CN103392298B - 电力线通信系统 - Google Patents
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Abstract
提供了一种电力线通信系统,其中同时存在具有不同结构的电力线通信装置。充电站(5)通过使用信号叠加/分离单元来执行电力线通信,通过将电容器(56)、耦合变压器(55)以及电容器(57)连接至从两条AC线(51、52)分支出来的分支线(51a、52a)来构造该信号叠加/分离单元。电动车(1)通过使用如下的信号叠加/分离单元来执行电力线通信,通过在两条AC线(11、12)中的一条(11)上形成耦合变压器(15)并且再将电容器(16)连接在两条AC线(11、12)之间来构造该信号叠加/分离单元。当充电电缆被用于连接充电座(5)和电动车(1)时,形成AC线(51)、分支线(51a)、电容器(56)、耦合变压器(55)的初级线圈(55a)、电容器(57)、分支线(52a)、AC线(52)、AC线(72)、AC线(12)、电容器(16)、耦合变压器(15)的初级线圈(15a)、AC线(11)和AC线(71)的闭环电路,由此容许执行电力线通信。
Description
技术领域
本发明涉及电力线通信系统,其中两个装置通过电力线相互执行电力线通信,并且涉及适用于以下情况的电力线通信系统:例如,诸如电动车或插电式混合动力车之类的可以通过外部供电给电池充电的车辆与外部供电装置通过充电电缆相互执行电力线通信。
背景技术
近年来,开始盛行包括诸如电机和电池之类的装置并且通过使用电池中累积的电力来驱动电机从而行驶的电动车和混合动力车。电动车需要通过外部的供电装置来给它们的电池充电,即使在混合动力车的情况下,也存在通过外部的供电装置对电池充电的插电式混合动力车。在从外部给电池充电的车辆中,与外部供电装置连接的充电电缆的插头与设在车辆中的充电端口的连接器装置耦接,电力经由充电电缆从供电装置供给到车辆的电池,由此给电池充电。
另一方面,在通过供电装置给车辆的电池充电的情况下,需要这样的通信功能:允许在车辆与供电装置之间发送和接收用于控制充电的信息和用于管理充电量、计费等的信息。对于车辆和供电装置之间的通信,可以考虑使用经由充电电缆的电力线通信。
专利文献1提出了一种电力线载波装置,其被配置为使得以太网的一帧长度的数据被转换为比该帧长度更短的固定包,以使用每个数据包作为单元来将数据转换为电力线载波信号,由此使用电力线来执行通信,并且当出现通信错误时,再次发送数据包。因此,该电力线载波装置具有提高了的吞吐量。
传统的电力线通信装置通常采用这样的构造:两条电力线均被分支为具有分支线,并且将信号叠加在电力线上以及从电力线上分离信号的电磁感应式信号转换器(诸如耦合变压器之类的电路元件)与各分支线连接(即,耦合变压器等连接至两条电力线并连接在两条电力线之间)。专利文献1中描述的电力线载波装置具有与上述类似的构造。
引用列表
[专利文献]
[PTL1]日本特许专利公开No.2002-261663
发明内容
本发明要解决的问题
但是,在上述传统电力线通信装置的构造中,需要对两条电力线进行分支。因此,需要用于布置两条电力线的分支部分和被分支出来的两条分支线的空间。由于诸如电动车之类的车辆中安装了大量的电子设备,因此车辆中用于布置设备的空间有限。因此,当在车辆中安装具有传统构造的电力线通信装置时,不容易确保用于布置电力线的分支部分和分支线的空间,由此期望小型化车载电力线通信装置并且为其节省空间。
另一方面,对于安装在车辆外部的诸如充电站内或私人停车位附近之类的供电装置,布置设备的空间不像车辆内的情况那样受限。因此,存在这样的情况:与优先考虑小型化电力通信装置或为电力线通信装置节省空间相比,更优选采用具有带有经验证的性能的传统构造的电力线通信装置。此外,在要被各种类型的车辆使用的充电站中,可以优选采用被广泛采用的具有传统构造的电力线通信装置。
