CN109494824B - 一种电动汽车充电桩及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电动汽车充电桩技术领域，具体涉及一种电动汽车充电桩及其控制方法。一种电动汽车充电桩，包括桩体、直流充电机、第一可控开关、第二可控开关、第一插接头、第二插接头和MCU，所述直流充电机安装在桩体内，直流充电机输入端连接市电，直流充电机输出端连接第一可控开关第一端和第二可控开关第一端，所述第一可控开关第二端与第一插接头连接，所述第二可控开关与第二插接头连接，所述第一可控开关和第二可控开关均与MCU连接。本发明的实质性效果是：提高充电桩的使用效率，降低充电桩的空闲时间，缓解电动汽车充电峰谷期电网负载的不平衡度。

Description

一种电动汽车充电桩及其控制方法

技术领域

本发明涉及电动汽车充电桩技术领域，具体涉及一种电动汽车充电桩及其控制方法。

背景技术

充电桩其功能类似于加油站里面的加油机，可以固定在地面或墙壁，安装于公共建筑（公共楼宇、商场、公共停车场等）和居民小区停车场或充电站内，可以根据不同的电压等级为各种型号的电动汽车充电。充电桩的输入端与交流电网直接连接，输出端都装有充电插头用于为电动汽车充电。随着电动汽车的快速发展，城市内部署充电桩数量的增加，充电桩负载在城市总负载中的比例也逐渐增高。电动汽车行驶平稳、驾驶简单、无污染且使用和维护成本低，但行程有限，因而主要应用在上班族出勤使用。使用者会在到达工作地点后，将电动汽车接入附近的充电桩充电，或者下班后接入居住所附近的充电桩进行充电。造成了电动汽车接入充电桩进行充电也呈现出高峰。尤其是下班时间，增大了原本就已经存在用电高峰期的用电量，整体增大了电网负载的不平衡性，不利于电网的效率提高。发明人针对这个问题进行调研后发现，上班人员在早上到达上班地点后或者下班返回住所后，将电动汽车接入充电桩充电，电动汽车持续一整个工作时间或者整个晚上与充电桩连接，持续约8-10小时，一般电动汽车只需要一半左右时间即可充满，因而在后半部分时间内，电动汽车虽然仍然与充电桩连接，但已经不再进行充电，浪费了充电桩的使用时间资源。因而提出了一种带有两个插接头的充电桩，同时接入两辆电动汽车，但仅给其中一辆汽车进行充电，充满或者到达设定时间后，进行切换，给另一辆电动汽车充电。这样既可以充分利用充电桩的使用时间，同时能够消减充电高峰时一半的负载。有助于平滑电网负载，提高电网运行效率。在第一辆电动汽车充满后，需要自动切换到第二辆电动汽车，期间需要使用到带有执行机构的可控开关，执行机构目前主要以继电器为主，继电器在接通和断开瞬间会产生电火花，具有安全隐患。

中国专利CN105680507B，公开日2018年5月8日，一种智能充电桩，包括：充电桩本体，其侧壁上部环设有多个充电接口；充电机，其安装在充电桩本体内部，通过多条电缆将电能传输至多个充电接口，内部设置有充电主控单元和通信单元，充电主控单元和通信单元信号连接；多个距离传感器，其分设在充电桩本体的底座上，每一距离传感器均与充电主控单元信号连接，当有电动汽车停靠时，多个距离传感器同时发送信号至电动汽车，并将反馈回的信号传送至充电主控单元，充电主控单元根据接收到的信号判断是否发出需要调整电动汽车的当前位置的警示信号或对电动汽车直接进行交流充电。提供了一种可以同时对多辆电动汽车充电，且能及时调整电动汽车的停靠位置，以方便与充电桩对接的充电桩。其能够为多辆电动汽车充电，但不能缓解电动车充电用电峰谷差较大的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：目前电动汽车充电桩使用率低、充电存在高峰期的技术问题。提出了一种带有两个插接头的轮流充电的电动汽车充电桩。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种电动汽车充电桩，包括桩体、直流充电机、第一可控开关、第二可控开关、第一插接头、第二插接头和MCU，所述直流充电机安装在桩体内，直流充电机输入端连接市电，直流充电机输出端连接第一可控开关第一端和第二可控开关第一端，所述第一可控开关第二端与第一插接头连接，所述第二可控开关与第二插接头连接，所述第一可控开关和第二可控开关均与MCU连接。

