JP2012068075A - リチウムイオン電池診断システム、およびリチウムイオン電池診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】二次電池の寿命を精度よく予測することができる電池モジュール監視装置、充電装置および電池モジュールを提供する。
【解決手段】出荷前における、モジュール電池等の試験または検査の結果を示す製造情報、出荷後におけるモジュール電池等を構成する材料の試験または検査の結果を示す稼働情報を、モジュール電池等ごとに記憶する電池性能管理記憶部と、製造情報と正常稼動モデル情報とを電池性能管理記憶部に記憶させる製造情報収集処理部と、モジュール電池の充放電時に、モジュール電池が異常であると判定したモジュール電池の稼動情報を、電池性能管理記憶部に記憶させる稼動情報収集処理部と、稼動情報収集処理部が異常であると判定したモジュール電池の稼動情報とが類似していると判定した場合に、両者が類似している旨の診断結果を出力する不良判定処理部と、診断結果を充電装置に送信し、充電装置から稼動情報を受信する通信部と、を備える。
【選択図】図１５

Description

本発明は、リチウムイオン電池を診断するリチウムイオン電池診断システム、およびリチウムイオン電池診断方法に関するものである。

昨今、リチウムイオン電池に代表される二次電池の開発が盛んである。リチウムイオン電池は、繰り返し充放電が可能であるが、例えば、ハイブリッド車両や燃料電池車両に代表される電動車両に用いられる場合には、人命にもかかわりうるものであるため、その安全性や信頼性を確保することが重要となる。

そこで、リチウムイオン電池に代表される二次電池の安全性や信頼性を確保するために、従来から、充電時または放電時において、電池の電圧及び電流を測定し、その性能や不具合の有無を把握するための様々な診断が行なわれている。

例えば、特許文献１には、電池の電圧・電流から内部インピダンスを計算し電池の寿命を診断する技術が開示されている。

また、特許文献２には、電池の充電及び放電時の電圧と電流特性を測定し、所定周波数領域に対する特性インピダンスの測定結果から特性因子を数値化して電池の状態を診断するとともに、製造工程においても、安全性、信頼性を確保するために、電池特性に応じてモジュールで使用する電池を選別するようにした技術が開示されている。

さらに、特許文献３には、電池のインピダンススペクトルを基に、パターンマッチング手法を用いて、類似したスペクトルを持つ単電池を分類し、モジュール電池内の標準偏差が小さくなるように、単電池を選別することにより、モジュール電池の信頼性を高める技術が開示されている。

特表２００６−５２４３３２号公報 特開２０００−１５６２４８号公報 特開平１０−３１２８２３号公報

上述した特許文献１〜３に開示された技術では、製造工程や検査工程等の製造段階における電池の性能を診断することによって、不具合のある電池を選別することはできる。しかしながら、製造された電池が出荷された後は、その電池の使用状況によって性能が劣化する度合いが異なってくるため、単に製造段階において電池を診断するだけでは、安全性や信頼性の高い電池を得ることは出来ない。すなわち、より安全性や信頼性の高い電池を提供するためには、出荷後の電池の使用状況を考慮して電池を診断することが必要となる。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、製造段階における環境と使用時における環境とを考慮して電池の性能を診断することが可能なリチウムイオン電池診断システム、およびリチウムイオン電池診断方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるリチウムイオン電池診断システムは、電力を蓄電する複数の単電池から構成されるモジュール電池を診断するリチウムイオン電池診断システムであって、前記モジュール電池を診断する診断装置は、出荷前における、前記単電池、前記モジュール電池、前記単電池または前記モジュール電池を構成する材料、の試験または検査の結果を示す製造情報、前記製造情報のうち良品である前記モジュール電池、前記単電池、前記材料の前記製造情報に基づいて定められた正常稼動モデル情報、および出荷後における前記単電池、前記モジュール電池、前記単電池または前記モジュール電池を構成する材料の試験または検査の結果を示す稼働情報を、前記材料ごとおよび前記単電池ごとおよび前記モジュール電池ごとに記憶する電池性能管理記憶部と、前記製造情報を、前記モジュール電池を製造する製造装置から収集し、収集した前記製造情報に基づいて前記正常稼動モデル情報を取得し、前記製造情報と前記正常稼動モデル情報とを前記電池性能管理記憶部に記憶させる製造情報収集処理部と、前記モジュール電池の充放電時に、前記診断装置に接続された充電装置から前記稼動情報を受信し、受信した前記稼動情報に基づいて、前記モジュール電池が異常であるか否かを判定し、前記モジュール電池が異常であると判定した前記モジュール電池の前記稼動情報を、前記電池性能管理記憶部に記憶させる稼動情報収集処理部と、前記稼動情報収集処理部が、前記稼動情報を受信した場合に、前記電池性能管理記憶部が記憶する前記正常稼動情報と、前記稼動情報と、前記稼動情報収集処理部が異常であると判定した前記モジュール電池の前記稼動情報とに基づいて、前記稼動情報と、前記稼動情報収集処理部が異常であると判定した前記モジュール電池の前記稼動情報との類似度を判定し、前記稼動情報と、前記稼動情報収集処理部が異常であると判定した前記モジュール電池の前記稼動情報とが類似していると判定した場合に、両者が類似している旨の診断結果を出力する不良判定処理部と、前記診断結果を前記充電装置に送信し、または前記充電装置から前記稼動情報を受信する通信部と、を備え、前記充電装置は、前記モジュール電池の充放電を受け付け、前記モジュール電池から前記稼動情報を取得する充電部と、前記充電部が取得した前記稼動情報を前記診断装置に送信し、または前記診断結果を前記診断装置から受信する充電通信部と、
を備えることを特徴とする。

また、本発明は、上記リチウムイオン電池診断システムで行われるリチウムイオン電池診断方法である。

本発明によれば、製造段階における環境と使用時における環境とを考慮して電池の性能を診断することが可能なリチウムイオン電池診断システム、およびリチウムイオン電池診断方法を提供することができる。

