CN107645195B - 车载充电装置 - Google Patents

Abstract

在车载充电装置中，多个主电力存储装置彼此串联连接。主电力存储装置的最低电位侧上的主电力存储装置是最低电位电力存储装置。最低电位电力存储装置具有设定为12V的标称电压并且向安装在车辆上的电气部件供应电力。在车载充电装置中，连接单元通过切换控制选择性地连接输出端子和主电力存储装置的高电位侧端子中的任一个。切换控制单元基于输出端子的输出电压控制连接单元的切换以在主电力存储装置的高电位侧端子之中切换被选择为输出端子的连接目的地的高电位侧端子。

Description

车载充电装置

技术领域

本公开涉及安装在车辆(诸如，客车或商用车)上的车载充电装置。

背景技术

车载旋转电机通过被由发动机供应的动力旋转而生成电力。例如，旋转电机由皮带连接至发动机的输出轴。另外，以相对于发动机的旋转速度的增大的速度驱动旋转电机。因此，旋转电机的可能的旋转速度的范围增大。在此，当旋转电机的旋转速度高时，可由该旋转电机生成的感应电压也增大。

因此，当旋转电机的旋转速度高时，由于旋转电机在其生成的电压不受抑制的情况下生成电力，所以可获得大量的生成电力。尤其，当旋转电机在车辆的减速期间使用车辆的动能生成电力时，由于旋转电机的生成电压被设定为高，所以可有效地恢复(recover)减速期间的再生能量。

旋转电机的生成电力被储存在安装在车辆上的主电力存储装置中。该主电力存储装置充当用于车载电气部件的电源。考虑到电气部件的额定电压，主电力存储装置的标称电压通常设定为12V。在此，要求当利用旋转电机的生成电力对主电力存储装置进行充电时供应到该主电力存储装置的电压等于或低于主电力存储装置的额定电压。

因此，JP-A-2008-172851公开了在旋转电机与主电力存储装置之间提供电压转换器的技术。电压转换器逐步降低旋转电机的生成电压并且向主电力存储装置供应逐步降低的电压。

在JP-A-2008-172851中描述的包括电压转换器的配置中，可将当利用旋转电机的生成电力对主电力存储装置进行充电时供应到该主电力存储装置的电压设定成等于或低于主电力存储装置的额定电压。因此，可利用旋转电机的生成电力对主电力存储装置适当地充电。可防止从主电力存储装置供应到电气部件的电力的不足。

电压转换器通常被配置为切换调节器(switching regulator)，切换调节器包括电感器、电容器、切换装置、控制切换装置的控制电路、以及冷却装置。在此，电感器、电容器和冷却装置物理上很大并且价格高昂。因此，电压转换器趋于变得物理上很大并且价格高昂。

发明内容

因此期望提供一种车载充电装置，该车载充电装置能够使用其中不使用电压转换器的简单配置将旋转电机的生成电力储存在主电力存储装置中，并且能够将电力从主电力存储装置稳定地供应到电气部件。

下文描述了解决上述问题的装置及其工作效果。

第一示例性实施例提供了一种车载充电装置，所述车载充电装置包括：旋转电机，所述旋转电机通过被从安装在车辆上的发动机供应的动力或正在行驶的车辆的动能旋转来生成电力；以及多个主电力存储装置，所述多个主电力存储装置能够储存从所述旋转电机的输出端子输出的生成电力。

在第一示例性实施例中，所述多个主电力存储装置彼此串联连接。多个主电力存储装置的最低电位侧上的主电力存储装置是最低电位电力存储装置。最低电位电力存储装置具有设定为12V的标称电压并且向安装在车辆上的电气部件供应电力。

第一示例性实施例包括：连接单元，所述连接单元通过切换控制选择性地连接输出端子和所述多个主电力存储装置的高电位侧端子中的任何一个；以及切换控制单元，所述切换控制单元基于输出端子的输出电压控制控制连接单元的切换以在述多个主电力存储装置的高电位侧端子之中切换被选择为所述输出端子的连接目的地的高电位侧端子。

第一示例性实施例包括彼此串联连接的多个主电力存储装置。在所述多个主电力存储装置之中，最低电位电力存储装置具有设定为12V的标称电压。另外，最低电位电力存储装置向车载电气部件供应电力。此外，第一示例性实施例包括连接单元，所述连接单元通过切换控制选择性地连接所述旋转电机的输出端子和所述多个主电力存储装置的高电位侧端子中的任何一个。

另外，第一示例性实施例包括切换控制单元。切换控制单元基于正在生成电力的旋转电机的输出端子的输出电压控制连接单元的切换以在所述多个主电力存储装置的高电位侧端子之中切换被选择为的输出端子的连接目的地的高电位侧端子。

作为第一示例性实施例的结果，基于输出端子的输出电压的高电位侧端子被选择为输出端子的连接目的地。因此，即便输出端子的输出电压超过最低电位电力存储装置的额定电压，也可在不使用电压转换器的情况下利用旋转电机的生成电力对多个主电力存储装置之中的包括至少最低电位电力存储装置的主电力存储装置进行充电。因此，可从主电力存储装置向电气部件稳定地供应电力。

第二示例性实施例包括辅助电力存储装置，所述辅助电力存储装置连接至输出端子并且包括电池容量和内阻，该电池容量和内阻小于主电力存储装置的电池容量和内部电阻。

当在旋转电机的发电期间执行连接单元的切换控制时，临时地打破主电力存储装置的高电位侧端子与旋转电机的输出端子之间的连接。在此情况中，连接输出端子和连接单元的电路径的电压临时地过度增大，并且旋转电机等的可靠性可能降低。

因此，第二示例性实施例包括连接至输出端子的辅助电力存储装置。因此，即使当在旋转电机的发电期间临时地打破主电力存储装置的高电位侧端子与旋转电机的输出端子之间的连接，也可由辅助电力存储装置吸收电路径的电压的增大。所以，可防止电路径的电压变得过高。可防止旋转电机等的可靠性降低。

此外，在第二示例性实施例中，辅助电力存储装置的电池容量小于主电力存储装置的电池容量。这样的原因是在连接单元的切换控制期间发生的电压增大是临时现象。不需要大电池容量来吸收电压增大。此外，在第二示例性实施例中，辅助电力存储装置的内阻小于主电力存储装置的内阻。这样的原因是为了快速地吸收在短时间量上发生的电压增大。

