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JP7655235B2 - Battery Management Device - Google Patents
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Description

本開示は、電池管理装置に関する。 This disclosure relates to a battery management device.

近年、走行用の電池が搭載された車両の普及が進んでいる。たとえば特開2018-85781号公報(特許文献1)では、電気自動車の車両等に搭載された電池パックが開示されている。この電池パックの電池は、充放電に伴い膨張することが知られている。 In recent years, vehicles equipped with batteries for driving have become increasingly popular. For example, JP 2018-85781 A (Patent Document 1) discloses a battery pack installed in vehicles such as electric vehicles. The batteries in this battery pack are known to expand as they are charged and discharged.

特開2018-85781号公報JP 2018-85781 A

上記特許文献1に記載されているような電池パックは、上記のように、充放電に伴い膨張する。ここで、電池の膨張量は、電池にかかる負荷または電池の劣化具合に応じて変化する。上記特許文献1に記載の従来技術では、電池にかかる負荷または電池の劣化具合が電池パック間でばらつく場合、電池の膨張量を正確に推定することが困難になり得ると考えられる。したがって、電池の膨張量を正確に推定することが可能な電池管理装置が望まれている。 As described above, a battery pack such as that described in Patent Document 1 expands with charging and discharging. Here, the amount of expansion of the battery changes depending on the load on the battery or the degree of deterioration of the battery. In the conventional technology described in Patent Document 1, if the load on the battery or the degree of deterioration of the battery varies between battery packs, it may be difficult to accurately estimate the amount of expansion of the battery. Therefore, there is a demand for a battery management device that can accurately estimate the amount of expansion of the battery.

本開示は、かかる課題を解決するためになされたものであり、本開示の目的は、電池の膨張量を正確に推定することが可能な電池管理装置を提供することである。 This disclosure has been made to solve these problems, and the purpose of this disclosure is to provide a battery management device that can accurately estimate the amount of battery expansion.

本開示の第1の局面に従う電池管理装置は、積層方向に互いに積層された複数の電池を含む電池スタックの放電開始時の開始SOCと、電池スタックの放電終了時の終了SOCと、電池スタックの膨張量を示す膨張指数とが対応付けられている対応関係を記憶する記憶部と、電池スタックの放電時における膨張指数を取得する制御を行う制御部と、を備え、制御部は、開始SOCおよび終了SOCを算出するとともに積層方向において複数の電池の間にかかる荷重を示す荷重情報を取得し、算出された開始SOCおよび終了SOCと取得された荷重情報とに基づいて、上記対応関係を用いて膨張指数を取得する。 A battery management device according to a first aspect of the present disclosure includes a memory unit that stores a correspondence relationship between a start SOC at the start of discharge of a battery stack including a plurality of batteries stacked on top of each other in a stacking direction, an end SOC at the end of discharge of the battery stack, and an expansion index indicating the amount of expansion of the battery stack, and a control unit that performs control to acquire the expansion index during discharge of the battery stack, and the control unit calculates the start SOC and end SOC and acquires load information indicating the load applied between the plurality of batteries in the stacking direction, and acquires the expansion index using the correspondence relationship based on the calculated start SOC and end SOC and the acquired load information.

上記第1の局面に従う電池管理装置では、上記のように、制御部は、算出された開始SOCおよび終了SOCと取得された荷重情報とに基づいて、電池スタックの膨張指数を取得する。これにより、電池スタックの放電時において、電池スタックにかかる荷重に応じた膨張指数を取得することができる。その結果、電池スタックにかかる荷重が電池スタックごとにばらつく場合でも、放電時における各電池スタックの膨張量を正確に推定することができる。 In the battery management device according to the first aspect, as described above, the control unit acquires the expansion index of the battery stack based on the calculated starting SOC and ending SOC and the acquired load information. This makes it possible to acquire an expansion index according to the load on the battery stack when the battery stack is discharged. As a result, even if the load on the battery stack varies from one battery stack to another, it is possible to accurately estimate the amount of expansion of each battery stack when discharging.

上記第1の局面に従う電池管理装置において、好ましくは、制御部は、上記荷重情報に基づいて、上記対応関係における算出された開始SOCおよび終了SOCに対応する膨張指数を補正するように構成されている。このように構成すれば、電池スタックにかかる荷重に基づいて補正された膨張指数を取得することができる。その結果、電池スタックの膨張量の推定の正確性を上記補正により容易に向上させることができる。 In the battery management device according to the first aspect, the control unit is preferably configured to correct the expansion index corresponding to the calculated start SOC and end SOC in the correspondence relationship based on the load information. With this configuration, it is possible to obtain an expansion index corrected based on the load applied to the battery stack. As a result, the accuracy of estimating the expansion amount of the battery stack can be easily improved by the correction.

この場合、制御部は、上記荷重情報が示す荷重が大きくなるほど上記対応する膨張指数の補正量が小さくなるように、上記対応する膨張指数を補正する。このように構成すれば、荷重が大きいことに起因して膨張量が小さくなる場合でも、膨張指数が過剰に大きく推定されるのを抑制することができる。 In this case, the control unit corrects the corresponding expansion index so that the correction amount of the corresponding expansion index decreases as the load indicated by the load information increases. By configuring in this manner, it is possible to prevent the expansion index from being estimated to be excessively large even when the expansion amount decreases due to a large load.

上記膨張指数の補正を行う電池管理装置において、好ましくは、上記対応関係は、互いに異なる複数の膨張指数マップを含み、制御部は、少なくとも電池スタックの使用度合いに基づいて、複数の膨張指数マップのうち1つを選択するとともに、選択された膨張指数マップにおける上記対応する膨張指数を、上記荷重情報に基づいて補正するように構成されている。このように構成すれば、制御部は、電池スタックにかかる荷重に加えて、少なくとも電池スタックの使用度合いにも基づいて膨張指数を取得することができる。その結果、電池スタックの膨張量をより正確に推定することができる。 In a battery management device that corrects the expansion index, preferably, the correspondence includes a plurality of expansion index maps that are different from each other, and the control unit is configured to select one of the plurality of expansion index maps based on at least the degree of use of the battery stack, and to correct the corresponding expansion index in the selected expansion index map based on the load information. With this configuration, the control unit can obtain an expansion index based on at least the degree of use of the battery stack in addition to the load applied to the battery stack. As a result, the amount of expansion of the battery stack can be estimated more accurately.

この場合、好ましくは、制御部は、電池の使用初期からの総放電量、電池の使用期間、および、電池の使用初期からの充放電回数のうち少なくとも1つに基づいて、複数の膨張指数マップのうち1つを選択するように構成されている。このように構成すれば、電池の使用初期からの総放電量、電池の使用期間、および、電池の使用初期からの充放電回数のうち少なくとも1つに基づいて電池スタックの膨張指数を取得することができるので、電池スタックの膨張指数を取得するにあたり電池スタックの使用度合い(劣化具合)を容易に加味することができる。 In this case, the control unit is preferably configured to select one of the multiple expansion index maps based on at least one of the total amount of discharge from the beginning of battery use, the period of use of the battery, and the number of times the battery has been charged and discharged since the beginning of battery use. With this configuration, the expansion index of the battery stack can be obtained based on at least one of the total amount of discharge from the beginning of battery use, the period of use of the battery, and the number of times the battery has been charged and discharged since the beginning of battery use, so that the degree of use (degree of deterioration) of the battery stack can be easily taken into account when obtaining the expansion index of the battery stack.

上記使用度合いに基づいて膨張指数を補正する電池管理装置において、好ましくは、複数の膨張指数マップのうち使用度合いが大きい電池スタックに対応する膨張指数マップほど、膨張指数が小さい。このように構成すれば、使用度合いが大きいことに起因して膨張しにくくなっている電池スタックの膨張指数が過剰に大きく推定されるのを抑制することができる。 In the battery management device that corrects the expansion index based on the degree of use, preferably, among the multiple expansion index maps, the expansion index map corresponding to the battery stack with a higher degree of use has a smaller expansion index. With this configuration, it is possible to prevent the expansion index of a battery stack that is less likely to expand due to a high degree of use from being estimated to be excessively large.

上記第1の局面に従う電池管理装置において、好ましくは、対応関係は、互いに異なる複数の膨張指数マップを含み、制御部は、上記荷重情報に基づいて、複数の膨張指数マップから膨張指数の取得に用いる一の膨張指数マップを選択するとともに、選択された一の膨張指数マップにおける膨張指数を取得するように構成されている。このように構成すれば、電池スタックにかかる荷重に応じた膨張指数マップを用いて膨張指数を取得することができる。その結果、電池スタックにかかる荷重が電池スタックごとにばらつく場合でも、選択された膨張指数マップに基づいて、各電池スタックの膨張量を正確に推定することができる。 In the battery management device according to the first aspect, preferably, the correspondence includes a plurality of expansion index maps that are different from each other, and the control unit is configured to select one expansion index map to be used to obtain the expansion index from the plurality of expansion index maps based on the load information, and to obtain the expansion index in the selected one expansion index map. With this configuration, the expansion index can be obtained using an expansion index map corresponding to the load applied to the battery stack. As a result, even if the load applied to the battery stack varies from battery stack to battery stack, the amount of expansion of each battery stack can be accurately estimated based on the selected expansion index map.

