CN107231171B - 屏蔽线和通信系统 - Google Patents

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Abstract

一种屏蔽线，其连接至高压系统并且进行高压通信。该屏蔽线包括电线部分和第一屏蔽层。所述第一屏蔽层覆盖所述电线部分。所述第一屏蔽层接地至所述高压系统或者具有与所述高压系统相同的电位的部分。

Description

屏蔽线和通信系统
技术领域
本发明涉及屏蔽线和通信系统。
背景技术
屏蔽线，如第2013-109919号日本专利申请(JP2013-109919A)中所述的屏蔽线，已为人所知。通常，连接至高压系统或低压系统的屏蔽线包括电线部分、覆盖电线部分的屏蔽层，以及覆盖该屏蔽层的护套。
当护套从屏蔽层的末端剥离时，暴露出屏蔽层。接地端子连接到屏蔽层的末端(也称为排流线)。当接地端子固定在金属板、车体等上时，形成接地连接。同时，从剥去护套和屏蔽层的部位暴露出电线。连接端子连接至电线(芯线)，并且连接端子连接至容纳在屏蔽壳等中的电气部件。
通常，屏蔽线的屏蔽层通过排流线受到接地。这里假设连接至高压系统的屏蔽线(高压线路)的屏蔽层受到接地，连接至低压系统的屏蔽线(低压线路)的屏蔽层也受到接地。根据这种结构，低压线路的通信性能可以受到保障。
这里，用于高压通信的参考电位足够高于用于低压通信的参考电位。用于高压通信的电位和地电位之间的电位变化值区别于用于低压通信的电位和地电位之间的电位变化值。因此，在高压线路和低压线路(或地电位)之间产生大的电位变化差异。在高压线路和低压线路(或地电位)布置在彼此附近的情况下，由于寄生电容、过滤器等的连接，高压线路的通信参考线路和低压线路(或地电位)之间的电位变化差异可能作为噪声叠加在高压线路上，因此，高压通信可能不会正常运行。
发明内容
本发明提供一种屏蔽线，其可以抑制叠加在连接至高压系统的该屏蔽线(高压线路)上的噪声，以及提供了一种包括这种屏蔽线的通信系统。
在本发明的一个方面中，与本发明有关的屏蔽线连接至高压系统并且进行高压通信。该屏蔽线包括电线部分和第一屏蔽层。该第一屏蔽层覆盖该电线部分。该第一屏蔽层接地至高压系统或者具有与该高压系统相同的电位的部分。
根据上述结构，连接至所述高压系统的所述屏蔽线(高压线路)的所述屏蔽层接地至具有与所述高压系统相同的电位的部分。所述高压线路的通信参考线和屏蔽地部分之间的电位变化差异变得小于在所述高压线路的屏蔽层形成接地连接的情况下的电位变化差异。相应地，因电位变化差异而产生的噪声受到抑制，并且，高压线路的通信性能可以得到进一步保障。也就是说，根据上述结构，可以抑制叠加在连接至高压系统的屏蔽线(高压线路)上的噪声。
所述屏蔽线可能还包括第二屏蔽层。该第二屏蔽层覆盖所述第一屏蔽层。该第二屏蔽层接地至低压系统或者具有与该低压系统相同的电位的部分。
根据上述结构，低压线路的通信性能也可以得到保障。
在本发明的另一个方面中，与本发明有关的通信系统包括高压系统、低压系统和屏蔽线。所述低压系统布置在所述高压系统附近。所述屏蔽线连接至所述高压系统，并且包括导向部分和第一屏蔽层。所述第一屏蔽层覆盖所述电线部分，并且接地至所述高压系统或具有与所述高压系统相同的电位的部分。
根据上述结构，可以得到包括所述屏蔽线的通信系统，该屏蔽线可以抑制叠加在连接至所述高压系统的屏蔽线(高压线路)上的噪声。
附图说明
结合附图，将在以下对本发明示例性实施例的详细描述中介绍本发明的特征、优点、技术及工业意义，附图中相似的标记指代相似部件，其中：
图1为在参考技术1中的混合动力车辆的结构示意图；
图2为在参考技术1中的电池传感器(通信系统)的功能框图；
图3为在参考技术1(和实施例)中用于电池传感器的屏蔽线的侧视图；
图4为在参考技术1(和实施例)中用于电池传感器的屏蔽线的截面图；