、本発明の実施の形態にかかるリチウムイオン電池診断システムの構成を示すブロック図である。 リチウムイオン電池が製造されるまでの具体的な工程を模式的に示す図である。 リチウムイオン電池のモジュール電池の構成を模式的に示す斜視図である。 電池性能管理データベースに格納される製造情報の例を示す図である。 単電池対応表の具体的な例を示す図である。 モジュール電池対応表の具体的な例を示す図である。 判定基準テーブルの例を示す図である。 不良判定処理部が、全ての製造情報に対して分類を行った集計結果を示すグラフである。 材料−単電池検査・試験履歴マップデータの例を示す図である。 単電池−モジュール検査・試験履歴マップデータの例を示す図である。 性能履歴マップの例を示す図である。 過去正常性能履歴マップから標準履歴マップデータが生成される例を示す図である。 標準履歴マップデータと過去異常性能履歴マップとが比較される様子を示す図である。 過去異常性能履歴マップと性能履歴マップとが比較される様子を示す図である。 リチウムイオン電池診断システムで行われる充電処理のフローチャートである。 類似度算出処理の処理手順を示すフローチャートである。

以下に添付図面を参照して、本発明にかかるリチウムイオン電池診断システム、およびリチウムイオン電池診断方法の実施の形態を詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態にかかるリチウムイオン電池診断システム１０００の構成を示すブロック図である。図１に示すように、リチウムイオン電池診断システム１０００は、電池製造ライン１００と、充電ステーション２００と、リチウムイオン電池診断装置３００とを含んで構成されている。まず、電池製造ライン１００について説明する。

電池製造ライン１００は、リチウムイオン電池の製造ラインである。図１に示すように、電池製造ライン１００は、材料検査工程１１０と、電極製造工程１２０と、単電池組立工程１３０と、単電池検査工程１４０と、モジュール組立工程１５０と、モジュール検査工程１６０とを含んで構成されている。以下では、リチウムイオン電池の製造工程における製造装置および検査装置から製造や検査に関する情報が出力される。

材料検査工程１１０は、リチウムイオン電池の材料、例えば、正極や負極を構成するためのフィルム状の金属箔や各種材料粉等の材料を受け入れる材料検査を担うものである。材料検査工程１１０において、リチウムイオン電池の各種材料を受け入れた後、受け入れた材料に関する検査データ（例えば、リチウムイオン電池の電極となる具体的な材料組成、あるいは検査日時等）を出力する。

後述するように、この検査データは、リチウムイオン電池診断装置３００が、リチウムイオン電池の性能を診断するために用いられる。また、検査データには、上述した材料に関する情報のほか、材料検査工程においてあらかじめ定められた試験や検査を行った日時や、その試験や検査の項目、試験や検査された際の測定値、試験や検査の対象を識別するための識別情報を少なくとも含んでいるものとする。検査データの具体的な構成については後述する。

電極製造工程１２０は、リチウムイオン電池の正極および負極の電極を製造する電極製造工程を担うものである。電極製造工程１２０において、材料検査工程１１０を経て、上述した正極および負極を製造すると、製造された正極および負極の製造条件に関する電極製造データ（例えば、電極を製造する際の材料の温度等）を出力する。この製造データは、上述した検査データと同様に、電極製造工程においてあらかじめ定められた試験や検査を行った日時や、その試験や検査の項目、試験や検査された際の測定値、試験や検査の対象を識別するための識別情報を少なくとも含んでいるものとする。電極製造データの具体的な構成については後述する。

単電池組立工程１３０は、材料検査工程１１０を経て受け入れた様々な材料および電極製造工程１２０にて製造した電極からリチウムイオン電池を構成するセルと呼ばれる単電池を組み立てる単電池組立工程を担うものである。単電池組立工程１３０において、単電池を組み立てると、組み立てられる際に行われた単電池の検査の結果（例えば、各材料の溶接チェックの結果等）を示す単電池ＱＣ検査データを出力する。この単電池ＱＣ検査データは、上述した検査データ等と同様に、単電池組立工程においてあらかじめ定められた試験や検査を行った日時や、その試験や検査の項目、試験や検査された際の測定値、試験や検査の対象を識別するための識別情報を少なくとも含んでいるものとする。単電池ＱＣ検査データの具体的な構成については後述する。

単電池検査工程１４０は、単電池組立工程１３０において組み立てた単電池の単電池検査工程を担うものである。単電池検査工程１４０は、組み立てられた単電池の検査の結果（例えば、単電池の充電容量のチェックの結果等）を示す単電池製品検査データを出力する。この単電池製品検査データは、上述した検査データ等と同様に、単電池検査工程においてあらかじめ定められた試験や検査を行った日時や、その試験や検査の項目、試験や検査された際の測定値、試験や検査の対象を識別するための識別情報を少なくとも含んでいるものとする。単電池製品検査データの具体的な構成については後述する。

モジュール組立工程１５０は、単電池検査工程１４０において検査した単電池を複数個直列に組み合わせ、さらに、これらの単電池を制御するコントローラ（後述）が接続されたモジュール電池を製造するモジュール組立工程を担うものである。モジュール組立工程１５０において、複数個の単電池からモジュール電池を組み立てると、組み立てられる際に行われたモジュール電池の検査の結果（例えば、各単電池の組立個数チェックの結果等）を示すモジュールＱＣ検査データを出力する。このモジュール電池ＱＣ検査データは、上述した検査データ等と同様に、モジュール電池組立工程においてあらかじめ定められた試験や検査を行った日時や、その試験や検査の項目、試験や検査された際の測定値、試験や検査の対象を識別するための識別情報を少なくとも含んでいるものとする。モジュール電池ＱＣ検査データの具体的な構成については後述する。

モジュール検査工程１６０は、モジュール組立工程１５０において組み立てたモジュール電池のモジュール電池検査工程を担うものである。モジュール電池検査工程１６０において、組み立てられたモジュール電池の検査の結果（例えば、モジュール電池の充電容量のチェックの結果等）を示す製品検査データを出力する。このモジュール電池製品検査データは、上述した検査データ等と同様に、モジュール電池検査工程においてあらかじめ定められた試験や検査を行った日時や、その試験や検査の項目、試験や検査された際の測定値、試験や検査の対象を識別するための識別情報を少なくとも含んでいるものとする。モジュール電池製品検査データの具体的な構成については後述する。

図２は、リチウムイオン電池が製造されるまでの具体的な工程を模式的に示す図である。図２に示すように、リチウムイオン電池の製造工程は、正極材料製造工程と負極材料製造工程と単電池の組立工程とモジュール電池の組立工程とを含んでいる。

