JP2024010410A - 推定装置、診断装置、推定方法、推定プログラム及び診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電素子の全体放電特性を精度よく推定できる推定装置等を提供する。【解決手段】推定装置は、蓄電素子の電流及び電圧の時系列データを取得する取得部と、前記取得部で取得した電流の時系列データに基づいて電気量又はＳＯＣの時系列データを算出する算出部と、前記取得部で取得した電流の時系列データと、前記算出部で算出した電気量又はＳＯＣの時系列データとに基づいて、前記蓄電素子の部分充放電プロファイルを生成する生成部と、前記蓄電素子の全体放電特性における所定区間のプロファイルが前記部分充放電プロファイルに近づくように調整された前記蓄電素子の内部状態量を表すパラメータに基づいて、前記蓄電素子の全体放電特性を推定する推定部とを備える。【選択図】図４

Description

本発明は、推定装置、診断装置、推定方法、推定プログラム及び診断方法に関する。

蓄電素子（Energy Storage Device）は、無停電電源装置、安定化電源に含まれる直流又は交流電源装置等に広く使用されている。また、再生可能エネルギー又は既存の発電システムにて発電された電力を蓄電しておく大規模な電力システムでの蓄電素子の利用が拡大している。

蓄電素子は、充放電を繰り返すことで劣化が進行し、満充電容量が徐々に低下することが知られている。特許文献１および関連文献には、蓄電素子が搭載された蓄電システムから一部の蓄電素子を取り外し、取り外した蓄電素子を満充電状態に充電した後に、一定の放電電流で蓄電素子を完全放電することで蓄電素子の容量を計測する完全充放電方式の技術が開示されている。

特開２０１５－１２１５２０号公報

完全充放電方式を採用する場合、蓄電システムの稼働を停止する必要がある。蓄電システムの稼働を停止させずに、蓄電システムの運用データ（運用パターン）から蓄電素子の容量診断が可能な限定的な部分（運用パターンの一部）を用いることも考えられる。しかしこの方法では、部分的な放電特性しか得られないため、容量診断の精度を高めることが難しい。

本開示の主な目的は、蓄電素子の全体放電特性を精度よく推定できる推定装置等を提供することである。

本開示の一態様に係る推定装置は、蓄電素子の電流及び電圧の時系列データを取得する取得部と、前記取得部で取得した電流の時系列データに基づいて電気量又はＳＯＣの時系列データを算出する算出部と、前記取得部で取得した電流の時系列データと、前記算出部で算出した電気量又はＳＯＣの時系列データとに基づいて、前記蓄電素子の部分充放電プロファイルを生成する生成部と、前記蓄電素子の全体放電特性における所定区間のプロファイルが前記部分充放電プロファイルに近づくように調整された前記蓄電素子の内部状態量を表すパラメータに基づいて、前記蓄電素子の全体放電特性を推定する推定部とを備える。

本開示によれば、蓄電素子の全体放電特性を精度よく推定できる。

推定装置及び診断装置の構成例を示す図である。 発電システムの構成を示す図である。 バンクの構成例を示す図である。 推定装置の構成例を示す機能ブロック図である。 電流データの一例を示す図である。 電圧データの一例を示す図である。 部分充放電プロファイルの一例を示す図である。 部分充放電プロファイルの他の一例を示す図である。 内部状態量パラメータを説明する図である。 蓄電素子の放電容量と内部状態量パラメータとの対応関係の一例を示す図である。 全体放電特性を推定する方法を説明する図である。 推定装置及び診断装置が実行する処理手順の一例を示すフローチャートである。 第２実施形態の推定装置が実行する処理手順の一例を示すフローチャートである。

（１）本開示の一態様に係る推定装置は、蓄電素子の電流及び電圧の時系列データを取得する取得部と、前記取得部で取得した電流の時系列データに基づいて電気量又はＳＯＣ（State of Charge）の時系列データを算出する算出部と、前記取得部で取得した電流の時系列データと、前記算出部で算出した電気量又はＳＯＣの時系列データとに基づいて、前記蓄電素子の部分充放電プロファイルを生成する生成部と、前記蓄電素子の全体放電特性における所定区間のプロファイルが前記部分充放電プロファイルに近づくように調整された前記蓄電素子の内部状態量を表すパラメータに基づいて、前記蓄電素子の全体放電特性を推定する推定部とを備える。

「部分充放電プロファイル」とは、蓄電素子における部分的な充放電プロファイルを意味し、全体放電特性と区別するために「部分」という文言を用いている。部分充放電プロファイルは、蓄電素子に設定された上限電圧から下限電圧までの間の一部の充放電プロファイル、あるいは蓄電素子に設定された上限ＳＯＣのから下限ＳＯＣまでの間の一部の充放電プロファイルである。
「全体放電特性」とは、蓄電素子に設定された上限電圧から下限電圧までの間の連続した放電曲線で示す特性、あるいは、蓄電素子に設定された上限ＳＯＣから下限ＳＯＣまでの間の連続した放電曲線で示す特性である。
「所定区間」とは、例えば全体放電特性における全容量のうちの部分充放電プロファイルの容量に対応する区間であってもよい。
「近づく」とは、例えば、全体放電特性における所定区間のプロファイルと前記部分充放電プロファイルとの差がゼロに近似するものであってもよい。

上記構成によれば、蓄電システムの稼働を停止することなく、あるいは、蓄電システムを容量診断のための特定の運用パターンで稼働することなく、実際の運用パターンで得られる電流及び電圧の時系列データに基づいて蓄電素子の全体放電特性を推定できる。また上記構成によれば、適宜調整された蓄電素子の内部状態量を表すパラメータを用いることにより、実際の運用パターンで得られる電圧領域又はＳＯＣ領域以外の領域においても、全体放電特性を精度よく推定できる。蓄電素子に加えられる負荷の種類に関わらず、全体放電特性を精度よく推定できる。

上述の通り、推定装置は実際の運用パターンで得られる一部の電圧領域（ＳＯＣ領域）に関する部分充放電プロファイルに基づいて、他の（全ての）電圧領域を含む全体放電特性を推定する。充放電プロファイルにおける電圧領域によっては、全体放電特性の推定精度が低減する可能性がある。すなわち、蓄電素子に加えられる負荷の種類によっては、全体放電特性の推定精度が低減する可能性がある。

