KR102515395B1

KR102515395B1 - 차량 및 그 제어방법

Info

Publication number: KR102515395B1
Application number: KR1020170173180A
Authority: KR
Inventors: 강승원; 전지환; 오현종; 박성진; 박민규
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아 주식회사; 홍익대학교 산학협력단
Priority date: 2017-12-15
Filing date: 2017-12-15
Publication date: 2023-03-30
Also published as: US20190184846A1; US11569678B2; KR20190072100A

Abstract

개시된 발명은 차량 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 차량은 제어부의 제어에 따라 발전제어에 의해 설정된 목표 전압을 차량 배터리로 출력하는 알터네이터; 및 키 오프한 후 OCV(Open Circuit Voltage)가 기 설정된 범위 이내로 유지되는 경우, 초기 SOC를 DCIR(Direct Current Internal Resistance) 맵을 통해 산출하여 연산 SOC 계산 시 적용하고, 초기 SOC를 적용한 실제 배터리 충전 전류량과 계산된 배터리 충전량의 차이를 기초로 가용 SOC 범위를 조정하는 제어부;를 포함할 수 있다.

Description

차량 및 그 제어방법{VEHICLE AND CONTROLLING METHOD THEREOF}

차량 및 그 제어방법에 관한 것이다.

리튬 배터리 적용 차량에서는 키 오프 후 배터리 화학적 안정화 시간이 경과되었을 때, OCV(Open Circuit Voltage)에 의한 초기 SOC(State of Charge) 설정이 어려운 영역이 존재하게 된다.

구체적으로, 12V 리튬 배터리의 경우,납산 배터리 대비 물성적 차이로 SOC에 따른 OCV의 차이가 미미한 평평한 영역(Flat한 영역)이 존재한다.

이러한 경우, OCV에 따라 산출되는 초기 SOC의 값의 오차가 증가하게 된다.

또한, 정확하지 않은 초기 SOC로 인해 배터리의 SOC 추정을 위한 연산 SOC 오차도 증가하게 된다.

이에, 서비스 운용자는 리튬 배터리의 정확한 초기 SOC 추정 방안을 모색하게 되었다.

개시된 실시예는리튬 배터리의 초기 SOC를 정확하게 추정할 수 있는 차량 및 그 제어방법을 제공하고자 한다.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 일 측면에 따른차량은, 차량 배터리; 상기 차량 배터리의 전류, 전압 및 온도를 측정하기 위한 차량 센서; 제어부의 제어에 따라 발전제어에 의해 설정된 목표 전압을 상기 차량 배터리로 출력하는 알터네이터; 및 상기 차량 배터리의 전류, 전압 및 온도를 기초로 연산 SOC를 계산하되, 키 오프(Key Off)한 후 OCV(Open Circuit Voltage)가 기 설정된 범위 이내로 유지되는 경우, 초기 SOC를 DCIR(Direct Current Internal Resistance) 맵을 통해 산출하여 상기 연산 SOC 계산 시 적용하고, 상기 초기 SOC를 적용한 실제 배터리 충전 전류량과 계산된 배터리 충전량의 차이를 기초로 가용 SOC 범위를 조정하는 제어부;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 상기 키 오프 한 후, 상기 차량 배터리의 안정화 시간 경과 이후 상기 OCV가 기 설정된 범위 이내로 유지되는 경우, 초기 SOC 값을 폴트(Fault)로 설정하고 상기 DCIR을 통한 초기 SOC 산출 알고리즘을 수행할 수 있다.

또한, 상기 제어부는,시동 온 후 초기 SOC가 폴트인 경우, 상기 알터네이터를 통해 상기 차량 배터리의 충전 전압을 제1 전압으로 설정하고, 상기 차량 배터리로부터 전류가 방전되면 DCIR 맵을 통해 상기 초기 SOC를 설정할 수 있다.

또한, 상기 제어부는,상기 초기 SOC 설정 후 상기 알터네이터의 출력 전압 제어를 통해 상기 차량 배터리의 충전 전압을 제2 전압으로 설정하여 전류 적산을 시작하고, 상기 차량 배터리의 SOC가 충전 기준치에 도달하면 전류 적산을 중지한 후 연산 SOC를 현재 전류 적산량으로 설정할 수 있다.

또한, 상기 제어부는,상기 차량 배터리의 충전 전압, 전류 및 엔진 알피엠(RPM)을 기초로 상기 차량 배터리의 SOC가 충전 기준치에 도달한지 여부를 판단할 수 있다.

또한, 상기 제어부는,상기 초기 SOC 설정 후 실제 차량 배터리의 충전 전류량, DCIR을 기초한 초기 SOC 및 연산 SOC를 기초로 상기 차량 배터리의 내구 저하 발생여부를 판단하고, 판단 결과 상기 차량 배터리의 내구 저하가 발생한 경우 상기 가용 SOC 범위를 조정할 수 있다.

또한, 상기 제어부는,수학식 1을 통해 상기 초기 SOC 설정 후 실제 차량 배터리의 충전 전류량(SOC∫I_B)을 산출하고,상기 수학식 1은, SOC∫I_B= [Total 전류 적산량 (∫I_B) / 배터리 용량 (Ah)] X 100일 수 있다.

또한, 상기 제어부는,기 설정된 가용 SOC 범위의 최소 SOC에 초기 SOC를 적용한 실제 차량 배터리 충전 전류량과 계산된 배터리 충전량의 차이를 합산하여 상기 가용 SOC 범위를 조정할 수 있다.

또한, 상기 차량 배터리는 리튬 배터리일 수 있다.

일 측면에 따른 차량의 제어방법은, 차량 배터리의 전류, 전압 및 온도를 측정하고,키 오프(Key Off) 신호를 수신하고,SOC(State of Charge)-OCV(Open Circuit Voltage) 맵에서 OCV가 기 설정된 범위 이내로 유지되는 경우, 초기 SOC 값을 폴트(Fault)로 설정하고,DCIR(Direct Current Internal Resistance) 맵을 통해 초기 SOC를 산출하고,상기 산출된 DCIR을 적용한 초기 SOC를 적용하여 연산 SOC 계산하고,상기 연산 SOC를 이용하여 목표 전압을 설정하여 차량 배터리로 출력하는 것을 포함할 수 있다.