因此,本发明的一个目的是提供一种电力线通信系统,其容许在具有带有已验证的性能的传统构造的电力线通信装置和具有用于实现小型化和空间节省的其它构造的电力线通信装置同时存在时执行电力线通信。
技术方案
根据本发明的电力线通信系统是这样一种电力线通信系统:其中利用两条电力线相互连接的第一装置和第二装置通过所述电力线执行通信,第一装置包括:信号叠加/分离部分,其与分别从两条电力线分支出来的两条分支线连接,并且将信号叠加在所述电力线上以及分离叠加在所述电力线上的信号;以及电力线通信部分,其通过所述信号叠加/分离部分来执行电力线通信,以及第二装置包括:信号叠加/分离部分,其插入所述电力线中的一条电力线中,并且将信号叠加在该电力线上以及分离叠加在该电力线上的信号;以及电力线通信部分,其通过所述信号叠加/分离部分来执行电力线通信。
此外,在根据本发明的电力线通信系统中,第一装置的信号叠加/分离部分包括:两个电容器,其分别与所述两条分支线连接;以及电磁感应式信号转换器,其初级线圈与所述两个电容器连接,其次级线圈与所述电力线通信部分连接,以及第二装置的信号叠加/分离部分包括:电磁感应式信号转换器,其初级线圈插入所述电力线中的一条电力线中,其次级线圈与所述电力线通信部分连接;以及连接至所述两条电力线并连接在所述两条电力线之间的电容器。
此外,在根据本发明的电力线通信系统中,第一装置的信号转换器的次级线圈的匝数与其初级线圈的匝数之比n1、第一装置的电力线通信部分的输入电阻值R1、第二装置的信号转换器的次级线圈的匝数与其初级线圈的匝数之比n2、以及第二装置的电力线通信部分的输入电阻值R2满足条件R1/(n1)2=R2/(n2)2。
此外,根据本发明的电力线通信系统是这样一种电力线通信系统:其中,在通过包括两条电力线的充电电缆使供电装置和车辆相互连接的情况下,设在供电装置中的第一装置和安装在车辆内的第二装置通过电力线来相互执行通信,第一装置包括:信号叠加/分离部分,其与分别从两条电力线分支出来的两条分支线连接,并且将信号叠加在电力线上以及分离叠加在电力线上的信号;以及电力线通信部分,其通过信号叠加/分离部分来执行电力线通信,以及所述第二装置包括:信号叠加/分离部分,其插入所述电力线中的一条电力线中,并且将信号叠加在该电力线上以及分离叠加在该电力线上的信号;以及电力线通信部分,其通过信号叠加/分离部分来执行电力线通信。
本发明被构造为使得利用两条电力线相互连接的第一装置和第二装置执行电力线通信。第一装置采用传统电力线通信装置的构造,而第二装置采用与其不同的构造。也就是说,在第一装置中,具有电磁感应式信号转换器(例如,耦合变压器)的信号叠加/分离部分与从两条电力线分支出来的两条分支线连接。通过使用该信号叠加/分离部分,第一装置执行诸如将信号叠加在电力线上和分离叠加在电力线上的信号之类的信号处理。对比而言,在第二装置中,具有耦合变压器等的信号叠加/分离部分被插入一条电力线中。通过使用该信号叠加/分离部分,第二装置执行诸如将信号在叠加该电力线上和分离叠加在该电力线上的信号之类的信号处理。
由于第二装置具有与第一装置的构造不同的上述构造,因此第二装置可以执行电力线通信。由于在第二装置中不需要对电力线进行分支,因此不需要用于布置分支部分和已从电力线中分支出来的分支线的空间。因此,与具有传统构造的电力线通信装置相比,第二装置可以实现小型化和空间节省。
此外,根据本发明,在第一装置中,各电容器与分别从两条电力线分支出来的两条分支线连接,并且耦合变压器的初级线圈与两个电容器连接(即,分支线、电容器、初级线圈、电容器、以及分支线以这样的顺序串联连接),以形成信号叠加/分离部分,并且耦合变压器的次级线圈与电力线通信部分连接。此外,在第二装置中,耦合变压器的初级线圈插入一条电力线中,并且电力线通信部分与耦合变压器的次级线圈连接,并且有电容器连接至两条电力线并连接在两条电力线之间,以形成信号叠加/分离部分。
在上述构造中,形成闭环电路,例如:一条电力线、一条分支线、第一装置的电容器、第一装置的初级线圈、第一装置的电容器、另一条分支线、另一条电力线、第二装置的初级线圈、第二装置的电容器、一条电力线等,由此可以通过电力线来执行电力线通信。
