JP2002010510A - 電気エネルギ貯蔵装置、セルエネルギ量調節装置およびセルエネルギ量調節方法 - Google Patents
電気エネルギ貯蔵装置、セルエネルギ量調節装置およびセルエネルギ量調節方法Info
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Abstract
ルギ貯蔵装置を構成するそれぞれのセルのエネルギ貯蔵
装置を、原理的な損失を伴わずに最適な目標値に保つこ
とができるセルエネルギ量調節装置を得る。 【解決手段】 エネルギ貯蔵装置1が複数個直列接続さ
れ、各エネルギ貯蔵装置1について、そのエネルギ量を
測定し、メモリし、処理する装置が配置され、該装置に
よって制御されるスイッチング回路を動作させて、任意
のエネルギ貯蔵装置から該エネルギ貯蔵装置に充電され
ているエネルギをトランス5を介して移送するセルエネ
ルギ量調節装置であって、各エネルギ貯蔵装置1に対応
して複数のコイルが設置され、各エネルギ貯蔵装置に対
応したトランス5が設けられ、該トランス5のコイルお
よびスイッチング回路および整流回路を接続した回路経
路の構成で、任意のエネルギ貯蔵装置から他のエネルギ
貯蔵装置にエネルギが移送されるセルエネルギ量調節装
置とする。
Description
セルまたは二次電池セル等の、複数の電気エネルギ貯蔵
セルを、直列に接続して構成されるエネルギ貯蔵装置に
関し、特に、貯蔵されたエネルギ量に対して、それぞれ
の単体のセルおよび複数のセルを一つの貯蔵単位とした
エネルギ貯蔵量を目標の値に設定するエネルギ配分回路
を備えた電気エネルギ貯蔵装置、セルエネルギ量調節装
置およびその調節方法に関する。
を直列に接続して、単体のセルより端子電圧が高くエネ
ルギ貯蔵量が大きい電気エネルギ貯蔵システムを構成す
る際に、それぞれのセルに抵抗体を並列に接続したり、
例えばツェナーダイオードのような定電圧素子を並列に
接続したりすることにより、各セルの電圧を均一にし
て、エネルギ貯蔵量を高める装置が従来から用いられて
いる。
ギ効率が低いために、複数個のコイルを持つトランスの
各コイルをスイッチング回路を介してキャパシタに接続
し、均一な電圧で充電を行う方式が提案されている(特
開平8-214454)。しかしながら、この方法では、充電の
際には電圧が均一に揃えられるが、その後、放電するま
での放置の状態もしくは放電の状態で電圧を均一にする
ことが出来ず、常にエネルギを有効に利用しているとは
言えない。
セルのエネルギ量を管理し、エネルギの再配分を行う機
構を備えたセルエネルギ量調節装置が非常に有望であ
る。該セルエネルギ量調節装置においては、実用的には
セルを複数個直列に接続した単位エネルギ貯蔵装置をさ
らに複数個直列に接続してエネルギ貯蔵装置を構成し、
全体のエネルギ量を高めてセルエネルギ量調節装置が運
用される。
節装置において、実際にはエネルギを移送する際に用い
るダイドードなどの整流素子の順電圧がおよそ0.7V
であり、1V乃至3Vほどであるキャパシタセルや二次
電池セルの電圧に比べて無視できないので、電圧を高く
して複数個直列にセルを接続したエネルギ貯蔵装置全体
にエネルギを移送する方法がとられる。
るいは二次電池セルを接続した構成の単位エネルギ貯蔵
装置を複数個直列に接続してエネルギ貯蔵装置を構成し
た場合に、前記のようにエネルギ貯蔵装置全体にエネル
ギを移送するためには、電圧を大幅に高くする必要があ
り、問題が多かった。
機中にかかわらず、単位エネルギ貯蔵装置を構成するそ
れぞれのセルのエネルギ貯蔵装置を、原理的な損失を伴
わずに最適な目標値に保つことができるセルエネルギ量
調節装置、およびセルエネルギ量調節方法を提供するこ
とである。
