(57)【要約】【課題】電池セルの異常をより確実に検出することができる電池パックの異常検出装置を提供する。【解決手段】内圧の上昇により開弁する安全弁６が設けられた複数の電池セル３が電池ケース２の内部に収容された電池パック１における異常を検出する異常検出装置１０であって、電池ケース２のカバー８の変位量を計測する超音波センサー１３と、超音波センサー１３で計測された変位量に基づいて電池パック１の異常を検出する異常検出部１２と、を備える。異常検出部１２は、電池セル３の安全弁６から排出されたガスの圧力によって電池ケース２が膨張変形したときにおける変位量の経時変化である変位波形と、超音波センサー１３で計測された変位量の経時変化である変位波形とが近似するならば、電池セル３が熱暴走している異常を検出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内圧の上昇により開弁する安全弁が設けられた複数の電池セルが電池ケースの内部に収容された電池パックにおける異常を検出する異常検出装置であって、
前記電池ケースの変位量を計測する変位量計測手段と、
前記変位量計測手段で計測された変位量に基づいて前記電池パックの異常を検出する異常検出手段と、を備える
ことを特徴とする電池パックの異常検出装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電池パックの異常検出装置において、
前記変位量は、外側に向けて膨張変形した前記電池ケースの一部の変位量であり、
前記異常検出手段は、
前記電池セルの前記安全弁から排出されたガスの圧力によって前記電池ケースが膨張変形したときにおける前記変位量の経時変化である変位波形と、前記変位量計測手段で計測された前記変位量の経時変化である変位波形とが近似するならば、前記異常として、前記電池セルが熱暴走していることを検出する
ことを特徴とする電池パックの異常検出装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の電池パックの異常検出装置において、
前記変位量とは、前記電池ケースの全体が移動したことによる変位量であり、
前記異常検出手段は、前記電池パックに衝撃が入力されたときにおける前記変位量の経時変化である変位波形と、前記変位量計測手段で計測された前記変位量の経時変化である変位波形が近似するならば、前記異常として、前記電池パックに衝撃が入力されたことを検出する
ことを特徴とする電池パックの異常検出装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れか一項に記載の電池パックの異常検出装置において、
前記変位量計測手段は、前記電池ケースとの距離を計測し、当該距離の変化を前記電池ケースの一部の前記変位量とする
ことを特徴とする電池パックの異常検出装置。
【請求項５】
請求項１から請求項３の何れか一項に記載の電池パックの異常検出装置において、
前記変位量計測手段は、前記電池パックから離れた位置に固定され、前記電池パックが変形して前記変位量計測手段に接触したときの圧力に基づいて前記変位量を計測する
ことを特徴とする電池パックの異常検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の電池パックの異常を検出する電池パックの異変検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機（モータ）を動力源として備える電気自動車やハイブリッド車等の電動車両には、電動機に電力を供給するための電池パックが搭載されている。電池パックは、複数の電池セルと、これら複数の電池セルを収容するケースとを備えており、各電池セルはケース内で電気的に接続されている。
【０００３】
各電池セルの構造は様々あるが、例えば、正極板、負極板及びセパレータを含む発電要素を電解液と共に容器内に収容し、この容器を蓋部材によって密閉するようにしたものがある。このような電池セルにおいては、例えば、容器内に金属ごみ等の異物が混入していると、この異物によって内部短絡（ショート）が発生してしまう虞がある。
【０００４】
内部短絡が生じると、容器内の温度が上昇すると共にガスが発生し、容器内の圧力が上昇してしまうことがある。このため電池セルには、一般的に、容器内の圧力が所定値まで上昇すると開弁する安全弁が設けられ、圧力上昇による破裂を抑制している。