또한, 상기 차량의 제어방법은, 상기 키 오프 신호를 수신하는 것 이후, 상기 초기 SOC 값을 폴트로 설정하는 것 이전에,차량 배터리의 안정화 시간이 경과하였는지 여부를 확인하는 것을 더 포함하고,상기 차량 배터리의 안정화 시간이 경과한 경우, 상기 OCV가 기 설정된 범위 이내인지 여부를 확인할 수 있다.

또한, 상기 차량의 제어방법의 상기 초기 SOC를 산출하는 것은,시동 온 후 초기 SOC가 폴트인 경우, 알터네이터를 통해 상기 차량 배터리의 충전 전압을 제1 전압으로 설정하여 차량용 배터리를 충전하고, 상기 차량 배터리의 방전전류가 0 미만인지 여부를 확인하고,확인 결과, 상기 방전전류가 O 미만인 경우, 상기 차량 배터리의 방전전류 변화량이 유지시간을 초과하는지 여부를 확인하고,확인 결과, 상기 방전전류 변화량이 유지시간을 초과한 경우, DCIR을 계산하여 상기 초기 SOC를 산출하는 것을 포함할 수 있다.

상기 차량 배터리는 리튬 배터리일 수 있다.

다른 측면에 따른 차량의 제어방법은, DCIR을 통해 초기 SOC를 설정하고,알터네이터의 출력 전압 제어를 통해 차량 배터리의 충전 전압을 제2 전압으로 설정하여 전류 적산을 시작하고,상기 차량 배터리의 SOC가 충전 기준치에 도달하면 전류 적산을 중지하고,연산 SOC를 현재 전류 적산량으로 설정하고,상기 초기 SOC 설정 후 실제 차량 배터리의 충전 전류량, DCIR을 기초한 초기 SOC 및 연산 SOC를 기초로 차량 배터리의 내구 저하 발생여부를 판단하고,판단 결과, 상기 차량 배터리의 내구 저하가 발생한 경우 가용 SOC 범위를 조정하는 것을 포함할 수 있다.

또한, 상기 차량의 제어방법의 상기 차량 배터리의 SOC가 충전 기준치에 도달하는 것은,상기 차량 배터리의 충전 전압, 전류 및 엔진 알피엠(RPM)을 기초로 상기 차량 배터리의 SOC가 충전 기준치에 도달한지 여부를 판단하는 것일 수 있다.

또한, 상기 차량의 제어방법은, 상기 초기 SOC 설정 후 실제 차량 배터리의 충전 전류량(SOC∫I_B)은 수학식 1을 통해 산출하고,상기 수학식 1은, SOC∫I_B= [Total 전류 적산량 (∫I_B) / 배터리 용량 (Ah)] X 100일 수 있다.

또한, 상기 차량의 제어방법의 상기 가용 SOC 범위를 조정하는 것은,기 설정된 가용 SOC 범위의 최소 SOC에 초기 SOC를 적용한 실제 배터리 충전 전류량과 계산된 배터리 충전량의 차이를 합산하여 상기 가용 SOC 범위를 조정하는 것일 수 있다.

전술한 과제 해결 수단에 의하면, DCIR(Direct Current Internal Resistance) 값을 활용하여 초기 SOC를 설정하기 때문에, 초기 SOC에 대한 신뢰도가 향상될 수 있다는 효과를 기대할 수 있다.

또한, 개시된 발명은 정확한 초기 SOC를 설정할 수 있기 때문에, 초기 SOC를 이용하여 산출되는 연산 SOC의 오차도 줄일 수 있다는 것이다.

또한, 개시된 발명은 DCIR을 이용하여 설정된 초기 SOC가 적용된 실제 차량 배터리의 충전 전류량과 계산값을 비교하여 가용 SOC의 범위를 조정하기 때문에, 차량 배터리 내구성 저하를 미연에 방지할 수 있다는 것이다.

도 1은 차량의 외관을 나타내는 도면이다.
도 2는 차량의 내부를 나타내는 도면이다.
도 3은 차량의 구성을 나타내는 제어 블록도이다.
도 4 내지 도 7은 차량의 초기 SOC 설정 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 8 및 도 9는 일 실시예에 따른 차량의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 10은 다른 실시예에 따른 차량의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 본 명세서가 실시예들의 모든 요소들을 설명하는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 일반적인 내용 또는 실시예들 간에 중복되는 내용은 생략한다. 명세서에서 사용되는 '부, 모듈, 부재,블록'이라는 용어는 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있으며, 실시예들에 따라 복수의 '부, 모듈, 부재,블록'이하나의 구성요소로 구현되거나, 하나의 '부, 모듈, 부재,블록'이 복수의 구성요소들을 포함하는 것도 가능하다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 간접적으로 연결되어 있는 경우를 포함하고, 간접적인 연결은 무선 통신망을 통해 연결되는 것을 포함한다.

또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

제 1, 제 2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 전술된 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

각 단계들에 있어 식별부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다.

이하 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명의 작용 원리 및 실시예들에 대해 설명한다.

도 1은 차량의 외관을 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 차량(1)의 외관은 차량(1)의 외관을 형성하는 본체(10), 운전자에게 차량(1) 전방의 시야를 제공하는 윈드 스크린(windscreen)(11), 운전자에게 차량(1) 후방의 시야를 제공하는 사이드 미러(12), 차량(1) 내부를 외부로부터 차폐시키는 도어(13) 및 차량의 전방에 위치하는 앞바퀴(21)와 차량의 후방에 위치하는 뒷바퀴(22)를 포함하여 차량(1)을 이동시키기 위한 바퀴(21, 22)를 포함할 수 있다.

