JP2014138451A - 変換装置、故障判定方法及び制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】直流の出力電圧を検出するＤＣ電圧検出部の故障の有無を判定することができ、しかもバッテリ異常と、検出部の異常とを判別して、該検出部の故障の有無を判定することができる変換装置を提供する。
【解決手段】ＡＣ−ＤＣ変換回路４と、ＡＣ−ＤＣ変換回路４から出力された直流の電圧を変換するＤＣ−ＤＣ変換回路５と、交流及び直流それぞれの電圧又は電流を検出する検出部とを備える変換装置２３に、バッテリが正常であるか否かを示す情報を取得するバッテリ情報取得部と、該バッテリ情報取得部にて取得した情報及び検出部の検出結果に基づいて、検出部の故障の有無を判定する故障判定部とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、交流を直流に変換する変換装置、該変換装置に設けられた検出部の故障の有無を判定する故障判定方法、及び該検出部の故障の有無を判定するための制御プログラムに関する。

家庭用の商用電源から供給された交流を直流に変換する変換装置を搭載し、該変換装置にて変換された直流でバッテリを充電するプラグインハイブリッド車（PHEV: Plug-in Hybrid Electric Vehicle）及び電気自動車（EV: Electric Vehicle）が普及している。

近年、プラグインハイブリッド車及び電気自動車のバッテリを災害用又は非常用電源として利用することが期待されている。バッテリを非常用電源として利用するためには、交直変換を双方向に行う必要がある。

特許文献１には、交流及び直流を双方向に交直変換する変換装置が開示されている。該変換装置は、バッテリ充電時には力率改善回路、放電時にはインバータ回路として機能する双方向ＡＣ−ＤＣ変換回路と、絶縁型の双方向ＤＣ−ＤＣ変換回路とを備えている。変換装置には入出力電圧及び電流を検出する各種検出部が設けられており、入出力電圧及び電流を監視しながら、双方向ＡＣ−ＤＣ変換回路及び双方向ＤＣ−ＤＣ変換回路のスイッチング制御を行い、所望の直流又は交流を出力している。また、回路保護のために過電圧及び過電流を検出し、充放電を緊急停止する機能が設けられている。

特開２０１０−１７８５６６号公報

しかしながら、特許文献１の変換装置において出力電圧を検出するＤＣ電圧検出部が故障した場合、過電圧を検出できず、またバッテリに異常があるにも拘わらず変換装置が故障したと誤判断されるという問題があった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、直流の出力電圧を検出する検出部の故障の有無を判定することができ、しかもバッテリ異常と、検出部の異常とを判別した上で、該検出部の故障の有無を検出することができる変換装置を提供することにある。
また、前記変換装置に設けられた検出部の故障の有無を判定する故障判定方法、及び該検出部の故障の有無を判定するための制御プログラムを提供することを目的とする。

本発明に係る変換装置は、ＡＣ−ＤＣ変換回路と、該ＡＣ−ＤＣ変換回路から出力された直流の電圧を変換し、変換された電圧をバッテリに供給するＤＣ−ＤＣ変換回路と、該ＤＣ−ＤＣ変換回路にて変換された電圧を検出する検出部とを備える変換装置において、前記バッテリが正常であるか否かを示す情報を取得するバッテリ情報取得部と、該バッテリ情報取得部にて取得した情報及び前記検出部の検出結果に基づいて、前記検出部の故障の有無を判定する故障判定部とを備えることを特徴とする。

本発明に係る変換装置は、前記故障判定部は、前記バッテリ情報取得部にて取得した情報が、前記バッテリが正常であることを示し、かつ前記検出部にて検出した電圧が所定の電圧範囲外であるか否かを判定することを特徴とする。

本発明に係る変換装置は、所定の電圧範囲を示す情報を取得する取得部を備え、前記故障判定部は、前記検出部にて検出した電圧が、取得した前記所定の電圧範囲外であるか否かを判定することを特徴とする。

本発明に係る変換装置は、前記ＡＣ−ＤＣ変換回路に対する交流の電圧の印加をオンオフするスイッチを備え、前記故障判定部は、前記スイッチにて交流の電圧の印加がオフ制御されている状態で検出した電圧に基づいて、前記検出部の故障の有無を判定することを特徴とする。

本発明に係る変換装置は、前記ＡＣ−ＤＣ変換回路及び前記ＤＣ−ＤＣ変換回路はスイッチング方式の変換回路であり、前記故障判定部は、前記ＡＣ−ＤＣ変換回路及び前記ＤＣ−ＤＣ変換回路のスイッチングを停止させた状態で検出した電圧に基づいて、前記検出部の故障の有無を判定することを特徴とする。

本発明に係る故障判定方法は、ＡＣ−ＤＣ変換回路と、該ＡＣ−ＤＣ変換回路から出力された直流の電圧を変換し、変換された電圧をバッテリに供給するＤＣ−ＤＣ変換回路と、該ＤＣ−ＤＣ変換回路にて変換された電圧を検出する検出部とを備える変換装置における該検出部の故障の有無を判定する故障判定方法において、前記バッテリの異常の有無を示す情報を取得し、取得した情報及び前記検出部の検出結果に基づいて、前記検出部の故障の有無を判定することを特徴とする。

本発明に係る制御プログラムは、ＡＣ−ＤＣ変換回路と、該ＡＣ−ＤＣ変換回路から出力された直流の電圧を変換し、変換された電圧をバッテリに供給するＤＣ−ＤＣ変換回路と、該ＤＣ−ＤＣ変換回路にて変換された電圧を検出する検出部と、前記ＡＣ−ＤＣ変換回路及び前記ＤＣ−ＤＣ変換回路のスイッチングを制御する制御回路とを備える変換装置における該検出部の故障の有無を前記制御回路に判定させる制御プログラムにおいて、前記制御回路に、外部から取得した情報が、前記バッテリが正常であることを示しているか否かを判定させ、前記検出部にて検出した電圧が所定の電圧範囲外であるか否かを判定させることを特徴とする。

