JP2010006335A - 車両用電源制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】低温時におけるスタータなどの高電圧負荷の始動性を向上させた車両用電源制御装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る車両用電源制御装置は、高電圧負荷に接続された高電圧用電池と、入力が高電圧用電池と高電圧負荷の接続点に接続され、入力電圧を降圧して低電圧負荷へ出力する降圧手段と、高電圧用電池の温度を検出する温度検出手段と、高電圧負荷の始動操作を検出する操作検出手段と、電圧を蓄電する蓄電手段と、操作検出手段で始動操作が検出されたときに、温度検出手段の検出温度が、高電圧用電池から高電圧負荷の駆動電力が出力されるときの温度よりも低い場合、蓄電手段を接続点に接続し、蓄電手段に蓄電された電圧から得られる駆動電力を蓄電手段から高電圧負荷へ供給する制御手段とを備える。
【選択図】図1
【解決手段】本発明に係る車両用電源制御装置は、高電圧負荷に接続された高電圧用電池と、入力が高電圧用電池と高電圧負荷の接続点に接続され、入力電圧を降圧して低電圧負荷へ出力する降圧手段と、高電圧用電池の温度を検出する温度検出手段と、高電圧負荷の始動操作を検出する操作検出手段と、電圧を蓄電する蓄電手段と、操作検出手段で始動操作が検出されたときに、温度検出手段の検出温度が、高電圧用電池から高電圧負荷の駆動電力が出力されるときの温度よりも低い場合、蓄電手段を接続点に接続し、蓄電手段に蓄電された電圧から得られる駆動電力を蓄電手段から高電圧負荷へ供給する制御手段とを備える。
【選択図】図1
Description
本発明は、車両用電源制御装置に関し、より特定的には、高電圧で駆動する高電圧負荷、低電圧で駆動する低電圧負荷それぞれに電力を供給する車両用電源を制御する車両用電源制御装置に関する。
近年、エンジンを始動させるスタータなどの高電圧負荷、オーディーオ装置などの低電圧負荷それぞれに電力を供給する車両用電源として、リチウム電池などが使用されている。リチウム電池の出力性能は、一般にリチウム電池自体の温度に大きく左右され、例えば低温時には、リチウム電池の内部抵抗が増大し、十分な出力電力が得らない。このため、低温時にはスタータに十分な電力が供給されず、スタータを十分に駆動させることができなかった。
上記問題に対し、リチウム電池を暖めることにより、低温時におけるリチウム電池の出力性能を改善し、低温時においてスタータを十分に駆動させることを可能にする技術が提案されている(例えば特許文献1など)。具体的には、リチウム電池の出力電圧が所定値以上の場合、スタータに電力を供給してスタータを駆動させ、リチウム電池の出力電圧が所定値より低い場合、スタータへの電力供給を禁止してスタータを停止させるという制御を繰り返すことによって、リチウム電池を暖めている。
特開2002−195138号公報
ここで、上記従来技術では、スタータが駆動していない状況での低温時におけるリチウム電池の出力電圧が所定値以上であることを前提とし、上記制御を繰り返している。しかしながら、スタータ始動時、低温時におけるリチウム電池の出力電圧が所定値よりも低くなる場合があり、この場合、上記従来技術ではスタータを駆動すらできない。このように上記従来技術では、低温時におけるスタータの始動性が悪いという問題があった。
それ故、本発明は、低温時におけるスタータなどの高電圧負荷の始動性を向上させた車両用電源制御装置を提供することを目的とする。
本発明は、上記課題を解決するためになされた発明であり、本発明に係る車両用電源制御装置は、高電圧負荷に接続された高電圧用電池と、入力が高電圧用電池と高電圧負荷の接続点に接続され、入力電圧を降圧して低電圧負荷へ出力する降圧手段と、高電圧用電池の温度を検出する温度検出手段と、高電圧負荷の始動操作を検出する操作検出手段と、電圧を蓄電する蓄電手段と、操作検出手段で始動操作が検出されたときに、温度検出手段の検出温度が、高電圧用電池から高電圧負荷の駆動電力が出力されるときの温度よりも低い場合、蓄電手段を接続点に接続し、蓄電手段に蓄電された電圧から得られる駆動電力を蓄電手段から高電圧負荷へ供給する制御手段とを備える。
