JP2011259651A - 電源装置システム - Google Patents
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Abstract
【課題】蓄電側リレー回路部と充電リレー回路部のいずれに故障が発生しているかを特定することを可能とする電源装置システムを提供することである。
【解決手段】蓄電装置102とモータジェネレータ124との間に設けられる蓄電側リレー回路部103と、充電側リレー回路部205を介してモータジェネレータ124と並列に接続される充電装置と、制御部40と、を備え、制御部40は、コンデンサ204の両端電圧が異常電圧となっているか否かを判断する異常電圧判断処理部402と、コンデンサ204に蓄積された電荷を放電させる放電処理部404と、放電処理が行なわれた後のコンデンサ204の両端電圧挙動に基づいて、蓄電側リレー回路部103と充電側リレー回路部205のうちいずれで異常が発生しているかを特定する異常箇所特定処理部406と、を有する。
【選択図】図1
【解決手段】蓄電装置102とモータジェネレータ124との間に設けられる蓄電側リレー回路部103と、充電側リレー回路部205を介してモータジェネレータ124と並列に接続される充電装置と、制御部40と、を備え、制御部40は、コンデンサ204の両端電圧が異常電圧となっているか否かを判断する異常電圧判断処理部402と、コンデンサ204に蓄積された電荷を放電させる放電処理部404と、放電処理が行なわれた後のコンデンサ204の両端電圧挙動に基づいて、蓄電側リレー回路部103と充電側リレー回路部205のうちいずれで異常が発生しているかを特定する異常箇所特定処理部406と、を有する。
【選択図】図1
Description
本発明は、電源装置システムに係り、特に、複数のリレー回路部を備える電源装置システムに関する。
現在、外部商用電源からの電力によって電荷が溜まるコンデンサ素子を含む充電装置を用いて、蓄電装置に必要な充電を行なうことが可能な電源装置システムが開発されている。当該電源装置システムにおいて、蓄電装置と負荷回路との間に蓄電側リレー回路部が設けられており、また充電装置は蓄電側リレー回路部よりも負荷回路側において充電側リレー回路部を介して負荷回路と並列に接続されている。
本発明に関連する技術として、例えば、特許文献1には、電力を発生する発電手段と、上記発電手段から出力される電力を平滑化する平滑コンデンサと、上記平滑コンデンサと並列接続され、上記発電手段から出力される電力により充電可能なキャパシタと、上記キャパシタと上記平滑コンデンサとの間に配置され、制御指令に基づいて上記キャパシタと上記平滑コンデンサとを電気的に接続または遮断する第1のリレー部と、上記平滑コンデンサと並列接続され、上記発電手段から出力される電力により充電可能な蓄電部と、上記蓄電部と上記平滑コンデンサとの間に配置され、制御指令に基づいて上記蓄電部と上記平滑コンデンサとを電気的に接続または遮断する第2のリレー部と、上記第1のリレー部における溶着の有無を判定する制御部と、を備える電源装置が開示されている。
そして、上記制御部は、上記第2のリレー部により、上記蓄電部を上記平滑コンデンサと電気的に遮断する蓄電部遮断手段と、上記キャパシタの充電状態を判断する充電判断手段と、上記充電判断手段により上記キャパシタが所定量まで充電されていると判断されたときに、上記第1のリレー部に対して、上記キャパシタを上記平滑コンデンサと電気的に遮断するための制御指令を与える遮断指令手段と、上記遮断指令手段による上記制御指令が与えられた後に、上記平滑コンデンサを放電する放電手段と、上記放電手段による上記平滑コンデンサの放電に伴う上記キャパシタの放電の有無を検知することにより、上記第1のリレー部における溶着の有無を判定する溶着判定手段と、を含む構成が開示されている。
本発明に関連する別の技術として、例えば、特許文献2には、車両走行用の電力を蓄電可能な蓄電装置を車両外部の交流電源から充電可能な電動車両であって、上記交流電源から供給される電力を受電可能に構成された受電部と、上記受電部によって受電された交流電力を電圧変換して上記蓄電装置へ出力可能に構成された電圧変換装置と、上記受電部と上記電圧変換装置との間に配設される電力線対に設けられる第1のリレーと、上記第1のリレーと上記受電部との間において上記電力線対間の電圧を検出する電圧センサと、上記交流電源から上記蓄電装置の充電を制御する制御装置と、を備える電動車両が開示されている。
