KR20010089643A - 하이브리드 구동 장치 - Google Patents

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KR20010089643A
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야마다준
야마다요시아끼
와따나베요시또
사사끼마사까즈
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나까자와 히로후미
닛산 디젤 고교 가부시끼가이샤
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Abstract

엔진 구동 발전기의 전력 및/또는 축전 장치의 전력으로 전동기를 구동하도록 한 하이브리드 구동 장치에서는 축전 장치로서 일반적으로 2차 전지가 적용된다. 2차 전지의 낮은 충방전 효율은 구동 장치의 연비 개선 효과를 한정하고, 짧은 전지 수명은 축전 장치의 정기적 교환의 필요성을 낳아 구동 장치의 운전 비용을 높게 한다.
본 발명에서는, 축전 장치로서 복수의 콘덴서 셀을 직렬로 접속한 콘덴서 뱅크와, 각 콘덴서 셀에 병렬로 접속하여 각각 단자 전압이 소정치를 넘으면 충전 전류를 바이패스하는 병렬 모니터와, 콘덴서 뱅크로의 충전 전력을 제어하는 정전류 출력 특성의 스위칭 컨버터를 설치한다. 본 발명은 상기 구성에 의해 하이브리드 구동 장치의 연비와 운전 비용을 개선한다.

Description

하이브리드 구동 장치{HYBRID DRIVE SYSTEM}
엔진으로 발전기를 구동하고, 이 발전기의 발생된 전력에 의해 차량 등을 주행시키기 위한 전동기를 구동하도록 한 하이브리드 구동 장치가 알려져 있다. 하이브리드차는, 이러한 구동 장치를 이용함으로써, 차량의 주행 연비 또는 배기 이미션 성능을 개선하고 있다.
하이브리드 구동 장치의 대부분은 발전기의 잉여 전력을 충전하는 축전 장치로서 2차 전지를 적용하고 있다. 그러나, 2차 전지는 충방전 효율이 나쁘기 때문에 브레이크 회생에 의한 연비 개선 효과를 기대했던 만큼 얻을 수 없다. 브레이크 회생은 감속시의 차량 관성력을 이용하여 전동기에 발전을 행하게 함으로써 에너지의 유효 이용을 도모하는 제어이며, 따라서 발전된 전력을 낭비 없이 비축하는 것이 중요하다. 한편, 2차 전지는 일반적으로 전지의 사이클 수명이 짧으므로 정기적인 교환이 필요해지며, 따라서 장치의 운전 비용이 높아진다.
또한, 일본 특허 공개 평6-209501호 공보에는 전동기를 구동하는 축전 장치로서 콘덴서를 적용한 것이 개시되어 있다. 그러나, 콘덴서는 에너지 밀도가 낮으므로, 차량의 구동에 필요한 만큼의 용량을 확보하려고 하면, 축전 장치의 중량이나 체적이 차량 등의 한정된 공간에 탑재하기에는 지나치게 큰 것이 되어 버린다.
본 발명은 차량 등의 동력원으로서 엔진과 전동기를 겸비한 하이브리드 구동 장치에 관한 것이다.
도1은 본 발명을 하이브리드차에 적용한 실시 형태의 개략 구성도.
도2는 축전 장치 실시 형태의 개략 구성도.
본 발명은 발전기의 발생한 전력을 효율적으로 이용할 수 있는 하이브리드 구동 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다. 또, 본 발명에서는 운전 비용이 저렴한 하이브리드 구동 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다. 