JP2009052975A - 電池残量算出回路、及びこれを用いる電池パック - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池の劣化に伴う電池残量の補正精度の低下を低減することができる電池残量算出回路、及びこれを用いる電池パックを提供する。
【解決手段】予め設定された設定残量と組電池１４の端子電圧とを対応付けて記憶するデータテーブル２１７と、組電池１４における充放電電荷量の加減算を累積的に行うことにより得られる積算値から、組電池１４に充電されている残量を算出する残量算出部２１２と、電圧検出回路１５によって検出された端子電圧がデータテーブル２１７に記憶された端子電圧に達したとき、データテーブル２１７によって当該端子電圧と対応付けられている設定残量を、組電池１４に充電されている残量として残量算出部２１２の算出値を補正する残量補正部２１３と、組電池１４の内部抵抗が増大するほどデータテーブル２１７に記憶された端子電圧を低下させるように変更するデータテーブル補正部２１５とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池の残量を算出する電池残量算出回路、及びこれを用いる電池パックに関する。

二次電池を用いる電子機器の高性能化やアプリケーションの多様化によって、二次電池の高性能化を上回るペースで、電子機器の消費電力が拡大している。そのため、二次電池に充電されている残量予測の重要性が増しており、二次電池を使用するパーソナルコンピュータやビデオカメラなどでは、電子機器が電池パックと通信を行い、演算によって得られた推定残量を電子機器に表示するようになっている。

二次電池の残量を検出する方法として、二次電池の残量に応じて端子電圧が変化する性質を利用して、二次電池の端子電圧に基づき残量を算出する技術が知られている。また、二次電池の充放電電流を検出して充電電荷量と放電電荷量とを加減算することにより二次電池の残量を算出する技術も知られている。

しかしながら、二次電池の端子電圧に基づき残量を算出する技術では、残量が多いときは、残量の変化に対する端子電圧の変化が少ないため、充電深度の検出精度が低下するという不都合があった。また、二次電池の充放電電流を検出して充電電荷量と放電電荷量とを加減算することにより二次電池の残電荷量を算出する技術では、充電電荷量と放電電荷量との加減算が繰り返される過程において、電流検出誤差が蓄積して残量の検出精度が低下するという不都合があった。

そこで、このような不都合を回避するため、以下のような技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。すなわち、電池残量の変化に対する端子電圧の変化が大きくなる放電末期に近い残量で、当該残量に対応する二次電池の端子電圧を補正用端子電圧として予め記憶しておく。そして、二次電池の充放電電流を検出して充電電荷量と放電電荷量とを加減算することにより二次電池の残量を算出し、放電末期に近づいて、二次電池の端子電圧が補正用端子電圧に達すると、二次電池の残量として、当該補正用端子電圧に対応する残量を設定することで、電池残量の算出誤差を補正する。
特開平６−１７６７９８号公報

しかしながら、二次電池は充放電を繰り返すことにより特性が劣化し、端子電圧と電池残量との対応関係も二次電池の劣化に伴い変化する。そのため、特許文献１に記載の技術では、二次電池が劣化すると、電池残量の補正精度が低下するという不都合があった。

本発明は、このような事情に鑑みて為された発明であり、二次電池の劣化に伴う電池残量の補正精度の低下を低減することができる電池残量算出回路、及びこれを用いる電池パックを提供することを目的とする。

本発明に係る電池残量算出回路は、二次電池と、前記二次電池に流れる電流を検出する電流検出部と、前記二次電池の端子電圧を検出する電圧検出部と、前記二次電池に充電されている残量であって予め設定された設定値である設定残量と当該二次電池の端子電圧とを対応付けて記憶するデータテーブルと、前記電流検出部によって検出される前記二次電池の充放電電流に基づき、前記二次電池における充電電荷量の加算と放電電荷量の減算とを累積的に行うことにより得られる積算値から、前記二次電池に充電されている残量を算出する残量算出部と、前記電圧検出部によって検出された端子電圧が前記データテーブルに記憶された端子電圧に達したとき、当該データテーブルによって当該端子電圧と対応付けられている設定残量を、前記二次電池に充電されている残量として前記残量算出部の算出値を補正する残量補正部と、前記二次電池の内部抵抗の抵抗値を検出する内部抵抗検出部と、前記内部抵抗検出部によって検出される抵抗値が増大するほど、前記データテーブルに記憶された端子電圧を低下させるように変更するデータテーブル補正部とを備える。

この構成によれば、データテーブルによって、二次電池に充電されている残量であって予め設定された設定値である設定残量と当該二次電池の端子電圧とが対応付けられている。また、残量算出部によって、電流検出部で検出される二次電池の充放電電流に基づき、二次電池における充電電荷量の加算と放電電荷量の減算とが累積的に行なわれることにより得られる積算値から、二次電池に充電されている残量が算出される。そして、電圧検出部によって検出された端子電圧がデータテーブルに記憶された端子電圧に達したとき、残量補正部によって、当該データテーブルによって当該端子電圧と対応付けられている設定残量が、二次電池に充電されている残量として残量算出部の算出値が補正される。

この場合、残量補正部によって、積算誤差により生じる残量の誤差が補正され、二次電池の残量の算出精度が向上する。さらに、内部抵抗検出部によって、二次電池の内部抵抗の抵抗値が検出される。また、データテーブル補正部によって、内部抵抗検出部によって検出される抵抗値が増大するほど、データテーブルに記憶された端子電圧が低下するように変更される。そうすると、二次電池が劣化して内部抵抗が増大した場合であっても、内部抵抗の増大により生じる電圧降下の影響を低減するようにデータテーブルが補正されるので、二次電池の劣化に伴う電池残量の補正精度の低下を低減することができる。

また、前記データテーブルは、前記設定残量と前記端子電圧と前記二次電池に流れる電流とを対応付けて記憶し、前記残量補正部は、前記電圧検出部によって検出された端子電圧と前記電流検出部によって検出された電流との組み合わせが、前記データテーブルにおいて対応付けられた端子電圧と電流との組み合わせと実質的に一致した場合、当該データテーブルによって当該端子電圧及び当該電流と対応付けられている設定残量を、前記二次電池に充電されている残量として前記残量算出部の算出値を補正し、前記データテーブル補正部は、前記内部抵抗検出部によって検出される抵抗値の増大量と前記データテーブルに示される電流との積として得られる電圧を、前記データテーブルに当該電流と対応付けて記憶された端子電圧から減算することにより、当該データテーブルに記憶された端子電圧を低下させるように変更することが好ましい。

