CN103187752B - 串接式充电装置及其充电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种串接式充电装置及其充电方法。串接式充电装置包含：一电源输入端，接收一输入电力；一电源输出端，一端连接于电源输入端，另一端连接另一串接式充电装置，以提供一下级供电电力。一充电控制单元，连接电源输入端及输出端以及储存一输入电力上限值，以由输入电力分流取得一输出电力，充电控制单元根据输出电力产生一充电电力，并对一电池充电。一电源检知单元，连接在电源输入端与电源输出端之间，以量测输入电源的一供电功率。其中，当电源输出端连接另一个串接式充电装置时，优先对另一串接式充电装置的电池充电，且将剩余的电力分配给其它串接式充电装置。

Description

串接式充电装置及其充电方法
技术领域
本发明涉及一种串接式充电装置及其充电方法，特别是利用一电源控制单元并配合一电源检知单元来调控输入电力、输出电力以及下级供电电力，以达到完整利用所输入的电源来对电池充电的功效。
背景技术
随着科技发展，生活周遭的电子用品皆与电池息息相关，举凡手机、遥控器、手电筒等等，都和电池离不开关系，而由于世界各地开始响应环保，一般一次性使用的电池逐渐被充电电池所取代，这也使得充电器相关产品也日渐发展开来，且充电效率、可充电类型范围等参数，也成为现在充电器互相竞争的标的。
由于先前有针对需要可大量充电的充电器而发展出串接式类的扩充型充电器，就可以对多组充电电池进行充电，但是现在这类型的充电器都是一次针对单颗或是单组电池进行充电，待充饱后才换下一组或下一颗电池充电，而通常外部所输入的充电电源是大于充电电池所需的充电电力，这就造成了剩余电力无法利用而出现浪费的情况。
请参阅图1，其为现有技术中单一颗电池的充电状态曲线图。如图1所示，一电源供应配适器(Adapter)最大可供应4.35安培的电流，而由于充电电池的特性，使充电电流最高只能提升到2.5安培，所以一开始所剩下的1.85安培就无法被利用。也就是说，任何时候，电源供应配适器所供应的总电能不能被完全利用(也就是图中两线间的差值)，且充电的整个流程需历时3个小时又2分钟，如果是以传统的充电方式进行，则在串接6组的情况下，就需要18个小时又12分钟。
有鉴于此，本发明人思索并设计一种串接式充电装置及其充电方法，利用充电控制IC并结合电源检知组件，以改善上述无法有效完全利用总电能的情况，以达到提高充电效率的目的。
发明内容
有鉴于上述现有技术的问题，本发明的其中一目的就是在提供一种串接式充电装置及其充电方法，优先对最远程的充电器所连接的电池进行充电，然后再分配到其它电池等顺序，以达到快速充电和完整利用所输入的电源的目的。
根据本发明的一目的，提出一种串接式充电装置，其包含：一电源输入端、一电源输出端、一充电控制单元以及一电源检知单元。所述电源输入端接收一输入电力。所述电源输出端连接于所述电源输入端，所述电源输出端连接另一串接式充电装置，以提供一下级供电电力。所述充电控制单元连接在所述电源输入端及所述电源输出端之间，以由所述输入电力分流而取得一输出电力，所述充电控制单元根据所述输出电力产生一充电电力，并对一电池进行充电。以及所述电源检知单元，一端连接在所述电源输入端与所述电源输出端之间，另一端连接于所述充电控制单元，以量测所述输入电力的一供电功率。其中当所述电源输出端连接另一串接式充电装置时，降低该输出电力，并将所述输入电力完全转换成下级供电电力，以优先对另一串接式充电装置的电池充电，且当该串接式充电装置的供电功率未达上限值时，剩余的该输入电力立即分配至其它串接式充电装置，并对该串接式充电装置的电池进行充电。
其中，所述充电控制单元更包含一比对单元与一调节单元，所述调节单元根据所述比对单元，以控制所述充电控制单元产生充电电力。
其中，所述电源输入端的输入电力是由一电源供应器所提供，而其上限值相当于所述电源供应器的额定功率，且所述调节单元根据所述上限值来控制所述充电控制单元，使所述输入电力不超出所述上限值。
其中，所述比对单元根据所述电池的规格储存一充电电力上限值，所述调节单元根据所述充电电力上限值来控制所述充电控制单元，使所述充电电力不超出所述充电电力上限值。