【０００５】
また、複数の電池セルが容器内に密封されている電池パックにおいては、内部短絡に伴い安全弁が開弁すると、その電池セルの熱の影響を受けて、隣接する正常な電池セルでも内圧が上昇して安全弁が開弁してしまうといった状況（いわゆる熱連鎖）に陥る虞がある。このため、電池パックにおいては各電池セルの異常（安全弁の開弁）を適切に検出し、早期に対処することが好ましい。
【０００６】
特許文献１で提案されている技術は、電池の劣化や短絡等の異常が生じた際に、電池セルの内部圧力が上昇し、電池セルが膨らむように変形することを利用している。具体的には、電池セルの一部に設けた薄肉部に光をあて、その反射光を検出することにより、薄肉部の変形を検出する。そして薄肉部の変形をもって電池セルの膨張、すなわち異常を検出している。
【０００７】
しかしながら、電池セルのそれぞれに対して個別に異常を検出する必要があるため、薄肉部の変形を検出するためのセンサーの数が増大してしまう。また、薄肉部は、電池セルに設ける都合上、小型にならざるを得ないため、薄肉部の変形量をセンサーで捉えることは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１４−１９２１０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、電池セルの異常をより確実に検出することができる電池パックの異常検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、内圧の上昇により開弁する安全弁が設けられた複数の電池セルが電池ケースの内部に収容された電池パックにおける異常を検出する異常検出装置であって、前記電池ケースの変位量を計測する変位量計測手段と、前記変位量計測手段で計測された変位量に基づいて前記電池パックの異常を検出する異常検出手段と、を備えることを特徴とする電池パックの異常検出装置にある。
【００１１】
第１の態様では、電池セルを個別に異常検出するのではなく、電池セルを収容した電池ケースの変位量に基づいて、電池パックの異常を検出する。このため、個々の電池セルに対して異常を検出するためのセンサーを多数設ける必要はなく、電池ケースに最低限１つの変位量計測手段を設ければよい。このため、異常検出装置は、変位量計測手段の数を低減した簡易な構造とすることができ、コストも低減できる。また、従来のように異常の発生により電池セルの形状が変化することを検出する場合は、比較的小さな部分の形状変化を捉える必要があるところ、本発明の異常検出装置は、電池セルよりも遙かに大きい電池ケースを対象とするため、その変位量は得やすい。このため、電池パックに生じた異常をより確実に得ることができる。
【００１２】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の電池パックの異常検出装置において、前記変位量は、外側に向けて膨張変形した前記電池ケースの一部の変位量であり、前記異常検出手段は、前記電池セルの前記安全弁から排出されたガスの圧力によって前記電池ケースが膨張変形したときにおける前記変位量の経時変化である変位波形と、前記変位量計測手段で計測された前記変位量の経時変化である変位波形とが近似するならば、前記異常として、前記電池セルが熱暴走していることを検出することを特徴とする電池パックの異常検出装置にある。
【００１３】
第２の態様では、電池セルが熱暴走していることをより確実に検出することができる。
【００１４】
本発明の第３の態様は、第１又は第２の態様に記載の電池パックの異常検出装置において、前記変位量とは、前記電池ケースの全体が移動したことによる変位量であり、前記異常検出手段は、前記電池パックに衝撃が入力されたときにおける前記変位量の経時変化である変位波形と、前記変位量計測手段で計測された前記変位量の経時変化である変位波形が近似するならば、前記異常として、前記電池パックに衝撃が入力されたことを検出することを特徴とする電池パックの異常検出装置にある。
【００１５】
第３の態様では、電池セルに衝撃が入力されたことをより確実に検出することができる。
【００１６】
本発明の第４の態様は、第１から第３の何れか一つの態様に記載の電池パックの異常検出装置において、前記変位量計測手段は、前記電池ケースとの距離を計測し、当該距離の変化を前記電池ケースの一部の前記変位量とすることを特徴とする電池パックの異常検出装置にある。