この構成によれば、データテーブルによって、前記設定残量と前記端子電圧と前記二次電池に流れる電流とが対応付けて記憶されている。また、残量算出部によって、電圧検出部によって検出された端子電圧と電流検出部によって検出された電流との組み合わせが、データテーブルにおいて対応付けられた端子電圧と電流との組み合わせと実質的に一致した場合、当該データテーブルによって当該端子電圧及び当該電流と対応付けられている設定残量が、二次電池に充電されている残量として残量算出部の算出値が補正される。この場合、さらに、二次電池を流れる電流により生じる端子電圧の変化を考慮して残量算出部の算出値が補正されるので、二次電池の残量の算出精度を向上することができる。

そして、データテーブル補正部によって、内部抵抗検出部によって検出される抵抗値の増大量とデータテーブルに示される電流との積として得られる電圧、すなわち内部抵抗の増大により生じる電圧降下に相当する電圧が、データテーブルに当該電流と対応付けて記憶された端子電圧から減算されて、当該データテーブルに記憶された端子電圧が変更される。この場合、二次電池が劣化して内部抵抗が増大した場合であっても、内部抵抗の増大により生じる電圧降下に相当する電圧を相殺するようにデータテーブルが補正されるので、二次電池の劣化に伴う電池残量の補正精度の低下を低減することができる。

また、前記二次電池の温度を検出する温度検出部をさらに備え、前記データテーブルは、前記設定残量と前記端子電圧と前記二次電池に流れる電流と前記二次電池の温度とを対応付けて記憶し、前記残量補正部は、前記電圧検出部によって検出された端子電圧と前記電流検出部によって検出された電流と前記温度検出部によって検出された温度との組み合わせが、前記データテーブルにおいて対応付けられた端子電圧と電流と温度との組み合わせと実質的に一致した場合、当該データテーブルによって当該端子電圧、電流、及び温度と対応付けられている設定残量を、前記二次電池に充電されている残量として前記残量算出部の算出値を補正することが好ましい。

この構成によれば、データテーブルによって、前記設定残量と前記端子電圧と前記二次電池に流れる電流と前記二次電池の温度とが対応付けて記憶されている。そして、残量補正部によって、電圧検出部により検出された端子電圧と電流検出部により検出された電流と温度検出部により検出された温度との組み合わせが、データテーブルにおいて対応付けられた端子電圧と電流と温度との組み合わせと実質的に一致した場合、当該データテーブルによって当該端子電圧、電流、及び温度と対応付けられている設定残量が、前記二次電池に充電されている残量として残量算出部の算出値が補正される。この場合、さらに、二次電池の温度に応じて生じる端子電圧の変化を考慮して残量算出部の算出値が補正されるので、二次電池の残量の算出精度を向上することができる。

また、前記残量算出部の算出値として得られた前記二次電池の残量を報知する残量報知部をさらに備え、前記残量算出部は、前記二次電池が放電する過程において、前記残量補正部による前記残量算出部の算出値の補正が行われる前に、前記算出された二次電池の残量が前記設定残量以下になった場合、前記残量補正部により前記残量算出部の算出値が当該設定残量に補正されるまで、前記二次電池の残量の算出値を前記設定残量のまま維持することが好ましい。

この構成によれば、残量報知部によって、残量算出部の算出値として得られた二次電池の残量が報知される。また、二次電池が放電する過程において、残量補正部による残量算出部の算出値の補正が行われる前に、算出された二次電池の残量が設定残量以下になった場合、残量算出部によって、残量補正部により残量算出部の算出値が当該設定残量に補正されるまで、二次電池の残量の算出値が設定残量のまま維持される。この場合、二次電池が放電する過程において、残量補正部により残量算出部の算出値が当該設定残量に補正される前に設定残量に満たない残量が残量報知部によって報知されることがないので、残量補正部により残量算出部の算出値が当該設定残量に補正されたときに、二次電池が放電過程にあるにもかかわらず、残量報知部によって報知される残量が増大するおそれが低減される。

また、前記残量は、前記二次電池に充電されている残電荷量の、前記二次電池の満充電容量に対する比率である充電深度によって表されていることが好ましい。

この構成によれば、前記残量が、二次電池に充電されている残電荷量の、二次電池の満充電容量に対する比率である充電深度によって表されるので、二次電池の充電状態を把握することが容易となる。

また、前記残量算出部は、前記残量補正部により前記残量算出部の算出値が前記設定残量に補正された場合、前記積算値を、当該設定残量に応じた電荷量に補正することが好ましい。

この構成によれば、残量補正部により残量算出部の算出値が設定残量に補正された場合、残量算出部によって、積算値が、当該設定残量に応じた電荷量に補正される。この場合、残量算出部によって、以後の二次電池における充電電荷量の加算と放電電荷量の減算とが、残量補正部により補正された設定残量に応じた積算値に基づき行われるので、二次電池の残量の算出精度が向上する。

また、本発明に係る電池パックは、上述の電池残量算出回路と、前記二次電池を充放電するための接続端子とを備える。

この構成によれば、電池パックにおいて、二次電池の残量の算出精度が向上すると共に、二次電池の劣化に伴う電池残量の補正精度の低下を低減することができる。

このような構成の電池残量算出回路及び電池パックは、残量補正部によって、積算誤差により生じる残量の誤差が補正され、二次電池の残量の算出精度が向上する。さらに、内部抵抗検出部によって、二次電池の内部抵抗の抵抗値が検出される。また、データテーブル補正部によって、内部抵抗検出部によって検出される抵抗値が増大するほど、データテーブルに記憶された端子電圧が低下するように変更される。そうすると、二次電池が劣化して内部抵抗が増大した場合であっても、内部抵抗の増大により生じる電圧降下の影響を低減するようにデータテーブルが補正されるので、二次電池の劣化に伴う電池残量の補正精度の低下を低減することができる。

