CN114024440A - 燃料电池dc/dc变换器的控制方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

燃料电池dc/dc变换器的控制方法、装置、设备及存储介质 Download PDF

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毛志明
郭玉平
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Abstract

本发明公开一种燃料电池DC/DC变换器的控制方法、装置、设备及存储介质,该控制方法包括:获取负载端反馈的需求电流值Is,确定当前状态的最大输出电流值Ie;根据所述最大输出电流值Ie和所述燃料电池DC/DC变换器的模块数量N,确定所述需求电流值所属的预设电流区间((X‑1)*Ie/N,X*Ie/N],其中,X∈[1,N];将所述确定的预设电流区间对应的X值作为模块开启数量,控制相应数量的模块开启。本发明技术方案,最大程度的减少了燃料电池DC/DC变换器的功率器件的工作数量,使燃料电池DC/DC变换器整体的功率器件开关损耗和通断损耗占燃料电池输出功率的比例降低,提升了燃料电池的效率。

Description

燃料电池DC/DC变换器的控制方法、装置、设备及存储介质
技术领域
本发明涉及燃料电池技术领域,特别涉及一种燃料电池DC/DC变换器的控制方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置,又称电化学发电器。它是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。由于燃料电池是通过电化学反应把燃料的化学能中的吉布斯自由能部分转换成电能,不受卡诺循环效应的限制,因此效率高;另外,燃料电池用燃料和氧气作为原料,同时没有机械传动部件,故排放出的有害气体极少,使用寿命长。由此可见,从节约能源和保护生态环境的角度来看,燃料电池是最有发展前途的发电技术。
燃料电池DC/DC变换器作为燃料电池发动机系统的关键部件,用于将燃料电池输出的低压直流电升压为高压直流输出,为电动汽车提供电能,同时为动力电池充电。DC/DC变换器通过对燃料电池发动机输出功率的精确控制,实现整车动力系统之间的功率分配以及优化控制。
目前,燃料电池DC/DC变换器通常采用交错并联的模式,燃料电池DC/DC变换器的多个模块并联,在给负载(例如汽车动力系统)供电时,都是多个模块同时开启工作。这种工作方式,在负载端所需的供电功率不高(即需求的电流较小)时,即燃料电池处于较低功率或中等功率输出状态,由于各个模块同时开启工作,各个模块的功率器件的都有开关损耗和通断损耗,则总的开关损耗和通断损耗占用燃料电池输出功率的较大比例,导致燃料电池系统的效率较低。
发明内容
本发明提供一种燃料电池DC/DC变换器的控制方法、装置、设备及存储介质,旨在提升燃料电池系统的效率。
为实现上述目的,本发明提出的燃料电池DC/DC变换器的控制方法,包括:
获取负载端反馈的需求电流值Is,确定当前状态的最大输出电流值Ie;
根据所述最大输出电流值Ie和所述燃料电池DC/DC变换器的模块数量N,确定所述需求电流值所属的预设电流区间((X-1)*Ie/N,X*Ie/N],其中,X∈[1,N];
将所述确定的预设电流区间对应的X值作为模块开启数量,控制相应数量的模块开启。
优选地,所述控制相应数量的模块开启的步骤之后,所述燃料电池DC/DC变换器的控制方法还包括:
对各个开启的模块的电流进行均流控制。
优选地,所述对各个开启的模块的电流进行均流控制的步骤包括:
根据所述需求电流值Is和所述模块开启数量X,确定需求电流平均值Ia,并获取各个开启的模块的当前电流值;
根据获取的各个开启的模块的当前电流值和所述需求电流平均值Ia,分别计算各个开启的模块的当前电流值与所述需求电流平均值Ia的偏差及偏差的微分;
将各个开启的模块对应的偏差和偏差的微分输入预设的模糊控制器处理,以得出各个开启的模块的占空比增量,并根据得出的占空比增量对应调整各个开启的模块的占空比。
优选地,所述确定当前状态的最大输出电流值Ie的步骤包括:
获取所述燃料电池当前的电压值,基于所述燃料电池的额定功率和获取的电压值,计算得出当前状态的最大输出电流值Ie。
本发明还提出一种燃料电池DC/DC变换器的控制装置,包括:
获取模块,用于获取负载端反馈的需求电流值Is,确定当前状态的最大输出电流值Ie;
确定模块,用于根据所述最大输出电流值Ie和所述燃料电池DC/DC变换器的模块数量N,确定所述需求电流值所属的预设电流区间((X-1)*Ie/N,X*Ie/N],其中,X∈[1,N];
开启模块,用于将所述确定的预设电流区间对应的X值作为模块开启数量,控制相应数量的模块开启。
