JP7373372B2 - battery control device - Google Patents

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Description

本発明は、電池制御装置に関する。 The present invention relates to a battery control device.

リチウムイオン電池等の二次電池セル(単電池)を直列または直並列に複数個接続して組電池を構成し、さらに組電池を複数個直列または直並列に接続することで構成された電池モジュールが知られている。一般に、電気自動車やハイブリッド型自動車等の電動車両においては、こうした電池モジュールを複数個直列または直並列に接続して構成された電池(高電圧バッテリ)が、各電池モジュールを制御する電池制御装置とともに、蓄電装置として使用されている。蓄電装置から供給される高電圧の直流電力をインバータにより交流電力に変換し、この交流電力を用いてモータを駆動させることにより、電動車両は走行する。また、モータの回生発電により生成された交流電力をインバータにより直流電力に変換し、この直流電力を蓄電装置に供給することで、蓄電装置は充電される。 A battery module configured by connecting multiple secondary battery cells (cells) such as lithium ion batteries in series or series-parallel to form an assembled battery, and further connecting multiple assembled batteries in series or series-parallel. It has been known. Generally, in electric vehicles such as electric vehicles and hybrid vehicles, a battery (high-voltage battery) configured by connecting multiple battery modules in series or in series and parallel is used together with a battery control device that controls each battery module. , used as a power storage device. An electric vehicle runs by converting high-voltage DC power supplied from a power storage device into AC power using an inverter and driving a motor using this AC power. Furthermore, the power storage device is charged by converting AC power generated by regenerative power generation of the motor into DC power using an inverter and supplying this DC power to the power storage device.

上記の蓄電装置を搭載した電動車両では通常、電池の正極側および負極側とインバータとの間に、電池とインバータの間の接続を導通または遮断するための高電圧リレーがそれぞれ備えられている。さらに、正極側または負極側のいずれか一方のリレーと並列に、電流制限抵抗が直列に接続されたプリチャージリレーが備えられる場合もある。プリチャージリレーを備えた電動車両では、システム起動時にプリチャージリレーを先に導通させて突入電流を制限し、その後に高電圧リレーを導通させてプリチャージリレーを遮断する。 In an electric vehicle equipped with the above power storage device, high-voltage relays are usually provided between the positive and negative electrode sides of the battery and the inverter to conduct or cut off the connection between the battery and the inverter. Furthermore, a precharge relay in which a current limiting resistor is connected in series may be provided in parallel with either the positive or negative relay. In electric vehicles equipped with a precharge relay, when the system starts up, the precharge relay is first turned on to limit inrush current, and then the high voltage relay is turned on to cut off the precharge relay.

一般的に、リチウムイオン電池を用いて構成された蓄電装置を搭載した電動車両には、リチウムイオン電池を安全に使用するために、電池の過充電や過放電を防止するシステムが備えられている。さらに近年では、車両の機能安全に対する要求の高まりを受けて、ISO26262等の機能安全規格の適用が進んでいる。この場合、リチウムイオン電池を用いて構成された蓄電装置を搭載した電動車両では、電子回路の故障時に、電池とインバータの間の接続を確実に遮断して安全を確保する必要がある。 Generally, electric vehicles equipped with power storage devices configured using lithium-ion batteries are equipped with a system that prevents overcharging and over-discharging of the batteries in order to use the lithium-ion batteries safely. . Furthermore, in recent years, in response to increasing demands for functional safety of vehicles, functional safety standards such as ISO26262 have been increasingly applied. In this case, in an electric vehicle equipped with a power storage device configured using a lithium ion battery, it is necessary to ensure safety by reliably breaking the connection between the battery and the inverter in the event of a failure of the electronic circuit.

本技術分野に関連した従来技術として、特許文献1が知られている。特許文献1には、車両制御装置の出力信号とバッテリ制御装置の出力信号とがともに電力の供給継続を指示する信号の場合のみ、高電圧バッテリからの電力を供給継続するようにリレーをオンするリレー制御回路が開示されている。 Patent Document 1 is known as a prior art related to this technical field. Patent Document 1 discloses that only when the output signal of the vehicle control device and the output signal of the battery control device are both signals instructing to continue supplying power, a relay is turned on so as to continue supplying power from a high-voltage battery. A relay control circuit is disclosed.

特開2013-240165号公報Japanese Patent Application Publication No. 2013-240165

特許文献1に記載のリレー制御回路では、車両制御装置の出力信号とバッテリ制御装置の出力信号の論理積を出力するAND回路を二つのリレーにそれぞれ接続し、これらのAND回路からの出力信号を用いて、各リレーのON/OFFを制御している。そのため、いずれかのAND回路が故障した場合には、リレーの切り替えができなくなる可能性がある。特に、リチウムイオン電池を用いた蓄電装置では、リレーがオン状態のままだと電池が過充電や過放電に至ることがあるため、リレーをオンからオフに切り替えられない場合が問題となる。このように従来技術では、電池とインバータの間の接続を導通または遮断するリレーの制御を行う回路に故障が発生した場合に、電池が過充電や過放電に至るおそれがあるという課題があった。 In the relay control circuit described in Patent Document 1, an AND circuit that outputs the logical product of an output signal from a vehicle control device and an output signal from a battery control device is connected to each of two relays, and the output signals from these AND circuits are connected to each other. is used to control ON/OFF of each relay. Therefore, if any of the AND circuits breaks down, there is a possibility that the relays cannot be switched. In particular, in power storage devices using lithium ion batteries, if the relay remains on, the battery may overcharge or overdischarge, so a problem arises when the relay cannot be switched from on to off. As described above, the problem with conventional technology is that if a failure occurs in the circuit that controls the relay that conducts or interrupts the connection between the battery and the inverter, the battery may become overcharged or overdischarged. .