正極材料製造工程では、まず、材料検査工程１１０を経て、電極製造工程１２０において、正極材料の原料となる各種材料を混練および調合して、スラリー材料を作成する。そして、フィルム状の金属箔にこのスラリー材料を塗工した後、スラリーが塗工された金属箔に圧縮や切断といった加工を行い、フィルム状の正極材料を製造する。

一方、負極材料製造工程では、正極材料製造工程とは使用される原料となる各種材料は異なるが、負極材料が製造されるまでの手順は同じである。まず、材料検査工程１１０を経て、電極製造工程１２０において、負極材料の原料となる各種材料を混練および調合してスラリー材料を作成し（混練・調合）、フィルム状の金属箔にこのスラリー材料を塗工した後（塗工）、スラリーが塗工された金属箔の圧縮や切断といった加工を行い（加工）、フィルム状の負極材料を製造する。

その後、単電池組立工程１３０では、捲回と呼ばれる工程で、上記のフィルム状の正極材料および負極材料から、単電池に必要な大きさの正極および負極を切り出すとともに、これら正極材料と負極材料を分離するためのフィルム状のセパレータ材料から単電池に必要な大きさのセパレータを切り出し、正極および負極に、切り出したセパレータを挟んで重ねて捲き合わせる（捲回）。そして、捲き合わせた正極、負極およびセパレータの電極対の群を組み立てて溶接する。その後、溶接したこれら電極対の群を、電解液が注入（注液）された電池缶内に配置した後、電池缶を完全に密閉し（封口）、単電池を作成する。

単電池検査工程１４０は、単電池組立工程１３０にて作成されたリチウムイオン電池の単電池を繰り返し充放電し、この単電池の性能及び信頼性に関する検査（例えば、単電池の容量や電圧、充電または放電時の電流や電圧等の検査）を行なう（単電池検査）。これにより、単電池が完成し、単電池組立工程が終了する。

次に、モジュール電池組立工程１５０では、単電池を複数個直列に組み合わせ、さらに、上述したコントローラ（後述）を接続してモジュール電池を製造する（モジュール組立）。その後、モジュール電池検査工程１６０において、モジュール電池組立工程１５０において組み立てたモジュール電池の性能及び信頼性に関する検査（例えば、モジュール電池の容量や電圧、充電または放電時の電流や電圧等の検査）を行なう（モジュール検査）。

図３は、このように製造されたリチウムイオン電池のモジュール電池の構成を模式的に示す斜視図である。図３に示すように、モジュール電池の内部は、単電池を識別するための単電池管理番号を示すバーコードが付された複数の単電池から構成され、これらの単電池が直列に配置されている。また、モジュール電池には各単電池やモジュール電池の充放電等の実績を管理するためのコントローラＣが設けられている。

コントローラＣは、単電池が充電または放電した回数をカウントするカウンタやモジュール電池が出荷されてからの経過時間を計測するタイマを有している。また、コントローラＣは、現時点（例えば、充電時点）における、上述した検査データ、電極製造データ、単電池ＱＣ検査データ、単電池製品検査データ、モジュール電池ＱＣ検査データ、モジュール電池製品検査データと同様のデータ（以下、稼動値と呼ぶ。）を取得し、コントローラＣ内部のメモリＭに記憶させる。また、コントローラＣは、モジュール電池が正常に稼働する場合（すなわち、良品のモジュール電池、単電池、材料相当として定められた範囲の値の製造情報でモジュール電池を稼動させた場合）におけるこれらのデータの値（以下、正常稼働モデル値と呼ぶ。）をメモリＭにあらかじめ記憶しおり、後述するように、モジュール電池が充電される際に、稼動値と正常稼働モデル値とを充電ステーション２００に送出している。なお、メモリＭには稼動値の履歴のみが格納され、正常稼動モデルちや、電池製造工程における各種データが格納されなくてもよい。

このように、電池製造ライン１００においてリチウムイオン電池のモジュール電池が上述した各工程を経て製造され、完成したモジュール電池が出荷（Shipment）される。そして、出荷されたモジュール電池は、例えば、ハイブリッド車両のような電動車両等の種々の機器に搭載され、搭載された機器の使用環境に応じて充放電されることとなる。続いて、図１に戻り、充電ステーション２００について説明する。

充電ステーション２００は、例えば、ハイブリッド車両等の電動車両に搭載されたモジュール電池に電力を供給するための装置である。充電ステーション２００は、コンビニエンスストアやガソリンスタンド、あるいは一般家庭等、電動車両を駐車可能なスペースがある様々な場所に設置されうるものである。

図１に示すように、充電ステーション２００は、表示部２１０と、充電機構２２０と、通信部２３０とを含んで構成されている。なお、以下では特に説明していないが、表示部２１０、充電機構２２０、通信部２３０の各部は、充電ステーション２００に搭載された不図示のＣＰＵ（Central Processing Unit）等の制御部によって、その動作が制御されている。

表示部２１０は、例えば、タッチパネル式のＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等の表示装置である。表示部２１０は、後述するように、リチウムイオン電池診断装置３００が、モジュール電池が異常であるか否かを判定した結果を画面に表示する。また、表示部２１０は、充電ステーション２００の操作者（例えば、店員）や電動車両のドライバ（以下、これらを総称してオペレータと呼ぶ。）から、モジュール電池への充電を開始するための操作を受け付ける。

充電機構２２０は、例えば、商用電源を含む装置である。充電機構２２０は、表示部２１０がオペレータから充電を開始する旨の指示を受け付けた場合に、例えば、電動車両と電気的に接続されたキャブタイヤケーブル等を介して、電動車両に搭載されたリチウムイオン電池に対する電力を供給する。

また、充電機構２２０は、上述したような電力の供給対象となるものに電力を供給した場合に、リチウムイオン電池のモジュール電池に搭載されたコントローラＣから、稼動値と正常稼動モデル値とを受け取り、その稼動値と正常稼動モデル値と、モジュール電池を充電した際の電圧値と充電時間とを対応付けたデータ（以下、稼動データと呼ぶ。）を出力する。

通信部２３０は、例えば、モデムを含む装置である。通信部２４０は、充電機構２２０が出力した稼動データを、ネットワークＮを介してリチウムイオン電池診断装置３００に送信する。なお、ネットワークＮは、インターネット等の一般的な通信回線網である。続いて、図１に戻り、リチウムイオン電池診断装置３００について説明する。

