CN211653116U - 电动汽车高压预充电模拟装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了电动汽车高压预充电模拟装置，包括上位机、电池管理系统、电机端高压预充模拟器和高压源；电机端高压预充模拟器分别与高压源、上位机和电池管理系统连接；高压源用于为电机端高压预充模拟器提供高压；上位机用于控制电机端高压预充模拟器进行预充电过程的模拟；电池管理系统用于检测和处理预充电过程的模拟产生的数据。本实用新型能够模拟电机端高压预充电过程中各类故障状态以及模拟不同预充电速度，可实现对电池管理系统中的电机端预充电功能的验证，避免了使用实车测试造成的测试成本高、故障类型单一、不可灵活控制充电曲线等问题。

Description

电动汽车高压预充电模拟装置

技术领域

本实用新型涉及电动汽车高压预充电技术领域，特别是指一种电动汽车高压预充电模拟装置。

背景技术

随着电动汽车的发展，电机端预充电管理成为新能源汽车必不可少的重要环节，在处理各种不同的信号时，在预充电过程中，监测各项参数变化判断预充电过程是否完成以及高压继电器、保险丝等故障状态尤其重要。BMS(电池管理系统)对高压预充电过程中的继电器工作状态检测以及预充电速度的检测对动力电池高压上电、下电过程能否正常进行非常重要。通常实车监测成本高、不便携，功能验证不灵活、无法实现多种故障状态的组合。

实用新型内容

针对现有技术的不足之处，本实用新型的目的是提出一种电动汽车高压预充电模拟装置，以有效解决现有检测技术成本高、功能单一，无法满足多种故障灵活组合、预充电速度可调等问题。

基于上述目的，本实用新型提供的一种电动汽车高压预充电模拟装置，包括上位机、电池管理系统、电机端高压预充模拟器和高压源；所述电机端高压预充模拟器分别与所述高压源、所述上位机和所述电池管理系统连接；

其中，所述高压源用于为所述电机端高压预充模拟器提供高压；

所述上位机用于控制所述电机端高压预充模拟器进行预充电过程的模拟；

所述电池管理系统用于检测和处理所述预充电过程的模拟产生的数据。

在本实用新型的一些实施例中，所述上位机还用于根据接收的数据调整所述电机端高压预充模拟器进行预充电过程的模拟。

在本实用新型的一些实施例中，所述电机端高压预充模拟器包括第一回路和预充电路支路；所述第一回路包括顺次串联的保险丝、主正继电器、负载单元和主负继电器，所述保险丝的一端与所述高压源的正极相连，所述主负继电器与所述高压源的负极相连；所述预充电路支路与所述主正继电器并联。

在本实用新型的一些实施例中，所述预充电路支路包括串联的预充继电器和预充电阻。

在本实用新型的一些实施例中，所述预充电阻包括至少两个并联的预充子电阻，每个预充子电阻串联有开关。

在本实用新型的一些实施例中，所述负载单元包括电容和与电容并联的电阻。

在本实用新型的一些实施例中，所述电容包括至少两个并联的子电容，每个子电容串联有开关。

在本实用新型的一些实施例中，所述电阻包括至少两个并联的子电阻，每个子电阻串联有开关。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型能够模拟电机端高压预充电过程中各类故障状态以及模拟不同预充电速度，可实现对电池管理系统中的电机端预充电功能的验证，避免了使用实车测试造成的测试成本高、故障类型单一、不可灵活控制充电曲线等问题。

附图说明

图1为本实用新型实施例的电动汽车高压预充电模拟装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的电机端高压预充模拟器内一种电路的示意图；

图3为本实用新型实施例的电机端高压预充模拟器内又一种电路的示意图；

图4为本实用新型实施例的预充电过程的模拟方法的流程图；

图5为本实用新型实施例的预充电过程的模拟方法的又一流程图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。

如图1所示，本实施例提供了一种电动汽车高压预充电模拟装置，包括上位机1、电池管理系统2、电机端高压预充模拟器3和高压源4；电机端高压预充模拟器3分别与高压源4、上位机1和电池管理系统2连接；

