CN112448433A - 电动工具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动工具，电机；用于为电机提供电能的第一电池包和第二电池包；第一开关装置和第二开关装置，第一开关装置和第二开关装置一一对应串联于第一和第二电池包与电机之间，以导通或切断第一电池包和第二电池包与电机的连接；控制器，用于在第一电池包和第二电池包间存在压差时，控制电压相对较高的电池包对应开关装置保持闭合的同时，控制电压相对较低的电池包对应开关装置以预设间歇控制策略闭合。该电动工具方法可以在电池包之间出现压差时，间歇式接入低压侧的电池包，避免互充电流超过安全电流而造成电池损伤，有效避免安全性风险，保证电池包的安全性和可靠性，有效保证电动工具的使用寿命。

Description

电动工具

技术领域

本发明涉及电池供电技术领域，特别涉及一种电动工具。

背景技术

目前，当电池包多包并联形成电池序列从而为工具供电时，极性相同的高电位的电池包会向低电位的电池包充电，即形成互充电流。

相关技术中，如果检测电池包温度在0℃～45℃之间，则任由电池包互充。然而，虽说多包并联会使电池的续航能力、动力和电池使用寿命大大提高，但是，一旦互充电流不受控制，尤其是工具的多个电池包压差大于一定值时，互充电流可能超过电池的安全电流，电池存在一定安全性风险，易导致电池受到损伤，降低电池的使用寿命，亟待解决。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种电动工具，该电动工具可以在电池包之间出现压差时，间歇式接入低压侧的电池包，避免互充电流超过安全电流而造成电池损伤。

为达到上述目的，本发明实施例提出了一种电动工具，其特征在于，包括：电机；用于为所述电机提供电能的第一电池包和第二电池包；第一开关装置和第二开关装置，所述第一开关装置串联于所述第一电池包与所述电机之间，以导通或切断所述第一电池包与所述电机之间的连接，所述第二开关装置串联于所述第二电池包与所述电机之间，以导通或切断所述第二电池包与所述电机之间的连接；控制器，用于在所述第一电池包和第二电池包间存在压差时，控制电压相对较高的电池包对应开关装置保持闭合的同时，控制电压相对较低的电池包对应开关装置以预设间歇控制策略闭合。

本发明实施例的电动工具，在电池包之间出现压差时，间歇式接入低压侧的电池包，避免互充电流超过安全电流而造成电池损伤，降低甚至有效避免安全性风险，不但保证多包并联提高电池的续航、动力和电池使用寿命，而且保证电池包的安全性和可靠性，大大提高电池的使用寿命，以及有效保证电动工具的使用寿命，提高工具的适用性和使用体验。

另外，根据本发明上述实施例的电动工具还可以具有以下附加的技术特征：

可选地，其中，在所述压差大于预设阈值，且所述第一电池包的当前电压大于所述第二电池包的当前电压时，所述控制器控制所述第二开关装置以所述预设间歇控制策略闭合；在所述压差大于所述预设阈值，且所述第一电池包的当前电压小于所述第二电池包的当前电压时，所述控制器控制所述第一开关装置以所述预设间歇控制策略闭合。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述控制器还用于在以所述预设间歇控制策略闭合预设时长后，所述控制器控制所述电压相对较低的电池包对应开关装置保持闭合

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述控制器包括：检测单元，用于检测所述第一电池包和第二电池包中处于供电状态的电池包的第一当前温度和第一当前电压；控制单元，在所述第一当前温度或所述第一当前电压不满足供电条件时，用于控制对应开关装置断开，以切断不满足所述供电条件的电池包与所述电机的连接。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述检测单元还用于检测所述第一电池包和第二电池包中处于闲置状态的电池包的第二当前温度和第二当前电压，并在所述第二当前温度和所述第二当前电压均满足所述供电条件时，所述控制单元控制对应开关装置闭合，以导通满足所述供电条件的电池包与所述电机的连接。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述控制器还用于在所述第一电池包或所述第二电池包单包供电时，所述第一电池包或所述第二电池包不满足所述供电条件时，停止供电。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述控制器还用于接收开机指令，，并在所述第一电池包和第二电池包的当前温度的当前电压满足所述供电条件时，闭合所述第一开关装置和第二开关装置。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：反馈模块，用于反馈负载的当前工作参数；驱动模块，在所述当前工作参数不满足间歇控制条件时，所述控制器控制所述驱动模块降低所述负载的当前工作参数，或停止供电。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第一开关装置和第二开关装置的每个开关装置包括：上电回路和功率开关器件，所述上电回路和所述功率开关器件均设置于电池包与所述电机之间，且所述上电回路和所述功率开关器件并联。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第一开关装置和第二开关装置均闭合时，所述第一电池包和第二电池包并联。