本発明にあっては、バッテリの異常の有無を示した情報を取得し、取得した情報及び直流の出力電圧を検出する検出部の検出結果に基づいて、該検出部の故障の有無を判定する。前記情報を用いることにより、バッテリの異常と、検出部の異常とを判別することが可能である。
なお、本発明に係る変換装置には交流及び直流を双方向に変換する装置が含まれる。つまり、ＡＣ−ＤＣ変換回路には交流及び直流を双方向に変換する回路が含まれ、ＤＣ−ＤＣ変換回路には直流の入出力方向を逆にすることが可能な回路が含まれる。

本発明にあっては、バッテリが正常であり、かつ検出部にて検出した電圧が所定の電圧範囲外である場合、検出部が故障していると判定する。

本発明にあっては、検出部の故障を判定するための所定の電圧範囲を外部から取得する。外部から所定の電圧範囲を取得できるため、例えばバッテリの状態に応じた電圧範囲を取得することが可能になり、より正確に検出部の故障の有無を判定することが可能である。

本発明にあっては、スイッチによって、交流電源からの給電が行われていない状態で、検出部の故障の有無を判定する。従って、より正確に検出部の故障の有無を判定することが可能である。

本発明にあっては、ＡＣ−ＤＣ変換回路及び前記ＤＣ−ＤＣ変換回路が動作していない状態で、検出部の故障の有無を判定する。従って、より正確に検出部の故障の有無を判定することが可能である。

本発明によれば、変換装置に設けられた直流の出力電圧を検出する検出部の故障の有無を判定することができる。
また、バッテリの異常と、検出部の異常とを判別した上で、誤り無く検出部の故障の有無を検出することができる。

充電システムの一構成例を示すブロック図である。 変換装置の一構成例を示す回路図である。 制御回路の一構成例を示すブロック図である。 制御部の処理手順を示したフローチャートである。 天絡及び開放故障判定に係るサブルーチンの処理手順を示したフローチャートである。 第２ＤＣ電圧検出部の故障判定に係るサブルーチンの処理手順を示したフローチャートである。 第１の地絡故障判定に係るサブルーチンの処理手順を示したフローチャートである。 第２の地絡故障判定に係るサブルーチンの処理手順を示したフローチャートである。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
図１は充電システムの一構成例を示すブロック図である。本実施の形態に係る充電システムは、給電ケーブルを介してバッテリ充電を行うインフラ側充電装置１と、ハイブリッド自動車、電気自動車等の車両に設けられた車両側充電装置２とを備える。

インフラ側充電装置１は、例えば２００Ｖ三相交流の交流電源１０から供給された交流を車両へ供給する充電ステーション１１を備える。充電ステーション１１には、交流電源１０からの交流を給電するための給電ケーブル接続されており、給電ケーブルの先端には充電ガン１４が設けられている。給電ケーブルには交流の給電に必要な給電線、グランド線、充電制御に必要な情報をやり取りするためのパイロット信号を通信するための通信線等が含まれている。充電ガン１４は車両のインレット２４に挿入され、充電ステーション１１と、車両とを電気的に接続するためのものである。充電ガン１４のインレット２４との接続部分には、給電端子、グランド端子、パイロット信号が入出力する信号入出力端子等が設けられている。

また、充電ステーション１１は、充電制御装置１１ａ、インバンド通信部１２及びステーション側リレー１３ａ，１３ｂを備える。ステーション側リレー１３ａ，１３ｂは給電線の途中に設けられており、充電制御装置１１ａの制御によって開閉する。充電制御装置１１ａは、充電制御に必要なパイロット信号を発信する発信回路、パイロット信号の電圧レベルを検出する検出回路等を備える。充電制御装置１１ａは、充電ガン１４が車両に接続される前段階において１２Ｖのパイロット信号を出力する。この状態をＡステートと呼ぶ。充電ガン１４が車両のインレット２４に接続された場合、車両側の抵抗器と接続され、パイロット信号の電圧が９Ｖに変化する。この状態をＢ１ステートと呼ぶ。充電制御装置１１ａはパイロット信号の信号レベルを検出することによって、充電ガン１４と、インレット２４との接続を検知することができる。また、充電制御装置１１ａは、充電ステーション１１側の充電準備が完了した場合、９Ｖの矩形パルス信号を発信する。この状態をＢ２ステートと呼ぶ。車両側においても充電準備が完了した場合、車両側の抵抗器の切り換えが行われ、矩形パルス信号の電圧が９Ｖから６Ｖに変化する。この状態をＣステートと呼ぶ。充電制御装置１１ａは、矩形パルス信号の電圧が６Ｖに変化したことを検出した場合、所定時間以内にステーション側リレー１３ａ，１３ｂを閉じ、交流の給電を開始する。所定時間は例えば３秒である。

インバンド通信部１２は、パイロット信号に重畳させた制御信号を送受信する回路である。インバンド通信部１２は、充電ステーション１１及び車両に搭載されたバッテリ２０に係る情報、充電電流量等の情報を送受信し、充電制御装置１１ａは充電の可否を含め充電準備の確認を行う。

車両側充電装置２は、充電ガン１４に接続されるインレット２４及び電気自動車を駆動するためのバッテリ２０を備える。インレット２４は、充電ガン１４に接続可能な形状を有しており、接続部分には充電ガン１４の給電端子、グランド端子、信号入出力端子等に接続される各種端子が設けられている。給電端子は、交流を直流に変換する変換装置２３、ＤＣリレー２５を介してバッテリ２０に接続されている。充電ステーション１１から供給された交流は変換装置２３によって交直変換され、交直変換された直流によってバッテリ２０が充電される構成になっている。

