(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単電池を含む組電池と単電池の電圧値を検出する電圧検出手段とを備えた組電池の制御装置であって、
前記複数の単電池の電圧または充電状態を所定の目標値に調整する調整手段と、
前記調整手段による前記複数の単電池の電圧又は充電状態のばらつきを調整する調整時間、または、前記調整手段による前記複数の単電池の電圧又は充電状態のばらつきを調整する前記複数の単電池の調整容量を、予測値として、前記複数の単電池間の前記電圧値の電圧差から予測する予測値演算手段と、
前記調整手段を用いて、前記複数の単電池の電圧または充電状態を前記目標値に調整するまでに実際に要した前記調整時間、または、前記調整手段を用いて実際に調整した前記調整容量を、実測値として演算する実測値演算手段と、
前記予測値と前記実測値とを用いて、前記組電池の異常の種類を判定する判定手段とを備えることを特徴とする組電池の制御装置。
【請求項２】
前記判定手段は、
前記予測値に対する前記実測値の乖離度を演算し、前記乖離度に応じて前記組電池の異常の種類を判定する
ことを特徴とする請求項１記載の組電池の制御装置。
【請求項３】
前記判定手段は、
前記実測値が前記予測値より大きい場合には、前記組電池の内部抵抗の劣化、前記組電池内での微小短絡、または、前記調整手段に含まれる調整用の抵抗の劣化により前記組電池の異常が発生していると判定する
ことを特徴とする請求項１または２記載の組電池の制御装置。
【請求項４】
前記判定手段は、
前記実測値が前記予測値より小さい場合には、前記組電池の容量の劣化により前記組電池の異常が発生していると判定する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の組電池の制御装置。
【請求項５】
前記判定手段は、
前記予測値と前記実測値との差を時系列で演算し、
所定の時刻に演算された前記差が、前記所定の時刻より前の時刻に演算された前記差より大きい場合に、前記組電池に異常が生じていると判定しつつ前記組電池の組電池の異常の種類を判定する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の組電池の制御装置。
【請求項６】
前記判定手段は、
前記予測値と前記実測値との差を時系列で演算し、
単位時間あたりの前記差の変化量が前記組電池の異常を示す第１変化量より大きい場合に、前記組電池に異常が生じていると判定しつつ前記組電池の組電池の異常の種類を判定する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の組電池の制御装置。
【請求項７】
前記判定手段は、
前記予測値と前記実測値との差を時系列で演算し、
前記予測値と前記実測値との大小関係が反転し、かつ、単位時間あたりの前記差の変化量が前記組電池の異常を示す第２変化量より大きい場合に、前記組電池に異常が生じていると判定しつつ前記組電池の組電池の異常の種類を判定する
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の組電池の制御装置。
【請求項８】
前記判定手段は、
単位時間あたりの前記予測値の変化量が前記組電池の異常の判定の基準を示す第３変化量より大きい場合には、前記組電池の異常の判定を禁止する
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の組電池の制御装置。
【請求項９】
前記判定手段は、
前記実測値が、前記予測値を含む所定の範囲外である場合に、前記組電池の異常が発生していると判定しつつ前記組電池の組電池の異常の種類を判定する
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の組電池の制御装置。
【請求項１０】
外部との通信を行う通信部をさらに備え、
前記予測値演算手段は、
前記通信部により受信された前記組電池に関する情報を用いて、前記予測値を演算する
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の組電池の制御装置。
【請求項１１】
前記組電池の異常を報知する報知手段をさらに備える
ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の組電池の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、組電池の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
少なくとも１つの蓄電素子を含む蓄電部を複数個接続して構成された蓄電装置の異常を検出する装置であって、前記複数の蓄電部の各々の容量又は電圧のばらつきを均等化する処理を複数回実行する均等化処理部と、前記均等化処理部が１つの均等化処理を終了すると、当該１つの均等化処理よりも先に実行された他の１つの均等化処理との時間間隔を算出する均等化処理間隔算出部と、前記均等化処理間隔算出部が算出した時間間隔が、前記蓄電装置が異常状態に近い状態であると判定すべきとして設定された時間より短くなった場合に、前記蓄電装置が異常状態に近い状態であると判定する異常発生警告判定部と、前記異常発生警告判定部が前記蓄電装置を異常状態に近い状態にあると判定した場合に、当該判定以降に測定される前記蓄電装置の充放電容量を用いて前記蓄電装置の充放電電流の絶対値を積算したものである異常判定値を算出する異常判定値算出部と、前記異常判定値算出部が算出した異常判定値が、前記蓄電装置が異常状態であると判定すべきとして設定された所定の基準値以上である場合に、前記蓄電装置が異常状態であると判定する異常判定処理部とを備える蓄電装置の異常検出装置が知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１３４０６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、電池の異常の種類を区別するには、複数の蓄電池のばらつきを均等化する処理の時間間隔が短くなったことを検出するのみでは不充分であり、従来の技術のような検出方法では、電池の異常の種類を区別して検出することができないという問題があった。