ここで、上記制御装置は、上記受電部に接続される車両外部の充電ケーブルから当該電動車両へ送信される制御信号の電位を操作することによって、上記充電ケーブルに設けられる第2のリレーを遠隔操作可能に構成されたリレー操作部と、上記充電ケーブルによって上記交流電源が上記受電部に接続されているか否かを判定する接続判定部と、上記第1のリレーがオフされ、かつ、上記リレー操作部によって上記第2のリレーがオフされている場合に上記電圧センサによって電圧が検出されているとき、上記接続判定部の判定結果および上記電圧センサの検出結果に基づいて、上記第2のリレーに異常が発生しているか、それとも当該電動車両内で異常が発生しているかを特定する異常特定部と、を含む構成が開示されている。
ところで、上記のような電源装置システムでは、蓄電側リレー回路部と充電側リレー回路部のうちいずれかが故障してしまうと充電装置のコンデンサ素子に異常な電圧がかかってしまうことがあり、このとき蓄電側リレー回路部と充電リレー回路部とのいずれに故障が発生しているかを特定することが望まれる。
本発明の目的は、蓄電側リレー回路部と充電リレー回路部のいずれに故障が発生しているかを特定することを可能とする電源装置システムを提供することである。
本発明に係る電源装置システムは、蓄電装置と負荷回路との間に設けられる蓄電側リレー回路部と、外部商用電源からの電力によって電荷が溜まるコンデンサ素子を含む充電装置であって、蓄電側リレー回路部よりも負荷回路側において充電側リレー回路部を介して負荷回路と並列に接続される充電装置と、制御部と、を備え、制御部は、充電装置を用いて蓄電装置の充電を行っているときのコンデンサ素子の両端電圧が異常電圧となっているか否かを判断する異常電圧判断処理部と、コンデンサ素子の両端電圧が異常電圧となっていると判断したときに、負荷回路においてコンデンサ素子に蓄積された電荷を放電させる放電処理部と、放電処理部によって放電処理が行なわれた後のコンデンサ素子の両端電圧挙動に基づいて、蓄電側リレー回路部と充電側リレー回路部のうち、いずれで異常が発生しているかを特定する異常箇所特定処理部と、を有することを特徴とする。
また、本発明に係る電源装置システムにおいて、異常箇所特定処理部は、コンデンサ素子の両端電圧が所定の閾値よりも大きいときに充電側リレー回路部に異常が発生していると特定し、コンデンサ素子の両端電圧が所定の閾値よりも大きくないときに蓄電側リレー回路部に異常が発生していると特定することが好ましい。
上記電源装置システムの構成によれば、コンデンサ素子の両端電圧が異常電圧となっていると判断されて放電処理を終えた後のコンデンサ素子の両端電圧挙動に基づいて、蓄電側リレー回路部と充電側リレー回路部のいずれで異常が発生しているかを特定することができる。
以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
図1は、電源装置システム10の構成を示す図である。電源装置システム10は、電源装置100と、制御部40と、外部充電ケーブル部50とを含んで構成される。ここで、電源装置100と、制御部40とは、エンジンとモータとを併用して走行するハイブリッド車両に搭載されている。
電源装置100は、蓄電装置102と、蓄電側リレー回路部103と、コンデンサ112と、DC/DCコンバータ回路114と、昇降圧コンバータ回路118と、コンデンサ119と、インバータ回路120と、モータジェネレータ124と、充電側リレー回路部205と、コンデンサ204と、充電器202とを含んで構成される。
蓄電装置102は、モータジェネレータ124に電力を供給するためのバッテリである。また、蓄電装置102は、充放電可能な直流電源であって、例えば、炭素物質で構成された負極と、リチウムイオンが移動するための電解液と、リチウムイオンを可逆的に出し入れできる正極活物質とを有するリチウムイオン二次電池を用いることができる。