また、車両側充電装置２は、充電管理ＥＣＵ２１及びインバンド通信部２２を備える。充電管理ＥＣＵ２１は通信線に接続されており、充電制御装置１１ａとの間で充電に必要な情報をパイロット信号にて送受信する。具体的には充電管理ＥＣＵ２１は、パイロット信号の電圧レベルを検出する検出回路、パイロット信号の電圧を変化させるための抵抗器及び切換スイッチ等を備える。
充電管理ＥＣＵ２１は、充電ガン１４がインレット２４に接続されたことを検知した場合、又はステーション側の充電準備が完了したことを検知した場合、変換装置２３に制御信号を出力することによって、変換装置２３を起動する。変換装置２３は後述するように各種検出部の故障の有無を確認し、異常があれば充電管理ＥＣＵ２１へ内部異常を通知する。異常が確認されなければ、変換装置２３は充電制御の開始を充電管理ＥＣＵ２１へ要求する。車両側充電装置２側の充電準備が完了した場合、抵抗器の切り換えを行い、矩形パルスの電圧を６Ｖに変化させる制御を行う。また、充電管理ＥＣＵ２１はＤＣリレー２５を閉じ、バッテリ２０への給電を行う。また、後述するように、給電開始直後においても、変換装置２３は各種検出部の故障判定を行い、故障を発見した場合、その旨を充電管理ＥＣＵ２１へ通知する。
更に充電管理ＥＣＵ２１は、パイロット信号のステートを示した情報を、ＣＡＮ（Controller Area Network）通信線２６を介して変換装置２３へ送信する通信部を備えている。言い換えるとパイロット信号のステートを示した情報は、ＡＣ−ＤＣ変換回路４に対する交流の電圧の印加の有無を示す情報である。パイロット信号のＢ２ステートは交流の電圧の印加が無い状態、Ｃステートは交流の電圧の印加がある状態に対応する。また、充電管理ＥＣＵ２１はバッテリ２０の状態を監視しており、バッテリ２０が正常な状態であるか否かを判定し、バッテリ２０が正常であるか否かを示すバッテリ情報を、ＣＡＮ通信線２６を介して変換装置２３へ送信する機能を有する。

インバンド通信部２２は、パイロット信号に重畳させた制御信号を送受信する回路である。インバンド通信部２２は、充電ステーション１１及び車両に搭載されたバッテリ２０に係る情報、充電電流量等の情報を送受信し、充電管理ＥＣＵ２１は充電の可否を含め充電準備の確認を行う。インバンド通信部２２と、充電管理ＥＣＵ２１との情報通信は、例えばＣＡＮ通信線２６を介して行われる。

図２は変換装置２３の一構成例を示す回路図である。本実施の形態に係る変換装置２３は、例えば、プラグインハイブリッド車及び電気自動車に搭載され、交流及び直流を双方向に交直変換する絶縁型である。変換装置２３は、交流入出力端子Ｔ１，Ｔ２及び直流入出力端子Ｔ３，Ｔ４と、ＰＦＣ（Power Factor Correction）機能付きＡＣ−ＤＣ変換回路４と、ＤＣ−ＤＣ変換回路５と、ＡＣ−ＤＣ変換回路４に対する交流の電圧の印加をオンオフする遮断スイッチ（スイッチ）３ａ，３ｂと、各変換回路のスイッチング制御を行う制御回路９とを備える。ＤＣ−ＤＣ変換回路５は、例えば第１双方向変換回路６、変圧器７及び第２双方向変換回路８とで構成される。

交流入出力端子Ｔ１，Ｔ２には交流電源１０又は負荷が交換可能に接続される。交流入出力端子Ｔ１，Ｔ２に交流電源１０が接続され、交流の電圧が印加された場合、交流は直流に交直変換され、交直変換された直流の電圧が直流入出力端子Ｔ３，Ｔ４から出力される。直流入出力端子Ｔ３，Ｔ４にはＤＣリレー２５を介してバッテリ２０が接続されており、直流入出力端子Ｔ３，Ｔ４から出力された直流によって該バッテリ２０は充電される。交流入出力端子Ｔ１，Ｔ２に負荷が接続された場合、バッテリ２０によって直流入出力端子Ｔ３，Ｔ４に印加された直流の電圧が交流に交直変換され、交直変換された交流が交流入出力端子Ｔ１，Ｔ２を介して負荷に給電される。このように交流及び直流を双方向に交直変換する変換装置２３を車両に搭載することにより、バッテリ２０を災害用又は非常用電源として利用することが可能になる。

遮断スイッチ３ａ，３ｂは、交流入出力端子Ｔ１，Ｔ２と、ＡＣ−ＤＣ変換回路４との間に設けられている。遮断スイッチ３ａ，３ｂは例えばリレーであり、該遮断スイッチ３ａ，３ｂのオンオフの切り換えは制御回路９によって制御される。

ＰＦＣ機能付きＡＣ−ＤＣ変換回路４は、フルブリッジ回路のスイッチング制御によって交流及び直流を双方向に交直変換する回路である。ＰＦＣ機能付きＡＣ−ＤＣ変換回路４はコンデンサＣ１，Ｃ２、コイルＬ１，Ｌ２、並びにフルブリッジ回路を構成する第１乃至第４スイッチング素子４１，４２，４３，４４及びダイオード４５，４６，４７，４８を備える。第１乃至第４スイッチング素子４１，４２，４３，４４は例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）又はＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor）等のパワーデバイスである。以下、本実施の形態では第１乃至第４スイッチング素子４１，４２，４３，４４をＩＧＢＴとして説明する。交流入出力端子Ｔ１，Ｔ２には遮断スイッチ３ａ，３ｂの一端がそれぞれ接続され、遮断スイッチ３ａ，３ｂの他端にはコンデンサＣ１の各端が接続されている。また、遮断スイッチ３ａの他端にはコイルＬ１の一端が接続され、コイルＬ１の他端は第１スイッチング素子４１のエミッタと、第２スイッチング素子４２のコレクタとに接続している。遮断スイッチ３ｂの他端にはコイルＬ２の一端が接続され、コイルＬ２の他端は第３スイッチング素子４３のエミッタと、第４スイッチング素子４４のコレクタとに接続している。
第１及び第３スイッチング素子４１，４３のコレクタは、第１双方向変換回路６に接続している。第１及び第３スイッチング素子４１，４３のエミッタはそれぞれ第２及び第４スイッチング素子４２，４４のコレクタに接続し、第２及び第４スイッチング素子４２，４４のエミッタは、第１双方向変換回路６に接続している。第１乃至第４スイッチング素子４１，４２，４３，４４のコレクタには、第１乃至第４ダイオード４５，４６，４７，４８のカソードが接続し、第１乃至第４ダイオード４５，４６，４７，４８のアノードは第１乃至第４スイッチング素子４１，４２，４３，４４のエミッタに接続している。また第１及び第３スイッチング素子４１，４３のコレクタにはコンデンサＣ２の一端が接続され、該コンデンサＣ２の他端は第２及び第４スイッチング素子４２，４４のエミッタに接続されている。

