JP5619744B2 - Method and apparatus for detecting state of power storage device - Google Patents

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Description

本発明は、蓄電デバイスの状態検知方法及びその装置に関し、特に蓄電デバイスの残容量を高精度に求めて状態検知を行う蓄電デバイスの状態検知方法及びその装置に関するものである。   The present invention relates to a storage device state detection method and apparatus, and more particularly to a storage device state detection method and apparatus for detecting a remaining capacity of a storage device with high accuracy.

近年、蓄電デバイスに対するニーズが高まっており、例えば自動車では蓄電デバイスである蓄電池から電力供給を受けて動作する電気機器が多く搭載されるようになり、蓄電池の重要度がますます高まっている。近年はバイワイヤー化が進み、電動ブレーキ(EPB)に代表される安全系の部品を電気で制御するようになってきている。また、省エネや二酸化炭素の排出規制に伴って、交差点などでの短時間停止時のアイドリングストップ機能とその再始動能力の確保が求められている。   In recent years, needs for power storage devices are increasing. For example, in automobiles, many electric devices that operate by receiving power supply from a storage battery, which is a power storage device, are mounted, and the importance of storage batteries is increasing. In recent years, by-wire has progressed, and safety-related parts represented by electric brakes (EPB) have been electrically controlled. In addition, along with energy saving and carbon dioxide emission regulations, it is required to secure an idling stop function and a restart capability at a short stop at an intersection or the like.

自動車以外の分野でも、例えば太陽光発電や風力発電などの自然エネルギーの利用を進める上で、発電電力量の平準化や余剰電力の蓄電のために蓄電デバイスが用いられる。さらに、停電時等に電気機器に電力供給を行うための安定化電源、補助電源等のバックアップ電源にも蓄電デバイスが用いられる。このような蓄電デバイスには、二次電池やキャパシタ等の電解液中または個体電解質中のイオンの移動を伴うものが用いられている。   In fields other than automobiles, for example, in order to promote the use of natural energy such as solar power generation and wind power generation, power storage devices are used for leveling generated power and storing surplus power. Furthermore, the power storage device is also used as a backup power source such as a stabilized power source and an auxiliary power source for supplying power to an electric device during a power failure. As such an electricity storage device, a device that accompanies the movement of ions in an electrolyte such as a secondary battery or a capacitor or in a solid electrolyte is used.

元来、蓄電デバイスの残容量と電圧との関係がネルンストの式で定義されており、電圧を測定することで蓄電デバイスの性能を判断することができていた。例えば、特許文献1には、液式鉛蓄電池が充放電停止後十分に安定したときの開放端電圧(OCV:Open Circuit Voltage)と残容量(SOC:State of charge)との間に図4に示すような1:1に対応する関係があることが記載されており、このような安定時のOCVとSOCとの関係を用いて蓄電池の状態検知を行う技術が記載されている。   Originally, the relationship between the remaining capacity of a power storage device and the voltage was defined by the Nernst equation, and the performance of the power storage device could be determined by measuring the voltage. For example, Patent Document 1 discloses that an open circuit voltage (OCV) and a remaining capacity (SOC: State of charge) when a liquid lead-acid battery is sufficiently stabilized after stopping charging and discharging are shown in FIG. It is described that there is a relationship corresponding to 1: 1 as shown, and a technique for detecting the state of the storage battery using such a relationship between OCV and SOC at the time of stability is described.

特開2007−178215号公報JP 2007-178215 A

しかしながら、蓄電デバイスの種類によっては、SOCが変化しているにもかかわらず安定時OCVがほとんど変化しないものがある。一例として、燐酸鉄系Liイオン電池におけるSOCと安定時OCVとの関係を図5に示す。同図において、SOCがSOC_1〜SOC_2[%]の範囲では安定時OCVの変化が非常に小さくなっている。ここで、SOC_1、SOC_2はそれぞれ、例えば25%、75%程度であり、50%程度と大きく変化している。そのため、SOCがSOC_1〜SOC_2の範囲にあるときは、安定時OCVを測定してSOCを求めようとしても十分な精度でSOCを得ることが難しいといった問題がある。   However, depending on the type of power storage device, there is a case where the OCV at the time of stability hardly changes even though the SOC changes. As an example, FIG. 5 shows the relationship between SOC and stable OCV in an iron phosphate Li-ion battery. In the figure, when the SOC is in the range of SOC_1 to SOC_2 [%], the change in the OCV when stable is very small. Here, SOC_1 and SOC_2 are, for example, about 25% and 75%, respectively, and greatly change to about 50%. Therefore, when the SOC is in the range of SOC_1 to SOC_2, there is a problem that it is difficult to obtain the SOC with sufficient accuracy even if the SOC is obtained by measuring the OCV at the time of stability.

また、燐酸鉄系Liイオン電池の新品満充電に対する換算容量(SOH)が、劣化によって例えば図6のようにSOHaからSOHbに低下した場合でも、それぞれのSOCと安定時OCVとの間の関係が、それぞれ符号Aと符号Bで示すように、相対的にほとんど変化することなく維持される。すなわち、劣化前の安定時OCVの変化が小さいSOCの領域a(例えば25%〜75%)が、劣化後も相対的に同じ大きさのSOCの領域b(例えば25%〜75%)に維持される。そのため、安定時のOCVとSOCとの関係をもとにSOHを求めようとしても、これを精度良く求めることが極めて難しい。   Further, even when the conversion capacity (SOH) for a new fully charged iron phosphate Li-ion battery is reduced from SOHa to SOHb due to deterioration, for example, as shown in FIG. 6, there is a relationship between each SOC and the stable OCV. , As indicated by reference signs A and B, respectively, are maintained with relatively little change. That is, the SOC region a (for example, 25% to 75%) in which the change in stable OCV before deterioration is small is maintained in the SOC region b (for example, 25% to 75%) of the relatively same size after deterioration. Is done. Therefore, even if it is attempted to obtain SOH based on the relationship between OCV and SOC at the time of stability, it is extremely difficult to obtain this with high accuracy.

そこで、本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、蓄電デバイスに利用されている反応物質により決まる、残容量の変化に対して、OCVの変化が小さい特性を示す領域がある蓄電デバイスであっても、蓄電デバイスの残容量や新品容量からの容量低下を推定し、高精度に状態検知を行なうことができる蓄電デバイスの状態検知方法及びその装置を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made to solve these problems, and there is a region showing a characteristic in which the change in OCV is small with respect to the change in the remaining capacity, which is determined by the reactant used in the power storage device. An object of the present invention is to provide a storage device state detection method and apparatus capable of estimating a remaining capacity of a storage device or a decrease in capacity from a new capacity, and performing state detection with high accuracy even for the storage device. .

本発明の蓄電デバイスの状態検知方法の第1の態様は、蓄電デバイスが搭載されたシステムの運用中に、残容量(SOC)及び新品満充電に対する換算容量(SOH)を算出して蓄電デバイスの状態検知を行う蓄電デバイスの状態検知方法であって、前記システムの運用状態が状態検知モードとして、前記蓄電デバイスに対し所定容量の充電制御または放電制御(以下では単に充放電制御という)を行い、前記充放電制御を停止してから所定の基準時間が経過するまで前記蓄電デバイスの開放端電圧(OCV)を所定周期で測定し、前記OCVの時間変化の関数OCV(t)をもとに所定の電圧変化量を算出し、前記電圧変化量と前記基準時間経過時の前記OCV(以下では基準OCVという)とを用いて前記蓄電デバイスの現在のSOCを算出し、前記システムが運用状態でかつ状態検知モードではないときには、所定の周期で測定した前記蓄電デバイスの電流を積算して電流積算値を算出し、前記電流積算値をSOC変化量に変換し、前記SOC変化量を前記状態検知モードで最後に算出された前記現在のSOCに加算して充放電中のSOCを算出し、前記蓄電デバイスが停止状態のときに満充電モードとして、前記蓄電デバイスに対し満充電になるまで満充電制御を行い、前記満充電制御を停止してから前記基準時間が経過するまで前記OCVを所定周期で測定し、前記OCVの時間変化の関数OCV(t)をもとに前記電圧変化量を算出し、前記電圧変化量と前記満充電制御停止から前記基準時間経過時の前記基準OCVとを用いて前記蓄電デバイスの現在の新品満充電に対する換算容量(SOH)を算出することを特徴とする。   According to a first aspect of the state detection method for an electricity storage device of the present invention, the remaining capacity (SOC) and the converted capacity (SOH) for a new full charge are calculated during operation of a system equipped with the electricity storage device. A state detection method for a power storage device that performs state detection, wherein the operation state of the system is in a state detection mode, and charge control or discharge control of a predetermined capacity is performed on the power storage device (hereinafter simply referred to as charge / discharge control), The open-circuit voltage (OCV) of the power storage device is measured at a predetermined cycle until a predetermined reference time has elapsed after the charge / discharge control is stopped, and is determined based on a function OCV (t) of the time variation of the OCV. And the current SOC of the electricity storage device is calculated using the voltage change amount and the OCV when the reference time has elapsed (hereinafter referred to as a reference OCV). When the system is in an operating state and is not in the state detection mode, the current of the power storage device measured at a predetermined cycle is integrated to calculate a current integrated value, the current integrated value is converted into an SOC change amount, and the SOC The amount of change is added to the current SOC that was calculated last in the state detection mode to calculate the SOC that is being charged / discharged. When the power storage device is in the stopped state, the full charge mode is set and the power storage device is fully charged. Full charge control is performed until charging is performed, and the OCV is measured at a predetermined period until the reference time elapses after the full charge control is stopped, and based on the OCV (t) function of time variation of the OCV. The voltage change amount is calculated, and the converted capacity for the current new full charge of the power storage device using the voltage change amount and the reference OCV when the reference time has elapsed since the full charge control stop. And calculates the SOH).