なお、上記操作検出手段は、例えば、後述の実施形態における、エンジンECU18や駆動制御部の一部の機能に相当する。また、上記制御手段は、後述の実施形態における、電池ECU113に相当する。
以上の構成によれば、高電圧用電池の温度が高電圧負荷の駆動電力が出力されるときの温度よりも低く、高電圧用電池からは高電圧負荷の駆動電力を供給することができない低温時には、蓄電手段から高電圧負荷へ駆動電力を供給する。このため、低温時において確実に高電圧負荷を駆動させることができるので、低温時における高電圧負荷の始動性を向上させることができる。
好ましくは、制御手段は、蓄電手段から高電圧負荷への駆動電力の供給が終了した場合、蓄電手段の接続を接続点から降圧手段の出力へ切り替えるとよい。この場合においてさらに、制御手段は、蓄電手段から高電圧負荷への駆動電力の供給が終了した場合、高電圧用電池を接続点から切り離して蓄積手段の電圧を降圧手段の出力電圧と同じ電圧にした後、蓄電手段の接続を接続点から降圧手段の出力へ切り替えるとともに、高電圧用電池を接続点に再接続するとよい。
なお、高電圧用電池は、リチウム電池であり、蓄積手段は、キャパシタであってもよいし、高電圧負荷は、車両のエンジンを始動させるスタータであってもよい。
本発明によれば、低温時におけるスタータなどの高電圧負荷の始動性を向上させた車両用電源制御装置を提供することができる。
(実施形態)
図1を参照して、本発明の実施形態に係る車両用電源制御装置の構成を説明する。図1は、本発明の実施形態に係る車両用電源制御装置の構成例を示す図である。
図1を参照して、本発明の実施形態に係る車両用電源制御装置の構成を説明する。図1は、本発明の実施形態に係る車両用電源制御装置の構成例を示す図である。
図1において、車両用電源制御装置1は、可変出力オルタネータ2、低電圧負荷3、スタータ4に接続される。可変出力オルタネータ2は、エンジン(図示せず)の回転力から電力を発電する装置である。低電圧負荷3は、低電圧(例えば12V)で駆動するオーディーオ装置などである。スタータ4は、高電圧(例えば42V)で駆動する高電圧負荷であり、内蔵するスタータモータを駆動してエンジンを始動させる。
車両用電源制御装置1は、電池パック11、リレー12〜15、DC−DCコンバータ16、キャパシタ17、エンジンECU18を備える。電池パック11は、高電圧用電池111、電池温度センサ112、電池ECU113を備える。高電圧用電池111は、例えばリチウム電池である。高電圧用電池111の一方端は、可変出力オルタネータ2と接続され、他方端は、接地される。高電圧用電池111には、可変出力オルタネータ2で発電された電力が充電される。リレー12は、電池ECU113の端子aからのリレー制御信号によってON/OFF制御される。リレー12の一方端は、高電圧用電池111の一方端と可変出力オルタネータ2の接続点に接続され、他方端は、DC−DCコンバータ16の入力と接続される。DC−DCコンバータ16の出力は、低電圧負荷3の一方端と接続され、低電圧負荷3の他方端は、接地される。DC−DCコンバータ16は、入力される高電圧用電池111の出力高電圧(例えば42V)を低電圧(例えば12V)に降圧し、低電圧負荷3へ出力する降圧手段である。
リレー13は、リレー12と同様、電池ECU113の端子aからのリレー制御信号によってON/OFF制御される。リレー13の一方端は、DC−DCコンバータ16の入力とリレー12の他方端の接続点に接続され、他方端は、リレー15の一方端と接続される。リレー14は、リレー12と同様、電池ECU113の端子aからのリレー制御信号によってON/OFF制御される。リレー14の一方端は、DC−DCコンバータ16の出力と接続され、他方端は、リレー13の他方端とリレー15の一方端の接続点に接続される。リレー13の他方端とリレー15の一方端の接続点は、スタータ4と電池ECU113の端子bにも接続される。リレー15は、リレー12と同様、電池ECU113の端子aからのリレー制御信号によってON/OFF制御される。キャパシタ17は、電圧を蓄電する蓄電手段であり、例えばウルトラキャパシタである。キャパシタ17の一方端は、リレー15の他方端と接続され、他方端は、接地される。
