CN105764764A - 能量有效电动车辆控制系统 - Google Patents

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Abstract

电动车辆包括电气系统和液压系统。电气系统包括电源和连接到车辆传动系的电动机?发电机。液压系统包括泵和液压致动器。电气系统和液压系统中的至少一个包括能量恢复装置，该能量恢复装置被布置用于分别地将来自传动系的动能转换为电能或者将来自液压致动器的动能转换为液压。电气和液压系统被连接，以便于被恢复的能量可从电能转换为液压能和/或反之亦然。液压系统还可包括液压蓄能器。

Description

能量有效电动车辆控制系统
本发明大体上涉及用于恢复由作业车辆(例如电动叉车、电动挑选车或者类似的车辆)生成的能量的系统和方法，其中，来自起重机的制动作用或者下降的能量或者被存储或者立刻被使用，以及当被存储时，在车辆的加速或者负载的升降期间该能量被利用。
诸如电动叉车、电动挑选车的作业车辆包括用于给车辆提供运动的电气传动装置。他们还包括用于给例如在叉车的升降回路中的液压致动器提供动力的独立的液压系统。利用电动机-发电机来产生再生制动系统是已知的，其中在制动条件下的车辆的动能被转换为用于给电池充电的电能。利用液压蓄能器存储由致动器在负载下降时生成的液压能，来自蓄能器的承压流体用于根据要求辅助负载的升降，这也是已知的。然而，已经确定这些系统中没有系统对被恢复的能量做出最高效的利用。
因此，期望提供对恢复的能量做出更高效的利用的和或者总体上提供改进的车辆系统。
在本发明的实施例中，提供了包括电气系统和液压系统的车辆，电气系统包括电源和连接到车辆传动系的电动机-发电机，液压系统包括泵和液压致动器。电气系统和液压系统中的至少一个包括能量恢复装置，该能量恢复装置被布置以分别地将来自传动系的动能转换为电能或者将来自液压致动器的动能转换为液压,电气系统和液压系统被连接以便恢复的能量可以从电能被转换为动能和/或反之亦然。液压系统还可包括液压蓄能器。
优选地，电气系统和液压系统都包括能量恢复装置，该能量恢复装置被布置用于分别地将来自传动系的动能转换为电能和将来自液压致动器的动能转换为液压。电气系统和液压系统被连接，以便于被恢复的能量可从电能转换为液压能和反之亦然。以这种方式，将恢复的电能转换为用于存储的液压能，以及将液压能转换为电能以在优化的电流条件下通过控制蓄能器的释放来为电池充电，和/或利用转换自蓄能器的电能给驱动电动机供电，这是可能的。可选地，电制动能量可实时地用于给泵供电用于液压升降。类似地，液压动能可在恢复时被转换为电能用于在驱动车辆时的立即实时使用。
电动机-发电机被优选地布置用于将来自传动系的动能转换为电能并且被连接到液压系统，以便恢复的电能可以经由泵被转换为液压动力并且被存储到液压蓄能器中。
电源优选是电池并且恢复的电能可以选择性地用于给电池充电和/或转换为液压动力并且被存储到液压蓄能器中。
液压系统包括电动机-发电机，电动机-发电机被连接到泵并且被布置以便存储在蓄能器中的液压动力可以被转换为电能。
从所存储的液压蓄能器生成的电能可以选择性地导向电动机-发电机以提供运动到传动系和/或给电池充电。根据车辆的瞬时电力需求，能量的这种选择性的使用使得被恢复的能量以最高效的方式被处理。
车辆也可以包括连接到液压系统的电动机-发电机的逆变器驱动器。
车辆也可以包括连接到电气系统的电动机-发电机的逆变器驱动器。
根据前述任一项权利要求的车辆，其中电气系统的电动机-发电机被连接到牵引驱动器，并且被配置用来将制动力施加到车辆以及在所述制动期间把生成的动能转换为电能。