ルもしくは二次電池セルを複数個直列に接続して任意の
セルから該セルに充電されているエネルギを移送する機
構を備えた一つの単位を単位エネルギ貯蔵装置として、
単位エネルギ貯蔵装置を複数個直列接続して構成したエ
ネルギ量調節装置において、任意のセルもしくは任意の
単位エネルギ貯蔵装置から該セルもしくは該貯蔵装置が
貯蔵しているエネルギを任意の別のセルもしくは任意の
別の単位エネルギ貯蔵装置の入出力端子に移送すること
によって、充電、放電、待機中に関わらず、それぞれの
セルもしくは単位エネルギ貯蔵装置のエネルギ貯蔵量
を、原理的な損失を伴わずに最適な目標値に保つ手段を
提供する。
二次電池で構成したエネルギ貯蔵装置を複数個直列に接
続した電気エネルギ貯蔵システムにおいて、複数のコイ
ルを持つトランスと、任意のエネルギ貯蔵装置に接続さ
れた該トランスのコイルの回路を開閉もしくは整流器を
備えた回路に切替するスイッチング回路と、任意のエネ
ルギ貯蔵装置をスイッチング回路によって選択できる機
構を備えかつ、該スイッチング回路を動作させることに
よって任意のエネルギ貯蔵装置が貯蔵しているエネルギ
量を該エネルギ貯蔵装置が貯蔵するエネルギ量に対して
特定の比率に調節する制御回路を備えたことを特徴とす
るセルエネルギ量調節装置が得られる。
エネルギ貯蔵装置が単位エネルギ貯蔵装置を複数個直列
に接続された構成になっている場合に、前記のエネルギ
貯蔵装置が備える装置及び回路を単位エネルギ貯蔵装置
にも備え、任意の単位エネルギ貯蔵装置から該単位エネ
ルギ貯蔵装置に充電されているエネルギを任意の別の単
位エネルギ貯蔵装置もしくは任意のエネルギ貯蔵装置に
移送することにより全体の電気エネルギ貯蔵システムの
エネルギ量を調節することを特徴とするセルエネルギ量
調節装置が得られる。
ギ貯蔵システム、エネルギ貯蔵装置、単位エネルギ貯蔵
装置の関係の階数を拡大して大きな電気エネルギ貯蔵シ
ステムを構成した場合に、同様な構成を階数を拡大して
適用することにより、全体の電気エネルギ貯蔵システム
のエネルギ量を調節することを特徴とするセルエネルギ
量調節装置が得られる。
エネルギ貯蔵装置がキャパシタセルもしくは二次電池セ
ルを複数個直列の接続された構成になっている場合に、
前記のエネルギ貯蔵装置と単位エネルギ貯蔵装置の関係
と単位エネルギ貯蔵装置と該セルの関係と相似にして、
任意のセルから該セルに充電されているエネルギを任意
の別のセルもしくは単位エネルギ貯蔵装置もしくはエネ
ルギ貯蔵装置に移送する装置および回路を備え、これら
の関係がさらに大きなエネルギ貯蔵装置を階数を拡大し
て構成した場合でも適用されることを特徴としたセルエ
ネルギ量調節装置が得られる。
エネルギ貯蔵セルで構成されたエネルギ貯蔵装置が複数
個直列接続され、それぞれの各エネルギ貯蔵装置につい
て、そのエネルギ量を測定し、前記エネルギ量の測定量
をメモリし、処理する装置が配置され、該装置によって
制御されるスイッチング回路を動作させることによっ
て、任意のエネルギ貯蔵装置から該エネルギ貯蔵装置に
充電されているエネルギをトランスを介して移送するセ
ルエネルギ量調節装置において、前記の各エネルギ貯蔵
装置に対応して複数のコイルが設置されていて、それぞ
れのエネルギ貯蔵装置に対応したトランスが設けられ、
該トランスのコイルおよびスイッチング回路および整流
回路を接続した回路経路の構成にして、任意のエネルギ
貯蔵装置から他のエネルギ貯蔵装置にエネルギが直接移
送されることを特徴とするセルエネルギ量調節装置。
ルは、キャパシタセルまたは二次電池セルとするセルエ
ネルギ量調節装置である。
複数個の単位エネルギ貯蔵装置を直列接続した構成であ
って、それぞれの単位エネルギ貯蔵装置にエネルギ貯蔵