此外,根据本发明,在将第一装置的耦合变压器的次级线圈的匝数与其初级线圈的匝数之比定义为n1、第一装置的电力线通信部分的输入电阻值定义为R1、第二装置的耦合变压器的次级线圈的匝数与其初级线圈的匝数之比定义为n2、以及第二装置的电力线通信部分的输入电阻值定义为R2的情况下,设置第一装置和第二装置的电路元件的常数以满足条件
R1/(n1)2=R2/(n2)2。
因此,第一装置和第二装置可以以基本相同的通信频带执行电力线通信,由此可以防止由于意想不到的噪声等的干扰而导致通信被阻塞。
此外,根据本发明,在供电装置和车辆通过充电电缆相互连接并且供电装置通过充电电缆向车辆供给电力的系统构造中,供给装置和车辆利用设在供给装置中的第一装置和设在车辆中的第二装置来相互执行电力线通信。对于第二装置,电力线不需要被分支,因此,可以实现小型化和空间节省。因此,第二装置适用于安装在用于布置设备的空间有限的车辆中。
附图说明
图1是示出了根据本发明的电力线通信系统的构造的电路图。
图2是用于解释确定电力线通信系统中包括的电路元件的常数的方法的示意图。
图3是用于解释确定电力线通信系统中包括的电路元件的常数的方法的示意图。
具体实施方式
在下文中,将参照说明实施例的附图来具体地描述本发明。图1是示出了根据本发明的电力线通信系统的构造的电路图。在本实施例中,将给出这样的构造的示例的描述:其中,当为了给电动车1的电池(未示出)充电而通过充电电缆将充电站(供电装置)5与电动车(车辆)1连接时,通过使用充电电缆的电力线通信,在充电站5和电动车1之间发送和接收诸如充电控制、用户认证、或者计费管理之类的信息。
连接电动车1和充电站5的充电电缆包括:两条施加有AC电压的电力线(在下文中,简称为AC线)71和72;以及与地电位连接的接地线(未示出)。在本实施例中,使用两条AC线71和72以及一条接地线的三线AC电压从充电站5供给到电动车1。
充电站5包括:两条内部电源线(在下文中简称为AC线)51和52,其中AC电压从电源施加到AC线51和52上;以及接地线(未示出),AC线51和52以及接地线分别与充电电缆的AC线71和72以及接地线连接。AC线51和52与充电站5的电源61连接并且将电源61输出的AC电力导入充电电缆。
分支线51a和52a在电源61和充电电缆所连接的端子等之间分别与AC线51和52连接,由此分别对AC线51和52进行了分支。在电容器56和57一侧的各端子分别与分支线51a和52a连接。耦合变压器(电磁感应式信号转换器)55的初级线圈55a与电容器56和57的另一侧的各端子连接。也就是,分支线55a、电容器56、耦合变压器55的初级线圈55a、电容器57、以及分支线52a以这样的顺序在两条AC线51和52之间串联连接。耦合变压器55的次级线圈55b与电力线通信电路(在下文中称为PLC(电力线通信)电路)62连接。
也就是说,安装在充电站5中的电力线通信装置包括:信号叠加/分离部分,其由电容器56和57以及耦合变压器55组成;以及PLC电路62,其与耦合变压器55的次级线圈55b连接。PLC电路62可以通过利用信号叠加/分离部分分离叠加在AC线51和52上的信号来执行接收处理,并且可以通过利用信号叠加/分离部分将信号叠加在AC线51和52上来执行发送处理。
电动车1包括两条内部电源线(在下文中简称为AC线)11和12,AC线11和12分别与充电电缆的AC线71和72连接并且将来自充电站5和充电电缆的电力导入电动车1中的充电器21。此外,在电动车中,电容器16连接至两条AC线11和12并连接在两条AC线11和12之间,在一条AC线11中,耦合变压器(电磁感应式信号转换器)15的初级线圈15a夹置在充电电缆的连接点和电容器16的连接点之间。耦合变压器15的次级线圈15b与电动车1中的PLC电路22连接。尽管AC线11和12之间的电容器16形成滤波电路,但在将类似的电容器安装在充电器21中的情况下,该电容器可以被共同使用。