在本发明的另一方面，提供升降车或其他车辆，其包括：电池；被电连接到电池并被连接到第一电动机/发电机的逆变器驱动器，牵引驱动器/制动器耦合到该第一电动机/发电机；电连接到电池并被连接到第二电动机/发电机的第二逆变器驱动器；以及耦合到第二电动机/发电机并液压地连接到包括液压致动器和液压蓄能器的液压升降回路的液压泵/马达；其中来自牵引驱动器/制动器的动能被转换为电能并且选择性地被存储到电池或者被转换为液压动力并且选择性地被存储在蓄能器或者用于开动液压致动器；其中来自液压致动器的驱动的动能被转换为液压动力并且选择性地被存储在蓄能器中或者被转换为电力并选择性地被存储在电池中或转换为扭矩来移动升降车。
在本发明的另一方面，提供作业机，其包括：电池；电连接到电池并被连接到第一电动机/发电机的第一逆变器驱动器；耦合到第一电动机/发电机的牵引驱动器；电连接到电池并被连接到第二电动机/发电机的第二逆变器驱动器；耦合到第二电动机/发电机并液压地被连接到包括液压致动器和液压蓄能器的液压升降回路的液压泵/马达；牵引驱动器选择性地驱动第一电动机/发电机；第一电动机/发电机选择性地驱动牵引驱动器；第二电动机/发电机选择性地驱动液压泵/马达；液压泵/马达选择性地驱动第二电动机/发电机；液压致动器选择性地驱动液压泵/马达；所述蓄能器适于接收和存储来自液压泵/马达或者来自液压致动器的液压并选择性地提供液压给液压致动器或者液压泵/马达；以及所述电池适于通过至少一个逆变器驱动器选择性地接收并存储来自至少一个电动机/发电机的电力，并且适于通过至少一个逆变器驱动器选择性地给至少一个电动机/发电机提供电力。
在本发明的另一方面，提供操作在前面段落中描述的作业机的方法，该方法包括以下步骤：通过选择性地单独地或以任何组合地利用来自电池、蓄能器或者液压致动器的动力由牵引驱动器移动车辆；通过选择性地单独地或以任何组合地利用来自电池、蓄能器或者牵引驱动器的动力操作液压致动器。
在本发明的另一方面，提供作业机，其包括：电池；被电连接到电池并被连接到电动机/发电机的逆变器驱动器；耦合到电动机/发电机的牵引驱动器/制动器；被耦合到电动机/发电机和被液压地连接到液压回路的液压泵/马达，所述液压回路包括液压致动器和液压蓄能器；所述牵引驱动器选择性地驱动电动机/发电机；所述电动机/发电机选择性地驱动牵引驱动器；所述电动机/发电机选择性地驱动液压泵/马达；所述液压泵/马达选择性地驱动电动机；所述液压致动器选择性地驱动液压泵/马达；所述蓄能器适于接收和存储来自泵/马达或者来自液压致动器的液压，并且适于选择性地给液压致动器或液压泵/马达提供液压；以及所述电池适于选择性地通过逆变器驱动器从电动机/发电机接收并存储电力，并且适于选择性地通过逆变器驱动器给电动机/发电机提供电力。
在本发明的另一方面，提供作业机，其包括：电池；被电连接到电池并被连接到电动机/发电机的逆变器驱动器；所述电池适于选择性地通过逆变器驱动器从电动机/发电机接收并存储电力，并且适于选择性地通过逆变器驱动器给电动机/发电机提供电力；耦合到电动机/发电机并液压地连接到包括液压致动器、第二液压泵/马达和液压蓄能器的液压回路的第一液压泵/马达；所述第二液压泵/马达耦合到牵引驱动器/制动器；所述电动机/发电机选择性地驱动第一液压泵/马达；所述第一液压泵/马达选择性地驱动电动机/发电机；所述牵引驱动器选择性地驱动第二液压泵/马达；所述第二液压泵/马达选择性地驱动牵引驱动器；所述第一液压泵/马达选择性地驱动第二液压泵/马达或提供液压到液压致动器；所述第二液压泵/马达选择性地驱动第一液压泵/马达或提供液压到液压致动器；所述液压致动器选择性地驱动第一液压泵/马达或第二液压泵/马达；以及所述蓄能器适于接收和存储来自第一液压泵/马达、第二液压泵/马达或来自液压致动器的液压并选择性地提供液压到液压致动器或第一液压泵/马达或第二液压泵/马达。
本发明现将参考以下说明性附图仅通过示例的方式来描述，在图中：
图1是根据本发明被构造的系统的第一实施例的原理图，该系统利用第一电动机/发电机来驱动牵引驱动器/制动器以及将第二电动机/发电机用于液压泵/马达。