图5为示意性展示了在参考技术1中的电池传感器的电池ECU、电压测量模块、屏蔽线和固定板的布置结构的例子的透视图；
图6为在参考技术1的电池传感器中的通信过程中以低压线路为参考看到的电位的状态图；
图7为在参考技术1的电池传感器中的通信过程中以高压线路为参考看到的电位的状态图；
图8为示意性展示了在参考技术1的电池传感器中进行通信的情形的示意图；
图9为在参考技术2中的电池传感器(通信系统)的功能框图；
图10为示意性展示了在参考技术2的电池传感器中进行通信的情形的示意图；
图11为在本发明的实施例中的电池传感器(通信系统)的功能框图；
图12为示意性展示了在该实施例的电池传感器中进行通信的情形的示意图；
图13为在该实施例的电池传感器中的通信(在屏蔽层内)的过程中的电位图；
图14为在该实施例的电池传感器中的通信(在屏蔽层外)的过程中的电位图；
图15为用在该实施例的第一变形例中的屏蔽线的截面图；
图16为示意性展示了在该实施例的该第一变形例的电池传感器中进行通信的情形的示意图；
图17为用在该实施例的第二变形例中的屏蔽线和夹具的侧视图；
图18为示意性展示了在该实施例的该第二变形例的电池传感器中进行通信的情形的示意图；
图19为在该实施例的该第二变形例的电池传感器中的通信的过程中的电位图；
图20为在该实施例的该第二变形例的对比例子的电池传感器中进行通信的情形的示意图；
图21为在该实施例的该第二变形例的对比例子的电池传感器中的通信过程中的电位图。
具体实施方式
在描述实施例之前，以下将参照附图对与实施例有关的参考技术做出描述。其中，相同部件和相应部件用相同附图标记表示，并且重叠的描述将不再重复。
以下将参照图1描述参考技术1中的混合动力车辆100。该混合动力车辆100包括发动机(未图示)、电池10、系统主继电器(System Main Relay，SMR)、驱动部分PCU、旋转电机40(MG)和电池传感器50。
电池10由锂离子电池等二次电池构成。当电池10接收结合发动机的驱动或来自车辆的外部的电能而产生的能量时，电池10被充电。系统主继电器SMR包括：插入在电力线PL1的部分之间的继电器；以及插入在地线NL1的部分之间的另一继电器。这些继电器在接收来自控制器的信号的时候，将电池10电连接至驱动部分PCU，或者断开电池10与驱动部分PCU的连接。
驱动部分PCU将来自电池10的DC电力转换为用于驱动旋转电机40的AC电力。驱动部分PCU还可以将由旋转电机40产生的AC电力转换为用于向电池10充电的DC电力。更具体地，驱动部分PCU包括转换器20、电容C1、C2和逆变器30。
转换器20通过开关控制在电力线PL2和电池10之间进行双向DC电压转换。电容C1连接在电力线PL1和地线NL1之间，电容C2连接在电力线PL2和地线NL1之间。逆变器30在DC电力和AC电力之间进行双向电能转换，其中，该DC电力位于电力线PL2和地线NL1之间，而该AC电力输入旋转电机40或从旋转电机40输入。
旋转电机40当从驱动部分PCU接收AC电力时，产生驱动力。该驱动力被传输到驱动轮(未图示)，混合动力车辆100从而行驶。在再生制动过程中，通过驱动轮的旋转力，旋转电机40产生电力。产生的电力通过驱动部分PCU转换为充电电力，并且提供给电池10。电池传感器50检测电池电压等关于电池10的信息，并且由电池传感器50检测的检测值被发送到控制器(未图示)。以下将参照图2对参考技术中的电池传感器50进行描述。
电池传感器50测量关于电池10的信息，如电池10的电压。例如，当测量除了电池电压以外的充电/放电电流、电池温度等的时候，可以计算电池10的电量状态(State OfCharge，SOC)。安装在车辆中的控制器根据关于电池10的信息的变化类型，如电池10的电池电压，控制系统主继电器SMR(图1)、转换器20(图1)和逆变器30(图1)。采用这种方式，可以控制电池10的充电和放电。
