CN102844222A - 电驱动车辆的电能存储器的充电和/或放电的方法以及这样的车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电驱动车辆（25）的电能存储器（15）的充电方法。车辆的第一电机（1）由布置在车辆外部的能量供给装置（11）供电。第一电机（1）以马达运行工作并且车辆的第一电机的电机轴与第二电机（2）的电机轴机械连接，由此通过第一电机（1）机械地驱动第二电机（2）。由以发电机运行工作的第二电机（2）提供的电能被传输到电能存储器（15）并且由此电能将电能存储器（15）充电。此外，本发明涉及电驱动车辆的电能存储器的放电方法以及此车辆。

Description

电驱动车辆的电能存储器的充电和/或放电的方法以及这样的车辆

背景技术

电驱动车辆目前特别地由于环境保护的原因强烈地受到公众的关注。此类型的车辆具有例如锂电池的电能存储器，其中存储了驱动车辆所需的电能。此外，这些车辆具有至少一个电机，所述电机用作至少一个车轮的驱动马达，并且将存储在电能存储器内的电能转化为用于驱动车辆的机械能。

当电能存储器被放电后，其在车辆静止时可通过布置在车辆外部的能量供给装置再次被充以电能。为此，电能从能量供给装置传输到车辆的电能存储器。由于安全性原因，在此希望在车辆的电能存储器和能量供给装置之间具有电流分离。此类电流分离例如可通过布置在车辆上的充电装置借助于功率电子器件的部件实现。由于希望的大的充电功率（例如，充电功率在三相交流电的情况中力图为直至44kW），此类充电装置具有明显的重量，并且具有巨大的占地面积。

发明内容

因此，本发明的任务在于给出用于电驱动车辆的电能存储器的充电和/或放电的方法以及此类车辆，其中为了实现电流分离，可以不需要附加的车载充电装置。

该任务根据本发明通过用于电驱动车辆特别是电驱动的道路车辆的电能存储器的充电的方法解决，其中，车辆的第一电机由布置在车辆外部的能量供给装置供给以电能，所述第一电机以马达运行工作，并且第一电机的电机轴与车辆的第二电机的电机轴机械连接（联接），由此第二电机通过第一电机被机械地驱动，由以发电机运行工作的第二电机提供的电能被传输到电能存储器，并且通过该电能为电能存储器充电。在此方法中，车辆的电能存储器和布置在车辆外部的能量供给装置（以及能量供给装置连接在其上的供电网络）之间的有利的电流分离通过如下方式实现，即，使得第一电机和第二电机仅通过其电机轴机械连接，并且充电所需的能量作为机械旋转能量从第一电机传输到第二电机。此外有利的是，第一电机仅如常规的电机反作用在能量存储装置上，即，仅以谐波（Oberschwingung）的形式产生低的网络反作用。特别地，不产生具有干扰形式的网络反馈，如例如在功率电子器件中所出现的部件（例如，电压尖峰或直至40阶的明显的谐波）。

以上所述的任务也根据本发明通过用于电驱动车辆的电能存储器的放电的方法解决，其中，车辆的第二电机被电能存储器供给以电能，所述第二电机以马达运行工作并且第二电机的电机轴与车辆的第一电机的电机轴机械连接（联接），由此第一电机通过第二电机被机械地驱动，并且由以发电机运行工作的第一电机提供的电能被馈送到布置在车辆外部的能量供给网络。在该方法中，车辆的电能存储器和布置在车辆外部的能量供给装置（并且能量供给装置连接在其上的供电网络）之间的有利的电流分离通过如下方式实现，即，使得第一电机和第二电机仅通过其电机轴机械连接，并且馈送到能量供给网络中的能量作为机械旋转能量从第二电机传输到第一电机。此外有利的是，第一电机仅如常规的发电机反作用在能量供给装置上，即，仅以谐波的形式产生低的不希望的作用。特别地，不产生如在功率电子器件的部件内出现的干扰。

在电驱动车辆中，可按需要使用用于电能存储器的充电的方法或用于电能存储器的放电的方法。因此，产生了用于布置在电驱动车辆内的电能存储器的充电和放电的方法，其中，在充电运行中实施以上所述的用于电能存储器的充电的方法步骤，并且在放电运行中实施以上所述的用于电能存储器的放电的方法步骤。

