CN108521150B - 一种多功能蓄电池充放电装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多功能蓄电池充放电装置及其控制方法，该装置采用两级变换，前级单元采用三相PWM整流器获得直流侧电压，减小电网侧入网电流谐波、提高功率因数，减少能量的损耗；后级单元采用交错并联双向半桥变换器，大大减小输出滤波电感。三相PWM整流器采用电压外环，电流内环的双闭环控制策略实现直流母线电压高精度的控制和电网侧电流的高功率因素控制；双向半桥变换器控制输出电压时，采用电压外环和电流内环的双环控制策略，控制输出电流时采用电流内环单环控制，对蓄电池充电时，控制电流为正，对蓄电池放电时，控制电流为负；当需要更大功率工作时，可以将两台装置输出端通过开关切换为串联工作或并联工作。
Description
技术领域
本发明属于蓄电池充放电技术领域，具体涉及一种多功能蓄电池充放电装置及其控制方法。
背景技术
蓄电池作为一种储能设备，具有电压稳定，供电可靠，移动方便等优点，广泛应用于国民经济的各个部门，如铁路、邮电、港口、电力系统等。蓄电池的充放电技术与蓄电池相伴而生，与蓄电池的发展和应用有着密切的关系。充放电装置性能直接影响着蓄电池的技术状态，使用寿命，并决定着放电时对电网污染程度。
目前，国内常采用的大功率蓄电池充电装置主要是可控硅整流充电型，该充电装置采用可控硅的导通角进行电流调整和稳定，实现恒流充电。而在实际应用中，出现输出电流的脉动成分较大，易使蓄电池电解液发热而蒸发的问题，另外网侧功率因数低，谐波污染严重，故障率较高。
对于放电装置，大多采用相控式有源逆变蓄电池放电装置或者电阻放电装置，其中：相控式有源放电装置具有体积大和噪声大、交流侧输出功率因数小、对电网污染严重等缺点；而电阻放电装置虽然结构简单、成本低，但放电电流控制困难，电能损耗大，难以实现蓄电池恒流放电的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足之处，提供一种结构更精简、成本更低、可靠性更高的多功能蓄电池充放电装置以及一种适用于蓄电池充放电装置的综合控制方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种多功能蓄电池充放电装置，包括充放电单元，充放电单元包括三相PWM整流器、交错并联双向半桥变换器、两个输出滤波电感和一个输出滤波电容，所述的三相PWM整流器与电网侧三相电源连接；所述交错并联双向半桥变换器与三相PWM整流器串联连接，每个输出滤波电感的输入端与交错并联双向半桥变换器连接，每个输出滤波电感的输出端与输出电容连接，输出电容两端与直流负载连接。
所述的三相PWM整流器为含有多个功率开关器件的三桥臂整流桥，所述的交错并联双向半桥变换器由两个双向半桥变换器并联构成。
充放电单元至少为两个，充放电单元之间通过可切换开关实现串联或者并联。
一种多功能蓄电池充放电装置的控制方法，步骤如下，所述三相PWM整流器采用直流电压外环，电网侧电流内环的双环控制策略，维持直流侧电压稳定并保证三相电网侧电流为正弦波和单位功率因数；所述交错并联双向半桥变换器，采用移相PWM调制，工作在电压模式时，采用输出电压外环，电流内环的双环控制策略，保持输出电压稳定，工作在电流模式时，采用电流内环的单环控制策略，控制输出电流稳定，当工作在正向电流模式时，控制输出电流为正，工作在反向电流模式时，控制输出电流为负。
当需要更大功率工作时，将多个充放电单元输出端通过开关切换为串联工作或并联工作；当工作在串联电压模式输出时，控制两个充放电单元为电压源，为电压模式输出；当工作在串联电流模式输出时，控制一个充放电单元为电流模式输出，即控制其中一个充放电单元为电流源，然后另一个充放电单元为电压模式输出，也即控制为电压控制电压源(VCVS)；当工作在并联电流模式输出时，控制两个充放电单元为电流模式输出；当工作在并联电压模式输出时，控制一个充放电单元为电流模式输出，即控制为电流控制电流源(CCCS)，然后另一个充放电单元为电压模式输出，也即控制另一台变换器为电压源。