図１に示すように、リチウムイオン電池診断装置３００は、製造情報収集部３１０と、電池性能管理データベース３２０と、稼動情報収集部３３０と、不良判定部３４０と、診断結果作成処理部３５０と、通信部３６０とを含んで構成されている。まず、製造情報収集部３１０について説明する。

製造情報収集部３１０は、電池製造ライン１００より出力した検査データ、製造条件データ、単電池ＱＣ検査データ、単電池製品検査データ、モジュールＱＣ検査データ、モジュール製品検査データを受け取ると、受け取ったこれらのデータ（以下、これらのデータを単に製造情報と呼ぶ。）を電池性能管理データベース３２０に格納する。なお、電池性能管理データベース３２０には、後述するように、稼動情報収集処理部３３０が充電ステーション２００から受信した稼動データに含まれる稼動値や正常稼動モデル値が、製造情報と同様のレイアウトで格納されている。

以下では、製造情報を例にして電池性能管理データベース３２０について説明しているが、稼動値もこれと同様の構成である。また、本実施の形態においては、後述する正常稼動モデル値は、出荷されたモジュール電池に搭載され、充電時に充電ステーション２００から受け取るものとして説明しているが、製造情報収集部３１０が、上述した製造情報の標準値（あらかじめ良品モジュール電池として定められた範囲の値）を、電池製造ライン１００の各部から収集した製造情報に従って設定し、その値（標準値）を正常稼動モデル値として電池性能管理データベース３２０に直接格納させてもよい。

図４は、電池性能管理データベース３２０に格納される製造情報の例を示す図である。図４に示すように、電池性能管理データベース３２０は、各工程においてあらかじめ定められた試験や検査を行った日時を示す測定日時と、その試験や検査の項目を示す製造検査・試験項目と、試験または検査の測定値と、試験や検査の対象を識別するための識別情報である識別ＩＤ（IDentification）と、測定対象の単位を示すデータ単位とが対応付けて記憶されている。

図４に示す例では、識別ＩＤが「Ｃ１」の「単電池」は、ある測定日時（例えば、２０１０年８月３０日００時００分００秒）に、「検査１」が行われ、ある測定値（例えば、充放電の検査であれば０．５Ｖ等）が得られ、これらが互いに対応付けて記憶されることを示している。なお、製造情報収集部３１０は、識別ＩＤの種類を参照し、その種類に応じて、「単電池」（Ｃ１、Ｃ２、・・・、Ｃｎの場合）、「材料ロット」（Ｅ１、Ｅ２、・・・、Ｅｎの場合）、「モジュール」（Ｍ１、Ｍ２、・・・、Ｍｎの場合）等のデータ単位を書き込んでいるものとする。このように、製造情報収集部３１０は、各工程で得られたデータをまとめて製造情報として同じレイアウトで電池性能管理データベース３２０に格納している。続いて、図１に戻り、電池性能管理データベース３２０について説明する。

電池性能管理データベース３２０は、製造された全てのモジュール電池についての性能を示す各種の情報を記憶する記憶装置や媒体である。電池性能管理データベース３２０は、上述した製造情報のほか、充電ステーション２００から送信された稼動データに含まれる正常稼動モデル値と稼動値とを格納している。これらのデータの具体的な構成は、上述した製造情報と同様であるため、ここではその説明を省略する。

また、電池性能管理データベース３２０は、上述した製造情報のほかに、単電池を識別するための単電池ＩＤと、単電池を構成する材料ロットを識別するための材料ロットＩＤとを対応付けたテーブル（単電池対応表）を記憶している。

図５は、単電池対応表の具体的な例を示す図である。図５に示す例では、材料ロットＩＤが「Ｅ１」である材料は、単電池ＩＤが「Ｃ１」〜「Ｃ１０」までの１０個の単電池に用いられていることを示している。また、材料ロットＩＤが「Ｅ２」である材料は、単電池ＩＤが「Ｃ１１」〜「Ｃ１４」までの４個の単電池に用いられていることを示している。

さらに、電池性能管理データベース３２０は、モジュール電池を識別するためのモジュールＩＤと、モジュール電池を構成する単電池を識別するための単電池ＩＤとを対応付けたテーブル（モジュール対応表）を記憶している。

図６は、モジュール電池対応表の具体的な例を示す図である。図６に示す例では、モジュールＩＤが「Ｍ１」であるモジュール電池は、単電池ＩＤが「Ｃ１」、「Ｃ２」、「Ｃ３」、「Ｃ６」、「Ｃ７」の５個の単電池によって構成されていることを示している。また、モジュールＩＤが「Ｅ２」であるモジュール電池は、単電池ＩＤが「Ｃ４」、「Ｃ５」、「Ｃ７」、「Ｃ８」、「Ｃ９」の５個の単電池によって構成されていることを示している。

また、電池性能管理データベース３２０は、製造情報に含まれる製造検査・試験項目によって、測定対象（例えば、材料、単電池、モジュール電池）が検査または試験された場合に、その測定値を判定するための判定基準テーブルを記憶している。

図７は、上述した判定基準テーブルの例を示す図である。図７に示すように、判定基準テーブルは、製造検査・試験項目と、測定値を判定する基準となる判定条件（上限しきい値および下限しきい値）と、測定値の判定結果を分類した区分名と、製造検査・試験項目によって検査または試験された際の評価値とが対応付けて記憶されている。

図７に示す例では、製造検査・試験項目として「検査１」（例えば、単電池の充放電時における電圧値の検査）が行われた場合に、その測定値が、上限しきい値（例えば、１．５Ｖ）から下限しきい値（例えば、１．０Ｖ）の範囲にある場合には、「ランク１」に分類され、その評価値は「１」であり、上限しきい値（例えば、１．０Ｖ）から下限しきい値（例えば、−１．０Ｖ）の範囲にある場合には、「ランク２」に分類され、その評価値は「０」であり、上限しきい値（例えば、−１．０Ｖ）から下限しきい値（例えば、−１．５Ｖ）の範囲にある場合には、「ランク３」に分類され、その評価値は「−１」であることを示している。このような分類は、後述する不良判定処理部３４０によって、電池性能管理データベース３２０に格納されている全ての製造情報に対して実行される。

