JP2023146536A - 電池管理プログラムおよび電池管理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明の目的は、電池に関する情報を電池管理装置が取得するシステムについて、情報処理の負担を各システム構成要素に分散することである。【解決手段】電池特性測定装置14は、電池12に測定信号を発生させ、離散的な測定信号値と、電池IDとを含む基本データを測定信号から生成する。電池管理装置22は、電池特性測定装置14から基本データを取得するデータ取得処理と、電池IDを基本データから取得し、電池12の特性解析データを基本データに基づいて求める解析処理とを実行する。電池管理装置22は、さらに、電池IDと特性解析データとを対応付けた電池解析情報を生成する情報生成処理と、電池解析情報を送信する送信処理とを実行する。電池管理装置22は、ユーザ端末16から送信される要求情報を受信する要求受信処理を実行し、要求情報に応じて送信処理、または解析処理および送信処理を実行する。【選択図】図1

Description

本発明は、電池管理プログラムおよび電池管理装置に関し、特に、電池の特性解析に関する。
電池の電力を用いて走行するハイブリッド自動車や電気自動車等の電動自動車が広く用いられている。電動自動車に対しては、電力供給事業者等が提供する電力供給網に接続された充電装置が、サービスステーションや駐車場等に設けられている。電動自動車の電池は充電装置によって充電される。
また、工場、オフィス、イベント会場等では、フォークリフト、運搬車等、電池を利用した電動装置が用いられている。複数の電動装置を工場やオフィス等の敷地内のあらゆる場所で用いるため、局所的に構築された電力供給網の要所に充電装置が接続された充電システムが開発されている。
電動自動車や充電システムに関しては、電力供給網に接続された複数の充電装置を制御する技術が知られている。この技術では、制御装置が各充電装置から電池の充電状態を表す情報を取得し、各充電装置における電池の充電状態に応じて、制御装置が各充電装置を制御する。特許文献1には、このような技術を用いた分散型電源システムが記載されている。この分散型電源システムは、複数の電力変換部(充電装置)と、各電力変換部を制御する制御部(制御装置)とを備えている。各電力変換部には電池が接続されている。制御部は、複数の電力変換部のそれぞれから、電池のSOC(State Of Charge)を取得し、SOCに応じて各電力変換部の充放電制御を行う。
なお、特許文献2には、本願発明に関連する技術として、電池履歴情報管理システムが記載されている。電池履歴情報管理システムは、充放電装置および電池情報管理装置を備えている。充放電装置は二次電池に接続されており、二次電池の充電または放電を行う。電池情報管理装置は、充放電装置による二次電池の充電または放電についての履歴情報を、サーバに送信する。
特開2016-116428号公報 国際公開第2012/140835号
一般に、電池の性能は使用と共に劣化する。そこで、電池の劣化度を各充電装置が測定し、各充電装置で測定された劣化度に関する情報を電池管理装置が収集するシステムが考えられる。各充電装置のユーザは、自らが所有する情報処理端末によって電池管理装置から劣化度に関する情報を取得する。しかし、このシステムでは、各充電装置が劣化度を測定するため、各充電装置が実行する処理の負担が大きくなってしまう。
また、電池に充電された電荷量や、電池が放電した電荷量等を各充電装置が電池管理装置に随時送信し、電池管理装置が演算によって劣化度を求める構成も考えられる。この場合には、充電装置から電池管理装置に送信される情報が多くなり、充電装置と電池管理装置との間で実行される通信処理の負担が大きくなってしまう。
本発明の目的は、電池に関する情報を電池管理装置が管理するシステムについて、情報処理の負担を各システム構成要素に分散することを目的とする。
本発明は、電池に測定信号を発生させ、離散的な測定信号値と電池IDとを含む基本データを当該測定信号から生成する電池特性測定装置から、前記基本データを取得するデータ取得処理と、前記電池IDを前記基本データから取得し、前記基本データに基づいて、前記電池の特性解析データを求める解析処理と、前記電池IDと、前記特性解析データとを対応付けた電池解析情報を生成する情報生成処理と、前記電池解析情報を送信する送信処理と、をコンピュータに実行させることを特徴とする。
望ましくは、ユーザ端末から送信される要求情報を受信する要求受信処理を前記コンピュータに実行させ、前記送信処理、または前記解析処理および前記送信処理は、前記要求情報に応じて実行される。
望ましくは、前記電池が異常であるか否かを前記基本データに基づいて判定し、前記電池が異常であるか否かを示す診断情報を生成する異常判定処理を前記コンピュータに実行させ、前記送信処理は、前記電池IDと前記診断情報とを対応付けた情報を送信する処理を含む。
望ましくは、前記特性解析データは、前記電池の劣化度を表す。
望ましくは、前記電池についての付加価値情報を、前記特性解析データに基づいて生成する付加価値情報生成処理を前記コンピュータに実行させ、前記情報生成処理は、前記電池IDに対し、前記特性解析データに加えて前記付加価値情報を対応付けた前記電池解析情報を生成する処理を含む。
望ましくは、前記電池解析情報の情報量、または前記情報生成処理を実行するために要される演算量を求める情報量解析処理と、前記情報量または前記演算量に応じた請求報酬ポイントを示す請求情報を、外部コンピュータに送信する請求処理と、を前記コンピュータに実行させ、前記請求情報についての決済処理が完了した後に、前記送信処理を前記コンピュータに実行させる。
望ましくは、前記電池解析情報に関する履歴情報を生成する履歴生成処理と、前記履歴情報を暗号化してストレージコンピュータに記憶させる履歴送信処理と、ユーザ端末から履歴要求情報が送信されたときに、前記履歴情報を復号化する復号鍵を履歴要求情報送信元のユーザ端末に送信すると共に、前記ストレージコンピュータに対し、暗号化された前記履歴情報を前記履歴要求情報送信元のユーザ端末に向けて送信させる送信指令処理と、を前記コンピュータに実行させる。
また、本発明は、電池に測定信号を発生させ、離散的な測定信号値と電池IDとを含む基本データを当該測定信号から生成する電池特性測定装置から、前記基本データを取得するデータ取得処理と、前記電池IDを前記基本データから取得し、前記基本データに基づいて、前記電池の特性解析データを求める解析処理と、前記電池IDと、前記特性解析データとを対応付けた電池解析情報を生成する情報生成処理と、前記電池解析情報を送信する送信処理と、を実行することを特徴とする。