以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、その説明を省略する。図１は、本発明の一実施形態に係る電池残量算出回路２１を備えた電池パック２、及びこの電池パック２を充電する充電装置３の構成の一例を示すブロック図である。そして、図１に示す電池パック２と充電装置３とが組み合わされて、充電システム１が構成されている。なお、この充電システム１は、電池パック２から給電が行われる図示しない負荷装置をさらに含めて電子機器システムとして構成されてもよい。その場合、電池パック２は、図１では充電装置３から充電が行われるけれども、該電池パック２が前記負荷装置に装着されて、負荷装置を通して充電が行われてもよい。

電池パック２は、接続端子１１，１２，１３、組電池１４（二次電池）、電圧検出回路１５（電圧検出部）、電流検出抵抗１６（電流検出部）、温度センサ１７（温度検出部）、制御ＩＣ１８、及びスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を備えている。また、制御ＩＣ１８は、アナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器２０１と、制御部２０２と、通信部２０３とを備えている。

充電装置３は、接続端子３１，３２，３３、制御ＩＣ３４、充電電流供給部３５、及び表示部３８（残量報知部）を備えている。制御ＩＣ３４は、通信部３６と制御部３７とを備えている。充電電流供給部３５は、制御部３７からの制御信号に応じた電流を、接続端子３１，３２を介して電池パック２へ供給する電源回路である。制御部３７は、例えばマイクロコンピュータを用いて構成された制御回路である。

電池パック２及び充電装置３は、給電を行う直流ハイ側の接続端子１１，３１と、通信信号用の接続端子１３，３３と、給電および通信信号のための接続端子１２，３２とによって相互に接続される。

電池パック２では、接続端子１１は、放電用のスイッチング素子Ｑ１と充電用のスイッチング素子Ｑ２とを介して組電池１４の正極に接続されている。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２としては、例えばｐチャネルのＦＥＴ（Field Effect Transistor）が用いられる。スイッチング素子Ｑ１は、寄生ダイオードのアノードが接続端子１１の方向にされている。また、スイッチング素子Ｑ２は、寄生ダイオードのアノードが組電池１４の方向にされている。

また、接続端子１２は、電流検出抵抗１６を介して組電池１４の負極に接続されている。そして、接続端子１１からスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２、組電池１４、及び電流検出抵抗１６を介して接続端子１２に至る電流経路が構成されている。

電流検出抵抗１６は、組電池１４の充電電流および放電電流を電圧値に変換する。組電池１４は、複数、例えば三個の二次電池１４１，１４２，１４３が直列に接続された組電池である。二次電池１４１，１４２，１４３は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池等の二次電池である。なお、組電池１４は、例えば単電池であってもよく、例えば複数の二次電池が並列接続された組電池であってもよく、直列と並列とが組み合わされて接続された組電池であってもよい。

温度センサ１７は、二次電池１４１，１４２，１４３の温度を検出する温度センサである。そして、二次電池１４１，１４２，１４３の温度は温度センサ１７によって検出され、制御ＩＣ１８内のアナログデジタル変換器２０１に入力される。また、組電池１４の端子電圧Ｖｔ、及び二次電池１４１，１４２，１４３の各端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３は電圧検出回路１５によってそれぞれ読取られ、制御ＩＣ１８内のアナログデジタル変換器２０１に入力される。さらにまた、電流検出抵抗１６によって検出された充放電電流Ｉｃの電流値も、制御ＩＣ１８内のアナログデジタル変換器２０１に入力される。アナログデジタル変換器２０１は、各入力値をデジタル値に変換して、制御部２０２へ出力する。

アナログデジタル変換器２０１は、例えば、充放電電流Ｉｃの電流値を、組電池１４を充電する方向の電流をプラス、組電池１４から放電される方向の電流をマイナスで表すものとする。

制御部２０２は、例えば所定の演算処理を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）と、所定の制御プログラムが記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）と、データを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）と、不揮発性のＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory）と、これらの周辺回路等とを備えて構成されている。

そして、制御部２０２は、ＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することにより、充放電制御部２１１、残量算出部２１２、残量補正部２１３、内部抵抗検出部２１４、データテーブル補正部２１５、及び残量報知部２１６として機能する。また、ＥＥＰＲＯＭにはデータテーブル２１７、及び初期値テーブル２１８が予め記憶されている。

この場合、組電池１４、電流検出抵抗１６、温度センサ１７、アナログデジタル変換器２０１、通信部２０３、残量算出部２１２、残量補正部２１３、内部抵抗検出部２１４、データテーブル補正部２１５、残量報知部２１６、データテーブル２１７、及び初期値テーブル２１８が、電池残量算出回路２１の一例に相当している。

充放電制御部２１１は、アナログデジタル変換器２０１からの各入力値に応答して、充電装置３に対して出力を要求する充電電流の電圧値、電流値を演算し、通信部２０３から接続端子１３，３２を介して充電装置３へ送信することで、例えばＣＣＣＶ（定電流定電圧）充電を行う。

具体的には、充放電制御部２１１は、例えば、充電装置３から、電流値Ｉｃｃの充電電流Ｉｃを供給させることにより定電流充電を実行し、組電池１４の端子電圧Ｖｔが予め設定された充電終止電圧Ｖｆに達すると、充電終止電圧Ｖｆを充電電圧として印加することで組電池１４を充電する定電圧充電に切り替える。そして、充放電制御部２１１は、組電池１４に流れる充電電流Ｉｃが充電終止電流値Ｉａ以下になると、組電池１４が満充電になったものと判定して充電を終了する。

電流値Ｉｃｃは、たとえば公称容量値ＮＣを定電流放電して、１時間で放電できるレベルを１Ｃ（１Ｉｔ）として、その７０％に、並列セル数ＰＮを乗算した電流値（例えば、ＮＣ＝２０００ｍＡｈで、２個並列であるとき、７０％で２８００ｍＡ）に設定されている。充電終止電流値Ｉａは、通常、０．０５ＩｔＡ（ＩｔＡ＝電池容量（Ａｈ）／１（ｈ））程度に設定されている。