【００１７】
第４の態様では、変位量計測手段と電池ケースとの距離の変化を元に電池ケースの変化量を得ることができる。
【００１８】
本発明の第５の態様は、第１から第３の何れか一つの態様に記載の電池パックの異常検出装置において、前記変位量計測手段は、前記電池パックから離れた位置に固定され、前記電池パックが変形して前記変位量計測手段に接触したときの圧力に基づいて前記変位量を計測することを特徴とする電池パックの異常検出装置にある。
【００１９】
第５の態様では、圧力に基づいて電池パックの変位量を計測することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、電池セルの異常をより確実に検出することができる電池パックの異常検出装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】異常検出装置の概略図である。
【図２】異常発生時における異常検出装置の概略図である。
【図３】変位量の経時変化を示すグラフである。
【図４】異常検出装置の動作を示すフローである。
【図５】異常検出装置の動作を示すフローである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１を用いて、電池パックの異常検出装置について説明する。
図１に示すように、本実施形態の異常検出装置１０は、電動車両に搭載された電池パック１を異常の検出対象とする。電池パック１は、電動車両（図示せず）の床面２０の下方に設けられた電池ケース２を備えている。
【００２３】
電池ケース２は、電池セル３を収容する箱状の部材であり、内部には複数の電池セル３がモジュール化されて収容されている。本実施形態では、電池ケース２は、床面２０側に開口した箱状の収容部７と、収容部７の開口を覆うカバー８とを備え、収容部７にカバー８が固定され、内部の空間が密閉されている。
【００２４】
各電池セル３は、例えば、リチウムイオン電池等の密閉型の二次電池である。電池セル３は、容器４、容器４を封止する蓋部材５を備えており、容器４の内部に正極板、負極板及びセパレータを含む電極体（何れも図示せず）が電解液と共に収容されている。電極体は、公知の構造であるため、ここでの説明は省略する。
【００２５】
蓋部材５には、容器４内に収容された電極体の正極板又は負極板にそれぞれ接続される正極端子及び負極端子（何れも図示せず）が設けられている。蓋部材５にはさらに、これら正極端子及び負極端子間に安全弁６が設けられている。
【００２６】
安全弁６は、蓋部材５の他の部分よりも相対的に脆弱に形成されており、例えば、容器４内で内部短絡（ショート）が生じた際等に、容器４の内圧が所定値に達すると開弁するように構成されている。これにより容器４の内圧が上昇した場合でも、容器４内のガスが開弁した安全弁６から外部に噴出する。したがって、内圧の上昇による容器４の破裂を抑制することができる。
【００２７】
電池ケース２の内部には、電池ケース２の変位量を計測する変位量計測手段の一例として、超音波センサー１３が設けられている。
【００２８】
電池ケース２の変位量とは、電池ケース２の内部圧力が上昇して膨張変形したとき、その変形の程度を表す量である。本実施形態では、電池ケース２のカバー８は、収容部７よりも比較的剛性が弱い構成とされている。電池セル３が熱膨張して安全弁６からガスが排出されると、電池ケース２の内部圧力が上昇する。この内部圧力によってカバー８が外側に向けて膨張するように変形する。このカバー８が外側に向けて膨張変形する量が変形量となる。
【００２９】
また、電池ケース２の全体が振動や衝撃で若干量の移動をすることがある。上述したように定義した変位量の他に、電池ケース２の変位量は、このような電池ケース２の移動前後の変位量であってもよい。
【００３０】
超音波センサー１３は、超音波を用いて対象物との距離を計測するものであり、公知の装置であるからここでの詳細な説明は省略する。超音波センサー１３は、床面２０に設けられており、電池ケース２に向けて超音波を発し、その反射波に基づいて電池ケース２（カバー８）との距離を計測する。この距離の変化が電池ケース２の変位量となる。なお、超音波を用いる代わりにレーザー光を用いて対象物との距離を計測するセンサーを用いてもよい。
【００３１】
