JP2018169237A - 蓄電制御装置、蓄電制御システム、サーバ、蓄電制御方法及びプログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】蓄電池の劣化が進んだ場合にも、蓄電池の満容量を精度よく算出可能な蓄電制御装置を提供すること。
【解決手段】蓄電制御装置40は、蓄電池の電圧に基づいて蓄電池の開放電圧を推定する開放電圧推定部41と、蓄電池の電流に基づいて蓄電池の積算容量を算出する容量算出部42と、第1の測定タイミングにおける開放電圧に基づいて算出した第1の残容量と、第2の測定タイミングにおける開放電圧に基づいて算出した第2の残容量と、第1の測定タイミングにおける積算容量と、第2の測定タイミングにおける積算容量とに基づいて、蓄電池の満容量を算出する制御部43と、を含み、蓄電池の劣化に対応した開放電圧と残容量との関係を予め取得しておき、その関係における劣化による変化が所定の基準値よりも小さくなる残容量の範囲に、第1及び第2の測定タイミングを設定する。
【選択図】図1
【解決手段】蓄電制御装置40は、蓄電池の電圧に基づいて蓄電池の開放電圧を推定する開放電圧推定部41と、蓄電池の電流に基づいて蓄電池の積算容量を算出する容量算出部42と、第1の測定タイミングにおける開放電圧に基づいて算出した第1の残容量と、第2の測定タイミングにおける開放電圧に基づいて算出した第2の残容量と、第1の測定タイミングにおける積算容量と、第2の測定タイミングにおける積算容量とに基づいて、蓄電池の満容量を算出する制御部43と、を含み、蓄電池の劣化に対応した開放電圧と残容量との関係を予め取得しておき、その関係における劣化による変化が所定の基準値よりも小さくなる残容量の範囲に、第1及び第2の測定タイミングを設定する。
【選択図】図1
Description
本発明は、蓄電制御装置、蓄電制御システム、サーバ、蓄電制御方法及びプログラムに関する。
家庭用や産業用の蓄電池(二次電池)は、充電及び放電すなわち充放電の繰り返しに伴い、満容量(満充電容量)が減少するという問題がある。そのため、蓄電池の満容量を見積もる技術が用いられている。
特許文献1に開示された手法では、第1及び第2の無負荷タイミングにおいて検出された開放電圧からそれぞれ求めた第1及び第2の残容量SOC1[%]、SOC2[%]の差に基づいて、満容量Ahfを検出している。具体的には、第1及び第2の残容量SOC1[%]、SOC2[%]の差に基づく変化率δS[%]と、第1及び第2の無負荷タイミング間の容量変化値δAhとを求め、式「Ahf=δAh/(δS/100)」に代入することによって、満容量Ahfを算出している。
特許文献1に開示された手法では、開放電圧と残容量との関係を予め記憶しておき、検出した開放電圧から残容量を求めている。発明者らは、残容量を求めるために利用する開放電圧と残容量との関係が、蓄電池の劣化度合に応じて変化することを見出した。特許文献1に開示された手法では、このようなことが考慮されていないため、蓄電池の劣化が進んだ場合に、蓄電池の満容量を精度よく算出できない虞があった。
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、蓄電池の劣化が進んだ場合にも、蓄電池の満容量を精度よく算出可能な蓄電制御装置を提供することを目的とする。
本発明にかかる蓄電制御装置は、
蓄電池の電圧に基づいて前記蓄電池の開放電圧を推定する開放電圧推定部と、
前記蓄電池の電流に基づいて前記蓄電池の積算容量を算出する容量算出部と、
第1の測定タイミングにおける前記開放電圧に基づいて算出した第1の残容量と、第2の測定タイミングにおける前記開放電圧に基づいて算出した第2の残容量と、前記第1の測定タイミングにおける前記積算容量と、前記第2の測定タイミングにおける前記積算容量とに基づいて、前記蓄電池の満容量を算出する制御部と、を含み、
前記蓄電池の劣化に対応した開放電圧と残容量との関係を予め取得しておき、前記関係における劣化による変化が所定の基準値よりも小さくなる前記残容量の範囲に、前記第1及び第2の測定タイミングを設定するものである。
蓄電池の電圧に基づいて前記蓄電池の開放電圧を推定する開放電圧推定部と、
前記蓄電池の電流に基づいて前記蓄電池の積算容量を算出する容量算出部と、
第1の測定タイミングにおける前記開放電圧に基づいて算出した第1の残容量と、第2の測定タイミングにおける前記開放電圧に基づいて算出した第2の残容量と、前記第1の測定タイミングにおける前記積算容量と、前記第2の測定タイミングにおける前記積算容量とに基づいて、前記蓄電池の満容量を算出する制御部と、を含み、
前記蓄電池の劣化に対応した開放電圧と残容量との関係を予め取得しておき、前記関係における劣化による変化が所定の基準値よりも小さくなる前記残容量の範囲に、前記第1及び第2の測定タイミングを設定するものである。
また、本発明にかかる蓄電制御システムは、
蓄電池と、
前記蓄電池の電圧を測定する電圧測定部と、
前記蓄電池の電流を測定する電流測定部と、
前記電圧測定部によって測定された前記電圧に基づいて前記蓄電池の開放電圧を推定する開放電圧推定部と、
前記電流測定部によって測定された前記電流に基づいて前記蓄電池の積算容量を算出する容量算出部と、
第1の測定タイミングにおける前記開放電圧に基づいて算出した第1の残容量と、第2の測定タイミングにおける前記開放電圧に基づいて算出した第2の残容量と、前記第1の測定タイミングにおける前記積算容量と、前記第2の測定タイミングにおける前記積算容量とに基づいて、前記蓄電池の満容量を算出する制御部と、を含み、
前記蓄電池の劣化に対応した開放電圧と残容量との関係を予め取得しておき、前記関係における劣化による変化が所定の基準値よりも小さくなる前記残容量の範囲に、前記第1及び第2の測定タイミングを設定するものである。
蓄電池と、
前記蓄電池の電圧を測定する電圧測定部と、
前記蓄電池の電流を測定する電流測定部と、
前記電圧測定部によって測定された前記電圧に基づいて前記蓄電池の開放電圧を推定する開放電圧推定部と、
前記電流測定部によって測定された前記電流に基づいて前記蓄電池の積算容量を算出する容量算出部と、
第1の測定タイミングにおける前記開放電圧に基づいて算出した第1の残容量と、第2の測定タイミングにおける前記開放電圧に基づいて算出した第2の残容量と、前記第1の測定タイミングにおける前記積算容量と、前記第2の測定タイミングにおける前記積算容量とに基づいて、前記蓄電池の満容量を算出する制御部と、を含み、
前記蓄電池の劣化に対応した開放電圧と残容量との関係を予め取得しておき、前記関係における劣化による変化が所定の基準値よりも小さくなる前記残容量の範囲に、前記第1及び第2の測定タイミングを設定するものである。
また、本発明にかかるサーバは、
蓄電池の電圧に基づいて推定された前記蓄電池の開放電圧と、前記蓄電池の電流に基づいて算出された前記蓄電池の積算容量とを取得する取得部と、
第1の測定タイミングにおける前記開放電圧に基づいて算出した第1の残容量と、第2の測定タイミングにおける前記開放電圧に基づいて算出した第2の残容量と、前記第1の測定タイミングにおける前記積算容量と、前記第2の測定タイミングにおける前記積算容量とに基づいて、前記蓄電池の満容量を算出する算出部と、を含み、
前記蓄電池の劣化に対応した開放電圧と残容量との関係を予め取得しておき、前記関係における劣化による変化が所定の基準値よりも小さくなる前記残容量の範囲に、前記第1及び第2の測定タイミングを設定するものである。
蓄電池の電圧に基づいて推定された前記蓄電池の開放電圧と、前記蓄電池の電流に基づいて算出された前記蓄電池の積算容量とを取得する取得部と、
第1の測定タイミングにおける前記開放電圧に基づいて算出した第1の残容量と、第2の測定タイミングにおける前記開放電圧に基づいて算出した第2の残容量と、前記第1の測定タイミングにおける前記積算容量と、前記第2の測定タイミングにおける前記積算容量とに基づいて、前記蓄電池の満容量を算出する算出部と、を含み、
前記蓄電池の劣化に対応した開放電圧と残容量との関係を予め取得しておき、前記関係における劣化による変化が所定の基準値よりも小さくなる前記残容量の範囲に、前記第1及び第2の測定タイミングを設定するものである。
また、本発明にかかる蓄電制御方法は、
蓄電池の電圧に基づいて前記蓄電池の開放電圧を推定する工程と、
前記蓄電池の電流に基づいて前記蓄電池の積算容量を算出する工程と、
第1の測定タイミングにおける前記開放電圧に基づいて算出した第1の残容量と、第2の測定タイミングにおける前記開放電圧に基づいて算出した第2の残容量と、前記第1の測定タイミングにおける前記積算容量と、前記第2の測定タイミングにおける前記積算容量とに基づいて、前記蓄電池の満容量を算出する工程と、を含み、
前記蓄電池の劣化に対応した開放電圧と残容量との関係を予め取得しておき、前記関係における劣化による変化が所定の基準値よりも小さくなる前記残容量の範囲に、前記第1及び第2の測定タイミングを設定するものである。
蓄電池の電圧に基づいて前記蓄電池の開放電圧を推定する工程と、
前記蓄電池の電流に基づいて前記蓄電池の積算容量を算出する工程と、
第1の測定タイミングにおける前記開放電圧に基づいて算出した第1の残容量と、第2の測定タイミングにおける前記開放電圧に基づいて算出した第2の残容量と、前記第1の測定タイミングにおける前記積算容量と、前記第2の測定タイミングにおける前記積算容量とに基づいて、前記蓄電池の満容量を算出する工程と、を含み、