充電終止電圧Ｖｆは、二次電池１４１，１４２，１４３がリチウムイオン二次電池の場合、例えば、二次電池１４１，１４２，１４３の負極電位が実質的に０Ｖになったときの、正極電位と負極電位との電位差すなわち二次電池１４１，１４２，１４３の端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を基準電圧Ｖｅとしたとき、基準電圧Ｖｅに直列セル数ＳＮを乗じた電圧が用いられる。基準電圧Ｖｅは、リチウムイオン二次電池の場合、正極活物質としてコバルト酸リチウムを用いたときに約４．２Ｖ、正極活物質としてマンガン酸リチウムを用いたときに約４．３Ｖとなる。例えば基準電圧Ｖｅが約４．２Ｖであれば、充電終止電圧Ｖｆとして、例えば４．２Ｖ×３＝１２．６Ｖが予め設定されている。

なお、「負極電位が実質的に０Ｖ」とは、二次電池１４１，１４２，１４３の温度等の環境条件や、製造上の特性バラツキ、測定誤差等によるバラツキの範囲を０Ｖに含む意であり、例えば負極電位が０Ｖ±０．１Ｖの範囲となることを示すものとする。そして、二次電池１４１，１４２，１４３の開路電圧（ＯＣＶ）が基準電圧Ｖｅになったとき、二次電池１４１，１４２，１４３が満充電状態、すなわち充電深度（ＳＯＣ）が１００％となる。

なお、充放電制御部２１１の充電方法はＣＣＣＶ充電に限られず、定電流充電の後にパルス状に充電電流を供給するパルス充電を行うものや、定電流充電の後に微少電流により充電を行うトリクル充電等を行うもの等、種々の充電方式を用いることができる。また、図略の負荷回路へ負荷電流を供給しながら組電池１４を充電する構成であってもよい。

また、充放電制御部２１１は、アナログデジタル変換器２０１からの各入力値から、接続端子１１，１２間の短絡や充電装置３からの異常電流などの電池パック２の外部における異常や、組電池１４の異常な温度上昇等の異常を検出する。具体的には、例えば、電流検出抵抗１６によって検出された電流値が、予め設定された異常電流判定閾値を超えると、接続端子１１，１２間の短絡や充電装置３からの異常電流に基づく異常が生じたと判定し、例えば温度センサ１７によって検出された組電池１４の温度が予め設定された異常温度判定閾値を超えると、組電池１４の異常が生じたと判定する。そして、充放電制御部２１１は、このような異常を検出した場合、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオフさせて、過電流や過熱等の異常から、組電池１４を保護する保護動作を行う。

また、充放電制御部２１１は、例えば電圧検出回路１５により検出された二次電池１４１，１４２，１４３の端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３のいずれかが、二次電池の過放電を防止するために予め設定された放電禁止電圧Ｖｏｆｆ以下になった場合、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオフさせて、過放電による二次電池１４１，１４２，１４３の劣化を防止するようになっている。放電禁止電圧Ｖｏｆｆは、例えば２．５０Ｖに設定されている。なお、充放電制御部２１１は、端子電圧ＶｔがＶｏｆｆ×ＳＮ以下になった場合、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオフさせる構成としてもよい。

データテーブル２１７は、組電池１４に充電されている残量であって予め設定された設定値であるＳＯＣ（設定残量）と、組電池１４の端子電圧Ｖｔと、組電池１４に流れる電流Ｉｃと、組電池１４の温度ｔとを対応付けている。設定残量は、組電池１４の放電末期に近いＳＯＣが設定されており、例えば、５％、３％、０％にされている。

図２は、図１に示すデータテーブル２１７の一例を示す説明図である。図２（ａ）は、ＳＯＣ（設定残量）が５％のときの、端子電圧Ｖｔ（Ｖ１１ａ〜Ｖ４４ａ）と、組電池１４に流れる電流Ｉｃと、組電池１４の温度ｔとの対応関係を示している。図２（ｂ）は、ＳＯＣ（設定残量）が３％のときの、端子電圧Ｖｔ（Ｖ１１ｂ〜Ｖ４４ｂ）と、組電池１４に流れる電流Ｉｃと、組電池１４の温度ｔとの対応関係を示している。図２（ｃ）は、ＳＯＣ（設定残量）が０％のときの、端子電圧Ｖｔ（Ｖ１１ｃ〜Ｖ４４ｃ）と、組電池１４に流れる電流Ｉｃと、組電池１４の温度ｔとの対応関係を示している。

図２に示すデータテーブル２１７は、例えば新品の組電池１４を用いて実験的に測定されたデータが、予めＥＥＰＲＯＭに記憶されて構成されている。そして、ＥＥＰＲＯＭには、データテーブル２１７の初期値である初期値テーブル２１８が、予め記憶されている。

図３は、初期値テーブル２１８の構成の一例を示す説明図である。図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）に示す初期値テーブル２１８は、図２に示すデータテーブル２１７と同様に構成されている。そして、データテーブル２１７における端子電圧Ｖｔ（Ｖ１１ａ〜Ｖ４４ａ、Ｖ１１ｂ〜Ｖ４４ｂ、Ｖ１１ｃ〜Ｖ４４ｃ）の初期値と同一の値に設定された端子電圧Ｖｔ（Ｖ１１ａｉ〜Ｖ４４ａｉ、Ｖ１１ｂｉ〜Ｖ４４ｂｉ、Ｖ１１ｃ〜Ｖ４４ｃｉ）が、初期値テーブル２１８として記憶されている。

また、初期値テーブル２１８には、図３（ｄ）に示すように、組電池１４の内部抵抗の初期値である初期内部抵抗値Ｒｉｉが予め記憶されている。

なお、データテーブル２１７及び初期値テーブル２１８は、ＳＯＣ（設定残量）と、端子電圧Ｖｔと、組電池１４に流れる電流Ｉｃと、組電池１４の温度ｔとを対応付けているが、データテーブル２１７及び初期値テーブル２１８は、組電池１４の温度ｔをパラメータとして含んでいなくてもよい。また、データテーブル２１７及び初期値テーブル２１８は、温度ｔ及び電流Ｉｃをパラメータとして含んでいなくてもよい。