制御装置１１は、電動車両に搭載されたＥＣＵ（Electronic Control Unit）であり、ＣＰＵ、制御プログラムなどを格納・記憶するＲＯＭ、制御プログラムの作動領域としてのＲＡＭ、各種データを書き換え可能に保持するＥＥＰＲＯＭ、周辺回路等とのインターフェースをとるインターフェース部などを含んで構成される。制御装置１１は、インターフェース部を介して車両の各部を制御することで、電動車両の走行、制動、充放電などの各種制御を実現している。
【００３２】
制御装置１１の一機能として、超音波センサー１３で計測された変位量に基づいて電池セル３の異常検出が行われる。この異常検出を行う機能は、制御プログラムとして実装された異常検出部１２により実現される。なお、この異常検出部１２は、請求項に記載の異常検出手段の一例である。
【００３３】
異常検出部１２は、超音波センサー１３で計測された電池ケース２の変位量に基づいて電池セル３の異常を検出する。電池セル３の異常とは、具体的には、電池セル３が熱暴走して安全弁６が開いたことが挙げられる。他にも、電池セル３の異常とは、電池セル３に衝撃が入力されたことが挙げられる。
【００３４】
図２に示すように、電池セル３が熱暴走して生じたガスは、電池ケース２の内部圧力を上昇させる。その内部圧力が上昇すると、電池ケース２のカバー８は外側へ向けて膨張するように変形する。超音波センサー１３により測定される電池ケース２との距離Ｌは、この膨張の前後で変化する。したがって、異常検出部１２は、超音波センサー１３から得た距離Ｌの変化量を、電池ケース２（カバー８）の変位量Ｍとする。
【００３５】
また、特に図示しないが、電池セル３に衝撃が入力された場合、特に、上方へ向かう力が入力された場合、電池ケース２の全体が上方に変位する。この変位は、超音波センサー１３と電池ケース２との距離Ｌの変化として表れる。したがって、異常検出部１２は、超音波センサー１３から得た距離Ｌの変化量を、電池ケース２の変位量Ｍとする。
【００３６】
図３は、電池ケースの変位量の経時変化を示す図である。同図には、電池セル３が熱暴走したときにおけるカバー８の変位量Ｍの経時変化（以下、変位波形Ａ）、及び電池セル３に衝撃が入力されたときにおける電池ケース２の変位量Ｍの経時変化（以下、変位波形Ｂ）を示している。
【００３７】
変位波形Ａに示すように、電池セル３が熱暴走すると、変位量Ｍは徐々に増加し、ピークを迎えた後に元の変位量に徐々に戻る。変位波形Ｂに示すように、電池セル３に衝撃が入力されると、変位量Ｍが瞬間的に増加し、ピークを迎えた後に元の変位量に急激に戻る。
【００３８】
このように電池セル３が熱暴走した場合と、電池セル３に衝撃が入力された場合では、変位波形の特徴が異なる。異常検出部１２は、変位波形に基づいて電池セル３が熱暴走しているか、又は電池セル３に衝撃が入力されたかを判定する。
【００３９】
具体的には、予め、制御装置１１の記憶装置に、電池セル３が熱暴走した場合の変位波形Ａ０、及び電池セル３に衝撃が入力された場合の変位波形Ｂ０を記憶させておく。異常検出部１２は、超音波センサー１３から得られた変位波形と、変位波形Ａ０及び変位波形Ｂ０とを比較し、近似するかを判定する。変位波形を比較して近似判定する方法は、変位波形Ａ０と変位波形Ｂ０との類似度が所定の閾値以下であれば、近似と判定する。波形の類似度の算出は、公知の方法に準ずるのでここでは詳細な説明は省略する。
【００４０】
異常検出部１２は、超音波センサー１３から得られた変位波形が変位波形Ａ０に近似するならば（同図の例では変位波形Ａが超音波センサー１３から得られたことになる）、電池セル３が熱暴走しているという異常を検出する。同様に、異常検出部１２は、超音波センサー１３から得られた変位波形が変位波形Ｂ０に近似するならば（同図の例では変位波形Ｂが超音波センサー１３から得られたことになる）、電池ケース２に衝撃が入力されたという異常を検出する。
【００４１】
なお、変位波形Ａ０や変位波形Ｂ０は、実測により得ることができる。例えば、安全弁６が開くような環境に電池パック１をおき、実際に安全弁６が開いたときの変位量Ｍを超音波センサー１３で計測することで変位波形Ａ０を得ることができる。また、電池ケース２に衝撃を入力したときの変位量Ｍを超音波センサー１３で計測することで変位波形Ｂ０を得ることができる。
【００４２】