第１双方向変換回路６は、フルブリッジ回路６０のスイッチング制御によって交流及び直流を双方向に交直変換する回路である。第１双方向変換回路６はフルブリッジ回路６０を構成する第１乃至第４スイッチング素子６１，６２，６３，６４及びダイオード６５，６６，６７，６８を備える。第１及び第３スイッチング素子６１，６３のコレクタは第１及び第３スイッチング素子４１，４３のコレクタに接続している。第１及び第３スイッチング素子６１，６３のエミッタはそれぞれ第２及び第４スイッチング素子６２，６４のコレクタに接続し、第２及び第４スイッチング素子６２，６４のエミッタは第２及び第４スイッチング素子４２，４４のエミッタに接続している。第１乃至第４スイッチング素子６１，６３，６２，６４のコレクタには、ダイオード６５，６６，６７，６８のカソードが接続し、各ダイオード６５，６６，６７，６８のアノードは第１乃至第４スイッチング素子６１，６３，６２，６４のエミッタに接続している。

変圧器７は、磁気結合した複数のコイル、例えば第１コイル及び第２コイルを備える。第１コイルの端子対は第１スイッチング素子６１及び第３スイッチング素子６３のエミッタにそれぞれ接続されている。第１双方向変換回路６から出力された交流の電圧が第１コイルに印加されると、該第１コイルにて交番磁束が発生し、該交番磁束によって第２コイルに変圧された交流の電圧が生ずる。

第２双方向変換回路８は、フルブリッジ回路８０のスイッチング制御によって交流及び直流を双方向に交直変換する回路である。第２双方向変換回路８はコンデンサＣ３、コイルＬ３、並びにフルブリッジ回路８０を構成する第１乃至第４スイッチング素子８１，８２，８３，８４及びダイオード８５，８６，８７，８８を備える。変圧器７を構成する第２コイルの一端は第１スイッチング素子８１のエミッタと、第２スイッチング素子８２のコレクタとに接続し、前記第２コイルの他端は第３スイッチング素子８３のエミッタと、第４スイッチング素子８４のコレクタとに接続している。
第１及び第３スイッチング素子８１，８３のコレクタはコイルＬ３の一端に接続し、コイルＬ３の他端は直流入出力端子Ｔ３に接続している。第１及び第３スイッチング素子８１，８３のエミッタはそれぞれ第２及び第４スイッチング素子８２，８４のコレクタに接続し、第２及び第４スイッチング素子８２，８４のエミッタは直流入出力端子Ｔ４に接続している。第１乃至第４スイッチング素子８１，８２，８３，８４のコレクタには、ダイオード８５，８６，８７，８８のカソードが接続し、各ダイオード８５，８６，８７，８８のアノードはスイッチング素子８１，８２，８３，８４のエミッタに接続している。また直流入出力端子Ｔ３にはコンデンサＣ３の一端が接続され、該コンデンサＣ３の他端は直流入出力端子Ｔ４に接続されている。
コンデンサＣ３は、フルブリッジ回路８０から出力される直流の電圧を平滑化するための素子である。コイルＬ３は、第１乃至第４スイッチング素子８１，８２，８３，８４のスイッチングによるリップル電流がコンデンサＣ３に流れ込むことを抑制し、コンデンサＣ３が破損することを防止するための素子である。

また、変換装置２３は、交流及び直流それぞれの電圧又は電流を検出する検出部を備える。例えば、変換装置２３は、ＡＣ−ＤＣ変換回路４に印加される交流の電圧を検出するＡＣ電圧検出部９０ａと、ＡＣ−ＤＣ変換回路４に印加される交流の電流を検出するＡＣ電流検出部９０ｂと、ＤＣ−ＤＣ変換回路５に印加される直流の電圧を検出する第１ＤＣ電圧検出部９０ｃと、ＤＣ−ＤＣ変換回路５から出力される直流の電圧を検出する第２ＤＣ電圧検出部９０ｄと、ＤＣ−ＤＣ変換回路５から出力される直流の電流を検出するＤＣ電流検出部９０ｅとを備える。

ＡＣ電圧検出部９０ａは、交流入出力端子Ｔ２と、遮断スイッチ３ｂの一端とを接続する導線に設けられており、該導線の電圧、つまりＡＣ−ＤＣ変換回路４に印加される交流の電圧に相当する信号を制御回路９へ出力するものである。例えば、ＡＣ電圧検出部９０ａは前記導線に接続された整流回路、該整流回路で整流された直流の電圧を分圧する分圧抵抗を含み、分圧された電圧を制御回路９へ出力する回路である。なお、分圧された電圧を増幅器で増幅して制御回路９へ出力しても良いし、電圧をＡＤ変換し、ＡＤ変換された電圧値を制御回路９に出力するように構成しても良い。
第１ＤＣ電圧検出部９０ｃはＡＣ−ＤＣ変換回路４の出力端又はＤＣ−ＤＣ変換回路５の入力端に接続されており、ＤＣ−ＤＣ変換回路５に入力される直流の電圧に相当する信号を制御回路９へ出力する回路である。第１ＤＣ電圧検出部９０ｃは、ＡＣ−ＤＣ変換回路４の出力端又はＤＣ−ＤＣ変換回路５の入力端に接続された分圧抵抗を含み、該分圧抵抗によって分圧された電圧を制御回路９へ出力する回路である。なお、分圧された電圧を増幅器で増幅して制御回路９へ出力しても良いし、電圧をＡＤ変換し、ＡＤ変換された電圧値を制御回路９に出力するように構成しても良い。
第２ＤＣ電圧検出部９０ｄは第１ＤＣ電圧検出部９０ｃと同様の構成であり、例えば直流入出力端子Ｔ４に接続され、該直流入出力端子Ｔ４から出力される電圧に相当する信号を制御回路９に出力する。

ＡＣ電流検出部９０ｂは遮断スイッチ３ｂの他端と、コイルＬ２とを接続する導線に設けられており、ＡＣ−ＤＣ変換回路４に入力する電流に相当する信号を制御回路９に出力するものである。ＡＣ電流検出部９０ｂは例えばカレントトランスを含み、該カレントトランスによって変換された電流を電圧に変換して制御回路９へ出力する回路である。
ＤＣ電流検出部９０ｅは直流入出力端子Ｔ４に接続され、該直流入出力端子Ｔ４から出力される電流に相当する信号を制御回路９に出力するものである。ＤＣ電流検出部９０ｅは、例えばホール素子センサである。ホール素子センサは、導線を流れる電流によって発生した磁界をホール素子で検出し、磁界によってホール素子に生じたホール電圧を増幅し、電流値として出力する。

