CN110896180A - 联接耦合装置、存储系统以及带有联接耦合装置的机动车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种联接耦合装置、存储系统以及带有联接耦合装置的机动车，具体而言本发明涉及一种用于在机动车中用于电能的存储模块与用于提供电能的机动车的电气负载系统的导电连接的联接耦合装置，带有第一联接耦合装置半体且带有第二联接耦合装置半体，其中，第一联接耦合装置半体是插头且第二联接耦合装置半体是用于容纳插头的插座，且其中，插头和插座构造用于建立彼此的导电连接，且其中，插座在其内周面处具有多个可运动的用于力配合地触点接通插头的接触元件。此外，本发明涉及一种带有联接耦合装置和至少一个用于电能的存储模块的存储系统以及涉及一种带有存储系统的机动车。

Description

联接耦合装置、存储系统以及带有联接耦合装置的机动车

技术领域

本发明涉及一种用于在机动车中的用于电能的存储模块的导电连接的联接耦合装置。此外，本发明涉及一种带有用于电能的存储模块的存储系统，其包括多个存储单元(Speicherzellen，有时称为存储单电池)，以及涉及一种带有用于电能的存储系统和电气负载系统(elektrischen Verbrauchersystem，有时称为电气消耗器系统)的机动车。

背景技术

对于存储模块到机动车的负载系统处的电气触点接通而言已知多个实现可行性方案。机动车的负载系统大多数借助于旋拧连接被连结到存储模块处且因此建立可导电性。旋拧连接可利用预先确定的转矩被旋拧且因此可重复产生用于在负载系统与存储模块之间的连接的类似保持的导电性。然而，已知的旋拧连接不提供接触保护且因此自60V或者120V的存储模块电压起对于处理存储模块而言要求经过培训的人员。备选于无保护的旋拧连接，可插拔的局部绝缘的模块连接可行性方案是已知的。文献DE 10 2016 204 681 A1例如公开了一种带有两个电池模块的电池。电池模块彼此以第一和第二模块连接元件的插拔连接来连接。进一步地由DE 10 2014 017 081 A1已知另一种用于电池模块的插拔连接，其具有接触元件的全面的接触保护。对于已知的插拔连接而言然而如下是常见的，即，其相比旋拧连接而言具有更高的电接触电阻(Durchgangswiderstand，有时称为通过电阻)且因此引起更高的电流热损失。已知插拔连接的触点接通不可产生彼此足够的接触，以便于使得与旋拧连接类似的接触电阻值成为可能。在存储模块在电气驱动机动车的使用示例中，这些更高的接触电阻意味着机动车的里程的直接降低。

发明内容

因此，本发明的任务是消除或至少部分消除在机动车、尤其电气驱动的机动车中用于电能的存储模块与机动车的电气负载系统的导电连接的联接耦合装置的缺点。尤其地，本发明的任务是使得一种用于在机动车中用于电能的存储模块的导电连接的联接耦合装置、一种带有联接耦合装置的用于电能的存储系统以及一种带有用于电能的存储系统和电气负载系统的机动车可供使用，其以简单的方式使得小的接触电阻和小的结构空间成为可能。

上述任务通过专利权利要求来解决。相应地，该任务通过带有权利要求1的特征的联接耦合装置、带有权利要求8的特征的用于电能的存储系统以及通过带有根据权利要求10的特征的带有用于电能的存储系统的机动车来解决。本发明的另外的特征和细节由从属权利要求、说明书和附图得出。在此，与根据本发明的联接耦合装置相关联地进行描述的特征和细节显然同样与根据本发明的存储系统和根据本发明的机动车相关联地适用且相应地反之亦然，从而关于针对各个发明方面的公开内容始终可相互参照。

根据本发明的第一方面，该任务通过一种在机动车、尤其电气驱动的机动车中用于电能的存储模块与用于提供电能的机动车的电气负载系统的导电连接的联接耦合装置来解决。该联接耦合装置具有第一联接耦合装置半体，其具有至少一个第一导电触点(Kontakt，有时称为接触部或触头)，其中，第一触点用于将第一联接耦合装置半体电气触点接通到电气负载系统处。联接耦合装置另外具有第二联接耦合装置半体，其具有至少一个第二导电触点，其中，第二触点用于将第二联接耦合装置半体电气触点接通到存储模块处，且其中，第一联接耦合装置半体是插头且第二联接耦合装置半体是用于容纳插头的插座，其中，插头和插座构造用于建立彼此导电的连接，且其中，插座在其内周面处具有多个可运动的用于插头的力配合的触点接通的接触元件。