其中，当所述比对单元判断所述上限值与所述供电功率的差值大于或等于所述充电电力上限值时，所述调节单元控制所述充电控制单元产生与所述充电电力上限值相同的充电电力。
其中，当所述比对单元判断所述上限值与所述供电功率的差值小于所述充电电力上限值但大于零值时，所述调节单元控制所述充电控制单元产生和所述上限值与所述供电功率的差值相同的充电电力。
其中，当所述比对单元判断所述上限值与所述供电功率的差值等于零值时，所述调节单元控制所述充电控制单元不产生充电电力。
根据本发明的一目的，提出一种串接式充电装置的充电方法，其包含下列步骤：利用一电源输入端接收一输入电力；利用一电源输出端连接另一串接式充电装置，以提供一下级供电电力；通过一电源检知单元量测所述输入电力的一供电功率；通过所述输入电力分流取得一输出电力，并利用一充电控制单元根据所述输出电力产生一充电电力，以对一电池进行充电；判断所述电源输出端是否连接另一串接式充电装置，若是，则降低该输出电力，并将所述输入电力完全转换成下级供电电力，以优先对另一串接式充电装置的电池充电；以及判断该串接式充电装置的供电功率是否未达上限值，若是，则剩余的所述输入电力立即分配至其它串接式充电装置，并对该串接式充电装置的电池进行充电。
其中，所述充电控制单元更包含一比对单元与一调节单元，所述调节单元根据所述比对单元，以控制所述充电控制单元产生充电电力。
其中，所述电源输入端的输入电力是由一电源供应器所提供，而其上限值相当于所述电源供应器的额定功率，且所述调节单元根据所述上限值来控制所述充电控制单元，使所述输入电力不超出所述上限值。
其中，所述比对单元根据所述电池的规格储存一充电电力上限值，所述调节单元根据所述充电电力上限值来控制所述充电控制单元，使所述充电电力不超出所述充电电力上限值。
其中，利用所述比对单元判断所述上限值与所述供电功率的差值和所述充电电力上限值的关系，并根据所述比对单元，以所述调节单元控制所述充电控制单元产生充电电力。
其中，当所述比对单元判断所述上限值与所述供电功率的差值大于或等于所述充电电力上限值时，所述调节单元控制所述充电控制单元产生与所述充电电力上限值相同的充电电力。
其中，当所述比对单元判断所述上限值与所述供电功率的差值小于所述充电电力上限值但大于零值时，所述调节单元控制所述充电控制单元产生和所述上限值与所述供电功率的差值相同的充电电力。
其中，当所述比对单元判断所述上限值与所述供电功率的差值等于所述零值时，所述调节单元控制所述充电控制单元不产生充电电力。
综上所述，根据本发明的串接式充电装置及其充电方法可提供一个或多个下列的优点：
(1)此串接式充电装置及其充电方法，利用电源控制单元并配合电源检知单元来调控输入电力、输出电力以及下级供电电力，使最远程的充电器优先对电池进行充电，而剩余的电力再分配到其它的充电器电池，使输入电力能够完整的被利用，而不会因为只针对某一充电装置充电使剩下可利用的电力造成浪费。
(2)此串接式充电装置及其充电方法，利用电源检知单元储存输入电力上限值以及充电电力上限值，保护电源供应器以及充电电池不会因为电力过载而损坏。
(3)此串接式充电装置及其充电方法，适用的充电电池类型不限于同一种，举凡不同类型(如锂电池、镍镉电池等)或是不同充电电流(如5号AA电池、7号AAA电池等)皆可使用此装置来达到高效率充电的效果。
附图说明
图1为现有技术中单一颗电池充电状态曲线图。
图2为本发明的串接式充电装置的第一实施例的方块框图。
图3为本发明的串接式充电装置的充电方法的第一实施例的流程图。
图4为本发明的串接式充电装置的第二实施例的方块框图。
图5为本发明的串接式充电装置的第二实施例的充电曲线图。
图6为本发明的串接式充电装置的第二实施例的电力加总对时间的积分图。
附图标号说明
1：串接式充电装置
11：电源输入端
12：电源输出端
13：充电控制单元
131：比对单元
132：调节单元
133：输入电力上限值
134：充电电力上限值
135：充电电力
14：电源检知单元
141：供电功率
142：输出电力
143：下级供电电力
15：电池
2：电源供应器
21：输入电力
3：串接式充电系统