本発明による電池制御装置は、電池とインバータの間の接続を導通または遮断するためのリレーと、前記リレーを切り替えるための電流経路上にそれぞれ設けられた複数のスイッチと、を備えた電池システムにおいて用いられ、前記電池の状態を監視するものであって、前記複数のスイッチは、前記電池制御装置内に設けられた第1のスイッチと、前記電池制御装置外に設けられた第2のスイッチと、を含み前記第1のスイッチと前記第2のスイッチとは、前記電流経路上で互いに直列に接続され、互いに一方のみのスイッチ切り替えにより前記リレーをオフ状態に切り替え可能に構成されており、前記電池制御装置は、前記電池の異常を検知した場合、および、前記電池制御装置自身の異常を検知した場合に、前記第2のスイッチの切り替え状態の制御を行う上位制御装置に対して前記リレーの遮断要求を送信すると共に、前記第1のスイッチをオフ状態に切り替えるA battery control device according to the present invention is provided in a battery system including a relay for conducting or cutting off a connection between a battery and an inverter, and a plurality of switches each provided on a current path for switching the relay. is used to monitor the state of the battery , and the plurality of switches include a first switch provided within the battery control device and a second switch provided outside the battery control device. a switch, wherein the first switch and the second switch are connected in series to each other on the current path, and configured to be able to switch the relay to an OFF state by switching only one of the switches. and when the battery control device detects an abnormality in the battery and when it detects an abnormality in the battery control device itself, the battery control device controls a higher-level control device that controls the switching state of the second switch. While transmitting the relay cutoff request, the first switch is turned off .

本発明によれば、電池とインバータの間の接続を導通または遮断するリレーの制御を行う回路に故障が発生した場合でも、電池が過充電や過放電に至るのを確実に防止することができる。 According to the present invention, even if a failure occurs in the circuit that controls the relay that conducts or interrupts the connection between the battery and the inverter, it is possible to reliably prevent the battery from being overcharged or overdischarged. .

本発明の第1の実施形態に係る電池制御装置を含んだ電池システムの構成を示す図である。1 is a diagram showing the configuration of a battery system including a battery control device according to a first embodiment of the present invention. 電池制御装置の内部回路の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an example of an internal circuit of a battery control device. 電池制御装置が正常に起動した場合の動作シーケンスを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation sequence when a battery control device starts up normally. 電池制御装置の起動時に異常を検知した場合の動作シーケンスを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation sequence when abnormality is detected at the time of starting of a battery control device. 電池制御装置が正常に起動した後に異常を検知した場合の動作シーケンスを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the operation sequence when abnormality is detected after the battery control device starts normally. 本発明の第2の実施形態に係る電池制御装置を含んだ電池システムの構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the configuration of a battery system including a battery control device according to a second embodiment of the present invention.

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る電池制御装置を含んだ電池システムの構成を示す図である。図1に示す電池システムは、車両に搭載されたインバータ1と接続されてインバータ1との間で直流電力の授受を行うものであり、高電圧リレー2、電池3、リレー制御スイッチ401、および電池制御装置5を備える。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of a battery system including a battery control device according to a first embodiment of the present invention. The battery system shown in FIG. 1 is connected to an inverter 1 mounted on a vehicle to exchange DC power with the inverter 1, and includes a high voltage relay 2, a battery 3, a relay control switch 401, and a battery. A control device 5 is provided.

インバータ1は、車両に設けられた不図示のモータと電池3との間で、直流電力と交流電力の相互変換を行う。すなわち、電池3から供給された直流電力は、インバータ1により交流電力に変換されてモータに出力される。また、モータから供給された交流電力は、インバータ1により直流電力に変換されて電池3に出力される。 The inverter 1 mutually converts direct current power and alternating current power between a motor (not shown) and a battery 3 provided in the vehicle. That is, the DC power supplied from the battery 3 is converted into AC power by the inverter 1 and output to the motor. Further, the AC power supplied from the motor is converted into DC power by the inverter 1 and output to the battery 3.

高電圧リレー2は、インバータ1と電池3の間に接続されており、正極側リレー201、負極側リレー203、プリチャージリレー202およびプリチャージ用抵抗204を有する。正極側リレー201は、インバータ1のプラス側配線20と電池3のプラス側配線22の間に接続されている。負極側リレー203は、インバータ1のマイナス側配線21と電池3のマイナス側配線23の間に接続されている。プリチャージリレー202は、インバータ1のマイナス側配線21と電池3のマイナス側配線23の間に、負極側リレー203と並列に接続されている。プリチャージ用抵抗204は、プリチャージリレー202と直列に接続されている。 The high voltage relay 2 is connected between the inverter 1 and the battery 3, and includes a positive relay 201, a negative relay 203, a precharge relay 202, and a precharge resistor 204. The positive relay 201 is connected between the positive wiring 20 of the inverter 1 and the positive wiring 22 of the battery 3. The negative relay 203 is connected between the negative wiring 21 of the inverter 1 and the negative wiring 23 of the battery 3. The precharge relay 202 is connected in parallel with the negative relay 203 between the negative wiring 21 of the inverter 1 and the negative wiring 23 of the battery 3. Precharge resistor 204 is connected in series with precharge relay 202.

正極側リレー201、プリチャージリレー202、負極側リレー203には、これらのリレーを切り替えるための励磁コイルがそれぞれ内蔵されている。正極側リレー201の励磁コイルは、電流経路12および16に接続されている。プリチャージリレー202の励磁コイルは、電流経路13および17に接続されている。負極側リレー203の励磁コイルは、電流経路14および17に接続されている。これらの各励磁コイルは、それぞれの電流経路において電流が流れているときには、その電流により磁界を発生することで、対応する各リレーをON状態に切り替える。一方、それぞれの電流経路において電流が流れていないときには、対応する各リレーをOFF状態に切り替える。これにより、各電流経路を流れる電流の有無に応じて各リレーが切り替えられる。 The positive side relay 201, the precharge relay 202, and the negative side relay 203 each have built-in excitation coils for switching these relays. The excitation coil of the positive relay 201 is connected to the current paths 12 and 16. The excitation coil of precharge relay 202 is connected to current paths 13 and 17. The excitation coil of the negative relay 203 is connected to the current paths 14 and 17. When a current is flowing in each current path, each of these excitation coils generates a magnetic field by the current, thereby switching each corresponding relay to an ON state. On the other hand, when no current is flowing in each current path, each corresponding relay is switched to the OFF state. Thereby, each relay is switched depending on the presence or absence of current flowing through each current path.

高電圧バッテリである電池3は、複数の単電池301を直並列に接続して構成されている。各単電池301は、たとえばリチウムイオン電池等の二次電池を用いて構成されている。 The battery 3, which is a high voltage battery, is configured by connecting a plurality of single cells 301 in series and parallel. Each cell 301 is configured using, for example, a secondary battery such as a lithium ion battery.