윈드 스크린(11)은 본체(10)의 전방 상측에 마련되어 차량(1) 내부의 운전자가 차량(1) 전방의 시각 정보를 획득할 수 있도록 한다. 또한, 사이드 미러(12)는 본체(10)의 좌측에 마련되는 좌측 사이드 미러 및 우측에 마련되는 우측 사이드 미러를 포함하며, 차량(1) 내부의 운전자가 차량(1) 측면 및 후방의 시각 정보를 획득할 수 있도록 한다.

도어(13)는 본체(10)의 좌측 및 우측에 회동 가능하게 마련되어 개방 시에 운전자가 차량(1)의 내부에 탑승할 수 있도록 하며, 폐쇄 시에 차량(1)의 내부를 외부로부터 차폐시킬 수 있다.

차량(1)은 상술한 구성 이외에도 바퀴(21, 22)를 회전시키는 동력 장치(16), 차량(1)의 이동 방향을 변경하는 조향 장치(미도시), 바퀴의 이동을 정지시키는 제동 장치(미도시)를 포함할 수 있다.

상기 동력 장치(16)는 본체가 전방 또는 후방으로 이동하도록 앞바퀴(21) 또는 뒷바퀴(22)에 회전력을 제공한다. 이와 같은 동력 장치(16)는 화석 연료를 연소시켜 회전력을 생성하는 엔진(engine) 또는 축전기(미도시)로부터 전원을 공급받아 회전력을 생성하는 모터(motor)를 포함할 수 있다.

조향 장치는 운전자로부터 주행 방향을 입력받는 조향 핸들(도 2의 42), 조향 핸들(42)의 회전 운동을 왕복 운동으로 전환하는 조향 기어(미도시), 조향 기어(미도시)의 왕복 운동을 앞바퀴(21)에 전달하는 조향 링크(미도시)를 포함할 수 있다. 이와 같은 조향 장치는 바퀴의 회전축의 방향을 변경함으로써 차량(1)의 주행 방향을 변경할 수 있다.

제동 장치는 운전자로부터 제동 조작을 입력받는 제동 페달(미도시), 바퀴(21, 22)와 결합된 브레이크 드럼(미도시), 마찰력을 이용하여 브레이크 드럼(미도시)의 회전을 제동시키는 브레이크 슈(미도시) 등을 포함할 수 있다. 이와 같은 제동 장치는 바퀴(21, 22)의 회전을 정지시킴으로써 차량(1)의 주행을 제동할 수 있다.

도 2는 차량의 내부를 나타내는 도면이다.

차량(1)의 내부는 운전자가 차량(1)을 조작하기 위한 각종 기기가 설치되는 대시 보드(dashboard)(14), 차량(1)의 운전자가 착석하기 위한 운전석(15), 차량(1)의 동작 정보 등을 표시하는 클러스터 표시부(51, 52), 운전자의 조작 명령에 따라 경로 안내 정보를 제공하는 길 안내 기능뿐만 아니라 오디오 및 비디오 기능까지 제공하는 내비게이션(navigation)(70)을 포함할 수 있다.

대시 보드(14)는 윈드 스크린(11)의 하부로부터 운전자를 향하여 돌출되게 마련되며, 운전자가 전방을 주시한 상태로 대시 보드(14)에 설치된 각종 기기를 조작할 수 있도록 한다.

운전석(15)은 대시 보드(14)의 후방에 마련되어 운전자가 안정적인 자세로 차량(1)의 전방과 대시 보드(14)의 각종 기기를 주시하며 차량(1)을 운행할 수 있도록 한다.

클러스터 표시부(51, 52)는 대시 보드(14)의 운전석(15) 측에 마련되며, 차량(1)의 운행 속도를 표시하는 주행 속도 게이지(51), 동력 장치(미도시)의 회전 속도를 표시하는 rpm 게이지(52)를 포함할 수 있다.

내비게이션(70)은 차량(1)이 주행하는 도로의 정보 또는 운전자가 도달하고자 하는 목적지까지의 경로를 표시하는 디스플레이 및 운전자의 조작 명령에 따라 음향을 출력하는 스피커(41)를 포함할 수 있다. 최근에는 오디오 장치, 비디오 장치 및 내비게이션 장치가 일체화된 AVN(Audio Video Navigation) 장치가 차량에 설치되고 있는 추세이다.

상기 내비게이션(70)은 센터페시아(center fascia)에 설치될 수 있다. 이때, 센터페시아는 대시 보드(14) 중에서 운전석과 조수석 사이에 있는 컨트롤 패널 부분을 의미하는 것으로, 대시 보드(14)와 시프트레버가 수직으로 만나는 영역이며, 이곳에는 내비게이션(70)을 비롯하여 에어콘, 히터의 컨트롤러, 송풍구, 시거잭과 재떨이, 컵홀더 등을 설치할 수 있다. 또한, 센터페시아는 센터콘솔과 함께 운전석과 조수석을 구분하는 역할도 할 수 있다.

또한, 내비게이션(70)을 비롯한 각종 구동 조작을 위한 별도의 조그 다이얼(60)을 구비할 수 있다.

개시된 발명의 조그 다이얼(60)은 회전시키거나 압력을 가하여 구동 조작을 수행하는 방법뿐만 아니라, 터치 인식 기능을 구비한 터치 패드를 구비하여 사용자의 손가락 또는 별도의 터치 인식 기능을 구비한 도구를 이용하여 구동 조작을 위한 필기 인식을 수행할 수 있다.

도 3은 차량의 구성을 나타내는 제어 블록도이다.

도 4 내지 도 7은 차량의 초기 SOC 설정 방법을 설명하기 위한 예시도이다.

이하에는 도 4 내지 도 7을 참고하여 설명하기로 한다.

도 3을 참고하면, 차량(100)은 차량 센서(110), 차량 배터리(120), 알터네이터(130) 및 제어부(140)를 포함할 수 있다.

차량 센서(110)는차량 배터리(120)의 전류, 전압 및 온도를 측정하기 위한 구성일 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.

차량 배터리(120)는 리튬 배터리일 수 있으며, 예를 들어, 12V LFP(LiFePO₄) 배터리일 수 있다.