其中，高压源4用于为电机端高压预充模拟器3提供高压；

上位机1用于控制电机端高压预充模拟器3进行预充电过程的模拟；

电池管理系统2用于检测和处理预充电过程的模拟产生的数据。

在本实施例中，预充电过程的模拟为进行预充电过程中各类故障状态以及不同预充电曲线(不同预充电速度)的模拟，各类故障状态为预充电过程的保险丝F1(相当于图3中的继电器K1)的开路、预充继电器K1(相当于图3中的预充继电器K2)的开路或粘连、主正继电器K2(相当于图3中的主正继电器K3)的粘连或主负继电器(相当于图3中的主负继电器K4)的粘连等故障状态的模拟。

如图2所示，所述电机端高压预充模拟器3包括第一回路和预充电路支路；所述第一回路包括顺次串联的保险丝F1(相当于图3中的继电器K1)、主正继电器K2(相当于图3中的主正继电器K3)、负载单元31和主负继电器K3(相当于图3中的主负继电器K4)，保险丝F1的一端与高压源4的正极相连，主负继电器K3与高压源4的负极相连；预充电路支路与主正继电器K2(相当于图3中的主正继电器K3)并联。

如图2所示，所述预充电路支路包括串联的预充继电器K1(相当于图3中的预充继电器K2)和预充电阻R。如图3所示，所述预充电阻R包括至少两个并联的预充子电阻，每个预充子电阻串联有开关。预充子电阻的规格不同，例如为R1、R2和R3，R1与开关K5串联，R2与开关K6串联，R3与开关K7串联。

如图2所示，所述负载单元31包括电容C和与电容C并联的电阻。如图3所示，所述电容C包括至少两个并联的子电容，每个子电容串联有开关；子电容的规格不同，例如为子电容C1、C2和C3，子电容C1与开关K8串联，子电容C2与开关K9串联，子电容C3与开关K10串联，所述电阻包括至少两个并联的子电阻，每个子电阻串联有开关，子电阻的规格不同，例如为R4和R5，R4与开关K11串联，R5与开关K12串联。

在本实施例中，上位机1为PC上位机，可根据接收的电池管理系统2发出的报文信息或采集到电池管理系统2发出的继电器控制信号，发出继电器控制信号控制电机端高压预充模拟器3。

在本实施例中，可选的，所述电机端高压预充模拟器3通过接收上位机1发送的控制指令控制不同继电器开合，电阻、电容接入实现不同继电器故障模拟，以及不同预充曲线的模拟。在实际应用中，电机端高压预充模拟器3将采集和处理的信息整合为CAN报文发送给上位机1，上位机1根据接收到的报文信息结合上位机1的采集系统采集到的电池管理系统2发出的继电器控制信号(电池管理系统2发出的主正继电器K3、主负继电器K4、预充继电器K2控制信号)，按照实验人员需要达到的实验效果发送控制指令给电机端高压预充模拟器3，通过控制电机端高压预充模拟器3内的电路实现预充电过程中各种故障模拟及预充曲线模拟。

上位机1控制电机端高压预充模拟器3内的电路的断开或闭合以进行预充电过程的模拟，具体为：上位机1控制电机端高压预充模拟器3内的电路中各开关(例如开关K5-K12)和继电器K1、预充继电器K2、主正继电器K3和主负继电器K4的断开或闭合以对预充电过程的预充电速度、保险丝F1的开路、预充继电器K2的开路或粘连、主正继电器K3的粘连或主负继电器K4的粘连进行模拟。每次预充电的故障状态模拟可选择特定的预充电阻R1、R2、R3和母线电容C1、C2、C3的组合，具体为：通过控制K8、K9、K10开关每次至少有一个处于闭合状态，使母线电容C1、C2、C3每次至少有一个接入电路中，通过控制K5、K6、K7开关每次至少有一个处于闭合状态，使预充电阻R1、R2、R3每次至少有一个接入电路中，这样能够模拟电动汽车处于不同工作状态下的保险丝开路故障，排除其它因素对检测结果的影响，保证检测结果的准确性。每次预充电曲线的模拟选择不同的母线电容和不同的预充电阻的组合，可以模拟电动汽车在不同工作状态下的预充电曲线。