在此，具体地，如在第三示例性实施例中，连接至发动机的输出轴并且配置成使得输出端子的输出电压随着输出轴的旋转速度增大而增大的旋转电机可用作该旋转电机。在此情况下，在输出轴的旋转速度增大时，切换控制单元将主电力存储装置之中的较高电位侧上的主电力存储装置的高电位侧端子选择为输出端子的连接目的地。

另外，具体地，如在第四示例性实施例中，相比连接驱动轮和发动机的输出轴的动力传动路径上的变速器更加朝向驱动轮侧连接的、并且配置成使得输出端子的输出电压随着车辆的行驶速度增大而增大的旋转电机可用作该旋转电机。在此情况下，在车辆的行驶速度增大时，切换控制单元将主电力存储装置之中的较高电位侧上的主电力存储装置的高电位侧端子选择为输出端子的连接目的地。

例如，执行其中旋转电机通过被车辆的动能旋转而生成电力的再生发电。在此情况下，作为第三和第四示例性实施例的结果，适合于在再生发电期间基于发动机旋转速度或车辆的行驶速度的降低而降低的输出端子的输出电压的主电力存储装置可被选择为充电的对象。

在第五示例性实施例中，旋转电机包括：场绕组，调节所述生成电力的激励电流流经所述场绕组；以及场开关，通过被接通而供应电力到场绕组并且通过被断开而中断至场绕组的电力供应。第五示例性实施例包括：再生判定单元，判定其中旋转电机通过被车辆的动能旋转而生成电力的再生发电是否正在被执行；以及场控制单元，在再生判定单元确定再生发电正在被执行的时间段期间保持所述场开关接通。

可通过流向场绕组的激励电流来调节旋转电机的生成电力。具体地，旋转电机的生成电力随着激励电流增大而增大。在此，在第五示例性实施例中，在再生判定单元确定再生发电正在被执行的时间段期间，场开关保持接通。因此，可以使在再生发电正在被执行的时间段期间的激励电流是大的，并且可以增大由再生发电所生成的电力。

在第六示例性实施例中，旋转电机配置成使得通过发电生成的旋转电机的输出电流的一部分流向场绕组，作为激励电流。

作为第六示例性实施例的结果，旋转电机本身可供应向场绕组发送的激励电流。因此，不需要从最低电位电力存储装置供应向场绕组发送激励电流所需的电力。因此，可以防止要由最低电位电力存储装置供应电力的对象的数量的增加。可以促进最低电位电力存储装置的存储量的管理。

第七示例性实施例包括辅助电力存储装置(44)，所述辅助电力存储装置连接至输出端子并且包括电池容量和内阻，该电池容量和内阻小于主电力存储装置的电池容量和内阻。在旋转电机通过被车辆的动能旋转而生成电力的再生发电完成之后，切换控制单元将多个主电力存储装置的高电位侧端子之中的比再生发电的完成时选择的高电位侧端子低的电位侧上的主电力存储装置的高电位侧端子选择为输出端子的连接目的地。

以类似于上述第二示例性实施例的方式，第七示例性实施例包括辅助电力存储装置。在此配置中，当再生发电被执行时，辅助电力存储装置与主电力存储装置一起被充电。在此，当再生发电完成后辅助电力存储装置的存储量大时，存在以下担忧：可能不能充分地吸收随后在切换单元的切换控制期间发生的电压增大。

因此，在第七示例性实施例中，执行控制单元的切换控制，以使得在再生发电完成后，多个主电力存储装置的高电位侧端子之中的比再生发电完成时选择的高电位侧端子低的电位侧上的主电力存储装置的高电位侧端子连接至旋转电机的输出端子。

结果是，电流可从辅助电力存储装置被发送至多个主电力存储装置之中的至少包括最低电位电力存储装置的主电力存储装置。因此，可减小辅助电力存储装置的存储量。因此，可以吸收在连接单元的切换控制期间发生的电压增大。

第八示例性实施例包括放电开关，所述放电开关通过被接通而电连接输出端子和连接单元，并且通过被断开而断开输出端子和连接单元的电连接。当输出端子的连接目的地切换为多个主电力存储装置的高电位侧端子之中的相比再生发电完成时选择的高电位侧端子在进一步的低电位侧上的高电位侧端子时，切换控制单元控制放电开关以随着切换定时起的时间的流逝逐渐增大放电开关的接通时间相对于指定时间量的比率。

辅助电力存储装置的高电位侧端子的电位可能相对于主电力存储装置的高电位侧端子的电位变得过大。在此情况下，当具有过于比辅助电力存储装置的高电位侧端子的电位低的电位的主电力存储装置的高电位侧端子被选择为连接目的地时，过电流可能从辅助电力存储装置流向主电力存储装置。

因此，在第八示例性实施例中，控制放电开关以使得接通时间相对于指定时间的比率随着从切换定时起的时间的流逝而逐渐增大。结果是，可防止过电流紧接在输出端子的连接目的地的切换定时之后流动。

在第九示例性实施例中，旋转电机用作电动机并且向车辆的驱动轮传递驱动转矩。第九示例性实施例包括驱动控制单元，驱动控制单元控制连接单元的切换，以便在车辆正在行驶时连接输出端子和多个主电力存储装置的高电位侧端子中的任一个，并且驱动控制单元通过将电力从主电力存储装置经由输出端子供应至旋转电机来使旋转电机能够用作电动机。

作为第九示例性实施例的结果，旋转电机可覆盖车辆正在行驶时(诸如在加速或巡航期间)所需的车辆驱动力的一部分。因此，可减小由发动机生成的车辆的驱动力，并且可减小发动机的燃料消耗量。

另外，作为第九示例性实施例的结果，作为旋转电机作为电动机来被驱动的结果，在多个主电力存储装置之中，在除了最低电位电力存储装置以外的主电力存储装置中收集的能量也可以与在该最低电位电力存储装置中收集的能量一起被消耗。因此，例如，当下一次再生发电被执行时，也可以在多个主电力存储装置之中的除了最低电位电力存储装置以外的主电力存储装置中充分地收集旋转电机的生成电力。

在第十示例性实施例中，所述旋转电机是第一旋转电机。车辆包括向驱动轮施加驱动转矩的第二旋转电机，作为主车载发动机。当第二旋转电机的旋转速度高时，驱动控制单元将多个主电力存储装置之中的除了最低电位电力存储装置以外的主电力存储装置中的高电位侧上的主电力存储装置的高电位侧端子选择为输出端子的连接目的地。当第二旋转电机的旋转速度低时，驱动控制单元将低电位侧上的主电力存储装置的高电位侧端子选择为输出端子的连接目的地。