例えば、得られる時系列データが特定の電圧領域（例えば電圧のスロープ部）に偏在している場合には、充放電プロファイルの領域が比較的狭くなる。また、比較的広い電圧範囲に亘る時系列データが得られる場合であっても、充放電電流が不均衡であるときは、部分充放電プロファイルを生成できる領域が狭くなる。そのような局所的な領域に係る部分充放電プロファイルに基づき全体放電特性を推定した場合、例えば部分充放電プロファイルの電圧領域から離れた電圧領域において、推定した全体放電特性の形状と、実際の（真値の）全体放電特性の形状とが乖離する可能性がある。

上記構成によれば、全体放電特性を部分充放電プロファイルに近づけるように内部状態量を表すパラメータ（以下、内部状態量パラメータとも称する）が調整される。内部状態量は、全体放電特性の全体的な形状を特定付ける要素である。局所的な部分充放電プロファイルのみが得られる場合であっても、局所的な情報に基づき調整された内部状態量パラメータを用いることで、蓄電素子に設定された全ての電圧領域において全体放電特性の形状を好適に表現できる。蓄電素子に加えられる負荷の種類に関わらず、全体放電特性を精度よく推定できる。

（２）上記（１）に記載の推定装置において、前記蓄電素子の容量と前記パラメータとの対応関係に基づいて前記パラメータを調整する調整部を備えてもよい。

「蓄電素子の容量」とは、蓄電素子の満充電状態（ＳＯＣ１００％）から、一定の電流値でＳＯＣ０％まで放電した際に発現する総電気量を意味する。以下では、蓄電素子の容量を放電容量とも称する。放電容量は、蓄電素子の全体放電特性に応じて一意の値となる。すなわち、全体放電特性が部分充放電プロファイルに近づくとは、所定の放電容量を示す全体放電特性が部分充放電プロファイルに近づくことに相当する。

全体放電特性を部分充放電プロファイルにフィッティングさせるよう内部状態量パラメータを調整する場合において、調整の候補となり得る内部状態量パラメータの値は膨大である。特に内部状態量パラメータの種類が複数ある場合には、調整の候補となり得る内部状態量パラメータの組み合わせは複数存在するため、解を一義的に決定するのが困難であり、推定精度が低下する。また、部分充放電プロファイルの領域が狭い程、少ない情報から充放電プロファイルを決定するため、前述したように調整の候補となり得る内部状態量パラメータの組み合わせも増加するため、内部状態量パラメータの調整作業はさらに困難となる。

上記（２）に記載の推定装置によれば、放電容量と内部状態量パラメータとの対応関係を利用することで、効率的に内部状態量パラメータを特定できる。予め蓄電素子の容量に対応する内部状態量パラメータの値を求め、それらの対応関係を記憶しておくことで、推定時の演算負荷を低減できる。例えば複数の内部状態量パラメータそれぞれについて上記対応関係を記憶することにより、一つの容量値に対応する各内部状態量パラメータ値の組み合わせを特定できるため、内部状態量パラメータの調整処理が容易となり、推定精度を向上し得る。

（３）上記（２）に記載の推定装置において、前記調整部は、前記パラメータに対応付けられる容量に係る全体放電特性における所定区間のプロファイルが前記部分充放電プロファイルに近づくように前記パラメータを調整してもよい。

上記（３）に記載の推定装置によれば、全体放電特性により示される容量値を調整することで、当該容量値との対応関係に基づいて容易に内部状態量パラメータを調整できる。

（４）上記（２）又は（３）に記載の推定装置において、前記対応関係は前記蓄電素子の状態に応じて複数設定されており、前記調整部は、前記蓄電素子の状態に応じて前記パラメータの特定に用いる対応関係を選択してもよい。

上記（４）に記載の推定装置によれば、蓄電素子の状態を加味して全体放電特性を生成できる。蓄電素子の状態とは、蓄電素子の現在までの状態を意味し、例えば蓄電素子の使用履歴又は種類に関する状態であってもよい。蓄電素子の使用履歴は、蓄電素子の現在までの使用された温度帯、使用されたＳＯＣ帯等の情報を含む。蓄電素子の種類は、蓄電素子の設計情報を含む。蓄電素子の容量と内部状態量との対応関係は、蓄電素子の状態に依存する。蓄電素子の状態推移を考慮して蓄電素子の容量と内部状態量との対応関係を特定することで、全体放電特性の推定精度を向上できる。

（５）上記（２）から（４）のいずれか１つに記載の推定装置において、前記調整部は、前記部分充放電プロファイルに基づいて前記対応関係を生成してもよい。

上記（５）に記載の推定装置によれば、蓄電素子の運用時に対応関係が得られるため、事前に対応関係を設定することが不要となり、全体放電特性をより容易に推定できる。

（６）上記（１）から（５）のいずれか１つに記載の推定装置において、前記推定部は、前記パラメータ、前記蓄電素子の正極単極特性及び負極単極特性に基づいて前記蓄電素子の全体放電特性を推定してもよい。

「正極単極特性」とは、正極放電曲線で示す特性を意味する。「負極単極特性」とは、負極放電曲線で示す特性を意味する。上記（６）に記載の推定装置によれば、調整された内部状態量パラメータに対応する蓄電素子の正極単極特性と負極単極特性との差から、効率的に全体放電特性を推定できる。

（７）上記（１）から（６）のいずれか１つに記載の推定装置において、前記パラメータは、正極有効度及び負極の充電リザーブ量を含んでもよい。

上記（７）に記載の推定装置によれば、蓄電素子の内部状態を示す指標を調整することで、全体放電特性の形状を好適に調整できる。

（８）本開示の一態様に係る診断装置は、上記（１）から（７）のいずれか１つに記載の推定装置で推定した全体放電特性に基づいて蓄電素子の容量を診断する処理部を備える。

上記構成によれば、蓄電システムを稼動停止、又は容量診断のための特定の運用パターンで稼働することなく、実際の運用パターンから蓄電素子の満充電容量を診断できる。

（９）本開示の一態様に係る推定方法は、蓄電素子の電流及び電圧の時系列データを取得し、取得した電流の時系列データに基づいて電気量又はＳＯＣの時系列データを算出し、取得した電流の時系列データと、算出した電気量又はＳＯＣの時系列データとに基づいて、前記蓄電素子の部分充放電プロファイルを生成し、前記蓄電素子の全体放電特性における所定区間のプロファイルが前記部分充放電プロファイルに近づくように調整された前記蓄電素子の内部状態量を表すパラメータに基づいて、前記蓄電素子の全体放電特性を推定する処理をコンピュータが実行する。