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、電池の異常の種類を判定することができる組電池の制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、複数の単電池の電圧又は充電状態のばらつきを調整する調整時間、または、調整容量を、予測値として、複数の単電池間の電圧値の差から予測し、複数の単電池の電圧または充電状態を前記目標値に調整するまでに実際に要した前記調整時間、または、調整容量を、実測値として演算し、前記予測値と前記実測値とを用いて、組電池の異常の種類を判定することによって上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、組電池の異常の種類に応じて、前記予測値に対する前記実測値の変化が異なるため、当該変化を検出することで、組電池の異常の種類を判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係る組電池の制御装置を含む組電池システムの構成図である。
【図２】図１のバッテリコントローラのブロック図である。
【図３】図１の組電池における、単位時間あたりの電圧ばらつきに対する調整時間の特性を示すグラフである。
【図４】図２の予測部及び実測部で演算される、時間あたりの予測値及び実測値の特性を示すグラフである。
【図５】図１の組電池における、容量に対する電圧特性示すグラフである。
【図６】図１の組電池における、容量に対する電圧特性示すグラフである。
【図７】図１の単電池及び容量調整用の抵抗の回路図である。
【図８】図２の予測部及び実測部で演算される、時間あたりの乖離度の特性を示すグラフである。
【図９】図２のバッテリコントローラにおける制御手順を示すフローチャートである。
【図１０】本発明の他の実施形態に係る組電池の制御装置において、予測部及び実測部で演算される、時間あたりの乖離度の特性を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１０】
《第１実施形態》
図１は、本実施形態に係る組電池の制御装置を含む組電池システムの構成図である。以下においては、本実施形態に係る組電池システムが、ハイブリッド車両や電気自動車などの車両用の電池として用いられる場合を例示して説明する。
【００１１】
図１に示すように、本実施形態に係る組電池システムは、直列接続された複数の単電池Ｃ１〜ＣＮを備える組電池１００、組電池１００の両端に電気的に接続された負荷２００、組電池１００の容量調整を行なうための容量調整回路４００、および組電池システム全体を制御するバッテリコントローラ５００を備えている。
【００１２】
組電池１００は、Ｎ個の単電池Ｃ１〜ＣＮを直列に接続して構成されている。各単電池Ｃ１〜ＣＮとしては、ニッケル水素電池などのアルカリ蓄電池、リチウムイオン電池などの有機電解質二次電池などが挙げられるが、本実施形態では、単電池Ｃ１〜ＣＮとして、リチウムイオン電池を用いた場合を例示して説明する。また、単電池Ｃ１〜ＣＮとしては並列接続されており、測定できる端子電圧が同一となり、単電池とみなせる状態の複数の電池をも含む。なお、単電池の数Ｎは、特に限定されず、所望に応じて適宜設定することができる。また、組電池１００は、組電池１００を構成する単電池Ｃ１〜ＣＮの温度を測定するための温度センサ１０２を備えている。温度センサ１０２により測定された電池温度は、バッテリコントローラ５００に送信される。
【００１３】
組電池１００を構成するＮ個の単電池Ｃ１〜ＣＮには、容量調整回路４００が並列にそれぞれ接続されている。容量調整回路４００は、抵抗４０１およびスイッチ４０２から構成されており、スイッチ４０２を閉じて、単電池Ｃ１〜ＣＮの容量調整放電を行なうことで、単電池Ｃ１〜ＣＮの容量調整が可能となっている。なお、各スイッチ４０２の開閉は、バッテリコントローラ５００により制御される。
【００１４】
負荷２００は、たとえば、ハイブリッド車両や電気自動車両などに搭載されるモータおよびインバータであり、たとえば、回生制御の際に、モータおよびインバータを介して、電気エネルギーに逆変換され、組電池１００が充電可能となっている。また、組電池１００は、たとえば、不図示の外部電源と接続されることによっても、充電できるようになっている。
【００１５】
図２は、バッテリコントローラ５００の機能ブロック図である。図２に示すように、バッテリコントローラ５００は、電圧検出部５０１、電流検出部５０２、電池温度検出部５０３、容量調整部５０４、制御部５０５、異常判定部５０６、予測部５０７、記憶部５０８、実測部５０９、報知部５１０、及び通信部５１１を備える。
【００１６】
電圧検出部５０１は、組電池１００を構成する各単電池Ｃ１〜ＣＮの端子電圧の電圧値を、各単電池Ｃ１〜ＣＮに接続された複数の端子線を介して、所定の周期で時系列的で測定することで検出し、測定された各単電池Ｃ１〜ＣＮの端子電圧をアナログ信号からデジタル信号に変換して、制御部５０５に送出する。なお、各単電池Ｃ１〜ＣＮの端子電圧を測定する方法としては、たとえば、フライングキャパシタ方式などが挙げられる。
【００１７】
電流検出部５０２は、電流センサ３００により検出された充放電電流を所定の周期で取得し、取得した充放電電流をアナログ信号からデジタル信号に変換して、制御部５０５に送出する。なお、電流センサ３００は、たとえば、抵抗素子、電流変成器などで構成される。
【００１８】
電池温度検出部５０３は、組電池１００に備えられた温度センサ１０２により測定された各単電池Ｃ１〜ＣＮの温度を所定の周期で取得し、取得した各単電池Ｃ１〜ＣＮの温度をアナログ信号からデジタル信号に変換して、制御部５０５に送出する。
【００１９】