随着第二旋转电机的旋转速度增大，由第二旋转电机生成的感应电压增大，并且从旋转电机传递至驱动轮的驱动转矩减小。在此，作为第十示例性实施例的结果，可以使当第二旋转电机的旋转速度高时从主电力存储装置供应至第一旋转电机的电压高于当第二旋转电机的旋转速度低时从主电力存储装置供应至第一旋转电机的电压。

因此，可以使当第二旋转电机的旋转速度高时从第一旋转电机传递至驱动轮的驱动转矩大于当第二转电机的旋转速度低时从第一旋转电机传递至驱动轮的驱动转矩。因此，可以由第一旋转电机适当地提供对驱动轮的驱动转矩的协助。

具体地，如在第十一示例性实施例中，铅蓄电池可用作最低电位电力存储装置。另外，如在第十二示例性实施例中，电容器可用作多个主电力存储装置之中的除了最低电位电力存储装置以外的主电力存储装置。

附图说明

在附图中：

图1为根据第一实施例的车载系统的总体配置的示图；

图2是旋转电机的示图；

图3是电力存储模块的示图；

图4是旋转电机的发电特性的示图；

图5是基于旋转电机的旋转速度的连接单元的切换方面的示图；

图6是由场控制单元执行的过程中的步骤的流程图；

图7是场开关的控制方面的时间图；

图8是根据第二实施例的电力存储模块的示图；

图9是根据第三实施例的旋转电机的示图；

图10是电力存储模块的示图；

图11是由场控制单元执行的过程中的步骤的流程图；

图12是根据第四实施例的电力存储模块的示图；

图13是放电开关的控制方面的时间图；

图14为根据另一个实施例的车载系统的总体配置的示图；以及

图15是根据另一个实施例的连接单元的切换方面的示图。

具体实施方式

(第一实施例)

下文将参考附图描述本公开的车载充电装置的第一实施例。根据第一实施例，对其中将发动机作为运行电源来安装的车辆应用车载充电装置。

如图1所示，车辆包括发动机10和自动变速器11。例如，发动机10是多缸发动机并且包括喷射器(未示出)等。自动变速器11连接至发动机10的输出轴12。自动变速器11是无级变速器或多级变速器。自动变速器11基于变速齿轮比将输出轴12的旋转力转换为一旋转力，并且向第一轮轴13传递该旋转力。驱动轮16利用差速齿轮14以及驱动轮16和差速齿轮14之间的第二轮轴15连接至第一轮轴13。变速器不限于自动变速器并且可以是手动变速器。

车辆包括旋转传动机构17和旋转电机18。旋转传动机构17由多个滑轮、皮带等构成。旋转传动机构17连接旋转轴19和发动机10的输出轴12。旋转轴19提供在配置旋转电机18的转子中。转子通过接收来自发动机10的输出轴12侧的旋转力而旋转。根据本实施例，旋转传动机构17是相对于输出轴12的旋转速度增加旋转轴19的旋转速度的速度增加传动机构。例如，速度增加传动机构配置成使得速度增加比的范围从2.5至3。

车辆包括电力存储模块40和电气部件50。电力存储模块40连接至旋转电机18的输出端子B。另外，车辆包括检测发动机10的输出轴12的旋转速度的旋转速度检测单元60。根据本实施例，电气部件50包括多个电气部件。然而，根据本实施例，多个电气部件在附图中集体地示为单一电气部件50。

将参考图2描述旋转电机18。

旋转电机18包括三相定子绕组20、整流器21和场绕组22。定子绕组20缠绕在定子芯周围并且配置定子。根据本实施例，定子绕组20具有星形连接。根据本实施例，旋转电机18是所谓的集成电路(IC)调节器型交流发电机。

整流器21将从定子绕组20输出的交流电压转换为直流电压。整流器21是桥式电路，具有与定子绕组20的相数相同数量的上臂和与该相数相同数量的下臂。具体地，整流器21是包括二极管的三相全波整流器。整流器21的第一端子T1连接至旋转电机18的输出端子B。整流器21的第二端子T2连接至车辆的接地部GND。作为此配置的结果，从定子绕组20输出的交流电流由整流器21转换成直流电流。

场绕组22配置转子。场绕组22缠绕在场磁极(未示出)周围，场磁极以相对的方式设置在定子芯的内周侧上。作为激励电流流向场绕组22的结果，场磁极被磁化。然后，作为当场磁极被磁化时生成的旋转磁场的结果，交流电压从定子绕组20输出。

场绕组22并联连接至续流二极管23。整流器21的第一端子T1连接至场绕组22的第一端。场绕组22的第二端利用场绕组22和接地部GND之间的场开关24连接至接地部GND。根据本实施例，N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)用作场开关24。作为此配置的结果，从整流器21输出的直流电流的一部分可发送至场绕组22，作为激励电流。

旋转电机18包括场控制单元25。场控制单元25检测输出端子B处的生成电压，并且控制场开关24的接通和断开来执行反馈控制以将检测到的生成电压控制为目标电压Vtgt。由此，调节流向场绕组22的激励电流。生成电压被控制成目标电压Vtgt。

作为其中从整流器21输出的直流电流的一部分作为激励电流而被发送的配置的结果，向场绕组22施加的电压伴随着生成电压的增大而增大。激励电流增大。因此，可增大生成的电力。

接下来，将参照图3描述电力存储模块40。

电力存储模块40包括第一至第四主电力存储装置41a至41d、连接单元42、切换控制单元43以及壳体(未示出)。切换控制单元43控制连接单元42的切换。第一至第四主电力存储装置41a至41d、连接单元42和切换控制单元43容纳在壳体中。根据本实施例，铅蓄电池用作第一至第四主电力存储装置41a至41d。另外，根据本实施例，第一至第四主电力存储装置41a至41d的各自的标称电压设定为12V。

根据本实施例，第一主电力存储装置41a对应于最低电位电力存储装置。另外，根据本实施例，第四主电力存储装置41d是最高电位电力存储装置，是主电力存储装置41a至41d之中的最高电位侧上的主电力存储装置。