装置と同じ機構を備え、任意の単位エネルギ貯蔵装置か
ら同じエネルギ貯蔵装置内の任意の別の単位エネルギ貯
蔵装置もしくは任意のエネルギ貯蔵装置にエネルギが直
接移送されるセルエネルギ量調節装置である。
装置において、更に該エネルギ貯蔵装置の接続を任意の
階数に拡大し、エネルギ蓄積量の小さい貯蔵装置から同
じレベルのエネルギ蓄積量の貯蔵装置もしくはそれ以上
のレベルのエネルギ蓄積量が大きい貯蔵装置に、エネル
ギが直接移送されるセルエネルギ量調節装置である。
単位エネルギ貯蔵装置との関係を、単位エネルギ貯蔵装
置とキャパシタセルもしくは二次電池セルとの関係に相
似であるとして、任意のキャパシタセルおよび二次電池
セルのエネルギが、任意の別のセルもしくは任意のエネ
ルギ貯蔵装置に移送されるセルエネルギ量調節装置であ
る。
エネルギ貯蔵セルで構成するエネルギ貯蔵装置を複数個
直列接続し、それぞれのエネルギ貯蔵装置にエネルギ量
を測定する装置と、その測定量をメモリし処理する装置
を備え、該装置によって制御されるスイッチング回路を
動作させることによって任意のエネルギ貯蔵装置から該
エネルギ貯蔵装置に充電されているエネルギをトランス
を介して移送するセルエネルギ量調節方法において、そ
れぞれのエネルギ貯蔵装置に対応してトランスが設けら
れ、該トランスのコイルおよびスイッチング回路および
整流回路を接続した構成にて、任意のエネルギ貯蔵装置
から任意の他のエネルギ貯蔵装置にエネルギが直接移送
することを特徴とするセルエネルギ量調節方法。
ルが複数のキャパシタセルまたは二次電池セルであるセ
ルエネルギ量調節方法である。
は、複数個の単位エネルギ貯蔵装置を直列接続した構成
であって、それぞれの単位エネルギ貯蔵装置にエネルギ
貯蔵装置と同じ機構を備え、任意の単位エネルギ貯蔵装
置から同じエネルギ貯蔵装置内の任意の別の単位エネル
ギ貯蔵装置もしくは任意のエネルギ貯蔵装置にエネルギ
が直接移送するセルエネルギ量調節方法である。
装置において、更に該エネルギ貯蔵装置の接続を任意の
階数に拡大し、エネルギ蓄積量の小さい貯蔵装置から同
じレベルのエネルギ蓄積量の貯蔵装置もしくはそれ以上
のレベルのエネルギ蓄積量が大きい貯蔵装置に、エネル
ギが直接移送するセルエネルギ量調節方法である。
単位エネルギ貯蔵装置との関係を、単位エネルギ貯蔵装
置とキャパシタセルもしくは二次電池セルとの関係に相
似であるとして、任意のキャパシタセルおよび二次電池
セルのエネルギが、任意の別のセルもしくは任意のエネ
ルギ貯蔵装置に移送されるセルエネルギ量調節方法であ
る。また、本発明は、上記セルエネルギ量調節装置を備
えた電気エネルギ貯蔵装置である。
置、セルエネルギ量調節装置およびセルエネルギ量調節
方法について、以下に説明する。
装置を備えて4個のエネルギ貯蔵装置で構成された電気
エネルギ貯蔵装置を示している。以下、本文では、電気
エネルギ貯蔵装置は、複数個のエネルギ貯蔵装置で構成
され、エネルギ貯蔵装置は複数個の単位エネルギ貯蔵装
置で構成され、単位エネルギ貯蔵装置は、単体あるいは
複数個のキャパシタで構成されている関係にある。
ギ量を大きくするために、かつ電気エネルギ貯蔵システ
ム全体の電圧を高くするために直列に接続され、それぞ
れのエネルギ貯蔵装置にスイッチング回路6を介してエ
ネルギを別のエネルギ貯蔵装置に移送するため、および
別の貯蔵装置から移送するためのコイルが接続されてい
る。ここでのコイルは、すべて一つのトランスの構成要
素となっているが、エネルギ貯蔵装置の数が多い場合
は、いくつかのトランスを用いて構成要素を分割して取
り扱っても構わない。
て、電圧を測定したいエネルギ貯蔵装置1に接続されて
いるスイッチング回路をONにすることにより、トラン