容量調整部５０４は、各単電池Ｃ１〜ＣＮ間において、端子電圧または各単電池Ｃ１〜ＣＮの充電状態（ＳＯＣ：Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）のばらつきが所定値以上となった場合に、制御部５０５からの容量調整指令に基づき、各容量調整回路４００に備えられた各スイッチ４０２の開閉を制御し、これにより組電池１００の容量調整を行なう。
【００２０】
制御部５０５は、電圧検出部５０１、電流検出部５０２、および電池温度検出部５０３から受信した各単電池Ｃ１〜ＣＮの端子電圧、充放電電流、電池温度の各データに基づいて、容量調整部５０４に容量調整を行なわせるための容量調整制御を行う。具体的には、制御部５０５は、まず、組電池１００を構成する各単電池Ｃ１〜ＣＮの電圧を均一にするための電圧である目標均一化電圧Ｖｔａｒを設定する。なお、目標均一化電圧Ｖｔａｒとしては特に限定されず、任意に設定することができるが、たとえば、単電池Ｃ１〜ＣＮの電圧のうち、最も低い電圧を目標均一化電圧Ｖｔａｒに設定する。あるいは、組電池１００の満充電付近の所定の電圧、または、予め定められた所定の電圧（たとえば、満充電電圧や、満充電電圧近傍の所定の電圧）を、目標均一化電圧Ｖｔａｒとして予め設定してもよい。このようにして設定された目標均一化電圧Ｖｔａｒは、バッテリコントローラ５００に備えられたメモリ（不図示）に記憶される。そして、制御部５０５は、各単電池Ｃ１〜ＣＮの端子間電圧の中から最大電圧値および最小電圧値を求め、さらにその電圧差を算出する。そして、その電圧差が予め設定されている電圧差閾値以上になった場合に、容量調整部５０４に、組電池１００を構成する各単電池Ｃ１〜ＣＮが、目標均一化電圧Ｖｔａｒにおいて、均一な電圧となるような制御を行わせるための容量調整指令を生成し、生成した容量調整指令を容量調整部５０４に送出する。
【００２１】
ここで、電圧差閾値とは、各単電池Ｃ１〜ＣＮのばらつきの大きさに相当し、当該閾値を小さくすることでばらつき条件が厳しくなり、当該閾値を大きくすることでばらつき条件が緩やかになる閾値である。本例において、電圧差閾値は任意に可変するようにしてもよい。
【００２２】
そして、容量調整部５０４は、容量調整指令に基づき、後述する実測部５０９で演算される調整時間の間、調整対象となる単電池Ｃ１〜ＣＮのスイッチ４０２をオンにすることで、容量調整を行なう。電圧検出部５０１は容量調整中も単電池Ｃ１〜ＣＮの電圧を検出している。そして、制御部５０５は、容量調整中の単電池Ｃ１〜ＣＮの検出電圧が目標均一化電圧Ｖｔａｒになると、容量調整を終了する旨の指令を容量調整部５０４に送信する。容量調整部５０４は、当該指令に基づき、スイッチ４０２をオフにすることで、容量調整を終了する。容量調整部５０４及び制御部５０５は他の調整対象の電池についても、同様に容量調整を行う。これにより、容量調整部５０４は各スイッチ４０２のオン及びオフを制御することで、各単電池Ｃ１〜ＣＮの電圧が、目標均一化電圧Ｖｔａｒにおいて、均一となるような制御を行うことで容量調整を行なうことができる。あるいは、容量調整部５０４は、容量調整指令に基づいて、各スイッチ４０２のオン及びオフを制御することで、各単電池Ｃ１〜ＣＮが、それぞれ所定の電圧となるように容量調整を行い、その後、組電池１００において、繰り返し充放電が行なわれることで、各単電池Ｃ１〜ＣＮの電圧が、目標均一化電圧Ｖｔａｒにおいて、均一となるような制御を行うこともできる。
【００２３】
また、制御部５０５は、電圧検出部５０１、電流検出部５０２、および電池温度検出部５０３から受信した各単電池Ｃ１〜ＣＮの端子電圧、充放電電流、電池温度の各データを、異常判定部５０６、予測部５０７及び実測部５０９に送出する。
【００２４】
異常判定部５０６は、実測部５０９により演算された実測値と、予測部５０７で演算された予測値とを用いて組電池１００の異常の種類を判定する判定部であって、組電池１００の容量劣化による異常、組電池１００内の短絡による異常、及び、抵抗４０１の劣化による異常の種類を区別した上で、異常を判定する。なお、異常判定部５０６における、組電池１００の異常判定のための制御は後述する。
【００２５】
予測部５０７は、制御部５０５から送信された各単電池Ｃ１〜ＣＮの端子電圧の電圧差に基づいて、容量調整部５０４によるばらつきを調整する調整時間、または、容量調整部５０４による単位時間あたりの容量調整の回数を、予測値として予測する。なお、予測部５０７における予測値の演算制御は後述する。
【００２６】
記憶部５０８は、単電池Ｃ１〜ＣＮ間の電圧差と、容量調整時間と、検出時間とを対応づけて記憶するメモリである。記憶部５０８には、予測部５０７が予測値を演算する際に参照されるデータが記憶されている。本例は予測部５０７で予測値を演算するために、組電池１００の特性を示すデータを過去データとして記憶部５０８に格納し続ける。
【００２７】
実測部５０９は、容量調整部５０４により、各単電池Ｃ１〜ＣＮの電圧を目標均一化電圧Ｖｔａｒにするまでの時間である容量調整時間、または、単位時間あたりの調整回数を実測値として演算する。放電により容量調整をする場合には、容量を調整する調整時間は各スイッチ４０２をオンする時間に相当する。スイッチ４０２のオン及びオフの制御は、容量調整部５０４で制御されるため、実測部５０９は、容量調整部５０４の制御において、スイッチ４０２のオン時間を計測することで、実際の容量調整時間を演算することができる。実測部５０９は、容量調整の度に実測値を演算することで、実測値を時系列で演算する。
【００２８】
なお、容量調整時間は、各単電池Ｃ１〜ＣＮの検出電圧と抵抗４０１の抵抗値から演算することができるため、実測部５０９は各単電池Ｃ１〜ＣＮの検出電圧を用いて演算により容量調整時間を演算してもよい。また、充放電により容量調整をする場合には、調整開始時から、各単電池Ｃ１〜ＣＮの電圧が目標均一化電圧Ｖｔａｒになるまでの時間を演算することで、容量調整時間を演算してもよい。
【００２９】
報知部５１０は、異常判定部５０６により組電池１００の異常を検出した場合には、図示しない警告ランプ等を点灯させることで、組電池１００の異常を報知する。通信部５１１は、異常判定部５０６で判定された組電池１００の異常判定の結果を、外部に通信する通信器である。
【００３０】