图2示出根据本发明被构造的系统的第二示例性的示意性实施例，该系统利用单个电动机/发电机来驱动牵引驱动器/制动器和液压泵/马达。
图3示出根据本发明被构造的系统的第三示例性的示意性实施例，该系统利用单个电动机/发电机和至少两个液压泵/马达。
图4示出根据本发明被构造的系统的第四示例性的示意性实施例，该系统利用两个电动机/发电机和至少两个液压泵/马达。
图5是展示系统的第一操作情况的图4的系统。
图6是展示系统的第二操作情况的图4的系统。
图7是展示系统的第三操作情况的图4的系统。
图8是展示系统的第四操作情况的图4的系统。
现在参考图1，用于作业车辆(例如升降车或叉车)的原理。系统10包括电连接到第一逆变器驱动器30和第二逆变器驱动器32的电池20，第一逆变器驱动器30被电连接到第一电动机/发电机40，第二逆变器驱动器32被电连接到第二电动机/发电机42。第一电动机/发电机40机械地连接到牵引驱动器/制动器50或者系统10的车轮。第二电动机/发电机42机械地连接到液压泵/马达60，液压泵/马达60被连接到包括用于运行升降车的功能的缸体的操作的多个阀的液压回路70。这些功能包括升降车的升和降，以及倾斜、触及和侧移。回路70也包括蓄能器80，其选择性地被连接到泵/马达60、升降缸体72以及操作升降车功能的其他缸体74、76、78。
电池20通常是DC电池，其被电连接以提供DC电力到逆变器驱动器30、32和从逆变器驱动器30、32接收DC电力。逆变器驱动器30、32经由公共总线34被电气地相互连接，公共总线34使逆变器驱动器30、32能从一个到另外一个传送电力，使得电力绕过电池20用于或者立刻的使用或者在蓄能器80中储存。逆变器驱动器30、32被电连接以提供AC电力到电动机/发电机40、42和从电动机/发电机40、42接收AC电力，电动机/发电机40、42作为电动机和发电机两者运行。第一电动机/发电机40机械地连接到牵引驱动器/制动器50，其在作业车辆加速期间作为牵引驱动器运行以及在车辆制动期间作为牵引制动器运行。第二电动机/发电机42被连接到液压泵/马达60，当给蓄能器80充能或者给液压缸体72、74、76、78提供动力时，液压泵/马达60作为泵运行，以及当来自蓄能器80或液压升降缸体72的液压被用于给牵引驱动器/制动器50提供动力或提供用于存储到电池20中的动力时，液压泵/马达60作为马达运行。电动机/发电机40、42是可变速驱动器。逆变器驱动器30、32是PMAC驱动器或者其他的恰当的逆变器驱动器。
系统的运行如下：
在“待机”模式下，第二电动机/发电机42以最佳的速度和扭矩消耗电池20以使液压泵/马达60变成给蓄能器80充能。
在“加速驱动”模式下，电动机/发电机40将从电池20获取电力，马达驱动的运行可以通过利用来自蓄能器80的流量、运行电动机/发电机42以驱动液压泵/马达60来得到辅助，电力传输直接通过公共总线34(不返回电池)。
在“减速驱动”模式下，电动机/发电机40将作为发电机产生电力，该电力可以回到电池20，或者可以更有效地被运送到第二电动机/发电机42以根据需要为蓄能器80充能。
在“升举”模式下，蓄能器80用于液压致动器72的快速运动，电动机42根据需要进行辅助。精确的运动可仅用电动机/发电机42来完成。用于升降致动器72的电力也可从电池20获得，并且来自电动机/发电机40的电力也可被使用，如果(在制动期间)可用的话。
在“下降”模式下，速度由电动机/发电机42设置，如果蓄能器需要充能则由负载马达设置，并且如果蓄能器80被充满，则速度被设置以生成电力。来自使升降致动器72下降的可再生的动力对于蓄能器80、牵引电动机40或者电池20(电池是最低效的再生)是可用的。
辅助功能74、76、78由蓄能器80提供动力，电动机/发电机42根据需要进行辅助。
旨在使电动机/发电机40、42以它们最优的电力/扭矩模式运行，并且再生尽可能多的制动或下降能量。传送恢复的电力给相对的电动机/发电机比返回到电池20效率更高。