本発明の蓄電デバイスの状態検知方法の他の態様は、前記状態検知モードでは、前記基準OCVが第1判定値より大きくかつ第2判定値以下のときは、前記基準OCVと前記電圧変化量とを変数とする事前に作成された第1の関数を用いて前記SOCを算出し、前記基準OCVが前記第1判定値以下あるいは前記第2判定値より大きいときは、前記基準OCVを変数とする事前に作成された別の関数を用いて前記SOCを算出することを特徴とする。   According to another aspect of the state detection method of the electricity storage device of the present invention, in the state detection mode, when the reference OCV is larger than the first determination value and not more than the second determination value, the reference OCV and the voltage change amount are The SOC is calculated using a first function created in advance with a variable as the variable. When the reference OCV is equal to or less than the first determination value or greater than the second determination value, the reference OCV is set as a variable. The SOC is calculated using another function created in advance.

本発明の蓄電デバイスの状態検知方法の他の態様は、前記満充電モードでは、前記基準OCVと前記電圧変化量とを変数とする事前に作成された第2の関数を用いて前記SOHを算出することを特徴とする。   According to another aspect of the method for detecting a state of an electricity storage device of the present invention, in the full charge mode, the SOH is calculated using a second function created in advance with the reference OCV and the voltage change amount as variables. It is characterized by doing.

本発明の蓄電デバイスの状態検知方法の他の態様は、前記電圧変化量は、前記充放電制御の停止または前記満充電制御の停止から前記基準時間が経過するまで前記OCVの測定結果から得られた時間の関数OCV(t)をもとに所定期間の積分値として算出されることを特徴とする。   In another aspect of the state detection method for an electricity storage device of the present invention, the voltage change amount is obtained from the measurement result of the OCV until the reference time elapses after the charge / discharge control is stopped or the full charge control is stopped. It is calculated as an integral value for a predetermined period based on a function OCV (t) of a predetermined time.

本発明の蓄電デバイスの状態検知方法の他の態様は、前記電圧変化量は、前記充放電制御の停止または前記満充電制御の停止から前記基準時間が経過するまで前記OCVの測定結果から得られた時間の関数OCV(t)をもとに異なる2以上の期間のそれぞれで積分値として算出されることを特徴とする。   In another aspect of the state detection method for an electricity storage device of the present invention, the voltage change amount is obtained from the measurement result of the OCV until the reference time elapses after the charge / discharge control is stopped or the full charge control is stopped. The integral value is calculated for each of two or more different periods based on the function OCV (t) of the time.

本発明の蓄電デバイスの状態検知方法の他の態様は、前記電圧変化量は、さらに前記基準OCVに前記所定期間の時間長さを乗じた値を減算して算出されることを特徴とする。   Another aspect of the method for detecting a state of an electricity storage device according to the present invention is characterized in that the voltage change amount is calculated by further subtracting a value obtained by multiplying the reference OCV by a time length of the predetermined period.

本発明の蓄電デバイスの状態検知方法の他の態様は、前記電流積算値を前記満充電モードで最後に算出された前記SOHで除して前記SOC変化量に変換することを特徴とする。   Another aspect of the method for detecting a state of an electricity storage device according to the present invention is characterized in that the current integrated value is divided by the SOH calculated last in the full charge mode and converted into the SOC change amount.

本発明の蓄電デバイスの状態検知装置の第1の態様は、蓄電デバイス搭載システムの運用方法の一つである状態検知モードを実行時に残容量(SOC)を算出して状態検知を行う一方、前記運用方法の別の一つである満充電モードを実行時に新品満充電に対する換算容量(SOH)を算出して状態検知を行う蓄電デバイスの状態検知装置であって、記憶部と、前記蓄電デバイス搭載システムが運用状態でかつ状態検知モード実行中のときに、前記蓄電デバイスに対し所定容量の充電制御または放電制御(以下では単に充放電制御という)を行い、前記充放電制御を停止してから所定の基準時間が経過するまで前記蓄電デバイスの開放端電圧(OCV)を所定周期で測定して前記記憶部に保存し、前記OCVをもとに所定の電圧変化量を算出し、前記電圧変化量と前記基準時間経過時の前記OCV(以下では基準OCVという)とを用いて前記蓄電デバイスの現在のSOCを算出して前記記憶部に保存し、前記蓄電デバイス搭載システムが運用状態でかつ充放電中のときに、所定の周期で測定した前記蓄電デバイスの電流を積算して電流積算値を算出し、前記電流積算値をSOC変化量に変換し、前記状態検知モードで最後に算出された前記現在のSOCを前記記憶部から読み込んで前記SOC変化量に加算して充放電中のSOCを算出し、前記蓄電デバイス搭載システムが運用状態で満充電モードのとき、前記蓄電デバイスに対し満充電になるまで満充電制御を行い、前記満充電制御を停止してから前記基準時間が経過するまで前記OCVを所定周期で測定して前記記憶部に保存し、前記OCVをもとに前記電圧変化量を算出し、前記電圧変化量と前記満充電制御停止から前記基準時間経過時の前記基準OCVとを用いて前記蓄電デバイスの現在のSOHを算出して前記記憶部に保存する状態検知部と、前記状態検知部から判定結果を入力して外部に出力する状態出力手段と、を備えることを特徴とする。   The first aspect of the power storage device state detection device according to the present invention performs the state detection by calculating the remaining capacity (SOC) when executing the state detection mode which is one of the operation methods of the power storage device mounting system. A storage device state detection device for detecting a state by calculating a conversion capacity (SOH) for a new full charge when executing a full charge mode, which is another operation method, comprising a storage unit and the storage device mounted When the system is in operation and in the state detection mode, a predetermined capacity charge control or discharge control (hereinafter simply referred to as charge / discharge control) is performed on the power storage device, and the charge / discharge control is stopped before Until the reference time elapses, the open circuit voltage (OCV) of the electricity storage device is measured at a predetermined cycle, stored in the storage unit, and a predetermined voltage change amount is calculated based on the OCV. The current SOC of the electricity storage device is calculated using the voltage change amount and the OCV when the reference time has elapsed (hereinafter referred to as the reference OCV), and is stored in the storage unit. And during charging / discharging, the current of the electricity storage device measured at a predetermined cycle is integrated to calculate a current integrated value, and the current integrated value is converted into an SOC change amount, and finally in the state detection mode. The calculated current SOC is read from the storage unit and added to the SOC change amount to calculate the SOC that is being charged / discharged. When the storage device mounted system is in the full charge mode in the operating state, the storage device In contrast, full charge control is performed until the battery is fully charged, and the OCV is measured at a predetermined cycle and stored in the storage unit until the reference time elapses after the full charge control is stopped. The voltage change amount is calculated based on the OCV, and the current SOH of the power storage device is calculated using the voltage change amount and the reference OCV when the reference time has elapsed since the full charge control stop. It is characterized by comprising: a state detection unit stored in a storage unit; and a state output means for inputting a determination result from the state detection unit and outputting the result to the outside.

本発明によれば、蓄電デバイスに利用されている反応物質により決まる、残容量の変化に対して、OCVの変化が小さい特性を示す領域がある蓄電デバイスであっても、蓄電デバイスの残容量や新品容量からの容量低下を推定し、高精度に状態検知を行なうことができる蓄電デバイスの状態検知方法及びその装置を提供することが可能となる。   According to the present invention, even if the power storage device has a region that exhibits a characteristic in which the change in OCV is small with respect to the change in the remaining capacity determined by the reactant used in the power storage device, It is possible to provide a storage device state detection method and apparatus capable of estimating a capacity drop from a new capacity and performing state detection with high accuracy.

本発明の第1実施形態の蓄電デバイスの状態検知方法の処理の流れを説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the flow of a process of the state detection method of the electrical storage device of 1st Embodiment of this invention. 第1実施形態の蓄電デバイスの状態検知装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the state detection apparatus of the electrical storage device of 1st Embodiment. 電圧変化量及び安定時OCVのSOCに対する変化を比較したグラフである。It is the graph which compared the voltage change amount and the change with respect to SOC of OCV at the time of stability. 液式鉛蓄電池のSOCと安定時OCVとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between SOC of a liquid type lead acid battery, and stable OCV. 燐酸鉄系Liイオン電池のSOCと安定時OCVとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between SOC of an iron phosphate type | system | group Li ion battery, and stable OCV. 劣化が進んだときの燐酸鉄系Liイオン電池のSOCと安定時OCVとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between SOC of an iron phosphate type | system | group Li ion battery when deterioration progresses, and OCV at the time of stability.