前記蓄電池の劣化に対応した開放電圧と残容量との関係を予め取得しておき、前記関係における劣化による変化が所定の基準値よりも小さくなる前記残容量の範囲に、前記第1及び第2の測定タイミングを設定するものである。
また、本発明にかかるプログラムは、
蓄電池の電圧に基づいて前記蓄電池の開放電圧を推定し、
前記蓄電池の電流に基づいて前記蓄電池の積算容量を算出し、
第1の測定タイミングにおける前記開放電圧に基づいて算出した第1の残容量と、第2の測定タイミングにおける前記開放電圧に基づいて算出した第2の残容量と、前記第1の測定タイミングにおける前記積算容量と、前記第2の測定タイミングにおける前記積算容量とに基づいて、前記蓄電池の満容量を算出し、
前記蓄電池の劣化に対応した開放電圧と残容量との関係を予め取得しておき、前記関係における劣化による変化が所定の基準値よりも小さくなる前記残容量の範囲に、前記第1及び第2の測定タイミングを設定するように、
コンピュータを機能させるものである。
蓄電池の電圧に基づいて前記蓄電池の開放電圧を推定し、
前記蓄電池の電流に基づいて前記蓄電池の積算容量を算出し、
第1の測定タイミングにおける前記開放電圧に基づいて算出した第1の残容量と、第2の測定タイミングにおける前記開放電圧に基づいて算出した第2の残容量と、前記第1の測定タイミングにおける前記積算容量と、前記第2の測定タイミングにおける前記積算容量とに基づいて、前記蓄電池の満容量を算出し、
前記蓄電池の劣化に対応した開放電圧と残容量との関係を予め取得しておき、前記関係における劣化による変化が所定の基準値よりも小さくなる前記残容量の範囲に、前記第1及び第2の測定タイミングを設定するように、
コンピュータを機能させるものである。
本発明によれば、蓄電池の劣化が進んだ場合にも、蓄電池の満容量を精度よく算出可能な蓄電制御装置を提供することができる。
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
ここで、以下の説明において用いる用語の定義をまとめて示す。
開放電圧(OCV:Open Circuit Voltage)とは、蓄電池に負荷を接続しない状態での蓄電池両端の電圧である。
残容量(SOC:State Of Charge)とは、蓄電池の充電率であり、蓄電池の満容量に対する現在の充電容量の比率である。SOCは、通常、パーセンテージで示されるため、SOC[%]と表現される場合もある。
容量維持率(SOH:State Of Health)とは、蓄電池の初期の満容量に対する現在の満容量の比率である。SOHは、通常、パーセンテージで示されるため、SOH[%]と表現される場合もある。
開放電圧(OCV:Open Circuit Voltage)とは、蓄電池に負荷を接続しない状態での蓄電池両端の電圧である。
残容量(SOC:State Of Charge)とは、蓄電池の充電率であり、蓄電池の満容量に対する現在の充電容量の比率である。SOCは、通常、パーセンテージで示されるため、SOC[%]と表現される場合もある。
容量維持率(SOH:State Of Health)とは、蓄電池の初期の満容量に対する現在の満容量の比率である。SOHは、通常、パーセンテージで示されるため、SOH[%]と表現される場合もある。
(第1の実施形態)
<蓄電制御装置の構成>
まず、図1を参照して、第1の実施形態に係る蓄電制御装置について説明する。図1は、第1の実施形態に係る蓄電制御装置の一例を示すブロック図である。図1に示すように、第1の実施形態に係る蓄電制御装置40は、開放電圧推定部41、容量算出部42、制御部43を備えている。
<蓄電制御装置の構成>
まず、図1を参照して、第1の実施形態に係る蓄電制御装置について説明する。図1は、第1の実施形態に係る蓄電制御装置の一例を示すブロック図である。図1に示すように、第1の実施形態に係る蓄電制御装置40は、開放電圧推定部41、容量算出部42、制御部43を備えている。
開放電圧推定部41は、蓄電池の電圧Vmに基づいて蓄電池の開放電圧OCVcを推定する。
容量算出部42は、蓄電池の電流Imに基づいて蓄電池の積算容量Qcを算出する。
容量算出部42は、蓄電池の電流Imに基づいて蓄電池の積算容量Qcを算出する。
制御部43は、第1の測定タイミングにおける開放電圧OCV1に基づいて算出した第1の残容量SOC1と、第2の測定タイミングにおける開放電圧に基づいて算出した第2の残容量SOC2と、第1の測定タイミングにおける積算容量Q1と、第2の測定タイミングにおける積算容量Q2とに基づいて、蓄電池の満容量Qfullを算出する。
そして、制御部43は、蓄電池10の劣化に対応した開放電圧OCVと残容量SOCとの関係を予め取得しておき、その関係における劣化による変化が所定の基準値よりも小さくなる残容量SOCの範囲に、第1及び第2の測定タイミングを設定する。
そして、制御部43は、蓄電池10の劣化に対応した開放電圧OCVと残容量SOCとの関係を予め取得しておき、その関係における劣化による変化が所定の基準値よりも小さくなる残容量SOCの範囲に、第1及び第2の測定タイミングを設定する。
第1の実施形態に係る蓄電制御装置では、蓄電池10の劣化に対応した開放電圧OCVと残容量SOCとの関係を予め取得しておき、その関係における劣化による変化が所定の基準値よりも小さくなる残容量SOCの範囲に、第1及び第2の測定タイミングを設定する。
このように、劣化による変化が小さい残容量SOCの範囲に、第1及び第2の測定タイミングを設定するため、蓄電池の劣化が進んだ場合にも、蓄電池の満容量Qfullを精度よく算出することができる。
このように、劣化による変化が小さい残容量SOCの範囲に、第1及び第2の測定タイミングを設定するため、蓄電池の劣化が進んだ場合にも、蓄電池の満容量Qfullを精度よく算出することができる。
<蓄電制御システムの構成>
次に、図2、図3を参照して、第1の実施形態に係る蓄電制御システムについて説明する。図2、図3は、第1の実施形態に係る蓄電制御システムの一例を示すブロック図である。図2は、蓄電制御システムにおけるブロック間の接続関係を示している。図3は、蓄電制御システムにおけるブロック間の信号(情報)の流れを示している。図2、図3に示すように、第1の実施形態に係る蓄電制御システムは、蓄電池10、電圧測定部20、電流測定部30、蓄電制御装置40、電力変換部50を備えている。ここで、蓄電制御装置40は、開放電圧推定部41、容量算出部42、制御部43を備えている。
次に、図2、図3を参照して、第1の実施形態に係る蓄電制御システムについて説明する。図2、図3は、第1の実施形態に係る蓄電制御システムの一例を示すブロック図である。図2は、蓄電制御システムにおけるブロック間の接続関係を示している。図3は、蓄電制御システムにおけるブロック間の信号(情報)の流れを示している。図2、図3に示すように、第1の実施形態に係る蓄電制御システムは、蓄電池10、電圧測定部20、電流測定部30、蓄電制御装置40、電力変換部50を備えている。ここで、蓄電制御装置40は、開放電圧推定部41、容量算出部42、制御部43を備えている。
まず、図2、図3を参照して、第1の実施形態に係る蓄電制御システムを構成する各ブロックについて順に説明する。
蓄電池10は、複数の電池セル11を含む。ここで、電池セル11は、代表的にはリチウムイオン二次電池であるが、これに限定されない。図2、図3では、蓄電池10に含まれる複数の電池セル11が直列に接続されているが、これに限定されない。例えば、蓄電池10は、直列又は並列に接続された複数の電池セル11を含んでもよい。また、蓄電池10は、直列又は並列に接続された複数の電池セル11からなる組電池が、さらに直列又は並列に接続された構成でもよい。蓄電池10は、蓄電制御システムの外部負荷と電気的に接続するための負極端子60A及び正極端子60Bに接続されている。
蓄電池10は、複数の電池セル11を含む。ここで、電池セル11は、代表的にはリチウムイオン二次電池であるが、これに限定されない。図2、図3では、蓄電池10に含まれる複数の電池セル11が直列に接続されているが、これに限定されない。例えば、蓄電池10は、直列又は並列に接続された複数の電池セル11を含んでもよい。また、蓄電池10は、直列又は並列に接続された複数の電池セル11からなる組電池が、さらに直列又は並列に接続された構成でもよい。蓄電池10は、蓄電制御システムの外部負荷と電気的に接続するための負極端子60A及び正極端子60Bに接続されている。
蓄電池10には、電力変換部50を介して、負極端子60A及び正極端子60Bから供給される電力が充電される。また、蓄電池10に蓄積された電力は、電力変換部50を介して、負極端子60A及び正極端子60Bから放電される。詳細には後述するように、電力変換部50は、蓄電制御装置40によって制御される。
電圧測定部20は、図2に示すように、蓄電池10が含む各電池セル11の正極及び負極に接続され、各電池セル11の正極及び負極間の電圧を測定する。また、電圧測定部20は、開放電圧推定部41及び制御部43に接続されている。
電圧測定部20は、図3に示すように、測定した電圧Vmを開放電圧推定部41及び制御部43に送信する。
電圧測定部20は、図3に示すように、測定した電圧Vmを開放電圧推定部41及び制御部43に送信する。
電流測定部30は、図2に示すように、蓄電池10と直列に接続され、蓄電池10に充電される電流や蓄電池10から放電される流れる電流を測定する。図2の例では、電流測定部30は、蓄電池10の負極と負極端子60Aとの間に設けられている。また、電流測定部30は、開放電圧推定部41、容量算出部42、及び制御部43に接続されている。