上記第1の局面に従う電池管理装置において、好ましくは、制御部は、取得された膨張量指数を累積することにより累積値を算出するとともに、累積値に応じて、電池スタックの劣化を抑制するための劣化抑制制御を行うように構成されている。このように構成すれば、膨張指数の累積値に対応する電池スタックの劣化具合(使用度合い)に基づいて、電池スタックの劣化を抑制する制御を行うことができる。 In the battery management device according to the first aspect, the control unit is preferably configured to calculate a cumulative value by accumulating the acquired expansion amount indexes, and to perform degradation suppression control for suppressing degradation of the battery stack according to the cumulative value. With this configuration, it is possible to perform control to suppress degradation of the battery stack based on the degree of degradation (degree of use) of the battery stack corresponding to the cumulative value of the expansion index.

この場合、好ましくは、制御部は、上記累積値と複数の所定の閾値の各々との大小関係に基づいて、段階的に劣化抑制制御の種類を変更するように構成されている。このように構成すれば、累積値の大きさに応じて適切な劣化抑制制御を実行することができるので、電池スタックの劣化をより確実に抑制することができる。また、段階的に劣化抑制制御の種類が変更されることにより、ユーザの利便性を向上させることができる。 In this case, the control unit is preferably configured to change the type of degradation suppression control in stages based on the magnitude relationship between the accumulated value and each of a plurality of predetermined threshold values. With this configuration, appropriate degradation suppression control can be executed according to the magnitude of the accumulated value, so that degradation of the battery stack can be suppressed more reliably. Furthermore, by changing the type of degradation suppression control in stages, user convenience can be improved.

上記累積値に応じて劣化抑制制御を行う電池管理装置において、好ましくは、劣化抑制制御は、外部に異常を報知する制御、電池に流れる電流を抑制する制御、および、電池スタックのSOCが所定のSOC範囲内になるように電池スタックを充電する制御のうち少なくとも1つを含む。このように構成すれば、外部に異常を報知する制御、電池に流れる電流を抑制する制御、および、電池スタックのSOCが所定のSOC範囲内になるように電池スタックを充電する制御の少なくとも1つにより、電池スタックの劣化をより一層確実に抑制することができる。 In a battery management device that performs degradation suppression control according to the above-mentioned accumulated value, the degradation suppression control preferably includes at least one of control to notify an external abnormality, control to suppress the current flowing through the battery, and control to charge the battery stack so that the SOC of the battery stack falls within a predetermined SOC range. With this configuration, degradation of the battery stack can be suppressed more reliably by at least one of control to notify an external abnormality, control to suppress the current flowing through the battery, and control to charge the battery stack so that the SOC of the battery stack falls within a predetermined SOC range.

本開示の第2の局面に従う電池管理装置は、積層方向に互いに積層された複数の電池を含む電池スタックの充電開始時の開始SOCと、電池スタックの充電終了時の終了SOCと、電池スタックの膨張量を示す膨張指数とが対応付けられている対応関係を記憶する記憶部と、電池スタックの充電時における膨張指数を取得する制御を行う制御部と、を備え、制御部は、開始SOCおよび終了SOCを算出するとともに積層方向において複数の電池の間にかかる荷重を示す荷重情報を取得し、算出された開始SOCおよび終了SOCと取得された荷重情報とに基づいて、上記対応関係を用いて膨張指数を取得する。 A battery management device according to a second aspect of the present disclosure includes a memory unit that stores a correspondence relationship between a start SOC at the start of charging a battery stack including multiple batteries stacked on top of each other in a stacking direction, an end SOC at the end of charging the battery stack, and an expansion index indicating the amount of expansion of the battery stack, and a control unit that performs control to acquire the expansion index during charging of the battery stack, and the control unit calculates the start SOC and end SOC and acquires load information indicating the load applied between the multiple batteries in the stacking direction, and acquires the expansion index using the above correspondence relationship based on the calculated start SOC and end SOC and the acquired load information.

本開示の第2の局面に従う電池管理装置では、上記のように、制御部は、算出された開始SOCおよび終了SOCと取得された荷重情報とに基づいて、電池スタックの膨張指数を取得する。これにより、電池スタックの充電時において、電池スタックにかかる荷重に応じた膨張指数を取得することができる。その結果、電池スタックにかかる荷重が電池スタックごとにばらつく場合でも、充電時における各電池スタックの膨張量を正確に推定することができる。 In the battery management device according to the second aspect of the present disclosure, as described above, the control unit acquires the expansion index of the battery stack based on the calculated starting SOC and ending SOC and the acquired load information. This makes it possible to acquire an expansion index according to the load on the battery stack when the battery stack is being charged. As a result, even if the load on the battery stack varies from one battery stack to another, it is possible to accurately estimate the amount of expansion of each battery stack when being charged.

本開示の第3の局面に従う電池管理装置は、電池の放電開始時の開始SOCと、電池の放電終了時の終了SOCと、電池の膨張量を示す膨張指数とが対応付けられた、互いに異なる複数の対応関係を記憶する記憶部と、少なくとも電池の使用度合いに基づいて、複数の対応関係のうち1つを選択するとともに、選択された対応関係における開始SOCおよび終了SOCに対応する膨張指数を取得する制御部と、を備える。 A battery management device according to a third aspect of the present disclosure includes a memory unit that stores a plurality of different correspondence relationships in which a starting SOC at the start of discharging a battery, an ending SOC at the end of discharging the battery, and an expansion index indicating the amount of expansion of the battery are associated with each other, and a control unit that selects one of the plurality of correspondence relationships based on at least the degree of use of the battery, and obtains the expansion index corresponding to the starting SOC and ending SOC in the selected correspondence relationship.

本開示の第3の局面に従う電池管理装置では、上記のように、制御部は、少なくとも電池の使用度合いに基づいて、電池の放電開始時の開始SOCと電池の放電終了時の終了SOCとに応じた電池の膨張指数を取得する。これにより、電池の放電時において、電池の使用度合いに応じた膨張指数を取得することができる。その結果、電池の使用度合い(劣化具合)が電池ごとにばらつく場合でも、放電時において各電池の膨張量を正確に推定することができる。 In the battery management device according to the third aspect of the present disclosure, as described above, the control unit acquires a battery expansion index corresponding to the starting SOC at the start of discharging the battery and the ending SOC at the end of discharging the battery, based on at least the degree of use of the battery. This makes it possible to acquire an expansion index corresponding to the degree of use of the battery when discharging the battery. As a result, even if the degree of use (degree of deterioration) of the battery varies from battery to battery, it is possible to accurately estimate the amount of expansion of each battery when discharging.

本開示の第4の局面に従う電池管理装置は、電池の充電開始時の開始SOCと、電池の充電終了時の終了SOCと、電池の膨張量を示す膨張指数とが対応付けられた、互いに異なる複数の対応関係を記憶する記憶部と、少なくとも電池の使用度合いに基づいて、複数の対応関係のうち1つを選択するとともに、選択された対応関係における膨張指数を取得する制御部と、を備える。 A battery management device according to a fourth aspect of the present disclosure includes a memory unit that stores a plurality of different correspondence relationships in which a starting SOC at the start of charging the battery, an ending SOC at the end of charging the battery, and an expansion index indicating the amount of expansion of the battery are associated with each other, and a control unit that selects one of the plurality of correspondence relationships based on at least the degree of use of the battery, and obtains the expansion index for the selected correspondence relationship.

本開示の第4の局面に従う電池管理装置では、上記のように、制御部は、少なくとも電池の使用度合いに基づいて、電池の充電開始時の開始SOCと電池の充電終了時の終了SOCとに応じた電池の膨張指数を取得する。これにより、電池の充電時において、電池の使用度合いに応じた膨張指数を取得することができる。その結果、電池の使用度合い(劣化具合)が電池ごとにばらつく場合でも、充電時における各電池の膨張量を正確に推定することができる。 In the battery management device according to the fourth aspect of the present disclosure, as described above, the control unit obtains a battery expansion index corresponding to the starting SOC when charging of the battery begins and the ending SOC when charging of the battery ends, based on at least the degree of use of the battery. This makes it possible to obtain an expansion index corresponding to the degree of use of the battery when charging the battery. As a result, even if the degree of use (degree of deterioration) of the battery varies from battery to battery, it is possible to accurately estimate the amount of expansion of each battery during charging.

本開示によれば、電池の膨張量を正確に推定することができる。 This disclosure makes it possible to accurately estimate the amount of battery expansion.