本発明の好ましい実施の形態における蓄電デバイスの状態検知方法及びその装置について、図面を参照して詳細に説明する。なお、同一機能を有する各構成部については、図示及び説明簡略化のため、同一符号を付して示す。以下では、蓄電デバイスとして燐酸鉄系Liイオン電池を一例に、本発明の蓄電デバイスの状態検知方法及び状態検知装置について説明する。但し、以下で説明する内容は、燐酸鉄系Liイオン電池に限定されず、別の蓄電デバイスにも同様に適用できるものである。   A power storage device state detection method and apparatus according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, about each structural part which has the same function, the same code | symbol is attached | subjected and shown for simplification of illustration and description. Below, the state detection method and state detection apparatus of the electrical storage device of this invention are demonstrated by making an iron phosphate type Li ion battery into an example as an electrical storage device. However, the content described below is not limited to the iron phosphate-based Li ion battery, and can be applied to other power storage devices in the same manner.

本発明は、SOCの変化に対して安定時OCVの変化が小さいために、SOCを安定時OCVから精度よく求めるのが難しいとき、安定時OCVを用いる代わりに、充放電終了後、算出可能な所定の電圧変化量を用いることで、SOCを高精度に算出することができる蓄電デバイスの状態検知方法を提供する。上記の電圧変化量として、少なくとも安定時OCVの変化が小さいSOCの範囲において、SOCに対する変化が比較的大きな状態量を用いる。   In the present invention, since it is difficult to accurately obtain the SOC from the stable OCV because the change in the stable OCV is small with respect to the change in the SOC, it can be calculated after the end of charge / discharge instead of using the stable OCV. Provided is a storage device state detection method capable of calculating SOC with high accuracy by using a predetermined voltage change amount. As the voltage change amount, a state amount that has a relatively large change with respect to the SOC is used at least in the SOC range in which the change in the stable OCV is small.

また、上記のような特性を有する蓄電デバイスでは、劣化によりSOHが低下しても、上記のSOC対安定時OCVの関係がほとんど変化しないため、この関係をもとに劣化後の満充電容量、すなわちSOHを精度良く求めようとしても極めて難しい。そこで、本発明の蓄電デバイスの状態検知方法では、SOHについても上記の電圧変化量を用いて高精度に算出できるようにしている。すなわち、満充電後に測定した電圧変化量とSOHとの関係を予め作成し、これを参照データとして所定の記憶部に保存しておく。現在の満充電後の電圧変化量を指標として、参照データから該当するSOHを選定して現在のSOHを求める。参照データの形式は、関数やデータマップなど、自由な形式で保存してよい。   In addition, in the electricity storage device having the above characteristics, even if SOH decreases due to deterioration, the relationship between the SOC and the stable OCV hardly changes. That is, it is extremely difficult to obtain SOH with high accuracy. Therefore, in the method for detecting the state of the electricity storage device of the present invention, SOH can be calculated with high accuracy using the above-described voltage change amount. That is, a relationship between the amount of voltage change measured after full charge and SOH is created in advance and stored in a predetermined storage unit as reference data. Using the current voltage change amount after full charge as an index, the corresponding SOH is selected from the reference data to obtain the current SOH. The reference data format may be saved in a free format such as a function or a data map.

本発明の実施形態に係る蓄電デバイスの状態検知方法及びその装置を、図1、2を用いて説明する。図1は、本実施形態の蓄電デバイスの状態検知方法における処理の流れを説明するためのフローチャートであり、図2は、本実施形態の蓄電デバイスの状態検知装置の構成を示すブロック図である。   A power storage device state detection method and apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a flowchart for explaining the flow of processing in the method for detecting the state of an electricity storage device of this embodiment, and FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the state detection device for the electricity storage device of this embodiment.

図2(a)に示す本実施形態の状態検知装置100は、対象システム1に搭載された蓄電デバイス(蓄電池)10の状態検知を行うものである。対象システム1は、蓄電池10を充電するための充電手段11と、充電手段11による充電等を制御する制御手段12を備えている。また、対象システム1に搭載されている負荷20が蓄電池10に接続されており、蓄電池10から負荷20に電力供給が行われる。蓄電池10には電圧測定手段30及び電流測定手段31が接続されており、状態検知装置100はそれぞれの測定値を入力して状態検知を行う。さらに、必要に応じて温度測定手段32を蓄電池10に接続し、蓄電池10の温度測定値を入力して状態検知に用いるようにしてもよい。   A state detection device 100 according to the present embodiment illustrated in FIG. 2A detects the state of an electricity storage device (storage battery) 10 mounted in the target system 1. The target system 1 includes a charging unit 11 for charging the storage battery 10 and a control unit 12 for controlling charging by the charging unit 11. Moreover, the load 20 mounted in the target system 1 is connected to the storage battery 10, and power is supplied from the storage battery 10 to the load 20. A voltage measuring unit 30 and a current measuring unit 31 are connected to the storage battery 10, and the state detection device 100 inputs each measured value and performs state detection. Furthermore, the temperature measuring means 32 may be connected to the storage battery 10 as necessary, and a temperature measurement value of the storage battery 10 may be input and used for state detection.

状態検知装置100は、状態検知部110と、記憶部120と、状態出力手段130とを備えている。状態検知部110は、電圧測定手段30及び電流測定手段31からそれぞれ蓄電池10の電圧測定値及び電流測定値を入力し、本実施形態の状態検知方法による処理を行って蓄電池10の状態検知を行う。また、蓄電池10に温度測定手段32を接続し、これから温度測定値を入力して蓄電池10の状態検知に用いるようにしてもよい。記憶部120は、状態検知の処理に必要な各種参照データや測定データ等を保存する。さらに、状態出力手段130は、状態検知結果等を使用者等に通知する手段である。   The state detection device 100 includes a state detection unit 110, a storage unit 120, and a state output unit 130. The state detection unit 110 receives the voltage measurement value and the current measurement value of the storage battery 10 from the voltage measurement unit 30 and the current measurement unit 31, respectively, and performs the process according to the state detection method of the present embodiment to detect the state of the storage battery 10. . Further, the temperature measuring means 32 may be connected to the storage battery 10 and a temperature measurement value may be input from this to be used for detecting the state of the storage battery 10. The storage unit 120 stores various reference data and measurement data necessary for the state detection process. Furthermore, the status output means 130 is means for notifying the user or the like of the status detection result or the like.

なお、状態検知装置100は対象システム1の制御装置12の中に組み込まれる形態をとってもよい。あるいは、図2(b)に例示するように、状態検知装置100を対象システム1の外部に設け、測定データを記録する測定データ記録装置40を対象システム1の内部に備える構成としてもよい。測定データ記録装置40に記録されたデータは、有線や無線にかかわらず、遠隔通信を用いたり、持ち運び可能な記憶媒体を用いたりして、対象システム1の外部に設置された状態検知装置100に入力され、そこで状態を判定して状態検知を行なってもよい。   In addition, the state detection apparatus 100 may take the form incorporated in the control apparatus 12 of the target system 1. Alternatively, as illustrated in FIG. 2B, the state detection device 100 may be provided outside the target system 1 and the measurement data recording device 40 that records measurement data may be provided inside the target system 1. Regardless of wired or wireless data, the data recorded in the measurement data recording device 40 is transmitted to the state detection device 100 installed outside the target system 1 by using remote communication or using a portable storage medium. The state may be input and the state may be determined to detect the state.

本実施形態の蓄電デバイスの状態検知方法では、対象システム1が運用状態にありかつ蓄電池10が充放電を行っているとき、対象システム1が運用状態にありかつ蓄電池10が状態検知モードを実行しているとき、及び対象システム1が運用状態にありかつ満充電モードを実行しているとき、のそれぞれで状態検知を行う。以下では、対象システム1が充放電中であるか状態検知モードにあるときを通常運用モードとし、対象システム1が蓄電池10を満充電にしているときを満充電モードとする。また、本実施形態の蓄電デバイスの状態検知方法では、対象システム1が運用状態にありかつ蓄電池10の充放電を停止しているときに蓄電池10のOCVを測定して高精度な状態検知を行うことから、このときの状態検知を状態検知モードという。なお、蓄電デバイス搭載システムの運用方法において、蓄電デバイスが運用中の通常運用モードに対して、運用を停止状態にし、メンテナンスや停止を行なっている条件で、状態検知モードや満充電モードを選択して実施しても構わない。   In the storage device state detection method of the present embodiment, when the target system 1 is in the operating state and the storage battery 10 is charging / discharging, the target system 1 is in the operating state and the storage battery 10 executes the state detection mode. And when the target system 1 is in the operating state and executing the full charge mode. Hereinafter, the time when the target system 1 is charging / discharging or in the state detection mode is referred to as a normal operation mode, and the time when the target system 1 is fully charged the storage battery 10 is referred to as a full charge mode. Moreover, in the state detection method of the electrical storage device of this embodiment, when the target system 1 is in an operation state and charging / discharging of the storage battery 10 is stopped, the OCV of the storage battery 10 is measured to perform highly accurate state detection. Therefore, the state detection at this time is called a state detection mode. In the operation method of the storage device mounted system, select the state detection mode or full charge mode under the condition that the operation is stopped and the maintenance or stop is performed for the normal operation mode in which the storage device is operating. May be implemented.

蓄電池10として、SOC対安定時OCVの関係が図5に示すような変化を示す燐酸鉄系Liイオン電池、あるいはその他の蓄電デバイスを対象とする。以下ではまず、蓄電池10が充放電を停止している状態検知モードにおいて、蓄電池10のOCVを測定して状態検知を高精度に行う方法を説明する。   The storage battery 10 is an iron phosphate Li-ion battery in which the relationship between the SOC and the OCV at the time of stability changes as shown in FIG. In the following, first, a method for measuring the OCV of the storage battery 10 and performing state detection with high accuracy in the state detection mode in which the storage battery 10 has stopped charging and discharging will be described.