図３は制御回路９の一構成例を示すブロック図である。制御回路９は、該制御回路９の各構成部の動作を制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）等の制御部９１を備える。制御部９１には、バスを介して、ＲＡＭ９２、記憶部９３、通信部９４、インタフェース９５、各種検出部の故障判定タイミング、スイッチング制御のタイミング等を計時するための計時部９６が接続されている。

記憶部９３は、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ROM）等の不揮発性メモリであり、本実施の形態に係るスイッチング制御を行うための制御プログラム９８を記憶している。
また、制御プログラム９８は、コンピュータ読み取り可能に記録された可搬式メディアであるＣＤ（Compact Disc）−ＲＯＭ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）−ＲＯＭ、ＢＤ（Blu-ray Disc）、ハードディスクドライブ又はソリッドステートドライブ等の記録媒体９７に記録されており、制御部９１が記録媒体９７から、制御プログラム９８を読み出し、記憶部９３に記憶させても良い。
更に、通信網に接続されている図示しない外部コンピュータから本発明に係る制御プログラム９８を取得し、記憶部９３に記憶させても良い。

ＲＡＭ９２は、ＤＲＡＭ（Dynamic RAM)、SRAM(Static RAM）等のメモリであり、制御部９１の演算処理を実行する際に記憶部９３から読み出された制御プログラム９８、及び制御部９１の演算処理によって生ずる各種データを一時記憶する。

通信部９４は、充電管理ＥＣＵ２１との間でＣＡＮ通信プロトコルに従って各種情報を送受信するＣＡＮ通信回路を備える。また通信部９４は、交流から直流への変換を指示する充電指示、直流から交流への変換を指示する放電指示、終了指示等を受信する。

インタフェース９５には、ＰＦＣ機能付きＡＣ−ＤＣ変換回路４、第１及び第２双方向変換回路６，８を構成する第１乃至第４スイッチング素子４１，・・・，４４，６１，・・・，６４，８１，・・・，８４，のゲートが接続されており、該ゲートに電圧を与えることにより、各回路のスイッチング制御を行う。
また、インタフェース９５には、ＡＣ電圧検出部９０ａ、ＡＣ電流検出部９０ｂ、第１ＤＣ電圧検出部９０ｃ、第２ＤＣ電圧検出部９０ｄ、及びＤＣ電流検出部９０ｅが接続され、各検出部から出力される信号が入力する。

制御部９１は通信部９４にて充電指示を受信した場合、スイッチング制御によってＰＦＣ機能付きＡＣ−ＤＣ変換回路４を力率改善回路及びＡＣ−ＤＣ変換回路、第１双方向変換回路６をＤＣ−ＡＣ変換回路、第２双方向変換回路８をＡＣ−ＤＣ変換回路として動作させる。また、制御部９１は通信部９４にて放電指示を受信した場合、スイッチング制御によって第２双方向変換回路８をＤＣ−ＡＣ変換回路、第１双方向変換回路６をＡＣ−ＤＣ変換回路４、ＰＦＣ機能付きＡＣ−ＤＣ変換回路４をＤＣ−ＡＣ変換回路として動作させる。

次に、変換装置２３に設けられた各検出部の故障の有無を判定する手順を説明する。
図４は制御部９１の処理手順を示したフローチャートである。まず、制御部９１は、各検出部の天絡及び開放による故障の有無を判定する（ステップＳ１）。天絡は、電源電位に短絡した状態を意味する。

図５は天絡及び開放故障判定に係るサブルーチンの処理手順を示したフローチャートである。制御部９１は、ＡＣ−ＤＣ変換回路４及びＤＣ−ＤＣ変換回路５を構成する各スイッチング素子４１，４２，・・・，８３，８４の全ゲートをオフにする（ステップＳ１０１）。次いで、制御部９１は、通信部９４を介してステート情報を取得し（ステップＳ１０２）、Ｂ２ステートであるか否かを判定する（ステップＳ１０３）。なお、ステート情報は必ずしもＣＡＮ通信線２６を介して取得する必要は無く、充電管理ＥＣＵ２１と、変換装置２３とを接続する専用線を介して取得しても良い。また、充電制御装置１１ａから送信されるパイロット信号を直接受信し、Ｂ２ステートであるか否かを判定するようにしても良い。また、ステート情報に限らず、ＡＣ−ＤＣ変換回路４に対する交流の電圧の印加の有無を示した情報であればその態様は特に限定されない。Ｂ２ステートで無いと判定した場合（ステップＳ１０３：ＮＯ）、制御部９１はステップＳ１０３の処理を繰り返し実行する。Ｂ２ステートであると判定した場合（ステップＳ１０３：ＹＥＳ）、制御部９１は、ＡＣ電圧検出部９０ａにて検出されたＡＣ電圧が０Ｖであるか否かを判定する（ステップＳ１０４）。具体的には制御部９１は前記ＡＣ電圧が所定の閾値未満であるか否かを判定する。ＡＣ電圧が０Ｖで無いと判定した場合（ステップＳ１０４：ＮＯ）、制御部９１はＡＣ電圧検出部９０ａが天絡故障又は開放故障していることを記憶する（ステップＳ１０５）。

ＡＣ電圧が０Ｖであると判定した場合（ステップＳ１０４：ＹＥＳ）、又はステップＳ１０５の処理を終えた場合、制御部９１は、第１ＤＣ電圧検出部９０ｃにて検出された電圧Ｖ１が０Ｖであるか否かを判定する（ステップＳ１０６）。具体的には制御部９１は電圧Ｖ１が所定の閾値未満であるか否かを判定する。電圧Ｖ１が０Ｖで無いと判定した場合（ステップＳ１０６：ＮＯ）、制御部９１は、第１ＤＣ電圧検出部９０ｃが天絡故障又は開放故障していることを記憶する（ステップＳ１０７）。