所述的三相PWM整流器的双环控制策略具体包括以下步骤：
6.1)检测直流电容的电压Vdc，与参考直流电压
作差，得到直流侧电压偏差，该直流侧电压偏差经比例积分调节器后，加上负载电流前馈值，得到电网侧有功电流参考值
与此同时，设定无功电流参考值
为零；
6.2)检测电网侧电压和电流值，经锁相、abc/dq坐标变换后，得到ed，eq，id，iq；
6.3)电网侧有功电流参考值
与id作差，电网侧无功电流参考值
与iq作差，分别得到电网侧有功电流和无功电流偏差，该偏差分别经比例积分调节器后，得到三相PWM整流器交流侧电压矢量vd，vq；
6.4)最后将步骤6.3)得到的三相PWM整流器交流侧电压矢量vd，vq送入到空间电压矢量PWM调制，得到PWM整流器各开关管的控制脉冲，以该控制脉冲控制三相PWM整流器的输出。
步骤6.3)中，电网侧有功电流和无功电流偏差分别在比例积分调节器中，用电网电压d，q轴分量ed，eq减去有功电流和无功电流经过PI调节器后的输出值，得到三相PWM整流器交流侧电压矢量vd，vq。
所述的交错并联双向半桥变换器工作在电压模式时的移相PWM调制方法为：
8.1)检测输出电容电压V0，与参考直流电压
作差，得到输出电压偏差，该输出电压偏差经比例积分调节器调节后，得到输出电流参考指令；
8.2)将步骤8.1)得到的输出电流参考指令与检测到的输出电感电流作差，得到电流控制偏差；
8.3)将步骤8.2)得到的电流控制偏差经比例积分调节后得占空比值，同一桥臂上下开关管采用互补控制的方式，将2个占空比值分别送入移相PWM调制，得到交错并联双向半桥变换器各开关管的控制脉冲，最后以该控制脉冲调节交错并联双向半桥变换器。
所述的交错并联双向半桥变换器工作在电流模式时的移相PWM调制方法为：
9.1)检测输出电容电压，与电压限定值作差，经比例积分调节器后，输出作为电流参考指令
的限幅条件；
9.2)电流参考指令
经过输出电压限幅并除以2后，得到每一路输出电流参考指令；
9.3)将步骤9.2)得到的每一路输出电流参考指令与检测到的每一路输出电感电流作差，得到电流控制偏差；
9.4)将步骤9.3)得到的电流控制偏差经比例积分调节后得到并联的每一路的占空比值，同一桥臂上下开关管采用互补控制的方式，将2个占空比值分别送入移相PWM调制，得到交错并联双向半桥变换器各开关管的控制脉冲，最后以该控制脉冲调节交错并联双向半桥变换器。
10、根据权利要求4至8中任意一项所述的多功能蓄电池充放电装置的控制方法，其特征在于：当充放电装置包括两路充放电通道时，其控制方法为：
10.1)工作在串联电压模式时，控制两个充放电单元装置为电压源，输出电压指令值为串联输出电压的1/2；
10.2)工作在串联电流模式时，控制一个充放电单元为电流源，电流指令值为串联输出电流值，控制另一个充放电单元为电压源，电压指令值为电流源输出端电压采样值；
10.3)工作在并联电压模式时，控制一个充放电单元为电压源，电压指令值为并联输出电压值，控制另一个充放电单元为电流源，电流指令值为电压源输出电流采样值；
10.4)工作在并联电流模式时，控制两个充放电单元为电流源，输出电流指令值为并联输出电流的1/2。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明采用三相PWM整流器获得直流侧电压，实现网侧的高功率因数，减少能量的损耗；交错并联双向半桥变换器大大减少输出滤波电感，装置体积减小，成本降低，提高等效开关频率，间接的提高了系统的响应速度；PWM整流器采用电压外环，电流内环的双闭环控制策略以实现直流侧电压高精度的控制和电网侧电流的高功率因数控制；双向半桥变换器采用移相PWM调制，可以减小输出电流纹波。