例如在减速期间，牵引电动机/发电机40可以生成电力，该电力用于在传输模式期间驱动电动机/发电机42以及给蓄能器80充能。在传输模式期间运行电动机/发电机42将帮助平衡高峰需求。加速和升举可以被在机器周期的较少需求部分期间已经被充能的蓄能器80增强。
在图2展示的第二实施例中，展示驱动牵引驱动器/制动器50和液压泵/马达60和被牵引驱动器/制动器50和液压泵/马达60驱动的一个电动机/发电机40的原理图。因此，系统10’使用在电池20和电动机/发电机40之间的单个逆变器驱动器30。第二实施例在其他方面与第一实施例类似，但显著地减少了组件的成本。一些同步操作需要被折中，但是这将与成本降低相比较来权衡。
在图3展示的第三实施例中，展示驱动第一液压泵/马达60和第二液压泵/马达62并被第一液压泵/马达60和第二液压泵/马达62驱动的一个电动机/发电机40的原理图，第二液压泵/马达62被耦合到牵引驱动器/制动器50。第二泵/马达62和第一泵/马达60通过液压回路70被选择性地相互连接并且连接到液压致动器72，以及液压蓄能器80。因此，系统10"使用在电池20和电动机/发电机40之间的单个逆变器驱动器30。第三实施例在其他方面与第一实施例类似的，但显著地减少了组件的成本。一些同步操作需要被折中，但是这将与成本降低相比较来权衡。
在图4中，另一个实施例被展示，其通过再生动能和使用该能量驱动牵引器或者液压实现马达来节省电池电力消耗。优点是使电动机保持在以它们的最优扭矩和速度曲线运行并且平衡对电池的整个电力需求的波峰和波谷。最高效地能量恢复或者是通过直接传送被恢复的电能到相对的电动机驱动器，或者如果电动机不需要额外的电力则利用恢复的电能运行液压泵来给蓄能器充能。这种方法会产生总体能耗效益。降低主要电力组件(电池电动机&驱动器)的尺寸是个附加的优点。
图4的系统被展示在图5-8中的运行条件下。在图5中，电动机从电池吸收能量以在最优的速度运行来给蓄能器充能(在传输模式期间)。任何的制动能量可以被用于生成电力并且避免从电池吸收电力的需求。蓄能器的尺寸被设定为在正常运行周期期间操作倾斜、触及和侧移缸体，如果需要则泵流量也可被用于进行辅助。
在图6中，在升举期间，由牵引电动机生成的制动能量可以被用于支持液压电动机，并且再次降低从电池中吸收的电流。速度和叉车的位置控制是由改变电动机的速度来完成的。
在图7中，对于没有重量在叉车上时的重力降低，可以通过成比例的RV将油旁路到油箱。为了放慢缸体，使RV压力坡升并且驱动泵以生成电力。这可以支持牵引电动机驱动，并且避免从电池吸收电流。在通过改变电动机的速度完成对速度和叉车位置的控制时，更多的能量被恢复用于沉重的货物。
在图8中，在加速期间蓄能器可以被用于驱动泵马达来生成动力以支持牵引驱动器，并再次降低来自电池的电力消耗。触及、倾斜和侧移功能通常被蓄能器操作，因为这是更有效的，并且在升举和下降期间允许同步操作。
尽管没有被展示，盘式制动器可以被用于辅助制动和作为驻车制动器起作用。如果没有驾驶员在驾驶室/座位上，则故障-安全联锁装置可以被用于盘式制动器。
虽然在前面的说明书中关注于被认为具有特别重要性的本发明的那些特征，但是应理解的是，申请人要求关于在上文附图中被提及和/或示出的任何可取得专利权的特征或特征的组合的保护，无论在其中是否提出了特别的强调。

Claims (22)

1.一种车辆，包括
电气系统，其包括电源和被连接到所述车辆的传动系的电动机-发电机；以及
液压系统，其包括泵和液压致动器；
其中所述电气系统和所述液压系统中的至少一个包括能量恢复装置，所述能量恢复装置被布置为分别将来自所述传动系的动能转换为电能或者将来自所述液压致动器的动能转换为液压，所述电气系统和所述液压系统被连接以便被恢复的能量可以从电能被转换为动能或者反之亦然。
2.根据权利要求1所述的车辆，其中所述液压系统还包括液压蓄能器。