残量算出部２１２は、電流検出抵抗１６によって検出された充放電電流Ｉｃを単位時間毎に積算することによって、組電池１４に充電されている残電荷量を算出する。この場合、組電池１４を充電する方向の電流がプラス、組電池１４から放電される方向の電流がマイナスで表されているので、残量算出部２１２によって、組電池１４に充電される充電電荷量が加算され、組電池１４から放電される放電電荷量が減算されて、組電池１４に充電されている残電荷量Ｑｒが算出される。

また、残量算出部２１２は、組電池１４の満充電容量ＦＣＣ（実力容量Full Charge Capacity）に対する残電荷量Ｑｒの比率を、残量に相当する充電深度（ＳＯＣ）として算出する。充電深度（ＳＯＣ）は、以下の式（１）によって与えられる。満充電容量ＦＣＣとしては、組電池１４の公称容量値ＮＣを用いてもよく、実測により得られた容量値を用いてもよい。なお、残量算出部２１２は、残電荷量Ｑｒをそのまま電池の残量として用いてもよい。

ＳＯＣ＝Ｑｒ／ＦＣＣ×１００ （％）・・・（１）
また、残量算出部２１２は、組電池１４が放電する過程において、残量補正部２１３による残量算出部２１２の算出値の補正が行われる前に、残量算出部２１２により算出された組電池１４の残量がデータテーブル２１７に記憶されたＳＯＣ（設定残量）以下になった場合、残量補正部２１３により残量算出部２１２の算出値が当該ＳＯＣ（設定残量）に補正されるまで、残量の算出値を、データテーブル２１７に記憶されたＳＯＣ（設定残量）のまま維持する。

残量補正部２１３は、電圧検出回路１５によって検出された端子電圧Ｖｔと電流検出抵抗１６によって検出された電流Ｉｃの絶対値と温度センサ１７によって検出された温度ｔとの組み合わせが、データテーブル２１７において対応付けられた端子電圧Ｖｔと電流Ｉｃと温度ｔとの組み合わせと実質的に一致した場合、当該データテーブル２１７によって当該端子電圧Ｖｔ、電流Ｉｃ、及び温度ｔと対応付けられているＳＯＣを、組電池１４に充電されている残量として残量算出部２１２の算出値を補正する。

ところで、データテーブル２１７に設定されている値は、離散的な値になるのに対し、電圧検出回路１５によって検出される端子電圧Ｖｔ、電流検出抵抗１６によって検出される電流Ｉｃ、及び温度センサ１７によって検出される温度ｔは、連続的に変化する。そのため、残量補正部２１３は、電圧検出回路１５によって検出される端子電圧Ｖｔ、電流検出抵抗１６によって検出される電流Ｉｃ、及び温度センサ１７によって検出される温度ｔを、例えば四捨五入したり端数を丸めたりする近似処理を施した上で、データテーブル２１７と照合するようになっている。「実質的に一致」とは、このように、電圧検出回路１５によって検出される端子電圧Ｖｔ、電流検出抵抗１６によって検出される電流Ｉｃ、及び温度センサ１７によって検出される温度ｔを、例えば四捨五入したり端数を丸めたりする等の近似処理を施した結果、一致する場合を含む意味である。

内部抵抗検出部２１４は、組電池１４の内部抵抗の抵抗値Ｒｉを検出する。具体的には、内部抵抗検出部２１４は、例えば組電池１４が満充電になって電流検出抵抗１６で検出される電流Ｉｃがゼロのとき、電圧検出回路１５で得られた組電池１４の端子電圧Ｖｔを開路電圧ＯＣＶとして取得する。また、内部抵抗検出部２１４は、組電池１４が充放電しているとき、電流検出抵抗１６で検出される電流Ｉｃの絶対値を電流Ｉｓとして取得し、このとき電圧検出回路１５で得られた組電池１４の端子電圧Ｖｔを閉路電圧ＣＣＶとして取得する。そして、内部抵抗検出部２１４は、以下の式（２）によって、内部抵抗の抵抗値Ｒｉを算出する。

Ｒｉ＝（ＣＣＶ−ＯＣＶ）／Ｉｃ ・・・（２）
なお、組電池１４の内部抵抗の算出方法は限定されず、内部抵抗検出部２１４は、公知の種々の方法を用いて組電池１４の内部抵抗を算出することができる。

データテーブル補正部２１５は、内部抵抗検出部２１４によって検出される抵抗値Ｒｉと初期値テーブル２１８に記憶されている初期内部抵抗値Ｒｉｉとの差を抵抗増大量Ｒｄとして算出する。そして、データテーブル補正部２１５は、抵抗増大量Ｒｄと、初期値テーブル２１８に示される各電流Ｉｃとの積を、差分電圧Ｖｄとして初期値テーブル２１８に記憶されている電流Ｉｃ毎に算出する。

さらに、データテーブル補正部２１５は、初期値テーブル２１８において記憶されている各電流Ｉｃと対応付けて記憶された端子電圧Ｖｔから、各電流Ｉｃに対応する差分電圧Ｖｄを減算して得られた電圧を、新たな端子電圧Ｖｔとすることで、データテーブル２１７に記憶された端子電圧Ｖｔを低下させるように変更する。これにより、内部抵抗検出部２１４によって検出される抵抗値Ｒｉが増大するほど、データテーブル２１７に記憶された端子電圧Ｖｔが低下するように変更される。

残量報知部２１６は、残量算出部２１２で算出された充電深度（ＳＯＣ）を示す情報を、通信部２０３によって接続端子１３を介して充電装置３へ送信させることによって報知する。

充電装置３では、充放電制御部２１１からの要求を、制御ＩＣ３４において、通信部３６で受信し、制御部３７が充電電流供給部３５を制御して、充放電制御部２１１からの要求に応じた電圧値、及び電流値で、充電電流を供給させる。充電電流供給部３５は、ＡＣ−ＤＣコンバータやＤＣ−ＤＣコンバータなどから成り、例えば商用交流電源電圧から、制御部３７で指示された充電電圧及び充電電流を生成し、接続端子３１，１１；３２，１２を介して電池パック２へ供給する。

表示部３８は、例えば液晶表示器やＬＥＤ（Light Emitting Diode）が用いられる。なお、例えば充電装置３が、携帯型パーソナルコンピュータやデジタルカメラ等の電子機器に組み込まれて構成されている場合、当該電子機器が備える液晶表示器等の表示装置を表示部３８として用いてもよい。