또한, 본 발명은 차량 등의 한정된 공간에 용이하게 탑재할 수 있는 하이브리드 구동 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명에서는 엔진에 의해 구동되는 발전기와, 상기 발전기로부터의 발생 전력을 비축하는 축전 장치와, 상기 발전기의 전력 및/또는 축전 장치의 전력에 의해 구동되는 전동기를 구비한 하이브리드 구동 장치에 있어서, 상기 축전 장치로서 복수의 콘덴서 셀을 직렬로 접속한 콘덴서 뱅크와, 상기 각 콘덴서 셀에 병렬로 접속하고, 각각 단자 전압이 소정치를 넘으면 충전 전류를 바이패스하는 병렬 모니터를 설치한다. 이로써, 각 콘덴서 셀의 정전 용량이나 누설 전류의 크기가 변동되어 있다고 해도, 각 콘덴서 셀을 균등하게 충전하거나 또는 방전시킬 수 있다. 이 경우, 각 콘덴서 셀의 전압 부담의 변동을 고려하여 내전압에 여유를 기대할 필요가 없어지므로, 병렬 모니터를 설치하지 않은 구성에 비교하면 용량 검산으로 수십 % 정도 상당의 소형화가 가능해진다. 콘덴서는 셀 부근의 내전압은 작지만, 복수의 것을 직렬로 접속함으로써 전압치를 필요한 정도까지 높일 수 있다.
또한, 본 발명에서는 상기 콘덴서 뱅크로의 충전 전력을 제어하는 정전류 출력 특성의 스위칭 컨버터를 축전 장치에 구비한다. 일반적으로 콘덴서는 정전압 전원으로부터 충전하면, 전원과 콘덴서 사이에 존재하는 저항 성분에 의해 충전 전력의 절반이 열이 되어 버려 잃게 된다. 이에 대하여, 본 발명에서는 상기 스위칭 컨버터에 의해 콘덴서로의 충전 전력을 정전류 출력으로 제어하므로, 브레이크 회생시에 전동기가 발생하는 대전류로 충전을 행하더라도, 90 % 이상이라는 높은 충전 효율을 얻을 수 있고, 따라서 구동 장치의 연비를 현저하게 개선할 수 있다. 콘덴서는 정전압 장치는 아니며, 전압으로부터 축전량(SOC : State 0f Charge)을 정확하게 구할 수 있으므로, 이 축전량에 의거하여 발전기를 낭비 없이 효과적으로 제어하는 것이 가능하다. 또한, 콘덴서는 충방전의 사이클 수명이 길기 때문에 장기간에 걸쳐 교환이 불필요해, 즉 운전 비용이 2차 전지보다도 훨씬 저렴하다.
상기 하이브리드 구동 장치는 이를 차량에 적용하여 하이브리드차로서 구성할 수도 있다. 즉, 엔진에 의해 구동되는 발전기와, 상기 발전기로부터의 발생 전력을 비축하는 축전 장치와, 상기 발전기의 전력 및/또는 축전 장치의 전력으로 구동되어 차량의 구동륜을 구동하는 전동기를 구비한 하이브리드차에 있어서, 상기 축전 장치로서 상기와 마찬가지인 콘덴서 뱅크, 병렬 모니터, 스위칭 컨버터를 구비하는 동시에, 차량의 요구 구동력과 상기 축전 장치의 축전량을 검출하여 상기 스위칭 컨버터와 상기 엔진에 의한 발전량을 제어하는 컨트롤러를 설치한다. 상기 컨트롤러는 요구 구동력에 따른 전동기 출력을 얻을 수 있도록 상기 스위칭 컨버터를 제어하는 동시에, 상기 축전량이 적정치로 유지되도록 엔진 즉 발전기의 발전량을 제어한다. 이로써, 구동 장치에 차량에 요구되는 구동력을 항상 발휘시키면서축전 장치에 적절한 축전량을 항상 확보해 둘 수 있다.
또한, 상기 스위칭 컨버터로서, 방전에 수반하여 단자 전압이 0으로 저하하는 콘덴서의 특성에 대응하여 넓은 동작 범위를 갖는 정전압 출력 특성인 것을 적용함으로써, 저장 전력을 보다 높은 효율로 유효하게 이용할 수 있다. 콘덴서의 전력은 단자 전압의 제곱에 비례하므로, 예를 들어 스위칭 컨버터가 정격 출력 전압의 1/2까지 작동하면 저장 전력의 75 %까지, 혹은 정격 출력 전압의 1/4까지 작동하게 되면 저장 전력의 94 %까지 각각 이용할 수 있다. 따라서, 스위칭 컨버터의 동작을 차량의 구동력 요구에 따라서 제어함으로써, 차량의 가속시 등에 큰 전류로 방전을 행하더라도, 높은 전력 이용 효율을 얻을 수 있다.