図5に示すSOC対安定時OCVの関係を有する蓄電池10は、安定時OCVがOCV_1(例えば3.28V)未満あるいはOCV_2(例えば3.31V)より大きいときには、SOCの変化に対して安定時OCVが大きく変化していることから、SOC対安定時OCVの関係を用いて安定時OCVからSOCを精度よく求めることができる。これに対し、安定時OCVがOCV_1以上OCV_2以下のときは、SOCがSOC_1〜SOC_2の広い範囲で変化しているのに対して安定時OCVがわずかしか変化しない。そこで、本実施形態では安定時OCVに代えてより変化の大きい所定の電圧変化量を用いることで、SOCを高精度に算出できるようにする。   The storage battery 10 having the SOC vs. stable OCV relationship shown in FIG. 5 is stable when the stable OCV is less than OCV_1 (eg, 3.28V) or greater than OCV_2 (eg, 3.31V). Therefore, the SOC can be accurately obtained from the stable OCV using the relationship between the SOC and the stable OCV. On the other hand, when the OCV at the time of stability is OCV_1 or more and OCV_2 or less, the SOC changes in a wide range from SOC_1 to SOC_2, whereas the OCV at the time of change changes only slightly. Therefore, in the present embodiment, the SOC can be calculated with high accuracy by using a predetermined voltage change amount having a larger change instead of the stable OCV.

上記の所定の電圧変化量は、充放電停止後の蓄電池10の内部状態が緩和途中にあるときの状態量から算出される。具体的には、充放電停止からの経過時間がtのときの蓄電池10のOCV測定値(以下ではOCV_now(t)とする)を用いて、下記で算出されるいずれかの電圧積算値を電圧変化量に用いることができる。
(1)充放電停止からの経過時間がt1からt2の間のOCV_now(t)の積算値(St1_t2とする)

Figure 0005619744
(2)充放電停止からの経過時間がt1からt2の間のOCV_now(t)と所定の基準OCV(OCV_baseとする)との差の積算値(DSt1_t2とする)
Figure 0005619744
The predetermined voltage change amount is calculated from a state amount when the internal state of the storage battery 10 after the charge / discharge stop is in the middle of relaxation. Specifically, using the OCV measurement value (hereinafter referred to as OCV_now (t)) of the storage battery 10 when the elapsed time from the stop of charging / discharging is t, one of the voltage integrated values calculated below is a voltage. It can be used for the amount of change.
(1) The integrated value of OCV_now (t) during the elapsed time from the charge / discharge stop between t1 and t2 (referred to as St1_t2)
Figure 0005619744
(2) The integrated value (DSt1_t2) of the difference between OCV_now (t) and the predetermined reference OCV (referred to as OCV_base) between the time t1 and t2 after the charge / discharge stop
Figure 0005619744

式(2)において、基準OCVであるOCV_baseは、充放電停止後の蓄電池10の内部状態が安定したときの安定時OCVである。式(2)では、OCV_nowの積分値からOCV_base×Δtを減算するようにしているが、OCV_now(t)毎にOCV_baseを減算したものを積分するよりも演算回数を低減できるといった効果が得られる。燐酸鉄系Liイオン電池では、充放電停止から内部状態が安定するまでの時間が液式鉛蓄電池に比べて極めて短く、30分以上、例えば1時間程度で安定時OCVが得られる。また、Δt=t2−t1である。   In the formula (2), OCV_base that is the reference OCV is a stable OCV when the internal state of the storage battery 10 after charging and discharging stops. In Expression (2), OCV_base × Δt is subtracted from the integrated value of OCV_now. However, an effect is obtained that the number of operations can be reduced as compared with integrating the subtracted OCV_base every OCV_now (t). In the iron phosphate Li-ion battery, the time from the stop of charging / discharging until the internal state becomes stable is extremely shorter than that of the liquid lead acid battery, and the OCV can be obtained in a stable period of 30 minutes or more, for example, about 1 hour. Also, Δt = t2−t1.

上記のOCV測定時間やΔtは電池の種類により異なるため、参照データの取得が必要である。これら上記OCV測定時間やΔtは、同じ反応物質を用いた同じ規格に適合した蓄電デバイスであっても、内部で使用されている活物質の量や粒度、電解液の量、極板の厚さなどのパラメータにより変化するため、参照データの取得はそれぞれにおいて必要である。これら上記OCV測定時間やΔtは、同じ反応物質で同じ設計をされた蓄電デバイスであれば、参照データを1度作成すればよく、蓄電デバイスの設計が変更されない範囲で活用することが可能である。これら上記OCV測定時間やΔtは、組み電池や電池パックのような形式で使用した場合であっても、参照データを同様に作成して用いることができる。   Since the OCV measurement time and Δt described above vary depending on the type of battery, it is necessary to acquire reference data. These OCV measurement time and Δt are the amount of active material used, the particle size, the amount of electrolyte, the thickness of the electrode plate, even in the electricity storage device conforming to the same standard using the same reactant. The reference data needs to be acquired in each case. These OCV measurement times and Δt may be used within a range in which the design of the electricity storage device is not changed, as long as the reference data is generated once, if the electricity storage device is the same design with the same reactant. . These OCV measurement times and Δt can be used by similarly creating reference data even when used in a format such as an assembled battery or a battery pack.

式(2)で算出されるDSt1_t2のSOCに対する変化について、安定時OCVと比較したものを図3に示す。同図において、DSt1_t2の変化を符号Cで示し、安定時OCVの変化を符号Dで示している。同図に示すように、SOC_1〜SOC_2の間では、安定時OCVの変化が比較的小さいのに対し、DSt1_t2はSOC_1〜SOC_2の間で大きく変化している。   FIG. 3 shows a comparison of the DSt1_t2 calculated with the formula (2) with respect to the SOC in comparison with the stable OCV. In the figure, a change in DSt1_t2 is indicated by a symbol C, and a change in OCV when stable is indicated by a symbol D. As shown in the figure, the change in OCV is relatively small between SOC_1 and SOC_2, whereas DSt1_t2 changes greatly between SOC_1 and SOC_2.

蓄電池10の充放電停止後の状態検知モードにおいて、状態検知部110によりn回目の状態検知が行われたとすると、このときの安定時OCVであるOCV_base_nと上記の電圧変化量St1_t2_nまたはDSt1_t2_nを用いて、蓄電池10のSOC_nを下記のように求めることができる。

Figure 0005619744
Figure 0005619744
または
Figure 0005619744
Figure 0005619744
Assuming that the state detection unit 110 performs n-th state detection in the state detection mode after charging / discharging of the storage battery 10, the OCV_base_n that is the stable OCV at this time and the voltage change amount St1_t2_n or DSt1_t2_n described above are used. The SOC_n of the storage battery 10 can be obtained as follows.
Figure 0005619744
Figure 0005619744
Or
Figure 0005619744
Figure 0005619744

上記の式(3)〜(5)で用いられる各関数F1(OCV_base_n)、G1(OCV_base_n、St1_t2_n)、G2(OCV_base_n、DSt1_t2_n)、F2(OCV_base_n)は、蓄電池10の特性に基づいてあらかじめ決定されて記憶部120の例えばROM部分に保存されている。OCV_base_nからSOC_nを算出する関数F1(OCV_base_n)及びF2(OCV_base_n)は、従来と同様のSOC対安定時OCVの関係を示す関数であり、一つの関数形で表すことも可能である。本実施形態では、OCV_base_nの変化が小さいOCV1とOCV2との間では、電圧変化量St1_t2_nまたはDSt1_t2_nをもとに関数G1(OCV_base_n、St1_t2_n)またはG2(OCV_base_n、DSt1_t2_n)を用いてSOC_nを算出する。   The functions F1 (OCV_base_n), G1 (OCV_base_n, St1_t2_n), G2 (OCV_base_n, DSt1_t2_n), and F2 (OCV_base_n) used in the above formulas (3) to (5) are determined in advance based on the characteristics of the storage battery 10. And stored in, for example, the ROM portion of the storage unit 120. The functions F1 (OCV_base_n) and F2 (OCV_base_n) for calculating the SOC_n from the OCV_base_n are functions indicating the relationship between the SOC and the stable OCV as in the conventional case, and can be expressed in one function form. In the present embodiment, between OCV1 and OCV2 where the change in OCV_base_n is small, the function G1 (OCV_base_n, St1_t2_n) or G2 (OCV_base_n, DSt1_t2_n) is calculated based on the voltage change St1_t2_n or DSt1_t2_n.