第一至第四主电力存储装置41a至41d彼此串联连接。接地部GND连接至第一主电力存储装置41a的负端子。电力存储模块40的第一模块端子Tm1连接至第一主电力存储装置41a的正端子。电气部件50的正端子侧连接至第一模块端子Tm1。接地部GND连接至电气部件50的负端子侧。因此，第一主电力存储装置41a充当电气部件50的电源。

根据本实施例，在车辆使用期间，始终从第一主电力存储装置41a向电气部件50供应几十安培的电流。因此，即使当利用旋转电机18的生成电力对第一主电力存储装置41a充电时，第一主电力存储装置41a的端子电压不会过度地增大。第四主电力存储装置41d的正端子的相对于接地部GND的电位的电位也不会过度地增大。

串联连接的第一和第二主电力存储装置41a和41b的标称电压为24V。串联连接的第一至第三主电力存储装置41a至41c的标称电压为36V。串联连接的第一至第四主电力存储装置41a至41d的标称电压为48V。

连接单元42包括第一至第四连接端子42a至42d以及参考端子42e。第一主电力存储装置41a的正端子与第二主电力存储装置41b的负端子之间的连接点连接至第一连接端子42a。例如，螺线管式继电器或非短接的旋转开关可用作连接单元42。

第二主电力存储装置41b的正端子与第三主电力存储装置41c的负端子之间的连接点连接至第二连接端子42b。第三主电力存储装置41c的正端子与第四主电力存储装置41d的负端子之间的连接点连接至第三连接端子42c。第四主电力存储装置41d的正端子连接至第四连接端子42d。旋转电机18的输出端子B利用电力存储模块40的在输出端子B和参考端子42e之间的第二模块端子Tm2连接至参考端子42e。

切换控制单元43控制连接单元42的切换以使得第一至第四连接端子42a至42d中的任一个选择性地连接至参考端子42e。由旋转速度检测单元60检测到的发动机旋转速度NE输入至切换控制单元43。

如图2所示，如上所述，在其中从整流器21输出的直流电流的一部分作为激励电流而被发送的配置中，不需要经由连接单元42、第二模块端子Tm2和输出端子B从第一主电力存储装置41a供应向场绕组22发送激励电流所需的电力因此，可以防止要由第一主电力存储装置41a供应电力的对象的数量的增加。可以促进第一主电力存储装置41a的存储量的管理。

图4示出与旋转电机18的转子的旋转速度Ngen有关的发电特性。在图4中，第一线S1、第二线S2、第三线S3和第四线S4分别示出当目标电压分别为14V、28V、42V和56V时的特性。如线S1至S4所指示，可从输出端子B输出的最大生成电力Wout随着旋转速度Ngen增大而增大。另外，随着输出端子B处的生成电压增大，最大生成电力Wout增大并且可开始发电的旋转速度Ngen的最小值增大。

基于发动机旋转速度NE，电力存储模块40的切换控制单元43和旋转电机18的场控制单元25彼此合作地执行多种类型的控制。

具体地，如图4和5所示，当旋转速度Ngen被确定为等于或低于第一增大阈值N1U(诸如，1500rpm)时，场控制单元25将目标电压Vtgt设定为14V，

当旋转速度Ngen被确定为等于或低于第一增大阈值N1U时，切换控制单元43控制连接单元42的切换以使得第一连接端子42a(此处的电压低于目标电压Vtgt)与参考端子42e连接。因此，利用从旋转电机18的输出端子B输出的生成电力对第一主电力存储装置41a充电。

根据本实施例，第一增大阈值N1U被设定为高于与第一线S1和第二线S2之间的交叉点对应的旋转速度Ngen并且低于与第三线S3和第四线S4之间的交叉点对应的旋转速度Ngen的值。

可基于发动机旋转速度NE和旋转传动机构17的速度增大比计算旋转速度Ngen。

当旋转速度Ngen被确定为高于第一增大阈值N1U并且等于或低于第二增大阈值N2U(诸如，2200rpm)时，场控制单元25将目标电压Vtgt设定为28V。

当旋转速度Ngen被确定为高于第一增大阈值N1U并且等于或低于第二增大阈值N2U时，切换控制单元43控制连接单元42的切换以使得第二连接端子42b(此处的电压低于目标电压Vtgt)与参考端子42e连接。因此，利用从输出端子B输出的生成电力对由第一和第二主电力存储装置41a和41b构成的串联连接体充电。

在此，根据本实施例，第二增大阈值N2U设定为高于与第二线S2和第三线S3之间的交叉点对应的旋转速度Ngen的值。更具体地，第二增大阈值N2U设定为高于与第三线S3和第四线S4之间的交叉点对应的旋转速度Ngen的值。

当旋转速度Ngen被确定为高于第二增大阈值N2U并且等于或低于第三增大阈值N3U(诸如，3000rpm)时，场控制单元25将目标电压Vtgt设定为42V。

当旋转速度Ngen被确定为高于第二增大阈值N2U并且等于或低于第三增大阈值N3U时，切换控制单元43控制连接单元42的切换以使得第三连接端子42c(此处的电压低于目标电压Vtgt)与参考端子42e连接。因此，利用从输出端子B输出的生成电力对由第一至第三主电力存储装置41a至41c构成的串联连接体充电。

当旋转速度Ngen被确定为高于第三增大阈值N3U(>N2U)时，场控制单元25将目标电压Vtgt设定为56V。当旋转速度Ngen被确定为高于第三增大阈值N3U时，切换控制单元43控制连接单元42的切换以使得第四连接端子42d(此处的电压低于目标电压Vtgt)与参考端子42e连接。因此，利用从输出端子B输出的生成电力对由第一至第四主电力存储装置41a至41d构成的串联连接体充电。

如上所述，旋转电机18配置成使得输出端子B处的生成电压随着旋转速度Ngen增大而逐步增大。另外，切换控制单元43控制连接单元42的切换以便将第一至第四主电力存储装置41a至41d的正端子之中的电位较高的正端子选择为输出端子B的连接目的地。

当旋转速度Ngen被确定为已经下降到低于第三减小阈值N3D(诸如，2700rpm)时，场控制单元25将目标电压Vtgt从56V切换为42V，该第三减小阈值N3D低于第三增大阈值N3U并且高于第二增大阈值N2U。