リレー制御スイッチ401は、高電圧リレー2の正極側リレー201、プリチャージリレー202、負極側リレー203にそれぞれ接続された3つのスイッチ401-1、401-2、401-3により構成されている。スイッチ401-1の一端側は、電流経路12を介して正極側リレー201の励磁コイルに接続されている。スイッチ401-2の一端側は、電流経路13を介してプリチャージリレー202の励磁コイルに接続されている。スイッチ401-3の一端側は、電流経路14を介して負極側リレー203の励磁コイルに接続されている。これらのスイッチの他端側は、いずれも車両内の低電圧電源11に接続されている。なお、低電圧電源11は、たとえば電圧12Vの電装系電源である。リレー制御スイッチ401における各スイッチの切り替え状態は、車両に搭載された不図示の上位コントローラによって制御される。 The relay control switch 401 includes three switches 401-1, 401-2, and 401-3 connected to the positive relay 201, precharge relay 202, and negative relay 203 of the high voltage relay 2, respectively. One end of the switch 401-1 is connected to the excitation coil of the positive relay 201 via the current path 12. One end of the switch 401-2 is connected to the excitation coil of the precharge relay 202 via the current path 13. One end of the switch 401-3 is connected to the excitation coil of the negative relay 203 via the current path 14. The other ends of these switches are all connected to a low voltage power supply 11 inside the vehicle. Note that the low voltage power supply 11 is, for example, an electrical system power supply with a voltage of 12V. The switching state of each switch in relay control switch 401 is controlled by a higher-level controller (not shown) mounted on the vehicle.

電池制御装置5は、電池3の各単電池301間の接続点と電圧検出線19を介して接続されており、各単電池301の電圧を検出して電池3の状態を監視する。また、電池制御装置5は、リレー制御スイッチ501を内部に有している。リレー制御スイッチ501は、高電圧リレー2の正極側リレー201に接続されたスイッチ501-1と、プリチャージリレー202および負極側リレー203に接続されたスイッチ501-2により構成されている。スイッチ501-1の一端側は、電流経路16を介して正極側リレー201の励磁コイルに接続されている。スイッチ501-2の一端側は、電流経路17を介してプリチャージリレー202の励磁コイルおよび負極側リレー203の励磁コイルに接続されている。これらのスイッチの他端側は、いずれも低電圧電源11のGNDであるシャーシGND18に接続されている。スイッチ501-1および501-2の切り替え状態は、電池制御装置5によって制御され、電池制御装置5が正常に動作している場合は常にON状態に切り替えられる。 The battery control device 5 is connected to the connection point between each unit cell 301 of the battery 3 via a voltage detection line 19, and monitors the state of the battery 3 by detecting the voltage of each unit cell 301. The battery control device 5 also includes a relay control switch 501 therein. The relay control switch 501 includes a switch 501-1 connected to the positive relay 201 of the high voltage relay 2, and a switch 501-2 connected to the precharge relay 202 and the negative relay 203. One end of the switch 501-1 is connected to the excitation coil of the positive relay 201 via the current path 16. One end of the switch 501-2 is connected to the excitation coil of the precharge relay 202 and the excitation coil of the negative relay 203 via the current path 17. The other ends of these switches are both connected to the chassis GND 18, which is the GND of the low voltage power supply 11. The switching states of the switches 501-1 and 501-2 are controlled by the battery control device 5, and are always switched to the ON state when the battery control device 5 is operating normally.

以上説明したように、本実施形態の電池システムでは、リレー制御スイッチ401の3つのスイッチ401-1、401-2、401-3は、電流経路12~14上で、高電圧リレー2における各リレーの励磁コイルよりも低電圧電源11に近い側、すなわち高電位側に設けられている。一方、電池制御装置5内のリレー制御スイッチ501におけるスイッチ501-1および501-2は、電流経路16、17上で、高電圧リレー2における各リレーの励磁コイルよりもシャーシGND18に近い側、すなわち低電位側に設けられている。したがって、これらのスイッチをON状態に切り替えることで、各電流経路を介して励磁コイルに電流が流れるようにして、高電圧リレー2の各リレーをON状態に切り替えることが可能となっている。 As explained above, in the battery system of this embodiment, the three switches 401-1, 401-2, and 401-3 of the relay control switch 401 are connected to each relay in the high voltage relay 2 on the current paths 12 to 14. It is provided on the side closer to the low voltage power supply 11 than the excitation coil, that is, on the high potential side. On the other hand, switches 501-1 and 501-2 in the relay control switch 501 in the battery control device 5 are located on the side closer to the chassis GND 18 than the excitation coil of each relay in the high voltage relay 2 on the current paths 16 and 17, that is, It is provided on the low potential side. Therefore, by switching these switches to the ON state, current flows to the excitation coil via each current path, and it is possible to switch each relay of the high voltage relay 2 to the ON state.

図1の電池システムが起動されて電池制御装置5が動作を開始すると、リレー制御スイッチ501においてスイッチ501-1および501-2がON状態に切り替えられる。また、不図示の上位コントローラにより、リレー制御スイッチ401においてスイッチ401-1および401-2がON状態に切り替えられる。これにより、電流経路12および16に電流が流れて正極側リレー201がON状態に切り替えられると共に、電流経路13および17に電流が流れてプリチャージリレー202がON状態に切り替えられる。その結果、プリチャージ用抵抗204により突入電流が低減された状態で、インバータ1と電池3が接続される。その後、インバータ1内の平滑コンデンサが一定電圧以上に充電されると、スイッチ401-3がON状態に切り替えられると共に、スイッチ401-2がOFF状態に切り替えられる。これにより、電流経路14および17に電流が流れて負極側リレー203がON状態に切り替えられると共に、電流経路13の電流は遮断されてプリチャージリレー202がOFF状態に切り替えられる。その結果、インバータ1と電池3の接続が完了し、インバータ1と電池3の間で直流電力の授受が行われる。 When the battery system of FIG. 1 is activated and battery control device 5 starts operating, switches 501-1 and 501-2 in relay control switch 501 are turned on. Further, switches 401-1 and 401-2 in relay control switch 401 are switched to the ON state by a higher-level controller (not shown). As a result, current flows through current paths 12 and 16 and positive relay 201 is turned on, and current flows through current paths 13 and 17 and precharge relay 202 is turned on. As a result, inverter 1 and battery 3 are connected with inrush current reduced by precharge resistor 204. Thereafter, when the smoothing capacitor in the inverter 1 is charged to a certain voltage or higher, the switch 401-3 is turned on, and the switch 401-2 is turned off. As a result, current flows through current paths 14 and 17 and negative relay 203 is turned on, while the current in current path 13 is cut off and precharge relay 202 is turned off. As a result, the connection between the inverter 1 and the battery 3 is completed, and DC power is exchanged between the inverter 1 and the battery 3.