エンジンECU18は、運転者によるスタータ始動操作の検出や、エンジンへの燃料供給など、エンジン全般の制御を行う。エンジンECU18は、運転者によるスタータ始動操作を検出すると、スタータ始動要求信号を電池ECU113の端子cへ出力する。エンジンECU18は、電池ECU113の端子dからスタータ始動許可信号が入力されると、スタータ駆動開始信号をスタータ4へ出力する。エンジンECU18は、運転者によるスタータ駆動終了操作を検出すると、スタータ駆動終了信号を電池ECU113の端子cとスタータ4へ出力する。電池温度センサ112の一方端は、電池ECU113の端子eと接続され、他方端は、接地される。電池温度センサ112は、高電圧用電池111の温度を検出し、検出した温度を表す温度信号を電池ECU113の端子eへ出力する。
電池ECU113は、エンジンECU18で検出されたスタータ始動操作やスタータ駆動終了操作、電池温度センサ112で検出された高電圧用電池111の温度に基づいて、リレー12〜15のON/OFFや、スタータ4の始動を制御する。以下、図2を参照して、電池ECU113の制御処理を具体的に説明する。図2は、電池ECU113の制御処理の流れを示したフローチャートである。なお、各リレー12〜15の初期の接続状態は、図3に示すような状態であるとする。図3は、各リレー12〜15の初期の接続状態を示す図である。図3に示すように、リレー12、14、15の初期の接続状態をON状態とし、リレー13の初期の接続状態をOFF状態とし、初期状態では、キャパシタ17が低電圧側に接続されているとする。
図2において、電池ECU113は、スタータ始動を要求されたか否かを判断する(ステップS10)。具体的には、運転者がイグニッションキーをエンジン始動位置に回す操作を行うと、エンジンECU18がこれをスタータ始動操作として検出し、スタータ始動要求信号を電池ECU113の端子cへ出力する。電池ECU113は、このスタータ始動要求信号が端子cに入力された場合、スタータ始動を要求されたと判断する。
スタータ始動を要求された場合(ステップS10でYes)、電池ECU113は、端子eに入力された温度信号に基づき、高電圧用電池111の温度が所定温度より低いか否かを判断する(ステップS11)。所定温度とは、高電圧用電池111がスタータ4の駆動電力を出力することが可能なときの、高電圧用電池111の温度である。この所定温度は、電池ECU113に予め設定されており、スタータ4の種類と高電圧用電池111の種類とに応じて異なる値に設定される。高電圧用電池111の温度が所定温度より低い場合(ステップS11でYes)、制御処理はステップS12へ進み、所定温度以上の場合(ステップS11でNo)、制御処理はステップS14へ進む。
まず、高電圧用電池111の温度が所定温度より低い場合に実行される一連の制御処理を説明する。ステップS12において、電池ECU113は、リレー12〜15を制御してキャパシタ17を高電圧側に接続し、高電圧用電池111の出力高電圧をキャパシタ17に充電する。具体的には、電池ECU113は、リレー制御信号を用いて、リレー12、15の接続状態を維持させ、リレー13の接続状態をOFF状態からON状態に切り替え、リレー14の接続状態をON状態からOFF状態に切り替える。切り替え順は、リレー14→リレー13の順である。図4は、ステップS12の制御処理後における各リレー12〜15の接続状態を示す図である。図4に示すように、ステップS12の制御処理によってキャパシタ17が高電圧用電池111とスタータ4に接続されることになり、高電圧用電池111の出力高電圧がキャパシタ17に充電され始める。
ステップS12の次に、電池ECU113は、キャパシタ17の電圧が高電圧用電池111の出力高電圧と等しくなったか否かを判断する(ステップS13)。具体的には、電池ECU113は、リレー15を介してキャパシタ17と接続された端子bの電圧をキャパシタ17の電圧として検出する。そして、電池ECU113は、検出した電圧と、自身に予め設定された高電圧用電池111の出力高電圧とを比較し、ステップS13の判断を行う。なお、低温時にはキャパシタ17の充電時間が長くなる傾向にあるので、ステップS13のような、キャパシタ17の電圧を監視する制御処理を行っている。