图2是集中于设置在电池传感器50中的用于测量电池10的电池电压的电池ECU 51等功能块的示意图。在图2中还显示了固定板56。该固定板56由壳和连接支架等金属构件构成。该固定板56不具有进行特定控制操作的功能，如向其输入信号或电力，或者从其输出信号或电力。然而，为了便于描述，在展示了电池传感器50的功能块的图2中显示了该固定板56。
如图2所示，电池10由串联地电连接的复数电池快构成。该电池传感器50包括作为低压系统的电池ECU51、作为高压系统的电压测量模块52到55、屏蔽线61到65和固定板56。
电池ECU 51包括微型计算机51A、隔离电源供应51C和连接器51B。电压测量模块52到55分别包括监测IC 52A到55A和连接器52B到55B。监测IC 52A到55A供有来自隔离电源供应51C的驱动电力。监测IC 52A到55A分别连接到电池块的正电极侧端子和负电极侧端子，并且每个监测IC测量端子间电压。电池ECU 51的微型计算机51A收集由监测IC 52A到55A测量的端子间电压(电压信息)。
更具体地，微型计算机51A通过屏蔽线61和连接器52B电连接至监测IC 52A。该检测IC 52A通过屏蔽线62和连接器53B电连接至监测IC 53A。检测IC 53A通过屏蔽线63和连接器54B电连接至监测IC 54A。检测IC 54A通过屏蔽线64和连接器55B电连接至监测IC55A。检测IC 55A通过屏蔽线65和连接器51B电连接至微型计算机51A。
也就是说，微型计算机51A和电压测量模块52到55(监测IC 52A到55A)通过屏蔽线61到65串联连接，构成一个封闭的电路。微型计算机51A通过屏蔽线61向电压测量模块52到55中的每个电压测量模块输出控制信号。同时，微型计算机51A通过屏蔽线65从电压测量模块52到55中的每个电压测量模块接收命令信号的反馈信号作为输入。
在这里，屏蔽线61主要传输与电压测量模块52到55的激活有关的控制信号(低压信号)。同时，屏蔽线62到65不仅分别传输与电压测量模块53到55的激活有关的控制信号(低压信号)，而且分别传输与由电压测量模块52到55测量的电压有关的信号(高压信号)。电压信息连续地传输到电压测量模块52到55，在微型处理器51A中收集该传输的电压信息。
屏蔽线61到65(图2)具有大体上相同的结构。以下将注重于屏蔽线62对屏蔽线61到65的结构进行描述，将不再重复对屏蔽线61、63到65的描述。图3和图4分别为屏蔽线62的侧视图和截面图。
如图3和4所示，屏蔽线62具有电线部分62A、绝缘体62B(图4)、屏蔽层62C(图4)、排流线62D和护套62G。电线部分62A包括成对的芯线62P、62N。屏蔽层62C(第一屏蔽层)由编织的金属管和金属箔胶带构成，该屏蔽层62C通过绝缘体62B覆盖电线部分62A(芯线62P、62N)。护套62G覆盖屏蔽层62C的外围，屏蔽层62C的部分被用来覆盖排流线62D的外部。
再次参考图2，屏蔽线61、63、64、65具有与屏蔽线62大体上相同的结构。屏蔽线61、63、64、65分别包括电线部分61A、63A、64A、65A和排流线61D、63D、64D、65D，其中，电线部分61A、63A、64A、65A中的每个电线部分均对应于电线部分62A，排流线61D、63D、64D、65D中的每个排流线部分均对应于排流线62D。在图2中，使用一个箭头示意性展示了电线部分61A到65A中的每个电线部分。电线部分61A到65A中的每个电线部分均包括与芯线62P、62N(图3、图4)相对应的成对的芯线。
屏蔽线61到65的电线部分61A到65A串联连接微型计算机51A和监测IC 52A到55A，并且屏蔽线61到65中的每个屏蔽线均用作通信线。同时，屏蔽线61到65的排流线61D到65D中的每一个都接地。例如，排流线61D到65D都连接到混合动力车辆100(图1)的主体等。