또, 상기 콘덴서 셀로서 큰 정전 용량을 갖는 전기 이중층형의 콘덴서를 적용함으로써, 축전 장치의 중량과 체적을 보다 작게 하여, 차량 등으로의 탑재를 한층 더 용이하게 할 수 있다.
도1은 본 발명을 적용한 하이브리드차의 개략 구성을 도시하고 있다. 도면에 도시한 바와 같이, 발전용 엔진(13)의 출력축에 발전기(14)의 구동축이 연결되어 있다. 발전기(14)가 발생한 교류 전류는 컨버터(15)가 직류 전류로 변환하여, 전동기(10)의 구동 전류 또는 후술하는 축전 장치(12)의 충전 전류로서 출력한다.
각각 구동륜(9)이 부착된 좌우의 차축(18 - 18) 사이에는 디퍼렌셜(19)이 설치되어 있다. 디퍼렌셜(19)의 입력축에는 추진축(17)과 기어 박스(16)의 출력축이 연결되어 있다. 기어 박스(16)는 그 입력축에 전동기(10)의 구동축이 연결되어 있으며, 전동기(10)의 회전을 소정의 기어비로 감속하여 추진축(17)에 전달한다. 전동기(10)는 인버터(11)로부터의 교류 전력에 의해 구동된다. 전동기(10)의 출력은 기어 박스(16), 추진축(17), 디퍼렌셜(19), 차축(18)을 거쳐서 구동륜(9)에 전달된다.
축전 장치(12)는 도2에 도시한 바와 같이 다수의 콘덴서 셀(21)을 직렬로 접속한 콘덴서 뱅크(20)와, 각 콘덴서 셀(21)에 각각 부가한 병렬 모니터(22)와, 콘덴서 뱅크(20)의 충방전을 제어하는 양 방향의 스위칭 컨버터(23)를 구비한다.
병렬 모니터(22)는 콘덴서(21)의 단자 전압을 감시하여, 그 전압이 설정치를 넘으면 콘덴서(21)를 바이패스하도록 전류를 흘리는 회로이다. 병렬 모니터(22)는 각 콘덴서 셀(21)에 구비되어 있으며, 병렬 모니터(22)와 콘덴서 셀(21)은 병렬 접속되어 있다.
스위칭 컨버터(23)는 콘덴서 뱅크(20)로의 충전 전력을 제어하는 정전류 출력 특성과, 콘덴서 뱅크(20)로부터의 방전 전력을 제어하는 동작 범위가 넓은 정전압 출력 특성을 구비한다. 이 스위칭 컨버터(23)는 컨트롤러(24)에 의해 차량의 요구 구동력에 따라서 방전 전류를 제어한다. 상기 요구 구동력은, 예를 들어 액셀 페달 흡입량에 의해 대표된다.
콘덴서 셀(21)로서는 정전 용량이 큰 전기 이중층형 콘덴서를 적용한다. 콘덴서 셀은 1개당 내전압은 작지만, 다수의 것을 직렬로 접속함으로써, 필요한 내전압으로 올릴 수 있다. 콘덴서 뱅크(20)로서는 수많은 콘덴서 셀(21)을 직병렬로 접속한 것을 적용할 수도 있다.
컨트롤러(24)는 차량의 구동력이나 브레이크 회생 등을 제어한다. 컨트롤러(24)에는 상기 각종 제어에 필요한 검출 신호로서 차량의 액셀 페달 답입량이나 브레이크 상태 및 축전 장치(12)의 축전량(SOC) 등이 입력된다.
이러한 구성에 의해, 축전 장치(12)는 발전기(14)의 잉여 전력이나 브레이크 회생시에 전동기(10)가 발생하는 전력에 의해 충전되고, 그 저장 전력을 차량의 가속시 등 큰 전력이 필요하게 될 때에 전동기(10)에 공급한다. 콘덴서(21)는 방전에 수반하여 단자 전압이 0을 향해 저하하지만, 넓은 동작 범위를 갖는 스위칭 컨버터(23)가 방전 전력을 정전압 출력 특성으로 제어하므로, 각 콘덴서(21)의 저장 전력을 높은 효율로 유효하게 이용할 수 있다.
예를 들어, 스위칭 컨버터(23)가 정격 출력 전압의 1/2까지 작동하면 저장 전력의 75 %까지, 정격 출력 전압의 1/4까지 작동하면 저장 전력의 94 %까지 이용할 수 있다. 따라서, 스위칭 컨버터(23)의 동작을 차량의 요구 구동력에 따라서 제어함으로써, 차량의 가속시 등에 큰 전류로 방전을 행한 경우라도, 높은 전력 이용 효율을 얻을 수 있다.