上記では、電圧変化量St1_t2_n及びDSt1_t2_nを、t1〜t2の1つの時間域(以下では、積算時間域とする)におけるOCV_now(t)の積算値及び(OCV_now(t)−OCV_base_n)の積算値としたが、2以上の積算時間域において積算値を算出して用いるようにしてもよい。一例として、t1〜t2の積算時間域に加えて、これと異なるt3〜t4の積算時間域においても電圧変化量St3_t4_n、DSt3_t4_nを算出するようにし、式(4−1)、式(4−2)を次式のように変更することで、SOC1_nをさらに高精度に算出できるようにすることができる。

Figure 0005619744
In the above, the voltage change amounts St1_t2_n and DSt1_t2_n are defined as an integrated value of OCV_now (t) and an integrated value of (OCV_now (t) −OCV_base_n) in one time range from t1 to t2 (hereinafter referred to as an integrated time range). However, the integrated value may be calculated and used in two or more integrated time regions. As an example, in addition to the integration time range of t1 to t2, the voltage change amounts St3_t4_n and DSt3_t4_n are calculated in the integration time range of t3 to t4, which is different from the integration time range of t1 to t2, and equations (4-1) and (4-2) ) Can be changed to the following equation, so that SOC1_n can be calculated with higher accuracy.
Figure 0005619744

さらに、式(3)〜(5)を、蓄電池10の温度測定値を用いて温度補正した上で算出するようにすることも可能である。例えば、蓄電池10のOCVは温度の影響を受けると考えられることから、OCV_base_nが基準温度における安定OCVとなるように所定の温度関数に温度測定値を代入して補正し、この温度補正されたOCV_base_nを用いてSOC_nを算出させるようにすることが可能である。   Furthermore, it is also possible to calculate the equations (3) to (5) after correcting the temperature using the temperature measurement value of the storage battery 10. For example, since the OCV of the storage battery 10 is considered to be affected by temperature, correction is performed by substituting a temperature measurement value into a predetermined temperature function so that OCV_base_n becomes a stable OCV at the reference temperature, and this temperature-corrected OCV_base_n It is possible to calculate SOC_n using.

次に、対象システム1が運用状態にありかつ蓄電池10が充放電中で状態検知モードを行うことができないときの状態検知方法を以下に説明する。蓄電池10が充放電中のときは、蓄電池10の電流測定値I_now(t)を所定の周期で取得してその積算値を算出し、これを用いてSOCの変化量(以下では、ΔSOConとする)を算出する。そして、前回の状態検知モードで得られたSOC_n-1にSOC変化量ΔSOConを加算することで充放電中の現在のSOCを算出する。SOCは、そのときの満充電容量に対する割合(%)で与えられることから、そのときの新品容量に対する換算容量(SOH)を用いて電流測定値I_now(t)の積算値をSOC変化量ΔSOConに変換する必要がある。蓄電池10の満充電容量は、本実施形態では満充電モードのときに最新値に更新される。   Next, a state detection method when the target system 1 is in an operating state and the storage battery 10 is being charged / discharged and the state detection mode cannot be performed will be described below. When the storage battery 10 is being charged / discharged, the current measurement value I_now (t) of the storage battery 10 is acquired at a predetermined period, and the integrated value is calculated, and this is used as the amount of change in SOC (hereinafter referred to as ΔSOCon). ) Is calculated. Then, the current SOC during charging / discharging is calculated by adding the SOC change amount ΔSOCon to SOC_n−1 obtained in the previous state detection mode. Since the SOC is given as a percentage (%) with respect to the full charge capacity at that time, the integrated value of the current measurement value I_now (t) is used as the SOC change amount ΔSOCon using the conversion capacity (SOH) with respect to the new capacity at that time. Need to convert. In this embodiment, the full charge capacity of the storage battery 10 is updated to the latest value in the full charge mode.

次に、満充電モードにおいて、蓄電池10の劣化により低下した満充電容量、すなわちSOHを算出する方法を以下に説明する。満充電モードは、蓄電池10の状態を管理する目的から、状態量のリセット、状態の回復、セル間の状態量の均等化などを行うために、OCV対SOCの関係がフラットになるSOCの領域よりも高いSOCとなるように充電を実施するものである。例えば、燐酸鉄系のLiイオン電池を満充電にするための満充電条件は、Cレート換算で0.3〜1.0CA電流で3.6VまでCC(定電流)充電を実施し、3.6Vに到達後はCV(定電圧)充電を0.05CAになるまで実施する充電制御をいう。但し、これは満充電を行うための充電制御の一例であり、この満充電条件に限定されるものではない。なお、Cレートは、1時間で全容量が放電される放電電流に相当する。   Next, in the full charge mode, a method for calculating the full charge capacity, that is, SOH that has been reduced due to deterioration of the storage battery 10 will be described below. The full charge mode is an SOC region in which the relationship between the OCV and the SOC is flat for the purpose of managing the state of the storage battery 10 in order to reset the state amount, recover the state, equalize the state amount between cells, and the like. Charging is performed so that the SOC becomes higher than that. For example, the full charge condition for fully charging an iron phosphate-based Li ion battery is to perform CC (constant current) charge up to 3.6 V at 0.3 to 1.0 CA current in terms of C rate. After reaching 6V, charging control is performed until CV (constant voltage) charging reaches 0.05 CA. However, this is an example of charge control for performing full charge, and is not limited to this full charge condition. The C rate corresponds to a discharge current that discharges the entire capacity in one hour.

本実施形態では、蓄電池10の使用開始等からm回目の満充電モードが開始されると、上記のような満充電条件に従ってまず蓄電池10が満充電に制御される。そして、満充電制御の終了後に所定の期間OCV_now(t)を測定し、これをもとに式(1)または式(2)により電圧変化量St1_t2_nまたはDSt1_t2_nを算出する。この電圧変化量St1_t2_nまたはDSt1_t2_nを用いて、次式より満充電容量(SOH_m)を算出する。

Figure 0005619744
または
Figure 0005619744
In the present embodiment, when the m-th full charge mode is started from the start of use of the storage battery 10 or the like, the storage battery 10 is first controlled to be fully charged according to the full charge condition as described above. Then, after completion of the full charge control, a predetermined period OCV_now (t) is measured, and based on this, the voltage change amount St1_t2_n or DSt1_t2_n is calculated by the formula (1) or the formula (2). Using this voltage change amount St1_t2_n or DSt1_t2_n, the full charge capacity (SOH_m) is calculated from the following equation.
Figure 0005619744
Or
Figure 0005619744

上記式(6−1)、(6−2)で算出されるSOH_mは、例えば「mAh」単位で表わされる容量である。なお、上記ではt1〜t2の1つの積算時間域において算出された電圧変化量St1_t2_nまたはDSt1_t2_nを用いたが、ここでも2以上の積算時間域において積分値を算出して用いるようにしてもよい。この場合には、式(6−1)の関数H1及び式(6−2)の関数H2は、それぞれ2以上の積算時間域における積分値の関数とする。   SOH_m calculated by the above formulas (6-1) and (6-2) is, for example, a capacity expressed in “mAh” units. In the above description, the voltage change amount St1_t2_n or DSt1_t2_n calculated in one integration time region from t1 to t2 is used. However, the integration value may be calculated and used in two or more integration time regions. In this case, the function H1 of the equation (6-1) and the function H2 of the equation (6-2) are functions of integral values in two or more integration time ranges, respectively.

満充電モードにおいてSOH_mが算出されると、これを記憶部120に記憶しておき、それ以降の蓄電池10の充放電中のSOCの算出に用いる。すなわち、蓄電池10の充放電中において電流測定値I_now(t)の積算値をSOC変化量ΔSOCに変換するときは、最後の満充電モードで更新された最新のSOH_mを記憶部120から読み込んで用いる。   When SOH_m is calculated in the full charge mode, it is stored in the storage unit 120 and used for calculating the SOC during charging and discharging of the storage battery 10 thereafter. That is, when converting the integrated value of the current measurement value I_now (t) to the SOC change amount ΔSOC during charging / discharging of the storage battery 10, the latest SOH_m updated in the last full charge mode is read from the storage unit 120 and used. .

以下では、図1を用いて本実施形態の蓄電デバイスの状態検知方法における処理の流れを説明する。本実施形態の状態検知装置100に設けられた状態検知部110は、所定のタイミングまたは状態検知装置100の内部あるいは外部からの要求信号に従って蓄電池10の状態検知を開始する。所定のタイミングとして、例えば一定の時間間隔毎の周期的なタイミングとすることができる。また、状態検知装置100の内部からの要求信号として、それまでの状態検知結果に基づいて追加される要求信号がある。一方、状態検知装置100の外部からの要求信号として、対象システム1の使用者や保守員等からの要求、あるいは蓄電池10に接続される対象システム1内の機器等からの要求信号、さらには対象システム1に接続された外部システムからの要求信号等が考えられる。   Below, the flow of the process in the state detection method of the electrical storage device of this embodiment is demonstrated using FIG. The state detection unit 110 provided in the state detection device 100 according to the present embodiment starts detection of the state of the storage battery 10 according to a predetermined timing or a request signal from inside or outside the state detection device 100. As the predetermined timing, for example, a periodic timing for every predetermined time interval can be used. In addition, as a request signal from the inside of the state detection device 100, there is a request signal that is added based on the previous state detection result. On the other hand, as a request signal from the outside of the state detection device 100, a request signal from a user or maintenance staff of the target system 1, a request signal from a device in the target system 1 connected to the storage battery 10, and the target A request signal from an external system connected to the system 1 can be considered.