本发明进一步还提出一种燃料电池DC/DC变换器的控制设备,包括:
至少一个处理器;以及,
与所述至少一个处理器通信连接的存储器;其中,
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序指令,所述计算机程序指令被所述至少一个处理器执行,以使所述至少一个处理器能够执行如下步骤:
获取负载端反馈的需求电流值Is,确定当前状态的最大输出电流值Ie;
根据所述最大输出电流值Ie和所述燃料电池DC/DC变换器的模块数量N,确定所述需求电流值所属的预设电流区间((X-1)*Ie/N,X*Ie/N],其中,X∈[1,N];
将所述确定的预设电流区间对应的X值作为模块开启数量,控制相应数量的模块开启。
优选地,所述计算机程序指令被所述至少一个处理器执行时,所述至少一个处理器还能够在执行所述控制相应数量的模块开启的步骤之后,执行如下步骤:
对各个开启的模块的电流进行均流控制。
优选地,所述对各个开启的模块的电流进行均流控制的步骤包括:
根据所述需求电流值Is和所述模块开启数量X,确定需求电流平均值Ia,并获取各个开启的模块的当前电流值;
根据获取的各个开启的模块的当前电流值和所述需求电流平均值Ia,分别计算各个开启的模块的当前电流值与所述需求电流平均值Ia的偏差及偏差的微分;
将各个开启的模块对应的偏差和偏差的微分输入预设的模糊控制器处理,以得出各个开启的模块的占空比增量,并根据得出的占空比增量对应调整各个开启的模块的占空比。
优选地,所述确定当前状态的最大输出电流值Ie的步骤包括:
获取所述燃料电池当前的电压值,基于所述燃料电池的额定功率和获取的电压值,计算得出当前状态的最大输出电流值Ie。
本发明进一步还提出一种存储介质,所述存储介质存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时,实现上述的燃料电池DC/DC变换器的控制方法。
本发明技术方案,在负载端有用电需求时,根据负载端的需求电流值和燃料电池当前的最大输出电流值,确定满足负载端用电需求的燃料电池DC/DC变换器的模块最少开启数量,控制最少开启数量的模块开启;如此,在保证了负载端的用电需求的前提下,保证最少的模块开启工作,从而最大程度的减少了燃料电池DC/DC变换器的功率器件的工作数量,使燃料电池DC/DC变换器整体的功率器件开关损耗和通断损耗占燃料电池输出功率的比例降低,提升了燃料电池的效率。
附图说明
图1为本发明燃料电池DC/DC变换器的控制方法一实施例的流程示意图;
图2为本发明燃料电池DC/DC变换器的控制方法二实施例的流程示意图;
图3为本发明燃料电池DC/DC变换器的控制方法三实施例的流程示意图;
图4为燃料电池DC/DC控制器的电气拓扑图;
图5为本发明燃料电池DC/DC变换器的控制装置一实施例的程序模块图;
图6为本发明燃料电池DC/DC变换器的控制装置二实施例的程序模块图;
图7为本发明实施例方案涉及的硬件运行环境中燃料电池DC/DC变换器的控制设备的结构示意图。
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,基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明提出一种燃料电池DC/DC变换器的控制方法。
参照图1,图1是本发明燃料电池DC/DC变换器的控制方法一实施例的流程示意图。
在本实施例中,燃料电池DC/DC变换器的控制方法包括:
步骤S10,获取负载端反馈的需求电流值Is,确定当前状态的最大输出电流值Ie;
在燃料电池系统中,负载端不同的工作状态的负载功率不同,对应所需求的电流值Is也就不同,系统通过通讯实时接收负载端反馈的需求电流值Is。燃料电池在不同电量状态下,输出的电压值有差异,最大输出电流值Ie也会不同,因此,在接收获取到负载端反馈的需求电流值Is时,确定当前状态的最大输出电流值Ie。
步骤S20,根据最大输出电流值Ie和燃料电池DC/DC变换器的模块数量N,确定需求电流值所属的预设电流区间((X-1)*Ie/N,X*Ie/N],其中,X∈[1,N];
本发明的燃料电池DC/DC变换器为采用交错并联的拓扑,燃料电池DC/DC变换器的N个模块(功率模块)是并联的,每个模块的输出电流值理论上为对最大输出电流值Ie的分流值Ie/N,由于燃料电池DC/DC变换器只需要给负载端提供不小于需求电流值Is的电流就可以满足负载端的需求,即开启数量乘以单个模块的分流值Ie/N大于等于需求电流值Is即可。系统中预设了与模块开启数量X对应的预设电流区间((X-1)*Ie/N,X*Ie/N],X∈[1,N];例如,模块开启数量为1,对应的预设电流区间就为(0,Ie/N],模块数量为2,对应的预设电流区间就为(Ie/N,2Ie/N]。通过判断确定出需求电流值在哪个预设电流区间,即可确定所需的模块开启数量,模块数量N已知,最大输出电流值Ie和需求电流值Is也已知,因此,根据已知量可确定出需求电流值Is在哪个预设电流区间中。