4：电源供应适配器
5：第一串接式充电装置
6：第二串接式充电装置
7：第三串接式充电装置
8：第四串接式充电装置
9：第五串接式充电装置
10：第六串接式充电装置
具体实施方式
为便于审查员了解本发明的发明特征、内容与优点及其所能达到的功效，兹将本发明配合附图，并以实施例的表达形式详细说明如下，而其中所使用的图式，其主旨仅为示意及辅助说明书之用，未必为本发明实施后的真实比例与精准配置，故不应就所附附图的比例与配置关系解读、局限本发明在实际实施上的权利范围，于此预先说明。
本发明为串接式充电装置及其充电方法，主要是将输入电力完全利用以对各个充电装置进行充电，其可适用于各种不同规格的充电电池，但实际可运用的范围仍不仅以此所限制。
以下将参照相关附图，说明本发明的串接式充电装置及其充电方法的实施例，为便于理解，下述实施例中的相同组件以相同符号标示来说明。
请参阅图2，其为本发明的串接式充电装置的第一实施例的方块框图。如图2所示，一串接式充电装置1连接一电源供应器2。串接式充电装置1包含：一电源输入端11、一电源输出端12、一充电控制单元13以及一电源检知单元14。电源输入端11连接电源检知单元14，并接收电源供应器2所输入的一输入电力22。电源供应器2可以是线性式电源供应器、切换式电源供应器、谐振式电源供应器或是一般市电，其亦可为上一级的另一串接式充电装置。电源输出端12一端连接电源输入端11，而另一端连接下一级的另一串接式充电装置1，并提供一下级供电电力143给此另一串接式充电装置1。电源输入端11以及电源输出端12可以是一般家用导电铜线、通用序列总线(Universal Serial Bus，USB)或是序列型进阶技术连结(Serial AdvancedTechnology Attachment，SATA)。充电控制单元13连接在电源输入端11以及电源输出端12之间，并由所述输入电力222分流而取得一输出电力142。充电控制单元13更包含一比对单元131和一调节单元132，调节单元132根据比对单元131来控制充电控制单元产生的充电电力133。其中，比对单元131根据串接式充电装置1的一电池15的规格储存一充电电力上限值1311。电源检知单元14一端连接电源输入端11与电源输出端12，另一端连接于充电控制单元13，以量测该输入电力22的一供电功率141。电源检知单元14可以是电阻组件，可由其两端的电位差推知电流，进而算出其供电功率141。其中，串接式充电装置的电池15可以是铅酸电池(lead acid battery)、镍镉电池(nickel cadmium battery)、镍氢电池(nickel hydrogen battery)、二次锂电池(secondary lithium battery)、锂离子电池(lithium ion battery)和高分子锂电池(polymer lithium battery)。如前所述，充电控制单元13接收输入电力22的分流而取得一输出电力142，且根据供电功率141与一上限值21来调控输出电力142以产生一下级供电电力143以及相对于输出电力142的一充电电力133，并对电池15进行充电。其中，上限值133为电源供应器2的额定功率。其调控方式可依下述：
P_in＝P_chg+P_out
其中，P_in为输入电力22，其是P_chg输出电力142和P_out下级供电电力143的总和。
在本实施例中，充电控制单元13中的调节单元131会根据上限值21来控制充电控制单元13，预防输入电力22超过上限值21，以避免电源供应器2发生超载。在本实施例中，比对单元131也根据电池15的规格储存了充电电力上限值1331，以控制充电电力133不超出充电电力上限值1331，以保护电池15。值得注意的是，当串接式充电装置1的电源输出端12连接另一个串接式充电装置1时，充电控制单元13会降低输出电力142，并将输入电力22完全转换成下级供电电力143，以优先对另一个串接式充电装置1的电池15进行充电，也就是说，下级供电电力P_out为下一级装置的电力来源。