図８は、不良判定処理部３４０が、全ての製造情報に対して上述した分類を行い、その集計結果を示すグラフである。図８に示すように、横軸を測定値（例えば、検査１の場合には、充放電時の電圧値）、縦軸を度数（評価値の絶対値）とした場合、集計結果は、ある一定の分布をもって表現することができる。続いて、図１に戻り、稼動情報収集処理部３３０について説明する。

稼動情報収集処理部３３０は、通信部２６０が充電ステーション２００から稼動データを受信すると、受信した稼動データに含まれる電圧値と充電時間とを参照し、これらの値が所定のしきい値の範囲内にあるか否かを判断することによって、充電したモジュール電池が異常であるか否かを判定する。

そして、稼動情報収集処理部３３０は、充電したモジュール電池が異常であると判定した場合、その旨の判定結果を通信部３６０に出力するとともに、稼動データに含まれる稼動値や正常稼動モデル値を、電池性能管理データベース３２０に格納する。このように、稼動情報収集処理部３３０が、正常稼動モデル値のほか、異常と判定されたモジュール電池についての稼動値を電池性能管理データベース３２０に格納することによって、製造や試験が行われたモジュール電池のうち、異常のある全てのモジュール電池の稼動値が蓄積されることとなり、その後、通信部３６０は、その旨の診断結果を充電ステーション２００に送信し、充電ステーション２００の表示部２１０がその旨の診断結果を表示する。この表示によって、オペレータは、モジュール電池が異常であることを認識することができる。続いて、不良判定処理部３４０について説明する。

不良判定処理部３４０は、稼動情報収集処理部３３０が、充電したモジュール電池が異常でないと判定した場合、その電池モジュールについての検査・試験履歴マップデータを作成する。この検査・試験履歴マップデータは、充電したモジュール電池が異常であると判定されない場合であっても、今後異常となる傾向のある交換対象となるモジュール電池であるか否かを判定するためのものである。

不良判定処理部３４０は、通信部３６０が受信し、稼動情報収集処理部３３０によって格納された稼動データに含まれる稼動値と、正常稼動モデル値とを参照し、材料ロット単位での試験・検査項目と単電池ＩＤとを対応付けた材料履歴マップ（Ａ）、および単電池単位での試験・検査項目と単電池ＩＤとを対応付けた単電池履歴マップ（Ｂ）を結合した材料−単電池検査・試験履歴マップデータを生成する。

図９は、材料−単電池検査・試験履歴マップデータの例を示す図である。図９に示すように、材料−単電池検査・試験履歴マップデータは、単電池ＩＤ（例えば、Ｃ１）と、材料ロット単位での試験・検査項目（例えば、検査１〜５）と単電池単位での試験・検査項目（例えば、検査１〜７）とが対応付けられている。

図９に示す例では、単電池ＩＤがＣ１〜Ｃ１０までの１０個の単電池は、ある共通の材料を用いて製造されたが、その材料の試験や検査の工程（横軸で示した検査１〜５の工程）において、工程２および工程４で何らかの異常が生じていることを示している。これと同様に、単電池ＩＤがＣ１〜Ｃ１０までの１０個の単電池は、工程３で何らかの異常が生じていることを示している。すなわち、図９に示した材料履歴マップは、材料ロット単位で見た場合における単電池の異常パターンを示している。

また、図９に示す例では、単電池ＩＤがＣ１〜Ｃ２０までの２０個の各単電池は、単電池単位の試験や検査の工程（横軸で示した検査１〜７の工程）において、色づけされた工程（例えば、単電池ＩＤがＣ２である単電池は、工程２および工程６）において、何らかの異常が生じていることを示している。すなわち、図９に示した単電池履歴マップは、単電池単位で見た場合における単電池の異常パターンを示している。

また、不良判定処理部３４０は、上述した材料−単電池検査・試験履歴マップデータと同様に、単電池履歴マップ（Ｂ）、およびモジュール電池単位での試験・検査項目とモジュールＩＤとを対応付けた単電池履歴マップ（Ｃ）を結合した単電池−モジュール検査・試験履歴マップデータを生成する。

図１０は、単電池−モジュール検査・試験履歴マップデータの例を示す図である。図１０に示すように、単電池−モジュール検査・試験履歴マップデータは、単電池ＩＤ（例えば、Ｃ１）と、単電池単位での試験・検査項目（例えば、検査１〜７）とモジュール電池単位での試験・検査項目（例えば、検査１〜５）とが対応付けられている。

図１０に示す例では、図９に示した単電池履歴マップ（Ｂ）と、単電池ＩＤがＣ１〜Ｃ２０までの２０個の単電池のうち、例えば、単電池ＩＤがＣ１〜Ｃ３、Ｃ６、Ｃ７の５個の単電池は、モジュールＩＤがＭ１であるモジュール電池を構成しているが、モジュール電池単位の試験や検査の工程（横軸で示した検査１〜５の工程）において、工程４で何らかの異常が生じていることを示している。すなわち、図９に示した材料履歴マップは、モジュール電池単位で見た場合における単電池の異常パターンを示している。

不良判定処理部３４０は、上述した材料−単電池検査・試験履歴マップデータ、および単電池−モジュール検査・試験履歴マップデータ（すなわち、材料履歴マップ（Ａ）、単電池履歴マップ（Ｂ）、単電池履歴マップ（Ｃ））を生成すると、単電池履歴マップ（Ｂ）をキーとしてこれらを対応付けた性能履歴マップを生成する。

図１１は、性能履歴マップの例を示す図である。図１１に示すように、性能履歴マップは、上述した材料履歴マップ（Ａ）、単電池履歴マップ（Ｂ）、単電池履歴マップ（Ｃ）のそれぞれの試験や検査の工程が、単電池ＩＤおよびモジュールＩＤごとに対応付けられている。このように、不良判定処理部３４０が、性能履歴マップを生成することにより、現時点（例えば、充電時点）におけるモジュール電池の性能が把握できるようになっている。

不良判定処理部３４０は、図１１に示した性能履歴マップを生成すると、生成した性能履歴マップと、電池性能管理データベース３２０にアクセスし、稼動情報収集処理部３３０によって過去に異常として格納された稼動値を取得し、図９〜１１と同様に生成した履歴マップ（以下、過去異常性能履歴マップと呼ぶ。）との類似度を算出する類似度算出処理を行う。