本実施の形態に係る電池ECUが搭載された車両の全体構成を概略的に示す図である。1 is a diagram showing an outline of the overall configuration of a vehicle equipped with a battery ECU according to an embodiment of the present invention; 電池スタックの構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the configuration of a battery stack. 放電時の膨張指数マップの一例を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing an example of an expansion index map during discharge. メモリに記憶される複数の膨張指数マップを示す図である。FIG. 1 illustrates a number of expansion index maps stored in a memory. 初期拘束荷重と補正係数との対応関係を表すテーブルを示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a table showing the correspondence relationship between an initial restraint load and a correction coefficient. 電池ECUのプロセッサによる放電時における膨張指数の推定制御を示すフロー図である。FIG. 4 is a flow chart showing estimation control of an expansion index during discharge by a processor of the battery ECU. 図7(A)は、電池を流れる電流値の時間変化を示す図である。図7(B)は、電池のSOCおよび電池の温度の時間変化を示す図である。7A is a diagram showing the change over time in the value of the current flowing through the battery, and FIG 7B is a diagram showing the change over time in the SOC and temperature of the battery. 電池ECUのプロセッサによる充電時における膨張指数の推定制御を示すフロー図である。FIG. 4 is a flow chart showing estimation control of an expansion index during charging by a processor of a battery ECU. 本実施の形態および比較例の各々の制御による評価結果を示した図である。FIG. 13 is a diagram showing evaluation results by control of the present embodiment and a comparative example. 本実施の形態の第1変形例による電池ECUの構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a battery ECU according to a first modified example of the present embodiment. 図10の電池ECUのプロセッサによる膨張指数の推定制御を示すフロー図である。FIG. 11 is a flow chart showing expansion index estimation control by a processor of the battery ECU of FIG. 10; 本実施の形態の第2変形例による放電時における膨張指数の推定制御を示すフロー図である。FIG. 11 is a flow chart showing estimation control of the expansion index during discharge according to a second modified example of the present embodiment. 本実施の形態の第2変形例による充電時における膨張指数の推定制御を示すフロー図である。FIG. 11 is a flow chart showing estimation control of an expansion index during charging according to a second modified example of the present embodiment. 本実施の形態の第2変形例および比較例の各々の制御による評価結果を示した図である。13A and 13B are diagrams showing evaluation results of control according to the second modified example of the present embodiment and a comparative example. 本実施の形態の第3変形例および比較例の各々の制御による評価結果を示した図である。13A and 13B are diagrams showing evaluation results of control according to the third modified example of the present embodiment and a comparative example.

以下、本開示の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。
[実施の形態]
以下では、本開示に係る電池ECU(Electronic Control Unit)10が車両に搭載される例について説明する。なお、本開示に係る電池ECU10の用途は車両用に限定されるものではなく、たとえば定置用であってもよい。また、電池ECU10は、特許請求の範囲の「電池管理装置」の一例である。
Hereinafter, embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference characters, and the description thereof will not be repeated.
[Embodiment]
In the following, an example in which a battery ECU (Electronic Control Unit) 10 according to the present disclosure is mounted on a vehicle will be described. Note that the use of the battery ECU 10 according to the present disclosure is not limited to vehicle use, and may be, for example, stationary use. Also, the battery ECU 10 is an example of a "battery management device" in the claims.

図1に示すように、車両1には、電池管理システム100が搭載されている。車両1は、たとえば電気自動車である。なお、本開示に係る電池管理システム100が搭載可能な車両は電気自動車に限られない。本開示に係る電池管理システム100は、電池管理システム100から供給される電力を用いて駆動力を発生させる車両全般に搭載可能である。たとえば、車両1は、ハイブリッド車(プラグインハイブリッド車を含む)または燃料電池車であってもよい。 As shown in FIG. 1, a battery management system 100 is installed in a vehicle 1. The vehicle 1 is, for example, an electric vehicle. Note that vehicles in which the battery management system 100 according to the present disclosure can be installed are not limited to electric vehicles. The battery management system 100 according to the present disclosure can be installed in any vehicle that generates driving force using power supplied from the battery management system 100. For example, the vehicle 1 may be a hybrid vehicle (including a plug-in hybrid vehicle) or a fuel cell vehicle.

電池管理システム100は、電池ECU10と、電池スタック20と、監視ユニット30と、システムメインリレー(SMR:System Main Relay)40とを含む。車両1は、インレット81と、電力変換装置82と、充電リレー83と、パワーコントロールユニット(PCU:Power Control Unit)84と、モータジェネレータ85と、動力伝達ギヤ86と、駆動輪87と、ECU90とをさらに備える。 The battery management system 100 includes a battery ECU 10, a battery stack 20, a monitoring unit 30, and a system main relay (SMR) 40. The vehicle 1 further includes an inlet 81, a power conversion device 82, a charging relay 83, a power control unit (PCU) 84, a motor generator 85, a power transmission gear 86, drive wheels 87, and an ECU 90.

電池ECU10は、CPU(Central Processing Unit)などのプロセッサ11と、ROM(Read Only Memory)およびRAM(Random Access Memory)などのメモリ12と、各種信号が入出力される入出力ポート(図示せず)とを備える。電池ECU10は、各センサから受ける信号ならびにメモリ12に記憶されたプログラムおよびマップ(たとえば後述の膨張指数マップ)に基づいて電池スタック20を管理する。より具体的には、電池ECU10は、電池スタック20のSOC(State Of Charge)を算出したり電池スタック20の劣化状態を推定したりする。本実施の形態において電池ECU10により実行される処理として、電池スタック20(電池スタック20内のセル21)の膨張指数を推定(取得)する処理が挙げられる。この処理は、後に詳細に説明する。なお、プロセッサ11およびメモリ12は、それぞれ、特許請求の範囲の「制御部」および「記憶部」の一例である。また、セル21は、特許請求の範囲の「電池」の一例である。 The battery ECU 10 includes a processor 11 such as a CPU (Central Processing Unit), a memory 12 such as a ROM (Read Only Memory) and a RAM (Random Access Memory), and an input/output port (not shown) through which various signals are input and output. The battery ECU 10 manages the battery stack 20 based on signals received from each sensor and programs and maps (for example, an expansion index map described later) stored in the memory 12. More specifically, the battery ECU 10 calculates the SOC (State Of Charge) of the battery stack 20 and estimates the deterioration state of the battery stack 20. In this embodiment, the process executed by the battery ECU 10 includes a process of estimating (obtaining) the expansion index of the battery stack 20 (cells 21 in the battery stack 20). This process will be described in detail later. The processor 11 and the memory 12 are examples of the "control unit" and "storage unit" in the claims, respectively. The cells 21 are an example of the "battery" in the claims.

図2に示すように、電池スタック20は、積層方向(X方向)に互いに積層される複数のセル21を含む。セル21は、リチウムイオン電池などの二次電池(非水系二次電池)である。電池スタック20は、モータジェネレータ85を駆動するための電力を蓄えるとともに、PCU84を通じてモータジェネレータ85へ電力を供給する。また、電池スタック20は、モータジェネレータ85の発電時にPCU84を通じて発電電力を受けて充電される。 As shown in FIG. 2, the battery stack 20 includes a plurality of cells 21 stacked on top of each other in the stacking direction (X direction). The cells 21 are secondary batteries (non-aqueous secondary batteries) such as lithium ion batteries. The battery stack 20 stores power for driving the motor generator 85 and supplies power to the motor generator 85 through the PCU 84. The battery stack 20 is charged by receiving the generated power through the PCU 84 when the motor generator 85 generates power.

ここで、非水系二次電池は、電池の充放電に伴う劣化に起因して積層方向に膨張する。この膨張は、主に電池の電極の膨張に起因する。電池の膨張を抑制するために膨張方向に外力によって規制すると、電極間の電解液の廃液が電極外に排出され、電解液が減少する。この場合、電池の抵抗の上昇を招く。また、電池の膨張が進行した場合には、電池スタックを拘束するスタック部材(たとえば後述のエンドプレート23)の破損につながる虞れがある。したがって、電池の膨張量を正確に推定することが望まれている。 Here, non-aqueous secondary batteries expand in the stacking direction due to deterioration associated with charging and discharging the battery. This expansion is mainly due to the expansion of the battery electrodes. If an external force is used to restrict the expansion direction in order to suppress the battery expansion, the waste electrolyte between the electrodes is discharged outside the electrodes, and the electrolyte decreases. In this case, the resistance of the battery increases. Furthermore, if the battery expansion progresses, there is a risk that it may lead to damage to the stack members (e.g., end plates 23 described below) that restrain the battery stack. Therefore, it is desirable to accurately estimate the amount of battery expansion.

また、電池スタック20は、スペーサ22と、一対のエンドプレート23と、を有している。スペーサ22は、X方向に互いに隣り合うセル21同士に挟まれるように設けられている。また、一対のエンドプレート23は、X方向における複数のセル21の両端に配置されている。 The battery stack 20 also has a spacer 22 and a pair of end plates 23. The spacer 22 is provided so as to be sandwiched between adjacent cells 21 in the X direction. The pair of end plates 23 are also disposed at both ends of the multiple cells 21 in the X direction.

また、複数のセル21の各々は、筐体21aと、電極(図示せず)と、電解液(図示せず)と、正極端子21bと、負極端子21cとを含む。電極および電解液の各々は、筐体21aに収容されている。 Each of the cells 21 includes a housing 21a, an electrode (not shown), an electrolyte (not shown), a positive terminal 21b, and a negative terminal 21c. Each of the electrodes and the electrolyte is contained in the housing 21a.

なお、電池ECU10のメモリ12には、X方向において複数のセル21の間にかかる荷重の情報が記憶されている。上記荷重の情報は、電池スタック20の組付け時(製造時)において、製造設備(図示せず)に備えられている荷重計測器101(図2参照)により計測された初期拘束荷重である。 In addition, the memory 12 of the battery ECU 10 stores information about the load acting between the multiple cells 21 in the X direction. The load information is the initial restraint load measured by a load measuring device 101 (see FIG. 2) provided in the manufacturing facility (not shown) when the battery stack 20 is assembled (manufactured).