なお、充電システム１は、必ずしも電池パック２と充電装置３とに分離可能に構成されるものに限られず、充電システム１全体で一つの電池残量算出回路２１が構成されていてもよい。電池残量算出回路２１を、電池パック２と充電装置３とで分担して備えるようにしてもよい。

次に、上述のように構成された電池パック２の動作について説明する。図４は、電池パック２の動作を説明するための説明図である。紙面左の縦軸は、組電池１４の端子電圧Ｖｔを示し、紙面右の縦軸は、電池残量算出回路２１によって得られる組電池１４のＳＯＣを示している。横軸は、組電池１４の残電荷量を示している。そして、グラフＧ１〜Ｇ５は、組電池１４の放電カーブの一例を示している。

図４において、端子電圧Ｖｔが１２．６Ｖのとき、二次電池１４１，１４２，１４３のセルあたりの端子電圧は４．２Ｖとなり、組電池１４が満充電になっていることを示している。組電池１４が満充電になっているとき、組電池１４に充電されている残電荷量は、例えば１６００ｍＡｈとなっている。

また、端子電圧Ｖｔが９Ｖのとき、二次電池１４１，１４２，１４３のセルあたりの端子電圧は３Ｖとなり、二次電池１４１，１４２，１４３の端子電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３が放電終止電圧となる。このとき組電池１４に充電されている残電荷量は、０ｍＡｈとなっている。

グラフＧ１は、温度ｔが０℃、電流Ｉｃが０Ａ（無負荷状態）の場合における組電池１４の放電カーブの一例を示している。グラフＧ２は、温度ｔが５０℃、電流Ｉｃが０．１Ａの場合における組電池１４の放電カーブの一例を示している。グラフＧ３は、温度ｔが３５℃、電流Ｉｃが０．５Ａの場合における組電池１４の放電カーブの一例を示している。グラフＧ４は、温度ｔが２０℃、電流Ｉｃが１Ａの場合における組電池１４の放電カーブの一例を示している。グラフＧ５は、温度ｔが０℃、電流Ｉｃが２Ａの場合における組電池１４の放電カーブの一例を示している。また、グラフＧ６は、残量算出部２１２で算出されたＳＯＣ（残量補正部２１３によって補正された場合も含む）を示している。

以下、温度ｔが２０℃、電流Ｉｃが１Ａの条件で、組電池１４が放電される場合、すなわちグラフＧ４の放電カーブに沿って、端子電圧Ｖｔが低下してゆく場合における、電池パック２の動作の一例について説明する。

まず、組電池１４が満充電されているタイミングＴ１において、残量算出部２１２によって、残電荷量Ｑｒに初期値として公称容量値ＮＣ（例えば１６００ｍＡｈ）が設定される。そして、ユーザが電池パック２を使用して、組電池１４から電流Ｉｃが放電されると、残量算出部２１２によって、単位時間毎に電流Ｉｃが残電荷量Ｑｒから減算されることで、組電池１４に蓄えられている残電荷量Ｑｒが算出される。

また、残量算出部２１２によって、上述の式（１）に基づき残電荷量Ｑｒが満充電容量ＦＣＣで除算され、さらに１００倍されることにより、パーセント表示された充電深度ＳＯＣが算出される。このようにして得られるＳＯＣも、図４に示すように、組電池１４の放電に伴い徐々に低下していく。

また、残量算出部２１２により算出されたＳＯＣは、残量報知部２１６によって、通信部２０３から接続端子１３，３３を介して充電装置３の通信部３６へ送信される。そうすると、充放電制御部２１１によって、通信部３６で受信されたＳＯＣが、表示部３８で表示されて報知される。

そして、残量補正部２１３によって、電圧検出回路１５で検出された端子電圧Ｖｔが、図２（ａ）に示すＳＯＣ（設定残量）５％のデータテーブル２１７において、温度ｔが２０℃、電流Ｉｃが１Ａの場合の電圧Ｖ３２ａと実質的に一致したことが検出されると、残量算出部２１２によって算出されたＳＯＣが強制的に５％に補正される（タイミングＴ２）。このとき、残量算出部２１２によって、残電荷量Ｑｒが、ＳＯＣ５％に相当する電荷量に補正される。これにより、残量補正部２１３によって補正された残量に基づき、残量算出部２１２によって、以後の残電荷量Ｑｒが算出されるので、補正後における残電荷量Ｑｒ、及びＳＯＣの算出誤差を低減することができる。

ここで、電圧検出回路１５で検出された端子電圧Ｖｔが電圧Ｖ３２ａと実質的に一致して残量補正部２１３によるＳＯＣの補正が行われる前に、残量算出部２１２により算出されたＳＯＣが５％以下になった場合には、残量算出部２１２は、残量補正部２１３によりＳＯＣが５％に補正されるまで、ＳＯＣの算出値を５％のまま維持する。

この場合、もし仮に、残量補正部２１３によるＳＯＣの補正が行われる前に残量算出部２１２により算出されたＳＯＣが５％以下になった場合に、そのまま残量算出部２１２によるＳＯＣの算出値が減少し続けた場合には、残量報知部２１６によって、５％に満たないＳＯＣが充電装置３へ送信され、表示部３８で表示される。その後、電圧検出回路１５で検出された端子電圧Ｖｔが電圧Ｖ３２ａと実質的に一致して残量補正部２１３によるＳＯＣの補正が行われると（タイミングＴ２）、残量補正部２１３によってＳＯＣが５％に補正され、表示部３８で５％のＳＯＣが表示されることとなる。そうすると、組電池１４が放電中であるにもかかわらず、ＳＯＣの表示値が増大することとなって、不自然である。

しかしながら、図１に示す残量算出部２１２は、電圧検出回路１５で検出された端子電圧Ｖｔが電圧Ｖ３２ａと実質的に一致して残量補正部２１３によるＳＯＣの補正が行われる前に、残量算出部２１２により算出されたＳＯＣが５％以下になった場合には、残量補正部２１３によりＳＯＣが５％に補正されるまで、ＳＯＣの算出値を５％のまま維持するので、表示部３８で表示されるＳＯＣの値が５％未満になってから再び５％に増加することがなく、不自然な表示がされるおそれが低減される。