3.根据权利要求2所述的车辆，其中所述电动机-发电机被布置为将来自所述传动系的动能转换为电能，并且被连接到所述液压系统，以便被恢复的电能可以经由所述泵转换为液压动力并且被存储在所述液压蓄能器中。
4.根据权利要求3所述的车辆，其中所述电源是电池，以及被恢复的电能可以选择性地用于给所述电池充电和/或转换为液压动力并且被存储在所述液压蓄能器中。
5.根据权利要求2到4中的任一项所述的车辆，其中所述液压系统包括被连接到所述泵并且被布置为使得存储在所述蓄能器中的液压动力可以被转换为电能的电动机-发电机。
6.根据权利要求5所述的车辆，其中，从被存储的液压蓄能器生成的电能可以选择性地导向所述电动机-发电机以运转所述传动系和/或给所述电池充电。
7.根据权利要求5或6中的任一项所述的车辆，还包括连接到所述液压系统的所述电动机-发电机的逆变器驱动器。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的车辆，还包含连接到所述电气系统的所述电动机-发电机的逆变器驱动器。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的车辆，其中，所述电气系统的所述电动机-发电机被连接到牵引驱动器，并且被配置为给所述车辆施加制动力以及把在所述制动期间生成的动能转换为电能。
10.一种升降车，包括：
电池；逆变器驱动器，其被电连接到所述电池并被连接到第一电动机/发电机，牵引驱动器/制动器被耦合到所述第一电动机/发电机；第二逆变器驱动器，其被电连接到所述电池并被连接到第二电动机/发电机；以及液压泵/马达，其被耦合到所述第二电动机/发电机并被液压地连接到液压升降回路，所述液压升降回路包括液压致动器和液压蓄能器；
其中来自所述牵引驱动器/制动器的动能被转换为电能并且选择性地被存储在所述电池中或者被转换为液压动力并且选择性地被存储在蓄能器中或者用于致动所述液压致动器。
11.根据权利要求11所述的升降车，其中来自所述液压致动器的致动的动能被转换为液压动力并且选择性地被存储在所述蓄能器中，或者被转换为电力并且选择性地被存储在所述电池中或者被转换为扭矩以使所述升降车移动。
12.一种作业机，包括：
电池；
被电连接到所述电池并被连接到第一电动机/发电机的第一逆变器驱动器，
被耦合到所述第一电动机/发电机的牵引驱动器；
被电连接到所述电池并被连接到第二电动机/发电机的第二逆变器驱动器，
被耦合到所述第二电动机/发电机并被液压地连接到液压升降回路的液压泵/马达，所述液压升降回路包括液压致动器和液压蓄能器；
所述牵引驱动器选择性地驱动所述第一电动机/发电机；
所述第一电动机/发电机选择性地驱动所述牵引驱动器；
所述第二电动机/发电机选择性地驱动所述液压泵/马达；
所述液压泵/马达选择性地驱动所述第二电动机/发电机；
所述液压致动器选择性地驱动所述液压泵/马达；
所述蓄能器适于从所述液压泵/马达或者从所述液压致动器接收并存储液压，以及适于选择性地给所述液压致动器或所述液压泵/马达提供液压；以及
所述电池适于通过所述逆变器驱动器中的至少一个选择性地从至少一个所述电动机/发电机接收并存储电力，以及适于通过所述逆变器驱动器中的至少一个选择性地给至少一个所述电动机/发电机提供电力。
13.一种操作根据权利要求12所述的作业机的方法，包括以下步骤：
由所述牵引驱动器通过单独或者以任意组合地选择性地利用来自所述电池、所述蓄能器或所述液压致动器的动力来移动所述车辆；
通过单独或者以任意组合地选择性地利用来自所述电池、所述蓄能器或所述牵引驱动器的动力操作所述液压致动器。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述作业机在“待机”模式下运行，其中，所述电动机/发电机以最佳速度和扭矩运行来消耗所述电池，并且所述液压泵/马达被用于给所述蓄能器充能。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述作业机在“加速驱动”模式下运行，其中，所述第一电动机/发电机将从所述电池获取电力，所述牵引驱动器的运转能够通过使用来自所述蓄能器的流量运行所述液压泵/马达来得到辅助。