（１０）本開示の一態様に係る推定プログラムは、蓄電素子の電流及び電圧の時系列データを取得し、取得した電流の時系列データに基づいて電気量又はＳＯＣの時系列データを算出し、取得した電流の時系列データと、算出した電気量又はＳＯＣの時系列データとに基づいて、前記蓄電素子の部分充放電プロファイルを生成し、前記蓄電素子の全体放電特性における所定区間のプロファイルが前記部分充放電プロファイルに近づくように調整された前記蓄電素子の内部状態量を表すパラメータに基づいて、前記蓄電素子の全体放電特性を推定する処理をコンピュータに実行させる。

（１１）本開示の一態様に係る診断方法は、蓄電素子の電流及び電圧の時系列データを取得し、取得した電流の時系列データに基づいて電気量又はＳＯＣの時系列データを算出し、取得した電流の時系列データと、算出した電気量又はＳＯＣの時系列データとに基づいて、蓄電素子の部分充放電プロファイルを生成し、前記蓄電素子の全体放電特性における所定区間のプロファイルが前記部分充放電プロファイルに近づくように調整された前記蓄電素子の内部状態量を表すパラメータに基づいて、前記蓄電素子の全体放電特性を推定し、推定した全体放電特性に基づいて前記蓄電素子の容量を診断する処理をコンピュータが実行する。

以下、本開示をその実施の形態を示す図面を参照して具体的に説明する。

（第１実施形態）
図１は、推定装置５０及び診断装置７０の構成例を示す図である。推定装置５０及び診断装置７０は、インターネットなどの通信ネットワーク１に通信接続されている。推定装置５０及び診断装置７０を、推定装置５０又は診断装置７０のいずれか一方に統合してもよい。通信ネットワーク１には、発電システム１００が接続されている。発電システム１００の数は１又は３以上でもよい。推定装置５０及び診断装置７０又はそれらの一方を、いずれかの発電システム１００に統合してもよい。

推定装置５０及び診断装置７０は、例えばサーバコンピュータ、パーソナルコンピュータ、量子コンピュータ等であり、種々の情報処理、情報の送受信を行う。推定装置５０及び診断装置７０の詳細は後述する。

図２は、発電システム１００の構成を示す図である。発電システム１００は、通信デバイス１０、ネットワーク２を介して通信デバイス１０と接続されるサーバ装置２０、ドメイン管理装置３０、蓄電ユニット（ドメイン）４０を備える。蓄電ユニット４０は、複数のバンク４１を含んでもよい。蓄電ユニット４０は、例えば、電池盤に収容されて、火力発電システム、メガソーラー発電システム、風力発電システム、無停電電源装置（ＵＰＳ：Uninterruptible Power Supply）、鉄道用の安定化電源システムなどに使用される。蓄電ユニット４０の、図示しないパワーコンディショナを除いた部分は、蓄電池システムと称されることもある。蓄電ユニット４０は産業用途に限らず、家庭用のものであってもよい。

推定装置５０、診断装置７０及び複数の発電システム１００は、遠隔監視システムを構成する。遠隔監視システムは、発電システム１００に含まれる蓄電素子に関する情報への遠隔からのアクセスを可能とする。事業者は、通信デバイス１０、ドメイン管理装置３０、蓄電ユニット４０を含む蓄電システムの設計、導入、運用及び保守する事業を行い、蓄電システムを、遠隔監視システムにより遠隔監視できる。

通信デバイス１０は、制御部１１、記憶部１２、第１通信部１３及び第２通信部１４を備える。制御部１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などで構成され、内蔵するＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリを用い、通信デバイス１０全体を制御する。

記憶部１２は、例えば、フラッシュメモリ等の不揮発性記憶装置を備える。記憶部１２は、所要の情報を記憶することができ、例えば、制御部１１の処理によって得られた情報を記憶することができる。

第１通信部１３は、ドメイン管理装置３０（又は図３に示す電池管理装置４４）との通信を実現する通信インタフェースを備える。制御部１１は、第１通信部１３を通してドメイン管理装置３０との間で通信を行うことができる。

第２通信部１４は、ネットワーク２を介した通信を実現する通信インタフェースを備える。制御部１１は、第２通信部１４を通してサーバ装置２０との間で通信を行うことができる。

ドメイン管理装置３０は、所定の通信インタフェースを用いて各バンク４１との間で情報の送受信を行う。記憶部１２は、ドメイン管理装置３０を介して取得した運用データを記憶することができる。

サーバ装置２０は、通信デバイス１０から蓄電システムの運用データを収集することができる。運用データは、蓄電システム内の各蓄電素子の電流値、電圧値、温度データなどの時系列データを含む。サーバ装置２０は、収集された運用データを、蓄電素子毎に区分して記憶する。サーバ装置２０は、ネットワーク２、１を介して運用データを推定装置５０に送信することができる。なお、ネットワーク２、１は、１つの通信ネットワークであってもよい。

図３は、バンク４１の構成例を示す図である。バンク４１は、蓄電モジュールを複数直列に接続したものであり、電池管理装置（ＢＭＵ：Battery Management Unit）４４、複数の蓄電モジュール４２、及び各蓄電モジュール４２に設けられた計測基板（ＣＭＵ：CellManagement Unit）４３などを備える。

蓄電モジュール４２は、複数の蓄電セルが直列に接続されている。本明細書において、「蓄電素子」は、蓄電セル、蓄電モジュール４２、バンク４１、バンク４１を並列に接続したドメインを意味してもよい。本実施形態では、計測基板４３は、蓄電モジュール４２の各蓄電セルの状態に関する蓄電素子情報を取得する。蓄電素子情報は、例えば、蓄電セルの電圧、電流、温度、ＳＯＣ（State of Charge：充電状態）、ＳＯＨ（State of Health ：健康状態）などを含む。蓄電素子情報は、例えば、０．１秒、０．５秒、１秒などの適宜の周期で繰り返し取得することができる。蓄電素子情報が蓄積されたデータが運用データの一部となる。「蓄電素子」は、鉛蓄電池及びリチウムイオン電池のような二次電池や、キャパシタのような、再充電可能なものであることが好ましい。蓄電素子の一部が、再充電不可能な一次電池であってもよい。