所述方法可运行为使得分别使用用作至少一个车轮的驱动马达的电机作为第一电机和/或第二电机。在此有利的是，对于方法不需要附加的第一电机和/或附加的第二电机，因为各电机也作为用于车辆的至少一个车轮的驱动马达存在。

所述方法也可运行为使得在电能存储器充电开始和/或电能存储器放电开始时使第一电机的电机轴和/或第二电机的电机轴与至少一个各自车轮机械分离。由此有利地防止了在车辆静止时在充电或放电期间由于第一电机和/或第二电机的旋转的电机轴使在车辆运行中通过该电机分别驱动的车轮随动旋转。车轮的这种随动旋转在车辆静止时是不希望的。

所述方法也可构造为使得使用用作至少一个车轮的驱动马达的电机作为第一电机或作为第二电机，并且使用不用作至少一个车轮的驱动马达的（附加的）电机作为各所属的第二电机或第一电机。在此，有利地在方法中仅使用车辆的驱动马达，而在方法中所使用的另外的电机不是车辆的驱动马达。该（另外的）电机则可有利地对于充电或放电的方法被优化，例如在电机功率方面（限制最大充电功率）或在车辆中的布置方面（因为不需实现与车轮的机械连接）被优化。方法的该构造可例如有利地也使用在具有仅一个驱动马达（特别是具有中央马达的形式）的车辆中。

所述方法也可实现为使得使用用作轮轴的一个车轮的驱动马达的电机作为第一电机，并且使用用作轮轴的对置的车轮的驱动马达的电机作为第二电机。在此，所述一个车轮可以是轮轴的左车轮并且对置的车轮可以是轮轴的右车轮，或反之。

替代地，所述方法也可构造为使得使用用作车辆的第一轮轴的驱动马达的电机作为第一电机，并且使用用作车辆的第二轮轴的驱动马达的电机作为第二电机。在此，第一轮轴可以是前轮轴并且第二轮轴可以是后轮轴，或反之。

根据本发明的方法的两个最后提到的实施变体实现了在带有不同地布置的电机的车辆中实现根据本发明的方法。

所述方法可运行为使得第一电机和第二电机具有相等大小的电功率。

所述方法可运行为使得第一电机和第二电机具有不同大小的电功率。由此，根据本发明的方法的实现很灵活。因此，提供为用于驱动车辆的驱动马达也可用于根据本发明的方法，而与第一电机和第二电机具有相等大小的电功率还是不同大小的电功率无关。两个电机的更小的电功率在此确定了最大充电功率。

以上所述的任务在其设备方面通过一种电驱动车辆解决，所述车辆带有用于存储用于车辆驱动的电能的电能存储器，可与布置在车辆外部的能量存储装置电连接的第一电机，和可与电能存储器电连接的第二电机，其中车辆的第一电机的电机轴与第二电机的电机轴机械连接（联接）。电机轴的该连接可构造为不可释放的或可释放的连接，所述可释放的连接可例如通过可释放的离合器实现，例如通过圆盘离合器实现。

所述车辆可构造为使得第一电机和/或第二电机是用作至少一个车轮的驱动马达。

所述车辆也可构造为带有用于第一电机的电机轴与至少一个所属的车轮的机械分离和再连接的离合器设备和/或用于第二电机的电机轴与至少一个所属的车轮的机械分离和再连接的离合器设备。

所述车辆可构造为使得第一电机或第二电机是用作至少一个车轮的驱动马达的电机，并且另外的电机是不用作至少一个车轮的驱动马达的电机。

所述车辆可实现为使得第一电机是用作轮轴的一个车轮的驱动马达的电机，并且第二电机是用作轮轴的对置的车轮的驱动马达的电机。在此，车轮可以是轮轴的左车轮并且对置的车轮可以是轮轴的右车轮，或反之。

所述车辆可构造为使得第一电机是用作第一轮轴的驱动马达的电机，并且第二电机是用作第二轮轴的驱动马达的电机。在此，第一轮轴可以是车辆的前轮轴并且第二轮轴可以是后轮轴，或反之。