根据本发明，联接耦合装置应理解为由第一和第二联接耦合装置半体构成的插拔连接。联接耦合装置半体可构造联接耦合装置的不同的部分且联接耦合装置因此无须相应半体地构造。在本发明的范围中，第一联接耦合装置半体被定义为插头且第二联接耦合装置半体被定义为插座。如下是进一步明白清楚的，即，该定义的反转(也就是说第一联接耦合装置半体作为插座且第二联接耦合装置半体作为插头)具有相同的技术作用且借助于运动学上的反转同样是本发明的部分。用于插头的力配合的触点接通的插座的多个可运动的接触元件尤其是可弹性变形的和/或柔性的接触元件。接触元件可被进一步可运动地支承或刚性地与插座的内周面相连接。插头应理解为联接耦合装置的公头部分的示例的实施形式。同样地，该公头部分可构造成销钉或构造成另一实施方案。插座应理解为联接耦合装置的母头部分的示例的实施形式。同样地，该母头部分可构造成套管或构造成另一实施方案。作为用于接触元件的材料优选利用特别良好导电的材料，尤其铜或镀银和/或镀镍材料。根据本发明的联接耦合装置的不仅插头而且插座优选以电气绝缘的外壳半体包围。外壳半体根本地阻止引导电流的构件通过用户的接触且可附加地具有结构特征、如例如固定元件、尤其凸缘或结构构件、如例如钩子以用于临时连接外壳半体。外壳半体优选由电气绝缘材料、尤其由塑料构造。

在本发明的范围中，插拔轴线理解为在将插头引入到插座中的情形中穿过插座和插头的虚拟的中轴线。沿着插拔轴线，插头被直线引入到插座中。插座的内径始终略大于插头的外径，以便于使得插头到插座中的引入成为可能。通过在插座的内壁处的可运动的接触元件，不仅在插座的内径与插头的外径之间的差而且在插头的构造和位置中的小的偏差被补偿。作为在插头的位置中的偏差例如被理解为插头的中轴线与插拔轴线的偏差。

如此设计的联接耦合装置是特别有利的，因为在插头与插座之间以多个可运动的接触元件的力配合的触点接通以简单的方式使得小的电接触电阻成为可能。多个可运动的接触元件可补偿在插头的构造和位置中的偏差且因此建立在插头与插座之间的特别良好的触点接通。同样地，对结构空间的需求由于根据本发明的联接耦合装置被降低，因为对于旋拧连接而言的结构空间或者对于在制造中通过旋拧机器人的可达到性或对于维修而言的自由空间无须被规划。另外，根据本发明的联接耦合装置相比旋拧连接具有更少的松动的构件且因此对于下坠或移位的构件而言的故障源被减少或甚至被避免。

根据本发明的一种优选的改进方案，在联接耦合装置的情形中可作如下设置，即，可运动的接触元件局部在插座的内周面处在插座的高度上彼此偏移地布置。因此，在插座的内周面处在多个平面上布置有接触元件。这些接触元件能够以一图案如例如按排或随机布置。接触元件可在圆形的或近似圆形的插座中围绕插拔轴线旋转对称地构造。同样地，插座以及插头可有棱角地设计。多个可运动的在不同高度上的接触元件是本发明的一种有利的改进方案，因为在插头与插座之间的触点接通被进一步改善且使得更大的接触面成为可能。

根据本发明的一种同样优选的改进方案，在联接耦合装置的情形中可作如下设置，即，可运动的接触元件弹簧般弹性地构造。可运动的接触元件的弹簧般弹性的构造使得接触元件以弹簧力的加载成为可能且因此使得在接触元件与在插座中的插头之间的辅助的触点接通成为可能。弹簧力可由接触元件自身的材料、例如借助于由于弹性变形的预紧或通过单独的装置和/或弹簧来引起。如此设计的联接耦合装置以特别简单且有利的器件使得对于在插座与插头之间的触点接通而言的小的电接触电阻成为可能。