電池管理装置４４は、通信機能付きの計測基板４３とシリアル通信によって通信を行うことができ、計測基板４３が検出した蓄電素子情報を取得することができる。電池管理装置４４は、ドメイン管理装置３０との間で情報の送受信を行うことができる。ドメイン管理装置３０は、ドメインに所属するバンクの電池管理装置４４からの蓄電素子情報を集約する。ドメイン管理装置３０は、集約された蓄電素子情報を通信デバイス１０へ出力する。このように、通信デバイス１０は、ドメイン管理装置３０を介して、蓄電ユニット４０の運用データを取得することができる。通信デバイス１０は、取得した運用データを、サーバ装置２０を介して推定装置５０へ送信する。

図１に示すように、推定装置５０は、制御部５１、記憶部５２及び通信部５３等を備える。推定装置５０は複数のコンピュータからなるマルチコンピュータであってもよく、ソフトウェアによって仮想的に構築された仮想マシンであってもよい。

制御部５１は、ＣＰＵ、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備える演算回路である。制御部５１が備えるＣＰＵ又はＧＰＵは、ＲＯＭや記憶部５２に格納された各種コンピュータプログラムを実行し、上述したハードウェア各部の動作を制御する。制御部５１は、計測開始指示を与えてから計測終了指示を与えるまでの経過時間を計測するタイマ、数をカウントするカウンタ、日時情報を出力するクロック等の機能を備えていてもよい。

記憶部５２は、フラッシュメモリ、ハードディスクドライブ等の不揮発性記憶装置を備える。記憶部５２には、制御部５１によって実行される各種コンピュータプログラム及びコンピュータプログラムの実行に必要なデータ等が記憶される。記憶部５２に記憶されるコンピュータプログラムには、全体放電特性の推定に関する処理をコンピュータに実行させるための推定プログラム５２１が含まれる。

記憶部５２に記憶されるデータには、発電システム１００から受け付けた運用データ及び蓄電素子の放電容量と内部状態量パラメータとの対応関係に関する対応情報が含まれる。運用データは、上述の通り、発電システム１００内の蓄電素子の電流値及び電圧値の時系列データを含む。対応情報は、例えば放電容量と内部状態量パラメータとの間の関係性を示す相関関数、対応テーブル又は対応グラフ等を含む。対応情報は、蓄電素子の状態に応じて複数種の情報が記憶されていてもよい。

推定プログラム５２１を含むコンピュータプログラム（プログラム製品）は、当該コンピュータプログラムを読み取り可能に記録した非一時的な記録媒体５Ａにより提供されてもよい。記録媒体５Ａは、ＣＤ－ＲＯＭ、ＵＳＢメモリ、ＳＤ（Secure Digital）カード等の可搬型メモリである。制御部５１は、図示しない読取装置を用いて、記録媒体５Ａから所望のコンピュータプログラムを読み取り、読み取ったコンピュータプログラムを記憶部５２に記憶させる。代替的に、上記コンピュータプログラムは通信により提供されてもよい。推定プログラム５２１は、単一のコンピュータプログラムでも複数のコンピュータプログラムにより構成されるものでもよく、また、単一のコンピュータ上で実行されても通信ネットワークによって相互接続された複数のコンピュータ上で実行されてもよい。

通信部５３は、ネットワーク１を介した通信を実現する通信インタフェースを備える。制御部５１は、通信部５３を通して外部装置との間で通信を行うことができる。通信部５３と通信可能に接続される外部装置としては、例えば発電システム１００及び診断装置７０が挙げられる。制御部５１は、通信部５３を通じて、発電システム１００から送信された運用データを受信する。制御部５１は、通信部５３を通じて、診断装置７０へ全体放電特性の推定結果を送信する。

推定装置５０は、例えばユーザの操作を受け付けるための操作部、各種情報を表示するための表示部等を備えてもよい。

診断装置７０は、制御部７１、記憶部７２、通信部７３、表示部７４及び操作部７５等を備える。診断装置７０は複数のコンピュータからなるマルチコンピュータであってもよく、ソフトウェアによって仮想的に構築された仮想マシンであってもよい。

制御部（処理部）７１は、ＣＰＵ、ＧＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備える演算回路である。制御部７１が備えるＣＰＵ又はＧＰＵは、ＲＯＭや記憶部７２に格納された各種コンピュータプログラムを実行し、上述したハードウェア各部の動作を制御する。制御部７１は、計測開始指示を与えてから計測終了指示を与えるまでの経過時間を計測するタイマ、数をカウントするカウンタ、日時情報を出力するクロック等の機能を備えていてもよい。

記憶部７２は、フラッシュメモリ、ハードディスクドライブ等の不揮発性記憶装置を備える。記憶部７２には、制御部７１によって実行される各種コンピュータプログラム及びコンピュータプログラムの実行に必要なデータ等が記憶される。記憶部７２に記憶されるコンピュータプログラムには、放電容量の診断に関する処理をコンピュータに実行させるための診断プログラム７２１が含まれる。

通信部７３は、ネットワーク１を介した通信を実現する通信インタフェースを備える。制御部７１は、通信部７３を通して推定装置５０との間で通信を行うことができる。制御部７１は、通信部７３を通じて、推定装置５０から送信された全体放電特性の推定結果を受信する。

表示部７４は、例えば液晶ディスプレイ又は有機ＥＬ（electroluminescence）ディスプレイ等のディスプレイ装置を備える。表示部７４は、制御部７１からの指示に従って各種の情報を表示する。操作部７５は、ユーザの操作を受け付けるインタフェースである。操作部７５は、例えばキーボード、ディスプレイ内蔵のタッチパネルデバイス、スピーカ及びマイクロフォン等を備える。操作部７５は、ユーザからの操作入力を受け付け、操作内容に応じた制御信号を制御部７１へ送出する。

診断装置７０は、外部に接続されたコンピュータを通じて操作を受付け、通知すべき情報を外部のコンピュータへ出力する構成であってもよい。この場合、診断装置７０は、表示部７４及び操作部７５を備えていなくてもよい。