알터네이터(130)는 제어부(140)의 제어에 따라 발전제어에 의해 설정된 목표 전압을 차량 배터리(120)로 출력할 수 있다.

제어부(140)는 차량 배터리(120)의 전류, 전압 및 온도를 기초로 연산 SOC(State of Charge)를 계산하되, 키 오프(Key Off)한 후 OCV(Open Circuit Voltage)가 기 설정된 범위 이내로 유지되는 경우, 초기 SOC를 DCIR(Direct Current Internal Resistance) 맵을 통해 산출하여 상기 연산 SOC 계산 시 적용하고, 상기 초기 SOC를 적용한 실제 배터리 충전 전류량과 계산된 배터리 충전량의 차이를 기초로 가용 SOC 범위를 조정할 수 있다.

구체적으로, 제어부(140)는키 오프 한 후, 차량 배터리(120)의 안정화 시간 경과 이후 상기 OCV가 기 설정된 범위 이내로 유지되는 경우, 초기 SOC 값을 폴트(Fault)로 설정하고 상기 DCIR을 통한 초기 SOC 산출 알고리즘을 수행할 수 있다. 이때, OCV가 기 설정된 범위 이내로 유지된다는 것은 초기 SOC를 설정하기 어려울 정도로 차이가 미비하다는 것을 의미하는 것이다.

도 4 및 5를 참고하면, 차량 배터리(120)가 12V LFP 배터리의 SOC 추정은 초기 SOC 값을 기준으로 전류를 적산하여 연산 SOC를 추정할 수 있다.

제어부(140)는 연산 SOC를

로 추정할 수 있다.

이때, SOC_Ini는 초기 SOC, C_B는 배터리 정격용량, η는 충방전 효율, I_B는 충방전 전류를 의미할 수 있다.

초기 SOC는 키 오프 후 배터리 화학적 안정화 시간 경과 시 OCV를 통해 예측할 수 있다. 12V LFP 배터리의 경우 SOC에 따른 OCV가 평평한(Flat) 영역(40% ≤ SOC ≤ 70%)이존재할 수 있다. OCV가 기 설정된 범위로 유지되는 경우, 이를 기초로 초기 SOC를 설정하는 경우 연산 SOC 오차가 증가할 수 있다. 연산 SOC 오차는 차량 배터리의 내구 저하 및 효율적 전기에너지 관리 및 제어가 어려울 수 있다.

도 6에서 도시하는 바와 같이, 개시된 발명에서는 OCV가 기 설정된 범위로 유지되는 구간에서 선형적인 차이를 나타낼 수 있는 DCIR을 기초로 초기 SOC를 산출하는 것이다.

구체적으로, 제어부(140)는시동 온 후 초기 SOC가 폴트인 경우, 알터네이터(130)를 통해 차량 배터리(120)의 충전 전압을 제1 전압으로 설정하고, 차량 배터리(120)로부터 전류가 방전되면 DCIR 맵을 통해 초기 SOC를 설정할 수 있다.

도 6을 참고하면, 리튬(LFP) 배터리 방전 시 SOC가 40% ~ 70%일 때 DCIR 값이 SOC에 선형적인 전기적인 특성을 가짐을 확인할 수 있다.

이러한 원리로, 제어부(140)는 시동 온 후 초기 SOC가 폴트인 경우, 알터네이터(130)를 통해 차량 배터리(120)의 충전 전압을 낮게 설정하여 전류가 방전될 수 있도록 하는 것이다.이때, 차량 배터리의 충전 전압을 낮게 설정한다는 것은 알터네이터(130)의 출력 전압을 낮게 설정하여 차량 배터리를 통해서 전장부하의 전원이 공급되어 전류가 방전할 수 있도록 하는 것으로서, 이때 충전 전압은 운용자에 의해서 임의로 설정될 수 있다.

제어부(140)는 차량 배터리(120)가 일정 전류로 방전하면 DCIR을

를 통해 산출할 수 있다. 이때, V₁은 초기 전압, V₂는 전류 방전 시작 후 일정 시간 경과 후 전압, I는 일정 시간 방전 전류를 의미할 수 있다.

제어부(140)는 산출된 DCIR을 기초한 DCIR 맵(방전전류 vs SOC)을 통해 초기 SOC(SOC_DCIRIni)을 산출할 수 있다.

제어부(140)는초기 SOC(SOC_DCIRIni) 설정 후 알터네이터(130)의 출력 전압 제어를 통해 차량 배터리(120)의 충전 전압을 제2 전압으로 설정하여 전류 적산을 시작하고, 차량 배터리(120)의 SOC가 충전 기준치에 도달하면 전류 적산을 중지한 후 연산 SOC를 현재 전류 적산량으로 설정할 수 있다.

이때, 제어부(140)는 차량 배터리(120)의 충전 전압, 전류 및 엔진 알피엠(RPM)을 기초로 차량 배터리(120)의 SOC가 충전 기준치에 도달한지 여부를 판단할 수 있다.

예를 들어, 제어부(140)는 차량 배터리의 충전 전압인 제2 전압, I_B< 0 및 rpm ≥ 0의 조건을 만족하면 차량 배터리의 SOC가 충전 기준치에 도달했다고 판단할 수 있다.

제어부(140)는 상술한 제2 전압으로 차량 배터리(120)의 충전 시작부터 충전 기준치까지 차량 배터리(120)의 총 전류 적산량을 SOC∫I_B 환산할 수 있다. 즉, 제어부(140)는 수학식 1을 통해 초기 SOC 설정 후 실제 차량 배터리의 충전 전류량(SOC∫I_B)을 산출할 수 있다.

[수학식 1]

SOC∫I_B= [Total 전류 적산량 (∫I_B) / 배터리 용량 (Ah)] x100

제어부(140)는 초기 SOC 설정 후 실제 차량 배터리의 충전 전류량, DCIR을 기초한 초기 SOC 및 연산 SOC를 기초로 차량 배터리의 내구 저하 발생여부를 판단하고, 판단 결과 상기 차량 배터리의 내구 저하가 발생한 경우 상기 가용 SOC 범위를 조정할 수 있다.