扩展方面，对于N台交错并联的双向半桥变换器，为使输出电流纹波相互抵消，采用载波移相180°/N，为使各并联模块均流，对于每个并联模块，使给定值均流。控制输出电流，采用电流内环单环控制。为了抑制输出电压扰动，在单环控制的基础上，增加输出电压前馈限幅。为校正并联后输出电流偏差，增加并联电流前馈校正。在电流内环的基础上，增加电压外环，能够很好的控制输出电压。
电压模式工作时，采用输出电压外环和电流内环的双环控制策略，可以实现输出电压的快速跟踪和交错并联2路双向半桥变换器的功率均衡分配。电流模式工作时，采用电流内环单环控制，根据电流指令值的不同，设定双向装置的工作方式(正向电流工作或反向电流工作)，控制简单，且能实现输出电流的快速跟踪。
两路既可以工作在串联模式下，也可以工作在并联模式化，每种模式都可以实现恒压、恒流充放电，实现了装置的多功能化。
本发明的多功能蓄电池充放电装置的控制方法具有很高的灵活性和广阔的实用性。
附图说明
图1是传统的晶闸管充放电装置结构图。
图2是本发明的充放电装置结构图。
图3是两路通道串联工作或并联工作开关切换图。
图4是本发明两路充放电通道串并联工作控制框图。
图5是本发明三相PWM整流器电压外环，电流内环的双闭环控制框图。
图6是本发明交错并联双向半桥变换器电压模式，电流模式控制框图。
图7是满功率充电时的交流侧电压电流，直流电压实验波形。
图8是满功率放电时的交流侧电压电流，直流电压实验波形。
图9是电压模式输出电压、输出电流、电感电流实验波形。
图10是电流充电模式输出电压、输出电流、电感电流实验波形。
图11是电流放电模式输出电流、电感电流实验波形。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
本发明采用两级变换，前级AC/DC单元采用三相PWM整流器获得直流侧电压，减小电网侧入网电流谐波、提高功率因数，减少能量的损耗；后级DC/DC单元采用交错并联双向半桥变换器，大大减小输出滤波电感，进而减小整个装置的体积和重量。
本发明包括充放电单元，如图2所示，每一个充放电单元包括一个三相PWM整流器、一个交错并联双向半桥变换器、两个输出滤波电感和一个输出滤波电容，其中：三相PWM整流器为含有6个功率开关器件的三桥臂整流桥，与电网侧三相电源连接；交错并联双向半桥变换器由两个双向半桥变换器并联构成，两个输出滤波电感(L1，L2)的输入端分别连接至交错并联双向半桥变换器(即交错并联双向Buck/Boost变换器)的第一桥臂和第二桥臂，输出端均连接至输出电容，输出电容两端与直流负载连接；至少有两个充放电通道，充放电通道之间通过可切换的开关实现串联或者并联。
本发明采用三相PWM整流器替代了不可控整流器，保证了电网侧电流高功率因数和低谐波的高电能质量；采用交错并联双向半桥变换器，大大减小了输出滤波电感，降低了硬件成本。
当需要更大功率工作时，可以将两个充放电通道输出端通过开关切换为串联工作或并联工作的模式。为扩大输出电压或输出电流范围，通过控制2路充放电通道输出侧开关，使其在2路充放电单元单独工作，串联工作，并联工作三种模式间切换。串联电压模式工作时，控制2路充放电通道为电压源。串联电流模式工作时，控制其中一个充放电通道为电流源，另一个充放电通道为电压控制电压源(VCVS)。并联电流模式工作时，控制2路充放电通道为电流源。并联电压模式工作时，控制其中一个充放电通道为电压源，另一个充放电通道为电流控制电流源(CCCS)。
参见图3，图4，为本发明两路充放电通道的单独，串联，并联工作切换模式图，其中：
当开关QA1，QA2闭合，QA3断开时，2个充放电通道单独工作或并联工作，COM1和COM2为单独和并联输出端，单独工作即COM1和COM2中仅有一端连接有负载的情况；当开关QA1，QA3闭合，QA2断开时，2个充放电通道串联工作，COM1为串联输出端。
本发明还提出一种蓄电池充放电装置的综合控制方法，包括以下方面：
1)三相PWM整流器采用直流电压外环，电网侧电流内环的双环控制策略，维持直流侧电压稳定和保证三相电网侧电流为正弦波且单位功率因数；