次に、バッテリコントローラ５００の制御内容を説明する。まず予測部５０７による、予測値の演算制御について説明する。なお、予測値は、スイッチ４０２のオン時間に相当する調整時間、単位時間あたりの容量調整の回数、または、または、調整容量であるが、以下の説明では調整時間を予測値として説明する。
【００３１】
記憶部５０８は、上記の通り過去データとして、単電池Ｃ１〜ＣＮ間の検出電圧の電圧差と、容量調整時間と、検出時間が記憶されている。単電池Ｃ１〜ＣＮ間の電圧差、すなわち、単電池Ｃ１〜ＣＮのばらつきは、電池の劣化が進むにつれて大きくなる。そして、容量調整に要する調整時間は、単電池Ｃ１〜ＣＮ間の電圧差が大きいほど長くなる。
【００３２】
ここで、単位時間あたりの電圧のばらつき（単位時間あたりの変化電圧）について説明する。単位時間あたりの電圧のばらつきは、調整時の単電池Ｃ１〜ＣＮ間の電圧差を、単電池Ｃ１〜ＣＮ間でばらつきがない時（容量調整直後）から容量調整を行う時までの時間で除算することで算出される。当該単位時間あたりの電圧ばらつきは、電池の劣化が進むにつれて大きくなる。
【００３３】
そして、単位時間あたりのばらつきが大きくなるにつれて、容量調整に要する調整時間も長くなるため、調整時間は単位時間あたりのばらつきに対して一次関数的に変化する。
【００３４】
予測部５０７は記憶部５０８に記憶されているデータのうち、時系列で最新のデータから所定の数のデータまでの、測定データを抽出して、抽出した測定データに含まれる各単電池Ｃ１〜ＣＮの電圧差と検出時間から、単位時間あたりの電圧のばらつきを演算する。なお、単位時間あたりの電圧のばらつきは、記憶部５０８に格納する際に、予測部５０７で演算され、順次格納するようにしてもよい。
【００３５】
そして、予測部５０７は、容量調整が行われた時に係る単位時間あたりの電圧ばらつきと、当該容量調整が行われた時の調整時間と対応させた上で、単位時間あたりの電圧ばらつきをｘ軸とし、調整時間をｙ軸として、各データをプロットする。次いで、得られたプロットを直線回帰することで、図３に示すような、回帰直線を求める。なお、直線回帰する方法は、特に限定されず、最小二乗法などを用いてもよい。
【００３６】
そして、単位時間あたりの電圧のばらつきは時間の経過と共に大きくなるため、図３に示す回帰直線を延ばすことで、任意の将来時間に対する調整時間を予想することができる。すなわち、予測部５０７は、所定の周期で、単電池Ｃ１〜ＣＮの電圧差を演算し、当該電圧差を現在の時刻から前回の容量調整終了時刻までの時間で除することで、単位時間あたりの電圧ばらつきを演算する。そして、調整時間を用いて、図３の回帰直線を演算し、当該単位時間あたりの電圧ばらつきと対応する調整時間を抽出することで、予測値を時系列で演算する。
【００３７】
上記のように、本例は、電池の劣化によって変化する、単電池Ｃ１〜ＣＮの電圧ばらつき、及び、調整時間を過去データとして記憶部５０８に記憶し、当該過去データから予測値を演算する。組電池１００が正常な場合には、後に、容量調整部５０４で実際に行われる調整時間と、予測値に係る調整時間は、ほぼ等しい時間になる。その一方で、組電池１００に異常が生じている場合には、実際の調整時間は、予測値に係る調整時間とは異なる時間になる。そこで、本例では、予測値と実測値とを用いて、組電池１００の異常を検出する。
【００３８】
次に、組電池１００の異常判定のための制御を説明する。異常判定部５０６は、実測部５０９で演算された、実測値である調整時間と、予測部５０７で演算された、予測値である調整時間とを、制御部５０５を介して読み込む。そして、異常判定部５０６は、実測値と予測値と差を演算することで、予測値に対する実測値の乖離度を演算する。実測値と予測値が同値の場合には、乖離度はゼロとなる。
【００３９】
ここで、実測値及び予測値と、組電池１００の異常の種類との関係について、図４を用いて説明する。図４は、時間に対する実測値及び予測値の特性を示すグラフである。図４のグラフａ、ｂは実測値の特性を、グラフｃは予測値の特性を示すグラフである。図４に示すように、予測部５０７及び実測部５０９は、予測値及び実測値をそれぞれ時系列で演算している。実測値は、予測値に対して、組電池１００の異常の種類に応じて異なる波形で推移する。
【００４０】
図４のグラフａに示すように、実測値が予測値より小さい場合について説明する。実測値が予測値より小さい場合には、組電池１００の容量の劣化が進んだことにより、組電池１００の異常が発生している。
【００４１】
図５は組電池１００に含まれる単電池Ｃ１〜ＣＮの容量に対する電圧特性を示すグラフである。図５のグラフａは劣化前の特性を、グラフｂは劣化後の特性を示す。グラフｂに示すように、単電池Ｃ１〜ＣＮが劣化すると、電圧に対する容量が低下する。満充電時の電圧からの電圧差（ΔＶ）分、電圧を降下させるために必要な調整容量（放電容量）をΔＡｈ１（劣化前）、ΔＡＨ２（劣化後）とすると、劣化後のΔＡＨ２が劣化前のΔＡｈ１より小さくなる。すなわち、容量劣化が進むと容量調整に必要な電気容量が小さくなるため、調整時間が短くなり実測値は小さくなる。
【００４２】
ゆえに、図４のグラフａに示すように、実測値が予測値より小さいということは、組電池１００の容量劣化により、異常が生じていることを示している。また、容量劣化は時間の経過と共に進行するため、図４に示すように、実測値と予測値との差は時間の経過と共に、大きくなる。
【００４３】
図４のグラフｂに示すように、実測値が予測値より大きい場合について説明する。実測値が予測値より大きい場合には、組電池１００内での微小短絡、組電池１００の内部抵抗の劣化が進んだこと、または、抵抗４０１の劣化が進んだことにより、組電池１００の異常が発生している。
【００４４】