作为优选，所述第一可控开关和第二可控开关均包括静触头、防火花动触头和驱动基座，所述静触头包括弹性绝缘套和引入头，引入头第一端与直流充电机输出端连接，所述弹性绝缘套套接在引入头外并包覆引入头的圆柱面，所述防火花动触头安装在驱动基座上，所述驱动基座受MCU控制。

作为优选，所述防火花动触头包括动触头套和转子，所述动触头套呈中空圆柱体，动触头套内壁直径与引入头外圆直径相等，触头套外壁加工有导向槽，驱动基座上安装有与所述导向槽匹配的导向杆，动触头套第一端内壁加工有内螺纹，动触头套靠近第二端圆周加工有镂空，所述镂空内安装有引出头，所述引出头端面呈内凹弧形且与动触头套内壁平齐，引出头与负载连接，所述转子第一端加工有与所述内螺纹匹配的外螺纹，转子中部铰接安装在驱动基座上，转子在转子轴向与驱动基座相对位置固定，转子第二端固定安装有永磁铁。

作为优选，所述动触头套内还安装有抽气板、弹簧、弹簧套和卡扣，抽气板呈圆柱形，抽气板外壁与动触头套内孔内壁抵接，弹簧套呈一端开口的中空圆柱体，弹簧套封闭端与转子第一端同心铰接且沿转子轴线方向与转子位置相对固定，弹簧套接在弹簧套内，弹簧第一端与弹簧套封闭端固定连接，弹簧第二端与抽气板靠近动触头套第一端的端面固定连接，动触头套位于抽气板靠近动触头套第一端侧加工有通气孔，所述卡扣镶嵌安装在动触头套靠近第二端的内壁，动触头套内壁加工有容纳所述卡扣的容腔，卡扣第一端弹性安装在动触头套内壁容腔内，卡扣第二端加工有与所述抽气板扣合的工作扣，卡扣中部设置有释放扣。转子转动时可以将动触头套向前推动，卡扣的工作扣将带动抽气板一起向前移动并拉伸弹簧，引入头逐渐伸入动触头套内，当引入头即将引出头接触时，引入头将挤压卡扣的释放扣，使卡扣的工作扣与抽气板脱离接触，抽气板在弹簧拉力作用下迅速移动，在抽气板引入头侧形成真空，进而在引入头与动触头套之间的缝隙中产生流向动触头套内部的气流，能够起到灭弧的作用，且将产生的火花向内吸入，能够避免产生外部出现电火花。

作为优选，所述驱动基座包括基体和若干个电磁极，所述基体呈一端封闭的圆环形，基体封闭端面开有铰接孔，基体中部内壁沿周向均匀安装有若干个电磁极，所述若干个电磁极均与MCU连接。

作为优选，所述引入头第二端端面覆盖有绝缘片，所述绝缘片覆盖引入头第二端端面。引入头第二端端面被绝缘片覆盖能够提高开关的安全性。

作为优选，所述卡扣包括陶瓷扣体和金属连接片，所述金属连接片第一端与动触头套固定连接，陶瓷扣体呈条状，陶瓷扣体第一端与金属连接片第二端固定连接，陶瓷扣体第一端与动触头绝缘套留有间隙，陶瓷扣体具有一个工作侧面，所述工作侧面靠近陶瓷扣体第二端设置有工作扣，所述工作侧面靠近陶瓷扣体第一端设置有释放扣，所述工作侧面伸入动触头套中空腔内。陶瓷具有良好的绝缘性和耐磨性，金属片具有良好的弹性，二者结合可以延长卡扣的使用寿命。

作为优选，还包括太阳能发电板、变压电路和两个接入传感器，所述太阳能发电板输出端经变压电路后与直流充电机输出端并联，所述两个接入传感器均与MCU连接，所述两个接入传感器分别在第一插接头和第二插接头接入及拔出电动车时发出信号。