具体的には、不良判定処理部３４０は、類似度算出処理を行う場合、まず、電池性能管理データベース３２０にアクセスして正常稼動モデル値を取得し、取得した正常稼動モデル値から、図９〜１１と同様に生成した履歴マップ（以下、過去正常性能履歴マップと呼ぶ。）を生成する。この過去正常履歴マップは、過去に製造された全てのモジュール電池について生成される。

そして、不良判定処理部３４０は、生成した全ての過去正常履歴マップを対象に、過去正常履歴マップを構成する単電池ＩＤおよび工程ごとの正常稼動モデル値を平均化した標準履歴マップデータを生成する。

図１２は、過去正常性能履歴マップから標準履歴マップデータが生成される例を示す図である。図１２の上段に示すように、不良判定処理部３４０は、電池性能管理データベース３２０にある全ての正常稼動モデル値から過去正常性能履歴マップを生成し、その後、図１２の下段に示すように、それらの過去正常性能履歴マップを構成する正常稼動値を平均値計算した標準履歴マップデータを生成する。なお、図１２に示した例では、単電池ＩＤをｉ、試験や検査を示す工程をｊとした場合、単電池ＩＤがｉである単電池の工程ｊにおける正常稼動値をＭ_ｂａｓｅ（ｉ,ｊ）として一般化している。

また、不良判定処理部３４０は、標準履歴マップデータを生成すると、再び電池性能管理データベース３２０にアクセスし、電池性能管理データベース３２０にある全ての過去に異常として格納された稼動値から過去異常性能履歴マップを生成する。この過去異常性能履歴マップの具体的な構成については、図９〜１１で示した構成と同様であるため、ここではその説明を省略する。

そして、不良判定処理部３４０は、単電池ごと工程ごとに、標準履歴マップデータの正常稼動モデル値と過去異常履歴マップの稼動値とを比較し、その差分があらかじめ定められたしきい値以上であるか否かを判定する。

図１３は、標準履歴マップデータと過去異常性能履歴マップとが比較される様子を示す図である。図１３に示すように、不良判定処理部３４０は、図１３の上段に示した標準履歴マップデータの正常稼動モデル値と、図１３の下段に示した過去異常性能履歴マップの稼動値とを、単電池ごと工程ごとに対比し、その差分が上述したしきい値以上であるか否かを判定する。そして、不良判定処理部３４０は、その差分がしきい値以上であると判定したもの（すなわち、より異常の度合いが高いもの）を、類似度に判定するために有効なデータ（以下、有効検査項目と呼ぶ。）であるとして特定する。

なお、図１３に示した例では、正常稼動値を一般化した場合と同様に、単電池ＩＤをｉ、試験や検査を示す工程をｊとした場合、過去異常性能履歴マップにおいて、単電池ＩＤがｉである単電池の工程ｊにおける稼動値をＭ_ｆａｉｌｕｒｅ（ｉ,ｊ）として一般化している。

このように、標準履歴マップデータと過去異常性能履歴マップとを比較することによって特定される有効検査項目は、一般的には、しきい値をＴｈ１とした場合、

として記述することが出来る。

そして、不良判定処理部３４０は、有効検査項目を特定すると、特定した有効検査項目について、過去異常性能履歴マップと性能履歴マップとを比較し、モジュール電池ごとの類似度を算出し、その類似度（以下、モジュール類似度と呼ぶ。）があらかじめ定められたしきい値以上であるか否かを判定する。不良判定処理部３４０は、モジュール類似度がそのしきい値以上であると判定した場合、さらに、単電池ごとの類似度を算出し、その類似度（以下、単電池類似度と呼ぶ。）があらかじめ定められたしきい値以上であるか否かを判定する。不良判定処理部３４０は、モジュール類似度または単電池類似度がそのしきい値以上であると判定した場合に、モジュール電池または単電池が異常となる可能性が高い旨の診断結果を出力する。

図１４は、過去異常性能履歴マップと性能履歴マップとが比較される様子を示す図である。図１４に示すように、不良判定処理部３４０は、図１４の上段に示した性能履歴マップの稼動値、および図１４の下段に示した過去異常性能履歴マップの稼動値のうち、有効検査項目であると判定されたものを対象に、単電池ごと工程ごとに対比し、その差分が上述したしきい値以上であるか否かを判定する。なお、図１４に示した例では、正常稼動値を一般化した場合と同様に、単電池ＩＤをｉ、試験や検査を示す工程をｊとした場合、性能履歴マップにおいて、単電池ＩＤがｉである単電池の工程ｊにおける稼動値をＭ（ｉ,ｊ）として一般化している。

このように、性能履歴マップと過去異常性能履歴マップとを比較することによって行われる類似度の判定は、モジュール類似度をＲ_Ｍ、単電池類似度をＲ_ｃとし、性能履歴マップにおける単電池ＩＤをｉ、過去異常性能履歴マップにおける単電池ＩＤをｉ’とした場合、一般的には、

として記述することが出来る。続いて、図１に戻り、診断結果作成部３５０について説明する。

診断結果作成部３５０は、不良判定処理部３４０が出力した診断結果にしたがって、例えば、モジュール電池の寿命や、どの単電池が異常と診断されたかを示す詳細な診断結果（保守診断結果）を出力する。このような保守診断結果を出力することによって、例えば、モジュール電池や単電池の試験や検査、あるいは製造についての具体的な対応策（新たな検査が必要であるか否か等）を策定することができる。

通信部３６０は、例えば、ＮＩＣ（Network Interface Card）を有する通信装置から構成され、上述した診断結果や判定結果を充電ステーション２００に送信し、または充電ステーション２００から稼動データを受信する。

続いて、リチウムイオン電池診断システム１０００で行われる充電処理について説明する。図１５は、リチウムイオン電池診断システム１０００で行われる充電処理のフローチャート図である。以下では、オペレータが、充電ステーション２００の充電機構２２０により、モジュール電池に充電を開始したものとする。

図１５に示すように、充電ステーション２００の充電機構２２０が、モジュール電池に対する充放電処理を開始し、その処理が終了すると（ステップＳ１５０１）、通信部２３０は、その稼動データをリチウムイオン電池診断装置３００に送信する（ステップＳ１５０２）。