望ましくは、ユーザ端末から送信される要求情報を受信する要求受信処理を実行し、 前記送信処理、または前記解析処理および前記送信処理を、前記要求情報に応じて実行する。
望ましくは、前記電池が異常であるか否かを前記基本データに基づいて判定し、前記電池が異常であるか否かを示す診断情報を生成する異常判定処理を実行し、前記送信処理は、 前記電池IDと前記診断情報とを対応付けた情報を送信する処理を含む。
望ましくは、前記特性解析データは、前記電池の劣化度を表すデータである。
望ましくは、前記電池についての付加価値情報を、前記特性解析データに基づいて生成する付加価値情報生成処理を実行し、前記情報生成処理は、前記電池IDに対し、前記特性解析データに加えて前記付加価値情報を対応付けた前記電池解析情報を生成する処理を含む。
望ましくは、前記電池解析情報の情報量、または前記情報生成処理を実行するために要される演算量を求める情報量解析処理と、前記情報量または前記演算量に応じた請求報酬ポイントを示す請求情報を、外部コンピュータに送信する請求処理と、を実行し、前記請求情報についての決済処理が完了した後に、前記送信処理を実行する。
望ましくは、前記電池解析情報に関する履歴情報を生成する履歴生成処理と、前記履歴情報を暗号化してストレージコンピュータに記憶させる履歴送信処理と、ユーザ端末から履歴要求情報が送信されたときに、前記履歴情報を復号化する復号鍵を履歴要求情報送信元のユーザ端末に送信すると共に、前記ストレージコンピュータに対し、暗号化された前記履歴情報を前記履歴要求情報送信元のユーザ端末に向けて送信させる送信指令処理と、を実行する。
本発明によれば、電池に関する情報を電池管理装置が取得するシステムについて、情報処理の負担を各システム構成要素に分散することができる。
電池管理システムの構成を示す図である。 電池特性測定装置が備える測定器の構成例を示す図である。 2次インダクタに現れる減衰振動電圧を示す図である。 電池劣化解析器の構成を示す図である。 鉛電池についての緩和電圧の例を示す図である。 基準測定装置によって測定された劣化パラメータと、電池管理装置によって測定された鉛電池のインピーダンス実部の測定値とを対応付けたグラフである。 電池劣化解析器の構成を示す図である。 リチウムイオン電池の機械学習データと、リチウムイオン電池の機械学習モデルとの関係を示す図である。 電池容量の劣化度に対して、インピーダンス実部の変化を対応付けたグラフである。 電池管理システムが実行する処理のシーケンスチャートである。 第1の応用処理のシーケンスチャートである。 第2の応用処理のシーケンスチャートである。 第3の応用処理のシーケンスチャートである。 第3の応用処理のシーケンスチャートである。
各図を参照して本発明の実施形態について説明する。複数の図面に示されている同一の事項については同一の符号を付してその説明を簡略化する。
図1には、本発明の実施形態に係る電池管理システム100の構成が示されている。電池管理システム100は、通信回線10、電池12、電池特性測定装置14、ユーザ端末16、無線通信システム18、ストレージコンピュータ20および電池管理装置22を備えている。電池管理装置22およびストレージコンピュータ20は、プロバイダシステム102を構成し、プロバイダシステム102は、電池12の解析を行う事業者であるプロバイダによって運用されてよい。
電池12は、工場、オフィス等において電源として用いられてよい。また、電池特性測定装置14から切り離された状態で、あるいは電池特性測定装置14と共に電動自動車に搭載されてもよい。また、電池12は、電力供給網に接続された充電装置に接続されてもよい。
電池特性測定装置14は、電池12に測定信号を発生させ、離散的な測定信号値と、電池12を識別するための電池ID(Identification)とを含む基本データを測定信号から生成する。例えば、電池特性測定装置14は、電池12に測定信号としてパルス電流を流し、離散的な測定信号値としてパルス電流の離散値を取得する。電池特性測定装置14は、パルス電流の離散値と、電池12に割り当てられた電池IDとを含む基本データを通信回線10を介してストレージコンピュータ20に送信する。ストレージコンピュータ20は基本データを記憶する。
電池特性測定装置14は電池12の温度を測定する温度センサを備えてもよい。電池特性測定装置14は、電池12の温度の測定値(電池温度)を基本データに含ませてもよい。また、電池特性測定装置14は、新品の状態から現時点までの間に充電および放電された電荷量の積算値(使用量)を測定する回路を備えてもよい。電池特性測定装置14は、電池12の種別(鉛電池、リチウムイオン電池等の種別)、電池12の充電容量(mAh)、新品の状態から現時点までの間の使用量、製造者、製造シリアルナンバー等を含ませてもよい。
このような処理を実行する電池特性測定装置14は、例えば、損失のある共振回路を備えてよい。電池特性測定装置14は、電池12に共振回路を接続し、減衰振動するパルス電流を電池12に流し、離散的な測定信号値としてパルス電流の離散値を摘出する。基本データに含ませるパルス電流の離散値は、時間軸上に配列された2個以上の離散値であってよい。
図2には電池特性測定装置14が備える測定器30の構成例が示されている。測定器30は、1次インダクタL1、容量性素子C0、抵抗器R0、スイッチSWおよび離散値摘出回路32を備えている。1次インダクタL1、容量性素子C0およびスイッチSWは直列に接続されている。抵抗器R0は、容量性素子C0に並列に接続されている。1次インダクタL1の容量性素子C0側の端子とは反対側の端子は、電池12の正極に接続されている。スイッチSWの容量性素子C0とは反対側の端子は、電池12の負極に接続されている。2次インダクタL2は1次インダクタL1に結合している。2次インダクタL2の一端は接地され、他端は離散値摘出回路32に接続されている。
1次インダクタL1、容量性素子C0および抵抗器R0は、損失のある共振回路を構成する。スイッチSWがパルス的にオンになることによって、電池12および共振回路には、減衰振動電流Iaが流れる。ここで、スイッチSWがパルス的にオンになるとは、スイッチSWがオフからオンになり、所定時間オンを維持した後に、オンからオフになることをいう。