図４は、推定装置５０の構成例を示す機能ブロック図である。推定装置５０の制御部５１は、記憶部５２に記憶された推定プログラム５２１を読み出して実行することにより、取得部５１１、算出部５１２、生成部５１３、推定部５１４、及び調整部５１５の各機能を実現する。代替的に、これらの各機能の一部は、制御部５１に備えられた専用のハードウェア回路（例えばＦＰＧＡ又はＡＳＩＣ）により実現されてもよい。

取得部５１１は、蓄電素子の電流及び電圧の時系列データを取得する。電流及び電圧の時系列データは、蓄電素子の充電時又は放電時のデータである。充電電流又は放電電流は一定である必要はない。また、充電時のＳＯＣの領域や電圧の領域、放電時のＳＯＣの領域や電圧の領域は限定的であってもよい。取得部５１１は、蓄電素子の実際の運用パターン（稼働停止の状態ではない、あるいは容量診断のための特定の運用パターンではない）における時系列データを取得する。時系列データは、リアルタイムのデータでもよく、過去の所定期間の履歴データでもよい。

図５は電流データの一例を示す図であり、図６は電圧データの一例を示す図である。図５に示すグラフの横軸は時間、縦軸は電流である。縦軸において、正側が充電を表し、負側が放電を表す。取得部５１１は、図５に示すような、時系列の電流データを取得する。図６に示すグラフの横軸は時間、縦軸は電圧である。取得部５１１は、図６に示すような、時系列の電圧データを取得する。取得部５１１で取得した時系列データは、記憶部５２に記憶される。

算出部５１２は、取得部５１１で取得した電流の時系列データに基づいて、電気量の時系列データを算出する。電気量は、電流積算により求めることができ、例えば下記（１）式により算出できる。
Ｑ（ｔ）＝ΣＩ（ｔ）×Δｔ・・・（１）
式（１）中、Ｑは電気量、Ｉは電流値である。

生成部５１３は、取得部５１１で取得した電圧の時系列データと、算出部５１２で算出した電気量の時系列データとに基づいて、蓄電素子の部分充放電プロファイルを生成する。

図７は、部分充放電プロファイルの一例を示す図である。図７は、所定期間ごとに得られるプロットを重ねた状態としての部分充放電プロファイルＳの一例を示す。図７に示すグラフの横軸は電気量（Ａｈ）、縦軸は電圧（Ｖ）である。生成部５１３は、例えば、横軸を電気量とし、縦軸を電圧とする２次元座標に、算出部５１２で算出した電気量と、当該電気量が得られた時刻での電圧（当該電気量に対応する電圧）とをプロットすることにより部分充放電プロファイルＳを描くことができる。

生成部５１３は、上記電気量・電圧プロットに対し所定の処理を施すことにより、部分充放電プロファイルを生成してもよい。図８は、部分充放電プロファイルの他の一例を示す図である。図８に示すグラフの横軸は電気量（Ａｈ）、縦軸は電圧（Ｖ）である。

生成部５１３は、取得部５１１で取得した電圧の時系列データと、算出部５１２で算出した電気量の時系列データとに基づいて、所要期間に亘る蓄電素子の電気量・電圧プロット（Ａｈ－Ｖプロット）ＰＬを生成する。図８中の白丸印は（Ａｈ－Ｖプロット）ＰＬを示す。（Ａｈ－Ｖプロット）ＰＬは、例えば、横軸を電気量とし、縦軸を電圧とする２次元座標に、電気量及び電圧の時系列データをプロットすることにより描くことができる。

所要期間は、１日、１週間、１か月、３か月、６か月など適宜の期間を用いることができ、例えば、蓄電素子の運用パターン（使用履歴）が大きく異ならない期間、電流を積算して電気量を算出する際の電気量算出誤差が許容範囲を超えない期間などを参考にして設定してもよい。

生成部５１３は、生成した（Ａｈ－Ｖプロット）ＰＬを、電気量を所定の電気量幅（図８では、ΔＰＬ）で分割した分割領域で区分する。図８の右側に示す図は、グラフ中の矩形枠で示す分割領域を拡大したものである。

分割領域は、横方向が所定の電気量幅ΔＰＬであり、縦方向は、電圧（Ｖ）である、縦長状の矩形領域である。それぞれの分割領域において、（Ａｈ－Ｖプロット）ＰＬの一部がプロットされている。図８では、分割領域ΔＰＬにおいて、（Ａｈ－Ｖプロット）ＰＬ１、ＰＬ２がプロットされている。

生成部５１３は、それぞれの分割領域における（Ａｈ－Ｖプロット）から、分割領域毎に電気量及び電圧を代表する代表電気量及び代表電圧を算出する。代表電気量及び代表電圧は、例えば、分割領域内の（Ａｈ－Ｖプロット）で表される電圧の平均値を代表電圧とし、分割領域の電気量幅の中心を代表電気量としてもよい。

生成部５１３は、分割領域毎の代表電気量及び代表電圧に基づいて、所要期間の部分充放電プロファイルを生成する。図８中のバツ印で示すように、分割領域毎の代表電気量及び代表電圧を、横軸を電気量とし縦軸を電圧とする２次元座標にプロットすることにより、部分充放電プロファイル（Ａｈ－ＯＣＶ特性）を描くことができる。これにより、所要期間（例えば、蓄電素子の運用パターンが大きく異ならない期間、電気量の算出誤差が許容範囲を超えない期間など）における部分充放電プロファイルを生成することができる。上記では、部分充放電プロファイルとして電気量及び電圧の時系列データに基づくＡｈ－ＯＣＶ特性を例示した。代替的に、部分充放電プロファイルは、ＳＯＣ及び電圧の時系列データに基づくＳＯＣ－ＯＣＶ特性であってもよい。

推定部５１４は、蓄電素子の正極単極特性及び負極単極特性に基づいて当該蓄電素子の全体放電特性を推定する。正極単極特性は、正極（例えば、対極リチウム）の放電曲線で示す特性である。正極の放電曲線は、横軸を放電容量とし、縦軸を電位として、放電容量と当該容量に対応する電位とをプロットしたものでもよい（図９を参照）。負極単極特性は、負極（例えば、対極リチウム）の放電曲線で示す特性である。負極の放電曲線は、横軸を放電容量とし、縦軸を電位として、放電容量と当該容量に対応する電位とをプロットしたものでもよい（図９を参照）。