一种电动汽车充电桩的控制方法，适用于如前述的一种电动汽车充电桩，包括以下步骤：A1）当第一插接头和第二插接头中仅有一个接入电动车时，接入电动车的插接头对应的可控开关接通；A2）当第一插接头和第二插接头中均接入电动车时，MCU控制第一可控开关的接通，控制第二可控开关断开，当达到设定充电时间或接入第一插接头的电动车充满后，MCU控制第一可控开关断开，控制第二可控开关接通；其中MCU控制第一可控开关或第二可控开关接通的方法为：动触头套与引入头脱离接触时对应可控开关处于断开状态，MCU控制电磁极轮流导通产生电磁场驱动转子转动，转子第一端通过螺纹与动触头套连接，动触头套与驱动基座之间设置有导向杆和导向槽，转子转动时将动触头套向前推动，卡扣的工作扣将带动抽气板一起向前移动并拉伸弹簧，引入头逐渐伸入动触头套内，动触头套端面挤压弹性绝缘套使引入头侧面导体部分露出，用于与引出头接触导通，当引入头即将与引出头接触时，引入头挤压卡扣的释放扣，使卡扣的工作扣与抽气板脱离接触，抽气板在弹簧拉力作用下迅速移动，在抽气板引入头侧形成真空，进而在引入头与动触头套之间的缝隙中产生流向动触头套内部的气流，能够起到灭弧的作用，此时测量模块测量到引入头的电流，MCU记录电磁极循环导通的循环次数，根据循环次数计算出引入头伸入动触头套内的长度，当引入头与引出头充分接触时，电磁极停止循环导通，此时对应可控开关接通；其中MCU控制第一可控开关或第二可控开关断开的方法为：MCU控制电磁极轮流导通，轮流方向与开启时相反，驱动转子反向转动，将引出头与引入头逐渐脱离接触，脱离过程中引入头逐渐抽离动触头套，在动触头套中部内腔中产生真空，进而在引入头与动触头套之间的缝隙中产生流向动触头套内部的气流，起到灭弧的作用，转子反向转动直到引入头与动触头套脱离，即完成断开动作。根据循环次数计算出引入头伸入动触头套内的长度的方法为，根据设计资料获得或者通过测量获得转子第一端螺纹的螺距和断开时与动触头套第二端端面初始距离，循环次数指若干个电磁极均导通一次，引入头插入动触头套的长度=螺距*循环次数-初始距离。

本发明的实质性效果是：提高充电桩的使用效率，降低充电桩的空闲时间，缓解电动汽车充电峰谷期电网负载的不平衡度。

附图说明

图1为充电桩结构图。

图2为防火花动触头结构图。

图3为防火花动触头剖面图。

图4为防火花动触头端面图。

图5为防火花动触头的不同工作状态示意图，其中，图5（a）为断开状态示意图，图5（b）为开关导通前一刻状态示意图，图5（c）为开关导通状态示意图。

其中：1、动触头套，2、引出头，3、弹性绝缘套，4、接线柱，5、引入头，6、导向槽，7、驱动基座，8、转子，9、导向杆，10、弹簧套，11、弹簧，12、抽气板，13、电磁极，14、卡扣，15、释放扣，16、工作扣，100、第一插接头，200-1、接入传感器，200-2、接入传感器，300、变压电路，400、太阳能发电板，500、第一可控开关，600、第二可控开关，700、直流充电机，800、MCU，900、第二插接头。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步具体说明。

如图1所示，为充电桩结构图，直流充电机700安装在桩体内，直流充电机700输入端连接市电，直流充电机700输出端连接第一可控开关500第一端和第二可控开关600第一端，第一可控开关500第二端与第一插接头100连接，第二可控开关600与第二插接头900连接，第一可控开关500和第二可控开关600均与MCU800连接，太阳能发电板400输出端经变压电路300后与直流充电机700输出端并联，接入传感器200-1和接入传感器200-2均与MCU800连接，接入传感器200-1安装在第一插接头100上，接入传感器200-2安装在第二插接头900上，接入传感器200-1在第一插接头100接入及拔出电动车时发出信号，接入传感器200-2在第二插接头900接入及拔出电动车时发出信号。