1次インダクタL1に減衰振動電流Iaが流れることに伴って、2次インダクタL2には、減衰振動電流Iaに応じた減衰振動電圧Eaが現れる。減衰振動電圧Eaは、離散値摘出回路32に出力される。離散値摘出回路32は、減衰振動電圧Eaの複数の極大値を離散値として摘出し、複数の離散値を出力する。
図3には、2次インダクタL2に現れる減衰振動電圧Eaが示されている。離散値摘出回路32は、例えば、減衰振動電圧Eaが2次インダクタL2に現れた時刻0より後の時刻t1およびt2に現れる極大値を離散値として摘出する。ここでは、離散値摘出回路32が2つの極大値を摘出するものとしているが、離散値摘出回路32は、減衰振動電圧Eaの3つ以上の極大値を摘出し、3つ以上の離散値を出力してもよい。
図1に戻って電池管理システム100について説明する。通信回線10は、インターネット等、不特定の者に利用可能な通信回線であってもよいし、特定の事業組織のために構築された通信回線であってもよい。
ユーザ端末16は、スマートフォン、無線モジュール付きのパーソナルコンピュータ等、無線通信機能を備えた情報処理装置であってよい。ユーザ端末16は、例えば、電池12のユーザによって所有され、電池12のユーザによって操作されてよい。ユーザ端末16は、電池解析情報の送信を要求する要求情報を無線通信システム18に無線送信する。要求情報には、電池12の電池IDが含まれている。また、電池解析情報は、電池12の劣化度を示す情報と、電池IDとが対応付けられた情報である。電池12の劣化度については後述する。
無線通信システム18は、WiFi等を利用したローカルエリアネットワークや、移動体通信システムであってよい。無線通信システム18は、ユーザ端末16から無線送信された要求情報を受信し、通信回線10を介して電池管理装置22に要求情報を送信する。電池管理装置22は、要求情報を受信すると、要求情報に含まれている電池IDと同一の電池IDを含む基本データを、ストレージコンピュータ20から読み込む。
電池管理装置22は、1つまたは複数のコンピュータによって構成される。電池管理装置22は、電池管理プログラムを実行することで以下に説明する各処理を実行する。電池管理プログラムは、コンピュータに内蔵される記録媒体や、コンピュータに着脱自在な記録媒体に記録されてよい。記録媒体は、ハードディスク、USBメモリ、CD-ROM等であってよい。この場合、電池管理装置22に内蔵または着脱自在に装着された記録媒体から電池管理装置22が電池管理プログラムを読み込んでよい。また、通信回線10に接続された外部のコンピュータに、電池管理プログラムが記録された記録媒体が内蔵または着脱自在に装着されてもよい。この場合、電池管理装置22は、外部のコンピュータから電池管理プログラムを読み込んで実行してよい。電池管理装置22が複数のコンピュータで構成される場合、これら複数のコンピュータ同士が通信回線10を介して接続され、電池管理プログラムに基づく処理を、これら複数のコンピュータが分散的に実行してもよい。
電池管理装置22は、基本データに含まれる測定信号の離散値に基づいて、電池12の特性解析データとして劣化度を求める。劣化度には、SOH_RやSOH_Cがある。SOH_Rは抵抗劣化を示し、SOH_Cは容量劣化を示す。SOH_Rは、例えば、新品の電池に対して、インピーダンス実部が増加した割合(何%増加したか)を示す値として定義される。ここで、インピーダンス実部とは、ある周波数について電池の内部インピーダンスを複素数で表したときの実数部をいう。一般に、SOH_Rが大きい程、電池の劣化度が大きい。SOH_Cは、例えば、新品の電池に対して、放電容量(mAh)が減少した割合(何%減少したか)を示す値として定義される。一般に、SOH_Cが大きい程、電池の劣化度が大きい。電池12がリチウムイオン電池である場合には、SOH_RおよびSOH_Cの他、安全性劣化を示すSOH_Sが求められてもよい。SOH_Sは、例えば、活物質への金属析出量を示す値であってよい。
電池管理装置22が電池12の劣化度を求める処理について、基本データに測定信号の3つの離散値が含まれる場合の例について説明する。基本データには、時刻t1、t2およびt3における離散値として、離散値Pm1、Pm2およびPm3が含まれているものとする。
電池管理装置22は、離散値Pm2およびPm3に基づいて、(数1)に従って、電池12のインピーダンス実部Rhfを求める。
(数1)Rhf=ln(Pm2/Pm3)・ar-br
ここで、lnは自然対数を示す。定数arおよびbrは、1次インダクタL1、2次インダクタL2、容量性素子C0および抵抗器R0から構成される回路の特性に基づいて予め定められる。(数1)は、減衰振動電流Iaおよび減衰振動電圧Eaのピークが時間経過と共に減衰する際の時定数が、電池12のインピーダンス実部に応じて定まることから導かれる。
電池管理装置22は、(数2)に従って電池12の出力電圧Vbを求める。
(数2)Vb=(1/√δ)・k・N・Pm1,δ=exp(-Rhf・tr/(2Lr))
ここで、kは、離散値摘出回路32のゲイン、Nは、2次インダクタL2を構成する巻線の、1次インダクタL1を構成する巻線に対する巻線比、trは、時刻t0から時刻t1までの時間、Lrは1次インダクタL1の自己インダクタンスである。
電池特性測定装置14は、時間経過と共に順次、基本データを取得し、時間経過と共に、順次、基本データをストレージコンピュータ20に送信する。電池管理装置22は、ストレージコンピュータ20に時間経過と共に順次記憶された基本データに基づいて、時間経過と共に順次、電池12のインピーダンス実部Rhfおよび出力電圧Vbを求める。
上記では、基本データに3つの離散値が含まれる場合が示されたが、基本データに2つまたは4つ以上の複数の離散値が含まれる場合には、次のような処理によって電池12のインピーダンス実部Rhfおよび出力電圧Vbが求められてよい。電池管理装置22は、例えば、図3に示される減衰振動電圧Eaの正側の包絡線を表す関数を、複数の離散値に基づいて求める。この関数は、インピーダンス実部Rhfおよび出力電圧Vbを与えることで、減衰時定数や関数値が定まる関数であってよい。電池管理装置22は、求められた関数に基づいて、インピーダンス実部Rhfおよび出力電圧Vbを求める。
以下に説明するように、電池管理装置22には、電池劣化解析器が構成される。電池劣化解析器は、予め取得された機械学習データによる機械学習モデルにインピーダンス実部および出力電圧のうち少なくとも1つを当て嵌めて、電池12の劣化度を求める。ここでは、電池管理装置22が取得する基本データには、離散的な測定信号値(離散値)に加えて、電池温度が含まれているものとする。