2)交错并联双向半桥变换器，采用移相PWM调制，工作在电压模式时，采用输出电压外环，电流内环的双环控制策略，保持输出电压稳定，工作在电流模式时，采用电流内环的单环控制策略，控制输出电流稳定，当工作在正向电流模式时，控制输出电流为正，工作在反向电流模式时，控制输出电流为负；
3)当需要更大功率工作时，可以将两个充放电通道输出端通过开关切换为串联工作或并联工作。工作在串联电压模式时，控制两个充放电单元为电压源(即控制两个充放电单元为电压模式输出)，单路输出电压指令值为串联输出电压的1/2；工作在串联电流模式时，控制一个充放电单元为电流源，电流指令值为串联输出电流值，控制另一个充放电通道为电压源，电压指令值为电流源输出端电压采样值；工作在并联电压模式时，控制一个充放电通道为电压源，电压指令值为并联输出电压值，控制另一个充放电通道为电流源，电流指令值为电压源输出电流采样值；工作在并联电流模式时，控制两个充放电通道为电流源，单路输出电流指令值为并联输出电流的1/2。
请参阅图5所示，为了实现直流侧电压稳定控制，直流侧电压外环采用了一个比例积分(PI)控制器。直流电压跟踪偏差经PI调节器后得到有功电流指令值
在电流内环跟踪控制中，设定无功电流指令值
为零。根据检测到的电网电压，采用广义二阶积分锁相环，锁定电网相位，用此相位对电网电压和电网电流作abc/dq变换，得到dq坐标系中电压和电流ed，eq，id，iq。有功电流指令值加上负载电流前馈校正得到新的有功电流指令值，与实际值作偏差，无功电流直接与实际值作偏差，经过比例积分(PI)控制器及电网电压前馈后，送入空间矢量调制器(SVPWM)，得到PWM整流器中的各功率开关管的控制信号，保证了三相电流具有低谐波、高功率因数、整流器输出电压较强的抗负载扰动的优点。
三相PWM整流器直流电压外环、电网侧电流内环的双闭环控制策略的具体方法包括以下步骤：
1)检测直流电容的电压Vdc，与参考直流电压
作差，得到直流侧电压偏差；
2)直流侧电压偏差经比例积分调节器后，加上负载电流前馈值，得到电网侧有功电流参考值
同时无功电流参考值
设定为零；
3)检测电网侧电压和电流，采用广义二阶锁相环技术锁定电网电压相位，根据锁相结果，对电网电压和电流作abc/dq变换，产生ed，eq，id，iq；
4)有功电流参考值
减去id，无功电流参考值
减去iq，分别得到电网侧有功电流和无功电流偏差，将这两个偏差分别送比例积分调节器，用电网电压d，q轴分量ed，eq减去有功电流和无功电流经过PI调节器后的输出值，得到三相PWM整流器交流侧电压矢量vd，vq；
5)将vd，vq送入空间电压矢量PWM(SVPWM)调制，得到PWM整流器各开关管的控制脉冲。
请参阅图6所示，所述的交错并联双向半桥变换器的控制方法，具体包括以下步骤：
1)工作在电压模式时，检测输出电容电压
与参考直流电压V0作差，得到输出电压偏差，将输出电压偏差送到比例积分调节器，除以2，得到并联每一路输出电流参考指令；
2)输出电流参考指令与检测到的每一路输出电感电流作差，得到电流控制偏差；
3)电流控制偏差经过比例积分调节后，加上输出电压检测值，再除以双向半桥变换器输入电压，得到并联每一路的占空比值；
4)同一桥臂上下开关管采用互补控制的方式，将2个占空比值分别送入移相PWM调制，得到交错并联双向半桥变换器各开关管的控制脉冲；
5)工作在电流模式时，为了限制输出电压，检测输出电容电压，与电压限定值作差，得到的结果送入比例积分调节器，输出作为电流参考指令
的限幅条件；
6)电流参考指令
经过输出电压限幅环节后，得到
除以2，得到每一路输出电流参考指令，然后进入2)～4)控制。