当旋转速度Ngen被确定为已经下降到低于第三减小阈值N3D时，切换控制单元43将参考端子42e的连接目的地从第四连接端子42d切换为第三连接端子42c。在此，根据本实施例，第三减小阈值N3D设定为高于与第三线S3和第四线S4之间的交叉点对应的旋转速度Ngen的值。

当旋转速度Ngen被确定为已经下降到低于第二减小阈值N2D(诸如，1800rpm)时，场控制单元25将目标电压Vtgt从42V切换为28V，该第二减小阈值N2D低于第二增大阈值N2U并且高于第一增大阈值N1U。

当旋转速度Ngen被确定为已经下降到低于第二减小阈值N2D时，切换控制单元43将参考端子42e的连接目的地从第三连接端子42c切换为第二连接端子42b。在此，根据本实施例，第二减小阈值N2D设定为高于与第二线S2和第三线S3之间的交叉点对应的旋转速度Ngen的值。

当旋转速度Ngen被确定为已经下降到低于第一减小阈值N1D(诸如，1000rpm)时，场控制单元25将目标电压Vtgt从28V切换为14V，该第一减小阈值N1D低于第一增大阈值N1U。

当旋转速度Ngen被确定为已经下降到低于第一减小阈值N1D时，切换控制单元43将参考端子42e的连接目的地从第二连接端子42b切换为第一连接端子42a。在此，根据本实施例，第一减小阈值N1D设定为高于与第一线S1和第二线S2之间的交叉点对应的旋转速度Ngen的值。

作为其中使用减小阈值N1D、N2D和N3D的切换控制的结果，即使发动机旋转速度的变化量大，也可以防止输出端子B的连接目的地的频繁切换。因此，可抑制生成电压的变化。

根据本实施例，场控制单元25执行再生发电控制。在再生发电控制中，场控制单元25执行控制以使得旋转电机18通过被车辆的从驱动轮16经由自动变速器11、输出轴12和旋转传动机构17传送至旋转轴19的动能旋转而生成电力。在再生发电控制中，场控制单元25控制场开关24。

图6示出根据本实施例的场开关24的控制过程中的步骤。例如在每个预定周期由场控制单元25重复地执行控制过程。

在此一系列的过程中，首先在步骤S10处，场控制单元25判定是否正在执行再生发电控制。例如，可在确定执行条件被满足时执行再生发电控制。执行条件包括由驾驶员的制动操作向车轮施加制动力的条件以及车辆的行驶速度等于或高于预定速度的条件。另外，根据本实施例，步骤S10处的过程对应于再生判定单元。

当在步骤S10处确定没有正在执行再生发电控制时，场控制单元25前进至步骤S11。在步骤S11处，场控制单元25设定场开关24的时间比DutyF来执行反馈控制以将检测到的生成电压控制为目标电压Vtgt。根据本实施例，如图7所示，时间比DutyF被定义为场开关24的接通时间TFon相对于场开关24的单一切换周期TFSW的比率。

同时，当在步骤S10处确定正在执行再生发电控制时，场控制单元25前进至步骤S12并且将时间比DutyF设定为100％。因此，当再生发电控制正在被执行时，场开关24保持接通。因此，可以增大通过再生发电控制生成的生成电力。当步骤S12处的过程正在被执行时，生成电压可能超过目标电压Vtgt。

例如，假定一种状态，在这种状态中，在旋转速度Ngen超过第三增大阈值N3U的状态中开始再生发电控制。

在此情况下，当车辆的行驶速度在再生发电控制正在被执行的时间段期间逐渐减小时，基于图5所示的如上所述的参考电极42e的连接目的地的选择方法，参考电极42e的连接目的地相继从第一至第四主电力存储装置41a至41d的正端子之中的高电位侧上的正端子切换到低电位侧上的负端子。

根据包括连接单元42的本实施例，在旋转电机18的生成电压增大时，具有较高电位的主电力存储装置的正端子被选择为输出端子B的连接目的地。

因此，即便生成电压超过第一主电力存储装置41a的额定电压，也可在不使用电压转换器(诸如，在上述JP-A-2008-172851中所述的电压转换器)的情况下利用旋转电机18的生成电力对第一主电力存储装置41a充电。因此，可从第一主电力存储装置41a向电气部件50稳定地供应电力。

另外，根据本实施例，铅蓄电池用作配置电力存储模块40的第一主电力存储装置41a。就此而言，也可考虑其中第一主电力存储装置41a是锂离子电池的配置。铅蓄电池比锂离子电池在冷状态期间呈现更好的电池性能。

因此，在第一主电力存储装置41a是锂离子电池的配置中，单独地需要铅蓄电池以使旋转电机18能够用作启动器。因此，根据其中铅蓄电池用作第一主电力存储装置41a的本实施例，不需要提供除了配置电力存储模块40的铅蓄电池以外的单独的铅蓄电池。因此，可以获得尺寸减小和成本减小的充电装置。

根据本实施例，在除了当再生发电控制正在被执行时以外的情况中，切换控制单元43可执行切换控制以使得第一连接端子42a和参考端子42e通过连接单元42连接。另外，场控制单元25可利用设定为14V的目标电压Vtge执行第一主电力存储装置41a的充电控制。

因此，在除了当再生发电控制正在被执行时以外的情况中，可防止旋转电机18通过由发动机10供应的动力来生成电力以对第一至第四主电力存储装置41a至41d之中的除了第一主电力存储装置41a以外的主电力存储装置充电。因此，可以防止不必要的燃料喷射。可以改善减小发动机10的燃料消耗的效果。

(第二实施例)

下面将根据附图描述第二实施例，主要集中于与上述第一实施例的差别。如图8所示，根据本实施例，电力存储模块40包括辅助电力存储装置44。根据本实施例，电容器用作辅助电力存储装置44。具体地，使用电双层电容器。在图8中，为了方便，与图3中所示的、如上所述的配置相同的配置被赋予相同的附图标记。

如图8所示，辅助电力存储装置44的高电位侧端子连接至电路径，该电路径连接参考端子42e和第二模块端子Tm2。接地部GND连接至辅助电力存储装置44的低电位侧端子。

接着，将描述提供辅助电力存储装置44的技术重要性。

当在旋转电机18的发电期间执行连接单元42的切换控制时，临时地打破参考端子42e与主电力存储装置41a至41d中的任一个的正端子之间的连接。临时地中断输出端子B的输出电流。在此情况下，跨连接参考端子42e和输出端子B的电路径的电压临时地过度增大，并且旋转电机18的可靠性可能降低。