구체적으로, 제어부(140)는 차량 배터리(120)의 SOC가 충전 기준치에 도달하면, 충전 기준치와 DCIR에 의해 설정된 초기 SOC(SOC_{DCIR Ini}) 값의 차이(SOC_Diff)를 구한다.

제어부(140)는 SOC_Diff와SOC∫I_B의 차이가 기준치(예를 들어, 10%) 이상일 경우 차량 배터리(120)의 내구 저하가 발생되었다고 판단하여 가용 SOC 범위를 조정할 수 있다.

예를 들어, 제어부(140)는 [SOC_Diff - SOC∫I_B]＜10%일 경우, 차량 배터리(120)의 내구 저하가 미발생이라고 판단하고, 가용 SOC 범위를 기 설정된 SOC_MIN< SOC < SOC_MAX로 그대로 유지한다. 또한, 제어부(140)는[SOC_Diff - SOC∫I_B] ≥ 10%일 경우, 차량 배터리(120)의 내구 저하가 발생하였다고 판단하고, 가용 SOC 범위를 SOC_MIN+10%< SOC < SOC_MAX로 변경할 수 있다.

이때, 제어부(140)는 기 설정된 가용 SOC 범위의 최소 SOC에 초기 SOC를 적용한 실제 차량 배터리 충전 전류량과 계산된 배터리 충전량의 차이를 합산하여 상기 가용 SOC 범위를 조정할 수 있다.

예를 들어, 제어부(40)는 차량 배터리 내구 저하 미발생 시 가용 SOC 범위가 SOC 50% ~ SOC100%이고, SOC_Diff가 10%일 경우, 차량 배터리 내구 저하 발생 시 가용 SOC 범위를 SOC 60% ~ SOC 100%로 변경할 수 있다.

개시된 발명은 차량 배터리(120) 내구 저하 발생 시 용량이 줄어들게 되므로 가용 SOC를 줄이는 것이 내구 가속화를 방지할 수 있다는 효과를 기대할 수 있다.

개시된 발명에 의해서 OCV에 의한 초기 SOC 설정이 어려운 영역에서 DCIR을 통해 초기 SOC를 설정 후 충전을 통해서 연산 SOC를 리셋하고, 이 과정에서 차량 배터리의 내구 진행여부를 확인할 수 있는 것이다.

도 7은 DCIR에 의한 초기 SOC 설정 신호를 나타내는 그래프, DCIR에 의한 초기 SOC 그래프 및 연산 SOC를 나타내는 그래프로, 그래프를 통한 검증 결과 DCIR을 기초한 초기 SOC 설정에 대한 적정성을 확인할 수 있다.

한편, 제어부(140)는 OCV가 평평하지 않은 영역(SOC < 40% 또는 SOC > 70%)에서는 OCV를 통해서 초기 SOC를 설정할 수 있다.

상술한 제어부(140)는 차량(100) 내 구성요소들의 동작을 제어하기 위한 알고리즘 또는 알고리즘을 재현한 프로그램에 대한 데이터를 저장하는 메모리(미도시), 및 메모리에 저장된 데이터를 이용하여 전술한 동작을 수행하는 프로세서(미도시)로 구현될 수 있다. 이때, 메모리와 프로세서는 각각 별개의 칩으로 구현될 수 있다. 또는, 메모리와 프로세서는 단일 칩으로 구현될 수도 있다.

도시하지 않았지만, 차량(100)은 통신부, 입력부, 저장부 및 디스플레이를 더 포함할 수 있다.

통신부는 외부 장치와 통신을 가능하게 하는 하나 이상의 구성 요소를 포함할 수 있으며, 예를 들어 근거리 통신 모듈, 유선 통신 모듈 및 무선 통신 모듈 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

근거리 통신 모듈은 블루투스 모듈, 적외선 통신 모듈, RFID(Radio Frequency Identification) 통신 모듈, WLAN(Wireless Local Access Network) 통신 모듈, NFC 통신 모듈, 지그비(Zigbee) 통신 모듈 등 근거리에서 무선 통신망을 이용하여 신호를 송수신하는 다양한 근거리 통신 모듈을 포함할 수 있다.

유선 통신 모듈은 캔(Controller Area Network; CAN) 통신 모듈, 지역 통신(Local Area Network; LAN) 모듈, 광역 통신(Wide Area Network; WAN) 모듈 또는 부가가치 통신(Value Added Network; VAN) 모듈등 다양한 유선 통신 모듈뿐만 아니라, USB(Universal Serial Bus), HDMI(High Definition Multimedia Interface), DVI(Digital Visual Interface), RS-232(recommended standard232),전력선 통신, 또는 POTS(plain old telephone service)등다양한 케이블 통신 모듈을 포함할 수 있다.

무선 통신 모듈은 라디오 데이터 시스템 교통 메시지 채널(Radio Data System-Traffic Message Channel, RDS-TMC), DMB(Digital Multimedia Broadcasting), 와이파이(Wifi) 모듈, 와이브로(Wireless broadband) 모듈 외에도,GSM(global System for Mobile Communication), CDMA(Code Division Multiple Access), WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access),UMTS(universal mobile telecommunications system), TDMA(Time Division Multiple Access), LTE(Long Term Evolution) 등 다양한 무선통신 방식을 지원하는 무선 통신 모듈을 포함할 수 있다.

무선 통신 모듈은교통정보 신호를 수신하는 안테나 및 수신기(Receiver)를 포함하는무선 통신 인터페이스를 포함할 수 있다.또한, 무선 통신 모듈은무선 통신 인터페이스를 통하여 수신한 아날로그 형태의 무선 신호를 디지털 제어 신호로 복조하기 위한교통정보 신호 변환 모듈을 더 포함할 수 있다.

한편, 통신부는 차량(100) 내부의 전자 장치들 사이의 통신을 위한 내부 통신 모듈(미도시)을 더 포함할 수도 있다. 차량(100)의 내부 통신 프로토콜로는 CAN(Controller Area Network), LIN(Local Interconnection Network), 플렉스레이(FlexRay), 이더넷(Ethernet) 등을 사용할 수 있다.