図６は組電池１００の容量に対する電圧特性を示すグラフである。図６のグラフａは微小短絡が発生していない電池の特性を、グラフｂは微小短絡が発生した電池の特性を示している。グラフｂに示すように、微小短絡が発生すると、満充電容量に対する電圧は降下していないが、容量が小さくなるにつれて、短絡有りの電圧が短絡無しの電圧と比べて低くなっている。そして、調整容量が同じであれば、微小短絡が発生した電池の調整による電圧降下は、微小短絡が発生していない電池の調整による電圧降下より大きくなる。また電圧差を同じにした場合には微小短絡が発生した電池の調整容量は微小短絡が発生していない電池の調整容量より大きくなり、調整時間も同様に長くなるため、実測値は予測値より大きくなる。ゆえに、実測値が予測値より大きいということは、組電池１００内の微小短絡により異常が生じていることを示している。
【００４５】
図７は、本例における単電池Ｃ１〜ＣＮと抵抗４０１との接続回路を簡易的に示した回路図である。図７に示すように、単電池Ｃｐの内部抵抗の抵抗値をｒ、抵抗Ｒ、単電池Ｃｐの出力電流をｉとする。なお、単電池Ｃｐは、単電池Ｃ１〜ＣＮに含まれる任意の単電池を示している。
【００４６】
まず、抵抗４０１の劣化について説明する。抵抗４０１が劣化すると、抵抗値（Ｒ）が大きくなる。単電池Ｃｐの端子間電圧をＥ０、内部抵抗をｒとすると、単電池Ｃｐの出力電流（ｉ）は、ｉ＝Ｅ０／（ｒ＋Ｒ）より算出される。そして、抵抗４０１の劣化により、抵抗値（Ｒ）が大きくなると、単電池Ｃｐの出力電流（ｉ）が小さくなる。劣化した抵抗４０１で容量調整を行うと、調整のために放電される単電池Ｃｐの電流（ｉ）が小さくなり、容量調整のために電流を出力する時間が長くなる。抵抗４０１の劣化が進んだ場合の調整時間は、抵抗４０１の劣化が進んでいない場合の調整時間と比較して長くなるため、実測値は予測値より大きくなる。ゆえに、実測値が予測値より大きいということは、抵抗４０１の劣化により、異常が生じていることを示す。
【００４７】
次に、単電池Ｃ１〜ＣＮの内部抵抗の劣化について、図７を用いて説明する。単電池Ｃｐの内部抵抗が劣化すると、対抗値（ｒ）が大きくなる。内部抵抗の劣化により抵抗値（ｒ）が大きくなると、単電池Ｃｐの出力電流（ｉ）が小さくなるため、内部抵抗の劣化が進んだ場合の調整時間は、内部抵抗の劣化が進んでいない場合の調整時間と比較して長くなる。そのため、内部抵抗の劣化が進んだ場合の調整時間は、内部抵抗の劣化が進んでいない場合の調整時間と比較して長くなり、実測値は予測値より大きくなる。
【００４８】
ゆえに、実測値が予測値より大きいということは、単電池Ｃ１〜ＣＮの内部抵抗の劣化により、異常が生じていることを示す。また、抵抗４０１の劣化及び単電池Ｃ１〜ＣＮの内部抵抗の劣化も時間の経過と共に進行するため、図４に示すように、実測値と予測値との差は時間の経過と共に、大きくなる。
【００４９】
異常判定部５０６は、実測値が予想値より大きい場合には、組電池１００内での微小短絡、組電池１００に含まれる単電池Ｃ１〜ＣＮの内部抵抗の劣化、または、抵抗４０１の劣化により、異常が生じていると判定し、実測値が予測値より小さい場合には、組電池１００の容量の劣化により、異常が発生していると判定する。
【００５０】
本例において、異常判定部５０６は、予測値に対する実測値の乖離度を用いて、実測値と予想値との大小関係を判定する場合には、乖離度の正負から判定すればよい。すなわち、実測値から予想値を差し引いた値を乖離度とし、乖離度が正の場合には実測値が予想値より大きく、乖離度が負の場合には実測値が予測値より小さい、とする。また異常判定部５０６は当該乖離度を時系列で演算する。
【００５１】
図４に示す特性を、乖離度で示すと、図８のように表される。図８は乖離度の時間特性を示すグラフであって、図８のグラフａは図４のグラフａに、図８のグラフｂは図４のグラフｂに対応する。
【００５２】
そして、異常判定部５０６は、乖離度の大きさ（絶対値）が異常判定のための判定閾値より大きい場合に、組電池１００に異常が生じていると判定する。すなわち、予測値は、上記の通り過去の電圧差のデータから導かれるものであって、あくまで過去のデータに基づく推定値にすぎない。また、予測値は、組電池１００の劣化度や製造上のばらつき等によって変わる値である。そのため、組電池１００に異常が生じていない場合でも、実測値と予測値とが完全に一致しない場合がある。そのため、本例は、ゼロでない判定閾値を設定することで、予測値に対する実測値の変化に基づいて組電池１００の異常を判定する際に、予測値に幅を持たせ、誤検知を防ぐ。
【００５３】
すなわち、異常判定部５０６は、乖離度の大きさが閾値より大きく、乖離度が正である場合には、組電池１００内での微小短絡、組電池１００に含まれる単電池Ｃ１〜ＣＮの内部抵抗の劣化、または、抵抗４０１の劣化により、異常が生じていると判定し、乖離度の大きさが閾値より大きく、乖離度が負である場合には、組電池１００の容量の劣化により、異常が発生していると判定する。
【００５４】
次に、図９を用いて、コントローラ５００の制御処理の手順を説明する。図９はコントローラ５００の制御手順を示すフローチャートである。なお、図９に示す制御ループは、組電池１００が異常であると判定されなければ、繰り返し行われる。
【００５５】
ステップＳ１にて、電圧検出部５０１は、所定の周期で、単電池Ｃ１〜ＣＮの端子電圧を検出する。ステップＳ２にて、制御部５０５は、各単電池Ｃ１〜ＣＮの検出電圧の中から、最高電圧と最小電圧を特定し、最高電圧と最低電圧との差をとることで、電圧差（ΔＶ）を演算する。
【００５６】
ステップＳ３にて、制御部５０５は、電圧差（ΔＶ）と電圧差閾値とを比較する。電圧差（ΔＶ）が電圧差閾値未満である場合には、単電池Ｃ１〜ＣＮ間のばらつきが生じていないと判定し、ステップＳ１に戻る。一方、電圧差（ΔＶ）が電圧差閾値以上である場合には、ステップＳ４にて、制御部５０５は容量調整指令を容量調整部５０４に送信し、容量調整部５０４は当該指令に基づき、スイッチ４０２をオンにして容量調整を実施する。
【００５７】
ステップＳ５にて、容量調整部５０４は、電圧検出部５０１の検出電圧から、容量調整の対象となった全ての単電池Ｃ１〜ＣＮの電圧が目標均一化電圧Ｖｔａｒになったか否かを判定することで、容量調整が完了したか否かを判定する。容量調整が完了していない場合には、容量調整部５０４による容量調整制御を継続する。容量調整が完了した場合には、ステップＳ６に遷る。
【００５８】