蓄電側リレー回路部103は、第1リレー回路部104と、第2リレー回路部107と、第3リレー回路部110とを含んで構成される。第1リレー回路部104は、正極側ライン24に直列に接続されるリレーであり、制御部40の制御指令によって接続あるいは遮断の制御が行われる。第2リレー回路部107は、抵抗素子108と、制御部40の制御指令によって接続あるいは遮断の制御が行われるリレー106とが直列に接続されて構成される。また、第2リレー回路部107は、負極側ライン26に直列に接続される。第3リレー回路部110は、第2リレー回路部107に並列に接続されるリレーであり、制御部40の制御指令によって接続あるいは遮断の制御が行われる。
ここで、蓄電装置102と、正極側ライン24及び負極側ライン26に接続される負荷側回路等と、を電気的に接続している状態をSMR接続と呼び、蓄電装置102と、当該負荷側回路等とを電気的に遮断している状態をSMR遮断と呼ぶ。SMR接続とは、第1リレー回路部104のリレーが接続状態であって、第2リレー回路部107のリレー106と第3リレー回路部110のリレーのうち少なくともいずれか一方が接続状態にあることをいう。また、SMR遮断とは、第1リレー回路部104のリレーが遮断状態であり、第2リレー回路部107のリレー106及び第3リレー回路部110のリレーが遮断状態であることをいう。なお、SMR遮断は、第1リレー回路部104のリレーが遮断状態である場合には第2リレー回路部107のリレー106及び第3リレー回路部110のリレーが遮断状態でなくてもよく、また第1リレー回路部104のリレーが遮断状態でなくても、第2リレー回路部107のリレー106及び第3リレー回路部110のリレーが遮断状態であればよい。
コンデンサ112は、正極側ライン24と負極側ライン26との間に接続され、正極側ライン24と負極側ライン26との間の電圧変動を平滑化する平滑コンデンサである。コンデンサ112の両端電圧であるVLは、電圧センサ111によって測定される。
昇降圧コンバータ回路118は、蓄電装置102から受け取る直流電圧についてコイル等を用いて昇圧する機能を有する。具体的には、昇降圧コンバータ回路118は、トランジスタ等のスイッチング素子のスイッチング動作に応じて流れる電流をコイルにエネルギとして蓄積する。そして、昇降圧コンバータ回路118は、その蓄積されたエネルギをトランジスタがオフされたタイミングに同期してコンデンサに蓄積することで昇圧を行う。また、昇降圧コンバータ回路118は、インバータ回路120から受ける直流電圧を降圧し、蓄電装置102を充電することもできる。
コンデンサ119は、正極側ライン32と負極側ライン34との間に接続され、昇降圧コンバータ回路118によって昇圧された電圧の変動を平滑化する平滑コンデンサである。コンデンサ119の両端電圧であるVHは、電圧センサ117によって測定される。
インバータ回路120は、ハイブリッド車両の力行時には昇降圧コンバータ回路118の出力電圧である直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータ124に供給し、これによりモータジェネレータ124が回転駆動される。また、インバータ回路120は、ハイブリッド車両の回生時にはモータジェネレータ124で発電された交流電圧を直流電圧に変換し、昇降圧コンバータ回路118を介して蓄電装置102が充電される。
モータジェネレータ124は、それぞれU相コイルとV相コイルとW相コイルとを含んで構成される三相交流回転電機(負荷回路)である。また、モータジェネレータ124の回転駆動によって、コンデンサ112とコンデンサ119とコンデンサ204に溜まった電荷を放電(ディスチャージ)することができる。
DC/DCコンバータ回路114は、メインバッテリである蓄電装置102の出力電圧を補機バッテリである電源部(図示しない)の充電電圧に降圧する機能を有する。
充電器202は、制御部40によって制御され、外部商用電源からの交流電力を直流電力に変換して蓄電装置102に対して供給するための充電装置である。充電器202は、外部商用電源からの交流電力が外部充電ケーブル部50を介して入力され、AC/DC変換回路によって当該入力された交流電力を直流電力に変換する。そして、その後DC/AC変換回路によって当該直流電力を高周波の交流電力に変換し、その後絶縁トランス回路によって当該高周波の交流電力を一次コイル及び二次コイルの巻き数比に応じた電圧レベルに変換し、その後整流回路によって当該交流電力を直流電力に整流して出力する。