電圧Ｖ１が０Ｖであると判定した場合（ステップＳ１０６：ＹＥＳ）、又はステップＳ１０７の処理を終えた場合、ＡＣ電流検出部９０ｂにて検出されたＡＣ電流が０Ａであるか否かを判定する（ステップＳ１０８）。ＡＣ電流が０Ａで無いと判定した場合（ステップＳ１０８：ＮＯ）、制御部９１は、ＡＣ電流検出部９０ｂが天絡故障又は開放故障していることを記憶する（ステップＳ１０９）。

ＡＣ電流が０Ａであると判定した場合（ステップＳ１０８：ＹＥＳ）、又はステップＳ１０９の処理を終えた場合、制御部９１は、ＤＣ電流検出部９０ｅにて検出されたＤＣ電流が０Ａであるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。
ＤＣ電流が０Ａであると判定した場合（ステップＳ１１０：ＹＥＳ）、制御部９１はサブルーチンの処理を終える。ＤＣ電流が０Ａで無いと判定した場合（ステップＳ１１０：ＮＯ）、制御部９１はＤＣ電流検出部９０ｅが天絡故障又は開放故障していることを記憶し（ステップＳ１１１）、サブルーチンの処理を終える。

なお、図５に示した各検出部の天絡故障又は開放故障を検出する順序は一例であり、特に限定されるものでは無い。

図４に示すように天絡及び開放故障判定に係るステップＳ１の処理を終えた制御部９１は、第２ＤＣ電圧検出部９０ｄの故障の有無を判定する（ステップＳ２）。

図６は第２ＤＣ電圧検出部９０ｄの故障判定に係るサブルーチンの処理手順を示したフローチャートである。制御部９１は、第２ＤＣ電圧検出部９０ｄにて検出された電圧Ｖ２が正常範囲であるか否かを判定する（ステップＳ２０１）。具体的には、制御部９１は記憶部９３から正常範囲に相当する所定の電圧範囲を示した情報を読み出す。そして、制御部９１は、電圧Ｖ２が所定の電圧範囲内にあるか、又は範囲外にあるかを判定する。
前記所定の電圧範囲は、予め制御回路９の記憶部９３に記憶させておいても良いし、充電管理ＥＣＵ２１から取得して、記憶部９３に記憶させるように構成しても良い。充電管理ＥＣＵ２１は、バッテリ２０の状態に応じた所定の電圧範囲を特定し、特定された所定の電圧範囲を変換装置２３へ送信する。この場合、変換装置２３の制御部９１はより正確に電圧Ｖ２が正常な電圧であるか否かを判別することができる。

電圧Ｖ２が正常範囲であると判定した場合（ステップＳ２０１：ＹＥＳ）、制御部９１はサブルーチンの処理を終える。電圧Ｖ２が正常範囲で無いと判定した場合（ステップＳ２０１：ＮＯ）、制御部９１は、通信部９４を介して充電管理ＥＣＵ２１からバッテリ情報を取得する（ステップＳ２０２）。バッテリ情報はバッテリ２０が正常であるか否かを示す情報を含む。

次いで、制御部９１はバッテリ情報に基づいてバッテリ２０に異常が無いか否かを判定し（ステップＳ２０３）、バッテリ２０に異常が無いと判定した場合（ステップＳ２０３：ＹＥＳ）、制御部９１は第２ＤＣ電圧検出部９０ｄが故障していることを記憶し（ステップＳ２０４）、サブルーチンの処理を終える。バッテリ異常があると判定した場合（ステップＳ２０３：ＮＯ）、制御部９１は、サブルーチンの処理を終える。

図４に示すように第２ＤＣ電圧検出部９０ｄの故障判定に係る処理を終えた制御部９１は、ステップＳ１及びステップＳ２の判定結果から、変換装置２３の内部異常の有無を判定する（ステップＳ３）。内部異常が無いと判定した場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）、制御部９１は、通信部９４を介して充電管理ＥＣＵ２１へ充電の準備が完了した旨の通知を行う（ステップＳ４）。次いで、制御部９１は、第１の地絡故障判定を行う（ステップＳ５）。第１の地絡故障判定は、ＡＣ電圧検出部９０ａ及び第１ＤＣ電圧検出部９０ｃの地絡故障の有無を判定する処理である。地絡は、グランド電位に短絡した状態を意味する。

図７は第１の地絡故障判定に係るサブルーチンの処理手順を示したフローチャートである。制御部９１は、通信部９４を介してステート情報を取得し（ステップＳ３０１）、Ｃステートであるか否かを判定する（ステップＳ３０２）。なお、Ｃステートと同様の状態を示すＤステートであるか否かを判定するように構成しても良い。Ｄステートは充電の際に換気が要求される場合に使用されるパイロット信号である。Ｃステートでは無いと判定した場合（ステップＳ３０２：ＮＯ）、制御部９１はステップＳ３０２の処理を繰り返し実行する。Ｃステートであると判定した場合（ステップＳ３０２：ＹＥＳ）、制御部９１は、計時部９６にて計時を開始する（ステップＳ３０３）。そして制御部９１は、ＡＣ−ＤＣ変換回路４に交流の電圧が印加されてから所定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ３０４）。所定時間が経過していないと判定した場合（ステップＳ３０４：ＮＯ）、制御部９１はステップＳ３０４の処理を繰り返し実行する。所定時間が経過したと判定した場合（ステップＳ３０４：ＹＥＳ）、制御部９１は、ＡＣ電圧検出部９０ａにて検出したＡＣ電圧が０Ｖであるか否かを判定する（ステップＳ３０５）。具体的にはＡＣ電圧が所定の閾値未満であるか否かを判定する。なお、本実施の形態ではＣステートになってから所定時間が経過することを待ってステップＳ３０５以下の処理を実行する例を説明したが、交流の電圧が正常であることを確認できれば、所定時間が経過するのを待たずにステップＳ３０５の処理を実行するように構成しても良い。ＡＣ電圧が０Ｖであると判定した場合（ステップＳ３０５：ＹＥＳ）、制御部９１はＡＣ電圧検出部９０ａが地絡故障していることを記憶する（ステップＳ３０６）。