ステップＳ６にて、予測部５０７はステップＳ４における容量調整開始時の予測値を演算し、実測値５０９はステップＳ４及びステップＳ５の容量調整制御における実測値を演算する。
【００５９】
まず、予測部５０７は、前回の容量調整完了時から今回の容量調整開始時までの時間と、当該今回の容量調整開始時の電圧差（ステップＳ２の電圧差（ΔＶ）に相当）とを用いて、単位時間あたりの電圧のばらつき（単位時間あたりの電圧差の変化量）を演算する。また予測部５０７は記憶部５０８に記憶されている過去データから、単位時間あたりの電圧のばらつきに対する調整時間の特性を、直線回帰演算を行うことで、回帰直線を演算する。そして、予測部５０７は、演算した単位時間あたりの電圧のばらつきと、回帰直線と用いて、予測値に相当する調整時間を演算する。
【００６０】
ステップＳ７にて、異常判定部５０６は、実測値５０９で演算した実測値から予測部５０７で演算した予測値を減算することで、乖離度を演算する。そして、異常判定部５０６は乖離度の絶対値と判定閾値とを比較する。乖離度の絶対値が判定閾値より低い場合には、ステップＳ１１にて、異常判定部５０６は組電池１００で異常が生じていないと判定し、制御処理が終了する。
【００６１】
ステップＳ７に戻り、乖離度の絶対値が判定閾値以上である場合には、ステップＳ８にて、乖離度がゼロより大きいか否か、乖離度の正負を判定する。乖離度が０以下、すなわち乖離度が負である場合には、実測値が予測値より小さい場合となるため、ステップＳ９にて、異常判定部５０６は、組電池１００内での微小短絡の発生、組電池１００の内部抵抗の劣化、または、抵抗４０１の劣化により異常が発生していると判定し、制御部５０５は報知部５１０を制御してユーザに異常を報知し、本例の制御を終了する。
【００６２】
一方、乖離度がゼロより大きい、すなわち乖離度が正である場合には、実測値が予測値より大きい場合となるため、異常判定部５０６は、ステップＳ１０にて、組電池１００の容量劣化により異常が発生していると判定し、制御部５０５は報知部５１０を制御してユーザに異常を報知し、本例の制御を終了する。
【００６３】
上記のように、本発明は、単電池Ｃ１〜ＣＮのばらつきを調整する容量調整部５０４と、単電池Ｃ１〜ＣＮ間の電圧差から予測値を演算する予測部５０７と、実際の容量調整の調整時間を実測値として演算する実測部５０９と、当該予測値と当該実測値とを用いて組電池１００の異常の種類を判定する異常判定部５０６とを備えている。これにより、組電池１００の異常検出のために、予測値及び実測値を両方用いることで、予測値に対する実測値の変化の違いを検出することができるため、組電池１００の異常の種類を区別した上で、異常判定をすることができる。
【００６４】
また本発明において、異常判定部５０６は、予測値に対する実測値の乖離度を演算して、乖離度に応じて組電池１００の異常の種類を判定する。予測値に対して実測値がどのように変化するかによって、組電池１００の異常の種類が異なるが、本例は乖離度を演算しているため、乖離度の変化（正負の変化）を検出することができ、その結果として、組電池１００の異常の種類を区別した上で、異常判定をすることができる。さらに、乖離度の変化（正負の変化）により、組電池１００の容量劣化と、組電池１００の内部抵抗の劣化及び抵抗４０１の劣化とが区別されるため、本例は組電池１００の劣化の種類を区別した上で、組電池１００の異常を判定することができる。
【００６５】
また本例において、異常判定部５０６は、実測値が予測値より大きい場合には、組電池１００の内部抵抗の劣化、組電池１００内での微小短絡、または、抵抗４０１の劣化により組電池１００に異常が生じていると判定する。これにより、本例は、組電池１００の異常原因を特定した上で、組電池１００の異常を判定することができる。
【００６６】
また本例において、異常判定部５０６は、実測値が予測値より小さい場合には、組電池１００の容量劣化により組電池１００に異常が生じていると判定する。これにより、本例は、組電池１００の異常原因を特定した上で、組電池１００の異常を判定することができる。
【００６７】
また本例において、異常判定部５０６は、乖離度の大きさ（絶対値）が異常判定のための判定閾値より大きい場合に、組電池１００に異常が発生していると判定する。言い換えると、異常判定部５０６は、実測値が予想値を含む所定の範囲外（当該判定閾値に相当する）である場合に、組電池１００に異常が発生していると判定する。これにより、実測値が予測値の幅から外れた場合に、組電池１００に異常が生じていると判定することができ、異常判定の精度を高めることができる。
【００６８】
また本例において、報知部５１０は、組電池１００の異常を報知する。これにより、ユーザは組電池１００の異常を確認することできる。また組電池１００の異常が発生した場合に、報知部５１０は通信部５１１を介して、センター等の外部に、組電池１００の異常及び異常の種類を報知することで、組電池１００と同様の電池における今後の異常の可能性を注意喚起することができる。
【００６９】
なお、本例において、異常判定部５０６は、予測値と実測値との差（乖離度に相当）を時系列で演算し、所定の時刻に演算された当該差が、当該所定の時刻の前に演算された当該差より大きい場合に、組電池１００に異常が生じていると判定してもよい。組電池１００の劣化、組電池１００内の内部抵抗の劣化、あるいは、抵抗４０１の劣化は、時間の経過と共に徐々に進行する。そして、これら劣化の進行は、予測値と実測値と差が徐々に拡大していくことで表れる。また、上記のように、予測値と実測値との大小関係から、劣化の種類を区別することができるため、予測値と実測値との差の乖離方向、言い換えると、予測値に対して実測値が徐々に大きくなっているのか、あるいは、徐々に小さくなっているのか、を検出することで、組電池１００の異常の傾向を、異常の種類を区別した上で判定することができる。
【００７０】
ゆえに、本例において、異常判定部５０６は、時系列で乖離度を演算し、所定の時刻の乖離度が、当該所定の時刻の前に演算された乖離度より大きい場合に、組電池１００に異常が生じていると判定する。これにより、乖離度の拡大傾向が検出された時点で、予測値に対する実測値の乖離方向から、組電池１００の異常の種類を区別した上で、異常判定をすることができる。