根据本发明的一种特别优选的改进方案，在联接耦合装置的情形中可作如下设置，即，可运动的接触元件构造成环绕的环或构造成环绕的薄片。环绕的环或薄片可连贯铸造或为了将插头容易地引入到插座中具有优选平行于插拔轴线的裂缝。环绕的环或薄片可产生相对插头的特别大的接触面且由此有利地解决本发明的任务，使得尽可能小的电接触电阻成为可能。环或薄片可单重或多重散开地实施。备选或附加于裂缝，环或薄片可由相应薄的材料制造，以便于通过优选弹性变形简化插头到插座中的引入。环绕的环或薄片可特别成本适宜地制造且因此以简单的方式在插头与插座之间的触点接通的情形中建立小的接触电阻。

根据本发明的另一优选的改进方案，在联接耦合装置的情形中可作如下设置，即，可运动的接触元件构造成突出部。这些突出部可构造成简单的、狭窄的突出部或构造成连续的更宽的突出部。多个狭窄的突出部或较少数量的更宽突出部可使得在插头与插座之间的有利的大的接触面成为可能。突出部的可运动性使得在插头的位置或构造中的偏差的补偿成为可能。这些突出部可极其有利地且以少的时间耗费来制造。

根据本发明的一种优选的改进方案，在联接耦合装置的情形中可作如下设置，即，可运动的接触元件相应地在插座的壁中的引导部中可引导地被支承且每个接触元件通过在引导部中的力装置被加载以在插拔轴线的方向上的力。以如此设计的接触元件使得在插头与插座之间的改善的触点接通成为可能。接触元件被支承在引导部、尤其滑槽引导部中，其优选使得接触元件由或至(von und zu)联接耦合装置的插拔轴线的直线运动成为可能。尤其地，接触元件的尖部、即接触元件的面对插拔轴线的端部如此设计，即，插头在引入到插座中的情形中向外按压接触元件，接触元件于是远离插拔轴线。接触元件根据该改进方案被加载以力，该力在插拔轴线的方向上将接触元件按压到插头处。因此使得插头与插座的特别有利且可靠的触点接通成为可能。此外由此可产生对于联接耦合装置而言的小的电接触电阻。利用这样的设计方案同样可以如下方式使得确保防止插头从插座中的无意拔出成为可能，即，相应地来选择加载到接触元件上的力，即，自一定的拉力极限起才使得插头的拔出成为可能。接触元件以力的加载可借助于弹簧、气动地、机械地或以其它的方式实现。

根据本发明的另一设计方案形式，在联接耦合装置的情形中可作如下设置，即，第二触点作为平整的接触面局部地在插座的外周面处在插座的高度上设计。第二触点用于将第二联接耦合装置半体电气触点接通到存储模块处。通过平整的接触面使得在插座与存储模块之间的特别有利的连接成为可能。有利地，因此相反于旋拧连接第二联接耦合装置半体的材料的更少的弯曲是必要的。由此产生对于该任务的根据本发明的解决方案而言的小的接触电阻和小的材料消耗。为了进一步降低联接耦合装置的电接触电阻，用于两个联接耦合装置半体的引导电流的导电元件相应整体地设计。因此，两个联接耦合装置半体在不带有焊接或钎焊连接(其将提高接触阻力)的情形中被安置在机动车的相应的负载系统处或者在存储模块的模块终端处。备选地，第一触点和第二触点相应地局部或完全与导电的至机动车的负载系统或者至存储模块的输入线被焊接且/或钎焊。整体的(monolithisch)材料连接在根据本发明的使用中具有最小的电接触电阻(由焊接实现、又由钎焊连接实现)。利用联接耦合装置的这样的改进方案，以少的时间和成本的耗费使得电接触电阻的降低成为可能且因此在联接耦合装置中的电流热损失被降低。