正極の電位と負極の電位との差が、蓄電素子の電圧となる。推定部５１４は、各電気量（容量）に対応する正極放電曲線の電位と負極放電曲線の電位との差を算出することにより全体放電曲線を推定できる。全体放電特性は、全体放電曲線で示す特性であってもよい。

推定部５１４は、全体放電特性の推定に際し、調整部５１５から内部状態量パラメータを受け付ける。推定部５１４は、受け付けた内部状態量パラメータに対応する正極単極特性及び負極単極特性を用いて全体放電特性を推定する。

調整部５１５は、推定部５１４で推定した全体放電特性が、生成部５１３で生成した部分充放電プロファイルに近づくように内部状態量パラメータを調整する。調整部５１５で調整した内部状態量パラメータは再度推定部５１４へ出力され、全体放電特性の推定が繰り返し行われる。最適化された内部状態量パラメータにより、尤もらしい全体放電特性が推定される。調整部５１５は、推定部５１４の一部であってもよい。

以下、内部状態量パラメータの調整及び全体放電特性を推定する方法について詳しく説明する。

図９は、内部状態量パラメータを説明する図である。図９に示すグラフの横軸はＳＯＣ（％）、左縦軸は電圧又は電位（Ｖ）、右縦軸は電位（Ｖ）である。図９に、正極放電曲線Ｐ、負極放電曲線Ｎ、全体放電曲線Ｑを図示する。

図９では、２つの正極放電曲線Ｐ１、Ｐ２を示している。例えば、正極放電曲線Ｐ１は正極有効度が１であり、正極放電曲線Ｐ２は正極有効度が１よりも小さい値に対応する。正極有効度（利用率）は、内部状態量パラメータの一例であり、正極での活物質の使用可能量を示す指標である。正極有効度が１の場合、蓄電素子は新品同様であり、劣化が進行するにつれて正極有効度が小さくなる。正極有効度の低下に伴い、横軸方向に縮尺するように正極放電曲線が変化する。

また図９では、２つの負極放電曲線Ｎ１、Ｎ２を示している。例えば、負極放電曲線Ｎ１は充電リザーブ量（０Ａｈから負側へのズレ）が約１０Ａｈ（ＳＯＣで約１５％）であり、負極放電曲線Ｎ２は充電リザーブ量が１０Ａｈよりも大きい値に対応する。充電リザーブ量は、内部状態量パラメータの一例であり、ＳＥＩ（Solid Electrolyte Interphase）被膜の成長を示す指標である。充電リザーブ量の増大に伴い、横軸方向左側（負側）に平行移動するように負極放電曲線が変化する。充電リザーブ量は、負極の放電開始位置（負極の相対的な位置）で表されてもよい。

図９に示す全体放電曲線Ｑ１は、正極放電曲線Ｐ１及び負極放電曲線Ｎ１から得られる全体放電特性（ＳＯＣ－Ｖ特性）を示し、全体放電曲線Ｑ２は、正極放電曲線Ｐ２及び負極放電曲線Ｎ２から得られる全体放電特性（ＳＯＣ－Ｖ特性）を示している。図９に示すように、正極放電曲線Ｐ及び負極放電曲線Ｎの変化に対応して、全体放電曲線Ｑも変化する。放電容量は、全体放電特性の下限電圧に対応する電気量（容量）から上限電圧に対応する電気量（容量）を差し引くことで算出できる。なお図９では横軸をＳＯＣで表しているが、横軸は容量であってもよい。

内部状態量パラメータは、上記の内部状態量パラメータに代えて又は上記の内部状態量パラメータに加えて、放電リザーブ量又は正極の放電開始位置（正極の相対的な位置）を含んでもよい。放電リザーブ量及び正極の放電開始位置は、電解液の酸化分解を示す指標である。

上述のように、全体放電特性は内部状態量パラメータに依存する。推定装置５０は、全体放電特性が部分充放電プロファイルに近づくように、内部状態量パラメータを調整する。推定装置５０は、記憶部５２に記憶する蓄電素子の放電容量と内部状態量パラメータとの対応関係を示す情報を用いて、内部状態量パラメータを調整する。

図１０は、蓄電素子の放電容量と内部状態量パラメータとの対応関係の一例を示す図である。図１０に示すグラフの横軸は放電容量（Ａｈ）、左縦軸は正極有効度（単位なし）、右縦軸は充電リザーブ量（Ａｈ）である。図１０のグラフ中、黒三角印は正極有効度を示し、黒丸印は充電リザーブ量を示す。内部状態量パラメータは、放電容量に依存する。例えば、図１０に示すように、容量値が増加するほど、正極有効度の値が大きくなる。容量値が増加するほど、充電リザーブ量の値が小さくなる。このような対応関係を利用することにより、ある容量値に対応する各内部状態量パラメータの値を特定できる。図１０に示す対応関係のグラフは単に一例であり、この例に限定はされない。放電容量に対応する内部状態量パラメータの値は１つに限らず２つ以上であってもよい。対応関係は、放電容量に対応付ける内部状態量パラメータの値を限定することが可能な情報を含むものであればよい。

推定装置５０は、例えばバッテリ試験の実測データに基づいて、容量劣化に対する連続的な放電特性を学習用データとして取得し、取得した放電特性を解析することにより放電容量（電気量）と内部状態量パラメータとの対応関係を求める。推定装置５０は、求めた対応関係を、例えば関数式又は対応テーブル等のデータ形式にて記憶部５２に記憶しておく。

上記対応関係は、蓄電素子の状態を考慮して設定されてもよい。例えば、蓄電素子の使用履歴及び種類に応じて複数の対応テーブルを用意してもよい。推定装置５０は、蓄電素子の初期情報及び運用データに基づいて、蓄電素子の使用履歴及び種類の状態を特定し、特定した蓄電素子の状態に対応する対応テーブルを利用して、内部状態量パラメータを特定する。

図１１は、全体放電特性を推定する方法を説明する図である。図１１に示すグラフの横軸は電気量（Ａｈ）、縦軸は電圧又は電位（Ｖ）である。図１１Ａに、全体放電曲線Ｑｘ、部分充放電プロファイルＳ、正極放電曲線Ｐｘ、負極放電曲線Ｎｘを図示する。