電流測定部30は、図3に示すように、測定した電流Imを開放電圧推定部41、容量算出部42、及び制御部43に送信する。
電流測定部30は、図3に示すように、測定した電流Imを開放電圧推定部41、容量算出部42、及び制御部43に送信する。
電流測定部30における電流の測定手段として、例えば、検流計、シャント抵抗を用いた検流器、又は、クランプメータを用いてもよい。ただし、本実施形態は、これらの検出機器に限定されない。本実施形態の電流測定部30では、電流を測定する手段であれば、どのような手段を用いてもよい。
開放電圧推定部41は、図2に示すように、電圧測定部20、電流測定部30、及び制御部43に接続されている。
開放電圧推定部41は、図3に示すように、電圧測定部20が測定した電圧Vmと、電流測定部30が測定した電流Imとに基づいて、蓄電池10の開放電圧(OCV)を推定する。開放電圧推定部41は、推定した開放電圧OCVcを制御部43に送信する。
開放電圧推定部41は、図3に示すように、電圧測定部20が測定した電圧Vmと、電流測定部30が測定した電流Imとに基づいて、蓄電池10の開放電圧(OCV)を推定する。開放電圧推定部41は、推定した開放電圧OCVcを制御部43に送信する。
容量算出部42は、図2に示すように、電流測定部30及び制御部43に接続されている。
容量算出部42は、図3に示すように、電流測定部30が測定した電流Imに基づいて、蓄電池10の積算容量を算出する。容量算出部42は、算出した積算容量Qcを制御部43に送信する。
容量算出部42は、図3に示すように、電流測定部30が測定した電流Imに基づいて、蓄電池10の積算容量を算出する。容量算出部42は、算出した積算容量Qcを制御部43に送信する。
制御部43は、図2に示すように、蓄電池10と電圧測定部20、電流測定部30、開放電圧推定部41、容量算出部42、及び電力変換部50に接続されている。
制御部43は、図3に示すように、電圧測定部20が測定した電圧Vm、電流測定部30が測定した電流Im、開放電圧推定部41が推定した開放電圧OCVc、容量算出部42が算出した積算容量Qcに基づいて、電力変換部50に制御信号CTLfを送信し、蓄電池10の充電及び放電を制御する。そして、制御部43は、蓄電池10の満容量を算出する。制御部43の動作の詳細については後述する。
なお、制御部43は、図示しない外部装置から制御信号を受信し、その制御信号に基づいて動作してもよい。
制御部43は、図3に示すように、電圧測定部20が測定した電圧Vm、電流測定部30が測定した電流Im、開放電圧推定部41が推定した開放電圧OCVc、容量算出部42が算出した積算容量Qcに基づいて、電力変換部50に制御信号CTLfを送信し、蓄電池10の充電及び放電を制御する。そして、制御部43は、蓄電池10の満容量を算出する。制御部43の動作の詳細については後述する。
なお、制御部43は、図示しない外部装置から制御信号を受信し、その制御信号に基づいて動作してもよい。
電力変換部50は、図2に示すように、蓄電制御システムの外部負荷と電気的に接続するための負極端子60A及び正極端子60B間に設けられている。電力変換部50は、例えば、双方向のDC(Direct Current)/DCコンバータやAC(Alternating Current)/DCコンバータである。また、電力変換部50は、制御部43に接続されている。
電力変換部50は、図3に示すように、蓄電池10を制御するために制御部43から出力された制御信号CTLfに基づいて、蓄電池10の充電及び放電の動作を切り換える。より具体的には、電力変換部50の動作を制御部43が制御することによって、蓄電池10の充電及び放電における電流や電圧や電力を制御する。
電力変換部50は、図3に示すように、蓄電池10を制御するために制御部43から出力された制御信号CTLfに基づいて、蓄電池10の充電及び放電の動作を切り換える。より具体的には、電力変換部50の動作を制御部43が制御することによって、蓄電池10の充電及び放電における電流や電圧や電力を制御する。
次に、図3を参照して、本実施形態に係る蓄電制御システムにおけるブロック間の信号(情報)の流れについて説明する。
電圧測定部20は、所定の測定タイミング(例えば、一定間隔)で各電池セル11の端子間の電圧を測定する。
そして、電圧測定部20は、測定した電圧Vmを電圧情報として開放電圧推定部41及び制御部43に送信する。
電圧測定部20は、所定の測定タイミング(例えば、一定間隔)で各電池セル11の端子間の電圧を測定する。
そして、電圧測定部20は、測定した電圧Vmを電圧情報として開放電圧推定部41及び制御部43に送信する。
なお、電圧測定部20は、電流測定部30と同期して、開放電圧推定部41及び制御部43に電圧情報(電圧Vm)を送信することが望ましい。ただし、電圧測定部20は、電流測定部30により送信される電流情報(電流Im)と異なるタイミングで電圧情報(電圧Vm)を送信してもよい。
また、電圧測定部20は、開放電圧推定部41又は制御部43からの要求に基づいて、電圧情報(電圧Vm)を送信してもよい。
あるいは、電圧測定部20は、開放電圧推定部41又は制御部43からの要求に基づいて、電圧の測定を開始してもよい。この場合、電圧測定部20は、測定完了後に、電圧情報(電圧Vm)を送信する。
あるいは、電圧測定部20は、開放電圧推定部41又は制御部43からの要求に基づいて、電圧の測定を開始してもよい。この場合、電圧測定部20は、測定完了後に、電圧情報(電圧Vm)を送信する。
電流測定部30は、所定の測定タイミング(例えば、一定間隔)で蓄電池10の充電電流及び放電電流(以下、まとめて「充放電電流」と呼ぶ)の値を測定する。そして、電流測定部30は、測定した電流Imを電流情報として開放電圧推定部41、容量算出部42、及び制御部43に送信する。
電流測定部30は、測定した電流の値をそのまま電流情報(電流Im)として送信してもよい。あるいは、電流測定部30は、所定の回数測定した電流の平均値を電流情報(電流Im)として送信してもよい。
電流測定部30は、測定した電流の値をそのまま電流情報(電流Im)として送信してもよい。あるいは、電流測定部30は、所定の回数測定した電流の平均値を電流情報(電流Im)として送信してもよい。
なお、電流測定部30は、電圧測定部20と同期して、開放電圧推定部41、容量算出部42及び制御部43に電流情報(電流Im)を送信することが望ましい。ただし、電流測定部30は、電圧測定部20により送信される電圧情報(電圧Vm)と異なるタイミングで電流情報を送信してもよい。
また、電流測定部30は、開放電圧推定部41、容量算出部42又は制御部43からの要求に基づいて、電流情報(電流Im)を送信してもよい。
あるいは、電流測定部30は、開放電圧推定部41、容量算出部42又は制御部43からの要求に基づいて、電流の測定を開始してもよい。この場合、電流測定部30は、測定完了後に、電流情報(電流Im)を送信する。
あるいは、電流測定部30は、開放電圧推定部41、容量算出部42又は制御部43からの要求に基づいて、電流の測定を開始してもよい。この場合、電流測定部30は、測定完了後に、電流情報(電流Im)を送信する。
開放電圧推定部41は、電圧測定部20から、蓄電池10を構成する電池セル11の電圧情報(電圧Vm)を受信する。
また、開放電圧推定部41は、電流測定部30から、蓄電池10の充電又は放電時の電流情報(電流Im)を受信する。
なお、繰り返しとなるが、開放電圧推定部41は、同期した同じ時刻で、電圧情報(電圧Vm)と電流情報(電流Im)とを受信することが望ましい。
また、開放電圧推定部41は、電流測定部30から、蓄電池10の充電又は放電時の電流情報(電流Im)を受信する。
なお、繰り返しとなるが、開放電圧推定部41は、同期した同じ時刻で、電圧情報(電圧Vm)と電流情報(電流Im)とを受信することが望ましい。
そして、開放電圧推定部41は、電圧情報(電圧Vm)と、電流情報(電流Im)とに基づき、電池セル11の開放電圧(OCV)を推定する。開放電圧推定部41は、第1の測定タイミングT1における開放電圧OCV1、及び、第2の測定タイミングT2における開放電圧OCV2を推定する。第1の測定タイミングT1及び第2の測定タイミングT2の定義は後述する。そして、開放電圧推定部41は、推定した開放電圧OCVc(開放電圧OCV1、OCV2)をOCV情報として制御部43に送信する。
なお、開放電圧推定部41は、すべての測定タイミングに対応して、開放電圧を推定してもよい。
なお、開放電圧推定部41は、すべての測定タイミングに対応して、開放電圧を推定してもよい。
ここで、開放電圧推定部41による開放電圧(OCV)の推定手法は、特に制限はない。例えば、開放電圧推定部41は、電池セル11の等価回路モデルに基づき、開放電圧を推定してもよい。あるいは、開放電圧推定部41は、電池セル11の内部抵抗に基づき、開放電圧を推定してもよい。また、開放電圧推定部41は、電池セル11の等価回路モデルにおけるパラメータ又は電池セル11の内部抵抗を、蓄電池10の使用に伴って動的に算出し、算出された値を用いて開放電圧を推定してもよい。また、充放電電流が0の場合の電池セル11の電圧から開放電圧を推定してもよい。
容量算出部42は、電流測定部30から、蓄電池10の充電又は放電時の電流情報(電流Im)を受信する。