根据本发明的第二方面，该任务通过一种用于电能的存储系统来解决。该存储系统具有至少一个用于电能的存储模块，其具有多个存储单元，其中，存储模块具有至少一个用于存储单元的电气触点接通且用于存储系统的联接耦合装置的电气触点接通的模块终端，其中联接耦合装置根据本发明的第一方面构造。根据本发明的存储系统具有与其已在上面关于根据第一方面的根据本发明的联接耦合装置所描述的相同的优点。在本发明的意义中，用于电能的存储模块应理解为例如蓄电池、尤其为了在机动车中作为牵引电池的使用。带有根据本发明的联接耦合装置的存储系统以简单的方式使得在插头与插座之间的小的接触电阻成为可能且需要少的结构空间。通过这样的联接耦合装置、尤其通过第一和第二外壳半体保护以防接触的联接耦合装置使得如下成为可能，即，即使当该存储系统具有60V或者120V或更多的模块电压时，也不需要用于操作存储系统的专业用户。另外，带有联接耦合装置的根据本发明的存储系统使得极其小的、与旋拧连接可比较的电接触电阻成为可能且因此在将用于电能的存储模块连结到机动车、尤其电气驱动的机动车的负载系统处的情形中提供对于旋拧连接而言等价的(vollwertig，有时称为完整的)替代。

根据本发明的一种优选的设计方案形式，在用于电能的存储系统的情形中可作如下设置，即，模块终端局部具有用于在插座的平整的接触面处的电气触点接通的平整的配对接触面。如先前所描述的那样，平整的接触面使得用于将配对接触面连结在插座的接触面处的特别良好的连接可行性方案成为可能且因此相应地降低了联接耦合装置的接触电阻。

根据本发明的第三方面，该任务通过一种带有根据第二方面的存储系统的机动车来解决。该机动车具有电气负载系统，其中，该负载系统具有至少一个用于电气触点接通根据本发明的第一方面的联接耦合装置的配对触点。在本发明的意义中，机动车优选是电气驱动的汽车。如下然而是同样可能的，即，本发明的特征和方面涉及带有燃烧驱动装置和/或电驱动装置的汽车、载重车辆、船、飞机或另外的机动车。该机动车同样具有如其已在上面关于根据本发明的联接耦合装置和/或根据本发明的存储系统所描述的上述优点。

附图说明

根据本发明的联接耦合装置、根据本发明的用于电能的存储系统以及根据本发明的机动车在下面借助附图作进一步说明。其中分别示意性地：

图1 以侧视图形式作为现有技术显示了模块终端与负载系统的电缆接线夹的旋拧连接，

图2 以侧视图形式显示了带有可运动的接触元件的联接耦合装置，

图3 以侧视图形式显示了带有可运动的接触元件和第一和第二外壳半体的联接耦合装置，

图4 以侧视图形式显示了带有可运动的接触元件的联接耦合装置，其中，插头和插座被交换，

图5 以侧视图形式显示了带有在第二触点与模块终端之间的整体的连接的来自图4的联接耦合装置，

图6 以俯视图形式显示了带有在第二触点处的平整的接触面且带有被引导的且以力加载的接触元件的联接耦合装置的插座，

图7 以俯视图形式显示了带有未被引导的接触元件的带有在第二触点处的平整的接触面的联接耦合装置的插座，

图8 以侧视图形式显示了带有以薄片形式的可运动的接触元件的联接耦合装置的插座，

图9 以侧视图形式显示了带有以突出部形式的可运动的接触元件的联接耦合装置的插座，

图10 以侧视图形式显示了带有以环绕的环形式的可运动的接触元件的联接耦合装置的插座，且

图11 以侧视图形式显示了带有用于电能的存储模块、负载系统和联接耦合装置的机动车。

带有相同功能和工作原理的元件在图1至11中相应地设有相同的附图标记。

附图标记列表

1 联接耦合装置

2 第一联接耦合装置半体

2a 插头

3 第一触点

4 第二联接耦合装置半体

4a 插座

5 第二触点

5a 插座的第一接触面

6 插座的内周面

7 插座的外周面

8 可运动的接触元件

20 螺纹紧固件

21 电缆接线夹

50 机动车

51 负载系统

52 配对触点

60 存储系统

61 存储模块

62 存储单元

63 模块终端

64 配对接触面

H 插座高度

A 插拔轴线。

具体实施方式

在图1中作为现有技术显示了模块终端63与电缆接线夹21的旋拧连接的示意性侧视图。电缆接线夹21建立了相对机动车50(未显示)的负载系统51(未显示)的导电连接。模块终端63建立了相对用于电能的存储模块60的导电连接。螺纹紧固件20或者旋拧连接为了对于在生产线中的旋拧机器人而言的可达到性应垂直地实施。由此得出模块终端63的必要的弯曲和对于所显示的解决方案的相应大的材料需求。该旋拧连接将电缆接线夹21以预先确定的转矩夹紧到模块终端63处且因此建立导电连接。此外，旋拧连接应随着时间被检查正确的转矩，因为旋拧连接由于振动和材料运动松开。