キャパシタ17の電圧が高電圧用電池111の出力高電圧と等しくなった場合(ステップS13でYes)、電池ECU113は、端子dからエンジンECU18へスタータ始動許可信号を出力する(ステップS15)。エンジンECU18は、スタータ始動許可信号が入力されると、スタータ駆動開始信号をスタータ4へ出力する。スタータ4は、スタータ駆動開始信号が入力されると、内蔵するスタータモータを駆動する。ここで、スタータ4には、図4に示すように、高電圧用電池111の電力だけでなく、キャパシタ17の電力も供給される。高電圧用電池111は、低温時に内部抵抗が増大するので、低温時には十分な電力をスタータ4に供給することができない。一方、キャパシタ17は、低温時においても内部抵抗がほぼ「0」に近いので、スタータ4を駆動するのに必要な突入電流(つまり電力)を供給することができる。このため、低温時であっても、確実にスタータ4を駆動させることができる。
ステップS15の次に、電池ECU113は、スタータ4の駆動が終了したか否かを判断する(ステップS16)。具体的には、運転者がイグニッションキーを元の位置に戻す操作を行うと、エンジンECU18がこれをスタータ駆動終了操作として検出し、スタータ駆動終了信号を電池ECU113の端子cとスタータ4へ出力する。エンジンECU18からスタータ駆動終了信号が出力された場合、スタータ4は駆動を終了し、電池ECU113はスタータ4の駆動が終了したと判断する。スタータ4の駆動が終了した場合(ステップS16でYes)、電池ECU113は、高電圧用電池111の出力高電圧がキャパシタ17に充電されているか否かを判断する(ステップS17)。具体的には、電池ECU113は、リレー15を介してキャパシタ17と接続された端子bの電圧をキャパシタ17の電圧として検出する。そして、電池ECU113は、検出した電圧と、自身に予め設定された高電圧用電池111の出力高電圧とを比較し、ステップS17の判断を行う。ここでは、ステップS12の制御処理を行っているので、ステップS17でYesと判断され、制御処理はステップS18へ進む。
ステップS18において、電池ECU113は、リレー12〜15を制御して、キャパシタ17を低電圧側に再接続する準備を行う(ステップS18)。具体的には、電池ECU113は、リレー制御信号を用いて、リレー13〜15の接続状態を維持させ、リレー12の接続状態をON状態からOFF状態に切り替える。図5は、ステップS18の制御処理後における各リレー12〜15の接続状態を示す図である。図5に示すように、ステップS18の制御処理によって、高電圧用電池111の出力高電圧が充電されたキャパシタ17のみがDC−DCコンバータ16の入力と接続されることになり、キャパシタ17からDC−DCコンバータ16への電力供給が開始される。
ステップS18の次に、電池ECU113は、キャパシタ17の電圧がDC−DCコンバータ16の出力低電圧と等しくなったか否かを判断する(ステップS19)。具体的には、電池ECU113は、リレー15を介してキャパシタ17と接続された端子bの電圧をキャパシタ17の電圧として検出する。そして、電池ECU113は、検出した電圧と、自身に予め設定されたDC−DCコンバータ16の出力低電圧とを比較し、ステップS19の判断を行う。キャパシタ17の電圧がDC−DCコンバータ16の出力低電圧と等しくなった場合(ステップS19でYes)、制御処理はステップS20へ進む。
このようなステップS18およびS19の制御処理により、キャパシタ17の電圧が高電圧用電池111の出力高電圧からDC−DCコンバータ16の出力低電圧となるまで、キャパシタ17の電力がDC−DCコンバータ16へ供給されることになり、キャパシタ17の電力を有効活用することができる。
ステップS20において、電池ECU113は、リレー12〜15を制御して、キャパシタ17を低電圧側に再接続する。具体的には、電池ECU113は、リレー制御信号を用いて、リレー12、14の接続状態をOFF状態からON状態に切り替え、リレー13の接続状態をON状態からOFF状態に切り替え、リレー15の接続状態を維持させる。切り替え順は、リレー13→リレー12→リレー14の順である。ステップS20の制御処理によって、各リレー12〜15の接続状態は、図3に示した初期の接続状態に戻る。ステップS20の後、制御処理はステップS10に戻る。