而当另一个串接式充电装置1进行完全充电中且还有剩余的电力时，亦即在电源供应器2的输入电力22(也就是电源检知单元14量测的供电功率141)未达上限值21时，才会将剩余可供充电的电力分配给本串接式充电装置1以及其它串皆式充电装置1所使用，直到电源供应器2的供电功率141达到上限值21时，就不再有剩余的电力给其它的串接式充电装置1来进行充电。故综上所述，比对单元131会判断上限值21与供电功率141的差值来和充电电力上限值1311做比较，以此利用充电控制单元13来产生相对应的充电电力133来对电池15充电，故当比对单元131判断上限值21与供电功率141的差值大于或等于充电电力上限值1311时，亦即有足够的电力供串接式充电装置1的电池15充电，调节单元132控制充电控制单元13产生与充电电力上限值1311相同的充电电力133，并对电池15进行完全充电。当比对单元131判断上限值21与供电功率141的差值小于充电电力上限值1311但大于零时，亦即可对电池15充电的电力不到充电电力上限值，调节单元132控制充电控制单元13产生和上限值21与供电功率141的差值相同的充电电力133，并对电池15进行部分充电。而当比对单元131判断上限值21与供电功率141的差值等于零时，表示电源供应器2可供应的输入电力22已达上限值21，意即无多余的电力可供串接式充电装置1的电池15充电，为了避免电源供应器2发生超载，调节单元132控制所述充电控制单元13不产生任何的充电电力133。
尽管前述在说明本发明的串接式充电装置的过程中，亦已同时说明本发明的串接式充电装置的充电方法，但为求清楚起见，以下仍将根据另外绘示的流程图做详细说明。
请参阅图3，其为本发明的串接式充电装置的充电方法的第一实施例的流程图。其包含下列步骤：
首先，执行步骤S11，通过电源供应器提供输入电力，并传送至电源输入端。
接着，执行步骤S12，判断电源输出端是否连接另一个串接式充电装置。
若是，则执行步骤S13，降低输出电力，并将输入电力完全转换成下级供电电力，另一个串接式充电装置的充电控制单元接收下级供电电力分流而取得输出电力。
若否，则执行步骤S14，输入电力等于输出电力，且充电控制单元接收输出电力。
接着，执行步骤S15，利用比对单元判断上限值与供电功率的差值来和充电电力上限值做比较。
若上限值与供电功率的差值大于或等于充电电力上限值，则执行步骤S16，通过调节单元控制充电控制单元产生与充电电力上限值相同的充电电力，并进行完全充电。
若上限值与供电功率的差值小于充电电力上限值但大于零，则执行步骤S17，通过调节单元控制充电控制单元产生和上限值与供电功率的差值相同的充电电力，并进行部分充电。
若上限值与供电功率的差值等于零，则执行步骤S18，通过调节单元控制所述充电控制单元不产生任何的充电电力。
请一并参阅图4、图5以及图6。图4为串接式充电装置的第二实施例的方块框图。如图4所示，一串接式充电系统3连接一电源供应配适器(Adapter)4。串接式充电系统3由多个串接式充电装置1所组成，其包含：一第一串接式充电装置5、一第二串接式充电装置6、一第三串接式充电装置7、一第四串接式充电装置8、一第五串接式充电装置9、一第六串接式充电装置10。第一串接式充电装置5包含：一电源输入端11、一电源输出端12、一充电控制单元13、一电源感知单元14以及一电池15。其中，充电控制单元13包含一比对单元131和一调节单元132。电源供应配适器4具有一上限值21，在本实施例中，上限值21为4.35安培，用以避免串接式充电系统3过载。比对单元另根据电池15储存一充电电力上限值1311，在本实施例中，充电电力上限值1311为2.5安培，用以避免充电电力133超过充电电力上限值1311而造成电池的损坏。在本实施例中，第一串接式充电装置5到第六串接式充电装置10皆为相同的串接式充电装置1，各个充电装置之间是以USB所连接，以传输电力，且各个充电装置皆内装同一充电规格2.5安培的电池。由于第一串接式充电装置5到第六串接式充电装置10皆为相同的串接式充电装置1，而串接式充电装置1的相关连接关系已于前述详细说明，于此不再赘述。串接式充电系统3接收电源供应配适器4的一输入电力22，且输入电力22为4.35安培。输入电力22经由USB传输线传送至第一串接式充电装置5。由于第一串接式充电装置5的电源输出端12连接第二串接式充电装置6，故第一串接式充电装置5降低输出电力142，并将输入电力22完全转换成下级供电电力143，以经由USB传输线传送至第二串接式充电装置6。同理，第二串接式充电装置6将输入电力22完全转换成下级供电电力143，并传送至第三串接式充电装置7，直到第六串接式充电装置10因后面已无任何充电装置连接，故对第六串接式充电装置10而言：