図4には、電池管理装置22に構成される電池劣化解析器60が示されている。電池劣化解析器60は、鉛電池の劣化度を求めるために用いられる。電池劣化解析器60には、時間経過と共に順次取得されるインピーダンス実部Rhf、電池12の出力電圧Vbおよび電池温度Tmpが入力される。ここで、出力電圧Vbは、電池12の負荷電力が変化したことによって値が変化したときの電圧であってよい。例えば、電池12に負荷電流が流れている状態(オン状態)から、負荷電流が遮断された状態(オフ状態)になったときに、時間経過と共に増加する緩和電圧が電池劣化解析器60に入力されてよい。あるいは、オフ状態からオン状態になったときに、時間経過と共に減少する緩和電圧が電池劣化解析器60に入力されてよい。
電池劣化解析器60は、インピーダンス実部Rhf、電池の出力電圧Vb(例えば、出力電圧Vbのある時間範囲での時間波形)および電池温度Tmpのうち少なくともいずれかを、予め構築された機械学習モデルに当て嵌めて、劣化度としてSOH_RおよびSOH_Cを求める。
機械学習モデルは、例えば、使用開始からの使用量が異なる複数の電池について機械学習データを求めることで構築されてよい。例えば、使用量が異なる複数の電池のそれぞれについて、電池管理装置22が基本データを取得する。さらに、使用量が異なる複数の電池のそれぞれについてSOH_RおよびSOH_Cが、電池管理システム100とは別の装置等によって実測される。そして、基本データと実測されたSOH_RおよびSOH_Cとを、電池管理装置22が機械学習アルゴリズムによって対応付けて、機械学習データを求める。機械学習データは、ストレージコンピュータ20に記憶され、ストレージコンピュータ20から電池劣化解析器60に読み込まれてよい。
図5の上段には、鉛電池についての緩和電圧の例が示されている。横軸は時間を示し縦軸は電池の出力電圧を示す。出力電圧62-1は新品の電池の緩和電圧を示し、出力電圧62-2は、使用量が0でない劣化電池の緩和電圧を示す。電池は時間40secでオフ状態からオン状態となって、その出力電圧が減少している。また、電池は、時間240secでオン状態からオフ状態となって、その出力電圧が増加している。
図5の下段には、本発明の実施形態に係る電池管理装置22によって測定された鉛電池のインピーダンス実部の測定結果が示されている。横軸は時間を示し縦軸はインピーダンス実部を示している。インピーダンス実部64-1は、新品の電池の値を示し、インピーダンス実部64-2は、使用量が0でない劣化電池の値を示す。図5の下段には、図5の上段に示されるように出力電圧が変動した場合であっても、インピーダンス実部の変動が小さいことが示されている。
図6には、基準となる一般的な測定装置(基準測定装置)によって測定された劣化パラメータと、本実施形態に係る電池管理装置22によって測定された鉛電池のインピーダンス実部の測定値とを対応付けたグラフが示されている。横軸は基準測定装置による劣化パラメータを示す。図6における劣化パラメータは値が小さい程、劣化度が大きい。縦軸は、電池管理装置22によって測定されたインピーダンス実部を示す。基準測定装置によって測定された劣化パラメータが小さい程、すなわち、劣化度が大きい程、インピーダンス実部が大きい傾向が示されている。鉛電池の機械学習モデルは、このような傾向を利用するものであってよい。
図7には、電池管理装置22に構成される電池劣化解析器70の構成が示されている。電池劣化解析器70は、リチウムイオン電池の劣化度を求めるために用いられる。電池劣化解析器70には、時間経過と共に順次取得されるインピーダンス実部Rhf、電池の出力電圧Vbおよび電池温度Tmpが入力される。出力電圧Vbとしては緩和電圧が電池劣化解析器70に入力されてよい。
電池劣化解析器70は、インピーダンス実部Rhf、電池の出力電圧Vb(例えば、出力電圧Vbのある時間範囲での時間波形)の緩和電圧および電池温度Tmpのうち少なくともいずれかを、予め構築された機械学習モデルに当て嵌めて、劣化度としてSOH_R、SOH_CおよびSOH_Sを求める。
機械学習モデルは、鉛電池の場合と同様、使用量が異なる複数の電池について機械学習データを求めることで構築されてよい。例えば、使用量が異なる複数の電池のそれぞれについて、電池管理装置22が基本データを取得する。さらに、使用量が異なる複数の電池のそれぞれについてSOH_R、SOH_CおよびSOH_Sが、電池管理システム100とは別の装置等によって実測される。そして、基本データと実測されたSOH_R、SOH_CおよびSOH_Sとを、電池管理装置22が機械学習アルゴリズムによって対応付けて、機械学習データを求める。機械学習データは、ストレージコンピュータ20に記憶され、ストレージコンピュータ20から電池劣化解析器70に読み込まれてよい。
図8には、リチウムイオン電池の機械学習データと、リチウムイオン電池の機械学習モデルによって得られる結果の例が示されている。図8の上段には、機械学習データを示すグラフが示されている。上段の左側のグラフには、新品の電池と、使用量が異なる3つの劣化電池A~Cについて、出力電圧と放電容量とを対応付けた機械学習データが示されている。横軸は放電容量を示し縦軸は出力電圧を示す。上段の右側のグラフには、新品の電池と、使用量が異なる3つの劣化電池A~Cについて、機械学習データとして緩和電圧が示されている。横軸は時間を示し、縦軸は出力電圧を示す。
図8の下段には、リチウムイオン電池の機械学習モデルによって得られる結果の例が示されている。図8の下段の左側には、放電容量の実測値を与えることで、その予測値が得られるグラフ(機械学習モデルに基づくグラフ)が示されている。横軸は放電容量の実測値を示し、縦軸は予測値を示す。実測値と予測値とがグラフ上の直線によって対応付けられている。図8の下段の右側には、劣化電池A~Cとは使用量が異なる電池ついて、インピーダンス実部の実測値を与えることで、その予測値が得られるグラフ(機械学習モデルに基づくグラフ)が示されている。横軸はインピーダンス実部の実測値を示し、縦軸は予測値を示す。実測値と予測値とがグラフ上の直線によって対応付けられている。電池劣化解析器70は、図8に示されている機械学習モデルに基づいて、SOC_RおよびSOH_Cを求めてよい。