スの二次側のコイルに電圧が誘起され電圧すなわち蓄積
されているエネルギ量を測定できる。スイッチング回路
6を順番に動作させて電圧入力回路4ですべてのエネル
ギ貯蔵装置のエネルギ量を測定し、制御装置のメモリに
記録してそのデータから最適なエネルギの再配分を行
う。ここでは、電圧が高い、すなわちエネルギ量が多い
エネルギ貯蔵装置からエネルギを抜き取り、電圧が低
い、すなわちエネルギ量が少ないエネルギ貯蔵装置にエ
ネルギを分配する。
蔵装置のスイッチング回路をONにし、エネルギを分配
するエネルギ貯蔵装置のスイッチング回路を整流器7に
接続し、その他のスイッチング回路はOFFにする。例
えば、1つ目のエネルギ貯蔵装置の電圧が高く、3つ目
のエネルギ貯蔵装置の電圧が低いとすると、図5のよう
に、スイッチング回路を接続する。通常、一回のスイッ
チングで移送できるエネルギ量が必要とするエネルギ量
に比べて少ないので、図5の場合は、1つ目のエネルギ
貯蔵装置のスイッチング回路のON−OFF動作を複数
回繰り返して所望のエネルギ量を移送する。
個のエネルギ貯蔵装置の電圧を均一にすることができ、
その結果、電気エネルギ貯蔵システム全体のエネルギ量
を大きくすることが可能である。しかしながら、エネル
ギ貯蔵装置が1V乃至3Vの耐電圧を持つキャパシタ1
個で構成されていたとすると、図1のような構成では、
通常ダイオードで構成されている整流器の順電圧Vfが
0.7Vで、整流器での電圧降下が無視できなくなる。
抜き取ったエネルギの電圧をトランス5で高くして、エ
ネルギの分配先を電気エネルギ貯蔵システム全体とする
ことにより、整流器のVfを無視できるようにするのが
有効である。しかし、全体にエネルギを分配すると、エ
ネルギ量が多いエネルギ貯蔵装置にも、その一部が返還
され、抜き取ったエネルギのすべてが均一化に生かされ
ない。本発明では、エネルギの移送を行う単位を拡大し
た際に、エネルギの分配先を電気エネルギ貯蔵システム
全体にではなく、個々のエネルギ貯蔵装置に設定するこ
とにより、速やかにかつ効率よくエネルギを移送するこ
とを可能にした。
ード方式を用いているが、スイッチング回路6と整流器
7をブリッジ型等に構成することによってバックワード
方式でエネルギ移送を行っても構わない。
装置を備えた電気エネルギ量調節装置のブロック図の代
表例を示す。先の図1に示した電気エネルギ量調節装置
を、図8のブロック図にあてはめることができる。
装置を備えて単位エネルギ貯蔵装置2が3個直列に接続
されたエネルギ貯蔵装置1を3個直列に接続して構成さ
れた電気エネルギ量調節装置を示している。本発明によ
って、単位エネルギ貯蔵装置から別の単位エネルギ貯蔵
装置にエネルギを移送することができ、単位エネルギ貯
蔵装置からその単位エネルギ貯蔵装置を含まない他のエ
ネルギ貯蔵装置にエネルギを移送することもできる。
つ目の単位エネルギ貯蔵装置から3つ目のエネルギ貯蔵
装置全体にエネルギを移送する場合のスイッチング回路
の接続を図6に示す。さらに、例えば、1つ目のエネル
ギ貯蔵装置内の1つ目の単位エネルギ貯蔵装置から1つ
目のエネルギ貯蔵装置全体にエネルギを移送する場合の
スイッチング回路の接続を図7に示す。その際の電流の
流れを、それぞれ図6、図7にて太い線の矢印で表す。
それぞれのエネルギ貯蔵装置1に内蔵の電圧入力回路4
で取得した単位エネルギ貯蔵装置2のエネルギ量のデー
タを総括して処理し、全体のスイッチング回路6を制御
しても良いし、それぞれのエネルギ貯蔵装置内で一つの
制御装置を備え、3個のエネルギ貯蔵装置間のエネルギ
の移送を専用の制御装置にさせても良い。
装置の動作時のフローチャートを示す。先に説明したセ
ルエネルギ量調節装置の動作は、図9のフローチャート