所述车辆可实现为使得第一电机和第二电机具有相等大小的电功率。

所述车辆可实现为使得第一电机和第二电机具有不同大小的电功率。

根据本发明的车辆的优点对应于以上所述的结合根据本发明的方法给出的优点。

附图说明

在下文中根据实施例详细解释本发明。为此，附图中：

图1示出了与电能供给装置连接的电驱动车辆的选择的元件的示意性图示，

图2示出了处于车辆运行中的该车辆的图示，

图3示出了在电能存储器充电时的该车辆的图示，

图4示出了在电能存储器放电时的该车辆的图示，

图5示出了带有不同功率的两个电机的车辆的实施例，

图6示出了带有用于前轴的驱动马达和用于后轴的驱动马达的车辆的实施例，

图7示出了带有用于轮轴的左车轮的驱动马达和用于轮轴的右车轮的第二驱动马达的车辆的实施例。

具体实施方式

在图1中在图示的左侧部分中图示了电驱动车辆的选择的元件或部件。在实施例中，是具有电驱动的汽车（电动汽车）的形式的道路车辆。在此，可以是仅仅电驱动车辆或者是混合动力车辆，所述混合动力车辆除电驱动马达外另外的具有内燃机。在车辆内布置了通过连接轴3机械地连接（联接）的第一电机1和第二电机2。通过连接轴3将第一电机1的转子与第二电机2的转子刚性连接；两个电机的转子以相同的角速度旋转。通过旋转箭头4示意性地图示了只要第一电机1或第二电机2产生旋转运动，则连接轴3就旋转。通过图示为刚性离合器的连接轴3，驱动各另一个电机（使之随动旋转）。

第一电机1的转子和第二电机2的转子通过离合器5与车辆的驱动轴7连接。（由于概略图示，在图1中图示了在第二电机2左侧的连接轴3的部分。此图示形式部分地也在另外的视图中体现。）通过驱动轴7驱动车辆的至少一个车轮，以使车辆在道路上运动（在图1中，被驱动的车轮未图示）。第一电机1可通过切换器9在切换器的第一个切换位置中与布置在车辆外部的能量供给装置11电连接，并且在另一个切换位置中（通过电机控制器13）与车辆的电能存储器15（电池，例如锂电池）连接。

在图1中图示的切换器9的切换位置中，第一电机1通过充电电缆17、充电插头19、充电插座21与能量供给装置11（例如构建在道路上的充电柱）连接。该能量供给装置11又通过能量供给网络23提供以电能。

布置在虚线方框25内的部件是电驱动车辆25的部件，而充电插座21、能量供给装置11和能量供给网络23布置在车辆25外部。

第二电机2通过电连接导线26和电机控制器13与电能存储器15连接。

通过连接轴3机械地刚性联接的第一电机1和第二电机2在充电时或在放电时形成了旋转转换器（机械装置），通过所述转换器传输了在电能存储器充电或放电时流动的能量。此旋转转换器可对称地构造（即，以马达运行工作的电机的电功率与以发电机运行工作的电机的电功率相等大小）。但所述旋转转换器也可非对称地构造，即两个电机的一个的电功率大于两个电机的另一个的电功率。由此实现，将两个提供为用于电动车辆的驱动目的的功率不同的电机也用于电能存储器的充电或放电。对此的例子在下文中进一步在附图描述中论述。

第一电机1和第二电机2可以是作为用于车辆中的至少一个车轮的驱动马达（牵引马达）本来就存在的两个电机。但替代地，两个电机的中一个可以是不用作至少一个车轮的驱动马达的电机，即该电机因此为电能存储器的充电/放电的目的而附加地安装在车辆内（所谓的辅助电机，附加电机）。此类附加电机可因此有利地被优化以用于电能存储器的充电/放电的目的，例如在其持续工作功率方面或由其产生的谐波方面。

在图2中图示了处于运行中的电驱动车辆25，即车辆25通过来自电能存储器15的电能在道路上行驶；充电插头19从充电插座21分离，并且与充电电缆17一起位于车辆25上。