図1に示すように、監視ユニット30は、電池スタック20の状態を監視するための各種センサを含む。具体的には、監視ユニット30は、電圧センサ31と、電流センサ32と、電池温度センサ33と、雰囲気温度センサ34と、バスバー温度センサ35とを含む。各センサは、その検出結果を示す信号を電池ECU10に出力する。 As shown in FIG. 1, the monitoring unit 30 includes various sensors for monitoring the state of the battery stack 20. Specifically, the monitoring unit 30 includes a voltage sensor 31, a current sensor 32, a battery temperature sensor 33, an ambient temperature sensor 34, and a busbar temperature sensor 35. Each sensor outputs a signal indicating its detection result to the battery ECU 10.

SMR40は、電池スタック20とPCU84とを結ぶ電力線に電気的に接続されている。SMR40は、たとえば電池ECU10からの指令に従って開閉される。 The SMR 40 is electrically connected to a power line connecting the battery stack 20 and the PCU 84. The SMR 40 is opened and closed according to commands from, for example, the battery ECU 10.

インレット81は、充電ケーブルの先端に設けられた充電コネクタ(図示せず)を機械的な連結により接続することが可能に構成されている。インレット81と充電コネクタとが接続されることによって、充電設備(図示せず)と車両1との間の電気的な接続が確保される。また、車両1のECU90と充電設備の制御装置(図示せず)とは、CAN(Controller Area Network)等の通信規格に従って各種指令およびデータを相互に送受信することが可能である。 The inlet 81 is configured so that a charging connector (not shown) provided at the end of a charging cable can be connected by a mechanical coupling. By connecting the inlet 81 and the charging connector, an electrical connection between the charging equipment (not shown) and the vehicle 1 is ensured. In addition, the ECU 90 of the vehicle 1 and the control device of the charging equipment (not shown) can transmit and receive various commands and data to and from each other in accordance with communication standards such as CAN (Controller Area Network).

電力変換装置82は、たとえばAC/DC変換器である。電力変換装置82は、充電設備から充電ケーブルを介して供給される交流電力を、電池スタック20を充電するための直流電力に変換する。 The power conversion device 82 is, for example, an AC/DC converter. The power conversion device 82 converts AC power supplied from the charging equipment via a charging cable into DC power for charging the battery stack 20.

充電リレー83は、SMR40とPCU84とを結ぶ電力線に電気的に接続されている。充電リレー83は、たとえばECU90からの指令に従って開閉される。充電リレー83が閉成され、かつSMR40が閉成されると、インレット81と電池スタック20との間での電力伝送が可能となる。 The charging relay 83 is electrically connected to a power line connecting the SMR 40 and the PCU 84. The charging relay 83 is opened and closed according to commands from, for example, the ECU 90. When the charging relay 83 is closed and the SMR 40 is closed, power transmission between the inlet 81 and the battery stack 20 becomes possible.

PCU84は、SMR40とモータジェネレータ85との間に電気的に接続されている。PCU84は、コンバータおよびインバータ(いずれも図示せず)を含み、ECU90からの指令に従ってモータジェネレータ85を駆動する。 The PCU 84 is electrically connected between the SMR 40 and the motor generator 85. The PCU 84 includes a converter and an inverter (neither shown), and drives the motor generator 85 according to commands from the ECU 90.

モータジェネレータ85は、交流回転電機であり、たとえば、永久磁石が埋設されたロータを備える永久磁石型同期電動機である。モータジェネレータ85の出力トルクが動力伝達ギヤ86を通じて駆動輪87に伝達されることにより、車両1が走行する。また、モータジェネレータ85は、車両1の制動動作時には、駆動輪87の回転力によって発電する。モータジェネレータ85による発電電力は、PCU84によって電池スタック20の充電電力に変換される。 The motor generator 85 is an AC rotating electric machine, for example a permanent magnet type synchronous motor with a rotor in which a permanent magnet is embedded. The output torque of the motor generator 85 is transmitted to the drive wheels 87 through the power transmission gear 86, causing the vehicle 1 to run. In addition, the motor generator 85 generates electricity using the rotational force of the drive wheels 87 when the vehicle 1 is braking. The power generated by the motor generator 85 is converted by the PCU 84 into charging power for the battery stack 20.

ECU90は、電池ECU10と同様に、プロセッサ91と、メモリ92と、入出力ポート(図示せず)とを含む。ECU90は、各センサから受ける信号ならびにメモリ92に記憶されたプログラムおよびマップに基づいて、車両1を所望の状態に制御するための各種制御を実行する。たとえば、ECU90は、電池ECU10と協調しながらPCU84を制御することによって電池スタック20の充放電を制御する。 The ECU 90, like the battery ECU 10, includes a processor 91, a memory 92, and an input/output port (not shown). The ECU 90 executes various controls to control the vehicle 1 to a desired state based on signals received from each sensor and programs and maps stored in the memory 92. For example, the ECU 90 controls the charging and discharging of the battery stack 20 by controlling the PCU 84 in cooperation with the battery ECU 10.

また、電池ECU10のメモリ12には、図3に示す膨張指数マップが記憶されている。膨張指数マップとは、電池スタック20の膨張量の推定に用いられるマップである。膨張指数マップでは、電池スタック20の放電開始時の開始SOC(State of Charge)と、電池スタック20の放電終了時の終了SOCと、電池スタック20の膨張指数とが対応付けられている。なお、上記の膨張指数は、特許請求の範囲の「膨張指数」の一例である。また、図3に示す膨張指数マップでは具体的な膨張指数の記載は省略されているが、実際は各白抜きセルごとに膨張指数が設定されている。 In addition, the memory 12 of the battery ECU 10 stores an expansion index map shown in FIG. 3. The expansion index map is a map used to estimate the expansion amount of the battery stack 20. In the expansion index map, the start SOC (State of Charge) at the start of discharge of the battery stack 20, the end SOC at the end of discharge of the battery stack 20, and the expansion index of the battery stack 20 are associated with each other. Note that the above expansion index is an example of the "expansion index" in the claims. In addition, although the specific expansion index is omitted from the expansion index map shown in FIG. 3, an expansion index is actually set for each open cell.

また、図4に示すように、メモリ12には、互いに異なる複数の膨張指数マップが記憶されている。後に詳細に説明するように、膨張指数マップは、セル21の使用度合い、および、セル21の温度の各々に基づいて互いに別個に設けられている。すなわち、電池スタック20の膨張量を推定(取得)する際に、セル21の温度(低温、中温、および、高温)とセル21の使用度合い(使用初期および使用末期)とに基づいて、使用する1つの膨張指数マップが選択される。本実施形態では、6つの膨張指数マップ(マップA~マップF)のうちから、セル21の温度とセル21の使用度合いとに基づいて1つの膨張指数マップが選択される。一例を挙げると、セル21の温度が高温で、かつ、セル21が使用初期の場合では、マップAが用いられる。 As shown in FIG. 4, the memory 12 stores a plurality of expansion index maps that are different from each other. As will be described in detail later, the expansion index maps are provided separately from each other based on the degree of use of the cells 21 and the temperature of the cells 21. That is, when estimating (obtaining) the expansion amount of the battery stack 20, one expansion index map to be used is selected based on the temperature of the cells 21 (low temperature, medium temperature, and high temperature) and the degree of use of the cells 21 (early use and late use). In this embodiment, one expansion index map is selected from six expansion index maps (maps A to F) based on the temperature of the cells 21 and the degree of use of the cells 21. As an example, when the temperature of the cells 21 is high and the cells 21 are in the early use, map A is used.

なお、使用度合いが大きい電池スタック20に対応する膨張指数マップの膨張指数ほど、膨張指数が小さい。具体的には、使用末期の電池スタック20に対応する膨張指数マップの膨張指数は、使用初期の電池スタック20に対応する膨張指数マップの膨張指数よりも大きい。なお、3種類以上の使用度合い(たとえば、使用初期、使用中期、および、使用末期)ごとに膨張指数マップが分けられていてもよい。 The expansion index of the expansion index map corresponding to the battery stack 20 with a higher degree of use is smaller. Specifically, the expansion index of the expansion index map corresponding to the battery stack 20 at the end of use is larger than the expansion index of the expansion index map corresponding to the battery stack 20 at the beginning of use. The expansion index maps may be divided into three or more types of degrees of use (for example, early use, middle use, and late use).

また、膨張指数は、低温(たとえば25℃)に対応する膨張指数マップ、中温(たとえば40℃)に対応する膨張指数マップ、高温(たとえば60℃)に対応する膨張指数マップの順で大きい。なお、メモリ12に記憶されている膨張指数マップの個数は上記の例に限られない。たとえば、所定の温度(たとえば5℃または10℃)ごとに膨張指数マップが分けられていてもよい。 The expansion index is largest in the expansion index map corresponding to a low temperature (e.g., 25°C), followed by the expansion index map corresponding to a medium temperature (e.g., 40°C), and finally the expansion index map corresponding to a high temperature (e.g., 60°C). Note that the number of expansion index maps stored in memory 12 is not limited to the above example. For example, the expansion index maps may be divided for each predetermined temperature (e.g., 5°C or 10°C).