如图2所示，为防火花动触头结构图，如图3所示，为防火花动触头剖面图，如图4所示，为防火花动触头端面图，防火花动触头包括动触头套1和转子8，动触头套1呈中空圆柱体，动触头套1内壁直径与引入头5外圆直径相等，触头套外壁加工有导向槽6，驱动基座7上安装有与导向槽6匹配的导向杆9，动触头套1第一端内壁加工有内螺纹，动触头套1靠近第二端圆周加工有镂空，镂空内安装有引出头2，引出头2端面呈内凹弧形且与动触头套1内壁平齐，引出头2与负载连接，转子8第一端加工有与内螺纹匹配的外螺纹，转子8中部铰接安装在驱动基座7上，转子8在转子8轴向与驱动基座7相对位置固定，转子8第二端固定安装有永磁铁。

动触头套1内还安装有抽气板12、弹簧11、弹簧套10和卡扣14，动触头套1和卡扣14均由陶瓷材料制成，抽气板12呈圆柱形，抽气板12外壁与动触头套1内孔内壁抵接，弹簧套10呈一端开口的中空圆柱体，弹簧套10封闭端与转子8第一端同心铰接且沿转子8轴线方向与转子8位置相对固定，弹簧11套接在弹簧套10内，弹簧11第一端与弹簧套10封闭端固定连接，弹簧11第二端与抽气板12靠近动触头套1第一端的端面固定连接，动触头套1位于抽气板12靠近动触头套1第一端侧加工有通气孔，卡扣14镶嵌安装在动触头套1靠近第二端的内壁，动触头套1内壁加工有容纳卡扣14的容腔，卡扣14第一端弹性安装在动触头套1内壁容腔内，卡扣14第二端加工有与抽气板12扣合的工作扣16，卡扣14中部设置有释放扣15。转子8转动时可以将动触头套1向前推动，卡扣14的工作扣16将带动抽气板12一起向前移动并拉伸弹簧11，引入头5逐渐伸入动触头套1内，当引入头5即将引出头2接触时，引入头5将挤压卡扣14的释放扣15，使卡扣14的工作扣16与抽气板12脱离接触，抽气板12在弹簧11拉力作用下迅速移动，在抽气板12引入头5侧形成真空度，进而在引入头5与动触头套1之间的缝隙中产生流向动触头套1内部的气流，能够起到吸弧灭弧的作用，且能够避将产生的火花向内吸入，动触头套1和卡扣14均由陶瓷材料制成，能够避免产生外部可见的电火花。

驱动基座7包括基体和若干个电磁极13，基体呈一端封闭的圆环形，基体封闭端面开有铰接孔，基体中部内壁沿周向均匀安装有若干个电磁极13，若干个电磁极13均与MCU300连接。现有智能开关采用电磁铁和衔铁控制触点的接触和脱开，具有维持状态耗能和容易出现卡顿的缺点，本发明中采用圆周布置的电磁极13，吸引转子8上的永磁铁，控制电磁极13轮流导通既可以使转子8持续转动，结合螺纹传动结构即可实现触点的接触和脱离，螺纹螺旋升角小于自锁角，因而保持状态中不需要耗能。

如图5为防火花动触头的不同工作状态示意图，其中，图5（a）为断开状态示意图，图5（b）为开关导通前一刻状态示意图，图5（c）为开关导通状态示意图，如图5（a）所示，智能开关导通前的状态，卡扣14的工作扣16位于抽气板靠近动触头套1第二端侧，动触头套1在转子8推动作用下伸出，同时带动抽气板12向前移动并拉伸弹簧11，如图5（b）所示，当动触头套1伸出足够距离时，引入头5与引出头2接触前一刻，引入头5挤压卡扣14释放扣15，使卡扣14工作扣16脱扣，抽气板12在弹簧11作用下向动触头套1第二端移动，从而在抽气板12与引入头5之间形成真空度的，进而能够在引入头5与动触头套1之间的间隙形成通向动触头套1内部的气流，起到吸弧灭弧的作用，且即使产生电火花也是在动触头套1内部产生火花，提高了安全性能，如图5（c）所示，当引入头5与引出头2存在接触后即可继续通过转子8推动动触头套1，使引入头5和引出头2接合，开关即闭合。