步骤S30,将确定的预设电流区间对应的X值作为模块开启数量,控制相应数量的模块开启。
在确定了需求电流值Is所属的预设电流区间后,将预设电流区间对应的X值作为模块开启数量,也即确定满足负载端的需求电流的模块最少开启数量,控制相应数量的模块开启。
本实施例的燃料电池DC/DC变换器的控制方法,在负载端有用电需求时,根据负载端的需求电流值和燃料电池当前的最大输出电流值,确定满足负载端用电需求的燃料电池DC/DC变换器的模块最少开启数量,控制最少开启数量的模块开启;如此,在保证了负载端的用电需求的前提下,保证最少的模块开启工作,从而最大程度的减少了燃料电池DC/DC变换器的功率器件的工作数量,使燃料电池DC/DC变换器整体的功率器件开关损耗和通断损耗占燃料电池输出功率的比例降低,提升了燃料电池的效率。
进一步地,本实施例中,确定当前状态的最大输出电流值Ie的步骤包括:
获取燃料电池当前的电压值,基于燃料电池的额定功率和获取的电压值,根据最大输出电流值Ie与额定功率和当前的电压值之间的关系,计算得出当前状态的最大输出电流值Ie。
参照图2,图2是本发明燃料电池DC/DC变换器的控制方法二实施例的流程示意图。
在本实施例中,燃料电池DC/DC变换器的控制方法,在步骤S30之后,还包括:
步骤S40,对各个开启的模块的电流进行均流控制。
虽然理论上各个开启的模块的电流值是一致的,但实际工作时,各个开启的模块的电流具有一定的差异,有的偏大,有的偏小,故对各个开启的模块上的电流进行均流控制处理,使各个开启的模块的电流均衡,为负载端提供更加稳定可靠的供电。
参照图3,图3是本发明燃料电池DC/DC变换器的控制方法二实施例的流程示意图。
在本实施例中,步骤S40包括:
步骤S41,根据需求电流值Is和模块开启数量X,确定需求电流平均值Ia,并获取各个开启的模块的当前电流值;
确定需求电流平均值Ia(即需求电流值Is平均到各个开启的模块上的需求值),将需求电流值Is除以模块开启数量X即得到,即每个开启的模块应当提供的平均电流值为Is/X。并且通过采集获取各个开启的模块上的当前电流值。
步骤S42,根据获取的各个开启的模块的当前电流值和需求电流平均值Ia,分别计算各个开启的模块的当前电流值与需求电流平均值Ia的偏差及偏差的微分;
在采集获取到各个开启的模块的当前电流值和确定需求电流平均值Ia后,计算每一个开启的模块的当前电流值与需求电流平均值Ia的偏差,并计算各个偏差的微分。
步骤S43,将各个开启的模块对应的偏差和偏差的微分输入预设的模糊控制器处理,以得出各个开启的模块的占空比增量,并根据得出的占空比增量对应调整各个开启的模块的占空比。
系统中预设有用于计算开启模块的占空比增量的模糊控制器,通过将各个开启的模块对应的偏差和偏差的微分输入该预设的模糊控制器进行处理,以计算得出各个开启的模块的占空比增量,根据计算得出的占空比增量对应调整各个开启的模块的占空比,即当前电流值大于需求电流平均值Ia的开启的模块会根据占空比增量相应减小占空比,当前电流值小于需求电流平均值Ia的开启的模块会根据占空比增量相应增大占空比;如此,使各个开启的模块的电流值平均,进行均流输出。参照图4,图4是燃料电池DC/DC控制器的电气拓扑图,其中,各个模块的占空比信号分别为图中的d1、d2……、dN,通过动态调节各个开启的模块的占空比,从而使各个开启的模块的电流值保持均衡,实现均流输出,提升效率和稳定性。
本实施例中,预设的模糊控制器的工作原理如下:
首先,对输入的偏差e和偏差e的微分进行模糊化,通过隶属度函数赋值表后得到隶属度值。
偏差e的隶属函数赋值表
Figure BDA0003362747940000071
Figure BDA0003362747940000081
模糊算法器给出模糊控制规则表,如下所示:
模糊控制规则表
Figure BDA0003362747940000082
通过模糊控制规则得到控制表,如下表所示:
控制表
Figure BDA0003362747940000083
控制表中控制量u再乘以比例因子k(例如k=0.02)即可得出占空比增量。
基于前述实施例所提出的燃料电池DC/DC变换器的控制方法,参阅图5,本发明还提出一种燃料电池DC/DC变换器的控制装置10,该燃料电池DC/DC变换器的控制装置10包括:
获取模块101,用于获取负载端反馈的需求电流值Is,确定当前状态的最大输出电流值Ie;
确定模块102,用于根据最大输出电流值Ie和燃料电池DC/DC变换器的模块数量N,确定需求电流值所属的预设电流区间((X-1)*Ie/N,X*Ie/N],其中,X∈[1,N];
开启模块103,用于将确定的预设电流区间对应的X值作为模块开启数量,控制相应数量的模块开启。