また、図5に示すように、電池ECU10のメモリ12には、セル21にかかる初期拘束荷重に対応する補正係数を示すテーブルが記憶されている。上記テーブルでは、2kN~24kNまでの初期拘束荷重の間において2kNごと(すなわち、2kN、4kN・・・22kN、24kNの各々)に補正係数Biが対応付けられている。なお、上記テーブルの補正係数は、初期拘束荷重が大きいほど小さい。そして、上記補正係数を用いて上記の膨張指数が補正される。この補正に関しては、後に詳細に説明する。また、図5に示すテーブルでは、具体的な補正係数の記載は省略されているが、実際は各白抜きセルごとに補正係数が設定されている。なお、初期拘束荷重は、特許請求の範囲の「荷重」の一例である。 As shown in FIG. 5, the memory 12 of the battery ECU 10 stores a table showing correction coefficients corresponding to the initial restraint loads applied to the cells 21. In the table, a correction coefficient Bi is associated with each 2 kN of initial restraint load between 2 kN and 24 kN (i.e., 2 kN, 4 kN, . . . 22 kN, 24 kN). The larger the initial restraint load, the smaller the correction coefficient in the table. The expansion index is corrected using the correction coefficient. This correction will be described in detail later. In the table shown in FIG. 5, specific correction coefficients are omitted, but in reality, a correction coefficient is set for each open cell. The initial restraint load is an example of the "load" in the claims.

また、上記の膨張指数マップに変えて、データテーブル、関数、および、関係式により、開始SOCおよび終了SOCと膨張指数とが対応付けられていてもよい。また、図4の膨張指数マップと図5のテーブルとが1つのマップにより表されていてもよい。具体的には、開始SOC、終了SOC、および、初期拘束荷重と、膨張指数とが対応付けられているマップが用いられてもよい。
<放電時のフロー>
次に、図6に示す電池スタック20の放電時のフロー図を参照して、電池スタック20(セル21)の膨張指数を取得(推定)するプロセッサ11による制御を説明する。なお、本実施の形態では、放電時において電流iが正で、かつ、充電時において電流iが負とする。
In addition, instead of the above-mentioned expansion index map, the start SOC and the end SOC may be associated with the expansion index by a data table, a function, or a relational expression. The expansion index map of Fig. 4 and the table of Fig. 5 may be represented by a single map. Specifically, a map in which the start SOC, the end SOC, and the initial restraint load are associated with the expansion index may be used.
<Discharging flow>
Next, the control by the processor 11 for acquiring (estimating) the expansion index of the battery stack 20 (cells 21) will be described with reference to the flow diagram of discharging the battery stack 20 shown in Fig. 6. In this embodiment, the current i is positive during discharging and negative during charging.

まず、ステップS1において、電流センサ32(図1参照)により検知された電池スタック20に流れる電流i(図7(A)参照)が0よりも大きいか否かが判定される。電流iが0よりも大きい場合(すなわち電池スタック20の放電が行われている場合)(S1においてYes)、処理はステップS2に進む。電流iが0以下の場合(すなわち電池スタック20の放電が行われていない場合)(S1においてNo)、ステップS1が繰り返される。 First, in step S1, it is determined whether the current i (see FIG. 7(A)) flowing through the battery stack 20 detected by the current sensor 32 (see FIG. 1) is greater than 0. If the current i is greater than 0 (i.e., the battery stack 20 is discharging) (Yes in S1), the process proceeds to step S2. If the current i is equal to or less than 0 (i.e., the battery stack 20 is not discharging) (No in S1), step S1 is repeated.

次に、ステップS2において、放電開始時刻の時刻t1におけるSOCである開始SOC(図7(B)参照)のS参照)が検出される。また、時刻t1から後述の時刻t2までにおいて、電池温度センサ33(図1参照)により検出された電池スタック20の温度Tの最大値である温度Tmax(図7(B)参照)が検出される。 Next, in step S2, a start SOC (see S1 in FIG. 7B) is detected, which is the SOC at time t1 when discharge starts. Also, a temperature Tmax (see FIG. 7B) is detected, which is the maximum value of the temperature T of the battery stack 20 detected by the battery temperature sensor 33 (see FIG. 1) from time t1 to time t2 (described later).

次に、ステップS3において、電流iが0であるか否かが判定される。電流iが0である場合(すなわち放電が終了している場合)(S3においてYes)、処理はステップS4に進む。電流iが0でない場合(すなわち放電が終了していない場合)(S3においてNo)、電流iが0になるまでステップS3が継続される。 Next, in step S3, it is determined whether the current i is 0 or not. If the current i is 0 (i.e., the discharge has ended) (Yes in S3), the process proceeds to step S4. If the current i is not 0 (i.e., the discharge has not ended) (No in S3), step S3 continues until the current i becomes 0.

次に、ステップS4において、放電終了時刻の時刻t2におけるSOCである終了SOC(図7(B)参照のS参照)が検出される。 Next, in step S4, the end SOC (see S2 in FIG. 7B), which is the SOC at the time t2 when the discharge ends, is detected.

ここで、電池スタック20の膨張量は、電池スタック20の劣化具合に応じて変化する。すなわち、電池スタック20の劣化具合が電池スタック20ごとにばらつく場合、電池スタック20の膨張量を正確に推定することが困難になり得ることが考えられる。そこで、本実施形態では、プロセッサ11は、少なくとも電池スタック20の使用度合いに基づいて、メモリ12に記憶されている複数の膨張指数マップのうち1つを選択するように構成されている。言い換えると、電池スタック20の使用度合いに応じて、電池スタック20の膨張を数値化する際の重み付けが変更されている。 Here, the amount of expansion of the battery stack 20 changes depending on the degree of deterioration of the battery stack 20. In other words, if the degree of deterioration of the battery stack 20 varies from one battery stack 20 to another, it may be difficult to accurately estimate the amount of expansion of the battery stack 20. Therefore, in this embodiment, the processor 11 is configured to select one of a plurality of expansion index maps stored in the memory 12 based on at least the degree of use of the battery stack 20. In other words, the weighting used when quantifying the expansion of the battery stack 20 is changed depending on the degree of use of the battery stack 20.

具体的には、プロセッサ11は、電池スタック20の使用度合いと、電池スタック20の最大温度である温度Tmaxとに基づいて、メモリ12に記憶されている複数の膨張指数マップ(図4のマップA~F参照)のうち1つを選択する。そして、プロセッサ11は、選択された膨張指数マップにおける開始SOCおよび終了SOCに対応する膨張指数を取得する。 Specifically, the processor 11 selects one of a plurality of expansion index maps (see maps A to F in FIG. 4) stored in the memory 12 based on the degree of use of the battery stack 20 and the temperature Tmax, which is the maximum temperature of the battery stack 20. Then, the processor 11 obtains the expansion index corresponding to the start SOC and the end SOC in the selected expansion index map.

詳細には、ステップS5において、セル21(電池スタック20)の使用初期からの総放電量が、所定の閾値Thよりも小さいか否かが判定される。上記総放電量が閾値Thよりも小さい場合(S5においてYes)、電池スタック20の使用度合いが小さい(すなわち使用初期である)と判定され、処理はステップS6に進む。また、上記総放電量が閾値Th以上の場合(S5においてNo)、電池スタック20の使用度合いが大きい(すなわち使用末期である)と判定され、処理はステップS7に進む。 Specifically, in step S5, it is determined whether or not the total discharge amount of the cells 21 (battery stack 20) from the early stage of use is smaller than a predetermined threshold value Th A. If the total discharge amount is smaller than the threshold value Th A (Yes in S5), it is determined that the degree of use of the battery stack 20 is small (i.e., in the early stage of use), and the process proceeds to step S6. If the total discharge amount is equal to or larger than the threshold value Th A (No in S5), it is determined that the degree of use of the battery stack 20 is large (i.e., in the final stage of use), and the process proceeds to step S7.

ステップS6では、電池スタック20の使用初期の膨張指数マップ(マップA~C)に基づき、膨張指数SWが取得(算出)される。たとえば、温度Tmaxが25℃(すなわち低温)の場合、図4のマップCを用いて膨張指数SWが取得(算出)される。この場合、マップCに基づいて、ステップS2において取得された開始SOC、および、ステップS4において取得された終了SOCに対応する膨張指数SWが取得(算出)される。 In step S6, the expansion index SW is obtained (calculated) based on the expansion index maps (maps A to C) for the initial use of the battery stack 20. For example, when the temperature Tmax is 25°C (i.e., a low temperature), the expansion index SW is obtained (calculated) using map C in FIG. 4. In this case, the expansion index SW corresponding to the starting SOC obtained in step S2 and the ending SOC obtained in step S4 is obtained (calculated) based on map C.

また、ステップS7では、電池スタック20の使用末期の膨張指数マップ(マップD~F)に基づき、膨張指数SWが取得(算出)される。なお、ステップS8では、使用されるマップがステップS7とは異なるだけで、その他の制御はステップS7と同様であるので、ステップS7の詳細な説明は繰り返さない。 In addition, in step S7, the expansion index SW is obtained (calculated) based on the expansion index map (maps D to F) for the end of use of the battery stack 20. Note that in step S8, only the map used is different from that in step S7, and other controls are the same as in step S7, so a detailed description of step S7 will not be repeated.

ここで、電池スタック20(セル21)の膨張量は、上述した電池スタック20の使用度合いに加えて、電池スタック20にかかる負荷(荷重)にも応じて変化する。すなわち、電池スタック20にかかる負荷(荷重)が電池スタック20ごとにばらつく場合、電池スタック20の膨張量を正確に推定することが困難な場合が生じると考えられる。そこで、本実施形態では、プロセッサ11は、電池スタック20(複数のセル21の間)にかかる荷重に基づいて、電池スタック20の膨張指数を取得するように構成されている。 Here, the amount of expansion of the battery stack 20 (cells 21) changes depending on the load (weight) on the battery stack 20, in addition to the degree of use of the battery stack 20 described above. In other words, if the load (weight) on the battery stack 20 varies from one battery stack 20 to another, it may be difficult to accurately estimate the amount of expansion of the battery stack 20. Therefore, in this embodiment, the processor 11 is configured to obtain the expansion index of the battery stack 20 based on the load on the battery stack 20 (between the multiple cells 21).