在本实施例中，电池管理系统2与上位机1连接，上位机1还用于根据接收的数据调整电机端高压预充模拟器3进行预充电过程的模拟。举例说明电动汽车高压预充电模拟装置的工作过程：

上位机1发出控制指令人为断开(控制电机端高压预充模拟器3)继电器K1以进行保险丝F1开路故障的模拟，电池管理系统2检测Test1、Test2、Test3、Test4电压判断保险丝F1的开路状态，电池管理系统2将保险丝F1的开路状态信息发送给出上位机，上位机根据接收到的开路状态信息发出下一动作的控制指令；人为断开预充继电器K2以进行预充继电器K2开路故障模拟，电池管理系统2检测Test1、Test2、Test3、Test4电压判断预充继电器K2的开路状态，电池管理系统2将预充继电器K2的开路状态信息发送给出上位机，上位机根据接收到的开路状态信息发出下一动作的控制指令人为闭合预充继电器K2以进行预充继电器K2粘连故障模拟，依次类推，直至完成预充电过程中的各种故障状态的模拟和预充电速度的模拟。

基于相同的实用新型构思，如图4所示，本实施例还提供了一种预充电过程的模拟方法，包括：

步骤S01，上位机1控制电机端高压预充模拟器3内的电路的断开或闭合以进行预充电过程的模拟；

步骤S02，电池管理系统2采集预充电过程的模拟产生的电压数据，并根据所述电压数据判断所述预充电过程的状态。

如图5所示，上述预充电过程的模拟方法还包括：

步骤S03，电池管理系统2将预充电过程的状态数据发送给上位机1；

步骤S04，上位机1根据接收的预充电过程的状态数据调整电机端高压预充模拟器3进行预充电过程的模拟。

在本实施例中，可选的，上述预充电过程的模拟方法还包括：

上位机1比对预充电过程的故障模拟与接收的预充电的状态数据，判断电池管理系统2的继电器故障检测功能是否正常。举例说明：上位机1发出控制指令人为断开继电器K1(模拟图2中的保险丝F1)，电池管理系统2上电后按照电池管理系统2内部自检逻辑测试Test1、Test2、Test3、Test4电压判断保险丝F1的开路状态。当电池管理系统2检测到Test1的电压为0时，则判断保险丝F1处于开路状态，并将检测结果上报给上位机1，上位机1通过比对人为设置的故障状态与电池管理系统2检测出的故障状态，判断电池管理系统2的保险丝F1开路故障检测功能。当人为设置的故障状态与电池管理系统2检测出的故障状态相同时，则判断电池管理系统2的保险丝F1开路故障检测功能正常。

在本实施例中，上述预充电过程的模拟方法还包括：

主正继电器K3与预充电路支路的并联端设置有第一测试点(Test1)和第三测试点(Test3)；其中，Test1靠近保险丝F1，Test3靠近负载单元31；

在预充继电器K2和预充电阻R之间设置第二测试点(Test2)，在负载单元31和主负继电器K4之间设置第四测试点(Test4)；

上位1机控制电机端高压预充模拟器3内的电路的断开或闭合以进行预充电过程的模拟；所述预充电过程的模拟包括预充充电曲线、预充电过程的保险丝F1(相当于图3中的继电器K1)的开路、预充继电器K1(相当于图3中的预充继电器K2)的开路或粘连、主正继电器K2(相当于图3中的主正继电器K3)的粘连或主负继电器(相当于图3中的主负继电器K4)的粘连等故障状态的模拟；

电池管理系统2采集Test1、Test2、Test3和Test4的电压数据，并根据电压数据判断所述预充电过程的状态。

可选的，所述根据电压数据判断所述预充电过程的状态包括：

当Test3和Test4的电压差为总压的90％时(按实际使用设定)，则判断预充电完成；

当Test1的电压为0时，则判断保险丝F1处于开路状态；

当Test1和Test2的电压不同时，则判断预充继电器K2处于开路故障状态；

当Test1和Test2的电压相同时，则判断预充继电器K2处于粘连状态；

当Test1和Test3的电压相同时，则判断主正继电器K3处于粘连状态；

当Test4的电压等于电压源4负极的电压时，则判断主负继电器K4处于粘连状态。

电机端高压预充模拟器3实现故障模拟以及预充曲线模拟具体方法如下：

如图3所示，电机端高压预充模拟器3上电后闭合K11和K12，依次闭合K8、K9、K10对C1、C2、C3放电，通过电机端高压预充模拟器3内置控制单元保证K8、K9、K10每次仅有一个闭合。