状態検知部110における処理として、ステップS1では、満充電モードが要求されているか否かを判定する。満充電モードは、状態検知装置100の外部から要求される場合と、内部から要求される場合がある。外部からの要求として、蓄電池10の定期メンテナンスを行う場合、使用者や保守員等による強制的な実行命令、蓄電池10に接続される対象システム1内の機器等からの要求信号、及び対象システム1に接続された外部システムからの要求信号がある。また、状態検知装置100内部から要求として、それまでの状態検知の結果、SOCが低下していると判定された場合等がある。ステップS1で上記のいずれかの満充電モード要求があると判定されると、ステップS4の満充電モードの開始条件の判定に進む。   As processing in the state detection unit 110, in step S1, it is determined whether or not the full charge mode is requested. The full charge mode may be requested from the outside of the state detection device 100 or may be requested from the inside. When periodic maintenance of the storage battery 10 is performed as a request from the outside, a forced execution command by a user or maintenance staff, a request signal from a device in the target system 1 connected to the storage battery 10, and the target system 1 There is a request signal from an external system connected to. In addition, as a request from the inside of the state detection device 100, it may be determined that the SOC has decreased as a result of the state detection so far. If it is determined in step S1 that there is any of the above-described full charge mode requests, the process proceeds to step S4 for determining the full charge mode start condition.

一方、ステップS1で満充電モードが要求されていないと判定されると、通常運用モードとして次にステップS2に進み、ここで状態検知モードが要求されているか否かを判定する。状態検知モードについても、状態検知装置100の外部からの要求と、状態検知装置100の内部からの要求がある。状態検知装置100の外部からの状態検知モード要求として、蓄電池10の定期メンテナンスを行う場合、使用者や保守員等による強制的な実行命令、蓄電池10に接続される対象システム1内の機器等からの要求信号、及び対象システム1に接続された外部システムからの要求信号がある。また、状態検知装置100内部からの状態検知モード要求として、それまでの状態検知の結果、所定の要求条件が満たされていると判定された場合等がある。   On the other hand, if it is determined in step S1 that the full charge mode is not requested, the process proceeds to step S2 as the normal operation mode, where it is determined whether or not the state detection mode is requested. Regarding the state detection mode, there are requests from the outside of the state detection device 100 and requests from the inside of the state detection device 100. When periodic maintenance of the storage battery 10 is performed as a state detection mode request from the outside of the state detection apparatus 100, a forced execution command by a user or a maintenance staff, a device in the target system 1 connected to the storage battery 10, or the like And a request signal from an external system connected to the target system 1. In addition, as a state detection mode request from the inside of the state detection device 100, there are cases where it is determined that a predetermined request condition is satisfied as a result of state detection so far.

ステップS2の判定の結果、状態検知モードが要求されている場合にはステップS3に進み、状態検知モードが要求されていない場合にはステップS10に進む。ステップS3では、状態検知モードが許可されるか否かを判定する。状態検知モードが許可されるのは、(1)あらかじめ使用者または外部システムからの許可信号により、状態検知モードの実行が許可されている場合、または(2)外部から強制的に状態検知モード実行命令が入力されている場合であり、その場合にはステップS20の状態検知モードの処理に進む。これに対し、状態検知モードが許可されていないと判定されると、ステップS10に進む。   As a result of the determination in step S2, if the state detection mode is requested, the process proceeds to step S3. If the state detection mode is not requested, the process proceeds to step S10. In step S3, it is determined whether or not the state detection mode is permitted. The state detection mode is permitted when (1) the execution of the state detection mode is permitted in advance by a permission signal from the user or an external system, or (2) the state detection mode is forcibly executed from the outside. In this case, the process proceeds to the state detection mode process in step S20. On the other hand, if it is determined that the state detection mode is not permitted, the process proceeds to step S10.

ステップS2で状態検知モードが要求されていないと判定されたとき、あるいはステップS3で状態検知モードが許可されていないと判定されたときは、ステップS10〜S13で電流積算値に基づくSOCの算出を行う。すなわち、ステップS10では所定の積算時間域において電流測定値I_now(t)を順次積算して電流積算値(Isumとする)を算出し、ステップS11で記憶部120から読み込んだSOH_mを用いて次式よりSOC変化量ΔSOConに変換する。
ΔSOCon=Isum/SOH_m
When it is determined in step S2 that the state detection mode is not requested, or when it is determined in step S3 that the state detection mode is not permitted, the calculation of the SOC based on the current integrated value is performed in steps S10 to S13. Do. That is, in step S10, current measurement values I_now (t) are sequentially integrated in a predetermined integration time range to calculate a current integration value (Isum), and using SOH_m read from the storage unit 120 in step S11, the following equation is obtained. Thus, it is converted into the SOC change amount ΔSOCon.
ΔSOCon = Isum / SOH_m

次のステップS12では、記憶部120から前回の状態検知モードで算出されたSOCn-1を読み込み、ステップS13でSOCn-1とΔSOConとから次式により現在のSOCを算出する。
SOC=SOCn-1+ΔSOCon
In the next step S12, the SOCn-1 calculated in the previous state detection mode is read from the storage unit 120, and in step S13, the current SOC is calculated from the SOCn-1 and ΔSOCon by the following equation.
SOC = SOCn-1 + ΔSOCon

また、ステップS3で状態検知モードが許可されていると判定されたときは、ステップS20〜S23で状態検知モードの処理を行う。ここでは、蓄電池10を使用開始した後n回目に実施される状態検知モードとする。ステップS20では、状態検知前充放電制御として、蓄電池10に対し充電制御又は放電制御を実施する。これは、状態検知モードを実施するときの蓄電池10の電解液の状態をできるだけ再現性の高い状態にすることで、安定した条件で状態検知を行えるようにするものである。状態検知前充放電制御として行う充電量または放電量は、蓄電池10の種類、型番、容量、組み合わせ数量等に応じて好適に決定する。一例として、18650型の燐酸鉄系Liイオン電池の場合には、新品容量換算で2%以上の充電を実施するのが望ましい。   If it is determined in step S3 that the state detection mode is permitted, processing in the state detection mode is performed in steps S20 to S23. Here, it is assumed that the state detection mode is performed n times after the use of the storage battery 10 is started. In step S20, charge control or discharge control is performed on the storage battery 10 as charge / discharge control before state detection. This makes it possible to perform state detection under stable conditions by making the state of the electrolyte solution of the storage battery 10 when performing the state detection mode as reproducible as possible. The amount of charge or the amount of discharge performed as the charge / discharge control before state detection is suitably determined according to the type, model number, capacity, combined quantity, etc. of the storage battery 10. As an example, in the case of a 18650-type iron phosphate Li-ion battery, it is desirable to perform charging at 2% or more in terms of new capacity.

ステップS21では、状態検知前充放電制御の終了後にOCV_now(t)の測定を開始し、これを基準OCV(OCV_base_n)が得られる基準時間まで継続する。OCV_base_nが得られる基準時間は、状態検知前充放電制御の終了から30分以上経過した時間とするのが好ましく、例えば燐酸鉄系Liイオン電池では1時間程度とするのがよい。基準時間は、電池の大きさや種類等によって異なる。   In step S21, measurement of OCV_now (t) is started after the end of charge / discharge control before state detection, and this is continued until the reference time at which the reference OCV (OCV_base_n) is obtained. The reference time for obtaining OCV_base_n is preferably a time that has passed 30 minutes or more from the end of the charge / discharge control before state detection. For example, in an iron phosphate Li-ion battery, it is preferably about 1 hour. The reference time varies depending on the size and type of the battery.

なお、状態検知モードの状態検知が可能となるのは、蓄電池10の電流が0となっているときだけでなく、以下のような電流・電圧が測定される場合も含めることができる。
(1)計測器、制御器、通信機等で微小な電流(暗電流)が消費されているが、電圧変化量に与える影響が補正可能で擬似的にOCVとみなせる許容範囲にあるとき、
(2)上記の許容範囲を超える電流が消費されているが、同様の条件で事前に測定された電圧変化量をもとに参照データが作成され、電流値をもとに選択された参照データを用いることで測定電圧をOCVとして扱えるとき、
上記のいずれかの条件を満たす場合には、電圧測定値をOCVとして扱うことが可能となる。
The state detection mode can be detected not only when the current of the storage battery 10 is 0, but also when the following current / voltage is measured.
(1) A small current (dark current) is consumed by a measuring instrument, controller, communication device, etc., but the influence on the voltage change amount can be corrected and is in an allowable range that can be regarded as a pseudo-OCV.
(2) Although the current exceeding the allowable range is consumed, the reference data is created based on the voltage change amount measured in advance under the same conditions, and the reference data selected based on the current value. When the measured voltage can be handled as OCV by using
When any of the above conditions is satisfied, the voltage measurement value can be handled as OCV.

ステップS22では、測定したOCV_now(t)をもとに式(1)または式(2)から電圧変化量St1_t2_nまたはDSt1_t2_nを算出する。なお、電圧変化量を1つの積算時間域t1〜t2だけでなく、2以上の積算時間域で算出して用いるようにしてもよい。   In step S22, the voltage change amount St1_t2_n or DSt1_t2_n is calculated from the equation (1) or equation (2) based on the measured OCV_now (t). Note that the voltage change amount may be calculated and used not only in one integrated time region t1 to t2 but also in two or more integrated time regions.

ステップS23では、式(3)〜(5)に示す関数F1(OCV_base_n)、G1(OCV_base_n、St1_t2_n)、G2(OCV_base_n、DSt1_t2_n)、及びF2(OCV_base_n)のうち、OCV_base_nが式(3)〜(5)に示した条件を満たすいずれかの関数を記憶部120からを読み込み、これを用いてOCV_base_nと電圧変化量St1_t2_nまたはDSt1_t2_nから現在の残容量SOC_nを算出する。   In step S23, among the functions F1 (OCV_base_n), G1 (OCV_base_n, St1_t2_n), G2 (OCV_base_n, DSt1_t2_n), and F2 (OCV_base_n) shown in equations (3) to (5), OCV_base_n is represented by equations (3) to (3). Any function satisfying the condition shown in 5) is read from the storage unit 120, and the current remaining capacity SOC_n is calculated from the OCV_base_n and the voltage variation St1_t2_n or DSt1_t2_n using this function.