容量算出部42は、ある時点を0として、電流情報(電流Im)に基づき、電流の積分値として容量を算出し、算出した容量を積算して積算容量を算出し、算出した積算容量Qcを積算容量情報として制御部43に送信する。容量算出部42は、例えば、積算容量を、現在時刻での電流値に、現在時刻と1つ前の算出時刻との差分時間を掛け合わせたものを、1つ前の算出時刻の積算容量に加えたものとして算出する。つまり、容量算出部42は、電流情報(電流Im)の時間積分することによって、積算容量を算出する。積分容量の単位は、通常、[Ah]を用いる。例えば、容量算出部42は、充電方向の電流をプラス、放電方向の電流をマイナスとして、算出した容量を積算して積算容量を算出する。
容量算出部42は、ある時点を0として、電流情報(電流Im)に基づき、電流の積分値として容量を算出し、算出した容量を積算して積算容量を算出し、算出した積算容量Qcを積算容量情報として制御部43に送信する。容量算出部42は、例えば、積算容量を、現在時刻での電流値に、現在時刻と1つ前の算出時刻との差分時間を掛け合わせたものを、1つ前の算出時刻の積算容量に加えたものとして算出する。つまり、容量算出部42は、電流情報(電流Im)の時間積分することによって、積算容量を算出する。積分容量の単位は、通常、[Ah]を用いる。例えば、容量算出部42は、充電方向の電流をプラス、放電方向の電流をマイナスとして、算出した容量を積算して積算容量を算出する。
制御部43は、開放電圧推定部41からOCV情報(開放電圧OCVc)を受信する。
ここで、本実施形態の制御部43は、電池セル11の開放電圧(OCV)に対する残容量SOC[%](以下、「OCV−SOC[%]」とする)の関係を示した情報を参照して残容量SOCを算出する。例えば、制御部43の内部メモリ(不図示)や制御部43に接続されたメモリ(不図示)が、関数又はルックアップテーブルとしてOCV−SOC[%]の関係を予め記憶している。
ここで、本実施形態の制御部43は、電池セル11の開放電圧(OCV)に対する残容量SOC[%](以下、「OCV−SOC[%]」とする)の関係を示した情報を参照して残容量SOCを算出する。例えば、制御部43の内部メモリ(不図示)や制御部43に接続されたメモリ(不図示)が、関数又はルックアップテーブルとしてOCV−SOC[%]の関係を予め記憶している。
図4は、開放電圧OCVに対する残容量SOC[%]の関係の一例を表すグラフである。
制御部43は、図4に示すOCV−SOC[%]の関係を示す関数又はルックアップテーブルを参照し、受信したOCV情報(開放電圧OCVc)に対する残容量SOCを算出する。
具体的には、制御部43は、第1の測定タイミングT1における開放電圧OCV1に基づき残容量SOC1を算出するとともに、第2の測定タイミングT2における開放電圧OCV2に基づき残容量SOC2を算出する。
制御部43は、図4に示すOCV−SOC[%]の関係を示す関数又はルックアップテーブルを参照し、受信したOCV情報(開放電圧OCVc)に対する残容量SOCを算出する。
具体的には、制御部43は、第1の測定タイミングT1における開放電圧OCV1に基づき残容量SOC1を算出するとともに、第2の測定タイミングT2における開放電圧OCV2に基づき残容量SOC2を算出する。
また、制御部43は、容量算出部42から積算容量情報(積算容量Qc)を受信する。
また、制御部43は、電力変換部50に、制御信号CTLfを送信する。制御信号CTLfは、電力変換部50が蓄電池10を放電する放電モード又は充電する充電モードといった、電力変換部50の動作モードの設定を含む。あるいは、制御信号CTLfは、電力変換部50の放電時の放電設定又は充電時の充電設定を含む。
なお、制御部43は、電力変換部50が蓄電池10を充放電させる際に取得する電流や電圧等の計測情報を電力変換部50から受信してもよい。
また、制御部43は、電力変換部50に、制御信号CTLfを送信する。制御信号CTLfは、電力変換部50が蓄電池10を放電する放電モード又は充電する充電モードといった、電力変換部50の動作モードの設定を含む。あるいは、制御信号CTLfは、電力変換部50の放電時の放電設定又は充電時の充電設定を含む。
なお、制御部43は、電力変換部50が蓄電池10を充放電させる際に取得する電流や電圧等の計測情報を電力変換部50から受信してもよい。
制御部43は、予め、蓄電池10を構成する電池セル11の充放電可能な電圧範囲(以下、「適正電圧範囲」と呼ぶ)を保持する。電池セル11がリチウムイオン二次電池の単電池の場合、適正電圧範囲は、例えば2.5V〜4.2Vである。そして、制御部43は、電圧測定部20から受信した電池セル11の電圧情報(電圧Vm)が、適正電圧範囲内か否かを判定する。
電池セル11の電圧情報(電圧Vm)が適正電圧範囲外の場合、制御部43は、電力変換部50に制御信号CTLfを送信し、蓄電池10の充電又は放電を停止する。この動作によって、制御部43は、充電中及び放電中の過放電及び過充電を防止する。
例えば、充電時には、電池セル11の少なくとも1つの電圧が適正電圧範囲の上限を超えた場合、制御部43は、充電を停止することができる。放電時には、電池セル11の少なくとも1つの電圧が適正電圧範囲の下限を下回った場合、制御部43は、放電を停止することができる。
例えば、充電時には、電池セル11の少なくとも1つの電圧が適正電圧範囲の上限を超えた場合、制御部43は、充電を停止することができる。放電時には、電池セル11の少なくとも1つの電圧が適正電圧範囲の下限を下回った場合、制御部43は、放電を停止することができる。
さらに、制御部43は、予め、蓄電池10の充電時及び放電時に許容される電流範囲(以下、「許容電圧範囲」と呼ぶ)を保持する。そして、制御部43は、電流測定部30から受信した蓄電池10の電流情報(電流Im)が、許容電流範囲外か否かを判定する。蓄電池10の電流情報(電流Im)が許容電流範囲外の場合、制御部43は、電力変換部50に制御信号CTLfを送信し、蓄電池10への充電又は放電を停止する。この動作によって、制御部43は、蓄電池10に含まれる電池セル11に対する過電流を防止する。
<蓄電制御システムの動作>
次に、図5を参照して、第1の実施形態に係る蓄電制御システムの動作について説明する。また、蓄電制御システムの動作の説明に当たっては、図3を適宜参照する。
図5は、第1の実施形態に係る蓄電制御システムにおいて、充電動作時に開放電圧OCVから算出される残容量SOC[%]の時間変化を示すグラフである。図5において、開放電圧OCVから算出される残容量SOCを「SOC(@OCV)」と表す。図5には、第1の測定タイミングT1における電池セル11の開放電圧OCV1から算出される残容量SOC1、及び、第2の測定タイミングT2における電池セル11の開放電圧OCV2から算出される残容量SOC2が示されている。充電動作時であるため、図5に示すように、時間の経過と共に残容量SOC[%]が上昇する。
次に、図5を参照して、第1の実施形態に係る蓄電制御システムの動作について説明する。また、蓄電制御システムの動作の説明に当たっては、図3を適宜参照する。
図5は、第1の実施形態に係る蓄電制御システムにおいて、充電動作時に開放電圧OCVから算出される残容量SOC[%]の時間変化を示すグラフである。図5において、開放電圧OCVから算出される残容量SOCを「SOC(@OCV)」と表す。図5には、第1の測定タイミングT1における電池セル11の開放電圧OCV1から算出される残容量SOC1、及び、第2の測定タイミングT2における電池セル11の開放電圧OCV2から算出される残容量SOC2が示されている。充電動作時であるため、図5に示すように、時間の経過と共に残容量SOC[%]が上昇する。
まず、制御部43は、図3に示す制御信号CTLfによって電力変換部50に充電モードを指示する。充電モード中の電力変換部50は、蓄電池10からの放電を行わず、蓄電池10に充電を行う。
制御部43は、第1の測定タイミングT1において、開放電圧推定部41からOCV情報(開放電圧OCV1)受信する。
制御部43は、第1の測定タイミングT1において、開放電圧推定部41からOCV情報(開放電圧OCV1)受信する。
そして、制御部43は、予め記憶されたOCV−SOC[%]の関係に基づいて、第1の測定タイミングT1における開放電圧OCV1に対応した第1の測定タイミングT1における残容量SOC1を算出する。
上述の通り、制御部43は、容量算出部42から積算容量情報(積算容量Qc)を受信する。第1の測定タイミングT1では、積算容量情報(積算容量Q1)を受信する。
上述の通り、制御部43は、容量算出部42から積算容量情報(積算容量Qc)を受信する。第1の測定タイミングT1では、積算容量情報(積算容量Q1)を受信する。
引き続き、制御部43は、充電を継続する。そして、制御部43は、第2の測定タイミングT2において、開放電圧推定部41からOCV情報(開放電圧OCV2)受信する。
そして、制御部43は、予め記憶されたOCV−SOC[%]の関係に基づいて、第2の測定タイミングT2における開放電圧OCV2に対応した第2の測定タイミングT2における残容量SOC2を算出する。
さらに、制御部43は、第2の測定タイミングT2における積算容量情報(積算容量Q2)を受信する。
そして、制御部43は、予め記憶されたOCV−SOC[%]の関係に基づいて、第2の測定タイミングT2における開放電圧OCV2に対応した第2の測定タイミングT2における残容量SOC2を算出する。
さらに、制御部43は、第2の測定タイミングT2における積算容量情報(積算容量Q2)を受信する。