在图2中显示了根据本发明的联接耦合装置1的一种优选的实施形式的示意性的俯视图。插座4a的外周面7示例地被焊接在模块终端63的平整的配对接触面64处。插头2a被引入到插座4a中。插拔轴线A在中间伸延穿过插头2a和插座4a。在插座4a的内周面6处的可运动的接触元件8使得插头2a的力配合的触点接通成为可能。在该实施例中，插头2a构造第一联接耦合装置半体2且插座4a构造第二联接耦合装置半体4。在插头2a的上端部处存在用于导电连结到机动车50(未显示)的负载系统51处的第一触点3。模块终端63构成到机动车50(未显示)的存储系统60处的导电连结。该实施形式是特别有利的，因为通过在插座4a的内周面6处的可运动的接触元件8以简单的方式使得对于插座4a与插头2a的触点接通而言的小的接触电阻和对于联接耦合装置1的小的结构空间成为可能。

在图3中以示意性的侧视图形式显示了带有与在图2中类似特征的联接耦合装置1。通过在图2中显示的联接耦合装置1的特征，插座4a在该实施形式中与模块终端63整体相连接，也就是说不带有焊接连接且与此伴随的增加的接触电阻。由此使得进一步降低的接触电阻成为可能。插头2a和插座4a以第一和第二外壳来包围。因此，插头2a和插座4a不仅在分开的而且在插合的状态中被保护以防接触且引导电流的构件局部地被绝缘。这使得处理联接耦合装置和存储模块对于未特别针对高压装置经过培训的用户而言成为可能。

图4同样显示了联接耦合装置1的一种示意性侧视图。在该实施形式中，为了图解说明相同的技术工作原理插头2a和插座4a被交换。因此，插头2a构造第二联接耦合装置半体4且经由第二触点5且经由配对接触面64与模块终端63相连接。与之相反，插座4a在该示例中是第一联接耦合装置半体2且经由第一触点3和配对触点52建立相对负载系统51的导电连接。可运动的接触元件8在插座4a的内周面6处在插座4a的高度H上分布地布置。由此使得插头2a与插座4a的特别有利的触点接通成为可能且插头2a在位置或构造中的偏差可通过接触元件8被有利地补偿。因此始终使得插头的良好的触点接通(也就是说在本发明的意义中带有小的接触电阻)成为可能。

图5显示了来自图5的特征的一种备选的实施方案。模块终端63和第二触点5是整体的，即由一件且不带有焊接连接地实施。由此，联接耦合装置1的接触电阻被有利地进一步降低。

在图6和7中显示了插座4a的示意性的俯视图。插座4a具有用于更好连结到模块终端63的配对接触面64处的在外周面7处的平整的接触面5a。在图6中，接触元件8被引导地支承且被加载以在插拔轴线A的方向上的力。如此构造的接触元件8以提高的程度确保了与插头2a的触点接通且因此是本发明的一种有利的改进方案。

在图8至图10中显示了带有不同实施的可运动的接触元件8的插座4a的示意性侧视图，其在插座4a的内周面6处的高度H上分布地安置。接触元件8然而同样可仅简单地在插座4a内实施。同样地在本发明的范围中作如下设置，即，在插座4a中的接触元件8的不同实施形式被组合。图8显示了作为薄片的接触元件8的实施方案，其中，下部的薄片示例地具有裂缝，其平行于插拔轴线A伸延。为了使得将插头2a(未显示)插入到插座4a中成为可能，薄片的柔性可通过裂缝或通过薄片的相应薄的设计方案或通过相应的材料选择进行。薄片环绕地布置在插座4a中且因此通过大的接触面建立相对插头2a(未显示)的特别有利的接触。因此，以简单的器件使得在根据本发明的联接耦合装置1中的小的接触电阻成为可能。在图9中，可运动的接触元件8构造成突出部。这些突出部可特别简单地制造且因此是可能的成本降低。通过多个突出部，尽管如此可使得相对插头2a(未显示)的相对大的接触面成为可能。通过突出部的彼此分开的实施方案，这些突出部在其与插头2a(未显示)的匹配上特别灵活。这特别适合于补偿在插头2a(未显示)处的各个强烈的偏差、例如扭曲。图10显示了可运动的接触元件8作为拱形的环绕的单个环的另一实施形式。该环可以是空心的或实心的。该环柔性地设计且产生内径，其小于插头2a(未显示)的外径实施。插头2a(未显示)到插座4a中的引入因此使柔性的环变形且形成在以环形式的接触元件8与插头2a(未显示)之间的有利地大的接触面。