进一步地，在本发明的一个实施例中，还包括：

第一电池容纳部和第二电池容纳部，所述第一电池容纳部和第二电池容纳用于一一对应容纳并连接所述第一电池包和第二电池包。

可选地，在本发明的一个实施例中，所述电动工具可以为割草机，所述割草机包括本体，所述第一电池包和第二电池包并排设置在所述本体上。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明一个实施例的电动工具的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的电动工具。

图1是本发明一个实施例的电动工具的结构示意图。

如图1所示，本发明实施例的电动工具包括：电机100、第一至第n电池包(如图中电池包201、电池包202、…、电池包20n所示)、第一至第n开关装置(如图中开关装置301、开关装置302、…、开关装置30n所示)和控制器400。

其中，第一至第n电池包用于为电机100提供电能。第一至第n开关装置一一对应串联于第一至第n电池包与电机100之间，以导通或切断第一至第n电池包与电机100的连接，其中，n为大于1的正整数。控制器400用于在第一至第n间存在压差时，控制电压相对较高的电池包对应开关装置保持闭合的同时，控制电压相对较低的电池包对应开关装置以预设间歇控制策略闭合。本发明实施例的电动工具可以在电池包之间出现压差时，间歇式接入低压侧的电池包，避免互充电流超过安全电流而造成电池损伤，有效避免安全性风险，保证电池包的安全性和可靠性，有效保证电动工具的使用寿命。具体地，在本发明的实施例中，以第一至第n电池包具体为第一电池包201和第二电池包202为例，第一电池包201和第二电池包202用于为电机100提供电能。第一开关装置301和第二开关装置302一一对应串联于第一电池包201和第二电池包202与电机100之间，以导通或切断第一电池包201和第二电池包202与电机100的连接。控制器400用于在第一电池包201和第二电池包202间存在压差时，控制电压相对较高的电池包对应开关装置保持闭合的同时，控制电压相对较低的电池包对应开关装置以预设间歇控制策略闭合。需要说明的是，预设间歇控制策略闭合可以由本领域技术人员根据实际情况进行间歇设置，在此不作具体限定，例如，以一定频率，控制对应开关装置切断任意两个电池包中电压相对较低的电池包与电机100的连接，且断开一定时长后再接入，下面会举例进行详细描述。虽然以下实施例以第一电池包201和第二电池包202为例，但是本领域技术人员应当理解的是，对于图1中的任何电动工具都可以通过类似的方式进行配置，需要说明的是，在该图1中多个电池包之间的连接方式仅是示意性的，本发明并不仅限于这一种连接方式。

首先，需要说明的是，虽然多包并联会提高电池的续航能力、动力和电池使用寿命，但是，一旦互充电流不受控制，易导致电池受到损伤，降低电池的使用寿命，因此，本发明实施例首先实时监测任意两个电池包间是否出现压差，一旦出现压差，意味着会出现互充电流，进而出现上述问题。

进一步地，可以理解的是，两个不同的电压源并联，属于一种短路，容易会出现环流。假如两个电源的内阻都近于零的话，电流将无限大，导致将电池烧坏。实际的电源内阻当然都不是零，但电流也将是很大的。其中，电流的方向是从较高电压的电源出来(放电的方向)，倒灌进入较低电压的电源(充电的方向)。因此，本发明实施例可以检测电池包间是否出现压差，一旦压差意味着可能出现互充电流，可以理解的是，一旦出现压差，本发明实施例进行间歇控制，那么有效避免出现互充电流，有效保证电池的安全性。。

也就是说，本发明实施例为解决如何控制互充电流，避免超过安全电流，电压就较高的电池包包始终接入供电回路，而电压就较低的电池包间歇接入供电回路，从而在多包并联使用工具时，可有效降低电池包大电流互充的安全性风险，保证电池包的安全性和可靠性，大大提高电池的使用寿命。

具体地，在本发明的一个实施例中，在压差大于预设阈值，且第一电池包201的当前电压大于第二电池包202的当前电压时，控制器400控制第二开关装置302以预设间歇控制策略闭合；在压差大于预设阈值，且第一电池包201的当前电压小于第二电池包202的当前电压时，控制器400控制第一开关装置301以预设间歇控制策略闭合。。

需要说明的是，在本发明的实施例中，可以一旦出现压差即进行间歇控制，也可以在出现压差，且在压差大于一定值的时候进行间歇控制，以减少冗余操作，更加适用，其中，预设阈值越大，则意味着充电电流的上限越大，安全性风险越大，因此，根据对电池的安全性的要求不同，预设阈值可以根据实际情况进行设置，从而保证充电电流不会超出安全电流阈值。