为了解决这类问题，可以考虑在连接单元42的切换控制期间临时地停止激励电流流向场绕组22。然而，当临时地停止激励电流的流动时，即便激励电流恢复流动，也需要大量的时间(诸如，数百毫秒)以便场绕组22的激励结束。在此情况中，每当执行连接单元42的切换控制时，发电被中断，并且不能快速地开始发电。

因此，根据本实施例，提供辅助电力存储装置44。因此，即便临时地打破参考端子42e与第一至第四主电力存储装置41a至41d中的任一个的正端子之间的连接，也可由辅助电力存储装置44吸收连接参考端子42e与输出端子B的电路径的电压的增大。因此，可以在发电被中断后不用再次激励场绕组22的情况下防止电路径的电压的增大。可防止旋转电机18的可靠性降低。

另外，根据本实施例，辅助电力存储装置44的电池容量C小于第一至第四主电力存储装置41a至41d的各自的电池容量C。这样的原因是在连接单元42的切换控制期间发生在电路径中的电压增大是临时现象，并且不需要大电池容量来吸收电压增大。

此外，根据本实施例，辅助电力存储装置44的内阻R小于第一至第四主电力存储装置41a至41d的各自的内阻R。

这样的原因是为了使辅助电力存储装置44能够快速地吸收在连接参考端子42e和输出端子B的电路径中、在短时间量上发生的电压增大。辅助电力存储装置44的内阻R小于第一至第四主电力存储装置41a至41d的各自的内阻R，因为辅助电力存储装置44是电容器而主电力存储装置41a至41d是蓄电池。

(第三实施例)

下面将根据附图描述第三实施例，主要集中于与上述第二实施例的差别。如图9所示，根据本实施例，修改整流器的配置。在图9中，为了方便，与图2中所示的、如上所述的配置相同的配置被赋予相同的附图标记。

如图9所示，整流器26是具有用于三相的上臂开关SWp和下臂开关SWn的逆变器。根据本实施例，N沟道MOSFET被用于开关SWp和SWn。另外，体二极管分别与开关SWp和SWn反向并联连接。

开关SWp和SWn不限于N沟道MOSFET并且可以是例如绝缘栅双极晶体管(IGBT)。开关的材料可以是例如Si、SiC或GaN。

当旋转电机18用作发电机时，场控制单元25通过控制开关SWp和SWn来执行同步整流从而将从定子绕组20输出的交流电压转换为直流电压。

另外，当旋转电机18用作电动机时，场控制单元25通过控制开关SWp和SWn将经由输出端子B从电力存储模块40供应的直流电流转换为交流电流，并且向定子绕组20供应该交流电流。可通过多种类型的控制(诸如，矩形波驱动、正弦波脉宽调制(PWM)驱动或向量控制)执行对开关SWp和SWn的控制。

接下来，图10示出根据本实施例的电力存储模块40。在图10中，为了方便，与图8中所示的、如上所述的配置相同的配置被赋予相同的附图标记。

如图10所示，电力存储模块40包括是电容器而不是铅蓄电池的第二、第三和第四主电力存储装置45b、45c和45d。具体地，电双层电容器可用作主电力存储装置45b、45c和45d。

不像铅蓄电池是化学电池，电容器具有可在充电期间使用的宽电压范围。具体地，电容器的电压范围比铅蓄电池的电压范围宽，因为电压范围的下限值小。因此，可以增大再生发电中的能量恢复效率。

根据本实施例，第二、第三和第四主电力存储装置45b、45c和45d的内阻小于第一主电力存储装置41a的内阻。另外，根据本实施例，第二、第三和第四主电力存储装置45b、45c和45d的电池容量大于辅助电力存储装置44的电池容量。

图11示出根据本实施例由场控制单元25执行的一系列过程中的步骤。例如，场控制单元25响应于触发事件执行该一系列的过程，该触发事件为再生发电控制的开始。作为该一系列的过程的主执行器的场控制单元25与切换控制单元43交换信息以便与切换控制单元43合作。

在此一系列的过程中，首先在步骤S20处，场控制单元25判定再生发电控制是否完成。

当在步骤S20处确定再生发电控制完成时，场控制单元25前进至步骤S21。在步骤S21处，场控制单元25判定在再生发电完成后在第一至第四连接端子42a至42d之中的被选择为参考端子42e的连接目的地的连接端子是否是第一连接端子42a。

当在步骤S21处确定为“否”，即被选择为参考端子42e的连接目的地的连接端子不是第一连接端子42a时，场控制单元25前进至步骤S22。在步骤S22处，场控制单元25向切换控制单元43输出指令以将参考端子42e的连接目的地切换为在进一步的较低电位侧上的连接端子。因此，参考端子42e和具有比参考端子42e低的电位的连接端子被连接。

因此，可将电流从辅助电力存储装置44发送至主电力存储装置，并且可以减小辅助电力存储装置44的充电量。因此，可由辅助电力存储装置44进一步吸收在连接单元42的切换控制期间发生的电压增大。

当辅助电力存储装置44的端子电压甚至在从参考端子42e的连接目的地的切换起经过了预定量的时间之后还减小时，参考端子42e的连接目的地可相继地被切换到在进一步的较低电位侧上的连接端子，直到连接目的地变成第一连接端子42e为止。

具体地，例如，当辅助电力存储装置44的端子电压甚至在从参考端子42e的连接目的地从第四连接端子42d切换至第三连接端子42c时起经过了预定量的时间之后还减小时，参考端子42e的连接目的地切换至第二连接端子42b。

然后，当辅助电力存储装置44的端子电压甚至在从参考端子42e的连接目的地切换至第二连接端子42b时起经过了预定量的时间之后还减小时，参考端子42e的连接目的地切换至第一连接端子42a。可通过输出端子B处的电压来检测辅助电力存储装置44的端子电压。

另外，当在参考端子42e的连接目的地是第一连接端子42a的状态中辅助电力存储装置44的端子电压减小时，第一主电力存储装置41a的存储量可能是低的。在此情况下，场控制单元25可执行对第一主电力存储装置41a的充电控制以将第一主电力存储装置41a的存储量设定为等于或大于指定量。

当执行步骤S22处的过程时，可以停止激励电流流向场绕组22，并且可以停止由旋转电机18进行的发电。

当在步骤S22处的过程完成时，或者当在步骤S21处确定为“是”，即被选择为参考端子42e的连接目的地的连接端子是第一连接端子42a时，场控制单元25前进至步骤S23。在步骤S23处，场控制单元25判定是否满足用于旋转电机18的功率运行控制的执行条件。