そして、リチウムイオン電池診断装置３００の通信部３６０が稼動データを受信すると、稼動情報収集処理部３３０は、稼動データに含まれる電圧値と充電時間とを参照し、モジュール電池が異常であるか否かを判定し（ステップＳ１５０３）、モジュール電池が異常であると判定した場合（ステップＳ１５０３；Ｙｅｓ）、通信部３６０は、その判定結果を充電ステーションに送信し（ステップＳ１５０４）、充電ステーション２００の表示部２１０は、その判定結果を表示する（ステップＳ１５０５）。

一方、稼動情報収集処理部３３０が、モジュール電池が異常でないと判定した場合（ステップＳ１５０３；Ｎｏ）、不良判定処理部３４０は、その電池モジュールについての検査・試験履歴マップデータ（性能履歴マップ）を作成し（ステップＳ１５０７）、生成した性能履歴マップと、過去異常性能履歴マップとの類似度を算出する類似度算出処理を行う（ステップＳ１５０８）。

図１６は、類似度算出処理の処理手順を示すフローチャートである。図１６に示すように、不良判定処理部３４０は、まず、電池性能管理データベース３２０にアクセスして正常稼動モデル値を取得して過去正常性能履歴マップを生成し、その後、標準履歴マップデータを生成する（ステップＳ１６０１）。

そして、不良判定処理部３４０は、再び電池性能管理データベース３２０にアクセスし、過去異常性能履歴マップを生成し（ステップＳ１６０２）、全ての不良モジュール電池について、以下の処理（類似度判定）を行ったか否かを判定する（ステップＳ１６０３）。

不良判定処理部３４０は、標準履歴マップデータの正常稼動モデル値と、過去異常性能履歴マップの稼動値とを対比し、有効検査項目を定め（ステップＳ１６０４）、その有効検査項目に対して、モジュール類似度があらかじめ定められたしきい値以上であるか否かを判定し（ステップＳ１６０５）、モジュール類似度がそのしきい値以上であると判定した場合、さらに、単電池ごとの類似度を算出し、単電池類似度があらかじめ定められたしきい値以上であるか否かを判定し（ステップＳ１６０６）、ステップＳ１６０３に戻る。

そして、ステップＳ１６０３において、全ての不良モジュール電池について類似度判定を行った場合（ステップＳ１６０３；Ｙｅｓ）、図１６に示した類似度算出処理を終了する。続いて、図１５に戻り、ステップＳ１５０７移行の処理について説明する。

不良判定部３４０は、モジュール類似度または単電池類似度がしきい値以内であるか否かを判定し（ステップＳ１５０９）、モジュール類似度または単電池類似度がしきい値以内でないと判定した場合、そのまま処理を終了する。

一方、不良判定部３４０が、モジュール類似度または単電池類似度がしきい値以内でないと判定した場合（ステップＳ１５０９；Ｎｏ）、通信部３６０は診断結果を充電ステーション２００に送信し（ステップＳ１５１０）、充電ステーション２００の表示部２１０は、その診断結果（すなわち、交換対象モジュール電池である旨）を表示する（ステップＳ１５１１）。このステップＳ１５１１の処理が終了すると、図１５に示した全ての処理が終了する。

そして、不良判定部３４０が上述した診断結果を出力すると、診断結果作成部３５０は、モジュール電池の寿命や、どの単電池が異常と診断されたかを示す保守診断結果を出力する。

このように、モジュール電池を診断するリチウムイオン電池診断装置３００は、電池性能管理記憶データベース３２０が、出荷前における、単電池、モジュール電池、単電池またはモジュール電池を構成する材料、の試験または検査の結果を示す製造情報、製造情報のうち良品であるモジュール電池、単電池、材料の製造情報に基づいて定められた正常稼動モデル値、および出荷後における単電池、モジュール電池、単電池またはモジュール電池を構成する材料の試験または検査の結果を示す稼働データを、材料ごとおよび単電池ごとおよびモジュール電池ごとに記憶し、製造情報収集処理部３１０は、製造情報を、モジュール電池を製造する電池製造ライン１００から収集し、収集した製造情報に基づいて正常稼動モデル値を取得し、製造情報と正常稼動モデル値とを電池性能管理記憶データベース３２０に記憶させ、稼動情報収集処理部３３０が、モジュール電池の充放電時に、リチウムイオン電池診断装置３００に接続された充電ステーション２００から稼動データを受信し、受信した稼動データに基づいて、モジュール電池が異常であるか否かを判定し、モジュール電池が異常であると判定したモジュール電池の稼動データを、電池性能管理記憶データベース３２０に記憶させ、不良判定処理部３４０が、稼動情報収集処理部３３０が稼動データを受信した場合に、電池性能管理記憶データベース３２０が記憶する正常稼動モデル値と、稼動データと、稼動情報収集処理部３３０が異常であると判定した前記モジュール電池の稼動データとに基づいて、稼動データと、稼動情報収集処理部３３０が異常であると判定したモジュール電池の稼動データとの類似度を判定し、稼動データと、稼動情報収集処理部３３０が異常であると判定したモジュール電池の稼動データとが類似していると判定した場合に、両者が類似している旨の診断結果を出力し、通信部３６０が、診断結果を充電ステーション２００に送信し、または充電ステーション２００から稼動データを受信し、充電ステーション２００は、充電機構２２０が、モジュール電池の充放電を受け付け、モジュール電池から稼動データを取得し、通信部２３０が、充電機構２２０が取得した稼動データをリチウムイオン電池診断装置３００に送信し、または診断結果をリチウムイオン電池診断装置３００から受信するので、製造段階における環境と使用時における環境とを考慮して電池の性能を診断することが可能となる。

なお、本発明は、上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成することができる。例えば、実施の形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。

１０００ リチウムイオン電池診断システム
１００ 電池製造ライン
２００ 充電ステーション
３００ リチウムイオン電池診断装置
１１０ 材料検査工程
１２０ 電極製造工程
１３０ 単電池組立工程
１４０ 単電池検査工程
１５０ モジュール組立工程
１６０ モジュール検査工程
２１０ 表示部
２２０ 充電機構
２３０ 通信部（充電ステーション）
３１０ 製造情報収集処理部
３２０ 電池性能管理データベース
３３０ 稼動情報収集処理部
３４０ 不良判定処理部
３５０ 診断結果作成部
３６０ 通信部（リチウムイオン電池診断装置）
Ｎ ネットワーク。