P_chg＝P_lit
其中，P_chg为第六串接式充电装置10的输入电力142。也就是说，对第六串接式充电装置10而言，输入电力22等于输出电力142，并对第六串接式充电装置10的电池15全力充电。
由上述可知，在第六串接式充电装置10中，比对单元131判断到上限值21为4.35安培与供电功率141为0安培的差值等于4.35安培，故调节单元132控制充电控制单元13产生2.5安培的充电电力133，并对电池15进行完全充电。换句话说，电源供应配适器4的输入电力22的电流4.35安培扣除第六串接式充电装置10的充电电力133的电流2.5安培后，还剩余1.85安培的电流可供其它装置使用。更进一步地说，输入电力22还有1.85安培可供第五串接式充电装置9来进行充电。在第五串接式充电装置9中，由于电源供应配适器2已先对第六串接式充电装置10的电池15充电，故第五串接式充电装置9的电源检知单元14已检测到供电功率为2.5安培(第六串接式充电装置10已先用了2.5安培)，所以第五串接式充电装置9的比对单元131判断到上限值21为4.35安培与供电功率141为2.5安培的差值等于1.85安培，故调节单元132控制充电控制单元13产生1.85安培的充电电力133，并对电池15进行部分充电。当第六串接式充电装置10的电池15逐渐充饱时，表示第六串接式充电装置10的输入电源22(即第五串接式充电装置的下级供电电力143)逐渐降低且最后会为零，此时，第五串接式充电装置9可全力充电，而剩余的电力可供第四串接式充电装置8进行充电。依此类堆，直到所有的充电装置皆完成充电为止。
图5为串接式充电装置的第二实施例的充电曲线图。如图5所示，一开始第六串接式充电装置10会全力充电，且用掉全部供应电力4.35安培中的2.5安培，剩下的1.85安培给第五串接式充电装置9来进行充电。当一个小时过后，第六串接式充电装置10逐渐充饱，第五串接式充电装置9也逐渐开始全力充电，并将剩余的电力给第四串接式充电装置8，依此类推，直到最后第一串接式充电装置5充饱为止，在这过程中不会有多余电力遗漏而造成浪费。换句话说，第六串接式充电装置10的电池充饱所需时间为3个小时2分钟，如果照传统的方式进行充电的话，则总需时为18个小时12分钟，而由于充电过程中将剩余电力分配给其它的装置，故总需时缩短为7个小时17分钟又30秒，节省了约60％的充电时间。
图6为串接式充电装置的第二实施例的电力加总对时间的积分图。由图6可知，单位时间中的总充电电流皆为4.35安培，即正在充电的充电装置的充电电流总合等于电源供应接头4可提供的总充电电流，直到第一串接式充电装置5也逐渐充饱时，总充电电流才开始下降，并在第一串接式充电装置5充饱时，总充电电流才降至零。
以上所述仅为示例性，而非为限制性。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变换，均应包含在本发明的保护范围中。

Claims (15)

1.一种串接式充电装置，其特征在于，包含：
一电源输入端，接收一输入电力；
一电源输出端，连接于所述电源输入端，所述电源输出端连接另一串接式充电装置，以提供一下级供电电力；
一充电控制单元，连接在所述电源输入端及所述电源输出端之间，以由所述输入电力分流而取得一输出电力，所述充电控制单元根据所述输出电力产生一充电电力，并对一电池进行充电；以及
一电源检知单元，一端连接在所述电源输入端与所述电源输出端之间，另一端连接于所述充电控制单元，以量测所述输入电力的一供电功率；
其中当所述电源输出端连接另一串接式充电装置时，降低所述输出电力，并将所述输入电力完全转换成下级供电电力，以优先对另一串接式充电装置的电池充电，且当该串接式充电装置的供电功率未达一上限值时，剩余的输入电力立即分配至其它串接式充电装置，并对该串接式充电装置的电池进行充电。