以下、同様に、残量補正部２１３によって、電圧検出回路１５で検出された端子電圧Ｖｔが、図２（ｂ）に示すＳＯＣ（設定残量）３％のデータテーブル２１７において、温度ｔが２０℃、電流Ｉｃが１Ａの場合の電圧Ｖ３２ｂと実質的に一致したことが検出されると、残量算出部２１２によって算出されたＳＯＣが強制的に３％に補正される（タイミングＴ３）。このとき、残量算出部２１２によって、残電荷量Ｑｒが、ＳＯＣ３％に相当する電荷量に補正される。

ここで、電圧検出回路１５で検出された端子電圧Ｖｔが電圧Ｖ３２ｂと実質的に一致して残量補正部２１３によるＳＯＣの補正が行われる前に、残量算出部２１２により算出されたＳＯＣが３％以下になった場合には、残量算出部２１２は、残量補正部２１３によりＳＯＣが３％に補正されるまで、ＳＯＣの算出値を３％のまま維持する。

また、残量補正部２１３によって、電圧検出回路１５で検出された端子電圧Ｖｔが、図２（ｃ）に示すＳＯＣ（設定残量）０％のデータテーブル２１７において、温度ｔが２０℃、電流Ｉｃが１Ａの場合の電圧Ｖ３２ｃと実質的に一致したことが検出されると、残量算出部２１２によって算出されたＳＯＣが強制的に０％に補正される（タイミングＴ４）。このとき、残量算出部２１２によって、残電荷量Ｑｒが、ＳＯＣ０％に相当する電荷量、すなわちゼロに補正される。

ここで、電圧検出回路１５で検出された端子電圧Ｖｔが電圧Ｖ３２ｃと実質的に一致して残量補正部２１３によるＳＯＣの補正が行われる前に、残量算出部２１２により算出されたＳＯＣが０％以下になった場合には、残量算出部２１２は、残量補正部２１３によりＳＯＣが０％に補正されるまで、ＳＯＣの算出値を０％のまま維持する。

次に、図１に示す内部抵抗検出部２１４及びデータテーブル補正部２１５の動作について説明する。図５は、図１に示す内部抵抗検出部２１４及びデータテーブル補正部２１５の動作の一例を示すフローチャートである。

まず、内部抵抗検出部２１４によって、組電池１４の内部抵抗の抵抗値Ｒｉが測定される（ステップＳ１）。そして、データテーブル補正部２１５によって、抵抗値Ｒｉから初期値テーブル２１８に記憶されている初期内部抵抗値Ｒｉｉが減算されて、抵抗増大量Ｒｄが算出される（ステップＳ２）。

次に、データテーブル補正部２１５によって、初期値テーブル２１８における、各電流Ｉｃに対応する差分電圧Ｖｄが算出される（ステップＳ３）。具体的には、Ｉｃ＝０Ａに対応する差分電圧であるＶｄ（Ｉｃ＝０）が０Ｖとして算出され、Ｉｃ＝０．１Ａに対応する差分電圧であるＶｄ（Ｉｃ＝０．１）が（Ｒｄ×０．１）Ｖとして算出され、Ｉｃ＝１Ａに対応する差分電圧であるＶｄ（Ｉｃ＝１）が（Ｒｄ×１）Ｖとして算出され、Ｉｃ＝２Ａに対応する差分電圧であるＶｄ（Ｉｃ＝２）が（Ｒｄ×２）Ｖとして算出される。

次に、データテーブル補正部２１５によって、ＳＯＣ５％、３％、０％の初期値テーブル２１８における、０．１Ａの電流Ｉｃに対応する端子電圧であるＶ２１ａｉ〜Ｖ２４ａｉ、Ｖ２１ｂｉ〜Ｖ２４ｂｉ、Ｖ２１ｃｉ〜Ｖ２４ｃｉから、Ｖｄ（Ｉｃ＝０．１）を減算した値が、ＳＯＣ５％、３％、０％のデータテーブル２１７における新たなＶ２１ａ〜Ｖ２４ａ、Ｖ２１ｂ〜Ｖ２４ｂ、Ｖ２１ｃ〜Ｖ２４ｃとして設定される（ステップＳ４）。

次に、データテーブル補正部２１５によって、ＳＯＣ５％、３％、０％の初期値テーブル２１８における、１Ａの電流Ｉｃに対応する端子電圧であるＶ３１ａｉ〜Ｖ３４ａｉ、Ｖ３１ｂｉ〜Ｖ３４ｂｉ、Ｖ３１ｃｉ〜Ｖ３４ｃｉから、Ｖｄ（Ｉｃ＝１）を減算した値が、ＳＯＣ５％、３％、０％のデータテーブル２１７における新たなＶ３１ａ〜Ｖ３４ａ、Ｖ３１ｂ〜Ｖ３４ｂ、Ｖ３１ｃ〜Ｖ３４ｃとして設定される（ステップＳ５）。

次に、データテーブル補正部２１５によって、ＳＯＣ５％、３％、０％の初期値テーブル２１８における、２Ａの電流Ｉｃに対応する端子電圧であるＶ４１ａｉ〜Ｖ４４ａｉ、Ｖ４１ｂｉ〜Ｖ４４ｂｉ、Ｖ４１ｃｉ〜Ｖ４４ｃｉから、Ｖｄ（Ｉｃ＝２）を減算した値が、ＳＯＣ５％、３％、０％のデータテーブル２１７における新たなＶ４１ａ〜Ｖ４４ａ、Ｖ４１ｂ〜Ｖ４４ｂ、Ｖ４１ｃ〜Ｖ４４ｃとして設定される（ステップＳ６）。

以後、データテーブル補正部２１５によって、新たに設定された補正後のデータテーブル２１７に基づいて、上述のタイミングＴ１〜Ｔ４と同様の動作が行われて、残量補正部２１３によるＳＯＣの補正が実行される。