16.根据权利要求13所述的方法，其中，所述作业机在“减速驱动”模式下运行，其中所述牵引驱动器将通过旋转所述电动机/发电机来生成电力，所述电力被传送和由所述电池存储或者被发送到所述液压泵/马达以给所述蓄能器充能。
19.根据权利要求13所述的方法，其中所述作业机在“升举”模式下运行，其中，所述牵引致动器由所述蓄能器或由所述电池或所述牵引驱动器提供动力。
20.根据权利要求13所述的方法，其中，所述作业机在“下降”模式下运行，其中，下降速度通过所述第二电动机/发电机设置，如果所述蓄能器需要充能，则通过所述负载马达设置，并且如果所述蓄能器被充满了，则所述下降速度被设置用于生成电力。
21.一种作业机，包含：
电池；
被电连接到所述电池和被连接到电动机/发电机的逆变器驱动器，
被耦合到所述电动机/发电机的牵引驱动器/制动器；
被耦合到所述电动机/发电机并被液压地连接到液压回路的液压泵/马达，所述液压回路包括液压致动器和液压蓄能器；
所述牵引驱动器选择性地驱动所述电动机/发电机；
所述电动机/发电机选择性地驱动所述牵引驱动器；
所述电动机/发电机选择性地驱动所述液压泵/马达；
所述液压泵/马达选择性地驱动所述电动机；
所述液压致动器选择性地驱动所述液压泵/马达；
所述蓄能器适于从所述泵/马达或者从所述液压致动器接收并存储液压，以及适于选择性地给所述液压致动器或所述液压泵/马达提供液压；以及
所述电池适于选择性地通过所述逆变器驱动器从所述电动机/发电机接收并存储电力，以及适于选择性地通过所述逆变器驱动器给所述电动机/发电机提供电力。
22.一种操作根据权利要求21所述的作业机的方法，包含以下步骤：
由所述牵引驱动器通过单独或者以任意组合地选择性地利用来自所述电池、所述蓄能器或所述液压致动器的动力来移动所述车辆；
通过单独或者以任意组合地选择性地利用来自所述电池、所述蓄能器或所述牵引驱动器的动力来操作所述液压致动器。
23.一种作业机，包含：
电池；
被电连接到所述电池并被连接到电动机/发电机的逆变器驱动器；
所述电池适于选择性地通过所述逆变器驱动器从所述电动机/发电机接收并存储电力，以及选择性地通过所述逆变器驱动器给所述电动机/发电机提供电力；
被耦合到所述电动机/发电机并被液压地连接到所述液压回路的第一液压泵/马达，所述液压回路包括液压致动器、第二液压泵/马达和液压蓄能器；
所述第二液压泵/马达被耦合牵引驱动器/制动器；
所述电动机/发电机选择性地驱动所述第一液压泵/马达；
所述第一液压泵/马达选择性地驱动所述电动机/发电机；
所述牵引驱动器选择性地驱动所述第二液压泵/马达；
所述第二液压泵/马达选择性地驱动所述牵引驱动器；
所述第一液压泵/马达选择性地驱动所述第二液压泵/马达或者给所述液压致动器提供液压；
所述第二液压泵/马达选择性地驱动所述第一液压泵/马达或者给所述液压致动器提供液压；
所述液压致动器选择性地驱动所述第一液压泵/马达或者所述第二液压泵/马达；以及
所述蓄能器适于接收和存储来自所述第一液压泵/马达、所述第二液压泵/马达或者来自所述液压致动器的液压，并且适于选择性地给所述液压致动器或所述第一液压泵/马达或所述第二液压泵/马达提供液压。
24.一种操作根据权利要求12所述的作业机的方法，包括以下步骤：
由所述牵引驱动器通过单独或者以任意组合地选择性地利用来自所述电池、所述蓄能器或所述液压致动器的动力移动所述车辆；
通过单独或者以任意组合地选择性地利用来自所述电池、所述蓄能器或所述牵引驱动器的动力来操作所述液压致动器。
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