また、異常検出部１２により電池セル３の異常が検出されたとき、異常が生じた旨を搭乗者に警告する警報システムを異常検出装置１０に設けてもよい。警報システムとしては、例えば、電動車両に備わる液晶ディスプレイやスピーカーなどの情報伝達のための装置と、このような装置に、電池セル３に異常が生じた旨の情報（文字、画像、図形、音声など）を提示させる制御装置１１の一機能（プログラム）とを挙げることができる。
【００４３】
また、異常検出部１２による電池セル３の異常検出は、常時機能していてもよいし、特定の条件が成立しているときに機能するようにしてもよい。異常検出部１２が電池セル３の異常検出を行っている状態を監視モード、異常検出を行っていない状態を非監視モードと称する。図４を用いて、監視モード及び非監視モードを切替える判定について説明する。
【００４４】
まず、異常検出部１２は、車両のイグニッションスイッチがＯＮであるかを判定する（ステップＳ１）。イグニションスイッチがＯＮであるならば（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、異常検出部１２は監視モードに移行する（ステップＳ５）。
【００４５】
イグニションスイッチがオフであるならば（ステップＳ１：Ｎｏ）、車両に乗員が乗車しているかを判定する（ステップＳ２）。乗員が乗車しているか否かは、例えば、乗員が乗車しているかを検出するシートセンサーにより得ることができる。他にも、車内に設けたカメラにより得られた映像を解析することで車内に乗員が乗車しているかを判定することができる。
【００４６】
乗員が乗車している場合（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、異常検出部１２は、監視モードに移行する（ステップＳ５）。イグニションスイッチがオフであっても、車内に乗員が乗車していれば、監視モードとなるので、より一層、安全性を高めることができる。
【００４７】
乗員が乗車していないならば（ステップＳ２：Ｎｏ）、異常検出部１２は、マニュアルスイッチがオンであるかを判定する（ステップＳ３）。マニュアルスイッチは、異常検出部１２に、監視モードに強制的に移行させるためのスイッチである。マニュアルスイッチがオンであれば（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、異常検出部１２は監視モードに移行する（ステップＳ５）。
【００４８】
マニュアルスイッチがオフであれば（ステップＳ３：Ｎｏ）、異常検出部１２は、非監視モードに移行する（ステップＳ４）。
【００４９】
このような特定の条件（ステップＳ１〜ステップＳ３）が成立するときに監視モードとすることにより、乗員に対して安全確保が必要な時に、電池セル３の異常検出を行うことができる。なお、上述のように特定の条件の何れかが成立しているときに監視モードとしてもよいし、特定の条件によらず常時監視モードとしてもよい。
【００５０】
図５を用いて、監視モードにおける処理のフローについて説明する。まず、異常検出部１２は、監視モードを開始する（ステップＳ１０）。
【００５１】
次に、異常検出部１２は、超音波センサー１３から変位波形を得て、この変位波形が熱暴走基準波形（変位波形Ａ０）に近似するかを判定する（ステップＳ１１）。近似する場合（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、乗員に熱暴走を報知する（ステップＳ１２）。
【００５２】
変位波形が熱暴走基準波形に近似しない場合（ステップＳ１１：Ｎｏ）、当該変位波形が異常入力波形（変位波形Ｂ０）に近似するかを判定する（ステップＳ１３）。近似する場合（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、乗員に電池パック１に衝撃入力があったことを報知する（ステップＳ１４）。近似しない場合（ステップＳ１３：Ｎｏ）は、特に報知を行わない。
【００５３】
本実施形態の異常検出装置１０は、電池セル３を個別に異常検出するのではなく、電池セル３を収容した電池ケース２の変位量に基づいて、電池パック１の異常を検出する。このため、個々の電池セル３に対して異常を検出するためのセンサーを多数設ける必要はなく、電池ケース２に最低限１つの超音波センサー１３を設ければよい。このため、異常検出装置１０は、センサーの数を低減した簡易な構造とすることができ、コストも低減できる。
【００５４】