推定装置５０は、任意の容量値を設定し、放電容量と内部状態量パラメータとの対応関係に基づき、設定した容量値に対応付けられている内部状態量パラメータの値を内部状態量パラメータ毎に特定する。推定装置５０は、特定した各内部状態量パラメータの値に基づき、各内部状態量パラメータの値に対応する正極放電曲線Ｐｘ及び負極放電曲線Ｎｘを生成する。推定装置５０は、生成した正極放電曲線Ｐｘ及び負極放電曲線Ｎｘから、全体放電曲線Ｑｘを生成する。

推定装置５０は、全体放電曲線Ｑｘの部分充放電プロファイルＳに対応する区間において、全体放電曲線Ｑｘのある電気量に対応する電圧が、部分充放電プロファイルＳの当該電気量に対応する電圧に近づくように、容量値を調整する。部分充放電プロファイルＳに対応する区間とは、全体放電曲線Ｑｘにおける電気量のうち部分充放電プロファイルＳに対応する電気量を含む区間であってもよい。

推定装置５０は、図１１Ｂに拡大して示すように、上記区間内のある電気量に対応する部分充放電プロファイルＳの電圧と、全体放電曲線Ｑｘの電圧との電圧差ΔＶｉの二乗和（ΣΔＶｉ²）を最小化するよう、容量値を調整する。推定装置５０は、部分充放電プロファイルＳ上の全ての電気量に対応する電圧を取り扱ってもよい。すなわち、区間内における上記二乗和（ΣΔＶｉ²）の線形和ｄを最小化してもよい。

推定装置５０は、二乗和（ΣΔＶｉ²）又はその線形和ｄが最小化された容量値に対応する内部状態量パラメータを用いて生成した全体放電特性を、最適な全体放電特性として取得する。上記容量値は、最適な全体放電特性により求められる放電容量に対応する。

上述のように、放電容量と内部状態量パラメータとの対応関係を利用することで、全体放電特性を部分充放電プロファイルに近似させるための調整処理において、内部状態量パラメータの値を効率的に抽出することができる。

図１２は、推定装置５０及び診断装置７０が実行する処理手順の一例を示すフローチャートである。以下のフローチャートにおける処理は、推定装置５０の記憶部５２に記憶する推定プログラム５２１に従って制御部５１により実行されるとともに、診断装置７０の記憶部７２に記憶する診断プログラム７２１に従って制御部７１により実行される。

推定装置５０の制御部５１は、蓄電素子の電流及び電圧の時系列データを取得する（ステップＳ１１）。制御部５１は、部分充放電プロファイルを生成する（ステップＳ１２）。

制御部５１は、例えば予め記憶する蓄電素子の初期情報及び取得した運用データに基づいて、蓄電素子の使用履歴及び種類の状態を特定する（ステップＳ１３）。制御部５１は、記憶部５２に記憶する複数の対応関係の中から、特定した蓄電素子の状態に対応する対応関係を取得する（ステップＳ１４）。記憶部５２に記憶する対応関係が１つの場合、ステップＳ１３は省略してもよい。

制御部５１は、容量値を設定し（ステップＳ１５）、設定した容量値に対応する内部状態量パラメータの値を、ステップＳ１４で取得した放電容量と内部状態量パラメータとの対応関係に基づいて特定する（ステップＳ１６）。

制御部５１は、特定した内部状態量パラメータの値に対応する正極単極特性及び負極単極特性に基づいて全体放電特性を推定する（ステップＳ１７）。

制御部５１は、推定した全体放電特性の部分充放電プロファイルに対応する区間における電圧と、部分充放電プロファイルの電圧との差分が許容範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ１８）。

差分が許容範囲内でないと判定した場合（ステップＳ１８：ＮＯ）、制御部５１は、処理をステップＳ１５に戻す。制御部５１は、所定ルールに従い放電容量値を調整し、ステップＳ１５以降の処理を繰り返す。一例として制御部５１は、初期の容量値に所定値を加算又は減算することにより放電容量値を調整してもよい。

差分が許容範囲内であると判定した場合（ステップＳ１８：ＹＥＳ）、制御部５１は、得られた全体放電特性を、蓄電素子の全体放電特性として特定する（ステップＳ１９）。制御部５１は、特定した全体放電特性に関する推定結果を診断装置７０へ送信する（ステップＳ２０）。

診断装置７０の制御部７１は、全体放電特性に関する推定結果を受信する（ステップＳ２１）。制御部７１は、受信した全体放電特性に基づいて蓄電素子の放電容量を診断する（ステップＳ２２）。放電容量は、全体放電特性の下限電圧に対応する電気量から上限電圧に対応する電気量を差し引くことで求められる。全体放電特性から診断される放電容量の値は、ステップＳ１５からステップＳ１８の処理で調整された容量値（最適な容量値）に相当する。制御部７１は、放電容量の診断結果を表示部７４へ表示し（ステップＳ２３）、一連の処理を終了する。

上記では逐次演算により容量値を調整した。代替的に、推定装置５０は、所定値間隔で容量値を変化させることにより複数の容量値を設定し、設定した各容量値に対応する内部状態量パラメータに基づいて生成した複数の全体放電特性の中から、電圧の差分を最小化する全体放電特性を選択してもよい。選択した全体放電特性に対応する容量値を、最適な容量値として特定する。

本実施形態によれば、蓄電素子を稼動停止または容量診断用の特定の運用パターンで稼働することなく、全体放電特性の推定及び放電容量の診断が可能となる。また、蓄電素子の負荷の種類に関わらず、全体放電特性を精度よく推定できる。放電容量と内部状態量パラメータとの対応関係を利用することで、全体放電特性を生成するための複数の内部状態量パラメータの組み合わせ値を効率的に特定できる。

（第２実施形態）
第２実施形態では、蓄電素子の運用時に放電容量と内部状態量パラメータとの対応関係を生成する。

図１３は、第２実施形態の推定装置５０が実行する処理手順の一例を示すフローチャートである。

推定装置５０の制御部５１は、図１２のステップＳ１１からステップＳ１２と同様の処理を実行して、電流及び電圧の時系列データを取得し（ステップＳ３１）、部分充放電プロファイルを生成する（ステップＳ３２）。

制御部５１は、取得した部分充放電プロファイルを解析することにより、放電容量と内部状態量パラメータとの対応関係を生成する（ステップＳ３３）。制御部５１は、例えば、電気量領域の限定された部分充放電プロファイルを解析することにより、限定された放電容量（電気量）について、横軸を放電容量、縦軸を内部状態量パラメータとして、放電容量と当該放電容量に対応する内部状態量パラメータとをプロットする。制御部５１は、得られたプロットの近似式を求めることにより、全放電容量に関する放電容量と内部状態量パラメータとの対応関係を示す相関関数を求めることができる。