Claims (7)

1. 電力を蓄電する複数の単電池から構成されるモジュール電池を診断するリチウムイオン電池診断システムであって、
   前記モジュール電池を診断する診断装置は、
   出荷前における、前記単電池、前記モジュール電池、前記単電池または前記モジュール電池を構成する材料、の試験または検査の結果を示す製造情報、前記製造情報のうち良品である前記モジュール電池、前記単電池、前記材料の前記製造情報に基づいて定められた正常稼動モデル情報、および出荷後における前記単電池、前記モジュール電池、前記単電池または前記モジュール電池を構成する材料の試験または検査の結果を示す稼働情報を、前記材料ごとおよび前記単電池ごとおよび前記モジュール電池ごとに記憶する電池性能管理記憶部と、
   前記製造情報を、前記モジュール電池を製造する製造装置から収集し、収集した前記製造情報に基づいて前記正常稼動モデル情報を取得し、前記製造情報と前記正常稼動モデル情報とを前記電池性能管理記憶部に記憶させる製造情報収集処理部と、
   前記モジュール電池の充放電時に、前記診断装置に接続された充電装置から前記稼動情報を受信し、受信した前記稼動情報に基づいて、前記モジュール電池が異常であるか否かを判定し、前記モジュール電池が異常であると判定した前記モジュール電池の前記稼動情報を、前記電池性能管理記憶部に記憶させる稼動情報収集処理部と、
   前記稼動情報収集処理部が、前記稼動情報を受信した場合に、前記電池性能管理記憶部が記憶する前記正常稼動モデル情報と、前記稼動情報と、前記稼動情報収集処理部が異常であると判定した前記モジュール電池の前記稼動情報とに基づいて、前記稼動情報と、前記稼動情報収集処理部が異常であると判定した前記モジュール電池の前記稼動情報との類似度を判定し、前記稼動情報と、前記稼動情報収集処理部が異常であると判定した前記モジュール電池の前記稼動情報とが類似していると判定した場合に、両者が類似している旨の診断結果を出力する不良判定処理部と、
   前記診断結果を前記充電装置に送信し、または前記充電装置から前記稼動情報を受信する通信部と、を備え、
   前記充電装置は、
   前記モジュール電池の充放電を受け付け、前記モジュール電池から前記稼動情報を取得する充電部と、
   前記充電部が取得した前記稼動情報を前記診断装置に送信し、または前記診断結果を前記診断装置から受信する充電通信部と、
   を備えることを特徴とするリチウムイオン電池診断システム。
2. 前記不良判定処理部は、前記正常稼動モデル情報と前記稼動情報とに基づいて、前記類似度を判定するために有効である検査項目を定める、
   ことを特徴とする請求項１に記載のリチウムイオン電池診断システム。
3. 前記不良判定部は、前記類似度を、前記材料、前記単電池、前記モジュール電池ごとの試験または検査を示す工程ごとにパターンマッチングすることによって、前記モジュール電池の類似度を判定する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のリチウムイオン電池診断システム。
4. 前記不良判定部は、前記モジュール電池が類似していると判定した場合、さらに、前記単電池の類似度を判定する、
   ことを特徴とする請求項３に記載のリチウムイオン電池診断システム。
5. 前記不良判定部は、前記類似度を、前記電池性能管理記憶部が記憶する前記稼動情報のうち、全ての前記稼動情報収集処理部が異常であると判定した前記モジュール電池の前記稼動情報について判定する、
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のリチウムイオン電池診断システム。
6. 前記工程には、前記単電池、前記モジュール電池、前記の試験または検査および前記単電池または前記モジュール電池の組立を含む、
   ことを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載のリチウムイオン電池診断システム。
7. 電力を蓄電する複数の単電池から構成されるモジュール電池を診断するリチウムイオン電池診断システムで行われるリチウムイオン電池診断方法であって、
   出荷前における、前記単電池、前記モジュール電池、前記単電池または前記モジュール電池を構成する材料、の試験または検査の結果を示す製造情報を、前記モジュール電池を製造する製造装置から収集し、収集した前記製造情報に基づいて前記製造情報のうち良品である前記モジュール電池、前記単電池、前記材料の前記製造情報に基づいて定められた正常稼動モデル情報を取得し、前記製造情報と前記正常稼動モデル情報とを電池性能管理記憶部に前記材料ごとおよび前記単電池ごとおよび前記モジュール電池ごとに記憶させる製造情報収集処理ステップと、
   前記モジュール電池の充放電時に、前記診断装置に接続された充電装置から出荷後における前記単電池、前記モジュール電池、前記単電池または前記モジュール電池を構成する材料の試験または検査の結果を示す稼動情報を受信し、受信した前記稼動情報に基づいて、前記モジュール電池が異常であるか否かを判定し、前記モジュール電池が異常であると判定した前記モジュール電池の前記稼動情報を、電池性能管理記憶部に前記材料ごとおよび前記単電池ごとおよび前記モジュール電池ごとに記憶させる稼動情報収集処理ステップと、
   前記稼動情報収集処理ステップにおいて、前記稼動情報を受信した場合に、前記電池性能管理記憶部が記憶する前記正常稼動モデル情報と、前期稼動情報と、前記稼動情報収集処理ステップにおいてが異常であると判定した前記モジュール電池の前記稼動情報とに基づいて、前記稼動情報と、前記稼動情報収集処理ステップにおいて異常であると判定した前記モジュール電池の前記稼動情報との類似度を判定し、前記稼動情報と、前記稼動情報収集処理ステップにおいて異常であると判定した前記モジュール電池の前記稼動情報とが類似していると判定した場合に、両者が類似している旨の診断結果を出力する不良判定処理ステップと、
   前記診断結果を前記充電装置に送信し、または前記充電装置から前記稼動情報を受信する通信ステップと、
   前記モジュール電池の充放電を受け付け、前記モジュール電池から前記稼動情報を取得する充電ステップと、
   前記充電ステップにおいて取得した前記稼動情報を前記診断装置に送信し、または前記診断結果を前記診断装置から受信する充電通信ステップと、
   を含むことを特徴とするリチウムイオン電池診断方法。

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