进一步地，控制器400还用于在以预设间歇控制策略闭合预设时长后，控制器400控制电压相对较低的电池包对应开关装置保持闭合。

另外，预设时长和上述的断开得一定时长可以根据任意两个电池包的当前电压的压差得到。具体地，当前电压的压差越大，则需要电压较高的电池包单独放电越久，以降低两个电池包的电势差，从而保证电压较低的电池包重新接入供电回路，充电电流也不会大于安全电流阈值，有效控制充电电流的同时，满足电池包多包并联的需求。

例如，一旦出现压差或者压差大于一定阈值，则每隔十分钟控制电压较低的电池包从供电回路断开，且断开三分钟后重新接入供电回路继续供电，通过间歇控制避免超过安全电流，以及在间歇控制二十分钟后，没有压差，或者压差小于一定阈值，可以结束间歇控制，从而在多包并联使用工具时，可有效降低电池包大电流互充的安全性风险，保证电池包的安全性和可靠性，大大提高电池的使用寿命。

进一步地，在本发明的一个实施例中，控制器400包括：检测单元401和控制单元402。其中，检测单元401用于检测第一电池包201和第二电池包202中处于供电状态的电池包的第一当前温度和第一当前电压。在第一当前温度或第一当前电压不满足供电条件时，控制单元402用于控制对应开关装置断开，以切断不满足供电条件的电池包与电机的连接。

可以理解的是，本发明实施例对处于供电状态的电池的温度、电压等状态参数进行检测，以判断电池是否出现故障，例如电池的温度大于一定值，或者电压大于一定值，则表明电池出现异常，不适于继续供电，即不满足供电条件，则停止对工具供电，不但避免电池损坏，而且避免对其它电池造成影响，甚至造成工具损坏。需要说明的是，供电条件可以由本领域技术人员根据实际情况进行设置，在此不做具体限制。

进一步地，在本发明的一个实施例中，检测单元401还用于检测第一电池包201和第二电池包202中处于闲置状态的电池包的第二当前温度和第二当前电压，并在第二当前温度和第二当前电压均满足供电条件时，控制单元402控制对应开关装置闭合，以导通满足供电条件的电池包与电机100的连接。

在本发明的实施例中，对于之前由于不满足供电条件而断开的电池包，即闲置状态的电池包，本发明实施例可以检测电池包的电压、温度等参数。其中，如果闲置状态的电池包的温度、电压处于设定范围内，则意味着闲置状态的电池包拥有接入供电回路继续供电的条件，那么可以将此电池包接入供电回路与其他电池包并联，从而为工具供电；反之，保持闲置状态的电池包的开关装置断开，直至工具重新开关机。

进一步地，在本发明的一个实施例中，控制器400还用于在第一电池包201或第二电池包202单包供电时，第一电池包201或第二电池包202不满足供电条件时，停止供电。

具体而言，在供电的电池包个数小于一定值时，例如随着间歇控制，出现只有一个电池包在单电池包供电时，一旦供电的电池包的电压、温度等参数不处于预定范围内，则意味着当前的单个电池包也不适宜继续供电，从而停止供电，避免对电池造成损坏，甚至造成工具损坏，而且可以进行相应故障提醒，如控制声学提醒装置和/或光学提醒装置进行故障提醒，提高用户使用体验。

可以理解的是，在运行过程中，本发明实施例持续监测电池包的电压、温度等参数，若任意一个电池包的电压、温度等参数超出预定范围即安全范围，如果此时是单包供电，工具进入保护模式，停止供电，如果此时是多包供电，超限电池包从供电回路断开。需要说明的是，工具进入保护模式，保护模式可以为停止供电，也可以包括其他对应控制策略，如重新筛选闲置状态的电池包并将符合供电条件的闲置状态的电池包接入供电回路，并断开供电的单包，实现替换策略，以有效保证电池和工具的安全性，在此不做具体限制。

进一步地，在本发明的一个实施例中，控制器400还用于接收开机指令，并在第一电池包201和第二电池包202的当前温度的当前电压满足供电条件时，闭合第一开关装置301和第二开关装置302。

也就是说，当工具开机时，将满足供电条件的电池包均接入供电回路，当电池并联时，如果并联前的低压电池包互充电流大于设定阈值，则此低压电池包从供电回路间歇断开，而高电压电池包持续供电，如果互充电流小于设定阈值，则可以任由其互充。