从电能存储器15以电流形式传来的电能通过电机控制器13到达第一电机1和第二电机2。该电流流动或能量流动通过箭头28示意。为此目的，将切换器9切换为使得电流可从电机控制器13流动到第一电机1。第一电机1和第二电机2都以马达运行作为用于至少一个车轮的驱动马达（牵引马达）工作。连接轴3通过接合的（闭合的）离合器5与车辆的驱动轴7连接；驱动轴7的旋转通过旋转箭头13示意性地图示。连接在驱动轴7上的至少一个被驱动的车轮在图2中未图示。

在图3中图示了其中将电能存储器15充电的充电运行。在此，借助于箭头示意了用于将电驱动车辆25的电能存储器充电的方法如何进行。

电能存储器15的充电在车辆静止时进行，例如当车辆在充电柱处停止在道路边缘上时。在电能存储器充电开始时通过离合器5将第一电机1的电机轴和第二电机2的电机轴与驱动轴7（并且与和驱动轴7连接的车辆的车轮）机械分离。车辆25的充电插头19与能量供给装置11的充电插座21连接。由此，电流从能量供给网络23通过能量供给装置11、充电插座21、充电插头19、充电电缆17和切换器9流动到第一电机1内；这通过箭头32指示。在实施例中，该电流是三相交流电流，所出现的充电功率例如为44kW。第一电机1以马达运行工作，即第一电机1将源自能量供给装置11的电能转化为具有电机的转子的旋转运动的形式的机械能。第一电机1的电机轴通过连接轴3与第二电机2的电机轴刚性连接，由此第二电机2以与第一电机1相同的转速旋转。这通过旋转箭头4指示。离合器5分离，即离合器5将电机1和2的旋转与车辆25的驱动轴7分离。驱动轴7静止并且不旋转，这通过删除的旋转箭头34示意。

第二电机2以发电机运行工作，即第二电机2将通过旋转的连接轴3传输的机械旋转能量转化为电能，所述电能通过连接导线26和电机控制器13传输到电能存储器15。这通过箭头36指示。通过具有电流形式的该电能将电能存储器15充电。第二电机2（牵引马达2）因此作为发电机工作。

电机控制器13在此控制电能存储器（蓄电池）15的充电。电机控制器13规定以何种电流将电能存储器15充电。充电电流在此例如取决于电能存储器15的类型和充电状态。对应于由电机控制器13设定的充电电流将作为发电机工作的第二电机2加载。所要求的机械能通过连接轴3从第一电机1提供，所述第一电机1又从能量供给网络23获取为提供此机械能所需的电能。只要电能存储器15被完全充电并且充电电流不再流向电能存储器15内，则作为发电机工作的第二电机2以空载运行，由此也使得作为马达工作的第一电机1以空载运行，并且仅仍获取相对低的空载电流。电能存储器的充电过程则结束。

在图4中图示了车辆25的放电运行或反馈运行，其中存储在电能存储器15中的电能被反馈到能量供给网络23内。在电能存储器放电开始时，通过离合器5将第一电机的电机轴和第二电机的电机轴与驱动轴7（并且与和驱动轴7连接的车辆的车轮）机械分离。离合器5因此分离（断开），由此使驱动轴7和车轮静止。此外，切换器9切换为使得电流从第一电机1通过充电电缆17、充电插头19、充电插座21和能量供给装置11可流入到能量供给网络23内。

电能以电流形式从电能存储器15通过电机控制器13和连接导线26流向第二电机2。这通过箭头37指示。该电流由电机控制器13控制。第二电机2以马达运行工作并且将源自电能存储器15的电能转化为旋转的电机转子的机械能。第二电机2（牵引马达2）因此作为马达工作。通过连接轴3的刚性联接，将第二电机2的旋转机械能传输到第一电机1，这通过旋转箭头4指示。第一电机1以发电机运行工作，第二电机2因此机械地驱动第一电机1。

作为发电机工作的第一电机1将旋转机械能转化为电能，所述电能以电流的形式通过切换器9、充电电缆17、充电插头19、充电插座21和能量供给装置11馈送到能量供给网络23内。这通过箭头38指示。

通过电动车辆25的电能存储器15的该受控的放电和能量到能量供给网络23内的反馈，可有时在高能量需求时通过电驱动车辆25支持能量供给网络23。电动汽车25被用作分布式能量存储器。