に従って行われる。
ギ量調節装置を備えた複数個のエネルギ貯蔵装置で構成
し、エネルギ貯蔵装置をセルエネルギ量調節装置を備え
た複数個のエネルギ貯蔵装置で構成する関係を、階数を
拡大することによって、更に大きな貯蔵システムを構成
することが可能である。その際には、本発明を同様に拡
張すれば、同じ効率でエネルギの移送が可能になる。
ル3で構成した単位エネルギ貯蔵装置を示している。図
1の電気エネルギ貯蔵システムと同様の動作が可能であ
る。ただし、キャパシタセルは、一般的に1V乃至3V
の端子電圧を持ち、整流器の順電圧Vfに比べて充分で
はないために、その損失を無視できず、実際には、キャ
パシタセル間のエネルギ移送は有効ではなく、単位エネ
ルギ貯蔵装置の端子にエネルギを移送するのがよい。図
3の回路は、どちらでも選択できるような構成になって
いる。また、先に説明した図2のセルエネルギ量調節装
置では、エネルギ移送の際にフォワード方式を用いてい
たが、図3の単位エネルギ貯蔵装置では、バックワード
方式で回路を構成した。この場合も、当然どちらの方式
を用いても構わない。
複数個のエネルギ貯蔵装置を直列に接続して構成したセ
ルエネルギ量調節装置において、エネルギ貯蔵装置間の
エネルギの移送を可能にし、さらにエネルギ貯蔵装置を
構成する単位エネルギ貯蔵装置から単位エネルギ貯蔵装
置もしくはエネルギ貯蔵装置にエネルギが移送すること
が可能になり、効率よく、かつ原理的な損失を伴わずに
システムのエネルギ量を最適な目標値に保つ手段を有す
る電気エネルギ貯蔵装置、セルエネルギ量調節装置およ
びセルエネルギ量調節方法を提供することができる。
4個のエネルギ貯蔵装置で構成された電気エネルギ貯蔵
装置を示す図。
単位エネルギ貯蔵装置が3個直列に接続されたエネルギ
貯蔵装置を3個直列に接続して構成された電気エネルギ
貯蔵装置を示す図。
単位エネルギ貯蔵装置を示す図。
い場合の4個のキャパシタセルで構成した単位エネルギ
貯蔵装置を示す図。
4個のエネルギ貯蔵装置で構成された電気エネルギ貯蔵
装置において、1つ目のエネルギ貯蔵装置から3つ目の
エネルギ貯蔵装置にエネルギを移送する場合の構成の説
明図。
単位エネルギ貯蔵装置が3個直列に接続されたエネルギ
貯蔵装置を3個直列に接続して構成された電気エネルギ
貯蔵装置のエネルギ移送例1を示す図。
単位エネルギ貯蔵装置が3個直列に接続されたエネルギ
貯蔵装置を3個直列に接続して構成された電気エネルギ
貯蔵装置のエネルギ移送例2を示す図。
電気エネルギ量調節装置のブロック図の代表例を示す
図。
のフローチャートを示す図。
Claims (11)
- 【請求項1】 単体あるいは複数の電気エネルギ貯蔵セ
ルで構成されたエネルギ貯蔵装置が複数個直列接続さ
れ、それぞれの各エネルギ貯蔵装置について、そのエネ
ルギ量を測定し、前記エネルギ量の測定量をメモリし、
処理する装置が配置され、該装置によって制御されるス
イッチング回路を動作させることによって、任意のエネ
ルギ貯蔵装置から該エネルギ貯蔵装置に充電されている
エネルギをトランスを介して移送するセルエネルギ量調
節装置において、前記の各エネルギ貯蔵装置に対応して
複数のコイルが設置されていて、それぞれのエネルギ貯
蔵装置に対応したトランスが設けられ、該トランスのコ
イルおよびスイッチング回路および整流回路を接続した
回路経路の構成にして、任意のエネルギ貯蔵装置から他
のエネルギ貯蔵装置にエネルギが直接移送されることを
特徴とするセルエネルギ量調節装置。 - 【請求項2】 前記電気エネルギ貯蔵セルは、キャパシ
タセルまたは二次電池セルであることを特徴とする請求
項1記載のセルエネルギ量調節装置。 - 【請求項3】 前記エネルギ貯蔵装置は、複数個の単位