なお、図1に示した電池システムの例では、プリチャージリレー202およびプリチャージ用抵抗204は、インバータ1のマイナス側配線21と電池3のマイナス側配線23の間に、負極側リレー203と並列に接続されている。しかしながら、インバータ1のプラス側配線20と電池3のプラス側配線22の間に、正極側リレー201と並列に、プリチャージリレー202およびプリチャージ用抵抗204を接続してもよい。また、突入電流が特に問題とならない場合は、プリチャージリレー202およびプリチャージ用抵抗204を設けなくてもよい。 Note that in the example of the battery system shown in FIG. It is connected to the. However, a precharge relay 202 and a precharge resistor 204 may be connected between the positive wiring 20 of the inverter 1 and the positive wiring 22 of the battery 3 in parallel with the positive relay 201. Furthermore, if inrush current is not a particular problem, the precharge relay 202 and the precharge resistor 204 may not be provided.

ここで、インバータ1と電池3の接続が完了した後、電池3や電池制御装置5において何らかの異常が発生したとする。この場合、不図示の上位コントローラにより、リレー制御スイッチ401の各スイッチがOFF状態に切り替えられる。また、電池制御装置5は、リレー制御スイッチ501のスイッチ501-1および501-2をOFF状態に切り替える。その結果、電流経路12および16を流れる電流が遮断され、正極側リレー201がOFF状態に切り替えられると共に、電流経路14および17を流れる電流が遮断され、負極側リレー203がOFF状態に切り替えられる。このように、本実施形態の電池システムでは、インバータ1と電池3の接続遮断を行う系統を、リレー制御スイッチ401の系統と、電池制御装置5内のリレー制御スイッチ501の系統とで、二重系としている。したがって、いずれか一方の系統において故障が発生した場合でも、電池3が過充電や過放電に至るのを確実に防止することができる。 Here, it is assumed that after the connection between the inverter 1 and the battery 3 is completed, some abnormality occurs in the battery 3 or the battery control device 5. In this case, each switch of the relay control switch 401 is switched to the OFF state by a higher-level controller (not shown). Furthermore, the battery control device 5 switches the switches 501-1 and 501-2 of the relay control switch 501 to the OFF state. As a result, the current flowing through current paths 12 and 16 is cut off, and positive relay 201 is turned off, and the current flowing through current paths 14 and 17 is cut off, and negative relay 203 is turned off. In this way, in the battery system of the present embodiment, the system for disconnecting and disconnecting the inverter 1 and the battery 3 is dually connected to the system for the relay control switch 401 and the system for the relay control switch 501 in the battery control device 5. It is a system. Therefore, even if a failure occurs in either system, it is possible to reliably prevent the battery 3 from being overcharged or overdischarged.

図2は、電池制御装置5の内部回路の一例を示す図である。電池制御装置5は、図1に示したリレー制御スイッチ501を構成するスイッチ501-1および501-2を有すると共に、符号502~507、520の各端子と、電源回路508、監視回路510、モニタ回路514-1および514-2、駆動回路516、マイコン518、CANドライバ519とを有する。 FIG. 2 is a diagram showing an example of the internal circuit of the battery control device 5. As shown in FIG. The battery control device 5 has switches 501-1 and 501-2 that constitute the relay control switch 501 shown in FIG. It has circuits 514-1 and 514-2, a drive circuit 516, a microcomputer 518, and a CAN driver 519.

端子502は、電池制御装置5の動作電源を入力するための端子である。端子502から入力された動作電源は、電源回路508により電圧変換され、符号509に示すように、マイコン518の電源VCCとしてマイコン518に出力される。 The terminal 502 is a terminal for inputting the operating power of the battery control device 5. The operating power input from the terminal 502 is converted into voltage by the power supply circuit 508, and is output to the microcomputer 518 as a power supply VCC for the microcomputer 518, as shown by reference numeral 509.

端子503、504は、図1の電流経路16、17にそれぞれ接続されている。スイッチ501-1および501-2は、端子503、504と、電流経路16、17とをそれぞれ介して、図1の正極側リレー201の励磁コイルと、プリチャージリレー202の励磁コイルおよび負極側リレー203の励磁コイルとにそれぞれ接続されている。 Terminals 503 and 504 are connected to current paths 16 and 17 in FIG. 1, respectively. Switches 501-1 and 501-2 connect the excitation coil of positive relay 201, the excitation coil of precharge relay 202, and the negative relay of FIG. and the excitation coils 203, respectively.

端子505、506、507は、いずれもシャーシGND18に接続されている。スイッチ501-1および501-2は、端子505および506を介して、シャーシGND18にそれぞれ接続されている。マイコン518は、端子507を介して、シャーシGND18に接続されている。 Terminals 505, 506, and 507 are all connected to chassis GND18. Switches 501-1 and 501-2 are connected to chassis GND 18 via terminals 505 and 506, respectively. Microcomputer 518 is connected to chassis GND 18 via terminal 507.

このように、電池制御装置5では、各リレーの励磁コイルへ接続するための端子(端子503および504)や、シャーシGND18へ接続するための端子(端子505、506および507)を、それぞれ複数ずつ設けている。その理由は、各端子の許容電流をオーバーしないように余裕を持った構成とするためである。また、端子電流が大きくなると接触抵抗による電圧ドロップで回路動作に悪影響を及ぼすことが考えられるため、それを防止する目的もある。 In this way, the battery control device 5 has a plurality of terminals (terminals 503 and 504) for connecting to the excitation coil of each relay, and a plurality of terminals (terminals 505, 506, and 507) for connecting to the chassis GND 18. It is set up. The reason for this is to provide a configuration with a margin so as not to exceed the allowable current of each terminal. Furthermore, if the terminal current becomes large, a voltage drop due to contact resistance may adversely affect the circuit operation, so the purpose is to prevent this.