次に、高電圧用電池111の温度が所定温度以上の場合に実行される一連の制御処理を説明する。ステップS14において、電池ECU113は、リレー12〜15を制御し、高電圧用電池111をスタータ4に接続するとともに、キャパシタ17の接続を低電圧側から切り離す。具体的には、電池ECU113は、リレー制御信号を出力して、リレー12の接続状態を維持させ、リレー13の接続状態をOFF状態からON状態に切り替え、リレー14、15の接続状態をON状態からOFF状態に切り替える。切り替え順は、リレー14→リレー15→リレー13の順である。図6は、ステップS14の制御処理後における各リレー12〜15の接続状態を示す図である。図6に示すように、ステップS14の制御処理によって、高電圧用電池111のみがスタータ4に接続される。
ステップS14の次に、電池ECU113は、上述したステップS15、S16の制御処理を行う。ここでの高電圧用電池111は、スタータ4を駆動するのに必要な出力性能を有しているので、スタータ4を始動することができる。スタータ4の駆動が終了した場合(ステップS16でYes)、電池ECU113は、高電圧用電池111の出力高電圧がキャパシタ17に充電されているか否かを判断する(ステップS17)。ここでは、ステップS12の制御処理を行っていないので、ステップS17でNoと判断され、制御処理はステップS21へ進む。
ステップS21において、電池ECU113は、リレー12〜15を制御して、キャパシタ17を低電圧側に再接続する。具体的には、電池ECU113は、リレー制御信号を用いて、リレー12の接続状態を維持させ、リレー13の接続状態をON状態からOFF状態に切り替え、リレー14、15の接続状態をOFF状態からON状態に切り替える。切り替え順は、リレー13→リレー15→リレー14の順である。ステップS21の制御処理によって、各リレー12〜15の接続状態は、図3に示した初期の接続状態に戻る。ステップS21の後、制御処理はステップS10に戻る。
以上のように、本実施形態によれば、低温時、高電圧充電されたキャパシタ17を用いてスタータ4を駆動させている。このため、低温時、確実にスタータ4を駆動させることができるので、低温時におけるスタータ4の始動性を向上させることができる。
また、本実施形態によれば、スタータ4が駆動していない間は、キャパシタ17を低電圧側に接続し、キャパシタ17を低圧電側のバッファとして利用している。このため、低電圧負荷3の負荷値が変動しても、DC−DCコンバータ16の出力低電圧を一定に保つことができる。また、DC−DCコンバータ16には、一般に過電流保護回路が内蔵されている。このため、低電圧負荷3の負荷値が変動してDC−DCコンバータ16の出力に過電流が流れると、過電流保護回路が動作してDC−DCコンバータ16の出力が停止する。しかしながら、本実施形態では、過電流をキャパシタ17から取り出せるので、過電流が流れても、過電流保護回路の動作を回避することができ、DC−DCコンバータ16の出力が停止するのを防ぐことができる。
なお、上述では、キャパシタ17をウルトラキャパシタとしたが、これに限定されない。低温に強く、十分な容量を有し、定格電圧が高電圧用電池111の出力高電圧よりも大きいものであれば、キャパシタ17はどのようなキャパシタであってもよい。さらに、電圧を蓄電する蓄電手段としてキャパシタ17を用いていたが、キャパシタ17の代わりに、内部抵抗がほぼ「0」である他の蓄電手段を用いてもよい。
また、上述した図2のステップ13では、高電圧用電池111の出力高電圧を判断基準の電圧としていたが、これに限定されない。判断基準の電圧は、スタータ4を駆動するのに必要な突入電流をキャパシタ17が供給可能な電圧以上であればよく、この電圧以上であればどのような値の電圧でもよい。
また、上述では、高電圧負荷としてスタータ4を例に挙げて説明したが、本実施形態の制御処理をスタータ4以外の高電圧負荷に適用してもよい。この場合、車両用電源制御装置1は、エンジンECU18に代えて、電池ECU113および高電圧負荷それぞれと接続された駆動制御部(図示なし)を備えていればよい。駆動制御部は、運転者による高電圧負荷の始動操作を検出すると、始動要求信号を電池ECU113の端子cへ出力し、電池ECU113の端子dから始動許可信号が入力されると、駆動開始信号を高電圧負荷へ出力し、運転者による高電圧負荷の駆動終了操作を検出すると、駆動終了信号を電池ECU113の端子cへ出力する。電池ECU113の制御処理は、図2で説明した制御処理に対し、スタータ始動要求信号が始動要求信号に代わり、スタータ始動許可信号が始動許可信号に代わり、スタータ駆動終了信号が駆動終了信号に代わる点で異なり、それ以外の点は、図2で説明した制御処理と同様であるため、説明を省略する。