也就是说,安装在电动车1中的电力线通信装置包括:信号叠加/分离部分,其由耦合变压器15和电容器16组成;以及PLC电路22,其与耦合变压器15的次级线圈15b连接。PLC电路22可以通过利用信号叠加/分离部分分离叠加在AC线11和12上的信号来执行接收处理,并且可以通过利用信号叠加/分离部分将信号叠加在AC线11和12上来执行发送处理。
通过利用充电电缆将充电站5和电动车1相互连接,形成了两条供电路径:一条通电路径中连接有充电站5的AC线51、充电电缆的AC线71、以及电动车1的AC线11,电动车1的AC线11的中间插入了耦合变压器15的初级线圈15a;一条通电路径中连接有充电站5的AC线52、充电电缆的AC线72、以及电动车1的AC线12。在利用充电电缆将充电站5与电动车1相互连接的状态下,上述两条供电路径、以及连接至电动车1的AC线11和12并连接在AC线11和12之间的电容器16、在充电站5的AC线51和52之间连接的电容器56和57以及耦合变压器55的初级线圈55a形成了闭环电流回路。因此,可以利用布置在该环路中的耦合变压器15和55将信号叠加在AC线11和12以及AC线51和52上以及提取叠加在AC线11和12以及AC线51和52上的信号,由此可以在充电站5和电动车1之间执行电力线通信。
图2和图3均是用于解释确定电力线通信系统中包括的电路元件的常数的方法的示意图。图2示出了在将电动车1假设为电力线通信中的接收侧的情况下的电路构造及其等效电路。图3示出了在将充电站5假设为电力线通信中的接收侧的情况下的电路构造及其等效电路。在图2和图3中,电动车1的电容器16的电容定义为C1,耦合变压器15的初级线圈15a的匝数和次级线圈15b的匝数之比定义为初级线圈:次级线圈=1:n1,以及PLC电路22的输入电阻的电阻值定义为R1,充电站5的电容器56和57中的每一个的电容定义为C2,耦合变压器55的初级线圈55a的匝数和次级线圈55b的匝数之比定义为初级线圈:次级线圈=1:n2,以及PLC电路62的输入电阻的电阻值定义为R2。发送侧电路的输出电阻的电阻值与接收侧电路的输入电阻的电阻值相比足够小,因此在图2和图3中不予考虑。
在将电动车1假设为接收侧的情况下,当充电站5侧的发送侧电路被定义为信号源时,得到图2的上部所示的关于接收的电路,也就是说,得到了一个闭环电路,其中相对于信号源,电容器56、电容器16、耦合变压器15、以及电容器57以这样的顺序连接。若将该电路转换为仅由电阻和电容器组成的其等效电路,则得到图2的下部所示的电路。在该等效电路中,电阻的电阻值R满足R=(R1/(n1)2),并且电容器的电容C满足C=C1C2/(2C1+C2)。
此外,在将充电站5假设为接收侧的情况下,当电动车1侧上的发送侧电路被定义为信号源时,得到图3的上部所示的关于接收的电路,也就是说,得到了一个闭环电路,其中相对于信号源,电容器16、电容器56、耦合变压器55、以及电容器57以这样的顺序连接。若将该电路转换为仅由电阻和电容器组成的其等效电路,则得到图3的下部所示的电路。在该等效电路中,电阻的电阻值R满足R=(R2/(n2)2),并且电容器的电容C满足C=C1C2/(2C1+C2)。
这里,为了容许电动车1和充电站5以相同的频带相互发送和接收信号,由于在图2的下部和图3的下部示出的等效电路中的各电容值彼此相等,因此各电阻值R需要彼此相等。也就是说,需要满足以下(表达式1)。
(R1/(n1)2)=(R2/(n2)2)···(表达式1)
当不满足该条件表达式时,电动车1和充电站5各自中的接收频带彼此偏离。这可能导致接收到本应该阻断的噪声,或者阻断了本应该接收的信号。