进一步地，在本发明的一个实施例中，本发明实施例的电动工具还包括：反馈模块500和驱动模块600。其中，反馈模块500用于反馈负载的当前工作参数。在当前工作参数不满足间歇控制条件时，控制器400控制驱动模块600降低负载的当前工作参数，或停止供电。

本发明实施例可以读取反馈的电机的电压、电流和转速等参数，一旦当前工作参数不满足断开控制条件，如间歇控制过程导致单个电池供电无法满足负载的需求，意味着无法间歇控制低压侧的电池包，那么对负载降低或停止供电，以保证电池的安全性和可靠性，避免出现安全事故。

进一步地，在本发明的一个实施例中，第一开关装置301和第二开关装置302的每个开关装置包括：上电回路(如图中上电回路3011、上电回路3021、…、上电回路30n1所示)和功率开关器件(如图中功率开关器件3012、功率开关器件3022、…、功率开关器件30n2所示)。其中，上电回路和功率开关器件均设置于电池包与电机100之间，且上电回路和功率开关器件并联。

本发明实施例的以下部分将对如何对电池供电的控制进行详细介绍。虽然以下实施例以控制功率开关器件的闭合与关断来实现多包并联为例，但是本领域技术人员应当理解的是，对于图1中的任何电池都可以通过以下类似的方式进行设置，即电池包和控制功率开关器件的连接方式和配置方式仅是示意性的，本发明并不仅限于这一种连接方式和配置方式。

如图1所示，开关装置包括每个电池包对应的上电回路和功率开关器件，本发明实施例可以制功率开关器件的闭合与关断来实现多包并联，将互充电流控制在较为安全的范围。

具体地，在本发明的实施例中，本发明实施例的电动工具可以执行以下步骤：

步骤S1：首先，每个电池包对应的功率开关器件均处于断开状态，并通过上电回路激活控制单元402；

步骤S2：控制单元402读取电池包检测单元401检测的电池包对应的电压、温度等参数，若电压较低的电池包的温度和电压处于设定范围内，则可以将电压较低的电池包接入供电回路与其他电池包并联，一起为工具供电；反之则将对应电池包与供电回路断开，由电压较高的电池包进行供电，直至重新开关机。

例如，若电池包的电压和温度均满足供电条件，则闭合第一开关装置301和第二开关装置302，第一电池包201和第二电池包202并联给电机100供电，若第一电池包201的电压不满足供电条件，则闭合第二开关装置302，由第二电池包202给电机100供电。

步骤S3：当多个电池包并联供电时，如果并联前电压较低的电池包的充电电流大于安全电流阈值，则以一定频率f，闭合电压较低的电池包对应的功率开关器件，持续一定的时间t(t可以取决于两个电池包间的电压差，压差越大t越长)，且断开前的低压电池包侧的功率开关器件一直闭合，任由其互充，而且电压较低的电池包从供电回路断开，由电压较高的电池包持续供电，保持间歇控制，直至重新开关机，或者电压较低的电池包满足停止间歇控制条件；如果充电电流小于或等于安全电流阈值，则任由其互充。

例如，当第一开关装置301和第二开关装置302均闭合时，若第一电池包201和第二电池包202出现压差，其中，第一电池包201的电压大于第二电池包202的电压，则控制第一电池包201的第一开关装置301闭合的同时，控制第二电池包202的第二开关装置302每隔十分钟断开，且断开三分钟之后再闭合，以间歇控制第二电池包202为工具供电。另外，在间歇控制二十分钟后，没有压差，或者压差小于一定阈值，可以结束间歇控制。

步骤S4：由控制单元402、驱动模块600、电机100、反馈模块500构成闭环调速系统，使得在运行过程中，控制单元402持续监测电池包的电压、温度等参数，并读取反馈模块500反馈的电机电压、电流和转速，若任意一个电池包的电压、温度等参数超出设定阈值，即不满足供电条件，如果此时是单个电池包供电，工具进入保护模式，先关机再断开对应的功率开关器件，避免对工具造成元器件的损坏，有效保证工具的安全性，如果此时是双包或多个电池包供电，超限电池包从供电回路断开进行间歇控制，避免造成电池损伤，保证电池包的安全性和可靠性，大大提高电池的使用寿命，进一步保证工具的可靠性。

例如，当第一开关装置301和第二开关装置302均闭合时，若第一电池包201的电压或者温度超出设定阈值，判定第一电池包201不满足供电条件，则控制第一开关装置301断开，此时由第二电池包202单包供电。然而，在单包供电的情况下，第二电池包202的电压或者温度也超出设定阈值，这说明工具出现故障，此时工具进入保护模式，先关机，使得负载等元器件停止工作，避免突然的断电给元器件造成损伤，再断开第二开关装置302，保证工具的安全性和可靠性。