在此，功率运行控制指的是经执行以协助向驱动轮16施加的驱动转矩的控制，其中旋转电机18用作电动机并且主电力存储装置配置作为电源的电力存储模块40。在功率运行控制中，参考端子42e的连接目的地是第二至第四连接端子42b至42d中的任一者。另外，配置整流器26的开关SWp和SWn被接通和断开。

例如，用于功率运行控制的执行条件可以是至少包括车辆正在行驶的条件的条件。当在步骤S23处确定执行条件满足时，场控制单元25前进至步骤S24并且执行功率运行控制。

根据本实施例，场控制单元25和切换控制单元43对应于驱动控制单元。

根据如上所述的本实施例，旋转电机18可覆盖车辆正在行驶时(诸如在加速或巡航期间)所需的车辆驱动力的一部分。因此，可以改善减小发动机10的燃料消耗的效果。

另外，根据本实施例，在再生发电控制之后执行功率运行控制。因此，在第二至第四主电力存储装置45b至45d中收集的能量也可以与在第一主电力存储装置41a中的能量一起被消耗。

因此，可以使第二至第四主电力存储装置45b至45d的存储量低，以针对执行下一次再生发电控制的时候做准备。因此，当执行下一次再生发电控制时，除第一主电力存储装置41a之外，旋转电机18的生成电力还可以被充分地收集在第二至第四主电力存储装置45b至45d中。

(第四实施例)

下面将根据附图描述第四实施例，主要集中于与上述第三实施例的差别。如图12所示，根据本实施例，修改电力存储模块40的配置。在图12中，为了方便，与图10中所示的、如上所述的配置相同的配置被赋予相同的附图标记。

如图12所示，电力存储模块40包括放电开关46。放电开关46设置在连接参考端子42e与第二模块端子Tm2的电路径上，相比与辅助电力存储装置44的高电位侧端子的连接点更加朝向参考端子42e侧。

根据本实施例，放电开关46由两个N沟道MOSFET来配置。这两个N沟道MOSFET的各自的漏极彼此连接。此配置用来防止电流在放电开关46的断开控制期间流经N沟道MOSFET的体二极管。切换控制单元43控制放电开关46。

根据本实施例，如上所述，修改图11中的步骤S22处的过程。具体地，如图13所示，场控制单元25向切换控制单元43输出指令来控制放电开关46以随着从定时t1起的时间的流逝逐步增加时间比DutyD(＝TDon/TDSW×100％)，在该定时t1处，参考端子42e的连接目的地切换至在进一步的低电位侧上的连接端子。时间比DutyD是放电开关46的接通时间TDon相对于放电开关46的单一切换周期TDSW的比率。

即使当参考端子42e与连接端子之间的电位差大时，从输出端子B流向参考端子42e的电流也随着时间比DutyD减小而减小。结果，即使当参考端子42e与连接端子之间的电位差大时，也可防止过电流伴随着参考端子42e的连接目的地的切换从参考端子42e流向主电力存储装置。时间比DutyD可在一定时处设定为100％，在该定时处，从参考端子42e的连接目的地切换至在进一步的低电位侧上的连接端子时的定时起经过了阈值量的时间。

(其他实施例)

上述实施例可以按下列变型例实施。

如图14所示，以下配置也是可以的：其中旋转电机18的旋转轴连接在从驱动轮16经由自动变速器11到输出轴12的动力传动路径上，相比自动变速器11更加朝向驱动轮16侧。在此情况下，旋转电机18配置成使得输出端子B处的最大生成电力随着驱动轮16的旋转速度增加而增加。

在此情况下，例如，用于切换参考端子42e的连接目的地的旋转电机18的转子的旋转速度Ngen可基于速度检测单元61的检测值来计算，该速度检测单元61检测第一轮轴13、第二轮轴15或车轮的旋转速度。在图14中，为了方便，与图1中所示的、如上所述的配置相同的配置被赋予相同的附图标记。

另外，在图14所示的配置中，车辆的动能可传递至旋转电机18而不经过自动变速器11。因此，可从输入至旋转电机18以执行再生发电控制的动力中移除自动变速器11中的动力损失。车辆的动能可由旋转电机18更加有效率地转换为电能。结果，可以进一步改善减小发动机10的燃料消耗的效果。另外，在图14所示的配置中，可停止发动机10，并且可在旋转电机18用作电动机的情况下仅通过旋转电机18来使车辆运行。

旋转电机18可称为第一旋转电机18。在此情况下，与第一旋转电机18一起，向驱动轮16施加驱动转矩的第二旋转电机可设置在车辆中作为主车载发动机。

在此，例如，永磁场型或绕组磁场型同步电动机可用作第二旋转电机。在此情况中，在图11的、如上所述的步骤S24处，可基于主发动机旋转速度Nm从第二至第四连接端子42b至42d中选择参考端子42e在功率运行控制期间的连接目的地。主发动机旋转速度Nm是配置第二旋转电机的转子的旋转速度。

具体地，例如，如图15所示，当主发动机旋转速度Nm被确定为等于或低于第一阈值Nth1时，场控制单元25向切换控制单元43输出指令以将参考端子42e的连接目的地设定为第二连接端子42b。

同时，当主发动机旋转速度Nm被确定为高于第一阈值Nth1并且等于或低于第二阈值Nth2(>Nth1)时，场控制单元25向切换控制单元43输出指令以将参考端子42e的连接目的地设定为第三连接端子42c。同时，当主发动机旋转速度Nm被确定为高于第二阈值Nth2时，场控制单元25向切换控制单元43输出指令以将参考端子42e的连接目的地设定为第四连接端子42d。

作为此配置的结果，从电力存储模块40经由输出端子B供应至定子绕组20的电压可随着主发动机旋转速度Nm增加而增加。因此，从第一旋转电机18传递至驱动轮16的驱动转矩可随着主发动机旋转速度Nm增加而增加。结果，可以由第一旋转电机18适当地提供对驱动轮16的驱动转矩的协助。