进一步地,参照图6,本实施例的燃料电池DC/DC变换器的控制装置10还包括:
均流控制模块104,用于对各个开启的模块的电流进行均流控制。
本发明实施例中燃料电池DC/DC变换器的控制装置10的各个模块作用的详细说明参照上述抱闸释放方法的各个实施例,在此不再赘述。
基于前述实施例所提出的燃料电池DC/DC变换器的控制方法,本发明还提出一种燃料电池DC/DC变换器的控制设备,该燃料电池DC/DC变换器的控制设备包括:
至少一个处理器;以及,
与至少一个处理器通信连接的存储器;其中,
存储器存储有可被至少一个处理器执行的计算机程序指令,计算机程序指令被至少一个处理器执行,以使至少一个处理器能够执行上述任一实施例中的燃料电池DC/DC变换器的控制方法。
参阅图7,图7是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境中燃料电池DC/DC变换器的控制设备的结构示意图。
本发明实施例燃料电池DC/DC变换器的控制设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及服务器等计算设备。如图7所示,该燃料电池DC/DC变换器的控制设备可以包括:处理器1001,例如CPU,网络接口1004,用户接口1003,存储器1005,通信总线1002。其中,通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏(Display)、输入单元,比如键盘(Keyboard),可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如WI-FI接口)。存储器1005可以是高速RAM存储器,也可以是稳定的存储器(non-volatile memory),例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。
本领域技术人员可以理解,图7中示出的燃料电池DC/DC变换器的控制设备结构并不构成对燃料电池DC/DC变换器的控制设备的限定,可以包括比图示更多或更少的部件,或者组合某些部件,或者不同的部件布置。
如图7所示,作为一种计算机存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及燃料电池DC/DC变换器的控制程序。
在图7所示的燃料电池DC/DC变换器的控制设备中,网络接口1004主要用于连接后台服务器,与后台服务器进行数据通信;用户接口1003主要用于连接客户端(用户端),与客户端进行数据通信;而处理器1001可以用于调用存储器1005中存储的燃料电池DC/DC变换器的控制程序。
基于前述实施例所提出的燃料电池DC/DC变换器的控制方法,本发明还提出一种存储介质,该存储介质存储有计算机程序,计算机程序被处理器执行时,实现前述实施例所记载的燃料电池DC/DC变换器的控制方法,该燃料电池DC/DC变换器的控制方法至少包括以下步骤:
步骤1,获取负载端反馈的需求电流值Is,确定当前状态的最大输出电流值Ie;
步骤2,根据最大输出电流值Ie和燃料电池DC/DC变换器的模块数量N,确定需求电流值所属的预设电流区间((X-1)*Ie/N,X*Ie/N],其中,X∈[1,N];
步骤3,将确定的预设电流区间对应的X值作为模块开启数量,控制相应数量的模块开启。
在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的方法和装置,可以通过其它的方式实现。例如,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,所述模块的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个装置,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,装置或模块的间接耦合或通信连接,可以是电性,机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的,作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
另外,在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中,也可以是各个模块单独物理存在,也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能模块的形式实现。