ＡＣ電圧が０Ｖで無いと判定した場合（ステップＳ３０５：ＮＯ）、又はステップＳ３０６の処理を終えた場合、制御部９１は、遮断スイッチ３ａ，３ｂを開き、交流の電圧の印加をオフ制御した状態で検出されたＡＣ電圧が正常範囲で、かつ第１ＤＣ電圧検出部９０ｃで検出された電圧Ｖ１が所定範囲であるか否かを判定する（ステップＳ３０７）。具体的には制御回路９は、ＡＣ電圧の正常範囲に相当する第１電圧範囲と、前記所定範囲に相当する第２電圧範囲を予め記憶部９３に記憶している。第１電圧範囲は交流電源１０から供給される２００Ｖ交流の電圧の実効値として取り得る値の範囲である。第２電圧範囲は２００Ｖ交流が、停止しているＤＣ−ＤＣ変換回路４に印加された場合に該ＤＣ−ＤＣ変換回路４から出力される直流の電圧として取り得る値の範囲である。ＡＣ電圧が正常範囲で、かつ第１ＤＣ電圧検出部９０ｃで検出された電圧Ｖ１が所定範囲であると判定した場合（ステップＳ３０７：ＹＥＳ）、制御部９１は遮断スイッチ３ａ，３ｂが固着故障していることを記憶し（ステップＳ３０８）、サブルーチンの処理を終える。ＡＣ電圧が正常範囲で、かつ第１ＤＣ電圧検出部９０ｃで検出された電圧Ｖ１が所定範囲外であると判定した場合（ステップＳ３０７：ＮＯ）、制御部９１は、遮断スイッチ３ａ，３ｂをオンにする（ステップＳ３０９）。つまり、遮断スイッチ３ａ，３ｂの固着故障は無いと判断し、制御部９１は交流の電圧が印加されるように前記遮断スイッチ３ａ，３ｂの切り換えを制御する。
なお、ＡＣ電圧が正常範囲で無い場合、制御部９１は充電の処理を中止することが望ましい。例えば、ＡＣ電圧が低電圧である場合、所望の出力を得るために電流が大きくなるためである。

次いで、制御部９１は、第１ＤＣ電圧検出部９０ｃにて検出した電圧Ｖ１が０Ｖであるか否かを判定する（ステップＳ３１０）。具体的には制御部９１は電圧Ｖ１が所定の閾値未満であるか否かを判定する。電圧Ｖ１が０Ｖで無いと判定した場合（ステップＳ３１０：ＮＯ）、制御部９１はサブルーチンの処理を終える。電圧Ｖ１が０Ｖであると判定した場合（ステップＳ３１０：ＹＥＳ）、制御部９１は、第１ＤＣ電圧検出部９０ｃが地絡故障し、又は遮断スイッチ３ａ，３ｂが開放故障していることを記憶し（ステップＳ３１１）、サブルーチンの処理を終える。

なお、図７に示した各検出部の地絡故障を検出する順序は一例であり、特に限定されるものでは無い。

図４に示すようにステップＳ５の処理を終えた制御部９１は、ステップＳ５の判定結果から、変換装置２３の内部異常の有無を判定する（ステップＳ６）。変換装置２３に内部異常が無いと判定した場合（ステップＳ６：ＹＥＳ）、制御部９１は、充電制御を開始する（ステップＳ７）。具体的には、制御部９１は、ＡＣ−ＤＣ変換回路４及びＤＣ−ＤＣ変換回路５を構成する各スイッチング素子４１，４２，・・・，８３，８４のゲートをオンオフさせるスイッチング制御を行い、交流を所望の直流に変換する制御を行う。そして、制御部９１は、電圧異常検出機能を有効にする（ステップＳ８）。つまり、制御部９１は、ＡＣ電圧検出部９０ａ、第１ＤＣ電圧検出部９０ｃ、第２ＤＣ電圧検出部９０ｄにて検出された各電圧が、記憶部９３が記憶している所定の上限電圧以下であるか否かを判定することによって、過電圧が発生していないかどうかを監視する。過電圧が検出された場合、制御部９１は、遮断スイッチ３ａ，３ｂを開状態にして交流の電圧の印加を遮断し、各スイッチング素子４１，４２，・・・，８３，８４のゲートをオフ状態にする。

次いで、制御部９１は、ＡＣ−ＤＣ変換回路４及びＤＣ−ＤＣ変換回路５のスイッチング制御が行われている状態で、第２の地絡故障判定を行う（ステップＳ９）。第２の地絡故障判定は、ＡＣ電流検出部９０ｂ及びＤＣ電流検出部９０ｅの地絡故障の有無を判定する処理である。

図８は第２の地絡故障判定に係るサブルーチンの処理手順を示したフローチャートである。制御部９１は、ＡＣ電流検出部９０ｂにて検出されたＡＣ電流が０Ａであり、かつＤＣ電流検出部９０ｅにて検出されたＤＣ電流が非０Ａであるか否かを判定する（ステップＳ４０１）。具体的には制御部９１はＡＣ電流が閾値未満であり、かつＤＣ電流が閾値以上であるか否かを判定する。ＡＣ電流が０Ａであり、かつＤＣ電流が非０Ａである場合（ステップＳ４０１：ＹＥＳ）、制御部９１はＡＣ電流検出部９０ｅが地絡故障していることを記憶する（ステップＳ４０２）。

ＡＣ電流が０Ａであり、かつＤＣ電流が非０Ａである状態に無いと判定した場合（ステップＳ４０１：ＮＯ）、制御部９１は、ＤＣ電流が０Ａであり、かつＡＣ電流が非０Ａであるか否かを判定する（ステップＳ４０３）。ＤＣ電流が０Ａであり、かつＡＣ電流が非０Ａである状態に無いと判定した場合（ステップＳ４０３：ＮＯ）、制御部９１はサブルーチンの処理を終える。ＤＣ電流が０Ａであり、かつＡＣ電流が非０Ａであると判定した場合（ステップＳ４０３：ＹＥＳ）、制御部９１はＤＣ電流検出部９０ｅが地絡故障していることを記憶し（ステップＳ４０４）、サブルーチンの処理を終える。