图5为示意性展示了电池ECU51、电压管理模块52到55、屏蔽线61到65和固定板56的布置结构的例子的透视图。如上所述，电池ECU 51和电压管理模块52到55通过屏蔽线61到65串联连接。为了便于说明，屏蔽线61用实线表示，屏蔽线62用点线表示，屏蔽线63用单点划线表示，屏蔽线64用双点划线表示，屏蔽线65用虚线表示。
如上所述，屏蔽线61主要传输与电压测量模块52到55的激活相关的命令信号(低压信号)。也就是说，屏蔽线61进行低压通信。屏蔽线62到65不仅分别传输与电压测量模块52到55的激活相关的命令信号(低压信号)，而且分别传输与由电压测量模块52到55测量的电压有关的信号(高压信号)。也就是说，屏蔽线62到65均进行高压通信。
屏蔽线61到65中的每个屏蔽线均布置在金属固定板56附近。固定板56由壳和连接支架等金属构件构成。也就是说，进行高压通信的屏蔽线62到65布置在作为其中一个低压系统的屏蔽线61和固定板56的附近。
图6展示了在通信过程中以低压线路(屏蔽线61)为参考看到的电位的状态。如线L1、L2所表明的，当以低压线路(屏蔽线6)为参考观察时，例如，在低压通信中的电位具有大体上恒定的接近12V的值。在另一方面，如线PL、NL所表明的，当以低压线路(屏蔽线61)为参考观察时，在高压通信中的电位改变。
图7展示了在通信过程中以高压线路(屏蔽线62到65)为参考看到的电位的状态。如线PL、NL所表明的，当以高压线路(屏蔽线62到65)为参考观察时，例如，在高压通信中的电位具有大体上恒定的值。在另一方面，如线L1、L2所表明的，当以高压线路(屏蔽线62到65)为参考观察时，在低压通信中的电位改变。
如图6和图7所示，当电压测量模块52到55(高压系统)被驱动时，在高压线路和低压线路(地面电势)之间产生大的电位变化差异(例如，300V到400V)。
当存在产生这样大的电位变化差异的情形时，屏蔽线61到65中的每个屏蔽线均布置在金属固定板56的附加(图5)。也就是说，作为其中一个第一系统的屏蔽线61和作为低压结构主体的固定板56位于屏蔽线62到65附近，用于进行高压通信。
以下将参照图8对参考技术1中的操作和效果进行描述。虽然下面的描述集中在屏蔽线62上，但是其同样可以应用与屏蔽线63到65(参见图2)。
如上所述，屏蔽线62(电线部分62A)将电压测量模块52、53连接作高压系统。屏蔽线62的屏蔽层62C通过排流线62D接地至主体GND等。因为屏蔽层62C设置为覆盖电线部分62A，所以在高压通信中产生的噪声停留在屏蔽层62C的内部。因此，低压系统(屏蔽线61等)几乎不受在高压通信中产生的噪声的影响，从而可以保障低压线路的通信性能。
然而，在参考技术1的结构中，高压通信的通信性能可能不会正常运作。更具体地，在电线部分62A(芯线62P、62N)和屏蔽层62C之间形成寄生电容Cp、Cn。在高压线路的通信参考线和低压线路(地电位)之间产生的电位变化差异可能通过寄生电容Cp、Cn作为噪声叠加在高压线路上，因此，高压通信可能不会正常运作。
以下将参照图9对在参考技术2中的电池传感器50A进行描述。图9是集中于设置在电池传感器50A中的用于测量电池10的电池电压的电池ECU 51等功能块的示意图。
在区别于上述参考技术1的情况的参考技术2中，微型计算机51A和监测IC 52A到55A只是通过电线部分61A到65A连接。也就是说，在参考技术2中，没有形成使用排流线61D到65D(参见图2)的接地连接(参见在图9中用单点划线指明的区域)。
参照图10，寄生电容Cp、Cn形成在参考技术2的结构中的电线部分62A(芯线62P、62N)和地电位(主体GND)之间。在高压线路的通信参考线和低压线路(地电位)之间产生的电位变化差异可能通过寄生电容Cp、Cn作为噪声叠加在高压线路上，因此，高压通信可能不会正常运作。
不限于以上内容，在电线部分62中产生的高压噪声向外围传播，并且低压系统(屏蔽线61等)。为了只通过布线分离而获得抗噪声性能，在高压线路和低压线路(或地电位)之间必须保证有足够的间隔距离，并且因此导致装置的增大。