エネルギ貯蔵装置を直列接続した構成であって、それぞ
れの単位エネルギ貯蔵装置にエネルギ貯蔵装置と同じ機
構を備え、任意の単位エネルギ貯蔵装置から同じエネル
ギ貯蔵装置内の任意の別の単位エネルギ貯蔵装置もしく
は任意のエネルギ貯蔵装置にエネルギが直接移送される
ことを特徴とする請求項1または2に記載のセルエネル
ギ量調節装置。 - 【請求項4】 前記セルエネルギ量調節装置において、
更に該エネルギ貯蔵装置の接続を任意の階数に拡大し、
エネルギ蓄積量の小さい貯蔵装置から同じレベルのエネ
ルギ蓄積量の貯蔵装置もしくはそれ以上のレベルのエネ
ルギ蓄積量が大きい貯蔵装置に、エネルギが直接移送さ
れることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記
載のセルエネルギ量調節装置。 - 【請求項5】 前記エネルギ貯蔵装置と単位エネルギ貯
蔵装置との関係を、単位エネルギ貯蔵装置とキャパシタ
セルもしくは二次電池セルとの関係に相似であるとし
て、任意のキャパシタセルおよび二次電池セルのエネル
ギが、任意の別のセルもしくは任意のエネルギ貯蔵装置
に移送されることを特徴とする請求項1ないし4のいず
れかに記載のセルエネルギ量調節装置。 - 【請求項6】 単体あるいは複数の電気エネルギ貯蔵セ
ルで構成するエネルギ貯蔵装置を複数個直列接続し、そ
れぞれのエネルギ貯蔵装置にエネルギ量を測定する装置
と、その測定量をメモリし処理する装置を備え、該装置
によって制御されるスイッチング回路を動作させること
によって任意のエネルギ貯蔵装置から該エネルギ貯蔵装
置に充電されているエネルギをトランスを介して移送す
るセルエネルギ量調節方法において、それぞれのエネル
ギ貯蔵装置に対応してトランスが設けられ、該トランス
のコイルおよびスイッチング回路および整流回路を接続
した構成にて、任意のエネルギ貯蔵装置から任意の他の
エネルギ貯蔵装置にエネルギが直接移送することを特徴
とするセルエネルギ量調節方法。 - 【請求項7】 前記電気エネルギ貯蔵セルは、複数のキ
ャパシタセルまたは二次電池セルとすることを特徴とす
る請求項6記載のセルエネルギ量調節方法。 - 【請求項8】 前記エネルギ貯蔵装置は、複数個の単位
エネルギ貯蔵装置を直列接続した構成であって、それぞ
れの単位エネルギ貯蔵装置にエネルギ貯蔵装置と同じ機
構を備え、任意の単位エネルギ貯蔵装置から同じエネル
ギ貯蔵装置内の任意の別の単位エネルギ貯蔵装置もしく
は任意のエネルギ貯蔵装置にエネルギが直接移送するこ
とを特徴とする請求項6または7に記載のセルエネルギ
量調節方法。 - 【請求項9】 前記セルエネルギ量調節装置において、
更に該エネルギ貯蔵装置の接続を任意の階数に拡大し、
エネルギ蓄積量の小さい貯蔵装置から同じレベルのエネ
ルギ蓄積量の貯蔵装置もしくはそれ以上のレベルのエネ
ルギ蓄積量が大きい貯蔵装置に、エネルギが直接移送す
ることを特徴とする請求項6ないし8のいずれかに記載
のセルエネルギ量調節方法。 - 【請求項10】 前記エネルギ貯蔵装置と単位エネルギ
貯蔵装置との関係を、単位エネルギ貯蔵装置とキャパシ
タセルもしくは二次電池セルとの関係に相似であるとし
て、任意のキャパシタセルおよび二次電池セルのエネル
ギが、任意の別のセルもしくは任意のエネルギ貯蔵装置
に移送されることを特徴とする請求項6ないし9のいず
れかに記載のセルエネルギ量調節方法。 - 【請求項11】 請求項1ないし5のいずれかに記載の
セルエネルギ量調節装置を備えたことを特徴とする電気
エネルギ貯蔵装置。
Priority Applications (13)
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