監視回路510は、信号線512を介してマイコン518との間で所定のデータを入出力することにより、マイコン518の動作を監視する回路である。たとえば、マイコン518の暴走や、マイコン518がデュアルコアを搭載したマイコンであれば、デュアルコア間の演算不一致などを監視することで、監視回路510はマイコン518の動作が異常であるか否かを監視している。これらのマイコン518の動作異常が発生した場合、監視回路510は、リセット信号511を出力してマイコン518をリセットしたり、マイコンFail信号513を駆動回路516に出力したりする。 The monitoring circuit 510 is a circuit that monitors the operation of the microcomputer 518 by inputting and outputting predetermined data to and from the microcomputer 518 via a signal line 512. For example, the monitoring circuit 510 can detect whether or not the operation of the microcomputer 518 is abnormal by monitoring runaway of the microcomputer 518 or, if the microcomputer 518 is equipped with dual cores, calculation mismatch between the dual cores. I'm monitoring it. When an abnormal operation of these microcomputers 518 occurs, the monitoring circuit 510 outputs a reset signal 511 to reset the microcomputer 518 or outputs a microcomputer fail signal 513 to the drive circuit 516.

モニタ回路514-1および514-2は、スイッチ501-1、501-2の状態をそれぞれモニタし、その結果をマイコン518に出力する。 Monitor circuits 514-1 and 514-2 monitor the states of switches 501-1 and 501-2, respectively, and output the results to microcomputer 518.

駆動回路516は、マイコン518から出力される駆動信号517、または監視回路510から出力されるマイコンFail信号513に応じて、スイッチ501-1および501-2をそれぞれON状態またはOFF状態に切り替える。具体的には、マイコン518から駆動信号517が出力されると、駆動回路516はスイッチ501-1および501-2をそれぞれON状態に切り替える。また、監視回路510からマイコンFail信号513が出力されると、駆動信号517の出力の有無に関わらず、駆動回路516はスイッチ501-1および501-2をそれぞれOFF状態に切り替える。これにより、マイコン518の動作異常が発生した場合には、図1の正極側リレー201および負極側リレー203をそれぞれOFF状態に切り替えて、インバータ1と電池3の接続が遮断されるようにする。 The drive circuit 516 switches the switches 501-1 and 501-2 to the ON state or OFF state, respectively, in response to the drive signal 517 output from the microcomputer 518 or the microcomputer fail signal 513 output from the monitoring circuit 510. Specifically, when the drive signal 517 is output from the microcomputer 518, the drive circuit 516 turns on the switches 501-1 and 501-2. Furthermore, when the microcomputer Fail signal 513 is output from the monitoring circuit 510, the drive circuit 516 switches the switches 501-1 and 501-2 to the OFF state, regardless of whether the drive signal 517 is output. As a result, when an abnormal operation of the microcomputer 518 occurs, the positive side relay 201 and the negative side relay 203 in FIG. 1 are respectively switched to the OFF state, and the connection between the inverter 1 and the battery 3 is cut off.

端子520は、車両内に設けられた不図示のCAN(Controller Area Network)に接続されている。CANドライバ519は、マイコン518から出力されるデータをCAN信号に変換し、端子520を介してCANに送信すると共に、端子520を介してCANから受信したCAN信号をデータに変換し、マイコン518に出力する。電池制御装置5は、このCANドライバ519によるCAN信号を用いて、前述の上位コントローラとの間で通信を行うことができる。 The terminal 520 is connected to a CAN (Controller Area Network) (not shown) provided in the vehicle. The CAN driver 519 converts data output from the microcomputer 518 into a CAN signal, transmits it to the CAN via a terminal 520, converts the CAN signal received from the CAN via the terminal 520 into data, and sends the data to the microcomputer 518. Output. The battery control device 5 can communicate with the above-mentioned upper controller using the CAN signal from the CAN driver 519.

なお、図2に示した構成例では、スイッチ501-1および501-2に対して駆動回路516を一つだけ設けたが、各スイッチに対して駆動回路516をそれぞれ設けるようにしてもよい。 Note that in the configuration example shown in FIG. 2, only one drive circuit 516 is provided for the switches 501-1 and 501-2, but a drive circuit 516 may be provided for each switch.

次に、本実施形態の電池システムの動作シーケンスについて、図3、4および5の各フローチャートを用いて説明する。 Next, the operation sequence of the battery system of this embodiment will be explained using the flowcharts of FIGS. 3, 4, and 5.

図3は、電池制御装置5が正常に起動した場合の動作シーケンスを示すフローチャートである。ステップ801で車両が起動し、ステップ802で電池制御装置5が正常に起動すると、ステップ803で電池制御装置5は、マイコン518から駆動回路516へ駆動信号517を出力し、内蔵しているスイッチ501-1および501-2をON状態に切り替える。続いて、ステップ804で電池制御装置5は、マイコン518からCANドライバ519へ所定のデータを出力し、高電圧リレー2のON状態への切り替えを許可するCAN信号であるリレーON許可信号を不図示の上位コントローラへ出力する。 FIG. 3 is a flowchart showing the operation sequence when the battery control device 5 is started normally. When the vehicle is started in step 801 and the battery control device 5 is started normally in step 802, the battery control device 5 outputs the drive signal 517 from the microcomputer 518 to the drive circuit 516 in step 803, and the built-in switch 501 -1 and 501-2 are switched to the ON state. Subsequently, in step 804, the battery control device 5 outputs predetermined data from the microcomputer 518 to the CAN driver 519, and outputs a relay ON permission signal (not shown), which is a CAN signal that permits switching of the high voltage relay 2 to the ON state. output to the higher-level controller.