除了参考技术1、2的结构以外，也考虑增加噪声过滤器的措施。然而，增加噪声过滤器将导致装置的增大，并且还将导致成本、噪声过滤器(铁氧体磁心)的破裂等其他问题。此外，噪声过滤器的增加可能干扰通信信号精度的提高和响应性的提高。
除了参考技术1、2的结构以外，也考虑将用于高压通信的信号变为低压的措施。然而，为了将信号变为低压，除了增加光电耦合器和变压器等元件以外，还要在高压系统中并入低压电源供应。因此，可能产生布线的另一个问题、装置的增大、成本问题等。
以下将参照附图对本发明的实施例进行描述。与上述参考技术相同和相似的部件将用相同的附图标示表示，并且重叠的描述将不再重复。
以下将参照图11对本实施例中的电池传感器50B进行描述。图11是集中于设置在电池传感器50B中的用于测量电池10的电池电压的电池ECU 51等功能块的示意图。本实施例区别于上述参考技术1(参见2)的点在于屏蔽线62到65的排流线62D到65D接地至高压系统。也就是说，在本实施例中的排流线62D到65D没有接地到主体GND。
更具体地，屏蔽线62的排流线62D接地至电压测量模块52。采用这种方式，屏蔽线62(参见图12)的屏蔽层62C(第一屏蔽层)通过排流线62D接地至与电压测量模块52相同的电位。用于通过排流线62D保障参考电位的线具有尽可能低的阻抗。
类似地，屏蔽线63到65的排流线63D、64D、65D分别接地至电压测量模块53、54、55。采用这种方式，屏蔽线63、64、65的屏蔽层分别接地至与电压测量模块53、54、55相同的电位。也在屏蔽线63到65的情况下，优选地，用于通过排流线63D、64D、65D保障参考电位的线分别具有尽可能低的阻抗。
以下将参考图12，对本实施例中的操作和效果进行描述。虽然以下描述注重于屏蔽线62，然而同样可以应用于屏蔽线63到65(参见图11)。与参考技术1的情况相比，在高压通信上的低压通信影响可以通过排流线62D将屏蔽层62C接地至高压系统(电压测量模块52)而得到抑制。
更具体地，连接至电压测量模块52(高压系统)的屏蔽线62(高压线路)的屏蔽层62C接地至电压测量模块52(高压系统)。采用这种方式，在屏蔽线62(高压线路)的通信参考线和屏蔽地部分之间的电位变化差异变得小于在形成屏蔽线62(高压线路)的屏蔽层的接地连接的情况下的电位变化差异。
图13是在通信过程中(在屏蔽层62C的内部)的电位图，其展示了在通信过程中从屏蔽层62C内部看到的电位的状态。如线PL、BL所表明的，当以屏蔽层62C的电位DL为参考观察时，在高压通信中的电位具有大体上恒定的值。因为在屏蔽线62(高压线路)的通信参考线和屏蔽地部分之间的电位变化差异变得更小，所以电位变化差异的结果产生的噪声得到抑制，并且噪声难以叠加在高压线路上。
不限于上述结构，当形成与电压测量模块52相同的电位的部分可用，并且屏蔽线62的屏蔽层62C(参见图12)连接至该部分而不是电压测量模块52本身的时候，可以获得类似的效果。
图14是在通信过程中(在屏蔽层62C的外部)的电位图，并且展示了在通信过程中从屏蔽层62C外部看到的电位的状态。在这种情况中，采用了将屏蔽层62C接地至高压系统(例如，电压测量模块52)的结构，在高压系统中产生的噪声很可能传播到屏蔽层62C的外部。作为抵制这种情况的措施，优选采用在以下第一变形例(图15和16)中描述的结构。
以下将参照图15到图21描述本实施例的变形例。在下面的描述中，仅对将每个变形例区别于本实施例的点进行描述，重叠的描述将不再重复。
图15是用在本实施例的第一变形例中的屏蔽线62J的截面图。除了电线部分62A、绝缘体62B、屏蔽层62C(第一屏蔽层)、排流线62D和护套62G以外，屏蔽线62J还包括绝缘体62H、屏蔽层62E(第二屏蔽层)和排流线62F。