一种电动汽车充电桩的控制方法，适用于前述的一种电动汽车充电桩，包括以下步骤：A1）当第一插接头100和第二插接头900中仅有一个接入电动车时，接入电动车的插接头对应的可控开关接通；A2）当第一插接头100和第二插接头900中均接入电动车时，MCU800控制第一可控开关500的接通，控制第二可控开关600断开，当达到设定充电时间或接入第一插接头100的电动车充满后，MCU800控制第一可控开关500断开，控制第二可控开关600接通。

其中MCU800控制第一可控开关500或第二可控开关600接通的方法为：动触头套1与引入头5脱离接触时对应可控开关处于断开状态，MCU800控制电磁极13轮流导通产生电磁场驱动转子8转动，转子8第一端通过螺纹与动触头套1连接，动触头套1与驱动基座7之间设置有导向杆9和导向槽6，转子8转动时将动触头套1向前推动，卡扣14的工作扣16将带动抽气板12一起向前移动并拉伸弹簧11，引入头5逐渐伸入动触头套1内，动触头套1端面挤压弹性绝缘套3使引入头5侧面导体部分露出，用于与引出头2接触导通，当引入头5即将与引出头2接触时，引入头5挤压卡扣14的释放扣15，使卡扣14的工作扣16与抽气板12脱离接触，抽气板12在弹簧11拉力作用下迅速移动，在抽气板12引入头5侧形成真空，进而在引入头5与动触头套1之间的缝隙中产生流向动触头套1内部的气流，能够起到灭弧的作用，此时测量模块测量到引入头5的电流，MCU800记录电磁极13循环导通的循环次数，根据循环次数计算出引入头5伸入动触头套1内的长度，当引入头5与引出头2充分接触时，电磁极13停止循环导通，此时对应可控开关接通；

其中MCU800控制第一可控开关500或第二可控开关600断开的方法为：

MCU800控制电磁极13轮流导通，轮流方向与开启时相反，驱动转子8反向转动，将引出头2与引入头5逐渐脱离接触，脱离过程中引入头5逐渐抽离动触头套1，在动触头套1中部内腔中产生真空，进而在引入头5与动触头套1之间的缝隙中产生流向动触头套1内部的气流，起到灭弧的作用，转子8反向转动直到引入头5与动触头套1脱离，即完成断开动作。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (8)

1.一种电动汽车充电桩，其特征在于，

包括桩体、直流充电机、第一可控开关、第二可控开关、第一插接头、第二插接头和MCU，所述直流充电机安装在桩体内，直流充电机输入端连接市电，直流充电机输出端连接第一可控开关第一端和第二可控开关第一端，所述第一可控开关第二端与第一插接头连接，所述第二可控开关与第二插接头连接，所述第一可控开关和第二可控开关均与MCU连接；

所述第一可控开关和第二可控开关均包括静触头、防火花动触头和驱动基座，所述静触头包括弹性绝缘套和引入头，引入头第一端与直流充电机输出端连接，所述弹性绝缘套套接在引入头外并包覆引入头的圆柱面，所述防火花动触头安装在驱动基座上，所述驱动基座受MCU控制；

所述防火花动触头包括动触头套和转子，所述动触头套呈中空圆柱体，动触头套内壁直径与引入头外圆直径相等，动触头套外壁加工有导向槽，驱动基座上安装有与所述导向槽匹配的导向杆，动触头套第一端内壁加工有内螺纹，动触头套靠近第二端圆周加工有镂空，所述镂空内安装有引出头，所述引出头端面呈内凹弧形且与动触头套内壁平齐，引出头与负载连接，所述转子第一端加工有与所述内螺纹匹配的外螺纹，转子中部铰接安装在驱动基座上，转子在转子轴向与驱动基座相对位置固定，转子第二端固定安装有永磁铁。

2.根据权利要求1所述的一种电动汽车充电桩，其特征在于，

所述动触头套内还安装有抽气板、弹簧、弹簧套和卡扣，抽气板呈圆柱形，抽气板外壁与动触头套内孔内壁抵接，弹簧套为呈一端开口的中空圆柱体，弹簧套封闭端与转子第一端同心铰接且沿转子轴线方向与转子位置相对固定，弹簧套接在弹簧套内，弹簧第一端与弹簧套封闭端固定连接，弹簧第二端与抽气板靠近动触头套第一端的端面固定连接，动触头套位于抽气板靠近动触头套第一端侧加工有通气孔，所述卡扣镶嵌安装在动触头套靠近第二端的内壁，动触头套内壁加工有容纳所述卡扣的容腔，卡扣第一端弹性安装在动触头套内壁容腔内，卡扣第二端加工有与所述抽气板扣合的工作扣，卡扣中部设置有释放扣。