根据上述实施例，蓄电池不限于铅蓄电池。也可使用其他类型的蓄电池。在此，即使当锂离子电池用作主电力存储装置时，也可以获得类似于根据上述第一实施例获得的效果的效果。

根据上述第二至第四实施例，辅助电力存储装置44可以是蓄电池。

根据第四实施例的图12中的第二至第四主电力存储装置45b至45d可以是铅蓄电池。

主电力存储装置的数量不限于四个，并且可以是两个、三个、五个或更多个。在此情况下，包括在连接单元中的连接端子的数量与主电力存储装置的数量相同。

根据上述实施例，场控制单元25和切换控制单元43可配置为公用控制单元。

Claims (12)

1.一种车载充电装置，包括：

旋转电机，通过被从安装在车辆上的发动机供应的动力或正在行驶的车辆的动能旋转而生成电力；以及

多个主电力存储装置，储存从所述旋转电机的输出端子输出的生成电力，其中

所述多个主电力存储装置彼此串联连接；

所述多个主电力存储装置的最低电位侧上的主电力存储装置是最低电位电力存储装置；

所述最低电位电力存储装置具有设定为12V的标称电压并且向安装在所述车辆上的电气部件供应电力；并且

所述车载充电装置包括：

连接单元，通过切换控制选择性地连接所述输出端子和所述多个主电力存储装置的高电位侧端子中的任一个；

切换控制单元，基于所述输出端子的输出电压控制所述连接单元的切换以在所述多个主电力存储装置的所述高电位侧端子之中切换被选择为所述输出端子的连接目的地的所述高电位侧端子；以及

辅助电力存储装置，所述辅助电力存储装置连接至所述输出端子并且包括电池容量和内阻，该电池容量和内阻小于所述主电力存储装置的电池容量和内阻。

2.如权利要求1所述的车载充电装置，进一步包括：

所述旋转电机连接至所述发动机的输出轴，并且配置成使得所述输出端子的输出电压随着所述输出轴的旋转速度增加而增加；以及

在所述输出轴的旋转速度增加时，所述切换控制单元将所述主电力存储装置之中的较高电位侧上的主电力存储装置的高电位侧端子选择为所述输出端子的连接目的地。

3.根据权利要求1所述的车载充电装置，其特征在于，

所述车辆包括驱动轮以及变速器，所述变速器设置在连接所述驱动轮和所述发动机的输出轴的动力传动路径上；

所述旋转电机相比所述动力传动路径上的变速器更加朝向所述驱动轮侧连接，并且配置成使得所述输出端子的输出电压随着所述车辆的行驶速度增加而增加，以及

在所述车辆的行驶速度增加时，所述切换控制单元将所述主电力存储装置之中的较高电位侧上的主电力存储装置的高电位侧端子选择为所述输出端子的连接目的地。

4.根据权利要求1所述的车载充电装置，其特征在于，

所述旋转电机包括：

场绕组，调节所述生成电力的激励电流流经所述场绕组；以及

场开关，通过被接通而供应电力到所述场绕组并且通过被断开而中断至所述场绕组的电力供应；并且

所述车载充电装置进一步包括：

再生判定单元，判定再生发电是否正在被执行，在所述再生发电中所述旋转电机通过被所述车辆的动能旋转而生成电力；以及

场控制单元，在所述再生判定单元确定再生发电正在被执行的时间段期间保持所述场开关接通。

5.根据权利要求4所述的车载充电装置，其特征在于，

所述旋转电机配置成使得通过发电生成的所述旋转电机的输出电流的一部分流向所述场绕组，作为所述激励电流。

6.如权利要求4所述的车载充电装置，其特征在于，

在所述旋转电机通过被所述车辆的动能旋转而生成电力的所述再生发电完成之后，所述切换控制单元将所述多个主电力存储装置的高电位侧端子之中的比所述再生发电的完成时选择的高电位侧端子低的电位侧上的主电力存储装置的高电位侧端子选择为所述输出端子的连接目的地。

7.如权利要求6所述的车载充电装置，其特征在于，进一步包括：

放电开关，所述放电开关通过被接通而电连接所述输出端子和所述连接单元，并且通过被断开而断开所述输出端子和所述连接单元的电连接，其中

当所述输出端子的连接目的地切换为所述多个主电力存储装置的高电位侧端子之中的相比所述再生发电完成时选择的所述高电位侧端子在进一步的低电位侧上的高电位侧端子时，所述切换控制单元控制所述放电开关以随着切换定时起的时间的流逝逐渐增大所述放电开关的接通时间相对于指定时间量的比率。

8.根据权利要求1所述的车载充电装置，其特征在于，

所述旋转电机用作电动机并且向所述车辆的驱动轮传递驱动转矩；并且

所述车载充电装置进一步包括：

驱动控制单元，所述驱动控制单元控制所述连接单元的切换，以便在所述车辆正在行驶时连接所述输出端子和所述多个主电力存储装置的高电位侧端子中的任一个，并且所述驱动控制单元通过将电力从所述主电力存储装置经由所述输出端子供应至所述旋转电机来使所述旋转电机能够用作电动机。

9.根据权利要求8所述的车载充电装置，其特征在于，

所述旋转电机是第一旋转电机；

所述车辆包括向所述驱动轮施加驱动转矩的第二旋转电机，作为主车载发动机；以及

所述驱动控制单元将所述多个主电力存储装置之中的除了所述最低电位电力存储装置以外的主电力存储装置的高电位侧端子之中的、具有比当所述第二旋转电机的旋转速度低时被选择为所述输出端子的连接目的地的高电位侧端子高的电位的高电位侧端子设为当所述第二旋转电机的旋转速度高时被选择为所述输出端子的连接目的地的高电位侧端子。

10.根据权利要求1所述的车载充电装置，其特征在于，

所述最低电位电力存储装置是铅蓄电池。

11.根据权利要求1所述的车载充电装置，其特征在于，

所述多个主电力存储装置之中的除了所述最低电位电力存储装置以外的至少一个主电力存储装置是电容器。

12.如权利要求5所述的车载充电装置，其特征在于，

辅助电力存储装置，所述辅助电力存储装置连接至所述输出端子并且包括电池容量和内阻，该电池容量和内阻小于所述主电力存储装置的电池容量和内阻，其中

在所述旋转电机通过被所述车辆的动能旋转而生成电力的所述再生发电完成之后，所述切换控制单元将所述多个主电力存储装置的高电位侧端子之中的比所述再生发电的完成时选择的高电位侧端子低的电位侧上的主电力存储装置的高电位侧端子选择为所述输出端子的连接目的地。

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