콘덴서(21)의 저장 전력(Ec)은 다음 식(1)로 표현된다.
Ec = 1/2CV2… (1)
단, C : 정전 용량, V : 전압이다.
콘덴서에 정전압 전원으로부터 충전하면, 그 전력 Ep는 다음 식(2)로 표현된다.
Fp = QV = CV2… (2)
단, Q : 전하이다.
충전 전력 Ep와 저장 전력 Ec의 비율 Ec/Ep 즉 충전 효율은 (1)식과 (2)식으로부터 50 %가 된다. 이것은 콘덴서가 2차 전지와 같은 정전압 장치가 아닌 정전압으로 충전하면, 콘덴서와 전원 사이에 존재하는 저항 성분에 의해 충전 전력의 절반이 열이 되어 버려 잃게 되기 때문이다. 이에 대하여, 이 실시 형태에서는 스위칭 컨버터(23)가 콘덴서(21)로의 충전 전력을 정전류 출력으로 제어하므로, 브레이크 회생시에 전동기(10)가 발생하는 큰 전류로 충전을 행하더라도, 90 % 이상의 높은 충전 효율을 얻을 수 있어 브레이크 회생에 의한 연비 개선 효과를 보다 높일 수 있다.
이와 같이 양 방향의 스위칭 컨버터(23)를 거쳐서 충방전 전류를 제어하면, 콘덴서를 예를 들어 전지의 피크 어시스트용으로서 직접적으로 부하와 접속한 경우에 비교하면, 전류 변동의 폭이 보다 작아진다. 이로 인해, 콘덴서의 내부 저항을 늘리는 것을 허용하여 전극의 두께를 늘리는 경우, 구체적으로는 예를 들어 전하를 보유 지지하는 활성탄 전극을 사용함으로써, 10 내지 15 Wh/kg 이상의 고에너지 밀도의 콘덴서를 얻을 수 있다. 즉, 콘덴서(21)로서 정전 용량이 큰 전기 이중층형콘덴서를 적용할 수 있으므로, 축전 장치(12)의 중량과 체적을 차량 등의 한정된 공간 내에 용이하게 탑재할 수 있을 정도로 까지 소형화할 수 있다.
이 실시 형태에 따르면, 각 콘덴서(21)에 각각 병렬 모니터(22)를 구비하므로, 각 콘덴서(21)의 정전 용량이나 누설 전류의 변동에 관계 없이, 각 콘덴서(21)를 균등하게 충전하거나 또는 방전시킬 수 있다. 이로 인해, 전압 부담의 변동을 고려하여 내전압에 여유를 기대할 필요가 없어져, 용량으로 환산하여 수십 % 정도 상당의 소형화가 가능해진다.
여기에서, 병렬 모니터(22)가 한번 작동하기 까지 충전하면, 각 콘덴서(21)의 충방전은 이 후 그 때를 기점으로 행해지게 되며, 이 결과 충방전시에 병렬 모니터(22)가 작동되는 기회는 자연히 감소하므로, 병렬 모니터(22)가 전류를 바이패스시킴에 따라 발생할 수 있는 전력 손실도 감소한다.
차량에 적용하는 하이브리드 구동 장치로서는 축전 장치(12)의 충방전량을 S0C가 항상 적정 범위가 되도록 제어하는 것이 바람직하다. 리튬 이온계의 전지는 전지 전압으로부터 S0C를 비교적 정확하게 구할 수 있지만, 일반적으로 대부분의 2차 전지는 정전압 장치로 인해, S0C를 고정밀도로 구하는 것은 어렵다. 이에 대하여, 콘덴서의 경우, S0C와 전압 사이에 (1)식이나 (2)식의 관계가 존재하므로, 전압으로부터 정확하게 S0C를 검출할 수 있다. 따라서, 이 실시 형태에 따르면 축전 장치(12)의 S0C를 정확하게 파악하여 발전기(14)를 구동하는 엔진(13)의 운전을 낭비 없이 효과적으로 제어하는 것이 가능해져, 차량의 주행 연비나 주행 성능을 보다 개선할 수 있다.
콘덴서(21)는 충방전의 사이클 수명이 일반적인 차량 수명보다도 길기 때문에, 차량이 폐차될 때 까지의 동안에 교환할 필요가 생기는 일은 거의 없다. 즉, 콘덴서(21)는 2차 전지에 비교하면 구동 장치의 운전 비용은 훨씬 저렴하다. 또, 인버터(11)의 입력 전압 범위가 넓은 경우에는 스위칭 컨버터(23)로서 방전 전류의 정전압 출력 특성을 갖지 않은 것을 적용할 수 있다.