図9には、電池容量の劣化度に対して、インピーダンス実部の変化を対応付けたグラフが示されている。インピーダンス実部は、本発明の実施形態に係る電池管理装置22によって測定されたものである。白丸で示されるインピーダンス実部が測定された電池は、黒丸で示されるインピーダンス実部が測定された電池に比べて金属析出量が大きい。図9に示されているように、金属析出量が多い電池では、電池容量の減少に対するインピーダンス実部の減少が大きい。すなわち、リチウムイオン電池では、電池容量の減少が大きい程、インピーダンス実部が減少するという傾向が強くなる。リチウムイオン電池の機械学習モデルは、このような傾向を利用するものであってよい。
電池管理装置22は、特性解析データとしての劣化度と、電池12の電池IDとを対応付けた電池解析情報を生成し、通信回線10および無線通信システム18を介して電池解析情報をユーザ端末16に送信する。ユーザ端末16は、電池解析情報を受信し、電池12についての劣化度をユーザに提示してよい。
電池管理装置22は、通信回線10を介して電池特性測定装置14に電池解析情報を送信してもよい。電池特性測定装置14は、電池解析情報に含まれる劣化度に基づいて、電池12の充電または放電に関する制御を実行してよい。例えば、劣化度が大きい場合には、電池特性測定装置14は、電池12の充電電荷量や放電電荷量を制限する処理を実行してもよい。
なお、電池特性測定装置14、ストレージコンピュータ20および電池管理装置22のそれぞれと、通信回線10との間の通信は、無線通信で行われてもよいし、有線通信で行われてもよい。また、ユーザ端末16と通信回線10との間の通信は、無線通信システム18を介さずに、有線通信で行われてもよい。
図10には、電池管理システム100が実行する処理のシーケンスチャートが示されている。電池特性測定装置14、ストレージコンピュータ20、電池管理装置22およびユーザ端末16のそれぞれから下方に延びる直線は時間軸を示す。通信回線10および無線通信システム18は情報伝送経路であるため、このシーケンスチャートでは省略されている。
電池特性測定装置14は、電池12の基本データをストレージコンピュータ20に送信する(S1)。ストレージコンピュータ20は基本データを記憶する。この処理は、時間経過と共に繰り返し実行されてよい。ユーザ端末16は、ユーザの操作に応じて、電池管理装置22に要求情報を送信する(S2)。電池管理装置22は、要求情報を受信したことに応じて、ストレージコンピュータ20からを基本データを読み込み(S3)、解析処理を実行する(S4)。解析処理は、上述したように、基本データに含まれる測定信号の離散値に基づいて、電池12の特性解析データとして劣化度を求める処理である。
電池管理装置22は、劣化度に基づいて異常判定処理を実行する(S5)。異常判定処理は、電池12が異常であるか否かを判定し、電池12が異常であるか否かを示す診断情報を生成する処理である。例えば、電池12が鉛電池であり、電池管理装置22がSOH_RおよびSOH_Cを求めた場合には、SOH_RおよびSOH_Cのうち少なくとも一方が所定の異常判定閾値を超えた場合に、電池管理装置22は、電池12が異常であると判定する。すなわち、SOH_Rが所定の異常判定閾値PRを超えるという条件、およびSOH_Cが所定の異常判定閾値PCを超えるという条件のうち少なくとも一方が成立するときは、電池管理装置22は、電池12が異常であると判定する。
電池管理装置22は、SOH_RおよびSOH_Cのいずれもが所定の異常判定閾値以下であるときは、電池12が異常でないと判定する。すなわち、SOH_Rが所定の異常判定閾値PR以下であるという条件、およびSOH_Cが所定の異常判定閾値PC以下であるという条件の両方が成立するときは、電池管理装置22は、電池12が異常でないと判定する。
また、電池12がリチウムイオン電池であり、電池管理装置22がSOH_R、SOH_CおよびSOH_Sを求めた場合には、SOH_R、SOH_CおよびSOH_Sのうち少なくとも1つが所定の異常判定閾値を超えた場合に、電池管理装置22は電池12が異常であると判定する。すなわち、SOH_Rが所定の異常判定閾値LRを超えるという条件、SOH_Cが所定の異常判定閾値LCを超えるという条件、およびSOH_Sが所定の異常判定閾値LSを超えるという条件のうち少なくとも1つが成立するときは、電池管理装置22は電池12が異常であると判定する。
電池管理装置22は、SOH_R、SOH_CおよびSOH_Sのいずれもが所定の異常判定閾値以下であるときは、電池12が異常でないと判定する。すなわち、SOH_Rが所定の異常判定閾値LR以下であるという条件、SOH_Cが所定の異常判定閾値LC以下であるという条件、SOH_Sが所定の異常判定閾値LS以下であるという条件のいずれもが成立するときは、電池管理装置22は電池12が異常でないと判定する。
電池管理装置22は、特性解析データとしての劣化度、診断情報および電池IDを対応付けた電池解析情報を、ユーザ端末16に送信する(S6)。電池管理装置22は、電池解析情報を電池特性測定装置14に送信してもよい(S7)。
ここでは、ユーザ端末16から送信された要求情報を受信したことに応じて、電池管理装置22が解析処理(S4)および異常判定処理(S5)を実行する処理について説明した。電池管理装置22は、要求情報を受信したか否かに関わらず、解析処理(S4)および異常判定処理(S5)を時間経過と共に繰り返し実行し、要求情報を受信したことに応じて(SS2)、ユーザ端末16に電池解析情報を送信する処理を実行してもよい。また、診断情報および電池IDを対応付けた情報は、電池解析情報とは別の情報として、電池管理装置22がユーザ端末16に、あるいはユーザ端末16および電池特性測定装置14に送信してもよい。
このように、電池管理システム100を構成する電池管理装置22は、電池管理プログラムを実行することで、次のような処理を実行する。
すなわち、電池管理装置22は、電池特性測定装置14から基本データを取得するデータ取得処理(S3)と、電池12を識別する電池IDを基本データから取得し、電池12の特性解析データを基本データに基づいて求める解析処理(S4)とを実行する。電池管理装置22は、さらに、特性解析データと電池IDとを対応付けた電池解析情報を生成する情報生成処理と、電池解析情報を送信する送信処理(S7)とを実行する。
電池管理装置22は、ユーザ端末16から送信される要求情報を受信する要求受信処理を実行する(S2)。電池管理装置22は、要求情報に応じて送信処理、または解析処理および送信処理を実行する。電池管理装置22は、基本データに基づいて、電池12が異常であるか否かを判定し、電池12が異常であるか否かを示す診断情報を生成する異常判定処理を実行してよい(S5)。この場合、上記の送信処理は、診断情報と電池IDとを対応付けた情報を送信する処理を含む。