コンデンサ204は、充電器202のAC/DC変換回路とDC/AC変換回路との間に設けられる平滑コンデンサである。また、コンデンサ204の両端電圧であるVCHGは、電圧センサ203によって測定される。なお、コンデンサ204と電圧センサ203は、充電器202の内側に含まれる要素であるが、ここではモータジェネレータ124によるディスチャージ処理等に関連する説明を分かりやすくするために、充電器202の外側に示している。
充電側リレー回路部205は、第1リレー回路部206と、第2リレー回路部208とを含んで構成される。第1リレー回路部206は、正極側ライン27に直列に接続されるリレーであり、制御部40の制御指令によって接続あるいは遮断の制御が行われる。第2リレー回路部208は、負極側ライン29に直列に接続されるリレーであり、制御部40の制御指令によって接続あるいは遮断の制御が行われる。
ここで、充電器202と、正極側ライン27及び負極側ライン29に接続される負荷側回路等と、を接続している状態をCHR接続と呼び、充電器202と、当該負荷側回路等とを遮断している状態をCHR遮断と呼ぶ。CHR接続とは、第1リレー回路部206のリレーが接続状態であって、第2リレー回路部208のリレーが接続状態にあることをいう。また、CHR遮断とは、第1リレー回路部206のリレーが遮断状態であり、第2リレー回路部208のリレーが遮断状態であることをいう。なお、CHR遮断は、第1リレー回路部206と第2リレー回路部208の全てのリレーが遮断状態でなくとも、例えば、第1リレー回路部206のリレーと第2リレー回路部208のリレーのいずれか一つのリレーが遮断状態にあればよい。
外部充電ケーブル部50は、外部商用電源の取り出し口であるACコンセントに接続するためのプラグ56と、外部商用電源から充電器202への電力供給を停止するためのリレーを含むCCID54と、充電器202に接続されるインレット207に接続するためのコネクタ52とを含んで構成される。
制御部40は、電源装置100と制御線16を介して接続され、電源装置100全体を制御する機能を有する。ここでは、特に、制御部40の制御のうち、外部商用電源の電力によって蓄電装置102を充電している際に、コンデンサ204の異常電圧を検出したときに、コンデンサ112とコンデンサ119とコンデンサ204とに溜まった電荷を放電(ディスチャージ)させ、蓄電側リレー回路部103と充電側リレー回路部205のいずれで異常が発生しているかを特定する機能について説明する。
制御部40は、異常電圧判断処理部402と、放電処理部404と、異常箇所特定処理部406とを含んで構成される。
異常電圧判断処理部402は、外部商用電源からの電力により蓄電装置102に充電するために、充電器202を用いて蓄電装置102の充電を行っているときに、コンデンサ204の両端電圧VCHGが異常電圧となっているか否かを判断する機能を有する。具体的には、充電器202を用いた蓄電装置102の充電中に、電圧センサ203によって検出されるコンデンサ204の両端電圧VCHGが所定の閾値電圧VAよりも大きいときに異常電圧となっていると判断し、コンデンサ204の両端電圧VCHGが所定の閾値電圧VAよりも大きくないときに正常電圧であると判断する。
放電処理部404は、異常電圧判断処理部402によってコンデンサ204の両端電圧VCHGが異常電圧となっていると判断されたときに、モータジェネレータ124において各コンデンサに蓄積された電荷を放電(ディスチャージ)させる機能を有する。具体的には、コンデンサ204の両端電圧VCHGが異常電圧のときに、コンデンサ112,119,204に蓄積された電荷がモータジェネレータ124の回転駆動によって消費されるようにインバータ回路120のスイッチング制御を行う。また、放電処理部404は、モータジェネレータ124によるディスチャージが成功したか否かを判断する機能を有する。具体的には、モータジェネレータ124によるディスチャージをさせた後に、コンデンサ112の両端電圧VLとコンデンサ119の両端電圧VHが所定の閾値電圧VBより小さいときはディスチャージが成功していると判断し、コンデンサ112の両端電圧VLとコンデンサ119の両端電圧VHが所定の閾値電圧VBより小さくないときはディスチャージが失敗していると判断する。