本発明に係る車両用電源制御装置は、低温時におけるスタータなどの高電圧負荷の始動性を向上させることができ、自動車などの車両に適用される。
1 車両用電源制御装置
2 可変出力オルタネータ
3 低電圧負荷
4 スタータ
11 電池パック
12〜15 リレー
16 DC−DCコンバータ
17 キャパシタ
18 エンジンECU
111 高電圧用電池
112 電池温度センサ
113 電池ECU
2 可変出力オルタネータ
3 低電圧負荷
4 スタータ
11 電池パック
12〜15 リレー
16 DC−DCコンバータ
17 キャパシタ
18 エンジンECU
111 高電圧用電池
112 電池温度センサ
113 電池ECU
Claims (5)
- 高電圧負荷に接続された高電圧用電池と、
入力が前記高電圧用電池と前記高電圧負荷の接続点に接続され、入力電圧を降圧して低電圧負荷へ出力する降圧手段と、
前記高電圧用電池の温度を検出する温度検出手段と、
前記高電圧負荷の始動操作を検出する操作検出手段と、
電圧を蓄電する蓄電手段と、
前記操作検出手段で始動操作が検出されたときに、前記温度検出手段の検出温度が、前記高電圧用電池から前記高電圧負荷の駆動電力が出力されるときの温度よりも低い場合、前記蓄電手段を前記接続点に接続し、前記蓄電手段に蓄電された電圧から得られる前記駆動電力を前記蓄電手段から前記高電圧負荷へ供給する制御手段とを備える、車両用電源制御装置。 - 前記制御手段は、前記蓄電手段から前記高電圧負荷への駆動電力の供給が終了した場合、前記蓄電手段の接続を前記接続点から前記降圧手段の出力へ切り替える、請求項1に記載の車両用電源制御装置。
- 前記制御手段は、前記蓄電手段から前記高電圧負荷への駆動電力の供給が終了した場合、前記高電圧用電池を前記接続点から切り離して前記蓄積手段の電圧を前記降圧手段の出力電圧と同じ電圧にした後、前記蓄電手段の接続を前記接続点から前記降圧手段の出力へ切り替えるとともに、前記高電圧用電池を前記接続点に再接続する、請求項1に記載の車両用電源制御装置。
- 前記高電圧用電池は、リチウム電池であり、前記蓄積手段は、キャパシタである、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の車両用電源制御装置。
- 前記高電圧負荷は、車両のエンジンを始動させるスタータである、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の車両用電源制御装置。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2008171045A JP2010006335A (ja) | 2008-06-30 | 2008-06-30 | 車両用電源制御装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2014225942A (ja) * | 2013-05-15 | 2014-12-04 | 三洋電機株式会社 | 蓄電システム |
JP2014239602A (ja) * | 2013-06-07 | 2014-12-18 | 日産自動車株式会社 | 車両の制御装置 |
JP2016222085A (ja) * | 2015-05-29 | 2016-12-28 | 矢崎総業株式会社 | ワイヤハーネス |
-
2008
- 2008-06-30 JP JP2008171045A patent/JP2010006335A/ja active Pending
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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