そして、制御部43は、第1の測定タイミングT1における残容量SOC1[%]、第2の測定タイミングT2における残容量SOC2[%]、第1の測定タイミングT1における積算容量Q1、及び、第2の測定タイミングT2における積算容量Q2に基づいて、満容量Qfullを算出する。例えば、制御部43は、次式(1)を用いて、満容量Qfullを算出する。
Qfull=(Q2−Q1)/{(SOC2−SOC1)/100}・・・式(1)
Qfull=(Q2−Q1)/{(SOC2−SOC1)/100}・・・式(1)
第1の測定タイミングT1における開放電圧OCV1と第2の測定タイミングT2における開放電圧OCV2は、残容量SOC[%]の0〜100[%]に対応する開放電圧OCVの範囲内の電圧である。例えば、電池セル11が2.9V〜4.1Vを使用範囲とするリチウムイオン二次電池の場合、第1の測定タイミングT1における開放電圧OCV1と第2の測定タイミングT2における開放電圧OCV2は、その使用範囲内の電圧である。
次に、図6、図7を参照して、第1及び第2の測定タイミングT1、T2の設定方法について説明する。
図6、図7を参照した詳細な説明に先立ち、第1及び第2の測定タイミングT1、T2の設定方法の概要について説明する。
まず、事前に、劣化に対応したOCV−SOC[%]の関係を取得しておく。
次に、劣化によるOCV−SOC[%]の関係の変化が少ない残容量SOCの範囲を求める。
そして、求めたOCV−SOC[%]の関係の変化が少ない残容量SOCの範囲に、第1及び第2の測定タイミングT1、T2を設定する。
ここで、劣化とは、例えば上述の容量維持率(SOH)によって規定される。蓄電池10の使用に伴い、すなわち、充電及び放電(充放電)の繰り返しに伴い、SOHが低下する。
図6、図7を参照した詳細な説明に先立ち、第1及び第2の測定タイミングT1、T2の設定方法の概要について説明する。
まず、事前に、劣化に対応したOCV−SOC[%]の関係を取得しておく。
次に、劣化によるOCV−SOC[%]の関係の変化が少ない残容量SOCの範囲を求める。
そして、求めたOCV−SOC[%]の関係の変化が少ない残容量SOCの範囲に、第1及び第2の測定タイミングT1、T2を設定する。
ここで、劣化とは、例えば上述の容量維持率(SOH)によって規定される。蓄電池10の使用に伴い、すなわち、充電及び放電(充放電)の繰り返しに伴い、SOHが低下する。
図6は、SOHの低下に対応したOCV−SOC[%]の関係の一例を表すグラフである。図6には、SOH100%、SOH90%、SOH80%、SOH70%のそれぞれにおけるOCV−SOC[%]の関係を表す4つの曲線が示されている。図6の例では、残容量SOCが25[%]付近、70[%]付近において、SOHの低下によるOCV−SOC[%]の関係の変化が小さい。そこで、例えば、第1の測定タイミングT1の条件を残容量SOC=25[%]、第2の測定タイミングT2の条件を残容量SOC=70[%]と設定する。ここで、残容量SOCに対応する開放電圧OCVで条件を設定しても同義である。すなわち、第1の測定タイミングT1の条件を開放電圧OCV=3.772V、第1の測定タイミングT1の条件を開放電圧OCV=3.984Vと設定してもよい。
ここで、図7は、図6に示したSOHの低下に対応したOCV−SOC[%]の関係におけるSOH100%の開放電圧に対する各SOHの開放電圧の差分ΔOCVを示すグラフである。そのため、SOH100%については、常にΔOCV=0Vである。残容量SOCが25[%]付近、70[%]付近において、開放電圧の差分ΔOCVが10mV(0.01V)以内となっている。
このように、劣化による変化(例えば図7に示した開放電圧の差分ΔOCV)が所定の基準値よりも小さくなる残容量SOCの範囲に、第1及び第2の測定タイミングT1、T2を設定する。さらに、上記の差分が最小となる残容量SOCに、第1及び第2の測定タイミングT1、T2を設定するのが最も好ましい。
このように選択された第1及び第2の測定タイミングT1、T2の条件は、制御部43に予め設定され、記憶される。
このように選択された第1及び第2の測定タイミングT1、T2の条件は、制御部43に予め設定され、記憶される。
第1及び第2の測定タイミングT1、T2の条件は、上述の通り、例えば第1及び第2の測定タイミングT1、T2に対応した第1及び第2の残容量SOC1、SOC2によって設定することができる。具体的には、制御部43は、開放電圧推定部41から取得したOCV情報(開放電圧OCVc)と、予め記憶されたOCV−SOC[%]の関係に基づいて、残容量SOCを算出する。そして、残容量SOCが予め設定した第1及び第2の残容量SOC1、SOC2に達した時点を、第1及び第2の測定タイミングT1、T2とする。なお、第2の残容量SOC2>第1の残容量SOC1となる。
他方、第1及び第2の測定タイミングT1、T2の条件は、例えば、第1及び第2の測定タイミングT1、T2に対応した第1及び第2の開放電圧OCV1、OCV2によって設定することもできる。具体的には、制御部43は、開放電圧推定部41から取得したOCV情報(開放電圧OCVc)が予め設定した第1及び第2の開放電圧OCV1、OCV2に達した時点を、第1及び第2の測定タイミングT1、T2とする。なお、第2の開放電圧OCV2>第1の開放電圧OCV1となる。
さらに、第1及び第2の測定タイミングT1、T2は、例えば、第1及び第2の測定タイミングT1、T2に対応した電池セル11の端子間の電圧V1、V2によって設定することもできる。具体的には、制御部43は、電圧測定部20から取得した電圧情報(電圧Vm)が予め設定した第1及び第2の電圧V1、V2に達した時点、もしくはその時点から一定時間経過した時点を、第1及び第2の測定タイミングT1、T2とする。
本実施形態では、第1の測定タイミングT1を完全放電状態(残容量SOC=0[%])とし、第2の測定タイミングT2を満充電状態(残容量SOC=100[%])とする必要がない。すなわち、本実施形態では、完全放電状態と異なる状態の時を第1の測定タイミングT1とし、満充電状態と異なるタイミングの時を第2の測定タイミングT2とすることができる。
なお、第1の測定タイミングT1を完全放電状態とし、第2の測定タイミングT2を満充電状態と異なるタイミングの時としてもよい。また、第1の測定タイミングT1を完全放電状態と異なる状態の時とし、第2の測定タイミングT2を満充電状態としてもよい。
なお、第1の測定タイミングT1を完全放電状態とし、第2の測定タイミングT2を満充電状態と異なるタイミングの時としてもよい。また、第1の測定タイミングT1を完全放電状態と異なる状態の時とし、第2の測定タイミングT2を満充電状態としてもよい。
第1及び第2の測定タイミングT1、T2の条件を、第1及び第2の測定タイミングT1、T2に対応する第1及び第2の残容量SOC1、SOC2によって設定する場合、上述のように予め記憶されたOCV−SOC[%]の関係を用いるのではなく、算出した満容量Qfullを用いることもできる。
この場合、制御部43は、算出した満容量Qfullと、容量算出部42から取得した積算容量Qcとから残容量SOCを算出する。そして、制御部43は、算出した残容量SOCが第1及び第2の残容量SOC1、SOC2に達した時点を第1及び第2の測定タイミングT1、T2とする。
この場合、制御部43は、算出した満容量Qfullと、容量算出部42から取得した積算容量Qcとから残容量SOCを算出する。そして、制御部43は、算出した残容量SOCが第1及び第2の残容量SOC1、SOC2に達した時点を第1及び第2の測定タイミングT1、T2とする。
この際、単純に式「SOC=Qc/Qfull」を用いるのではなく、積算容量Qcの補正量Qadjを導入することが好ましい。
具体的には、制御部43は、第2の測定タイミングT2においてOCV−SOC[%]の関係から算出した第2の残容量SOC2、積算容量Q2、及び満容量Qfullを用いた式「SOC2=(Q2+Qadj)/Qfull」から補正量Qadjを決定する。それ以降、制御部43は、その時点の積算容量Qcを式「SOC=(Qc+Qadj)/Qfull」に代入することによって残容量SOCを算出する。そして、制御部43は、算出した残容量SOCが予め設定した第1及び第2の残容量SOC1、SOC2に達した時点を、第1及び第2の測定タイミングT1、T2とする。
具体的には、制御部43は、第2の測定タイミングT2においてOCV−SOC[%]の関係から算出した第2の残容量SOC2、積算容量Q2、及び満容量Qfullを用いた式「SOC2=(Q2+Qadj)/Qfull」から補正量Qadjを決定する。それ以降、制御部43は、その時点の積算容量Qcを式「SOC=(Qc+Qadj)/Qfull」に代入することによって残容量SOCを算出する。そして、制御部43は、算出した残容量SOCが予め設定した第1及び第2の残容量SOC1、SOC2に達した時点を、第1及び第2の測定タイミングT1、T2とする。
ここで、制御部43は、算出した満容量Qfullと予め記憶された初期の満容量とからSOHを算出し、算出したSOHに応じて以降の第1及び第2の測定タイミングT1、T2の条件を更新してもよい。
例えば、SOH範囲毎に、予め第1及び第2の測定タイミングT1、T2を決めておいて、算出したSOHに対応した第1及び第2の測定タイミングT1、T2を選択する。