次に、満充電モードにおける処理の流れを以下に説明する。ステップS1で満充電モード要求があると判定された場合には、ステップS4で満充電モード開始条件が成立しているかを判定する。満充電モード開始条件として、使用者等からの許可、状態検知装置外部からの許可信号、強制的な状態検知実行命令、等の条件がある。これらのいずれかの条件が成立したときにステップS30〜S33の満充電モードの処理を行い、いずれの条件も成立しないときは処理せずに終了する。   Next, the flow of processing in the full charge mode will be described below. If it is determined in step S1 that there is a full charge mode request, it is determined in step S4 whether a full charge mode start condition is satisfied. As the full charge mode start condition, there are conditions such as permission from the user or the like, permission signal from the outside of the state detection device, forced state detection execution command, and the like. When any of these conditions is satisfied, the full charge mode processing of steps S30 to S33 is performed, and when any of the conditions is not satisfied, the processing is terminated without processing.

ステップS30では、前述の満充電条件に従って蓄電池10を満充電に制御する。満充電制御が終了すると、ステップS31でOCV_now(t)の測定を開始し、これを基準OCV(OCV_base_n)が得られる基準時間まで継続する。ステップS32では、測定したOCV_now(t)から式(1)または式(2)を用いて電圧変化量St1_t2_nまたはDSt1_t2_nを算出する。なお、電圧変化量を1つの積算時間域t1〜t2だけでなく、2以上の積算時間域で算出して用いるようにしてもよい。   In step S30, the storage battery 10 is controlled to be fully charged according to the aforementioned full charge condition. When the full charge control is completed, the measurement of OCV_now (t) is started in step S31, and this is continued until the reference time at which the reference OCV (OCV_base_n) is obtained. In step S32, the voltage change amount St1_t2_n or DSt1_t2_n is calculated from the measured OCV_now (t) using the formula (1) or the formula (2). Note that the voltage change amount may be calculated and used not only in one integrated time region t1 to t2 but also in two or more integrated time regions.

ステップS33では、式(6−1)に示す関数H1(OCV_base_n、St1_t2_n)または式(6−2)に示す関数H2(OCV_base_n、DSt1_t2_n)のいずれかの関数を記憶部120からを読み込み、これを用いてOCV_base_nと電圧変化量St1_t2_nまたはDSt1_t2_nから満充電時の残容量、すなわちSOH_mを算出する。SOH_mは、例えば「mAh」単位で表わされる絶対量で算出されることから、蓄電池10を使用開始したときの初期容量からの低減量を算出することができる。   In step S33, the function H1 (OCV_base_n, St1_t2_n) shown in Expression (6-1) or the function H2 (OCV_base_n, DSt1_t2_n) shown in Expression (6-2) is read from the storage unit 120, and this is read. By using OCV_base_n and the voltage change amount St1_t2_n or DSt1_t2_n, the remaining capacity at full charge, that is, SOH_m is calculated. Since SOH_m is calculated as an absolute amount expressed in units of “mAh”, for example, a reduction amount from the initial capacity when the use of the storage battery 10 is started can be calculated.

ステップS33でSOH_mが算出されると、ステップS34でこれを記憶部120に記憶する。このSOH_mは、以降の蓄電池10の充放電中に電流積算値からSOC変化量ΔSOConを算出するステップS11の処理において、記憶部120から読み込まれて用いられる。   When SOH_m is calculated in step S33, it is stored in the storage unit 120 in step S34. This SOH_m is read from the storage unit 120 and used in the process of step S11 for calculating the SOC change amount ΔSOCon from the current integrated value during the subsequent charging and discharging of the storage battery 10.

ステップS5では、各モードでの処理結果を状態出力手段130を用いて対象システム1や使用者等に出力する。通常運用モードのステップS13またはステップS23の処理が行われたときは、算出されたSOC_nが状態出力手段130に出力され、ステップS33の処理が行われたときは、SOH_mが状態出力手段130に出力される。また、算出されたSOC_nを所定の閾値と比較して残容量が不足と判定された場合等には、これを通知するための信号を状態出力手段130から対象システム1や外部システム等に出力させるようにすることができる。   In step S5, the processing result in each mode is output to the target system 1 or the user using the state output means 130. When the process of step S13 or step S23 in the normal operation mode is performed, the calculated SOC_n is output to the state output unit 130, and when the process of step S33 is performed, SOH_m is output to the state output unit 130. Is done. In addition, when the calculated SOC_n is compared with a predetermined threshold value and it is determined that the remaining capacity is insufficient, a signal for notifying this is output from the state output unit 130 to the target system 1 or an external system. Can be.

上記説明のように、本発明によれば、安定時OCVから残容量を精度良く推定するのが困難な蓄電デバイスに対しても、高精度に残容量を推定して状態検知を行うことができる蓄電デバイスの状態検知方法及びその装置を提供することが可能となる。これにより、蓄電デバイスの残容量を高精度に求めて状態検知を行うことができ、蓄電デバイス搭載システムが充電不足で停止してしまうような不測の事態を回避することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to estimate the remaining capacity with high accuracy and perform state detection even for an electricity storage device in which it is difficult to accurately estimate the remaining capacity from the stable OCV. It becomes possible to provide the state detection method and apparatus of an electrical storage device. Thereby, the remaining capacity of the electricity storage device can be obtained with high accuracy, and the state detection can be performed, and an unexpected situation where the electricity storage device mounting system stops due to insufficient charging can be avoided.

また、本発明の蓄電デバイスの状態検知方法及びその装置では、通常運用モードのときには蓄電デバイスのSOCを算出する一方、満充電モードのときにはSOHを算出するようにしていることから、充電不足と劣化を明確に区別して使用者等に通知することができる。特に、満充電モードでは、満充電制御後にSOHを算出することから、SOHを高精度に算出することができ、これにより蓄電デバイスの劣化を早期に検知して損傷等を未然に防止することができる。   Further, in the power storage device state detection method and apparatus of the present invention, the SOC of the power storage device is calculated in the normal operation mode, while the SOH is calculated in the full charge mode. It is possible to notify the user or the like with a clear distinction. In particular, in the full charge mode, since SOH is calculated after full charge control, it is possible to calculate SOH with high accuracy, thereby detecting deterioration of the electricity storage device at an early stage and preventing damage or the like in advance. it can.

本発明の蓄電デバイスの状態検知方法及びその装置は、例えば、電気自動車、携帯電話、停電時に稼動するバックアップ用バッテリー、さらには、系統電力との連携において、太陽光や風力による自然エネルギーの発電の電力の平準化に用いられる蓄電装置、および、それを組み込んだシステム、等の蓄電デバイスが搭載されて監視または状態検知が必要な装置に適用することができる。蓄電デバイスの種類として、燐酸鉄系Liイオン電池、燐酸バナジウム系Liイオン電池、酸化チタンを用いたLiイオン電池、等の残容量の変化に対する安定時OCVの変化が小さい特性を有する蓄電デバイスに好適である。   The power storage device state detection method and apparatus according to the present invention include, for example, an electric vehicle, a mobile phone, a backup battery that operates in the event of a power failure, and further, the generation of natural energy by sunlight or wind power in cooperation with the grid power. The present invention can be applied to an apparatus in which an electricity storage device such as an electricity storage device used for electric power leveling and a system incorporating the electricity storage device is mounted and monitoring or state detection is necessary. Suitable for power storage devices that have small changes in stable OCV against changes in remaining capacity, such as iron phosphate-based Li-ion batteries, vanadium phosphate-based Li-ion batteries, and lithium-ion batteries that use titanium oxide. It is.

なお、本実施の形態における記述は、本発明に係る蓄電デバイスの状態検知方法及びその装置の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本実施の形態における蓄電デバイスの状態検知方法及びその装置の細部構成及び詳細な動作等に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。   Note that the description in the present embodiment shows an example of the state detection method and apparatus of the electricity storage device according to the present invention, and the present invention is not limited to this. The detailed configuration and detailed operation of the power storage device state detection method and the apparatus in the present embodiment can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention.