입력부는 사용자의 입력을 위해 각종 버튼이나 스위치, 페달(pedal), 키보드, 마우스, 트랙볼(track-ball), 각종 레버(lever), 핸들(handle)이나 스틱(stick) 등과 같은 하드웨어적인 장치를 포함할 수 있다.

또한, 입력부는 사용자 입력을 위해 터치 패드(touch pad) 등과 같은 GUI(Graphical User interface), 즉 소프트웨어인 장치를 포함할 수도 있다. 터치 패드는 터치 스크린 패널(Touch Screen Panel: TSP)로 구현되어 디스플레이와 상호 레이어 구조를 이룰 수 있다.

저장부는 캐쉬, ROM(Read Only Memory), PROM(Programmable ROM), EPROM(Erasable Programmable ROM), EEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM) 및 플래쉬 메모리(Flash memory)와 같은 비휘발성 메모리 소자 또는 RAM(Random Access Memory)과 같은 휘발성 메모리 소자 또는 하드디스크 드라이브(HDD, Hard Disk Drive), CD-ROM과 같은 저장 매체 중 적어도 하나로 구현될 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 저장부는 제어부(140)와 관련하여 전술한 프로세서와 별개의 칩으로 구현된 메모리일 수 있고, 프로세서와 단일 칩으로 구현될 수도 있다.

디스플레이는 음극선관(Cathode Ray Tube: CRT), 디지털 광원 처리(Digital Light Processing: DLP) 패널, 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Penal), 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display: LCD) 패널, 전기 발광(Electro Luminescence: EL) 패널, 전기영동 디스플레이(Electrophoretic Display: EPD) 패널, 전기변색 디스플레이(Electrochromic Display: ECD) 패널, 발광 다이오드(Light Emitting Diode: LED) 패널 또는 유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode: OLED) 패널 등으로 마련될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

도 8 및 도 9는 일 실시예에 따른 차량의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 8을 참고하면, 차량(100)은 차량 배터리(120)의 전류, 전압 및 온도를 측정할 수 있다(210).상기 차량 배터리(120)는 리튬 배터리일 수 있다.

다음, 차량(100)은 키 오프(Key Off) 신호를 수신할 수 있다(220).

다음, 차량(100)은 키 오프 신호를 수신한 이후 시간이차량 배터리(120)의 안정화 시간을 경과하였는지 여부를 확인할 수 있다(230).

확인 결과, 차량 배터리(120)의 안정화 시간이 경과한 경우, 차량(100)은 SOC(State of Charge)-OCV(Open Circuit Voltage) 맵(도 5참고)을 확인하고(240), SOC-OCV 맵에서 OCV가 OCV를 통한 초기 SOC 설정이 가능한 범위인지 여부를 확인할 수 있다(250).

확인 결과, OCV를 통한 초기 SOC 설정이 가능한 범위(예를 들어, SOC < 40% 또는 SOC > 70%)인 경우, 차량(100)은 OCV를 통해 초기 SOC를 설정하고(260), 초기 SOC를 기초로 연산 SOC(SOCn)을 산출하여 목표 전압을 설정하고 차량 배터리(120)로 출력할 수 있다(270). 이때, 연산 SOC(SOCn)는

로 추정할 수 있다.

확인 결과, OCV를 통한 초기 SOC 설정이 불가능한 기 설정된 범위(예를 들어, 40% ≤ SOC ≤ 70%) 이내로 유지되는 경우, 차량(100)은 초기 SOC 값을 폴트(Fault)로 설정(SOC Ini = Fault)할 수 있다(280).차량(100)은 DCIR을 통해 초기 SOC를 설정하기 전까지는 폴트 신호를 출력하여 발전제어를 중단시킬 수 있다.

다음, 도 9를 참고하면, 차량(100)은 DCIR(Direct Current Internal Resistance) 맵을 통해 초기 SOC를 산출할 수 있다.

구체적으로, 차량(100)은 시동 온 후 초기 SOC가 폴트인 경우(310), 알터네이터(130)를 통해 차량 배터리(120)의 충전 전압을 제1 전압으로 설정하여 차량용 배터리를 충전할 수 있다(320). 이때, 제1 전압은 차량(100)에서 방전 전류를 발생시키기 위해차량 내 일부 부하를 구동시킬 수 있는 낮은 전압일 수 있으며, 운용자에 의해서 임의로 설정될 수 있다.

다음, 차량(100)은 차량 배터리(120)의 방전전류(I_B)가 0 미만인지 여부를 확인할 수 있다(330).

확인 결과, 상기 방전전류가 O 미만인 경우, 차량(100)은 차량 배터리(120)의 방전전류 변화량(I_B)이 유지시간(Time a)을 초과하는지 여부를 확인할 수 있다(340).

확인 결과, 방전전류 변화량이 유지시간을 초과한 경우, 차량(100)은 DCIR을 계산하여 초기 SOC를 산출할 수 있다(350 ~ 370).

구체적으로, 차량(100)은 V_B(Timeα) - V_B(0) / I_B(Timeα)을 통해 DCIR을 계산할 수 있다.상기 V_B(Timeα)는 α 시간 후 배터리 전압, V_B(0)는 방전 초기 배터리 전압 및 I_B(Timeα)는 α 시간 유지 방전 전류를 의미할 수 있다.

차량(100)은 계산된 DCIR이 적용된 DCIR-SOC 맵(DCIR 맵)을 기초로 초기 SOC를 설정할 수 있다.

다음, 차량(100)은 도 8의 산출된 DCIR을 적용한 초기 SOC를 적용하여 연산 SOC 계산할 수 있다(260).

다음, 차량(100)은 도 8의 연산 SOC를 이용하여 목표 전압을 설정하여 차량 배터리로 출력할 수 있다(270).

한편, 도 8의 단계 220에서 키 오프 신호가 수신되지 않고, 단계 230에서 배터리 안정화 시간이 경과하지 않은 경우, 차량(100)은 기 저장된 이전 단계에서의 SOC를 적용하고(290), 단계 260부터 수행할 수 있다.