故障状态1：保险丝F1开路故障模拟

上位机1发出控制指令人为断开继电器K1(模拟图2中的保险丝F1)，实验人员通过上位机1发送控制指令选择特定的预充电阻R1、R2、R3和母线电容C1、C2、C3的组合，具体为：通过控制K8、K9、K10开关每次至少有一个处于闭合状态，使母线电容C1、C2、C3每次至少有一个接入电路中，通过控制K5、K6、K7开关每次至少有一个处于闭合状态，使预充电阻R1、R2、R3每次至少有一个接入电路中，这样能够模拟电动汽车处于不同工作状态下的保险丝开路故障，排除其它因素对检测结果的影响，保证检测结果的准确性。电池管理系统2上电后按照电池管理系统2内部自检逻辑测试Test1、Test2、Test3、Test4电压判断保险丝F1的开路状态。当电池管理系统2检测到Test1的电压为0时，则判断保险丝F1处于开路状态，并将检测结果上报给上位机1，上位机1通过比对人为设置的故障状态与电池管理系统2检测出的故障状态，判断电池管理系统2的保险丝F1开路故障检测功能。当人为设置的故障状态与电池管理系统2检测出的故障状态相同时，则判断电池管理系统2的保险丝F1开路故障检测功能正常。

故障状态2：预充继电器K2开路故障模拟

上位机1发出控制指令人为断开预充继电器K2，保证继电器K1默认闭合，选择特定的预充电阻R1、R2、R3和母线电容C1、C2、C3的组合，具体为：通过控制K8、K9、K10开关每次至少有一个处于闭合状态，使母线电容C1、C2、C3每次至少有一个接入电路中，通过控制K5、K6、K7开关每次至少有一个处于闭合状态，使预充电阻R1、R2、R3每次至少有一个接入电路中，这样能够模拟电动汽车处于不同工作状态下的保险丝开路故障，排除其它因素对检测结果的影响，保证检测结果的准确性。主正继电器K3和主负继电器K4按照上位机1采集到的电池管理系统2实际发出的控制信号动作，电池管理系统2上电后按照电池管理系统2内部自检逻辑测试Test1、Test2、Test3、Test4电压判断预充继电器K2的开路状态。当电池管理系统2检测到Test1和Test2的电压不同时(例如：Test1的电压等于电压源4正极的电压，Test2的电压等于0)，则判断预充继电器K2处于开路状态，并将检测结果上报给上位机1，上位机1通过比对人为设置的故障状态与电池管理系统2检测出的故障状态，判断电池管理系统2的预充继电器K2开路故障检测功能。当人为设置的故障状态与电池管理系统2检测出的故障状态相同时，则判断电池管理系统2的预充继电器K2开路故障检测功能正常。

故障状态3：预充继电器K2粘连故障模拟

上位机1发出控制指令人为闭合预充继电器K2，保证继电器K1默认闭合，选择特定的预充电阻R1、R2、R3和母线电容C1、C2、C3的组合，具体为：通过控制K8、K9、K10开关每次至少有一个处于闭合状态，使母线电容C1、C2、C3每次至少有一个接入电路中，通过控制K5、K6、K7开关每次至少有一个处于闭合状态，使预充电阻R1、R2、R3每次至少有一个接入电路中，这样能够模拟电动汽车处于不同工作状态下的保险丝开路故障，排除其它因素对检测结果的影响，保证检测结果的准确性。主正继电器K3和主负继电器K4按照上位机1采集到的电池管理系统2实际发出的控制信号动作，电池管理系统2上电后按照电池管理系统2内部自检逻辑测试Test1、Test2、Test3、Test4电压判断预充继电器K2粘连状态。当Test1和Test2的电压相同(例如Test1和Test2的电压均等于电压源4正极的电压)时，则判断预充继电器K2处于粘连状态，并将检测结果上报给上位机1，上位机1通过比对人为设置的故障状态与电池管理系统2检测出的故障状态，验证电池管理系统2的预充继电器K2粘连故障检测功能。当人为设置的故障状态与电池管理系统2检测出的故障状态相同时，则判断电池管理系统2的预充继电器K2粘连故障检测功能正常。