【００７１】
また、本例において、異常判定部５０６は、単位時間あたりの予測値の変化量が所定の変化量（本発明の「第３変化量」に相当する）より大きい場合には、上記の異常判定を禁止する。予測値５０７で演算される予測値は、記憶部５０８に記憶された過去のデータから演算された値であって、予想した値にすぎない。そのため、予想値が急に変動した場合には、予測値５０７の演算値が正確ではない可能性がある。さらに、予測値が急激に変動しているが、実測値が急激に変動していない場合には、予測値５０７の演算値が正確ではない可能性がより高くなる。
【００７２】
ゆえに、本例において、異常判定部５０６は、単位時間あたりの予測値の変化量が所定の変化量より大きい場合には、あるいは、単位時間あたりの予測値の変化量が所定の変化量より大きく、かつ、単位時間あたりの実測値の変化量が所定の変化量より小さい場合には、組電池１００の異常の判定を禁止する。これにより、本例は、予測部５０７が信頼性の低い予測値を演算した場合に、当該予測値を用いて、組電池１００の異常を誤って判定することを防ぐことができる。
【００７３】
なお、本例において、予測部５０７は通信部５１１により受信された他の組電池１００に関する情報を用いて、予測値を演算してもよい。予測部５０７は過去の組電池１００のデータから予測値を演算するが、過去データに相当するデータを、組電池１００と同様の電池を搭載した車両から通信部５１１を介して取得する。
【００７４】
例えば、他車両において、組電池１００に関するデータが既に取得され、当該他車両を管理するセンターのデータベースに蓄積されており、自車両で組電池１００を使用する際に、当該組電池１００の過去データが記憶部５０８に蓄積されていなかったとする。かかる場合に、予測部５０７は記憶部５０８のデータを用いることができないため、予測値を演算するための過去データを、通信部５１１を介してセンターから取得する。そして、予測部５０７は通信部５１１で受信したデータを用いて、上記と同様に、回帰直線を演算して、予測値を演算する。
【００７５】
これにより、本例は、自車両の組電池１００のデータだけではなく、他車両の組電池１００のデータも用いて予測値を演算することができるため、予測値の演算精度を高めることができる。
【００７６】
なお、本例において、予測部５０７は容量調整時間を予測値として演算したが、単位時間あたりの容量調整の回数を予測値として演算してもよい。容量調整の回数は、例えば調整の時刻、スイッチ４０２のオン及びオフの切り替え回数を記憶部５０８に記憶し、予測部５０７は、記憶部５０８に記憶された、これらのデータから単位時間あたりの調整回数を演算する。
【００７７】
予測部５０７は、上記と同様に、単位時間あたりの電圧のばらつきを演算する。単位時間あたりの電圧のばらつきが大きくなると、ばらつきのない状態（容量調整後の状態）から、単電池Ｃ１〜ＣＮ間の電圧差が電圧差閾値に達するまでの時間が短くなるため、容量調整の回数も多くなる。そして、単位時間あたりの容量調整の回数は、単位時間あたりのばらつきに対して一次関数的に変化する。
【００７８】
予測部５０７は、記憶部５０８のデータを参照しつつ、単位時間あたりの電圧ばらつきと、単位時間あたりの容量調整回数と対応させた上で、単位時間あたりの電圧ばらつきをｘ軸とし、調査回数をｙ軸として、各データをプロットする。次いで、得られたプロットを直線回帰することで、回帰直線を求める。そして、単位時間あたりの電圧ばらつきは時間の経過と共に大きくなるため、当該回帰直線を延ばすことで、任意の将来時間に対する調整回数を予想することができる。
【００７９】
また、予測部５０７で単位時間あたりの調整回数を予測値とする場合には、実測部５０９は、調整時間の代わりに、容量調整部により実際に調整した単位時間あたりの調整回数を実測値として演算する。そして、異常判定部５０６は、予測部５０７で演算された単位時間あたりの調整回数と、実測部５０９で演算された単位時間あたりの調整回数とを用いて、上記と同様に、組電池１００の異常の判定を行えばよい。
【００８０】
なお、本例において、異常判定部５０６は乖離度の絶対値が判定閾値以上であり、かつ、乖離度が正の値である場合に、組電池１００内での微小短絡の発生、組電池１００の内部抵抗の劣化、または、抵抗４０１の劣化により異常が発生していると判定したが、実測値の変化量を用いて、組電池１００内での微小短絡と、組電池１００の内部抵抗の劣化及び抵抗４０１の劣化とを区別した上で、組電池１００の以上を判定してもよい。
【００８１】
すなわち、組電池１００の内部抵抗の劣化及び抵抗４０１の劣化は徐々に進行するが、微小短絡は短期的に生じる。そのため、実測値の短時間の変化量について、微小短絡が生じた場合の変化量は、抵抗劣化による変化量よりも大きくなる。そして、微小短絡が生じた場合に、変化する実測値の大きさは、組電池１００に組み込まれる単電池Ｃ１〜ＣＮにより予め決まっている。そのため微小短絡を判定するための閾値を予め設定することができる。
【００８２】
ゆえに、異常判定部５０６は、図９のステップＳ９の処理において、実測値の単位時間あたりの変化量と当該閾値をと比較し、変化量が閾値より大きい場合には、組電池１００内での微小短絡により組電池１００の異常が生じていると判定し、変化量が閾値より小さい場合には、組電池１００の内部抵抗の劣化又は抵抗４０１の劣化により組電池１００の異常が生じていると判定する。これにより、本例は、組電池１００の異常の種類をさらに細分化した上で、電池の異常を検出することができる。
【００８３】
なお、本例において、制御部５０５は、単電池Ｃ１〜ＣＮのＳＯＣを用いて容量のばらつきを判定する場合には、温度センサ１０２の検出温度を用いてもよい。単電池Ｃ１〜ＣＮのＳＯＣと単電池Ｃ１〜ＣＮの検出電圧との間には、図６に示すような相関性を有しているが、当該相関性は温度依存性をもっている。そして、電池の特性に応じて、電池温度に対して図６の電圧−ＳＯＣ曲線がどのように変化するか予め決まる。そのため、制御部５０５は、単電池Ｃ１〜ＣＮの検出温度から当該曲線を参照して、対応するＳＯＣを算出し、温度センサ１０２に応じて補正することで、ＳＯＣを算出する。