異常箇所特定処理部406は、放電処理部404によって放電処理が行なわれた後のコンデンサ204の両端電圧VCHGの挙動に基づいて、蓄電側リレー回路部103と充電側リレー回路部205のうち、いずれで異常が発生しているかを特定する機能を有する。具体的には、コンデンサ112,119,204に蓄積された電荷をディスチャージした後に、コンデンサ204の両端電圧VCHGが所定の閾値電圧Vcよりも大きいときは充電側リレー回路部205が開故障していると特定し、コンデンサ204の両端電圧VCHGが所定の閾値電圧Vcよりも大きくないときは蓄電側リレー回路部103が開故障していると特定する。ここで、蓄電側リレー回路部103の開故障とは、第1リレー回路部104あるいは、第2リレー回路部107及び第3リレー回路部110が途絶等しているためSMR接続ができない状態をいう。そして、充電側リレー回路部205の開故障とは、第1リレー回路部206あるいは第2リレー回路部208が途絶等しているためCHR接続ができない状態をいう。
続いて、電源装置システム10の動作について図1〜図4を用いて説明する。図2は、コンデンサ204の両端電圧VCHGが異常電圧である場合に、蓄電側リレー回路部103と充電側リレー回路部205のうち、いずれで異常が発生しているかを特定する手順を示すフローチャートである。図3は、コンデンサ204の両端電圧VCHGが異常電圧である場合に、充電側リレー回路部205に開故障が発生しているときの各信号の変化を示す図である。図4は、コンデンサ204の両端電圧VCHGが異常電圧である場合に、蓄電側リレー回路部103に開故障が発生しているときの各信号の変化を示す図である。外部商用電源からの電力により蓄電装置102を充電するために、充電器202を用いて蓄電装置102の充電を行うときには、まず図3,4に示されるようにSMR信号をオンした後にCHR信号をオンさせる、換言すれば、制御部40の制御によってSMR接続の状態とした後にCHR接続の状態とする。そうすると、外部商用電源の電力によって、コンデンサ112の両端電圧VLとコンデンサ119の両端電圧VHとコンデンサ204の両端電圧VCHGに電荷が溜まり図3,4に示されるようにVH信号とVL信号とVCHG信号の電圧が上昇する。その後、制御部40の制御によって充電制御信号をオンにすることで蓄電装置102への充電が開始される。
そして、充電器202を用いて蓄電装置102の充電を行っているときに、制御部40は、電圧センサ203によって測定されるコンデンサ204の両端電圧VCHGが所定の閾値電圧VAよりも大きいか否かを判断する(S10)。この工程は、制御部40の異常電圧判断処理部402の機能によって実行される。コンデンサ204の両端電圧VCHGが所定の閾値電圧VAよりも大きくないと判断したときは、再びS10へと戻る。なお、図3,4には、X時点において蓄電側リレー回路部103あるいは充電側リレー回路部205に開故障が発生している場合の各信号の変化の様子が示されており、X時点において外部商用電源からの電力が蓄電装置102へ行く経路が途絶されているため、行き場を失った電荷がコンデンサ204に溜まり、コンデンサ204の両端電圧VCHGが所定の閾値電圧VAを越えるような異常電圧となり、異常電圧が検出されたときに変化する電圧異常信号が立ち上がっている様子が図3,4に示されている。
コンデンサ204の両端電圧VCHGが所定の閾値電圧VAよりも大きいと判断したときは、コンデンサ112,119,204に蓄積された電荷がモータジェネレータ124の回転駆動によって消費されるようにインバータ回路120をスイッチング制御する(S12)。この工程は、制御部40の放電処理部404の機能によって実行される。なお、図3,4には、電圧異常信号が立ち上がった後にモータジェネレータ124によるディスチャージ処理が行われるためのディスチャージ信号が変化している様子が示されている。ここでは、ディスチャージ信号がオンとなったときにディスチャージ処理が開始され、ディスチャージ信号がオフとなったときにディスチャージ処理が終了する。
S12の後は、コンデンサ112の両端電圧VLとコンデンサ119の両端電圧VHが所定の閾値電圧VBより小さいか否かが判断される(S14)。この工程は、制御部40の放電処理部404の機能によって実行される。コンデンサ112の両端電圧VLとコンデンサ119の両端電圧VHが所定の閾値電圧VBより小さくないと判断したときは、ディスチャージが失敗していると判断し(S22)、END処理へと進む。
