU
121 障害物検知センサ
130 パワーマネジメントECU
131 電圧引き上げ手段
132 電力消費量予測手段
DESCRIPTION OF
80-N High voltage battery load (N)
90 Battery ECU
100 MG ECU
110-1 ECU for load (1)
110-N ECU for load (N)
120 PCS ECU
121
131 Voltage raising means 132 Power consumption prediction means
Claims (3)
前記電源より電力が供給される負荷と、
前記電力の消費量の増大を予測する電力消費量予測手段と、
前記電力消費量予測手段の予測結果に基づいて、前記負荷に供給される電圧を引き上げる電圧引き上げ手段と、
を備える電力制御装置。 Power supply,
A load to which power is supplied from the power source;
Power consumption prediction means for predicting an increase in the power consumption;
Voltage raising means for raising the voltage supplied to the load based on the prediction result of the power consumption prediction means;
A power control apparatus comprising:
前記電圧引き上げ手段は、前記電力消費量予測手段の予測結果に基づいて、前記発電手段の発電量に係る制限値を引き上げることを特徴とする請求項1記載の電力制御装置。 Having power generation means,
The power control apparatus according to claim 1, wherein the voltage raising unit raises a limit value related to a power generation amount of the power generation unit based on a prediction result of the power consumption prediction unit.
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- 2007-05-15 JP JP2007129727A patent/JP2008289229A/en active Pending
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