在具有上述构造的电力线通信系统中,充电站5的PLC电路62通过使用信号叠加/分离部分来执行电力线通信,在该信号叠加/分离部分中,电容器56、耦合变压器55、以及电容器57连接至从AC线51和52分支出来的分支线51a和52a,以及电动车1的PLC电路22通过使用信号叠加/分离部分来执行电力线通信,在该信号叠加/分离部分中,耦合变压器15插入一条AC线11中,并且电容器16连接至两条AC线11和12并连接在两条AC线11和12之间。因此,具有彼此不同的构造的电力线通信装置可以被分别安装在充电站5和电动车1中。在该构造中,在利用充电电缆将充电站5和电动车1相互连接的情况下,形成由如下组件组成的闭环回路:AC线51、分支线51a、电容器56、耦合变压器55的初级线圈55a、电容器57、分支线52a、AC线52、AC线72、AC线12、电容器16、耦合变压器15的初级线圈15a、AC线11、以及AC线71。因此,可以在充电站5和电动车1之间执行电力线通信。
在上述安装在电动车1中的电力线通信装置中,不需要对AC线11和12进行分支。因此,不需要在电动车1中确保用于布置AC线11和12的分支部分和分支线的空间。因此,与充电站5的电力线通信装置相比,电动车1的电力线通信装置可以实现小型化和空间节省。
此外,通过基于上述(表达式1)来设置PLC电路22和62的输入电阻值R1和R2以及耦合变压器15和55的匝数比n1和n2,具有彼此不同构造的各电力线通信装置可以以基本相同的通信频带执行电力线通信。因此,可以防止诸如接收本应该阻断的噪声或者阻断了本应该接收的信号等问题的发生。
在本实施例中,充电站5具有这样的电力线通信装置:耦合变压器55以及电容器56和57与从AC线51和52分支出来的分支线51a和52a连接,电动车1具有这样的电力线通信装置:耦合变压器15插入一条AC线11中并且电容器16连接至AC线11和12并连接在AC线11和12之间。但是,本发明并不限制于此。可以颠倒上述构造。也就是说,电动车1可以具有这样的电力线通信装置:耦合变压器和多个电容器与从AC线11和12分支出来的各分支线连接,而充电站可以具有这样的电力线通信装置:耦合变压器插入一条AC线51并且将一个电容器连接至AC线51和52并连接在AC线51和52之间。
尽管已将电动车1描述为具有电力线通信功能的车辆的示例,但本发明不限制于此。这样的车辆可以是具有从外部给电池充电的功能的其它车辆,例如,插电式混合动力车。此外,尽管已将充电站5描述为具有电力线通信功能的供电装置的示例,但本发明不限制于此。这样的供电装置可以是具有通过充电电缆给车辆供电的功能的其它装置。例如,在用户将充电电缆插入用户的住宅中的插座中并给车辆充电的情况下,电力线通信装置可以设在住宅的配电盘等上。此外,可以将执行电力线通信的电路安装在充电电缆中。
此外,对于根据本发明的电力线通信系统的构造,其应用不限于当给电动车1等充电时所执行的电力线通信。可以将根据本发明的电力线通信系统的构造应用于其他各种执行电力线通信的通信系统(例如,个人计算机、便携式电子设备、AV设备等在家或办公室中执行电力线通信的系统)。
如上所述,根据本实施例的电力线通信系统,第一装置和第二装置通过使用各自的信号叠加/分离部分来执行诸如将信号叠加在电力线上以及分离叠加在电力线上的信号之类的信号处理,在第一装置中,具有诸如耦合变压器之类的电磁感应式信号转换器的信号叠加/分离部分与从两条电力线分支出来的两条分支线连接,在第二装置中,具有耦合变压器等的信号叠加/分离部分串联插入一条电力线中。由此,具有彼此不同构造的两个装置可以通过电力线来相互执行电力线通信。因此,例如,在将电力线通信功能设在安装空间有限的车辆等中的情况下,可以采用有助于小型化和空间节省的第二装置。可替代地,例如,在诸如在供电装置中有足够的安装空间并且通用性和经验证的性能优先的情况下,可以采用传统类型的第一装置。也就是说,由于具有彼此不同构造的电力线通信装置可以相互执行电力线通信,因此可以为具有电力线通信功能的设备选择最优的构造。
参考符号的描述
1:电动车(第二装置、供电装置)
5:充电站(第一装置,车辆)
11、12:AC线(电力线)
15:耦合变压器(信号叠加/分离部分、信号转换器)
15a:初级线圈
15b:次级线圈
16:电容器(信号叠加/分离部分)