도 10은 다른 실시예에 따른 차량의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 10을 참고하면, 차량(100)은 DCIR을 통해 초기 SOC(SOC_{DCIR Ini})를 설정할 수 있다(410). 이는, 도 9의 370 단계와 동일할 수 있다.

다음, 차량(100)은 알터네이터(130)의 출력 전압 제어를 통해 차량 배터리(120)의 충전 전압을 제2 전압으로 설정하여 전류 적산을 시작할 수 있다(420).

다음, 차량(100)은 차량 배터리(120)의 SOC가 충전 기준치에 도달하면 전류 적산을 중지하고,연산 SOC를 현재 전류 적산량으로 설정할 수 있다(430, 440).

구체적으로, 차량(100)은 차량 배터리(120)의 충전 전압, 전류 및 엔진 알피엠(RPM)을 기초로 차량 배터리(120)의 SOC가 충전 기준치에 도달한지 여부를 판단할 수 있다.

예를 들어, 차량(100)은 차량 배터리의 충전 전압인 제2 전압, I_B< 0 및 rpm ≥ 0의 조건을 만족하면 차량 배터리의 SOC가 충전 기준치에 도달했다고 판단할 수 있다.

다음, 차량(100)은 초기 SOC 설정 후 실제 차량 배터리의 충전 전류량, DCIR을 기초한 초기 SOC 및 연산 SOC를 기초로 차량 배터리(120)의 내구 저하 발생여부를 판단할 수 있다(450).

차량(100)은 상술한 제2 전압으로 차량 배터리(120)의 충전 시작부터 충전 기준치까지 차량 배터리(120)의 총 전류 적산량을 SOC∫I_B 환산할 수 있다. 즉, 차량(100)은 수학식 1을 통해 초기 SOC 설정 후 실제 차량 배터리의 충전 전류량(SOC∫I_B)을 산출할 수 있다.

차량(100)은 초기 SOC 설정 후 실제 차량 배터리의 충전 전류량, DCIR을 기초한 초기 SOC 및 연산 SOC를 기초로 차량 배터리의 내구 저하 발생여부를 판단하고, 판단 결과 상기 차량 배터리의 내구 저하가 발생한 경우 상기 가용 SOC 범위를 조정할 수 있다.

구체적으로, 차량(100)은 차량 배터리(120)의 SOC가 충전 기준치에 도달하면, 충전 기준치와 DCIR에 의해 설정된 초기 SOC(SOC_{DCIR Ini}) 값의 차이(SOC_Diff)를 구한다.

판단 결과, 차량 배터리(120)의 내구 저하가 발생한 경우 가용 SOC 범위를 조정할 수 있다(460).

차량(100)은SOC_Diff와SOC∫I_B의 차이가 기준치(예를 들어, 10%) 이상일 경우 차량 배터리(120)의 내구 저하가 발생되었다고 판단하여 가용 SOC 범위를 조정할 수 있다.

예를 들어, 제어부(140)는 [SOC_Diff - SOC∫I_B]＜10%일 경우, 차량 배터리(120)의 내구 저하가 미발생이라고 판단하고, 가용 SOC 범위를 기 설정된 SOC_MIN< SOC < SOC_MAX로 그대로 유지한다. 또한, 차량(100)은[SOC_Diff - SOC∫I_B] ≥ 10%일 경우, 차량 배터리(120)의 내구 저하가 발생하였다고 판단하고, 가용 SOC 범위를 SOC_MIN+10%< SOC < SOC_MAX로 변경할 수 있다.

이때, 차량(100)은기 설정된 가용 SOC 범위의 최소 SOC에 초기 SOC를 적용한 실제 차량 배터리 충전 전류량과 계산된 배터리 충전량의 차이를 합산하여 상기 가용 SOC 범위를 조정할 수 있다.

예를 들어, 차량(100)은 차량 배터리 내구 저하 미발생 시 가용 SOC 범위가 SOC 50% ~ SOC 100%이고, SOC_Diff가 10%일 경우, 차량 배터리 내구 저하 발생 시 가용 SOC 범위를 SOC 60% ~ SOC 100%로 변경할 수 있다.

한편, 개시된 실시예들은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 저장하는 기록매체의 형태로 구현될 수 있다. 명령어는 프로그램 코드의 형태로 저장될 수 있으며, 프로세서에 의해 실행되었을 때, 프로그램 모듈을 생성하여 개시된 실시예들의 동작을 수행할 수 있다. 기록매체는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로 구현될 수 있다.

컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체로는 컴퓨터에 의하여 해독될 수 있는 명령어가 저장된 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 예를 들어, ROM(Read Only Memory), RAM(Random Access Memory), 자기 테이프, 자기 디스크, 플래쉬 메모리, 광 데이터 저장장치 등이 있을 수 있다.

이상에서와 같이 첨부된 도면을 참조하여 개시된 실시예들을 설명하였다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고도, 개시된 실시예들과 다른 형태로 본 발명이 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 개시된 실시예들은 예시적인 것이며, 한정적으로 해석되어서는 안 된다.