在图11中显示了带有用于电能的存储模块61、负载系统51和联接耦合装置1的机动车50的示意性侧视图。根据本发明的机动车50、优选电气驱动的机动车50对于用户而言可通过联接耦合装置1、尤其通过联接耦合装置1的降低的接触电阻使得存储模块61的更好的能效成为可能。由此对于电动车的里程被正面地影响。通过利用局部绝缘的联接耦合装置1，存储系统60由不带有高压敏感性的人员和/或用户的操作变得可能且因此电动车的可接受性进一步被提高。

Claims (10)

1.一种联接耦合装置(1)，其用于在机动车(50)中用于电能的存储模块(61)与用于提供电能的所述机动车(50)的电气负载系统(51)的导电连接，

带有第一联接耦合装置半体(2)，其具有至少一个第一导电触点(3)，其中，所述第一触点(3)用于将所述第一联接耦合装置半体(2)电气触点接通到所述电气负载系统(51)处，且带有第二联接耦合装置半体(4)，其具有至少一个第二导电触点(5)，其中，所述第二触点(5)用于将所述第二联接耦合装置半体(4)电气触点接通到所述存储模块(61)处，且

其中，所述第一联接耦合装置半体(2)是插头(2a)且所述第二联接耦合装置半体(4)是用于容纳所述插头(2a)的插座(4a)，且其中，所述插头(2a)和所述插座(4a)构造用于建立彼此的导电连接，

其特征在于，所述插座(4a)在其内周面(6)处具有多个可运动的用于力配合地触点接通所述插头(2a)的接触元件(8)。

2.根据权利要求1所述的联接耦合装置(1)，其特征在于，所述可运动的接触元件(8)局部在所述插座(4a)的内周面(6)处在所述插座(4a)的高度(H)上彼此偏移地布置。

3.根据权利要求1或2所述的联接耦合装置(1)，其特征在于，所述可运动的接触元件(8)弹簧般弹性地构造。

4.根据前述权利要求中任一项所述的联接耦合装置(1)，其特征在于，所述可运动的接触元件(8)构造成环绕的环或构造成环绕的薄片。

5.根据前述权利要求1至3中任一项所述的联接耦合装置(1)，其特征在于，所述可运动的接触元件(8)构造成突出部。

6.根据前述权利要求中任一项所述的联接耦合装置(1)，其特征在于，所述可运动的接触元件(8)相应地在所述插座(4a)的壁中的引导部中可引导地被支承且每个接触元件(8)通过在所述引导部中的力装置被加载以在插拔轴线(A)的方向上的力。

7.根据前述权利要求中任一项所述的联接耦合装置(1)，其特征在于，所述第二触点(5)设计成局部在所述插座的外周面(7)处在所述插座(4a)的高度(H)上的平整的接触面(5a)。

8.一种存储系统(60)，具有至少一个用于电能的存储模块(61)，具有多个存储单元(62)，其中，所述存储模块(61)具有至少一个用于所述存储单元(62)的电气触点接通且用于所述存储系统(60)的联接耦合装置(1)的电气触点接通的模块终端(63)，其特征在于，所述联接耦合装置(1)根据前述权利要求中任一项所述来构造。

9.根据权利要求8所述的存储系统(60)，其特征在于，所述模块终端(63)局部具有用于在所述插座(4a)的平整的接触面(5a)处的电气触点接通的平整的配对接触面(64)。

10.一种机动车(50)，具有用于电能的存储系统(60)和电气负载系统(51)，其中，所述负载系统(51)具有至少一个用于所述存储系统(60)的联接耦合装置(1)的电气触点接通的配对触点(52)，其特征在于，所述存储系统(60)根据权利要求8或9中任一项来构造。

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