例えば、SOH範囲毎に、予め第1及び第2の測定タイミングT1、T2を決めておいて、算出したSOHに対応した第1及び第2の測定タイミングT1、T2を選択する。
<効果の説明>
次に、本実施形態に係る蓄電制御システムの効果について説明する。
図8は、SOH100%及びSOH80%の場合のOCV−SOC[%]の関係の一例を表すグラフである。
まず、図8に破線矢印で示すように、SOH100%におけるSOC15%に対応する開放電圧OCVを第1の測定タイミングT1に設定すると共に、SOH100%におけるSOC75%に対応するOCVを第2の測定タイミングT2に設定した場合について考える。この場合、SOH低下によるOCV−SOC[%]の関係の変化が大きい。
次に、本実施形態に係る蓄電制御システムの効果について説明する。
図8は、SOH100%及びSOH80%の場合のOCV−SOC[%]の関係の一例を表すグラフである。
まず、図8に破線矢印で示すように、SOH100%におけるSOC15%に対応する開放電圧OCVを第1の測定タイミングT1に設定すると共に、SOH100%におけるSOC75%に対応するOCVを第2の測定タイミングT2に設定した場合について考える。この場合、SOH低下によるOCV−SOC[%]の関係の変化が大きい。
そのため、図8に破線矢印で示すように、SOHが100%から80%まで低下すると、第1の測定タイミングT1として設定した開放電圧OCVに対応する残容量SOCは、15%から13%程度まで低下している。また、第2の測定タイミングT2として設定した開放電圧OCVに対応する残容量SOCは、75%から81%程度まで上昇している。
従って、SOHが100%から80%まで低下すると、式(1)で算出される蓄電池の満容量Qfullは、実際の容量より大きく算出されてしまう。このように、蓄電池の劣化が進んだ場合、蓄電池の満容量を精度よく算出することができない。
従って、SOHが100%から80%まで低下すると、式(1)で算出される蓄電池の満容量Qfullは、実際の容量より大きく算出されてしまう。このように、蓄電池の劣化が進んだ場合、蓄電池の満容量を精度よく算出することができない。
次に、図8に実線矢印で示すように、SOH100%におけるSOC25%に対応する開放電圧OCVを第1の測定タイミングT1に設定すると共に、SOH100%におけるSOC70%に対応するOCVを第2の測定タイミングT2に設定した場合について考える。この場合には、SOH低下によるOCV−SOC[%]の関係の変化が小さい。
そのため、図8に実線矢印で示すように、SOHが100%から80%まで低下しても、第1の測定タイミングT1として設定した開放電圧OCVに対応する残容量SOCは25%程度に維持されている。また、第2の測定タイミングT2として設定した開放電圧OCVに対応する残容量SOCも、70%に維持されている。
従って、SOHが100%から80%まで低下しても、式(1)で算出される蓄電池の満容量Qfullを、精度よく算出することができる。
このように、劣化による変化が小さい残容量SOCの範囲に、第1及び第2の測定タイミングを設定するため、蓄電池の劣化が進んだ場合にも、蓄電池の満容量を精度よく算出することができる。
従って、SOHが100%から80%まで低下しても、式(1)で算出される蓄電池の満容量Qfullを、精度よく算出することができる。
このように、劣化による変化が小さい残容量SOCの範囲に、第1及び第2の測定タイミングを設定するため、蓄電池の劣化が進んだ場合にも、蓄電池の満容量を精度よく算出することができる。
ところで、蓄電池を完全放電状態まで放電させた後、満充電状態まで充電し、完全放電状態から満充電状態までの充電容量から満容量を求める方法が知られている。当該方法では、蓄電池を完全放電状態まで放電させた後、満充電状態まで充電するため、満容量を求める際に長時間を要する。また、蓄電池を完全放電状態まで放電する際、放電電流は蓄電池に接続される負荷に応じて変動する。そのため、放電電流が小さいと、完全放電状態までの放電に長時間を要する。
これに対し、本実施形態の蓄電制御システムでは、上述の通り、第1の測定タイミングT1を完全放電状態とし、第2の測定タイミングT2を満充電状態とする必要がない。そのため、短時間で蓄電池の満容量を求めることができる。
これに対し、本実施形態の蓄電制御システムでは、上述の通り、第1の測定タイミングT1を完全放電状態とし、第2の測定タイミングT2を満充電状態とする必要がない。そのため、短時間で蓄電池の満容量を求めることができる。
<第1の実施形態の変形例>
蓄電池10が、直列に接続した複数の電池セル11を含む場合、電池セル11の開放電圧OCVの平均値を算出し、算出した平均値を開放電圧OCVとして、残容量SOC[%]を算出してもよい。
蓄電池10が、直列に接続した複数の電池セル11を含む場合、電池セル11の開放電圧OCVの平均値を算出し、算出した平均値を開放電圧OCVとして、残容量SOC[%]を算出してもよい。
あるいは、第1の測定タイミングT1では、電池セル11各々の開放電圧の中の最小の開放電圧によりSOC1を算出してもよい。さらに、最小の開放電圧に代えて、複数の電池セル11各々の開放電圧の中の大きい方から順に定めた順位が下位x%に含まれる開放電圧の統計値(平均値、中間値、最頻値等)に基づき、SOC1[%]を算出してもよい。なお、xは、0より大100より小である。
同様に、第2の測定タイミングT2では、電池セル11各々の開放電圧の中の最大の開放電圧によりSOC2を算出してもよい。さらに、最大の開放電圧に代えて、複数の電池セル11各々の開放電圧の中の大きい方から順に定めた順位が上位x%に含まれる開放電圧の統計値(平均値、中間値、最頻値等)に基づき、SOC2[%]を算出してもよい。
なお、制御部43は、電圧測定部20と、電流測定部30と、開放電圧推定部41と、容量算出部42と、電力変換部50とネットワークを介して接続されていてもよい。
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態に係る蓄電制御システムについて説明する。本実施形態に係る蓄電制御システムの構成は、第1の実施形態の蓄電制御システムと同様のため、構成の詳細な説明を省略する。また、説明中の変数は、第1の実施形態と同様である。
次に、第2の実施形態に係る蓄電制御システムについて説明する。本実施形態に係る蓄電制御システムの構成は、第1の実施形態の蓄電制御システムと同様のため、構成の詳細な説明を省略する。また、説明中の変数は、第1の実施形態と同様である。
<蓄電制御システムの動作>
図9を参照して、第2の実施形態に係る蓄電制御システムの動作について説明する。また、蓄電制御システムの動作の説明に当たっては、図3を適宜参照する。
図9は、第2の実施形態に係る蓄電制御システムにおいて、放電動作時に開放電圧OCVから算出される残容量SOC[%]の時間変化を示すグラフである。図9において、開放電圧OCVから算出される残容量SOCを「SOC(@OCV)」と表す。図9には、第1の測定タイミングT1における電池セル11の開放電圧OCV1から算出される残容量SOC1、及び、第2の測定タイミングT2における電池セル11の開放電圧OCV2から算出される残容量SOC2が示されている。放電動作時であるため、図9に示すように、時間の経過と共に残容量SOC[%]が低下する。
図9を参照して、第2の実施形態に係る蓄電制御システムの動作について説明する。また、蓄電制御システムの動作の説明に当たっては、図3を適宜参照する。
図9は、第2の実施形態に係る蓄電制御システムにおいて、放電動作時に開放電圧OCVから算出される残容量SOC[%]の時間変化を示すグラフである。図9において、開放電圧OCVから算出される残容量SOCを「SOC(@OCV)」と表す。図9には、第1の測定タイミングT1における電池セル11の開放電圧OCV1から算出される残容量SOC1、及び、第2の測定タイミングT2における電池セル11の開放電圧OCV2から算出される残容量SOC2が示されている。放電動作時であるため、図9に示すように、時間の経過と共に残容量SOC[%]が低下する。
まず、制御部43は、図3に示す制御信号CTLfによって電力変換部50に放電モードを指示する。放電モード中の電力変換部50は、蓄電池10に充電を行わず、蓄電池10から放電を行う。
制御部43は、第2の測定タイミングT2において、開放電圧推定部41からOCV情報(開放電圧OCV2)受信する。
制御部43は、第2の測定タイミングT2において、開放電圧推定部41からOCV情報(開放電圧OCV2)受信する。
そして、制御部43は、予め記憶されたOCV−SOC[%]の関係に基づいて、第2の測定タイミングT2における開放電圧OCV2に対応した第2の測定タイミングT2における残容量SOC2を算出する。
上述の通り、制御部43は、容量算出部42から積算容量情報(積算容量Qc)を受信する。第2の測定タイミングT2では、積算容量情報(積算容量Q2)を受信する。
上述の通り、制御部43は、容量算出部42から積算容量情報(積算容量Qc)を受信する。第2の測定タイミングT2では、積算容量情報(積算容量Q2)を受信する。
引き続き、制御部43は、放電を継続する。そして、制御部43は、第1の測定タイミングT1において、開放電圧推定部41からOCV情報(開放電圧OCV1)受信する。
そして、制御部43は、予め記憶されたOCV−SOC[%]の関係に基づいて、第1の測定タイミングT1における開放電圧OCV1に対応した第1の測定タイミングT1における残容量SOC1を算出する。