電池管理システム100によれば、電池特性測定装置14から電池管理装置22には、離散的な測定信号値を含む基本データが送信される。離散的な測定信号値は、電池特性測定装置14が、電池12に測定信号を発生させ、測定信号から生成された離散値である。したがって、測定信号そのものを電池特性測定装置14から電池管理装置22に送信する場合に比べて、通信処理の負担が軽減される。また、電池管理システム100によれば、電池管理装置22が、特性解析データを含む電池解析情報を基本データに基づいて生成する。これによって、電池解析情報を生成する処理が、電池特性測定装置14および電池管理装置22によって分散して実行され、電池特性測定装置14および電池管理装置22のそれぞれが実行する処理が軽減される。
また、電池特性測定装置14は、離散的な測定信号値を取得するのみでよい。そのため、電池特性測定装置14に用いられるコンピュータは、電池管理装置22を構成するコンピュータに比べて演算速度が遅いものであってもよい。これによって、ユーザのコスト的な負担が小さくなる。一方、電池管理装置22には、演算速度が速く、高度な機械学習モデルを構築するコンピュータが用いられてよい。これによって、電池解析情報の精度が向上する。
図11には、電池管理システム100が実行する第1の応用処理のシーケンスチャートが示されている。電池管理装置22は、情報量解析処理(S21)を実行し、解析処理(S4)および異常判定処理(S5)によって生成された電池解析情報の情報量(byte)を求め、ユーザに対して請求する報酬ポイント(請求報酬ポイント)を情報量に応じて求める。報酬ポイントは経済的な価値を示す数値であり、例えば、通貨の額や、ポイント(商品の購入等に伴って消費者に経済的な価値のある「ポイント」を付与するビジネスモデルにおけるポイント)であってよい。電池管理装置22は、情報量が多い程、請求報酬ポイントを大きくしてよい。電池管理装置22は、電池解析情報の情報量の他、解析処理(S4)および異常判定処理(S5)を実行するために要された演算量(byte)に応じて請求報酬ポイントを求めてもよい。
電池管理装置22は、請求報酬ポイントについて請求処理を実行する。すなわち、電池管理装置22は、請求報酬ポイントを示す情報を含む請求情報を、外部コンピュータ40に送信する(S22)。外部コンピュータ40は、通信回線10(図1)に接続されたコンピュータである。外部コンピュータ40は、複数のコンピュータによって構成されてもよく、これら複数のコンピュータは、複数の様々な事業者がそれぞれ運用するものであってもよい。外部コンピュータ40は、例えば、クレジットカード事業者が運用するコンピュータであってよい。外部コンピュータ40は、請求情報を受信すると、ユーザ端末16との間でクレジットカードによって請求額を決済する処理を実行する(S23)。決済処理によって、例えば、ユーザが指定する銀行口座からクレジットカード事業者の銀行口座に請求報酬ポイントと同一価値の金額が振り込まれ、クレジットカード事業者の銀行口座からプロバイダの銀行口座に請求報酬ポイントと同一価値の金額が振り込まれる。
外部コンピュータ40は、決済処理(S23)を完了すると、電池管理装置22に決済完了情報を送信する(S24)。電池管理装置22は、決済完了情報を受信すると、ユーザ端末16および電池特性測定装置14の少なくとも一方に電池解析情報を送信する。
図12には、第2の応用処理のシーケンスチャートが示されている。第2の応用処理は、解析処理(S4)および異常判定処理(S5)の後に、付加価値情報生成処理(S25)が実行される点で、第1の応用処理と異なる。
電池管理装置22は、付加価値情報生成処理(S25)を実行し、特性解析データに基づいて付加価値情報を生成する。付加価値情報には、例えば、電池12の交換時期を示す情報や、電池12の交換に際して、ユーザが必要とする情報がある。ユーザが必要とする情報には、例えば、電池12の販売事業者の情報を示すURLや、新品の電池を販売事業者に発注するための入力フォーマット等がある。この例では、電池管理装置22が電池12の交換時期を推定する。そのため、電池特性測定装置14が生成し、ストレージコンピュータ20に記憶させる基本データには、電池12の種別(鉛電池、リチウムイオン電池等の種別)、電池12の充電容量(mAh)、新品の状態から現時点までの間の使用量、製造者、製造シリアルナンバー等が含まれてよい。
また、付加価値情報は、電池12の劣化度および充電容量に応じた充電計画情報であってもよい。充電計画情報には、電池12を充電する際に電池12に流れる電流の上限値、電池12を充電する際に電池12に印加される電圧の上限値、充電に費やす時間等がある。また、充電計画情報には電池12を充電する際の充電特性がある。充電特性には、例えば、電池12に等価的に接続される抵抗器の抵抗値、電池12に印加される電圧等がある。
電池管理装置22は、付加価値情報生成処理(S25)において、電池IDに特性解析データに加えて付加価値情報を対応付けた電池解析情報を生成する。
電池管理装置22は、情報量解析処理(S21)を実行し、解析処理(S4)、異常判定処理(S5)および付加価値情報生成処理(S25)によって生成された電池解析情報の情報量(byte)を求め、情報量に応じてユーザに対する請求報酬ポイントを求める。電池管理装置22は、情報量が多い程、請求報酬ポイントを大きくしてよい。電池管理装置22は、電池解析情報の情報量の他、解析処理(S4)、異常判定処理(S5)および付加価値情報生成処理(S25)を実行するために要された演算量(byte)に応じて請求報酬ポイントを求めてもよい。
電池管理装置22が請求情報を外部コンピュータ40に送信してから、ユーザ端末16および電池特性測定装置14に電池解析情報を送信するまでの処理(S22~S24、S6およびS7)は、図11に示された第1の応用処理と同様である。
なお、第1および第2の応用処理において、電池管理装置22が請求情報を外部コンピュータ40に送信する処理は、必ずしも電池解析情報を生成するごとに実行されなくてもよい。例えば、未決済の報酬ポイントの累積加算値が所定の閾値に達するごとに、外部コンピュータ40に請求情報を送信する処理が実行されてもよい。また、予め定められた時間間隔(例えば、1月間隔、1年間隔等)で、未決済の報酬ポイントの累積加算値に応じた請求情報を電池管理装置22が外部コンピュータ40に送信してもよい。