所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM,Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述的仅为本发明的部分或优选实施例,无论是文字还是附图都不能因此限制本发明保护的范围,凡是在与本发明一个整体的构思下,利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换,或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明保护的范围内。

Claims (10)

1.一种燃料电池DC/DC变换器的控制方法,其特征在于,包括:
获取负载端反馈的需求电流值Is,确定当前状态的最大输出电流值Ie;
根据所述最大输出电流值Ie和所述燃料电池DC/DC变换器的模块数量N,确定所述需求电流值所属的预设电流区间((X-1)*Ie/N,X*Ie/N],其中,X∈[1,N];
将所述确定的预设电流区间对应的X值作为模块开启数量,控制相应数量的模块开启。
2.根据权利要求1所述的燃料电池DC/DC变换器的控制方法,其特征在于,所述控制相应数量的模块开启的步骤之后,还包括:
对各个开启的模块的电流进行均流控制。
3.根据权利要求2所述的燃料电池DC/DC变换器的控制方法,其特征在于,所述对各个开启的模块的电流进行均流控制的步骤包括:
根据所述需求电流值Is和所述模块开启数量X,确定需求电流平均值Ia,并获取各个开启的模块的当前电流值;
根据获取的各个开启的模块的当前电流值和所述需求电流平均值Ia,分别计算各个开启的模块的当前电流值与所述需求电流平均值Ia的偏差及偏差的微分;
将各个开启的模块对应的偏差和偏差的微分输入预设的模糊控制器处理,以得出各个开启的模块的占空比增量,并根据得出的占空比增量对应调整各个开启的模块的占空比。
4.根据权利要求1所述的燃料电池DC/DC变换器的控制方法,其特征在于,所述确定当前状态的最大输出电流值Ie的步骤包括:
获取所述燃料电池当前的电压值,基于所述燃料电池的额定功率和获取的电压值,计算得出当前状态的最大输出电流值Ie。
5.一种燃料电池DC/DC变换器的控制装置,其特征在于,包括:
获取模块,用于获取负载端反馈的需求电流值Is,确定当前状态的最大输出电流值Ie;
确定模块,用于根据所述最大输出电流值Ie和所述燃料电池DC/DC变换器的模块数量N,确定所述需求电流值所属的预设电流区间((X-1)*Ie/N,X*Ie/N],其中,X∈[1,N];
开启模块,用于将所述确定的预设电流区间对应的X值作为模块开启数量,控制相应数量的模块开启。
6.一种燃料电池DC/DC变换器的控制设备,其特征在于,包括:
至少一个处理器;以及,
与所述至少一个处理器通信连接的存储器;其中,
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的计算机程序指令,所述计算机程序指令被所述至少一个处理器执行,以使所述至少一个处理器能够执行如下步骤:
获取负载端反馈的需求电流值Is,确定当前状态的最大输出电流值Ie;
根据所述最大输出电流值Ie和所述燃料电池DC/DC变换器的模块数量N,确定所述需求电流值所属的预设电流区间((X-1)*Ie/N,X*Ie/N],其中,X∈[1,N];
将所述确定的预设电流区间对应的X值作为模块开启数量,控制相应数量的模块开启。
7.根据权利要求6所述的燃料电池DC/DC变换器的控制设备,其特征在于,所述计算机程序指令被所述至少一个处理器执行时,所述至少一个处理器还能够在执行所述控制相应数量的模块开启的步骤之后,执行如下步骤:
对各个开启的模块的电流进行均流控制。
8.根据权利要求7所述的燃料电池DC/DC变换器的控制设备,其特征在于,所述对各个开启的模块的电流进行均流控制的步骤包括:
根据所述需求电流值Is和所述模块开启数量X,确定需求电流平均值Ia,并获取各个开启的模块的当前电流值;
根据获取的各个开启的模块的当前电流值和所述需求电流平均值Ia,分别计算各个开启的模块的当前电流值与所述需求电流平均值Ia的偏差及偏差的微分;
将各个开启的模块对应的偏差和偏差的微分输入预设的模糊控制器处理,以得出各个开启的模块的占空比增量,并根据得出的占空比增量对应调整各个开启的模块的占空比。
9.根据权利要求6所述的燃料电池DC/DC变换器的控制设备,其特征在于,所述确定当前状态的最大输出电流值Ie的步骤包括:
获取所述燃料电池当前的电压值,基于所述燃料电池的额定功率和获取的电压值,计算得出当前状态的最大输出电流值Ie。
10.一种存储介质,其特征在于,所述存储介质存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时,实现权利要求1至4任一项所述的燃料电池DC/DC变换器的控制方法。
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