在图5中示例地图示了电驱动车辆（电动车辆），其中驱动轴7通过差速变速器（差速器）40与轮轴42连接。轮轴42驱动两个作为电动车辆的驱动轮的车轮44。该实施例作为单个的电驱动马达（所谓的中央马达）的替代具有两个按照第一电机1和第二电机2的形式的电机，其中第一电机的电功率为44kW并且第二电机的电功率大于44kW（例如为56kW）。在行驶运行中，两个电机1和2作为驱动马达（牵引马达）工作，使得其电功率相加并且车辆以100kW的电功率被驱动。在充电运行和放电运行（反馈运行）中，带有较低的电功率的电机决定了最大充电或反馈功率：在实施例中，即带有44kW功率的第一电机1。因此，电能存储器15能以最大44kW的功率充电或放电。

在图6中图示了电驱动车辆的实施例，所述实施例与至此所图示的实施例不同在于，第一电机61在行驶运行中用作用于车辆的后轮的驱动马达（牵引马达），而第二电机62用作用于车辆的前轮的驱动马达（牵引马达）。在此，第一电机61的电功率大于第二电机62的电功率，这通过第一电机61的矩形符号的大小示意性地图示。在该实施例中，附加地提供了离合器65，使用所述离合器65可中断第一电机61和第二电机62之间的刚性连接。在行驶运行中，离合器65分离（断开），因此第一电机61以马达运行而与也以马达运行工作的第二电机62独立地工作。此外提供了离合器67，所述离合器67可将第一电机61与后轮轴71的差速变速器（差速器）分离。后轮轴71驱动后车轮73。后轮轴71包括两个分别与差速变速器连接的部分轴。

在行驶运行中，离合器65分离（断开）并且离合器5和67接合（闭合）。而在充电运行和放电运行/反馈运行中，离合器65接合（闭合）而离合器5和67分离（断开）。

在图7中图示了电驱动车辆的另一个实施例，其中第一电机81在车辆的行驶运行中用作用于轮轴的右轮85的驱动马达（牵引马达），而第二电机82用作用于轮轴的左轮86的驱动马达（牵引马达）。类似于图6的实施例中的情况，在连接轴83上提供了三个离合器5、65和67，所述离合器在接合（闭合）状态中实现了机械力传输并且在分离（断开）状态中防止力传输。该设计可使用在车辆的前轮轴和/或后轮轴中。

使用两个机械刚性连接（联接）的电机作为旋转转换器以用于电能存储器的充电和放电的目的具有如下一系列优点：

●在车辆的电能存储器（电池）和布置在车辆外部的能量供给装置11和能量供给网络23之间存在电流分离。

●包括两个机械联接的电机的系统向外的行为如同常规的马达或发电机，使得仅出现低的不希望的网络影响。特别是不出现如例如由功率电子器件的部件所产生的特别是电压尖峰的不希望的干扰。这种干扰因此不被馈送到能量供给网络23内。

●电能存储器的充电或放电以高电功率实现，因为充电或放电可选择为直至两个所使用的电机的必要时功率更低的一个的持续工作功率。

●在根据本发明的车辆中不出现带有功率电子器件的部件的充电装置及其网络去噪滤波器的附加的重量、附加的所需的占位需求和成本。第一电机和第二电机通常作为驱动马达存在于车辆上。可能需要的用于中断第一电机和第二电机之间的通量（Kraftfluss）和/或电机和分别通过电机驱动的车轮之间的通量的离合器经常也由于安全性原因而已存在。

●车辆的传动系通常已定尺寸为使得通过传动系可传输在电能存储器充电或放电时所要求的功率。在以至少两个电驱动马达工作的车辆中，在充电或放电时经常使两个电机的仅一个处于马达运行中，使得所出现的机械载荷通常低于其中所有电机都能以马达运行工作的行驶运行中的机械载荷。

换言之，电动车辆经常在出厂时已设置为可机械上无问题地传输所需的充电功率。充电功率通常明显低于所提供的再生功率（Rekuperationsleistung）（在车辆从马达运行过渡到其中在制动时进行电能反馈的发电机运行时的制动功率）（例如50%，因为仅一个电机而非两个电机馈送机械功率）。由此可实现很高的充电和放电功率，例如44kW的交流功率。