Claims (4)

  1. 엔진에 의해 구동되는 발전기와, 상기 발전기로부터의 발생 전력을 비축하는 축전 장치와, 상기 발전기의 전력 및/또는 축전 장치의 전력으로 구동되는 전동기를 구비한 하이브리드 구동 장치에 있어서,
    상기 축전 장치로서, 복수의 콘덴서 셀을 직렬로 접속한 콘덴서 뱅크와, 상기 각 콘덴서 셀에 병렬로 접속하여 각각 단자 전압이 소정치를 넘으면 충전 전류를 바이패스하는 병렬 모니터와, 상기 콘덴서 뱅크로의 충전 전력을 제어하는 정전류 출력 특성의 스위칭 컨버터를 구비한 것을 특징으로 하는 하이브리드 구동 장치.
  2. 엔진에 의해 구동되는 발전기와, 상기 발전기로부터의 발생 전력을 비축하는 축전 장치와, 상기 발전기의 전력 및/또는 축전 장치의 전력으로 구동되어 차량의 구동륜을 구동하는 전동기를 구비한 하이브리드차에 있어서,
    상기 축전 장치로서, 복수의 콘덴서 셀을 직렬로 접속한 콘덴서 뱅크와, 상기 각 콘덴서 셀에 병렬로 접속하여 각각 단자 전압이 소정치를 넘으면 충전 전류를 바이패스하는 병렬 모니터와, 상기 콘덴서 뱅크로의 충전 전력을 제어하는 정전류 출력 특성의 스위칭 컨버터를 구비하는 동시에,
    차량의 요구 구동력과 상기 축전 장치의 축전량을 검출하고, 요구 구동력에 따른 전동기 출력을 얻을 수 있도록 상기 스위칭 컨버터를 제어하는 동시에, 상기축전량이 적정치로 유지되도록 엔진을 제어하는 컨트롤러를 설치한 것을 특징으로 하는 하이브리드 구동 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 축전 장치는 콘덴서 뱅크로부터의 방전 전력을 제어하는 넓은 동작 범위를 갖는 정전압 출력 특성의 스위칭 컨버터를 구비하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 구동 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 축전 장치의 각 콘덴서는 큰 정전 용량을 갖는 전기 이중층형 콘덴서인 것을 특징으로 하는 하이브리드 구동 장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012129379A2 (en) * 2011-03-24 2012-09-27 Carmil Energy, Inc. Oscillating shuttle feedback circuit and method for use in electricity generation