図13Aおよび図13Bには、第3の応用処理のシーケンスチャートが示されている。第3の応用処理では、電池管理情報が生成された履歴を示す履歴情報を電池管理装置22が生成し、履歴情報をストレージコンピュータ20に記憶させる。ユーザ端末16は、電池管理装置22に対して履歴情報を要求してよい。ユーザ端末16が電池管理装置22に対して履歴情報を要求した場合、決済処理が実行され、決済処理が完了した後に、電池管理装置22の指令によって、ストレージコンピュータ20からユーザ端末16に向けて履歴情報が送信される。
第3の応用処理の詳細について説明する。電池管理装置22は、履歴生成処理を実行し(S30)、電池解析情報と、その電池解析情報を生成した年月日および時刻とを対応付けた履歴情報を生成する(S30)。電池管理装置22は履歴送信処理を実行する。すなわち、電池管理装置22は、履歴情報を暗号化し、ストレージコンピュータ20に送信し、ストレージコンピュータ20に記憶させる。
ユーザ端末16は、ストレージコンピュータ20から履歴情報を取得するときは、電池管理装置22に履歴要求情報を送信する(S32)。履歴要求情報は、取得しようとする電池解析情報が生成された年月日および時刻を指定する時間範囲指定情報が含まれる。また、履歴要求情報には、電池管理装置22との間で予め取り決められたパスコードが含まれる。電池管理装置22は、履歴要求情報を受信し、履歴要求情報に含まれるパスコードが、予め取り決められたものである場合には、請求報酬ポイントを示す情報を含む請求情報を、外部コンピュータ40に送信する(S33)。電池管理装置22は、履歴要求情報に含まれるパスコードが、予め取り決められたものでない場合には、その履歴要求情報に対して処理を実行しなくてもよい。
外部コンピュータ40は、請求情報を受信すると、ユーザ端末16との間でクレジットカードによって請求額を決済する処理を実行する(S34)。外部コンピュータ40は、決済処理(S34)を完了すると、電池管理装置22に決済完了情報を送信する(S35)。電池管理装置22は、決済完了情報を受信すると、ユーザ端末16に復号鍵を送信する(S36)。復号鍵は、ストレージコンピュータ20から受信される、暗号化された履歴情報を復号化(暗号を解除)するために用いられる情報である。電池管理装置22は、さらに、ストレージコンピュータ20に対する送信指令処理を実行する。すなわち、電池管理装置22は、ストレージコンピュータ20に送信指令情報を送信する(S37)。送信指令情報には、上述の時間範囲指定情報が含まれる。送信指令情報を受信したストレージコンピュータ20は、ユーザ端末16(履歴要求情報送信元のユーザ端末16)に、時間範囲指定情報で指定される電池解析情報が含まれる指定・履歴情報を送信する(S38)。ユーザ端末16は、ステップS36で受信した復号鍵を用いて、指定・履歴情報を復号化する。
なお、上記の決済処理(S23およびS34)としては、クレジットカードを用いた処理が示された。決済処理(S23およびS34)としては、コンビニエンスストア等の小売店での決済処理や、決済代行事業者による、ユーザのスマートフォンを用いた決済処理が採用されてもよい。また、ユーザの銀行口座からプロバイダの銀行口座への自動振り込みが決済処理として採用されてもよい。
また、図10~図13Bに示された処理に加えて、電池管理装置22は、通信回線10を介して、電池12の製造販売業者の通信端末に、フィードバック情報として電池解析情報を送信してもよい。この場合、電池管理装置22は、電池ID、劣化度、診断情報、電池12の種別、新品の状態から現時点までの間の使用量、製造者、製造シリアルナンバー等の情報を電池解析情報に含ませてよい。電池の製造販売業者は、電池解析情報を製品開発や不具合品対策のために活用してよい。
なお、上述した電池管理プログラムは、以下に示されるような電池管理方法に基づいて作成される。すなわち、電池管理方法は、電池12に測定信号を発生させ、離散的な測定信号値と電池IDとを含む基本データを当該測定信号から生成する電池特性測定装置14から、基本データを取得するデータ取得ステップと、電池IDを基本データから取得し、基本データに基づいて、電池の特性解析データを求める解析ステップと、電池IDと、特性解析データとを対応付けた電池解析情報を生成する情報生成ステップと、電池解析情報を送信する送信ステップと、を含んでいる。
また、電池管理方法は、望ましくは、ユーザ端末16から送信される要求情報を受信する要求受信ステップを含み、送信ステップ、または解析ステップおよび送信ステップが、要求情報に応じて実行される。
また、電池管理方法は、望ましくは、電池12が異常であるか否かを基本データに基づいて判定し、電池12が異常であるか否かを示す診断情報を生成する異常判定ステップを含み、送信ステップは、電池IDと診断情報とを対応付けた情報を送信するステップを含む。
また、特性解析データは、電池12の劣化度を表すデータであってよい。
また、電池管理方法は、望ましくは、電池12についての付加価値情報を、特性解析データに基づいて生成する付加価値情報生成ステップを含み、情報生成ステップは、電池IDに対し、特性解析データに加えて付加価値情報を対応付けた電池解析情報を生成するステップを含む。
また、電池管理方法は、望ましくは、電池解析情報の情報量、または情報生成ステップを実行するために要される演算量を求める情報量解析ステップと、情報量または演算量に応じた請求報酬ポイントを示す請求情報を、外部コンピュータに送信する請求ステップと、を含み、請求情報についての決済処理が完了した後に、送信ステップを実行するステップを含む。
また、電池管理方法は、望ましくは、電池解析情報に関する履歴情報を生成する履歴生成ステップと、履歴情報を暗号化してストレージコンピュータ20に記憶させる履歴送信ステップと、ユーザ端末16から履歴要求情報が送信されたときに、履歴情報を復号化する復号鍵を履歴要求情報送信元のユーザ端末16に送信すると共に、ストレージコンピュータ20に対し、暗号化された履歴情報を履歴要求情報送信元のユーザ端末16に向けて送信する送信指令ステップと、を含む。
10 通信回線、12 電池、14 電池特性測定装置、16 ユーザ端末、18 無線通信システム、20 ストレージコンピュータ、22 電池管理装置、30 測定器、32 離散値摘出回路、40 外部コンピュータ、60,70 電池劣化解析器、62-1,62-2 出力電圧、64-1,64-2 インピーダンス実部、L1 1次インダクタ、C0 容量性素子、R0 抵抗器R0、SW スイッチ、100 電池管理システム、102 プロバイダシステム。

Claims (14)