具体的には、プロセッサ11は、メモリ12に記憶されている電池スタック20の組付け時(製造時)の初期拘束荷重に基づいて、電池スタック20の膨張指数を取得するように構成されている。 Specifically, the processor 11 is configured to obtain the expansion index of the battery stack 20 based on the initial restraint load at the time of assembly (manufacturing) of the battery stack 20 stored in the memory 12.

詳細には、ステップS8では、ステップS6またはステップS7において取得された膨張指数SWが、電池スタック20の初期拘束荷重に対応する補正係数Biにより補正される。 In detail, in step S8, the expansion index SW obtained in step S6 or step S7 is corrected by a correction coefficient Bi corresponding to the initial restraint load of the battery stack 20.

次に、ステップS9では、膨張指数を累積することにより累積値SWsumが算出される。具体的には、ステップS8において算出された補正後の膨張指数SWが、電池スタック20の充放電初期(たとえば車両1の出荷時点)から累積された累積値SWsumに加算される。 Next, in step S9, the expansion indexes are accumulated to calculate an accumulated value SWsum. Specifically, the corrected expansion index SWB calculated in step S8 is added to the accumulated value SWsum accumulated from the beginning of charging and discharging the battery stack 20 (for example, at the time of shipping the vehicle 1).

ここで、本実施の形態では、プロセッサ11は、ステップS9において算出された累積値SWsumに応じて、電池スタック20の劣化を抑制するための劣化抑制制御を行うように構成されている。具体的には、プロセッサ11は、ステップS9において算出された累積値SWsumと複数の所定の閾値(後述の閾値Th~Th)の各々との大小関係に基づいて、段階的に上記劣化抑制制御の種類を変更するように構成されている。上記劣化抑制制御は、後述するように、外部に異常を報知する制御、および、セル21(電池スタック20)に流れる電流を抑制する制御を含む。詳細を、後述のステップS10~S15を参照して説明する。 In this embodiment, the processor 11 is configured to perform degradation suppression control for suppressing degradation of the battery stack 20 according to the accumulated value SWsum calculated in step S9. Specifically, the processor 11 is configured to change the type of the degradation suppression control stepwise based on the magnitude relationship between the accumulated value SWsum calculated in step S9 and each of a plurality of predetermined thresholds (thresholds Th 1 to Th 3 described later). The degradation suppression control includes control for notifying an abnormality to the outside and control for suppressing a current flowing through the cell 21 (battery stack 20), as described later. Details will be described with reference to steps S10 to S15 described later.

ステップS10では、累積値SWsumが閾値Thよりも大きいか否かが判定される。累積値SWsumが閾値Thよりも大きい場合(S10においてYesの場合)、処理はステップS12に進む。また、累積値SWsumが閾値Th以下の場合(S10においてNoの場合)、処理はステップS11に進む。 In step S10, it is determined whether the cumulative value SWsum is greater than the threshold value Th1 . If the cumulative value SWsum is greater than the threshold value Th1 (Yes in S10), the process proceeds to step S12. If the cumulative value SWsum is equal to or less than the threshold value Th1 (No in S10), the process proceeds to step S11.

ステップS11では、ダイアグ指令が生成されることにより、外部に電池スタック20の異常が報知(たとえば、インパネの警告灯が点灯)される。 In step S11, a diagnostic command is generated to notify the outside world of an abnormality in the battery stack 20 (for example, by turning on a warning light on the instrument panel).

ステップS12では、累積値SWsumが閾値Thよりも大きいか否かが判定される。なお、閾値Thは、閾値Thよりも小さい値である。累積値SWsumが閾値Thよりも大きい場合(S12においてYes)、処理はステップS14に進む。また、累積値SWsumが閾値Th以下の場合(S12においてNo)、処理はステップS13に進む。 In step S12, it is determined whether the cumulative value SWsum is greater than a threshold value Th2 . The threshold value Th2 is a value smaller than the threshold value Th1 . If the cumulative value SWsum is greater than the threshold value Th2 (Yes in S12), the process proceeds to step S14. If the cumulative value SWsum is equal to or smaller than the threshold value Th2 (No in S12), the process proceeds to step S13.

ステップS13では、累積値SWsumが閾値Th以下の場合に比べて、SOCの上限値が低減される指令が生成されることにより、セル21(電池スタック20)に流れる電流を抑制する制御が実行される。これにより、電池スタック20の充電量が抑制されるので、電池スタック20の膨張を抑制することが可能である。なお、ステップS13では、SOCの上限値を低減することに代えて(または加えて)、最大充電レートの上限を低下させる制御が行われてもよいし、充電レートごとの充電回数(充電時間)を低下させる制御が行われてもよい。 In step S13, a command to reduce the upper limit of the SOC is generated compared to when the accumulated value SWsum is equal to or less than the threshold value Th2 , and control is executed to suppress the current flowing through the cell 21 (battery stack 20). This suppresses the charge amount of the battery stack 20, making it possible to suppress the expansion of the battery stack 20. Note that in step S13, instead of (or in addition to) reducing the upper limit of the SOC, control may be performed to lower the upper limit of the maximum charging rate, or control may be performed to reduce the number of charging times (charging time) for each charging rate.

ステップS14では、累積値SWsumが閾値Thよりも大きいか否かが判定される。なお、閾値Thは、閾値Thよりも小さい値である。また、累積値SWsumが閾値Th以下の場合(S14においてNo)、ステップS15に進む。 In step S14, it is determined whether the cumulative value SWsum is greater than a threshold value Th3 . The threshold value Th3 is a value smaller than the threshold value Th2 . If the cumulative value SWsum is equal to or smaller than the threshold value Th3 (No in S14), the process proceeds to step S15.

ステップS15では、車両1がEV(PHEV)である場合に、SOCが所定の範囲内(たとえば30%~60%)に収まるような充放電を行うようにユーザに指令が通知される。SOCが上記の所定の範囲内である場合に、SOCが上記の所定の範囲外である場合に比べると、セル21が膨張しにくい。したがって、SOCを上記の所定の範囲内になるようにセル21を充電することにより、電池スタック20の膨張を抑制することが可能である。 In step S15, if the vehicle 1 is an EV (PHEV), a command is issued to the user to charge and discharge the battery so that the SOC falls within a predetermined range (e.g., 30% to 60%). When the SOC is within the above-mentioned predetermined range, the cells 21 are less likely to expand than when the SOC is outside the above-mentioned predetermined range. Therefore, by charging the cells 21 so that the SOC falls within the above-mentioned predetermined range, it is possible to suppress the expansion of the battery stack 20.

なお、ステップS14およびS15のようなセル21(電池スタック20)に流れる電流を抑制する制御の代わりに、電池の冷却目標値を低下させる指令が生成されてもよい。 In addition, instead of the control to suppress the current flowing through the cell 21 (battery stack 20) as in steps S14 and S15, a command to lower the battery cooling target value may be generated.

また、上記劣化抑制制御が、外部に異常を報知する制御、および、セル21(電池スタック20)に流れる電流を抑制する制御のうちのいずれか一方のみを含んでいてもよい。また、閾値の個数は、閾値Th~Thの3つに限られない。
<充電時のフロー>
図8は、電池スタック20の充電時のフロー図を示す。以下では、図6のフロー図との差異のみを説明する。なお、図8では、図6と同じ制御が行われている箇所には同じステップ番号が付されている。
In addition, the degradation suppression control may include only one of the control for notifying an abnormality to the outside and the control for suppressing the current flowing through the cell 21 (battery stack 20). In addition, the number of thresholds is not limited to three, the thresholds Th1 to Th3 .
<Charging flow>
Fig. 8 shows a flow diagram during charging of the battery stack 20. Below, only the differences from the flow diagram of Fig. 6 will be described. Note that in Fig. 8, the same step numbers are assigned to the parts where the same controls as in Fig. 6 are performed.

まず、ステップS21において、電流センサ32(図1参照)により検知された電池スタック20に流れる電流i(図7(A)参照)が0よりも小さいか否かが判定される。電流iが0よりも小さい場合(すなわち電池スタック20の充電が行われている場合)、ステップS2に進む。電流iが0以上の場合(すなわち電池スタック20の充電が行われていない場合)、ステップS21が繰り返される。 First, in step S21, it is determined whether the current i (see FIG. 7(A)) flowing through the battery stack 20 detected by the current sensor 32 (see FIG. 1) is less than 0. If the current i is less than 0 (i.e., the battery stack 20 is being charged), the process proceeds to step S2. If the current i is equal to or greater than 0 (i.e., the battery stack 20 is not being charged), step S21 is repeated.