21:充电器
22:PLC电路(电力线通信部分)
51、52:AC线(电力线)
51a、52a:分支线
55:耦合变压器(信号叠加/分离部分、信号转换器)
55a:初级线圈
55b:次级线圈
56、57:电容器(信号叠加/分离部分)
61:电源
62:PLC电路(电力线通信部分)
71、72:AC线(电力线)
Claims (2)
1.一种电力线通信系统,其中利用两条电力线相互连接的第一装置和第二装置通过所述电力线执行通信,
所述第一装置包括:
信号叠加/分离部分,其将通信信号叠加在所述电力线上以及分离叠加在所述电力线上的通信信号;以及
电力线通信部分,其通过所述信号叠加/分离部分来执行电力线通信,以及
所述第二装置包括:
信号叠加/分离部分,其将通信信号叠加在所述电力线上以及分离叠加在所述电力线上的通信信号;以及
电力线通信部分,其通过所述信号叠加/分离部分来执行电力线通信,其中
所述第一装置的信号叠加/分离部分包括:
两个电容器,其分别与分别从所述两条电力线分支出来的两条分支线连接;以及
电磁感应式信号转换器,其初级线圈与所述两个电容器连接,其次级线圈与所述电力线通信部分连接,以及
所述第二装置的信号叠加/分离部分包括:
电磁感应式信号转换器,其初级线圈插入所述电力线中的一条电力线中,其次级线圈与所述电力线通信部分连接;以及
连接至所述两条电力线并连接在所述两条电力线间的电容器,其中,
所述第一装置的信号转换器的次级线圈的匝数与其初级线圈的匝数之比n1、所述第一装置的电力线通信部分的输入电阻值R1、所述第二装置的信号转换器的次级线圈的匝数与其初级线圈的匝数之比n2、以及所述第二装置的电力线通信部分的输入电阻值R2满足条件
R1/(n1)2=R2/(n2)2,
所述第一装置和所述第二装置的电路元件的常数被设置为满足该条件,其中,
形成包括所述第一装置的初级线圈和所述第二装置的初级线圈的闭环电路,以及其中,
所述第一装置和所述第二装置以相同的通信频带执行电力线通信,具有彼此不同构造的所述第一装置和所述第二装置通过所述电力线来相互执行电力线通信。
2.一种电力线通信系统,其中,在通过包括两条电力线的充电电缆将供电装置和车辆相互连接的情况下,设在所述供电装置中的第一装置和安装在所述车辆内的第二装置通过所述电力线来相互执行通信,
所述第一装置包括:
信号叠加/分离部分,其将通信信号叠加在所述电力线上以及分离叠加在所述电力线上的通信信号;以及
电力线通信部分,其通过所述信号叠加/分离部分来执行电力线通信,以及
所述第二装置包括:
信号叠加/分离部分,其将通信信号叠加在所述电力线上以及分离叠加在所述电力线上的通信信号;以及
电力线通信部分,其通过所述信号叠加/分离部分来执行电力线通信,其中
所述第一装置的信号叠加/分离部分包括:
两个电容器,其分别与分别从所述两条电力线分支出来的两条分支线连接;以及
电磁感应式信号转换器,其初级线圈与所述两个电容器连接,其次级线圈与所述电力线通信部分连接,以及
所述第二装置的信号叠加/分离部分包括:
电磁感应式信号转换器,其初级线圈插入所述电力线中的一条电力线中,其次级线圈与所述电力线通信部分连接;以及
连接至所述两条电力线并连接在所述两条电力线间的电容器,其中,
所述第一装置的信号转换器的次级线圈的匝数与其初级线圈的匝数之比n1、所述第一装置的电力线通信部分的输入电阻值R1、所述第二装置的信号转换器的次级线圈的匝数与其初级线圈的匝数之比n2、以及所述第二装置的电力线通信部分的输入电阻值R2满足条件
R1/(n1)2=R2/(n2)2,
所述第一装置和所述第二装置的电路元件的常数被设置为满足该条件,其中,
形成包括所述第一装置的初级线圈和所述第二装置的初级线圈的闭环电路,以及其中,
所述第一装置和所述第二装置以相同的通信频带执行电力线通信,具有彼此不同构造的所述第一装置和所述第二装置通过所述电力线来相互执行电力线通信。
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