本发明的技术效果在于：本发明采用三相PWM整流器获得直流侧电压，可实现网侧的高功率因数，较少能量的损耗，提高设备利用率；同时本发明的交错并联双向半桥变换器可以大大减小输出滤波电感，减小装置体积和降低成本；PWM整流器采用电压外环，电流内环的双闭环控制策略可实现直流侧电压高精度的控制和电网侧电流的高功率因数控制；双向半桥变换器采用移相PWM调制，可以减小输出电流纹波。电压模式工作时，采用输出电压外环和电流内环的双环控制策略，可以实现输出电压的快速跟踪和交错并联2路双向半桥变换器的功率均衡分配。电流模式工作时，采用电流内环单环控制，根据电流指令值的不同，设定双向装置的工作方式(正向电流工作或反向电流工作)，控制简单，且能实现输出电流的快速跟踪。
基于本发明得到的相应结论，我们通过实验室的相应设备进行实验验证，图7到图11是我们实验得到的相关波形。本发明采用两台100kW的样机分别通过双向DC/DC连在一起做对拖循环实验，即一台整流另一台逆变，实验中负载在100ms内从半功率负荷变化到满功率负荷。图7即为满功率充电运行时交流侧电压、电流和直流母线电压波形的波形，图中显示的波形为A相电压电流以及直流电压，图8为放电运行时样机在满功率运行时的稳态波形。从图中可知，满功率充放电时，直流母线电压运行平稳，交流侧功率因数接近于1，入网电流THD小于5％，符合并网标准的规定。
然后对交错并联双向半桥变换器的不同模式工作情况进行实验验证。交错并联双向半桥变换器电压模式输出实验时，接电阻3.5Ω。图9为交错并联后，电压模式输出额定电压的稳定波形。由图9可知，交错并联后，输出电感电流均流，两路电流纹波移相180°，交错并联后电流纹波明显减小。
图10为交错并联双向半桥变换器电流充电模式实验时，接电阻0.5Ω，电流充电模式150A稳定状态时的运行波形，由图可知，由于交错并联，电流纹波明显减小。
图11为交错并联双向半桥变换器电流放电模式实验时，接400V直流电源，由触摸屏设定放电电流150A，电流放电模式150A时稳定状态的波形。由图11可以看到，交错并联后，输出电感电流均流，电流纹波明显减小。
Claims (5)
1.一种多功能蓄电池充放电装置的控制方法，其特征在于：
包括充放电单元，充放电单元包括三相PWM整流器、交错并联双向半桥变换器、两个输出滤波电感和一个输出滤波电容，所述的三相PWM整流器与电网侧三相电源连接；所述交错并联双向半桥变换器与三相PWM整流器串联连接，每个输出滤波电感的输入端与交错并联双向半桥变换器连接，每个输出滤波电感的输出端与输出电容连接，输出电容两端与直流负载连接；
所述的三相PWM整流器为含有多个功率开关器件的三桥臂整流桥，所述的交错并联双向半桥变换器由两个双向半桥变换器并联构成；
充放电单元至少为两个，充放电单元之间通过可切换开关实现串联或者并联；
所述三相PWM整流器采用直流电压外环，电网侧电流内环的双环控制策略，维持直流侧电压稳定并保证三相电网侧电流为正弦波和单位功率因数；所述交错并联双向半桥变换器，采用移相PWM调制，工作在电压模式时，采用输出电压外环，电流内环的双环控制策略，保持输出电压稳定，工作在电流模式时，采用电流内环的单环控制策略，控制输出电流稳定，当工作在正向电流模式时，控制输出电流为正，工作在反向电流模式时，控制输出电流为负；
当需要更大功率工作时，将多个充放电单元输出端通过开关切换为串联工作或并联工作；当工作在串联电压模式输出时，控制两个充放电单元为电压源，为电压模式输出；当工作在串联电流模式输出时，控制一个充放电单元为电流模式输出，即控制其中一个充放电单元为电流源，然后另一个充放电单元为电压模式输出，也即控制为电压控制电压源(VCVS)；当工作在并联电流模式输出时，控制两个充放电单元为电流模式输出；当工作在并联电压模式输出时，控制一个充放电单元为电流模式输出，即控制为电流控制电流源(CCCS)，然后另一个充放电单元为电压模式输出，也即控制另一台变换器为电压源；
所述的三相PWM整流器的双环控制策略具体包括以下步骤：
101)检测直流电容的电压Vdc，与参考直流电压
作差，得到直流侧电压偏差，该直流侧电压偏差经比例积分调节器后，加上负载电流前馈值，得到电网侧有功电流参考值