进一步地，在本发明的一个实施例中，本发明实施例的电动工具还包括：第一电池容纳部和第二电池容纳部(图中未具体标识)。其中，第一电池容纳部和第二电池容纳用于一一对应容纳并连接第一电池包201和第二电池包202。

可以理解的是，电池容纳部具体用于固定设置电池包，且可拆卸设置，便于维护人员后期的维修操作，且可以提高工具的可修复性，简单易实现。

可选地，在本发明的一个实施例中，电动工具可以为割草机，割草机包括本体，第一电池包201和第二电池包202并排设置在本体上。需要说明的是，电动工具可以为割草机、扫雪机等，在此不做具体限制。

根据本发明实施例提出的电动工具，在电池包之间出现压差时，间歇接入低压侧的电池包，避免互充电流超过安全电流而造成电池损伤，降低甚至有效避免安全性风险，而且一旦出现电池异常情况，停止异常的电池继续供电，以及可以将满足继续供电条件的电池重新接入供电回路，停止间歇控制，不但保证多包并联提高电池的续航、动力和电池使用寿命，而且保证电池包的安全性和可靠性，有效降低电池包大电流互充的安全性风险，大大提高电池的使用寿命，以及有效保证电动工具的使用寿命，提高工具的适用性和使用体验。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (11)

1.一种电动工具，其特征在于，包括：

电机；

用于为所述电机提供电能的第一电池包和第二电池包；

第一开关装置和第二开关装置，所述第一开关装置串联于所述第一电池包与所述电机之间，以导通或切断所述第一电池包与所述电机之间的连接，所述第二开关装置串联于所述第二电池包与所述电机之间，以导通或切断所述第二电池包与所述电机之间的连接；以及

控制器，用于在所述第一电池包和第二电池包间存在压差时，控制电压相对较高的电池包对应开关装置保持闭合的同时，控制电压相对较低的电池包对应开关装置以预设间歇控制策略闭合。

2.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，其中，

在所述压差大于预设阈值，且所述第一电池包的当前电压大于所述第二电池包的当前电压时，所述控制器控制所述第二开关装置以所述预设间歇控制策略闭合；

在所述压差大于所述预设阈值，且所述第一电池包的当前电压小于所述第二电池包的当前电压时，所述控制器控制所述第一开关装置以所述预设间歇控制策略闭合。

3.根据权利要求1或2所述的电动工具，其特征在于，所述控制器还用于在以所述预设间歇控制策略闭合预设时长后，控制所述电压相对较低的电池包对应开关装置保持闭合。

4.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，所述控制器包括：

检测单元，用于检测所述第一电池包和第二电池包中处于供电状态的电池包的第一当前温度和第一当前电压；

控制单元，在所述第一当前温度或所述第一当前电压不满足供电条件时，用于控制对应开关装置断开，以切断不满足所述供电条件的电池包与所述电机的连接。

5.根据权利要求4所述的电动工具，其特征在于，所述检测单元还用于检测所述第一电池包和第二电池包中处于闲置状态的电池包的第二当前温度和第二当前电压，并在所述第二当前温度和所述第二当前电压均满足所述供电条件时，所述控制单元控制对应开关装置闭合，以导通满足所述供电条件的电池包与所述电机的连接。

6.根据权利要求3或4所述的电动工具，其特征在于，所述控制器还用于在所述第一电池包或所述第二电池包单包供电时，所述第一电池包或所述第二电池包不满足所述供电条件时，停止供电。

7.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，所述控制器还用于接收开机指令，并在所述第一电池包和第二电池包的当前温度的当前电压满足所述供电条件时，闭合所述第一开关装置和第二开关装置。

8.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，还包括：

反馈模块，用于反馈负载的当前工作参数；

驱动模块，在所述当前工作参数不满足间歇控制条件时，所述控制器控制所述驱动模块降低所述负载的当前工作参数，或停止供电。

9.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，所述第一开关装置和第二开关装置的每个开关装置包括：上电回路和功率开关器件，所述上电回路和所述功率开关器件均设置于电池包与所述电机之间，且所述上电回路和所述功率开关器件并联。

10.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，所述第一开关装置和第二开关装置均闭合时，所述第一电池包和第二电池包并联。

11.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于，还包括：

第一电池容纳部和第二电池容纳部，所述第一电池容纳部和第二电池容纳用于一一对应容纳并连接所述第一电池包和第二电池包。

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