また、従来のように異常の発生により電池セル３の形状が変化することを検出する場合は、比較的小さな部分の形状変化を捉える必要があるところ、本実施形態の異常検出装置１０は、電池セル３よりも遙かに大きい電池ケース２を対象とするため、その変位量は得やすい。超音波センサー１３の例では、従来では超音波を照射する対象が電池セル３の一部であるため形状変化を捉えにくいのに対し、本実施形態の異常検出装置１０ではカバー８であるため照射対象の面積は広く、形状変化を捉えやすい。
【００５５】
このように、電池セル３の形状変化を直接的にセンサーで得るよりも、電池ケース２の形状変化を通して間接的に電池セル３の形状変化を超音波センサー１３で得るので、電池パック１に生じた異常をより確実に得ることができる。
【００５６】
また、本実施形態の異常検出装置１０は、変位量として外側に向けて膨張変形した電池ケース２の一部（カバー８）の変位量を採用した。そして、その変位量の変位波形と、熱暴走時の変位波形Ａ０とを比較する。これにより、電池セル３が熱暴走していることをより確実に検出することができる。
【００５７】
また、本実施形態の異常検出装置１０は、変位量として電池ケース２の全体が移動したことによる変位量を採用した。そして、その変位量の変位波形と、衝撃入力時の変位波形Ｂ０とを比較する。これにより、電池セル３に衝撃が入力されたことをより確実に検出することができる。
【００５８】
また、本実施形態の異常検出装置１０は、変位量計測手段として超音波センサー１３を用いた。これにより、超音波センサー１３と電池ケース２との距離の変化を元に、電池ケース２の変化量を得ることができる。
【００５９】
なお、特に図示しないが、変位量計測手段としては、電池パック１から離れた位置、例えば床面２０に固定され、電池パック１の一部（例えばカバー８）が変形して接触される圧力センサーを用いてもよい。カバー８が膨張変形したり、電池パック１の全体が衝撃により変位した場合に、圧力センサーに触れるように、それらの距離を調整しておく。
【００６０】
圧力センサーにより得られた圧力は、カバー８の膨張変形する変形量に応じた量になる。このため、予め、圧力と変位量とのマップを作成しておくことで、圧力センサーから得られた圧力からカバー８の変位量を計測することができる。
【００６１】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、勿論、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。
【００６２】
例えば、各実施形態で説明した電池パック１は、密閉型の電池ケース２に電池セル３が収納されたものであるが、これに限定されない。例えば、電池セル３を冷却するための空気などが流通する開口などが設けられた非密閉型の電池ケース２でもよい。このような電池ケース２を備えた電池パック１であっても、カバー８は膨張変形し得るからである。
【００６３】
上記実施形態では、電池ケース２には複数の電池セル３が収納され、電池ケース２に対して一つの超音波センサー１３が設けられている構成を例示したがこれに限定されない。例えば、電池セル３及び超音波センサー１３の個数に特に限定はない。
【００６４】
上記実施形態では、膨張変形する部分は、電池パック１のカバー８であったが、これに限定されない。例えば、剛性の高いカバーの一部に、剛性の低い変形部を設け、その変形部に対して超音波センサー等で変位量を計測するようにしてもよい。また、超音波センサー等の計測対象は電池パック１のカバー８であったが、これに限らず、収容部７側の変位量を計測するようにしてもよい。
【００６５】
異常検出手段としては、制御装置１１で実行されるプログラムである異常検出部１２を例示したがこれに限定されない。異常検出手段は、例えば、異常検出部１２と同等の機能を実現する電子回路であってもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１…電池パック、２…電池ケース、３…電池セル、６…安全弁、１０…異常検出装置、１１…制御装置、１２…異常検出部（異常検出手段）、１３…超音波センサー（変位量計測手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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