また、図6の放電時のステップS6(S7)では放電時用の膨張指数マップ(図3および図4参照)が用いられる一方で、図8のステップS26(S27)では充電時用の膨張指数マップ(図示せず)が用いられる。その他の点においては、ステップS26(S27)の制御はステップS6(S7)の制御と同様である。
<評価結果>
図9は、本実施の形態における膨張指数の推定処理の制御を評価した結果を示す図である。図9では、電池スタック20にかかる荷重および電池スタック20の使用度合いを考慮した制御である本実施形態と、電池スタック20にかかる荷重および電池スタック20の使用度合いを考慮していない制御である比較例とが比較されている。また、図9では、電池スタック20の膨張指数が、電池スタック20の破損を保護するレベルに達した時点での、各制御における電池スタック20の総放電量を示している。
Also, in step S6 (S7) during discharge in Fig. 6, the expansion index map for discharge (see Figs. 3 and 4) is used, whereas in step S26 (S27) in Fig. 8, the expansion index map for charge (not shown) is used. In other respects, the control in step S26 (S27) is similar to the control in step S6 (S7).
<Evaluation Results>
Fig. 9 is a diagram showing the results of evaluating the control of the expansion index estimation process in the present embodiment. Fig. 9 compares the present embodiment, which is a control that takes into account the load on the battery stack 20 and the degree of use of the battery stack 20, with a comparative example, which is a control that does not take into account the load on the battery stack 20 and the degree of use of the battery stack 20. Fig. 9 also shows the total discharge amount of the battery stack 20 in each control at the time when the expansion index of the battery stack 20 reaches a level that protects the battery stack 20 from damage.

図9に示すように、本実施形態の制御による総放電量が、比較例による総放電量よりも大きいという結果が得られた。この結果により、本実施形態による制御の方が、比較例の制御に比べて、膨張指数が上記破損を保護するレベルに達するまでに実施可能な充放電回数が多くなることが示されている。これは、本実施形態による制御によって、電池スタック20の膨張指数がより正確に推定されたことにより、膨張指数の累積値が過剰に大きくなることが抑制されていることに起因する。 As shown in FIG. 9, the total discharge amount by the control of this embodiment is greater than the total discharge amount by the comparative example. This result shows that the control of this embodiment allows a greater number of charge/discharge cycles to be performed before the expansion index reaches a level that protects against the above-mentioned damage, compared to the control of the comparative example. This is because the control of this embodiment allows the expansion index of the battery stack 20 to be more accurately estimated, thereby preventing the cumulative value of the expansion index from becoming excessively large.

以上のように、本実施の形態においては、プロセッサ11は、複数のセル21の間にかかる荷重に基づいて、メモリ12に記憶されている膨張指数マップにおける開始SOCおよび終了SOCに対応する電池スタック20の膨張指数を取得するように構成されている。これにより、電池スタック20の放電時(充電時)において、電池スタック20にかかる荷重に応じた膨張指数を取得することができる。その結果、電池スタック20の製造時点において電池スタック20にかかる荷重が電池スタック20ごとにばらつく場合(製造誤差が生じる)でも、電池スタック20の放電時(充電時)における各電池スタック20の膨張量を正確に推定することができる。 As described above, in this embodiment, the processor 11 is configured to obtain the expansion index of the battery stack 20 corresponding to the start SOC and end SOC in the expansion index map stored in the memory 12 based on the load applied between the multiple cells 21. This makes it possible to obtain an expansion index corresponding to the load applied to the battery stack 20 when the battery stack 20 is discharged (charged). As a result, even if the load applied to the battery stack 20 varies for each battery stack 20 at the time of manufacture of the battery stack 20 (manufacturing errors occur), the amount of expansion of each battery stack 20 when the battery stack 20 is discharged (charged) can be accurately estimated.

また、本実施の形態においては、プロセッサ11は、上記荷重に基づいて、メモリ12に記憶されている膨張指数マップにおける開始SOCおよび終了SOCに対応する膨張指数を補正するように構成されている。これにより、電池スタック20にかかる荷重に基づいて電池スタック20の膨張量を適切に補正することができる。その結果、電池スタック20にかかる荷重に起因して電池スタック20の膨張量の推定が不適切になるのを抑制することができる。 In addition, in this embodiment, the processor 11 is configured to correct the expansion index corresponding to the start SOC and end SOC in the expansion index map stored in the memory 12 based on the load. This allows the expansion amount of the battery stack 20 to be appropriately corrected based on the load applied to the battery stack 20. As a result, it is possible to prevent the expansion amount of the battery stack 20 from being estimated inappropriately due to the load applied to the battery stack 20.

また、本実施の形態においては、プロセッサ11は、少なくとも電池スタック20の使用度合いに基づいて、メモリ12に記憶されている複数の膨張指数マップのうち1つを選択する。そして、プロセッサ11は、選択された膨張指数マップにおける開始SOCおよび終了SOCに対応する膨張指数を、上記荷重に基づいて補正するように構成されている。これにより、制御部は、少なくとも電池スタックの使用度合いにも基づいて膨張量を示す指数を取得することができる。その結果、電池スタック20の使用度合い(劣化具合)に起因して電池スタック20の膨張量の推定が不適切になるのを抑制することができる。 In addition, in this embodiment, the processor 11 selects one of a plurality of expansion index maps stored in the memory 12 based on at least the degree of use of the battery stack 20. The processor 11 is then configured to correct the expansion index corresponding to the start SOC and end SOC in the selected expansion index map based on the load. This allows the control unit to obtain an index indicating the amount of expansion based on at least the degree of use of the battery stack. As a result, it is possible to prevent the amount of expansion of the battery stack 20 from being estimated inappropriately due to the degree of use (degree of deterioration) of the battery stack 20.

また、たとえば電池スタック20のセル21間にセンサやプローブ等を挟むことにより電池スタック20の膨張状態を検知する場合と異なり、本実施の形態においては、センサやプローブ等に起因して電池スタック20(セル21間)の絶縁性が低下することがない。その結果、電池スタック20の性能が低下するのを抑制することができる。 In addition, unlike the case where the expansion state of the battery stack 20 is detected by, for example, sandwiching a sensor, probe, etc. between the cells 21 of the battery stack 20, in this embodiment, the insulation of the battery stack 20 (between the cells 21) is not deteriorated due to the sensor, probe, etc. As a result, it is possible to suppress a deterioration in the performance of the battery stack 20.

たとえば、上記実施の形態では、電池スタック20にかかる荷重に基づいて、膨張指数マップにおける開始SOCおよび終了SOCに対応する膨張指数を補正する例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、複数の初期拘束荷重ごとに互いに異なる膨張指数マップが対応付けられており、計測された初期拘束荷重に基づいて使用する膨張指数マップを切り替えてもよい。 For example, in the above embodiment, an example was shown in which the expansion index corresponding to the start SOC and end SOC in the expansion index map is corrected based on the load applied to the battery stack 20, but the present disclosure is not limited to this. For example, different expansion index maps may be associated with each of multiple initial restraint loads, and the expansion index map to be used may be switched based on the measured initial restraint load.

具体的には、図10に示すように、上記実施の形態の第1変形例による電池ECU110は、プロセッサ111と、メモリ112とを備える。メモリ111は、互いに異なる複数の膨張指数マップを記憶している。この複数の膨張指数マップは、複数の初期拘束荷重に対応して(関連付けられて)いる。なお、電池ECU110は、特許請求の範囲の「電池管理装置」の一例である。また、プロセッサ111およびメモリ112は、それぞれ、特許請求の範囲の「制御部」および「記憶部」の一例である。 Specifically, as shown in FIG. 10, the battery ECU 110 according to the first modified example of the above embodiment includes a processor 111 and a memory 112. The memory 111 stores a plurality of expansion index maps that are different from each other. The plurality of expansion index maps correspond to (are associated with) a plurality of initial restraint loads. The battery ECU 110 is an example of a "battery management device" in the claims. The processor 111 and the memory 112 are examples of a "control unit" and a "storage unit" in the claims, respectively.

図11に示すように、ステップS36において、プロセッサ111は、電池スタック20の組付け時に計測された初期拘束荷重に対応する一の膨張指数マップを選択する。そして、プロセッサ111は、選択された一の膨張指数マップにおける開始SOCおよび終了SOCに対応する膨張指数を取得する。この場合、上記実施形態の図6におけるステップS5~S8(図8のS5、S26、S27、およびS8)の代わりに、ステップS36が実行される。 As shown in FIG. 11, in step S36, the processor 111 selects an expansion index map corresponding to the initial restraint load measured when the battery stack 20 is assembled. Then, the processor 111 obtains the expansion index corresponding to the start SOC and the end SOC in the selected expansion index map. In this case, step S36 is executed instead of steps S5 to S8 in FIG. 6 of the above embodiment (S5, S26, S27, and S8 in FIG. 8).

また、上記実施の形態では、電池スタック20にかかる荷重に基づいて膨張指数を取得する制御が行われる例を示したが、本開示はこれに限られない。膨張指数を取得する制御において、電池スタック20にかかる荷重を加味しなくてもよい。具体的には、図12に示すように、上記実施形態の放電時のフロー(図6参照)からステップS8が省略されたフローが実行される。また、図13に示すように、第2変形例では、上記実施形態の充電時のフロー(図8参照)からステップS8が省略されたフローが行われる。この場合でも、図14に示すように、セル21の総放電量が、比較例(荷重および使用度合いを加味しない制御)によるセル21の総放電量よりも大きいという結果が得られた。 In addition, in the above embodiment, an example was shown in which control was performed to obtain the expansion index based on the load on the battery stack 20, but the present disclosure is not limited to this. In the control to obtain the expansion index, the load on the battery stack 20 does not need to be taken into account. Specifically, as shown in FIG. 12, a flow is executed in which step S8 is omitted from the flow during discharge in the above embodiment (see FIG. 6). Also, as shown in FIG. 13, in the second modified example, a flow is executed in which step S8 is omitted from the flow during charging in the above embodiment (see FIG. 8). Even in this case, as shown in FIG. 14, a result was obtained in which the total discharge amount of the cells 21 was greater than the total discharge amount of the cells 21 in the comparative example (control that does not take into account the load and degree of use).