以降、制御部５１は、図１２に示したステップＳ１５以降の処理を実行することにより、生成した対応関係に基づいて全体放電特性の推定処理を行う。

本実施形態によれば、予め放電容量と内部状態量パラメータとの対応関係を用意することが不要となり、全体放電特性の推定をより容易に実行できる。蓄電素子の運用データから対応関係を生成することで、推定対象となる蓄電素子の状態を好適に反映した対応関係を生成できる。

今回開示した実施の形態は、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。各実施例にて記載されている技術的特徴は互いに組み合わせることができ、本発明の範囲は、特許請求の範囲内での全ての変更及び特許請求の範囲と均等の範囲が含まれることが意図される。
各実施形態に示すシーケンスは限定されるものではなく、矛盾の無い範囲で、各処理手順はその順序を変更して実行されてもよく、また並行して複数の処理が実行されてもよい。各処理の処理主体は限定されるものではなく、矛盾の無い範囲で、各装置の処理を他の装置が実行してもよい。

各実施形態に記載した事項は相互に組み合わせることが可能である。また、特許請求の範囲に記載した独立請求項及び従属請求項は、引用形式に関わらず全てのあらゆる組み合わせにおいて、相互に組み合わせることが可能である。さらに、特許請求の範囲には他の２以上のクレームを引用するクレームを記載する形式（マルチクレーム形式）を用いているが、これに限るものではない。マルチクレームを少なくとも一つ引用するマルチクレーム（マルチマルチクレーム）を記載する形式を用いて記載してもよい。

１００ 発電システム
１０ 通信デバイス
１１ 制御部
１２ 記憶部
１３ 第１通信部
１４ 第２通信部
２０ サーバ装置
３０ ドメイン管理装置
４０ 蓄電ユニット
４１ バンク
４２ 蓄電モジュール
４３ 計測基板
４４ 電池管理装置
５０ 推定装置
５１ 制御部
５２ 記憶部
５３ 通信部
５１１ 取得部
５１２ 算出部
５１３ 生成部
５１４ 推定部
５１５ 調整部
５２１ 推定プログラム
５Ａ 記録媒体
７０ 診断装置
７１ 制御部
７２ 記憶部
７３ 通信部
７２１ 診断プログラム

Claims (11)

1. 蓄電素子の電流及び電圧の時系列データを取得する取得部と、
   前記取得部で取得した電流の時系列データに基づいて電気量又はＳＯＣの時系列データを算出する算出部と、
   前記取得部で取得した電流の時系列データと、前記算出部で算出した電気量又はＳＯＣの時系列データとに基づいて、前記蓄電素子の部分充放電プロファイルを生成する生成部と、
   前記蓄電素子の全体放電特性における所定区間のプロファイルが前記部分充放電プロファイルに近づくように調整された前記蓄電素子の内部状態量を表すパラメータに基づいて、前記蓄電素子の全体放電特性を推定する推定部と
   を備える推定装置。
2. 前記蓄電素子の容量と前記パラメータとの対応関係に基づいて前記パラメータを調整する調整部を備える
   請求項１に記載の推定装置。
3. 前記調整部は、前記パラメータに対応付けられる容量に係る全体放電特性における所定区間のプロファイルが前記部分充放電プロファイルに近づくように前記パラメータを調整する
   請求項２に記載の推定装置。
4. 前記対応関係は前記蓄電素子の状態に応じて複数設定されており、
   前記調整部は、前記蓄電素子の状態に応じて前記パラメータの特定に用いる対応関係を選択する
   請求項２又は請求項３に記載の推定装置。
5. 前記調整部は、前記部分充放電プロファイルに基づいて前記対応関係を生成する
   請求項２又は請求項３に記載の推定装置。
6. 前記推定部は、前記パラメータ、前記蓄電素子の正極単極特性及び負極単極特性に基づいて前記蓄電素子の全体放電特性を推定する
   請求項１又は請求項２に記載の推定装置。
7. 前記パラメータは、正極有効度及び負極の充電リザーブ量を含む
   請求項１又は請求項２に記載の推定装置。
8. 請求項１又は請求項２に記載の推定装置で推定した全体放電特性に基づいて蓄電素子の容量を診断する処理部を備える
   診断装置。
9. 蓄電素子の電流及び電圧の時系列データを取得し、
   取得した電流の時系列データに基づいて電気量又はＳＯＣの時系列データを算出し、
   取得した電流の時系列データと、算出した電気量又はＳＯＣの時系列データとに基づいて、前記蓄電素子の部分充放電プロファイルを生成し、
   前記蓄電素子の全体放電特性における所定区間のプロファイルが前記部分充放電プロファイルに近づくように調整された前記蓄電素子の内部状態量を表すパラメータに基づいて、前記蓄電素子の全体放電特性を推定する
   処理をコンピュータが実行する推定方法。
10. 蓄電素子の電流及び電圧の時系列データを取得し、
    取得した電流の時系列データに基づいて電気量又はＳＯＣの時系列データを算出し、
    取得した電流の時系列データと、算出した電気量又はＳＯＣの時系列データとに基づいて、前記蓄電素子の部分充放電プロファイルを生成し、
    前記蓄電素子の全体放電特性における所定区間のプロファイルが前記部分充放電プロファイルに近づくように調整された前記蓄電素子の内部状態量を表すパラメータに基づいて、前記蓄電素子の全体放電特性を推定する
    処理をコンピュータに実行させるための推定プログラム。
11. 蓄電素子の電流及び電圧の時系列データを取得し、
    取得した電流の時系列データに基づいて電気量又はＳＯＣの時系列データを算出し、
    取得した電流の時系列データと、算出した電気量又はＳＯＣの時系列データとに基づいて、蓄電素子の部分充放電プロファイルを生成し、
    前記蓄電素子の全体放電特性における所定区間のプロファイルが前記部分充放電プロファイルに近づくように調整された前記蓄電素子の内部状態量を表すパラメータに基づいて、前記蓄電素子の全体放電特性を推定し、
    推定した全体放電特性に基づいて前記蓄電素子の容量を診断する
    処理をコンピュータが実行する診断方法。

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