ステップ804で電池制御装置5から送信されたリレーON許可信号を受信すると、ステップ805で上位コントローラは、リレー制御スイッチ401の各スイッチをON状態に切り替える。このとき前述のように、最初にスイッチ401-1および401-2をON状態に切り替え、インバータ1内の平滑コンデンサが一定電圧以上に充電された後に、スイッチ401-3をON状態に切り替えると共に、スイッチ401-2をOFF状態に切り替える。このリレー制御スイッチ401の切り替えに応じて各電流経路に電流が流れることにより、ステップ806で高電圧リレー2の各リレーが順次ON状態に切り替えられ、ステップ807で電池3の充放電が開始される。 Upon receiving the relay ON permission signal transmitted from the battery control device 5 in step 804, the host controller switches each switch of the relay control switch 401 to the ON state in step 805. At this time, as described above, switches 401-1 and 401-2 are first turned on, and after the smoothing capacitor in inverter 1 is charged to a certain voltage or higher, switch 401-3 is turned on, and Switch 401-2 is turned off. By causing current to flow through each current path in response to switching of the relay control switch 401, each relay of the high voltage relay 2 is sequentially switched to the ON state in step 806, and charging and discharging of the battery 3 is started in step 807. .

図4は、電池制御装置5の起動時に異常を検知した場合の動作シーケンスを示すフローチャートである。この場合、ステップ811で車両が起動すると、ステップ812で電池制御装置5が起動時に異常を検知する。なお、電池制御装置5が検知する異常には、軽微な故障から重篤な故障まで多様な種類のものが考えられるが、ここでは特にインバータ1と電池3の接続を遮断すべき重篤な故障を想定している。軽い故障に対しては、この限りでは無い。 FIG. 4 is a flowchart showing an operation sequence when an abnormality is detected when the battery control device 5 is activated. In this case, when the vehicle is started in step 811, the battery control device 5 detects an abnormality during startup in step 812. Note that the battery control device 5 may detect various types of abnormalities ranging from minor failures to serious failures, but here we will specifically consider serious failures that require the connection between the inverter 1 and the battery 3 to be cut off. is assumed. This does not apply to minor failures.

ステップ812で電池制御装置5が異常を検知すると、ステップ813で電池制御装置5は、マイコン518から駆動回路516へ駆動信号517を出力せずに、内蔵しているスイッチ501-1および501-2をON状態に切り替えない。続いて、ステップ814で電池制御装置5は、マイコン518からCANドライバ519へ所定のデータを出力せずに、リレーON許可信号を上位コントローラへ出力しない。 When the battery control device 5 detects an abnormality in step 812, in step 813 the battery control device 5 outputs the built-in switches 501-1 and 501-2 without outputting the drive signal 517 from the microcomputer 518 to the drive circuit 516. cannot be switched to the ON state. Subsequently, in step 814, the battery control device 5 does not output predetermined data from the microcomputer 518 to the CAN driver 519, and does not output a relay ON permission signal to the higher-level controller.

ステップ814で電池制御装置5からリレーON許可信号が送信されないため、ステップ815で上位コントローラは、リレー制御スイッチ401の各スイッチをON状態に切り替えない。その結果、ステップ816で高電圧リレー2の各リレーがON状態に切り替えられず、ステップ817で電池3の充放電が開始されない。 Since the relay ON permission signal is not transmitted from the battery control device 5 in step 814, the higher-level controller does not turn on each switch of the relay control switch 401 in step 815. As a result, each relay of the high voltage relay 2 is not switched to the ON state in step 816, and charging and discharging of the battery 3 is not started in step 817.

図5は、電池制御装置5が正常に起動した後に異常を検知した場合の動作シーケンスを示すフローチャートである。この場合、ステップ801で車両が起動すると、ステップ802~807までは図3と同じ内容の動作がそれぞれ行われ、電池3の充放電が開始される。その後、ステップ821で車両の走行中に電池制御装置5が異常を検知すると、ステップ822で電池制御装置5は、マイコン518からCANドライバ519へ所定のデータを出力し、高電圧リレー2のOFF状態への切り替えを要求するCAN信号を上位コントローラへ出力する。続いて一定時間経過後に、ステップ823で電池制御装置5は、マイコン518から駆動回路516への駆動信号517の出力を停止し、内蔵しているスイッチ501-1および501-2をOFF状態に切り替える。 FIG. 5 is a flowchart showing an operation sequence when an abnormality is detected after the battery control device 5 has started up normally. In this case, when the vehicle is started in step 801, the same operations as in FIG. 3 are performed in steps 802 to 807, and charging and discharging of the battery 3 is started. Thereafter, when the battery control device 5 detects an abnormality while the vehicle is running in step 821, the battery control device 5 outputs predetermined data from the microcomputer 518 to the CAN driver 519 in step 822, and sets the high voltage relay 2 to the OFF state. A CAN signal requesting switching to is output to the higher-level controller. Subsequently, after a certain period of time has elapsed, in step 823, the battery control device 5 stops outputting the drive signal 517 from the microcomputer 518 to the drive circuit 516, and switches the built-in switches 501-1 and 501-2 to the OFF state. .

ステップ822で電池制御装置5から送信された高電圧リレー2のOFF状態への切り替え要求を受けて、上位コントローラがリレー制御スイッチ401の各スイッチをOFF状態に切り替えるか、または、ステップ823で電池制御装置5がスイッチ501-1および501-2をOFF状態に切り替えることにより、各電流経路に流れる電流が遮断される。その結果、ステップ824で高電圧リレー2の各リレーがOFF状態に切り替えられ、ステップ825で電池3の充放電が停止される。 Upon receiving the request to switch the high voltage relay 2 to the OFF state transmitted from the battery control device 5 in step 822, the host controller switches each switch of the relay control switch 401 to the OFF state, or controls the battery in step 823. When the device 5 switches the switches 501-1 and 501-2 to the OFF state, the current flowing through each current path is cut off. As a result, each relay of the high voltage relay 2 is switched to the OFF state in step 824, and charging and discharging of the battery 3 is stopped in step 825.

(第2の実施形態)
図6は、本発明の第2の実施形態に係る電池制御装置を含んだ電池システムの構成を示す図である。本実施形態の電池システムでは、図1に示した第1の実施形態の電池システムと比べて、リレー制御スイッチ401における3つのスイッチ401-1、401-2、401-3の励磁コイルに接続されていない他端側が、シャーシGND18に接続されている点と、電池制御装置5内に設けられたリレー制御スイッチ501におけるスイッチ501-1および501-2の励磁コイルに接続されていない他端側が、低電圧電源11に接続されている点とが異なっている。
(Second embodiment)
FIG. 6 is a diagram showing the configuration of a battery system including a battery control device according to a second embodiment of the present invention. In the battery system of this embodiment, compared to the battery system of the first embodiment shown in FIG. The other end side that is not connected to the chassis GND 18 is connected to the chassis GND 18, and the other end side that is not connected to the excitation coil of the switches 501-1 and 501-2 in the relay control switch 501 provided in the battery control device 5. The difference is that it is connected to a low voltage power supply 11.