2.如权利要求1所述的串接式充电装置，其特征在于，所述充电控制单元更包含一比对单元与一调节单元，所述调节单元根据所述比对单元，以控制所述充电控制单元产生充电电力。
3.如权利要求2所述的串接式充电装置，其特征在于，所述电源输入端的输入电力是由一电源供应器所提供，而其上限值相当于所述电源供应器的额定功率，且所述调节单元根据所述上限值来控制所述充电控制单元，使所述输入电力不超出所述上限值。
4.如权利要求3所述的串接式充电装置，其特征在于，所述比对单元根据所述电池的规格储存一充电电力上限值，所述调节单元根据所述充电电力上限值来控制所述充电控制单元，使所述充电电力不超出所述充电电力上限值。
5.如权利要求4所述的串接式充电装置，其特征在于，当所述比对单元判断所述上限值与所述供电功率的差值大于或等于所述充电电力上限值时，所述调节单元控制所述充电控制单元产生与所述充电电力上限值相同的充电电力。
6.如权利要求4所述的串接式充电装置，其特征在于，当所述比对单元判断所述上限值与所述供电功率的差值小于所述充电电力上限值但大于零值时，所述调节单元控制所述充电控制单元产生和所述上限值与所述供电功率的差值相同的充电电力。
7.如权利要求4所述的串接式充电装置，其特征在于，当所述比对单元判断所述上限值与所述供电功率的差值等于零值时，所述调节单元控制所述充电控制单元不产生充电电力。
8.一种串接式充电装置的充电方法，其特征在于，包含下列步骤：
利用一电源输入端接收一输入电力；
利用一电源输出端连接另一串接式充电装置，以提供一下级供电电力；
通过一电源检知单元量测所述输入电力的一供电功率；
通过所述输入电力分流取得一输出电力，并利用一充电控制单元根据所述输出电力产生一充电电力，以对一电池进行充电；
判断所述电源输出端是否连接另一串接式充电装置，若是，则降低该输出电力，并将所述输入电力完全转换成下级供电电力，以优先对另一串接式充电装置的电池充电；以及
判断所述串接式充电装置的供电功率是否未达上限值，若是，则剩余的输入电力立即分配至其它串接式充电装置，并对该串接式充电装置的电池进行充电。
9.如权利要求8所述的串接式充电装置的充电方法，其特征在于，所述充电控制单元更包含一比对单元与一调节单元，所述调节单元根据所述比对单元，以控制所述充电控制单元产生的充电电力。
10.如权利要求9所述的串接式充电装置的充电方法，其特征在于，所述电源输入端的输入电力是由一电源供应器所提供，而其上限值相当于所述电源供应器的额定功率，且所述调节单元根据所述上限值来控制所述充电控制单元，使所述输入电力不超出所述上限值。
11.如权利要求10所述的串接式充电装置的充电方法，其特征在于，所述比对单元根据所述电池的规格储存一充电电力上限值，所述调节单元根据所述充电电力上限值来控制所述充电控制单元，使所述充电电力不超出所述充电电力上限值。
12.如权利要求11所述的串接式充电装置的充电方法，其特征在于，更包含下列步骤：
利用所述比对单元判断所述上限值与所述供电功率的差值和所述充电电力上限值的关系；以及
根据所述比对单元，以所述调节单元控制所述充电控制单元产生充电电力。
13.如权利要求12所述的串接式充电装置的充电方法，其特征在于，更包含下列步骤：
当所述比对单元判断所述上限值与所述供电功率的差值大于或等于所述充电电力上限值时，所述调节单元控制所述充电控制单元产生与所述充电电力上限值相同的充电电力。
14.如权利要求12所述的串接式充电装置的充电方法，其特征在于，更包含下列步骤：
当所述比对单元判断所述上限值与所述供电功率的差值小于所述充电电力上限值但大于零值时，所述调节单元控制所述充电控制单元产生和所述上限值与所述供电功率的差值相同的充电电力。
15.如权利要求12所述的串接式充电装置的充电方法，其特征在于，更包含下列步骤：
当所述比对单元判断所述上限值与所述供电功率的差值等于零值时，所述调节单元控制所述充电控制单元不产生充电电力。
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