また、上記実施の形態では、電池スタック20の使用度合いに基づいて、選択する膨張指数マップを切り替える例を示したが、本開示はこれに限られない。上記実施の形態における膨張指数の推定制御において、電池スタック20の使用度合いを加味せず、初期拘束荷重のみを加味してもよい。この場合でも、図15に示すように、セル21の総放電量が、比較例(荷重および使用度合いを加味しない制御)によるセル21の総放電量よりも大きいという結果が得られた。 In addition, in the above embodiment, an example has been shown in which the expansion index map to be selected is switched based on the degree of use of the battery stack 20, but the present disclosure is not limited to this. In the estimation control of the expansion index in the above embodiment, the degree of use of the battery stack 20 may not be taken into account, and only the initial restraining load may be taken into account. Even in this case, as shown in FIG. 15, the result was obtained in which the total discharge amount of the cells 21 was greater than the total discharge amount of the cells 21 in the comparative example (control that does not take into account the load and degree of use).

また、上記実施の形態では、セル21の総放電量に基づいて膨張指数マップを選択する例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、セル21の使用期間、および、セル21の充放電回数等に基づいて、膨張指数マップを選択してもよい。また、膨張指数の累積値SWsumに基づいて膨張指数マップを選択してもよい。 In addition, in the above embodiment, an example is shown in which the expansion index map is selected based on the total discharge amount of the cell 21, but the present disclosure is not limited to this. For example, the expansion index map may be selected based on the period of use of the cell 21 and the number of times the cell 21 has been charged and discharged. Also, the expansion index map may be selected based on the cumulative value SWsum of the expansion index.

また、上記実施の形態においては、電池スタック20の組付け時において荷重計測器101により計測された初期拘束荷重に基づいて、膨張指数を補正する制御が行われる例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、電池スタック20に設けられた荷重センサの検出値に基づいて、膨張指数を補正する制御が行われてもよい。この場合、電池スタック20の組付け時以外の時点(たとえば充放電開始時または充放電終了時等)での荷重に基づいて上記補正が行われてもよい。 In addition, in the above embodiment, an example has been shown in which control is performed to correct the expansion index based on the initial restraint load measured by the load measuring device 101 when the battery stack 20 is assembled, but the present disclosure is not limited to this. For example, control may be performed to correct the expansion index based on the detection value of a load sensor provided in the battery stack 20. In this case, the above correction may be performed based on the load at a time other than when the battery stack 20 is assembled (for example, at the start or end of charging/discharging).

また、上記実施の形態では、電池スタック20の温度と使用度合いとに基づいて膨張指数マップが選択される例を示したが、本開示はこれに限られない。たとえば、電池スタック20の温度が加味されずに、電池スタック20の使用度合に基づいて膨張指数マップが選択されてもよい。 In addition, in the above embodiment, an example is shown in which the expansion index map is selected based on the temperature and the degree of use of the battery stack 20, but the present disclosure is not limited to this. For example, the expansion index map may be selected based on the degree of use of the battery stack 20 without taking into account the temperature of the battery stack 20.

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed herein should be considered to be illustrative and not restrictive in all respects. The scope of the present disclosure is indicated by the claims rather than the description of the embodiments above, and is intended to include all modifications within the meaning and scope of the claims.

10,110 電池ECU(電池管理装置)、11,111 プロセッサ(制御部)、12,112 メモリ(記憶部)、20 電池スタック、21 電池。 10,110 Battery ECU (battery management device), 11,111 Processor (control unit), 12,112 Memory (storage unit), 20 Battery stack, 21 Battery.

Claims (9)

積層方向に互いに積層された複数の電池を含む電池スタックの放電開始時の開始SOCと、前記電池スタックの放電終了時の終了SOCと、前記電池スタックの膨張量を示す膨張指数とが対応付けられている対応関係を記憶する記憶部と、
前記電池スタックの放電時における前記膨張指数を取得する制御を行う制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記開始SOCおよび前記終了SOCを算出するとともに前記積層方向において前記複数の電池の間にかかる荷重を示す荷重情報を取得し、算出された前記開始SOCおよび前記終了SOCと取得された前記荷重情報とに基づいて、前記対応関係を用いて前記膨張指数を取得し、
前記荷重情報に基づいて、前記対応関係における算出された前記開始SOCおよび前記終了SOCに対応する膨張指数を補正するように構成されている、電池管理装置。
a storage unit that stores a correspondence relationship between a start SOC at the start of discharge of a battery stack including a plurality of batteries stacked on each other in a stacking direction, an end SOC at the end of discharge of the battery stack, and an expansion index indicating an amount of expansion of the battery stack;
a control unit that performs control to acquire the expansion index during discharging of the battery stack,
The control unit is
calculating the start SOC and the end SOC, and acquiring load information indicating a load applied between the plurality of batteries in the stacking direction; and acquiring the expansion index using the correspondence relationship based on the calculated start SOC and the end SOC and the acquired load information;
The battery management device is configured to correct an expansion index corresponding to the calculated start SOC and end SOC in the correspondence relationship based on the load information .
前記制御部は、前記荷重情報が示す前記荷重が大きくなるほど前記対応する膨張指数の補正量が小さくなるように、前記対応する膨張指数を補正する、請求項に記載の電池管理装置。 The battery management device according to claim 1 , wherein the control unit corrects the corresponding expansion index such that a correction amount of the corresponding expansion index becomes smaller as the load indicated by the load information becomes larger. 前記対応関係は、互いに異なる複数の膨張指数マップを含み、
前記制御部は、少なくとも前記電池スタックの使用度合いに基づいて、前記複数の膨張指数マップのうち1つを選択するとともに、選択された前記膨張指数マップにおける前記対応する膨張指数を、前記荷重情報に基づいて補正するように構成されている、請求項またはに記載の電池管理装置。
The correspondence relationship includes a plurality of expansion index maps that are different from each other,
The battery management device of claim 1 or 2, wherein the control unit is configured to select one of the plurality of expansion index maps based on at least a degree of usage of the battery stack, and to correct the corresponding expansion index in the selected expansion index map based on the load information.
前記制御部は、前記電池の使用初期からの総放電量、前記電池の使用期間、および、前記電池の使用初期からの充放電回数のうち少なくとも1つに基づいて、前記複数の膨張指数マップのうち1つを選択するように構成されている、請求項に記載の電池管理装置。 The battery management device of claim 3, wherein the control unit is configured to select one of the plurality of expansion index maps based on at least one of a total amount of discharge from an initial use of the battery, a period of use of the battery, and a number of times the battery has been charged and discharged from an initial use of the battery. 前記複数の膨張指数マップのうち前記使用度合いが大きい前記電池スタックに対応する前記膨張指数マップほど、前記膨張指数が小さい、請求項またはに記載の電池管理装置。 The battery management device according to claim 3 , wherein the expansion index map corresponding to the battery stack having a greater degree of use among the plurality of expansion index maps has a smaller expansion index. 前記対応関係は、互いに異なる複数の膨張指数マップを含み、
前記制御部は、前記荷重情報に基づいて、前記複数の膨張指数マップから前記膨張指数の取得に用いる一の前記膨張指数マップを選択するとともに、選択された前記一の膨張指数マップにおける前記膨張指数を取得するように構成されている、請求項1に記載の電池管理装置。
The correspondence relationship includes a plurality of expansion index maps that are different from each other,
The battery management device of claim 1, wherein the control unit is configured to select one of the expansion index maps to be used to obtain the expansion index based on the load information, and to obtain the expansion index in the selected one of the expansion index maps.
前記制御部は、取得された前記膨張指数を累積することにより累積値を算出するとともに、前記累積値に応じて、前記電池スタックの劣化を抑制するための劣化抑制制御を行うように構成されている、請求項1~のいずれか1項に記載の電池管理装置。 The battery management device according to any one of claims 1 to 6, wherein the control unit is configured to calculate a cumulative value by accumulating the acquired expansion indices, and to perform deterioration suppression control to suppress deterioration of the battery stack according to the cumulative value. 前記制御部は、前記累積値と複数の所定の閾値の各々との大小関係に基づいて、段階的に前記劣化抑制制御の種類を変更するように構成されている、請求項に記載の電池管理装置。 The battery management device according to claim 7 , wherein the control unit is configured to change the type of the degradation suppression control in a stepwise manner based on a magnitude relationship between the accumulated value and each of a plurality of predetermined threshold values. 前記劣化抑制制御は、外部に異常を報知する制御、前記電池スタックに流れる電流を抑制する制御、および、前記電池スタックのSOCが所定のSOC範囲内になるように前記電池スタックを充電する制御のうち少なくとも1つを含む、請求項またはに記載の電池管理装置。 9. The battery management device according to claim 7, wherein the degradation suppression control includes at least one of control for notifying an external abnormality, control for suppressing a current flowing through the battery stack, and control for charging the battery stack so that the SOC of the battery stack falls within a predetermined SOC range.
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