このように、本実施形態の電池システムでは、リレー制御スイッチ401の3つのスイッチ401-1、401-2、401-3は、電流経路12~14上で、高電圧リレー2における各リレーの励磁コイルよりもシャーシGND18に近い側、すなわち低電位側に設けられている。一方、電池制御装置5内のリレー制御スイッチ501におけるスイッチ501-1および501-2は、電流経路16、17上で、高電圧リレー2における各リレーの励磁コイルよりも低電圧電源11に近い側、すなわち高電位側に設けられている。したがって、第1の実施形態と同様に、これらのスイッチをON状態に切り替えることで、各電流経路を介して励磁コイルに電流が流れるようにして、高電圧リレー2の各リレーをON状態に切り替えることが可能となっている。 In this way, in the battery system of this embodiment, the three switches 401-1, 401-2, and 401-3 of the relay control switch 401 excite each relay in the high voltage relay 2 on the current paths 12 to 14. It is provided on the side closer to the chassis GND 18 than the coil, that is, on the low potential side. On the other hand, switches 501-1 and 501-2 in the relay control switch 501 in the battery control device 5 are on the side closer to the low voltage power supply 11 than the excitation coil of each relay in the high voltage relay 2 on the current paths 16 and 17. , that is, it is provided on the high potential side. Therefore, similarly to the first embodiment, by switching these switches to the ON state, current flows to the exciting coil via each current path, and each relay of the high voltage relay 2 is switched to the ON state. It is now possible.

なお、本実施形態における各スイッチの切り替え方法は、第1の実施形態で説明したのと同様である。そのため、本実施形態の電池システムでも、インバータ1と電池3の接続遮断を行う系統を、リレー制御スイッチ401の系統と、電池制御装置5内のリレー制御スイッチ501の系統とで、二重系としている。したがって、いずれか一方の系統において故障が発生した場合でも、電池3が過充電や過放電に至るのを確実に防止することができる。 Note that the method of switching each switch in this embodiment is the same as that described in the first embodiment. Therefore, in the battery system of this embodiment as well, the system for disconnecting the connection between the inverter 1 and the battery 3 is a dual system consisting of a system for the relay control switch 401 and a system for the relay control switch 501 in the battery control device 5. There is. Therefore, even if a failure occurs in either system, it is possible to reliably prevent the battery 3 from being overcharged or overdischarged.

以上説明した本発明の実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。 According to the embodiment of the present invention described above, the following effects are achieved.

(1)電池システムは、電池3とインバータ1の間の接続を導通または遮断するための高電圧リレー2と、高電圧リレー2を切り替えるための電流経路12~14、16、17上にそれぞれ設けられた複数のリレー制御スイッチ401および501と、を備える。電池制御装置5は、この電池システムにおいて用いられ、電池3の状態を監視する。リレー制御スイッチ401および501は、電流経路12~14、16、17上で互いに直列に接続されており、このうちリレー制御スイッチ501は、電池制御装置5内に設けられている。電池制御装置5は、このリレー制御スイッチ501の切り替え状態を制御する。このようにしたので、電池3とインバータ1の間の接続を導通または遮断する高電圧リレー2の制御を行う回路である上位コントローラに故障が発生した場合でも、電池3が過充電や過放電に至るのを確実に防止することができる。 (1) The battery system includes a high voltage relay 2 for conducting or breaking the connection between the battery 3 and the inverter 1, and a current path 12 to 14, 16, and 17 for switching the high voltage relay 2, respectively. A plurality of relay control switches 401 and 501 are provided. A battery control device 5 is used in this battery system and monitors the state of the battery 3. Relay control switches 401 and 501 are connected in series to each other on current paths 12 to 14, 16, and 17, and relay control switch 501 is provided within battery control device 5. Battery control device 5 controls the switching state of this relay control switch 501. Because this is done, even if a failure occurs in the host controller, which is the circuit that controls the high voltage relay 2 that conducts or cuts off the connection between the battery 3 and the inverter 1, the battery 3 will not be overcharged or overdischarged. This can be reliably prevented.

(2)電池3とインバータ1の間に、高電圧リレー2として、正極側リレー201、負極側リレー203およびプリチャージリレー202が設けられている。これらのリレーの各々に対応して、スイッチ401-1およびスイッチ501-1の組と、スイッチ401-2およびスイッチ501-2の組と、スイッチ401-3およびスイッチ501-2の組とが、それぞれ設けられている。これらのスイッチの各組は、電池制御装置5内に設けられたリレー制御スイッチ501におけるスイッチ501-1またはスイッチ501-2をそれぞれ含む。このようにしたので、電池3とインバータ1の間の接続および遮断を、安全かつ確実に行うことができる。 (2) A positive relay 201 , a negative relay 203 , and a precharge relay 202 are provided as high voltage relays 2 between the battery 3 and the inverter 1 . Corresponding to each of these relays, a set of switch 401-1 and switch 501-1, a set of switch 401-2 and switch 501-2, and a set of switch 401-3 and switch 501-2 are provided. Each is provided. Each set of these switches includes switch 501-1 or switch 501-2 in relay control switch 501 provided in battery control device 5, respectively. With this configuration, the connection and disconnection between the battery 3 and the inverter 1 can be performed safely and reliably.

(3)電流経路12~14、16、17上で互いに直列に接続されたリレー制御スイッチ401および電池制御装置5内に設けられたリレー制御スイッチ501は、一方が電流経路12~14、16、17の高電位側に接続されており、他方が電流経路12~14、16、17の低電位側に接続されている。このようにしたので、いずれかのスイッチをOFF状態に切り替えることで、電流経路12~14、16、17に流れる電流を遮断し、高電圧リレー2を確実にOFF状態とすることができる。 (3) The relay control switch 401 connected in series with each other on the current paths 12 to 14, 16, and 17 and the relay control switch 501 provided in the battery control device 5 have one side connected to the current paths 12 to 14, 16, and The other end is connected to the high potential side of current path 17, and the other end is connected to the low potential side of current paths 12-14, 16, and 17. With this configuration, by switching any one of the switches to the OFF state, the current flowing through the current paths 12 to 14, 16, and 17 can be cut off, and the high voltage relay 2 can be reliably turned OFF.