Claims (18)

1.一种用于电驱动车辆（25）的电能存储器（15）的充电的方法，其中：

-所述车辆的第一电机（1）由布置在车辆外部的能量供给装置（11）供电，

-第一电机（1）以马达运行工作并且第一电机的电机轴与车辆的第二电机（2）的电机轴机械连接，由此通过第一电机（1）机械地驱动第二电机（2），

-由以发电机运行工作的第二电机（2）提供的电能被传输到所述电能存储器（15）并且借助于该电能将该电能存储器（15）充电。

2.一种用于电驱动车辆（25）的电能存储器（15）的放电的方法，其中：

-所述车辆的第二电机（2）由电能存储器（15）供电，

-第二电机（2）以马达运行工作并且第二电机的电机轴与车辆的第一电机（1）的电机轴机械连接，由此通过第二电机（2）机械地驱动第一电机（1），和

-由以发电机运行工作的第一电机（1）提供的电能被馈送到布置在车辆外部的能量供给网络（23）内。

3.一种用于布置在电驱动车辆（25）内的电能存储器（15）的充电和放电的方法，其中，在充电运行中执行根据权利要求1所述的方法步骤，并且在放电运行中执行根据权利要求2所述的方法步骤。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，使用用作至少一个车轮（73，44）的驱动马达的电机分别作为第一电机（61，81）和/或第二电机（62，82）。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述电能存储器（15）的充电开始和/或放电开始时，将第一电机（61）的电机轴和/或第二电机（62）的电机轴与至少一个各车轮（73，44）机械分离（67，5）。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，

-使用用作至少一个车轮的驱动马达的电机作为第一电机或第二电机（2），和

-使用不用作至少一个车轮的驱动马达的电机作为分别所属的第二电机或第一电机（1）。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，

-使用用作车辆的轮轴的一个车轮（85）的驱动马达（81）的电机作为第一电机（81），和

-使用用作该轮轴的对置的车轮（86）的驱动马达（82）的电机作为第二电机（82）。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，

-使用用作车辆的第一轮轴（71）的驱动马达的电机作为第一电机（61），和

-使用用作车辆的第二轮轴（42）的驱动马达的电机作为第二电机（62）。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，第一电机（1）和第二电机（2）具有相等大小的电功率。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，第一电机（61）和第二电机（62）具有不同大小的电功率。

11.一种电驱动车辆（25），带有：

-用于存储用于车辆驱动的电能的电能存储器（15），

-能够与布置在车辆外部的能量存储装置（11）电连接的第一电机（1），和

-能够与电能存储器（15）电连接的第二电机（2），

-其中，第一电机（1）的电机轴与车辆的第二电机（2）的电机轴机械连接（3）。

12.根据权利要求11所述的车辆，其特征在于，第一电机（61，81）和/或第二电机（62，82）是用作至少一个车轮（73，44）的驱动马达的电机。

13.根据权利要求11或12所述的车辆，其特征在于，

-用于第一电机（61）的电机轴与至少一个所属的车轮（73）的机械分离和再连接的离合器设备（67），和/或

-用于第二电机（62）的电机轴与至少一个所属的车轮（44）的机械分离和再连接的离合器设备（5）。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的车辆，其特征在于，

-第一电机或第二电机（2）是用作至少一个车轮的驱动马达的电机，和，

-另外的电机（1）是不用作至少一个车轮的驱动马达的电机。

15.根据权利要求11至14中任一项所述的车辆，其特征在于，

-第一电机（81）是用作车辆的轮轴的一个车轮（85）的驱动马达的电机，并且

-第二电机（82）是用作该轮轴的对置的车轮（86）的驱动马达的电机。

16.根据权利要求11至15中任一项所述的车辆，其特征在于，

-第一电机（61）是用作第一轮轴（71）的驱动马达的电机，并且

-第二电机（62）是用作第二轮轴（42）的驱动马达的电机。

17.根据权利要求11至16中任一项所述的车辆，其特征在于，第一电机（1）和第二电机（2）具有相等大小的电功率。

18.根据权利要求11至17中任一项所述的车辆，其特征在于，第一电机（61）和第二电机（62）具有不同大小的电功率。

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