与此同时，设定无功电流参考值
为零；
102)检测电网侧电压和电流值，经锁相、abc/dq坐标变换后，得到ed，eq，id，iq；
103)电网侧有功电流参考值
与id作差，电网侧无功电流参考值
与iq作差，分别得到电网侧有功电流和无功电流偏差，该偏差分别经比例积分调节器后，得到三相PWM整流器交流侧电压矢量vd，vq；
104)最后将步骤103)得到的三相PWM整流器交流侧电压矢量vd，vq送入到空间电压矢量PWM调制，得到PWM整流器各开关管的控制脉冲，以该控制脉冲控制三相PWM整流器的输出。
2.根据权利要求1所述的多功能蓄电池充放电装置的控制方法，其特征在于：步骤6.3)中，电网侧有功电流和无功电流偏差分别在比例积分调节器中，用电网电压d，q轴分量ed，eq减去有功电流和无功电流经过PI调节器后的输出值，得到三相PWM整流器交流侧电压矢量vd，vq。
3.根据权利要求1所述的多功能蓄电池充放电装置的控制方法，其特征在于：所述的交错并联双向半桥变换器工作在电压模式时的移相PWM调制方法为：
201)检测输出电容电压V0，与参考直流电压
作差，得到输出电压偏差，该输出电压偏差经比例积分调节器调节后，得到输出电流参考指令；
202)将步骤201)得到的输出电流参考指令与检测到的输出电感电流作差，得到电流控制偏差；
203)将步骤202)得到的电流控制偏差经比例积分调节后得占空比值，同一桥臂上下开关管采用互补控制的方式，将2个占空比值分别送入移相PWM调制，得到交错并联双向半桥变换器各开关管的控制脉冲，最后以该控制脉冲调节交错并联双向半桥变换器。
4.根据权利要求2所述的多功能蓄电池充放电装置的控制方法，其特征在于：所述的交错并联双向半桥变换器工作在电流模式时的移相PWM调制方法为：
301)检测输出电容电压，与电压限定值作差，经比例积分调节器后，输出作为电流参考指令
的限幅条件；
302)电流参考指令
经过输出电压限幅并除以2后，得到每一路输出电流参考指令；
303)将步骤302)得到的每一路输出电流参考指令与检测到的每一路输出电感电流作差，得到电流控制偏差；
304)将步骤303)得到的电流控制偏差经比例积分调节后得到并联的每一路的占空比值，同一桥臂上下开关管采用互补控制的方式，将2个占空比值分别送入移相PWM调制，得到交错并联双向半桥变换器各开关管的控制脉冲，最后以该控制脉冲调节交错并联双向半桥变换器。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的多功能蓄电池充放电装置的控制方法，其特征在于：当充放电装置包括两路充放电通道时，其控制方法为：
401)工作在串联电压模式时，控制两个充放电单元装置为电压源，输出电压指令值为串联输出电压的1/2；
402)工作在串联电流模式时，控制一个充放电单元为电流源，电流指令值为串联输出电流值，控制另一个充放电单元为电压源，电压指令值为电流源输出端电压采样值；
403)工作在并联电压模式时，控制一个充放电单元为电压源，电压指令值为并联输出电压值，控制另一个充放电单元为电流源，电流指令值为电压源输出电流采样值；
404)工作在并联电流模式时，控制两个充放电单元为电流源，输出电流指令值为并联输出电流的1/2。
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Patent Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN102255545A (zh) * | 2011-07-26 | 2011-11-23 | 湖南大学 | 两相逆变电源系统及其综合控制方法 |
| CN105024567A (zh) * | 2015-07-30 | 2015-11-04 | 华中科技大学 | 一种直流开关型电流源 |
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