なお、図８に示した各検出部の地絡故障を検出する順序は一例であり、特に限定されるものでは無い。

第２の地絡故障判定を終えた制御部９１は、ステップＳ９の判定結果から、変換装置２３の内部異常の有無を判定する（ステップＳ１０）。内部異常が無いと判定した場合（ステップＳ１０：ＹＥＳ）、制御部９１は、電流異常検出機能を有効にし（ステップＳ１１）、本発明に係る処理を終える。つまり、制御部９１は、ＡＣ電流検出部９０ｂ及びＤＣ電流検出部９０ｅにて検出された各電流が、記憶部９３が記憶している所定の上限電流以下であるか否かを判定することによって、過電流が発生していないかどうかを監視する。過電流が検出された場合、制御部９１は、遮断スイッチ３ａ，３ｂを開状態にして交流の電圧の印加を遮断し、各スイッチング素子４１，４２，・・・，８３，８４のゲートをオフ状態にする。ステップＳ３，ステップＳ６，ステップＳ１０で、内部異常があると判定した場合（ステップＳ３，６，１０：ＮＯ）、制御部９１は、変換装置２３の内部異常通知を行い（ステップＳ１２）、処理を終える。例えば、制御部９１は、変換装置２３に異常がある旨、及び異常がある各種検出部を特定するための情報、異常の内容を特定するための情報を、通信部９４を介して充電管理ＥＣＵ２１へ送信する。なお、前記各情報をその他のＥＣＵへ送信しても良いし、記憶部９３に記憶するように構成しても良い。

このように構成された変換装置２３、故障判定方法及び制御プログラム９８によれば、変換装置２３に設けられた交流及び直流それぞれの電圧又は電流を検出する各種検出部の故障の有無を判定することができる。特に、変換装置２３に設けられた第２ＤＣ電圧検出部９０ｄの故障の有無をバッテリ２０の異常と、第２ＤＣ電圧検出部９０ｄの異常とを判別した上で、誤り無く検出することができる。
また、ＡＣ電圧検出部９０ａ、ＡＣ電流検出部９０ｂ、第１ＤＣ電圧検出部９０ｃ、第２ＤＣ電圧検出部９０ｄ、ＤＣ電流検出部９０ｅの天絡、開放及び地絡、並びに遮断スイッチ３ａ，３ｂの固着といった故障の有無、故障の種別を判別することができる。

開示された本実施の形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上述の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ インフラ側充電装置
２ 車両側充電装置
３ａ，３ｂ 遮断スイッチ（スイッチ）
４ ＡＣ−ＤＣ変換回路
５ ＤＣ−ＤＣ変換回路
６ 第１双方向変換回路
７ 変圧器
８ 第２双方向変換回路
９ 制御回路
１０ 交流電源
１１ 充電ステーション
１１ａ 充電制御装置
２０ バッテリ
２１ 充電管理ＥＣＵ
２３ 変換装置
９０ａ ＡＣ電圧検出部
９０ｂ ＡＣ電流検出部
９０ｃ 第１ＤＣ電圧検出部
９０ｄ 第２ＤＣ電圧検出部
９０ｅ ＤＣ電流検出部
９１ 制御部
９２ ＲＡＭ
９３ 記憶部
９４ 通信部
９５ インタフェース
９６ 計時部
９７ 記録媒体
９８ 制御プログラム

Claims (7)

1. ＡＣ−ＤＣ変換回路と、該ＡＣ−ＤＣ変換回路から出力された直流の電圧を変換し、変換された電圧をバッテリに供給するＤＣ−ＤＣ変換回路と、該ＤＣ−ＤＣ変換回路にて変換された電圧を検出する検出部とを備える変換装置において、
   前記バッテリが正常であるか否かを示す情報を取得するバッテリ情報取得部と、
   該バッテリ情報取得部にて取得した情報及び前記検出部の検出結果に基づいて、前記検出部の故障の有無を判定する故障判定部と
   を備えることを特徴とする変換装置。
2. 前記故障判定部は、
   前記バッテリ情報取得部にて取得した情報が、前記バッテリが正常であることを示し、かつ前記検出部にて検出した電圧が所定の電圧範囲外であるか否かを判定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の変換装置。
3. 所定の電圧範囲を示す情報を取得する取得部を備え、
   前記故障判定部は、
   前記検出部にて検出した電圧が、取得した前記所定の電圧範囲外であるか否かを判定する
   ことを特徴とする請求項２に記載の変換装置。
4. 前記ＡＣ−ＤＣ変換回路に対する交流の電圧の印加をオンオフするスイッチを備え、
   前記故障判定部は、
   前記スイッチにて交流の電圧の印加がオフ制御されている状態で検出した電圧に基づいて、前記検出部の故障の有無を判定する
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の変換装置。
5. 前記ＡＣ−ＤＣ変換回路及び前記ＤＣ−ＤＣ変換回路はスイッチング方式の変換回路であり、
   前記故障判定部は、
   前記ＡＣ−ＤＣ変換回路及び前記ＤＣ−ＤＣ変換回路のスイッチングを停止させた状態で検出した電圧に基づいて、前記検出部の故障の有無を判定する
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載の変換装置。
6. ＡＣ−ＤＣ変換回路と、該ＡＣ−ＤＣ変換回路から出力された直流の電圧を変換し、変換された電圧をバッテリに供給するＤＣ−ＤＣ変換回路と、該ＤＣ−ＤＣ変換回路にて変換された電圧を検出する検出部とを備える変換装置における該検出部の故障の有無を判定する故障判定方法において、
   前記バッテリの異常の有無を示す情報を取得し、
   取得した情報及び前記検出部の検出結果に基づいて、前記検出部の故障の有無を判定する
   ことを特徴とする故障判定方法。
7. ＡＣ−ＤＣ変換回路と、該ＡＣ−ＤＣ変換回路から出力された直流の電圧を変換し、変換された電圧をバッテリに供給するＤＣ−ＤＣ変換回路と、該ＤＣ−ＤＣ変換回路にて変換された電圧を検出する検出部と、前記ＡＣ−ＤＣ変換回路及び前記ＤＣ−ＤＣ変換回路のスイッチングを制御する制御回路とを備える変換装置における該検出部の故障の有無を前記制御回路に判定させる制御プログラムにおいて、
   前記制御回路に、
   外部から取得した情報が、前記バッテリが正常であることを示しているか否かを判定させ、
   前記検出部にて検出した電圧が所定の電圧範囲外であるか否かを判定させる
   ことを特徴とする制御プログラム。

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