さらに、制御部43は、第1の測定タイミングT1における積算容量情報(積算容量Q1)を受信する。
そして、制御部43は、予め記憶されたOCV−SOC[%]の関係に基づいて、第1の測定タイミングT1における開放電圧OCV1に対応した第1の測定タイミングT1における残容量SOC1を算出する。
さらに、制御部43は、第1の測定タイミングT1における積算容量情報(積算容量Q1)を受信する。
そして、制御部43は、第1の測定タイミングT1における残容量SOC1[%]、第2の測定タイミングT2における残容量SOC2[%]、第1の測定タイミングT1における積算容量Q1、及び、第2の測定タイミングT2における積算容量Q2に基づいて、満容量Qfullを算出する。例えば、制御部43は、上記式(1)を用いて、満容量Qfullを算出する。
次に、第1及び第2の測定タイミングT1、T2の設定方法について説明する。
第2の実施形態においても第1の実施形態と同様に、次の手順で第1及び第2の測定タイミングT1、T2を設定する。
まず、事前に、劣化に対応したOCV−SOC[%]の関係を取得しておく。
次に、劣化によるOCV−SOC[%]の関係の変化が少ない残容量SOCの範囲を求める。
そして、求めたOCV−SOC[%]の関係の変化が少ない残容量SOCの範囲に、第1及び第2の測定タイミングT1、T2を設定する。
以上のように第1及び第2の測定タイミングT1、T2を設定することにより、放電中であっても、蓄電池の劣化が進んだ場合にも、蓄電池の満容量を精度よく算出することができる。
第2の実施形態においても第1の実施形態と同様に、次の手順で第1及び第2の測定タイミングT1、T2を設定する。
まず、事前に、劣化に対応したOCV−SOC[%]の関係を取得しておく。
次に、劣化によるOCV−SOC[%]の関係の変化が少ない残容量SOCの範囲を求める。
そして、求めたOCV−SOC[%]の関係の変化が少ない残容量SOCの範囲に、第1及び第2の測定タイミングT1、T2を設定する。
以上のように第1及び第2の測定タイミングT1、T2を設定することにより、放電中であっても、蓄電池の劣化が進んだ場合にも、蓄電池の満容量を精度よく算出することができる。
(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態に係る蓄電制御システムについて説明する。本実施形態に係る蓄電制御システムの構成は、第1の実施形態の蓄電制御システムと同様のため、構成の詳細な説明を省略する。また、説明中の変数は、第1の実施形態と同様である。
次に、第3の実施形態に係る蓄電制御システムについて説明する。本実施形態に係る蓄電制御システムの構成は、第1の実施形態の蓄電制御システムと同様のため、構成の詳細な説明を省略する。また、説明中の変数は、第1の実施形態と同様である。
<蓄電制御システムの動作>
図10を参照して、第3の実施形態に係る蓄電制御システムの動作について説明する。また、蓄電制御システムの動作の説明に当たっては、図3を適宜参照する。
図10は、第3の実施形態に係る蓄電制御システムにおいて、充放電動作時に開放電圧OCVから算出される残容量SOC[%]の時間変化を示すグラフである。図10において、開放電圧OCVから算出される残容量SOCを「SOC(@OCV)」と表す。図10には、第1の測定タイミングT1における電池セル11の開放電圧OCV1から算出される残容量SOC1、及び、第2の測定タイミングT2における電池セル11の開放電圧OCV2から算出される残容量SOC2が示されている。充放電動作時であるため、図10に示すように、時間の経過と共に残容量SOC[%]が上昇した後、低下し、再度上昇している。
図10を参照して、第3の実施形態に係る蓄電制御システムの動作について説明する。また、蓄電制御システムの動作の説明に当たっては、図3を適宜参照する。
図10は、第3の実施形態に係る蓄電制御システムにおいて、充放電動作時に開放電圧OCVから算出される残容量SOC[%]の時間変化を示すグラフである。図10において、開放電圧OCVから算出される残容量SOCを「SOC(@OCV)」と表す。図10には、第1の測定タイミングT1における電池セル11の開放電圧OCV1から算出される残容量SOC1、及び、第2の測定タイミングT2における電池セル11の開放電圧OCV2から算出される残容量SOC2が示されている。充放電動作時であるため、図10に示すように、時間の経過と共に残容量SOC[%]が上昇した後、低下し、再度上昇している。
まず、制御部43は、図3に示す制御信号CTLfによって電力変換部50に充放電モード(充電及び放電を行うモード)を指示する。充放電モード中の電力変換部50は、制御部43からの指示、もしくは、電力変換部50に接続される電源や負荷の状況に応じて充電及び放電を切り換えて充放電を行う。
制御部43は、第1の測定タイミングT1において、開放電圧推定部41からOCV情報(開放電圧OCV1)受信する。
制御部43は、第1の測定タイミングT1において、開放電圧推定部41からOCV情報(開放電圧OCV1)受信する。
そして、制御部43は、予め記憶されたOCV−SOC[%]の関係に基づいて、第1の測定タイミングT1における開放電圧OCV1に対応した第1の測定タイミングT1における残容量SOC1を算出する。
上述の通り、制御部43は、容量算出部42から積算容量情報(積算容量Qc)を受信する。第1の測定タイミングT1では、積算容量情報(積算容量Q1)を受信する。
上述の通り、制御部43は、容量算出部42から積算容量情報(積算容量Qc)を受信する。第1の測定タイミングT1では、積算容量情報(積算容量Q1)を受信する。
その後、制御部43は、充電から放電に切り換え、さらに放電から充電に切り換える。そして、制御部43は、第2の測定タイミングT2において、開放電圧推定部41からOCV情報(開放電圧OCV2)受信する。
そして、制御部43は、予め記憶されたOCV−SOC[%]の関係に基づいて、第2の測定タイミングT2における開放電圧OCV2に対応した第2の測定タイミングT2における残容量SOC2を算出する。
さらに、制御部43は、第2の測定タイミングT2における積算容量情報(積算容量Q2)を受信する。
そして、制御部43は、予め記憶されたOCV−SOC[%]の関係に基づいて、第2の測定タイミングT2における開放電圧OCV2に対応した第2の測定タイミングT2における残容量SOC2を算出する。
さらに、制御部43は、第2の測定タイミングT2における積算容量情報(積算容量Q2)を受信する。
そして、制御部43は、第1の測定タイミングT1における残容量SOC1[%]、第2の測定タイミングT2における残容量SOC2[%]、第1の測定タイミングT1における積算容量Q1、及び、第2の測定タイミングT2における積算容量Q2に基づいて、満容量Qfullを算出する。例えば、制御部43は、上記式(1)を用いて、満容量Qfullを算出する。
次に、第1及び第2の測定タイミングT1、T2の設定方法について説明する。
第2の実施形態においても第1の実施形態と同様に、次の手順で第1及び第2の測定タイミングT1、T2を設定する。
まず、事前に、劣化に対応したOCV−SOC[%]の関係を取得しておく。
次に、劣化によるOCV−SOC[%]の関係の変化が少ない残容量SOCの範囲を求める。
そして、求めたOCV−SOC[%]の関係の変化が少ない残容量SOCの範囲に、第1及び第2の測定タイミングT1、T2を設定する。
以上のように第1及び第2の測定タイミングT1、T2を設定することにより、充放電中であっても、蓄電池の劣化が進んだ場合にも、蓄電池の満容量を精度よく算出することができる。
第2の実施形態においても第1の実施形態と同様に、次の手順で第1及び第2の測定タイミングT1、T2を設定する。
まず、事前に、劣化に対応したOCV−SOC[%]の関係を取得しておく。
次に、劣化によるOCV−SOC[%]の関係の変化が少ない残容量SOCの範囲を求める。
そして、求めたOCV−SOC[%]の関係の変化が少ない残容量SOCの範囲に、第1及び第2の測定タイミングT1、T2を設定する。
以上のように第1及び第2の測定タイミングT1、T2を設定することにより、充放電中であっても、蓄電池の劣化が進んだ場合にも、蓄電池の満容量を精度よく算出することができる。
なお、本実施形態では、第1の測定タイミングT1と第2の測定タイミングT2の間の制御内容が充電及び放電の一方に制限されない。すなわち、充電と放電とを自由に切り換えることができる。本実施形態によれば、第1の測定タイミングT1と第2の測定タイミングT2の間の蓄電池10の利用形態の自由度が高まり好ましい。
<変形例>
次に、図11を参照して、図1〜図3に示した蓄電制御装置40のハードウエア構成の一例について説明する。
蓄電制御装置40が備える機能の一部または全部は、コンピュータにプログラムを実行させることにより実現することも可能である。
次に、図11を参照して、図1〜図3に示した蓄電制御装置40のハードウエア構成の一例について説明する。
蓄電制御装置40が備える機能の一部または全部は、コンピュータにプログラムを実行させることにより実現することも可能である。
プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体(non-transitory computer readable medium)を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体(tangible storage medium)を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体(例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ)、光磁気記録媒体(例えば光磁気ディスク)、CD−ROM(Read Only Memory)、CD−R、CD−R/W、半導体メモリ(例えば、マスクROM、PROM(Programmable ROM)、EPROM(Erasable PROM)、フラッシュROM、RAM(Random Access Memory))を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体(transitory computer readable medium)によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
図11は、蓄電制御装置40のハードウエア構成を例示するブロック図である。図10に示すように、蓄電制御システムは、プロセッサ1、メモリ2、入出力インターフェイス3、周辺回路4、バス5を有する。周辺回路4には、様々なモジュールが含まれる。
バス5は、プロセッサ1、メモリ2、周辺回路4及び入出力インターフェイス3が相互にデータを送受信するためのデータ伝送路である。プロセッサ1は、例えばCPU(Central Processing Unit)やGPU(Graphics Processing Unit)などの演算処理装置である。メモリ2は、例えばRAM(Random Access Memory)やROM(Read Only Memory)などのメモリである。入出力インターフェイス3は、入力装置(例:キーボード、マウス、マイク、物理キー、タッチパネルディスプレイ、コードリーダ等)、外部装置、外部サーバ、外部センサ等から情報を取得するためのインターフェイスや、出力装置(例:ディスプレイ、スピーカ、プリンター、メーラ等)、外部装置、外部サーバ等に情報を出力するためのインターフェイスなどを含む。プロセッサ1は、各モジュールに指令を出し、それらの演算結果をもとに演算を行うことができる。
また、第1〜第3の実施形態では、蓄電池10と物理的及び/又は論理的に一体となった蓄電制御システムにおいて、満容量Qfullを算出するためのデータの取得及び演算を行った。変形例では、物理的及び/又は論理的に互いに分かれた複数の装置により、満容量Qfullを算出するためのデータの取得及び演算を行ってもよい。
例えば、各蓄電池10に対応して設置された端末装置と、サーバ(例:クラウドサーバ)とにより、満容量Qfullを算出するためのデータの取得及び演算を行ってもよい。端末装置とサーバは、任意の通信手段で互いに情報の送受信ができるよう構成される。
この場合、図2に示す電圧測定部20、電流測定部30及び電力変換部50は、端末装置に備えられてもよい。開放電圧推定部41は、端末装置又はサーバに備えられてもよい。容量算出部42は、端末装置又はサーバに備えられてもよい。制御部43は、サーバに備えられてもよい。当該条件を満たすあらゆる組合せを採用できる。
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成及び詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々に変更をすることができる。
1 プロセッサ
2 メモリ
3 入出力インターフェイス
4 周辺回路
5 バス
10 蓄電池
11 電池セル
20 電圧測定部
30 電流測定部
40 蓄電制御装置
41 開放電圧推定部
42 容量算出部
43 制御部
50 電力変換部
60A 負極端子
60B 正極端子
2 メモリ
3 入出力インターフェイス
4 周辺回路
5 バス
10 蓄電池
11 電池セル
20 電圧測定部
30 電流測定部
40 蓄電制御装置
41 開放電圧推定部
42 容量算出部
43 制御部
50 電力変換部
60A 負極端子
60B 正極端子
Claims (10)
- 蓄電池の電圧に基づいて前記蓄電池の開放電圧を推定する開放電圧推定部と、
前記蓄電池の電流に基づいて前記蓄電池の積算容量を算出する容量算出部と、
第1の測定タイミングにおける前記開放電圧に基づいて算出した第1の残容量と、第2の測定タイミングにおける前記開放電圧に基づいて算出した第2の残容量と、前記第1の測定タイミングにおける前記積算容量と、前記第2の測定タイミングにおける前記積算容量とに基づいて、前記蓄電池の満容量を算出する制御部と、を含み、
前記蓄電池の劣化に対応した開放電圧と残容量との関係を予め取得しておき、前記関係における劣化による変化が所定の基準値よりも小さくなる前記残容量の範囲に、前記第1及び第2の測定タイミングを設定する、
蓄電制御装置。 - 前記蓄電池の劣化を容量維持率によって規定し、
前記容量維持率が100%から低下した場合における前記関係の変化を示す、前記開放電圧の差分を算出し、
前記開放電圧の差分が所定の基準値よりも小さくなる前記残容量の範囲に、前記第1及び第2の測定タイミングを設定する、
請求項1に記載の蓄電制御装置。 - 前記制御部が、前記第1及び第2の測定タイミングにおける前記積算容量の差に基づいて、前記蓄電池の満容量を算出する、
請求項1又は2に記載の蓄電制御装置。 - 前記制御部が、前記第1及び第2の残容量の差に基づいて、前記蓄電池の前記満容量を算出する、
請求項1〜3のいずれか一項に記載の蓄電制御装置。 - 前記第1の残容量をSOC1、前記第2の残容量をSOC2、前記第1の測定タイミングにおける前記積算容量をQ1、前記第2の測定タイミングにおける前記積算容量をQ2、前記蓄電池の満容量をQfullとした場合、
以下の式(1)に基づいて、前記制御部が前記蓄電池の前記満容量を算出する、
請求項1〜4のいずれか一項に記載の蓄電制御装置。
Qfull=(Q2−Q1)/{(SOC2−SOC1)/100}・・・式(1) - 前記第1の残容量が前記第2の残容量より小さくなるように、前記第1及び第2の測定タイミングが設定されている、
請求項1〜5のいずれか一項に記載の蓄電制御装置。 - 蓄電池と、
前記蓄電池の電圧を測定する電圧測定部と、
前記蓄電池の電流を測定する電流測定部と、
前記電圧測定部によって測定された前記電圧に基づいて前記蓄電池の開放電圧を推定する開放電圧推定部と、
前記電流測定部によって測定された前記電流に基づいて前記蓄電池の積算容量を算出する容量算出部と、
第1の測定タイミングにおける前記開放電圧に基づいて算出した第1の残容量と、第2の測定タイミングにおける前記開放電圧に基づいて算出した第2の残容量と、前記第1の測定タイミングにおける前記積算容量と、前記第2の測定タイミングにおける前記積算容量とに基づいて、前記蓄電池の満容量を算出する制御部と、を含み、
前記蓄電池の劣化に対応した開放電圧と残容量との関係を予め取得しておき、前記関係における劣化による変化が所定の基準値よりも小さくなる前記残容量の範囲に、前記第1及び第2の測定タイミングを設定する、
蓄電制御システム。 - 蓄電池の電圧に基づいて推定された前記蓄電池の開放電圧と、前記蓄電池の電流に基づいて算出された前記蓄電池の積算容量とを取得する取得部と、
第1の測定タイミングにおける前記開放電圧に基づいて算出した第1の残容量と、第2の測定タイミングにおける前記開放電圧に基づいて算出した第2の残容量と、前記第1の測定タイミングにおける前記積算容量と、前記第2の測定タイミングにおける前記積算容量とに基づいて、前記蓄電池の満容量を算出する算出部と、を含み、
前記蓄電池の劣化に対応した開放電圧と残容量との関係を予め取得しておき、前記関係における劣化による変化が所定の基準値よりも小さくなる前記残容量の範囲に、前記第1及び第2の測定タイミングを設定する、
サーバ。 - 蓄電池の電圧に基づいて前記蓄電池の開放電圧を推定する工程と、
前記蓄電池の電流に基づいて前記蓄電池の積算容量を算出する工程と、
第1の測定タイミングにおける前記開放電圧に基づいて算出した第1の残容量と、第2の測定タイミングにおける前記開放電圧に基づいて算出した第2の残容量と、前記第1の測定タイミングにおける前記積算容量と、前記第2の測定タイミングにおける前記積算容量とに基づいて、前記蓄電池の満容量を算出する工程と、を含み、
前記蓄電池の劣化に対応した開放電圧と残容量との関係を予め取得しておき、前記関係における劣化による変化が所定の基準値よりも小さくなる前記残容量の範囲に、前記第1及び第2の測定タイミングを設定する、
蓄電制御方法。 - 蓄電池の電圧に基づいて前記蓄電池の開放電圧を推定し、
前記蓄電池の電流に基づいて前記蓄電池の積算容量を算出し、
第1の測定タイミングにおける前記開放電圧に基づいて算出した第1の残容量と、第2の測定タイミングにおける前記開放電圧に基づいて算出した第2の残容量と、前記第1の測定タイミングにおける前記積算容量と、前記第2の測定タイミングにおける前記積算容量とに基づいて、前記蓄電池の満容量を算出し、
前記蓄電池の劣化に対応した開放電圧と残容量との関係を予め取得しておき、前記関係における劣化による変化が所定の基準値よりも小さくなる前記残容量の範囲に、前記第1及び第2の測定タイミングを設定するように、
コンピュータを機能させる、
プログラム。
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