【００８４】
なお本例において、抵抗４０１の抵抗値は固定値にしたが、抵抗４０１を可変抵抗にしてもよい。また、抵抗４０１を可変抵抗にした場合には、予測部５０７及び実測部５０９は、調整時間及び調整回数の代わりに、単電池Ｃ１〜ＣＮのバラツキを調整するまでの電池の調整容量（充放電容量）を用いる。なお、調整容量は、容量調整前の電池の容量と、容量調整後の電池の容量との差分に相当する。
【００８５】
制御部５０５は、容量調整部５０４で容量調整をする際に抵抗４０１の抵抗値を設定する。また制御部５０５は、容量調整中に、電流センサ１０２の検出電流を積算することで、調整中の充放電電流の積算値を演算する。そして、制御部５０５は当該積算値と設定した抵抗値から、調整容量を演算することができる。
【００８６】
制御部５０５は、演算した調整容量を記憶部５０８に過去データとして記憶する。そして、予測部５０７は、記憶部５０８の当該過去データを用いて、上記と同様に、回帰直線を演算した上で、将来の調整容量を予測値として演算する。また実測部５０９は制御部５０５で演算された調整容量を実測値とする。
【００８７】
これにより、本例は、単電池Ｃ１〜ＣＮの調整容量を予測値及び実測値として、予測部５０７及び実測部５０９でそれぞれ演算し、当該予測値及び当該実測値を用いて、組電池１００の異常の種類を判定する。なお、容量調整用の抵抗は、組電池システムの外部回路の抵抗であってもよい。
【００８８】
上記の電圧検出部５０１が本発明の「電圧検出手段」に相当し、容量調整部５０４が本発明の「容量調整部」に、予測部５０７が「予測値演算手段」に、実測部５０９が「実測値演算手段」に、異常判定部５０６が「判定手段」に、報知部５１０が「報知手段」に通信部５１１が「通信手段」に相当する。
【００８９】
《第２実施形態》
図１０は、発明の他の実施形態の組電池の制御装置における、時間に対する乖離度の特性を示すグラフである。本例では上述した第１実施形態に対して、組電池１００の異常判定の制御の一部が異なる。これ以外の構成は上述した第１実施形態と同じであるため、その記載を適宜、援用する。
【００９０】
異常判定部５０６は、予測部５０７の予測値と実測部５０９の実測値との差異から乖離度を時系列で演算する。異常判定部５０６は単位時間あたりの乖離度の変化量を演算する。異常判定部５０６は、乖離度の正負が反転したか否かを検出する。異常判定部５０６は、開度の正負が反転した場合には、反転前後の乖離度の変化量から単位時間あたりの変化量を演算し、当該単位時間あたりの変化量と変化量閾値とを比較する。変化量閾値は予め設定されている閾値であって、組電池１００の異常を判定するための閾値である。そして、異常判定部５０６は、乖離度が負から正に反転し、かつ、単位時間あたりの変化量が変化量閾値より大きい場合に、組電池１００内の短絡異常により、組電池１００の異常が発生していると判定する。
【００９１】
組電池１００の容量劣化が経時的に進んでいる状況で、微小短絡がｔ０の時点で、突然発生した場合について説明する。微小短絡が発生する前は、組電池１００の容量劣化により、実測値は予測値より小さくなるため、図１０に示すように、乖離度は、負の値となり、時間の経過と共に徐々に低くなる。そして、ｔ０の時点で微小短絡が生じると、実測値が予測値を超えて大きくなる。すなわち、ｔ０の時点が変化点となり、ｔ０以降の単位時間あたりの変化量は、ｔ０以前の単位時間あたりの変化量より大きくなる。
【００９２】
そのため、本例において、異常判定部５０６は、乖離度を時系列で検出することで、予測値と実測値との大小関係と、単位時間あたりの予測値と実測値との差の変化量とを検出する。そして、異常判定部５０６は、予測値と実測値との大小関係が反転し、かつ、単位時間あたりの予測値と実測値との差の変化量が変化量閾値（本発明の「第２変化量」に相当する）より大きい場合に、組電池１００の異常が生じていると判定する。
【００９３】
上記の通り、本例において、異常判定部５０６は、予測値と実測値との大小関係が反転し、かつ、単位時間あたりの予測値と実測値との差の変化量が変化量閾値（より大きい場合に、組電池１００の異常が生じていると判定する。これにより、本例は、時系列的に予測値に対する実測値の変化を検出することで、組電池１００に生じている異常の種類を判定することができる。
【００９４】
また本例において、異常判定部５０６は、乖離度が負から正に反転し、かつ、単位時間あたりの乖離度の変化量が変化量閾値より大きい場合には、組電池１００内の微小短絡により組電池１００の異常が発生したと判定する。これにより、本例は、組電池１００に生じている異常の種類のうち、微小短絡を特定した上で、異常の種類を判定することができる。
【００９５】
なお、本例は、乖離度の正負の変化点及び単位時間あたりの乖離度の変化量に基づいて、異常の種類を判定したが、異常判定部５０６は単位時間あたりの乖離度の変化量が変化量閾値（本発明の「第１変化量」に相当する）より大きい場合に、組電池１００に異常が生じていると判定してもよい。
【００９６】
微小短絡は、容量劣化や抵抗劣化と異なり、突然起こる場合があり、比較的に劣化が進んでいない電池の状態の場合でも、起こる可能性がある。そのため、上記のように判定することで、本例は、組電池１００の劣化が進んでおらず、乖離度が低い状態で発生した微小短絡を特定した上で、異常の種類を判定することができる。
【符号の説明】
【００９７】
１００…組電池
Ｃ１〜ＣＮ、Ｃｐ…単電池
１０２…温度センサ
２００…負荷
３００…電流センサ
４００…容量調整回路
４０１…抵抗
４０２…スイッチ
５００…バッテリコントローラ
５０１…電圧検出部
５０２…電流検出部
５０３…電池温度検出部
５０４…容量調整部
５０５…制御部
５０６…異常判定部
５０７…予測部
５０８…記憶部
５０９…実測部
５１０…報知部
５１１…通信部
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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