3.根据权利要求1或2所述的一种电动汽车充电桩，其特征在于，

所述驱动基座包括基体和若干个电磁极，所述基体呈一端封闭的圆环形，基体封闭端面开有铰接孔，基体中部内壁沿周向均匀安装有若干个电磁极，所述若干个电磁极均与MCU连接。

4.根据权利要求1或2所述的一种电动汽车充电桩，其特征在于，

所述引入头第二端端面覆盖有绝缘片，所述绝缘片覆盖引入头第二端端面。

5.根据权利要求3所述的一种电动汽车充电桩，其特征在于，

所述引入头第二端端面覆盖有绝缘片，所述绝缘片覆盖引入头第二端端面。

6.根据权利要求2所述的一种电动汽车充电桩，其特征在于，

所述卡扣包括陶瓷扣体和金属连接片，所述金属连接片第一端与动触头套固定连接，陶瓷扣体呈条状，陶瓷扣体第一端与金属连接片第二端固定连接，陶瓷扣体第一端与动触头套留有间隙，陶瓷扣体具有一个工作侧面，所述工作侧面靠近陶瓷扣体第二端设置有工作扣，所述工作侧面靠近陶瓷扣体第一端设置有释放扣，所述工作侧面伸入动触头套中空腔内。

7.根据权利要求2所述的一种电动汽车充电桩，其特征在于，

还包括太阳能发电板、变压电路和两个接入传感器，所述太阳能发电板输出端经变压电路后与直流充电机输出端并联，所述两个接入传感器均与MCU连接，所述两个接入传感器分别在第一插接头和第二插接头接入及拔出电动汽车时发出信号。

8.一种电动汽车充电桩的控制方法，适用于如权利要求7所述的一种电动汽车充电桩，其特征在于，

包括以下步骤：

A1）当第一插接头和第二插接头中仅有一个接入电动汽车时，接入电动汽车的插接头对应的可控开关接通；

A2）当第一插接头和第二插接头中均接入电动汽车时，MCU控制第一可控开关的接通，控制第二可控开关断开，当达到设定充电时间或接入第一插接头的电动汽车充满后，MCU控制第一可控开关断开，控制第二可控开关接通；

其中MCU控制第一可控开关或第二可控开关接通的方法为：

动触头套与引入头脱离接触时对应可控开关处于断开状态，MCU控制电磁极轮流导通产生电磁场驱动转子转动，转子第一端通过螺纹与动触头套连接，动触头套与驱动基座之间设置有导向杆和导向槽，转子转动时将动触头套向前推动，卡扣的工作扣将带动抽气板一起向前移动并拉伸弹簧，引入头逐渐伸入动触头套内，动触头套端面挤压弹性绝缘套使引入头侧面导体部分露出，用于与引出头接触导通，当引入头即将与引出头接触时，引入头挤压卡扣的释放扣，使卡扣的工作扣与抽气板脱离接触，抽气板在弹簧拉力作用下迅速移动，在抽气板引入头侧形成真空，进而在引入头与动触头套之间的缝隙中产生流向动触头套内部的气流，能够起到灭弧的作用，此时测量模块测量到引入头的电流，MCU记录电磁极循环导通的循环次数，根据循环次数计算出引入头伸入动触头套内的长度，当引入头与引出头充分接触时，电磁极停止循环导通，此时对应可控开关接通；

其中MCU控制第一可控开关或第二可控开关断开的方法为：

MCU控制电磁极轮流导通，轮流方向与开启时相反，驱动转子反向转动，将引出头与引入头逐渐脱离接触，脱离过程中引入头逐渐抽离动触头套，在动触头套中部内腔中产生真空，进而在引入头与动触头套之间的缝隙中产生流向动触头套内部的气流，起到灭弧的作用，转子反向转动直到引入头与动触头套脱离，即完成断开动作。

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