以上、組電池１４が、充放電を繰り返すことにより劣化して内部抵抗が増大し、端子電圧ＶｔとＳＯＣとの対応関係がデータテーブル２１７の初期値とずれてしまう場合であっても、ステップＳ１〜Ｓ６の処理により、増大した内部抵抗の抵抗増大量Ｒｄに応じて、抵抗増大量Ｒｄによって生じる電圧降下に相当する差分電圧Ｖｄだけデータテーブル２１７における端子電圧Ｖｔを低下させることにより、データテーブル２１７の値を補正することができるので、二次電池の劣化に伴う電池残量の補正精度の低下を低減することができる。

本発明は、携帯型パーソナルコンピュータやデジタルカメラ、携帯電話機等の電子機器、電気自動車やハイブリッドカー等の車両、等の電池搭載装置において用いられる電池残量算出回路及び電池パックとして好適に利用することができる。

本発明の一実施形態に係る電池残量算出回路を備えた電池パック、及びこの電池パックを充電する充電装置の構成の一例を示すブロック図である。 図１に示すデータテーブルの一例を示す説明図である。（ａ）は、ＳＯＣ（設定残量）が５％のときの、端子電圧と、組電池に流れる電流と、組電池の温度との対応関係を示している。（ｂ）は、ＳＯＣ（設定残量）が３％のときの、端子電圧と、組電池に流れる電流と、組電池の温度との対応関係を示している。（ｃ）は、ＳＯＣ（設定残量）が０％のときの、端子電圧と、組電池に流れる電流と、組電池の温度との対応関係を示している。 図１に示す初期値テーブルの構成の一例を示す説明図である。 図１に示す電池パックの動作を説明するための説明図である。 図１に示す内部抵抗検出部及びデータテーブル補正部の動作の一例を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 充電システム
２ 電池パック
３ 充電装置
１１，１２，１３ 接続端子
１４ 組電池
１５ 電圧検出回路
１６ 電流検出抵抗
１７ 温度センサ
２１ 電池残量算出回路
３８ 表示部
１４１，１４２，１４３ 二次電池
２０１ アナログデジタル変換器
２０２ 制御部
２０３ 通信部
２１１ 充放電制御部
２１２ 残量算出部
２１３ 残量補正部
２１４ 内部抵抗検出部
２１５ データテーブル補正部
２１６ 残量報知部
２１７ データテーブル
２１８ 初期値テーブル
Ｉｃ 電流
Ｑｒ 残電荷量
Ｒｄ 抵抗増大量
Ｒｉ 抵抗値
Ｒｉｉ 初期内部抵抗値
ＳＯＣ 充電深度
Ｖｄ 差分電圧
Ｖｔ 端子電圧

Claims (7)

1. 二次電池と、
   前記二次電池に流れる電流を検出する電流検出部と、
   前記二次電池の端子電圧を検出する電圧検出部と、
   前記二次電池に充電されている残量であって予め設定された設定値である設定残量と当該二次電池の端子電圧とを対応付けて記憶するデータテーブルと、
   前記電流検出部によって検出される前記二次電池の充放電電流に基づき、前記二次電池における充電電荷量の加算と放電電荷量の減算とを累積的に行うことにより得られる積算値から、前記二次電池に充電されている残量を算出する残量算出部と、
   前記電圧検出部によって検出された端子電圧が前記データテーブルに記憶された端子電圧に達したとき、当該データテーブルによって当該端子電圧と対応付けられている設定残量を、前記二次電池に充電されている残量として前記残量算出部の算出値を補正する残量補正部と、
   前記二次電池の内部抵抗の抵抗値を検出する内部抵抗検出部と、
   前記内部抵抗検出部によって検出される抵抗値が増大するほど、前記データテーブルに記憶された端子電圧を低下させるように変更するデータテーブル補正部と
   を備えることを特徴とする電池残量算出回路。
2. 前記データテーブルは、
   前記設定残量と前記端子電圧と前記二次電池に流れる電流とを対応付けて記憶し、
   前記残量補正部は、
   前記電圧検出部によって検出された端子電圧と前記電流検出部によって検出された電流との組み合わせが、前記データテーブルにおいて対応付けられた端子電圧と電流との組み合わせと実質的に一致した場合、当該データテーブルによって当該端子電圧及び当該電流と対応付けられている設定残量を、前記二次電池に充電されている残量として前記残量算出部の算出値を補正し、
   前記データテーブル補正部は、
   前記内部抵抗検出部によって検出される抵抗値の増大量と前記データテーブルに示される電流との積として得られる電圧を、前記データテーブルに当該電流と対応付けて記憶された端子電圧から減算することにより、当該データテーブルに記憶された端子電圧を低下させるように変更すること
   を特徴とする請求項１記載の電池残量算出回路。
3. 前記二次電池の温度を検出する温度検出部をさらに備え、
   前記データテーブルは、
   前記設定残量と前記端子電圧と前記二次電池に流れる電流と前記二次電池の温度とを対応付けて記憶し、
   前記残量補正部は、
   前記電圧検出部によって検出された端子電圧と前記電流検出部によって検出された電流と前記温度検出部によって検出された温度との組み合わせが、前記データテーブルにおいて対応付けられた端子電圧と電流と温度との組み合わせと実質的に一致した場合、当該データテーブルによって当該端子電圧、電流、及び温度と対応付けられている設定残量を、前記二次電池に充電されている残量として前記残量算出部の算出値を補正すること
   を特徴とする請求項２記載の電池残量算出回路。
4. 前記残量算出部の算出値として得られた前記二次電池の残量を報知する残量報知部をさらに備え、
   前記残量算出部は、
   前記二次電池が放電する過程において、前記残量補正部による前記残量算出部の算出値の補正が行われる前に、前記算出された二次電池の残量が前記設定残量以下になった場合、前記残量補正部により前記残量算出部の算出値が当該設定残量に補正されるまで、前記二次電池の残量の算出値を前記設定残量のまま維持すること
   を特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電池残量算出回路。
5. 前記残量は、
   前記二次電池に充電されている残電荷量の、前記二次電池の満充電容量に対する比率である充電深度によって表されていること
   を特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電池残量算出回路。
6. 前記残量算出部は、
   前記残量補正部により前記残量算出部の算出値が前記設定残量に補正された場合、前記積算値を、当該設定残量に応じた電荷量に補正すること
   を特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電池残量算出回路。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の電池残量算出回路と、
   前記二次電池を充放電するための接続端子と
   を備えることを特徴とする電池パック。

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