1, 100 : 차량
110 : 차량 센서
120 : 차량 배터리
130 : 알터네이터
140 : 제어부

Claims

차량 배터리;
상기 차량 배터리의 전류, 전압 및 온도를 측정하기 위한 차량 센서;
제어부의 제어에 따라 발전제어에 의해 설정된 목표 전압을 상기 차량 배터리로 출력하는 알터네이터; 및
상기 차량 배터리의 전류, 전압 및 온도를 기초로 연산 SOC를 계산하되, 키 오프(Key Off)한 후 OCV(Open Circuit Voltage)가 기 설정된 범위 이내로 유지되는 경우,초기 SOC를 DCIR(Direct Current Internal Resistance) 맵을 통해 산출하여 상기 연산 SOC 계산 시 적용하고, 상기 초기 SOC를 적용한 실제 배터리 충전 전류량과 계산된 배터리 충전량의 차이를 기초로 가용 SOC 범위를 조정하는 제어부;를 포함하고,
상기 제어부는,
기 설정된가용 SOC 범위의 최소 SOC에 초기 SOC를 적용한 실제 차량 배터리 충전 전류량과 계산된 배터리 충전량의 차이를 합산하여 상기 가용 SOC 범위를 조정하는 차량.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 키 오프 한 후, 상기 차량 배터리의 안정화 시간 경과 이후 상기 OCV가 기 설정된 범위 이내로 유지되는 경우, 초기 SOC 값을 폴트(Fault)로 설정하고 상기 DCIR을 통한 초기 SOC 산출 알고리즘을 수행하는 차량.
제2항에 있어서,
상기 제어부는,
시동 온 후 초기 SOC가 폴트인 경우, 상기 알터네이터를 통해 상기 차량 배터리의 충전 전압을 제1 전압으로 설정하고, 상기 차량 배터리로부터 전류가 방전되면 DCIR 맵을 통해 상기 초기 SOC를 설정하는 차량.
제3항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 초기 SOC 설정 후 상기 알터네이터의 출력 전압 제어를 통해 상기 차량 배터리의 충전 전압을 제2 전압으로 설정하여 전류 적산을 시작하고,상기 차량 배터리의 SOC가 충전 기준치에 도달하면 전류 적산을 중지한 후 연산 SOC를 현재 전류 적산량으로 설정하는 차량.
제4항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 차량 배터리의 충전 전압, 전류 및 엔진 알피엠(RPM)을 기초로 상기 차량 배터리의 SOC가 충전 기준치에 도달한지 여부를 판단하는 차량.
제4항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 초기 SOC 설정 후 실제 차량 배터리의 충전 전류량, DCIR을 기초한 초기 SOC 및연산 SOC를 기초로 상기 차량 배터리의 내구 저하 발생여부를 판단하고, 판단 결과상기 차량 배터리의 내구 저하가 발생한 경우 상기 가용 SOC 범위를 조정하는 차량.
제6항에 있어서,
상기 제어부는,
수학식 1을 통해 상기 초기 SOC 설정 후 실제 차량 배터리의 충전 전류량(SOC∫I_B)을 산출하고,
상기 수학식 1은, SOC∫I_B= [Total 전류 적산량 (∫I_B) / 배터리 용량 (Ah)] X 100인 차량.
삭제
제1항에 있어서,
상기 차량 배터리는 리튬 배터리인 차량.
차량 배터리의 전류, 전압 및 온도를 측정하고,
키 오프(Key Off) 신호를 수신하고,
SOC(State of Charge)-OCV(Open Circuit Voltage) 맵에서 OCV가 기 설정된 범위 이내로 유지되는 경우,초기 SOC 값을 폴트(Fault)로 설정하고,
DCIR(Direct Current Internal Resistance) 맵을 통해 초기 SOC를 산출하고,
상기 산출된 DCIR을 적용한 초기 SOC를 적용하여 연산 SOC 계산하고,
상기 연산 SOC를 이용하여 목표 전압을 설정하여 차량 배터리로 출력하고,
기 설정된 가용 SOC 범위의 최소 SOC에 초기 SOC를 적용한 실제 배터리 충전 전류량과 계산된 배터리 충전량의 차이를 합산하여 가용 SOC 범위를 조정하는 것을 포함하는 차량의 제어방법.
제10항에 있어서,
상기 키 오프 신호를 수신하는 것 이후, 상기 초기 SOC 값을 폴트로 설정하는 것 이전에,
키 오프 신호를 수신한 이후 시간이 차량 배터리의 안정화 시간을 경과하였는지 여부를 확인하는 것을 더 포함하고,
상기 차량 배터리의 안정화 시간이 경과한 경우, 상기 OCV가 기 설정된 범위 이내인지 여부를 확인하는 차량의 제어방법.
제10항에 있어서,
상기 초기 SOC를 산출하는 것은,
시동 온 후 초기 SOC가 폴트인 경우, 알터네이터를 통해 상기 차량 배터리의 충전 전압을 제1 전압으로 설정하여 차량용 배터리를 충전하고,
상기 차량 배터리의 방전전류가 0 미만인지 여부를 확인하고,
확인 결과, 상기 방전전류가 O 미만인 경우, 상기 차량 배터리의 방전전류 변화량이 유지시간을 초과하는지 여부를 확인하고,
확인 결과, 상기 방전전류 변화량이 유지시간을 초과한 경우, DCIR을 계산하여 상기 초기 SOC를 산출하는 것을 포함하는 차량의 제어방법.
제10항에 있어서,
상기 차량 배터리는 리튬 배터리인 차량의 제어방법.
DCIR을 통해 초기 SOC를 설정하고,
알터네이터의 출력 전압 제어를 통해 차량 배터리의 충전 전압을 제2 전압으로 설정하여 전류 적산을 시작하고,
상기 차량 배터리의 SOC가 충전 기준치에 도달하면 전류 적산을 중지하고,
연산 SOC를 현재 전류 적산량으로 설정하고,
상기 초기 SOC 설정 후 실제 차량 배터리의 충전 전류량, DCIR을 기초한 초기 SOC 및 연산 SOC를 기초로 차량 배터리의 내구 저하 발생여부를 판단하고,
판단 결과, 상기 차량 배터리의 내구 저하가 발생한 경우 가용 SOC 범위를 조정하는 것을 포함하는 차량의 제어방법.
제14항에 있어서,
상기 차량 배터리의 SOC가 충전 기준치에 도달하는 것은,
상기 차량 배터리의 충전 전압, 전류 및 엔진 알피엠(RPM)을 기초로 상기 차량 배터리의 SOC가 충전 기준치에 도달한지 여부를 판단하는 것인 차량의 제어방법.
제14항에 있어서,
상기 초기 SOC 설정 후 실제 차량 배터리의 충전 전류량(SOC∫I_B)은 수학식 1을 통해 산출하고,
상기 수학식 1은, SOC∫I_B= [Total 전류 적산량 (∫I_B) / 배터리 용량 (Ah)] X 100인 차량의 제어방법.
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