(4)電流経路12~14、16、17上には、これらの電流経路を流れる電流の有無に応じて高電圧リレー2を切り替える各リレーの励磁コイルが配置されている。電池制御装置5内に設けられたリレー制御スイッチ501は、電流経路16、17上で励磁コイルよりも高電位側または低電位側に設けられている。このようにしたので、リレー制御スイッチ501をON状態に切り替えることで、励磁コイルに電流を流して高電圧リレー2の各リレーをON状態に切り替えることができる。 (4) Excitation coils for each relay are arranged on the current paths 12 to 14, 16, and 17 to switch the high voltage relay 2 depending on the presence or absence of current flowing through these current paths. A relay control switch 501 provided in the battery control device 5 is provided on the current paths 16 and 17 at a higher potential side or a lower potential side than the excitation coil. With this configuration, by switching the relay control switch 501 to the ON state, current can flow through the excitation coil to switch each relay of the high voltage relay 2 to the ON state.

以上説明した実施形態や各種変形例はあくまで一例であり、発明の特徴が損なわれない限り、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。また、上記では種々の実施形態や変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更があっても、本発明の技術的思想の範囲内で考えられるものであれば本発明の範囲内に含まれる。 The embodiments and various modifications described above are merely examples, and the present invention is not limited to these contents as long as the characteristics of the invention are not impaired. Furthermore, although various embodiments and modifications have been described above, the present invention is not limited to these. Even if there are changes that do not depart from the gist of the present invention, they are included within the scope of the present invention as long as they are considered within the scope of the technical idea of the present invention.

1 インバータ
2 高電圧リレー
3 電池
5 電池制御装置
11 低電圧電源
12,13,14,16,17 電流経路
18 シャーシGND
19 電圧検出線
20 インバータのプラス側配線
21 インバータのマイナス側配線
22 電池のプラス側配線
23 電池のマイナス側配線
201 正極側リレー
202 プリチャージリレー
203 負極側リレー
204 プリチャージ用抵抗
301 単電池
401,501 リレー制御スイッチ
1 Inverter 2 High voltage relay 3 Battery 5 Battery control device 11 Low voltage power supply 12, 13, 14, 16, 17 Current path 18 Chassis GND
19 Voltage detection line 20 Inverter positive side wiring 21 Inverter negative side wiring 22 Battery positive side wiring 23 Battery negative side wiring 201 Positive side relay 202 Precharge relay 203 Negative side relay 204 Precharge resistor 301 Single cell 401, 501 Relay control switch

Claims (4)

電池とインバータの間の接続を導通または遮断するためのリレーと、前記リレーを切り替えるための電流経路上にそれぞれ設けられた複数のスイッチと、を備えた電池システムにおいて用いられ、前記電池の状態を監視する電池制御装置であって、
前記複数のスイッチは、前記電池制御装置内に設けられた第1のスイッチと、前記電池制御装置外に設けられた第2のスイッチと、を含み
前記第1のスイッチと前記第2のスイッチとは、前記電流経路上で互いに直列に接続され、互いに一方のみのスイッチ切り替えにより前記リレーをオフ状態に切り替え可能に構成されており、
前記電池制御装置は、前記電池の異常を検知した場合、および、前記電池制御装置自身の異常を検知した場合に、前記第2のスイッチの切り替え状態の制御を行う上位制御装置に対して前記リレーの遮断要求を送信すると共に、前記第1のスイッチをオフ状態に切り替える電池制御装置。
It is used in a battery system that includes a relay for conducting or breaking a connection between a battery and an inverter, and a plurality of switches each provided on a current path for switching the relay. A battery control device for monitoring,
The plurality of switches include a first switch provided within the battery control device and a second switch provided outside the battery control device,
The first switch and the second switch are connected to each other in series on the current path, and are configured to be able to turn off the relay by switching only one of the switches,
The battery control device transmits the relay to a higher-level control device that controls the switching state of the second switch when detecting an abnormality in the battery and when detecting an abnormality in the battery control device itself. A battery control device that transmits a cutoff request for the first switch and switches the first switch to an off state .
請求項1に記載の電池制御装置において、The battery control device according to claim 1,
正常起動した場合、前記上位制御装置に対して前記リレーのオン状態への切り替えを許可する許可信号を送信すると共に、前記第1のスイッチをオン状態に切り替え、If the system starts up normally, transmitting a permission signal to the upper control device to permit switching of the relay to an on state, and switching the first switch to an on state;
起動時に前記電池または前記電池制御装置自身の異常を検知した場合、前記上位制御装置に対して前記許可信号を送信せずに、前記第1のスイッチをオン状態に切り替えない電池制御装置。A battery control device that does not turn on the first switch without transmitting the permission signal to the higher-level control device when an abnormality of the battery or the battery control device itself is detected during startup.
請求項1または2に記載の電池制御装置において、
前記電池と前記インバータの間に、前記リレーが複数設けられており、
複数の前記リレーの各々に対応して、前記複数のスイッチの組がそれぞれ設けられており、
前記複数のスイッチの各組は、前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチをそれぞれ含む電池制御装置。
The battery control device according to claim 1 or 2 ,
A plurality of the relays are provided between the battery and the inverter,
A set of the plurality of switches is provided corresponding to each of the plurality of relays,
A battery control device in which each set of the plurality of switches includes the first switch and the second switch .
請求項1または2に記載の電池制御装置において、
前記電流経路上には、前記電流経路を流れる電流の有無に応じて前記リレーを切り替える励磁コイルが配置されており、
前記第1のスイッチは、前記電流経路上で前記励磁コイルよりも高電位側または低電位側に設けられており、
前記第2のスイッチは、前記電流経路上で前記励磁コイルを間に挟んで前記第1のスイッチと直列に接続されている電池制御装置。
The battery control device according to claim 1 or 2 ,
An excitation coil that switches the relay depending on the presence or absence of current flowing through the current path is disposed on the current path,
The first switch is provided on the current path on a higher potential side or a lower potential side than the excitation coil ,
The second switch is a battery control device connected in series with the first switch on the current path with the excitation coil interposed therebetween.
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