コンデンサ112の両端電圧VLとコンデンサ119の両端電圧VHが所定の閾値電圧VBより小さいと判断したときは、コンデンサ204に蓄積された電荷をディスチャージした後のコンデンサ204の両端電圧VCHGが所定の閾値電圧Vcより大きいか否かを判断する(S16)。この工程は、制御部40の異常箇所特定処理部406の機能によって実行される。なお、図3,4には、モータジェネレータ124によるディスチャージ処理が成功し、VH信号とVL信号が所定の閾値電圧VBより小さくなっている様子が示されている。
コンデンサ204の両端電圧VCHGが所定の閾値電圧Vcより大きいと判断したときは、充電側リレー回路部205が開故障していると特定し(S18)、END処理へと進む。なお、図3には、ディスチャージ処理後のコンデンサ204の両端電圧VCHGが所定の閾値電圧Vcより大きいため、充電側リレー回路部205が開故障をしていることを示すCHR開故障信号が立ち上がっている様子が示されている。
コンデンサ204の両端電圧VCHGが所定の閾値電圧Vcより大きくないと判断したときは、蓄電側リレー回路部103が開故障していると特定し(S20)、END処理へと進む。なお、図4には、ディスチャージ処理後のコンデンサ204の両端電圧VCHGが所定の閾値電圧Vcより大きくないため、蓄電側リレー回路部103が開故障をしていることを示すSMR開故障信号が立ち上がっている様子が示されている。
このように、電源装置システム10によれば、充電器202を用いて蓄電装置102を充電している途中でコンデンサ204の両端電圧VCHGが異常電圧となったときに、コンデンサ112,119,204に蓄積された電荷をディスチャージした後のコンデンサ204の両端電圧VCHGの挙動に基づいて、蓄電側リレー回路部103と充電側リレー回路部205のいずれで開故障が発生しているかを特定することができる。
10 電源装置システム、16 制御線、24,27,32 正極側ライン、26,29,34 負極側ライン、40 制御部、50 外部充電ケーブル部、52 コネクタ、54 CCID、56 プラグ、100 電源装置、102 蓄電装置、103 蓄電側リレー回路部、104 第1リレー回路部、106 リレー、107 第2リレー回路部、108 抵抗素子、110 第3リレー回路部、111,117 電圧センサ、112,119,204 コンデンサ、114 DC/DCコンバータ回路、118 昇降圧コンバータ回路、120 インバータ回路、124 モータジェネレータ、202 充電器、203 電圧センサ、205 充電側リレー回路部、206 第1リレー回路部、207 インレット、208 第2リレー回路部、402 異常電圧判断処理部、404 放電処理部、406 異常箇所特定処理部。
Claims (2)
- 蓄電装置と負荷回路との間に設けられる蓄電側リレー回路部と、
外部商用電源からの電力によって電荷が溜まるコンデンサ素子を含む充電装置であって、蓄電側リレー回路部よりも負荷回路側において充電側リレー回路部を介して負荷回路と並列に接続される充電装置と、
制御部と、
を備え、
制御部は、
充電装置を用いて蓄電装置の充電を行っているときのコンデンサ素子の両端電圧が異常電圧となっているか否かを判断する異常電圧判断処理部と、
コンデンサ素子の両端電圧が異常電圧となっていると判断したときに、負荷回路においてコンデンサ素子に蓄積された電荷を放電させる放電処理部と、
放電処理部によって放電処理が行なわれた後のコンデンサ素子の両端電圧挙動に基づいて、蓄電側リレー回路部と充電側リレー回路部のうち、いずれで異常が発生しているかを特定する異常箇所特定処理部と、
を有することを特徴とする電源装置システム。 - 請求項1に記載の電源装置システムにおいて、
異常箇所特定処理部は、
コンデンサ素子の両端電圧が所定の閾値よりも大きいときに充電側リレー回路部に異常が発生していると特定し、
コンデンサ素子の両端電圧が所定の閾値よりも大きくないときに蓄電側リレー回路部に異常が発生していると特定することを特徴とする電源装置システム。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20130903 |