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10116463A1 (de) * 2001-04-03 2002-10-10 Isad Electronic Sys Gmbh & Co System zur Speicherung von elektrischer Energie, sowie Verfahren zum Betreiben eines solchen Energiespeichersystems
JP2003111286A (ja) * 2001-10-02 2003-04-11 Okumura Laboratory Inc 並列モニタつきバンク切り換えキャパシタ蓄電装置
JP4133019B2 (ja) * 2002-06-21 2008-08-13 日産ディーゼル工業株式会社 車両の蓄電制御装置
JP4529959B2 (ja) * 2006-08-24 2010-08-25 マツダ株式会社 ハイブリッド車両の制御装置
JP5036416B2 (ja) * 2007-06-15 2012-09-26 トヨタ自動車株式会社 電源システムおよびそれを備えた車両、ならびに充放電制御方法
US8076797B2 (en) * 2008-05-15 2011-12-13 Indy Power Systems Llc Energy transfer circuit and method
US8401779B2 (en) * 2009-06-08 2013-03-19 Lear Corporation SEG (smart energy gateway) for optimized energy flow control
US9187083B2 (en) * 2009-09-16 2015-11-17 Polaris Industries Inc. System and method for charging an on-board battery of an electric vehicle
KR100964016B1 (ko) * 2010-02-11 2010-06-15 주식회사 윌링스 배터리 충전기능이 구비된 전기 자동차의 구동시스템
US8981710B2 (en) 2010-09-20 2015-03-17 Indy Power Systems Llc Energy management system
JP5919207B2 (ja) * 2013-02-15 2016-05-18 日立オートモティブシステムズ株式会社 Ｄｃ−ｄｃコンバータの制御装置
US9812949B2 (en) 2013-10-10 2017-11-07 Indy Power Systems Llc Poly-phase inverter with independent phase control
US10300786B2 (en) 2014-12-19 2019-05-28 Polaris Industries Inc. Utility vehicle
US10118477B2 (en) 2016-06-14 2018-11-06 Polaris Industries Inc. Hybrid utility vehicle
US10780770B2 (en) 2018-10-05 2020-09-22 Polaris Industries Inc. Hybrid utility vehicle
US11370266B2 (en) 2019-05-16 2022-06-28 Polaris Industries Inc. Hybrid utility vehicle

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0194182A (ja) * 1987-03-19 1989-04-12 Nippon Air Brake Co Ltd 折戸開閉装置
DE69314079T2 (de) * 1992-04-03 1998-03-26 Jeol Ltd Stromversorgung mit Speicherkondensator
US5318142A (en) 1992-11-05 1994-06-07 Ford Motor Company Hybrid drive system
JP3539988B2 (ja) * 1993-06-25 2004-07-07 株式会社デンソー 車両用スタータ装置
JP3496360B2 (ja) * 1995-09-14 2004-02-09 日産自動車株式会社 組電池の充電制御装置
JP3288928B2 (ja) * 1996-06-14 2002-06-04 日野自動車株式会社 車載電池の制御装置
JPH1094182A (ja) * 1996-09-13 1998-04-10 Honda Motor Co Ltd 電源装置および電気自動車
JPH10108304A (ja) * 1996-09-27 1998-04-24 Toyota Autom Loom Works Ltd ハイブリッド車の制御装置
JP3637163B2 (ja) * 1996-10-01 2005-04-13 本田技研工業株式会社 蓄電式電源装置
JP3563218B2 (ja) * 1996-12-17 2004-09-08 本田技研工業株式会社 電気自動車
JPH10178705A (ja) 1996-12-19 1998-06-30 Toyota Autom Loom Works Ltd 電気自動車
US6047787A (en) * 1998-02-03 2000-04-11 Ecostar Electric Drive Systems Llc Voltage control method for an electric motor control system

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012129379A2 (en) * 2011-03-24 2012-09-27 Carmil Energy, Inc. Oscillating shuttle feedback circuit and method for use in electricity generation
WO2012129379A3 (en) * 2011-03-24 2012-11-08 Carmil Energy, Inc. Oscillating shuttle feedback circuit and method for use in electricity generation

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Publication number Publication date
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US6661108B1 (en) 2003-12-09
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WO2000037278A1 (fr) 2000-06-29
JP2000184508A (ja) 2000-06-30
EP1153788A4 (en) 2003-05-21
CN1213883C (zh) 2005-08-10

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