  1. 電池に測定信号を発生させ、離散的な測定信号値と電池IDとを含む基本データを当該測定信号から生成する電池特性測定装置から、前記基本データを取得するデータ取得処理と、
    前記電池IDを前記基本データから取得し、前記基本データに基づいて、前記電池の特性解析データを求める解析処理と、
    前記電池IDと、前記特性解析データとを対応付けた電池解析情報を生成する情報生成処理と、
    前記電池解析情報を送信する送信処理と、
    をコンピュータに実行させることを特徴とする電池管理プログラム。
  2. 請求項1に記載の電池管理プログラムであって、
    ユーザ端末から送信される要求情報を受信する要求受信処理を前記コンピュータに実行させ、
    前記送信処理、または前記解析処理および前記送信処理は、前記要求情報に応じて実行されることを特徴とする電池管理プログラム。
  3. 請求項1または請求項2に記載の電池管理プログラムであって、
    前記電池が異常であるか否かを前記基本データに基づいて判定し、前記電池が異常であるか否かを示す診断情報を生成する異常判定処理を前記コンピュータに実行させ、
    前記送信処理は、
    前記電池IDと前記診断情報とを対応付けた情報を送信する処理を含むことを特徴とする電池管理プログラム。
  4. 請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電池管理プログラムにおいて、
    前記特性解析データは、
    前記電池の劣化度を表すデータであることを特徴とする電池管理プログラム。
  5. 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の電池管理プログラムであって、
    前記電池についての付加価値情報を、前記特性解析データに基づいて生成する付加価値情報生成処理を前記コンピュータに実行させ、
    前記情報生成処理は、
    前記電池IDに対し、前記特性解析データに加えて前記付加価値情報を対応付けた前記電池解析情報を生成する処理を含むことを特徴とする電池管理プログラム。
  6. 請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の電池管理プログラムであって、
    前記電池解析情報の情報量、または前記情報生成処理を実行するために要される演算量を求める情報量解析処理と、
    前記情報量または前記演算量に応じた請求報酬ポイントを示す請求情報を、外部コンピュータに送信する請求処理と、を前記コンピュータに実行させ、
    前記請求情報についての決済処理が完了した後に、前記送信処理を前記コンピュータに実行させることを特徴とする電池管理プログラム。
  7. 請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の電池管理プログラムにおいて、
    前記電池解析情報に関する履歴情報を生成する履歴生成処理と、
    前記履歴情報を暗号化してストレージコンピュータに記憶させる履歴送信処理と、
    ユーザ端末から履歴要求情報が送信されたときに、前記履歴情報を復号化する復号鍵を履歴要求情報送信元のユーザ端末に送信すると共に、前記ストレージコンピュータに対し、暗号化された前記履歴情報を前記履歴要求情報送信元のユーザ端末に向けて送信させる送信指令処理と、を前記コンピュータに実行させることを特徴とする電池管理プログラム。
  8. 電池に測定信号を発生させ、離散的な測定信号値と電池IDとを含む基本データを当該測定信号から生成する電池特性測定装置から、前記基本データを取得するデータ取得処理と、
    前記電池IDを前記基本データから取得し、前記基本データに基づいて、前記電池の特性解析データを求める解析処理と、
    前記電池IDと、前記特性解析データとを対応付けた電池解析情報を生成する情報生成処理と、
    前記電池解析情報を送信する送信処理と、
    を実行することを特徴とする電池管理装置。
  9. 請求項8に記載の電池管理装置であって、
    ユーザ端末から送信される要求情報を受信する要求受信処理を実行し、
    前記送信処理、または前記解析処理および前記送信処理を、前記要求情報に応じて実行することを特徴とする電池管理装置。
  10. 請求項8または請求項9に記載の電池管理装置であって、
    前記電池が異常であるか否かを前記基本データに基づいて判定し、前記電池が異常であるか否かを示す診断情報を生成する異常判定処理を実行し、
    前記送信処理は、
    前記電池IDと前記診断情報とを対応付けた情報を送信する処理を含むことを特徴とする電池管理装置。
  11. 請求項8から請求項10のいずれか1項に記載の電池管理装置において、
    前記特性解析データは、
    前記電池の劣化度を表すデータであることを特徴とする電池管理装置。
  12. 請求項8から請求項11のいずれか1項に記載の電池管理装置であって、
    前記電池についての付加価値情報を、前記特性解析データに基づいて生成する付加価値情報生成処理を実行し、
    前記情報生成処理は、
    前記電池IDに対し、前記特性解析データに加えて前記付加価値情報を対応付けた前記電池解析情報を生成する処理を含むことを特徴とする電池管理装置。
  13. 請求項8から請求項12のいずれか1項に記載の電池管理装置であって、
    前記電池解析情報の情報量、または前記情報生成処理を実行するために要される演算量を求める情報量解析処理と、
    前記情報量または前記演算量に応じた請求報酬ポイントを示す請求情報を、外部コンピュータに送信する請求処理と、を実行し、
    前記請求情報についての決済処理が完了した後に、前記送信処理を実行することを特徴とする電池管理装置。
  14. 請求項8から請求項13のいずれか1項に記載の電池管理装置において、
    前記電池解析情報に関する履歴情報を生成する履歴生成処理と、
    前記履歴情報を暗号化してストレージコンピュータに記憶させる履歴送信処理と、
    ユーザ端末から履歴要求情報が送信されたときに、前記履歴情報を復号化する復号鍵を履歴要求情報送信元のユーザ端末に送信すると共に、前記ストレージコンピュータに対し、暗号化された前記履歴情報を前記履歴要求情報送信元のユーザ端末に向けて送信させる送信指令処理と、を実行することを特徴とする電池管理装置。
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