1:対象システム
10:蓄電デバイス
11:充電手段
12:制御手段
20:負荷
30:電圧測定手段
31:電流測定手段
32:温度測定手段
100:状態検知装置
110:状態検知部
120:記憶部
130:状態出力手段
1: Target system 10: Power storage device 11: Charging means 12: Control means 20: Load 30: Voltage measurement means 31: Current measurement means 32: Temperature measurement means 100: State detection device 110: State detection part 120: Storage part 130: Status output means

Claims (8)

蓄電デバイスが搭載されたシステムの運用中に、残容量(SOC)及び新品満充電に対する換算容量(SOH)を算出して蓄電デバイスの状態検知を行う蓄電デバイスの状態検知方法であって、
前記システムの運用状態が状態検知モードとして、前記蓄電デバイスに対し所定容量の充電制御または放電制御(以下では単に充放電制御という)を行い、前記充放電制御を停止してから所定の基準時間が経過するまで前記蓄電デバイスの開放端電圧(OCV)を所定周期で測定し、前記OCVの時間変化の関数OCV(t)をもとに所定の電圧変化量を算出し、前記電圧変化量と前記基準時間経過時の前記OCV(以下では基準OCVという)とを用いて前記蓄電デバイスの現在のSOCを算出し、
前記システムが運用状態でかつ状態検知モードではないときには、
所定の周期で測定した前記蓄電デバイスの電流を積算して電流積算値を算出し、前記電流積算値をSOC変化量に変換し、前記SOC変化量を前記状態検知モードで最後に算出された前記現在のSOCに加算して充放電中のSOCを算出し、
前記蓄電デバイスが停止状態のときに満充電モードとして、
前記蓄電デバイスに対し満充電になるまで満充電制御を行い、前記満充電制御を停止してから前記基準時間が経過するまで前記OCVを所定周期で測定し、前記OCVの時間変化の関数OCV(t)をもとに前記電圧変化量を算出し、前記電圧変化量と前記満充電制御停止から前記基準時間経過時の前記基準OCVとを用いて前記蓄電デバイスの現在の新品満充電に対する換算容量(SOH)を算出する
ことを特徴とする蓄電デバイスの状態検知方法。
A state detection method for a power storage device that detects a remaining capacity (SOC) and a converted capacity (SOH) for a new full charge during operation of a system equipped with the power storage device, and detects the state of the power storage device,
The operation state of the system is in the state detection mode, a predetermined capacity charge control or discharge control (hereinafter simply referred to as charge / discharge control) is performed on the power storage device, and a predetermined reference time is elapsed after the charge / discharge control is stopped. The open circuit voltage (OCV) of the electricity storage device is measured at a predetermined period until it elapses, and a predetermined voltage change amount is calculated based on the OCV (t) function OCV (t), and the voltage change amount and the The current SOC of the electricity storage device is calculated using the OCV when the reference time has elapsed (hereinafter referred to as the reference OCV),
When the system is in operation and not in state detection mode,
The current integrated value measured by a predetermined period is integrated to calculate a current integrated value, the current integrated value is converted into an SOC change amount, and the SOC change amount is calculated last in the state detection mode. Calculate the SOC during charging / discharging by adding to the current SOC,
As a full charge mode when the electricity storage device is in a stopped state,
The full charge control is performed until the power storage device is fully charged, the OCV is measured at a predetermined period from the stop of the full charge control until the reference time elapses, and a function OCV (OCV ( t) to calculate the amount of change in voltage, and using the amount of change in voltage and the reference OCV when the reference time has elapsed since the stop of full charge control, the conversion capacity for the current full charge of the power storage device (SOH) is calculated. The state detection method of the electrical storage device characterized by the above-mentioned.
前記状態検知モードでは、
前記基準OCVが第1判定値より大きくかつ第2判定値以下のときは、前記基準OCVと前記電圧変化量とを変数とする事前に作成された第1の関数を用いて前記SOCを算出し、
前記基準OCVが前記第1判定値以下あるいは前記第2判定値より大きいときは、前記基準OCVを変数とする事前に作成された別の関数を用いて前記SOCを算出する
ことを特徴とする請求項1に記載の蓄電デバイスの状態検知方法。
In the state detection mode,
When the reference OCV is greater than the first determination value and less than or equal to the second determination value, the SOC is calculated using a first function created in advance with the reference OCV and the voltage change amount as variables. ,
When the reference OCV is less than or equal to the first determination value or greater than the second determination value, the SOC is calculated using another function created in advance using the reference OCV as a variable. Item 2. A method for detecting a state of an electricity storage device according to Item 1.
前記満充電モードでは、
前記基準OCVと前記電圧変化量とを変数とする事前に作成された第2の関数を用いて前記SOHを算出する
ことを特徴とする請求項1または2に記載の蓄電デバイスの状態検知方法。
In the full charge mode,
The method for detecting a state of an electricity storage device according to claim 1 or 2, wherein the SOH is calculated using a second function created in advance with the reference OCV and the voltage change amount as variables.
前記電圧変化量は、前記充放電制御の停止または前記満充電制御の停止から前記基準時間が経過するまで前記OCVの測定結果から得られた時間の関数OCV(t)をもとに所定期間の積分値として算出される
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の蓄電デバイスの状態検知方法。
The amount of voltage change is a predetermined period based on a function OCV (t) of time obtained from the measurement result of the OCV until the reference time elapses after the charge / discharge control is stopped or the full charge control is stopped. It is calculated as an integral value. The state detection method of the electrical storage device of any one of Claims 1 thru | or 3 characterized by the above-mentioned.
前記電圧変化量は、前記充放電制御の停止または前記満充電制御の停止から前記基準時間が経過するまで前記OCVの測定結果から得られた時間の関数OCV(t)をもとに異なる2以上の期間のそれぞれで積分値として算出される
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の蓄電デバイスの状態検知方法。
The voltage change amount is two or more different based on a function OCV (t) of time obtained from the measurement result of the OCV until the reference time elapses after the charge / discharge control is stopped or the full charge control is stopped. The state detection method for an electricity storage device according to any one of claims 1 to 3, wherein the value is calculated as an integral value in each of the periods.
前記電圧変化量は、さらに前記基準OCVに前記所定期間の時間長さを乗じた値を減算して算出される
ことを特徴とする請求項4に記載の蓄電デバイスの状態検知方法。

The method for detecting a state of an electricity storage device according to claim 4, wherein the voltage change amount is calculated by further subtracting a value obtained by multiplying the reference OCV by a time length of the predetermined period.

前記電流積算値を前記満充電モードで最後に算出された前記SOHで除して前記SOC変化量に変換する
ことを特徴とする請求項1に記載の蓄電デバイスの状態検知方法。
The method according to claim 1, wherein the current integrated value is divided by the SOH calculated last in the full charge mode and converted into the SOC change amount.
蓄電デバイス搭載システムの運用方法の一つである状態検知モードを実行時に残容量(SOC)を算出して状態検知を行う一方、前記運用方法の別の一つである満充電モードを実行時に新品満充電に対する換算容量(SOH)を算出して状態検知を行う蓄電デバイスの状態検知装置であって、
記憶部と、
前記蓄電デバイス搭載システムが運用状態でかつ状態検知モード実行中のときに、前記蓄電デバイスに対し所定容量の充電制御または放電制御(以下では単に充放電制御という)を行い、前記充放電制御を停止してから所定の基準時間が経過するまで前記蓄電デバイスの開放端電圧(OCV)を所定周期で測定して前記記憶部に保存し、前記OCVをもとに所定の電圧変化量を算出し、前記電圧変化量と前記基準時間経過時の前記OCV(以下では基準OCVという)とを用いて前記蓄電デバイスの現在のSOCを算出して前記記憶部に保存し、前記蓄電デバイス搭載システムが運用状態でかつ充放電中のときに、所定の周期で測定した前記蓄電デバイスの電流を積算して電流積算値を算出し、前記電流積算値をSOC変化量に変換し、前記状態検知モードで最後に算出された前記現在のSOCを前記記憶部から読み込んで前記SOC変化量に加算して充放電中のSOCを算出し、前記蓄電デバイス搭載システムが運用状態で満充電モードのとき、前記蓄電デバイスに対し満充電になるまで満充電制御を行い、前記満充電制御を停止してから前記基準時間が経過するまで前記OCVを所定周期で測定して前記記憶部に保存し、前記OCVをもとに前記電圧変化量を算出し、前記電圧変化量と前記満充電制御停止から前記基準時間経過時の前記基準OCVとを用いて前記蓄電デバイスの現在のSOHを算出して前記記憶部に保存する状態検知部と、
前記状態検知部から判定結果を入力して外部に出力する状態出力手段と、を備える
ことを特徴とする蓄電デバイスの状態検知装置。



The remaining capacity (SOC) is calculated at the time of execution of the state detection mode, which is one of the operation methods of the storage device mounted system, while the full charge mode, which is another of the operation methods, is performed at the time of execution. A state detection device for an electricity storage device that performs state detection by calculating a converted capacity (SOH) for full charge,
A storage unit;
When the storage device mounted system is in an operational state and in the state detection mode, a predetermined capacity charge control or discharge control (hereinafter simply referred to as charge / discharge control) is performed on the storage device, and the charge / discharge control is stopped. Then, an open circuit voltage (OCV) of the power storage device is measured at a predetermined cycle and stored in the storage unit until a predetermined reference time elapses, and a predetermined voltage change amount is calculated based on the OCV, The current SOC of the electricity storage device is calculated using the voltage change amount and the OCV when the reference time has elapsed (hereinafter referred to as the reference OCV), and is stored in the storage unit. And during charging / discharging, the current of the electricity storage device measured at a predetermined cycle is integrated to calculate a current integrated value, and the current integrated value is converted into an SOC change amount, The current SOC that was calculated last in the state detection mode is read from the storage unit and added to the SOC change amount to calculate the SOC that is being charged / discharged. When the full charge control is performed until the power storage device is fully charged, the OCV is measured at a predetermined period until the reference time elapses after the full charge control is stopped, and is stored in the storage unit, The voltage change amount is calculated based on the OCV, and the current SOH of the power storage device is calculated using the voltage change amount and the reference OCV when the reference time has elapsed since the full charge control stop. A state detection unit to be stored in the storage unit;
And a state output unit that inputs a determination result from the state detection unit and outputs the determination result to the outside.



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