屏蔽层62E由编织的金属管和金属箔胶带构成，该屏蔽层62E通过绝缘体62H覆盖屏蔽层62C。护套62G覆盖屏蔽层62E的外围，屏蔽层62E的部分被用来覆盖排流线62F的外部。
如图16所示，屏蔽层62E通过排流线62F接地至低压系统或具有与低压系统(例如，主体GND等)相同的电位的部分。根据这种结构，不仅可以抑制从低压系统侧传播到高压系统侧的噪声，而且可以抑制从高压系统侧传播到低压系统侧的噪声。用于通过排流线62F保障地电位的线优选地具有尽可能低的阻抗。
参照图17，优选配置为，电线部分62A(芯线62P、62N)和排流线62D没有屏蔽的部分(没有覆盖有屏蔽层62C的部分)由夹具58等固定，并且从芯线62P、62N和排流线62D到主体GND的距离La、Lb、Lc中的每个距离均具有恒定的值。
参照图18，根据所述结构，在未屏蔽部分具有电位差异的芯线62P、62N和排流线62D具有恒定的隔离距离(或噪声耦合抑制距离)。也就是说，为寄生电容的值建立
Figure GDA0002601253950000091
Figure GDA0002601253950000092
的关系，相同水平的噪声被叠加在芯线62P、62N和排流线62D上。结果是，可以得到图19所示的稳定的通信波形。
在这里，可能配置为，不是通过夹具58而是通过使用树脂、胶带等使得每个距离La、Lb、Lc均具有恒定的值。作为替代，可能建立
Figure GDA0002601253950000093
的关系。在图18中，排流线62D布置在三个线中的端位置。然而，如果将排流线62D的位置变为中间位置，可以预期进一步更大的效果。
这样的结构也可以通过与上述第一变形例结合实现。也就是说，在使用屏蔽线62J(图15、图16)的情况下，优选配置为，电线部分62A(芯线62P、62N)和排流线62D没有屏蔽的部分(没有覆盖有屏蔽层62C的部分)通过夹具58等固定，并且，从芯线62P、62N和排流线62D到主体GND(或屏蔽层62E)的距离中的每个距离均具有恒定值。
参照图20，如果从芯线62P、62N和排流线62D到主体GND的距离La、Lb、Lc中的每个距离没有配置为具有恒定值，很可能为寄生电容的值建立Cp≠Cn≠Cd的关系。不同水平的噪声被叠加在芯线62P、62N和排流线62D上。结果是，得到图12所示的不稳定的通信波形。
对上述实施例和每个变形例的描述是基于混合动力车辆中的电池传感器(通信系统)和设置在电池传感器中的屏蔽线的连接结构。上述实施例和变形例可能应用于所有具有不同电位参考和电位变化的、并且不希望彼此影响的高压系统和低压系统。
例如，上述实施例和变形例可以有效应用于信号通信叠加在混合动力车辆的PLC通信中的高压线路上的情况。上述实施例和变形例也可以应用于在插电式混合动力车辆中抑制高压线路和用于消费品电源供应(家用电器)或车辆的低压线路之间的影响的情况。
可选地，上述实施例和变形例也可以应用于在智能电网中抑制高压线路和用于消费品电源供应(家用电器)或车辆的低压线路之间的影响的情况。除了车辆以外，上述实施例和变形例也可以应用于车辆以外的PLC通信(电力公司等的通信系统)。
所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (2)

1.一种屏蔽线，该屏蔽线连接至高压系统并进行高压通信，该屏蔽线包括：
电线部分；
第一屏蔽层，其覆盖所述电线部分，所述第一屏蔽层接地至所述高压系统或者与所述高压系统电位相同的部分；以及
第二屏蔽层，其覆盖所述第一屏蔽层，所述第二屏蔽层接地至低压系统或者与所述低压系统电位相同的部分，所述低压系统布置在所述高压系统附近。
2.一种通信系统，包括：
高压系统；
低压系统，其布置在所述高压系统附近；以及
根据权利要求1所述的屏蔽线，该屏蔽线连接至所述高压系统。
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