故障状态4：主正继电器K3粘连故障模拟

上位机1发出控制指令人为闭合主正继电器K3，保证继电器K1默认闭合，选择特定的预充电阻R1、R2、R3和母线电容C1、C2、C3的组合，具体为：通过控制K8、K9、K10开关每次至少有一个处于闭合状态，使母线电容C1、C2、C3每次至少有一个接入电路中，通过控制K5、K6、K7开关每次至少有一个处于闭合状态，使预充电阻R1、R2、R3每次至少有一个接入电路中，这样能够模拟电动汽车处于不同工作状态下的保险丝开路故障，排除其它因素对检测结果的影响，保证检测结果的准确性。预充继电器K2和主负继电器K4按照上位机1采集到的电池管理系统2实际发出的控制信号动作，电池管理系统2上电后按照电池管理系统2内部自检逻辑测试Test1、Test2、Test3、Test4电压判断主正继电器K3的粘连状态。当Test1和Test3的电压相同(例如Test1和Test3的电压均等于电压源4正极的电压)时，则判断主正继电器K3处于粘连状态，并将检测结果上报给上位机1，上位机1通过比对人为设置的故障状态与电池管理系统2检测出的故障状态，验证电池管理系统2的主正继电器K3粘连故障检测功能。当人为设置的故障状态与电池管理系统2检测出的故障状态相同时，则判断电池管理系统2的主正继电器K3粘连故障检测功能正常。

故障状态5：主负继电器K4粘连故障模拟

上位机1发出控制指令人为闭合主负继电器K4，保证继电器K1默认闭合，选择特定的预充电阻R1、R2、R3和母线电容C1、C2、C3的组合，具体为：通过控制K8、K9、K10开关每次至少有一个处于闭合状态，使母线电容C1、C2、C3每次至少有一个接入电路中，通过控制K5、K6、K7开关每次至少有一个处于闭合状态，使预充电阻R1、R2、R3每次至少有一个接入电路中，这样能够模拟电动汽车处于不同工作状态下的保险丝开路故障，排除其它因素对检测结果的影响，保证检测结果的准确性。预充继电器K2和主正继电器K3按照上位机1采集到的电池管理系统2实际发出的控制信号动作，电池管理系统2上电后按照电池管理系统2内部自检逻辑测试Test1、Test2、Test3、Test4电压判断主负继电器K4的粘连状态。当Test4的电压等于电压源4负极的电压时，则判断主负继电器K4处于粘连状态，并将检测结果上报给上位机1，上位机1通过比对人为设置的故障状态与电池管理系统2检测出的故障状态，验证电池管理系统2的主负继电器K4粘连故障检测功能。当人为设置的故障状态与电池管理系统2检测出的故障状态相同时，则判断电池管理系统2的主负继电器K4粘连故障检测功能正常。

模拟预充曲线

通过电机端高压预充模拟器3内置的控制单元保证继电器K1(模拟图2保险丝F1)默认闭合，并按照所需预充曲线选择预充电阻R1、R2、R3和C1、C2、C3的组合，具体为：通过控制K8、K9、K10开关每次至少有一个处于闭合状态，使母线电容C1、C2、C3每次至少有一个接入电路中，通过控制K5、K6、K7开关每次至少有一个处于闭合状态，使预充电阻R1、R2、R3每次至少有一个接入电路中，选择不同的母线电容和不同的预充电阻的组合，可以模拟电动汽车在不同工作状态下的预充电曲线。上位机1根据采集到的电池管理系统2发出的主正继电器K3、主负继电器K4、预充继电器K2控制信号发出控制指令给电机端高压预充模拟器3控制预充继电器K2、主正继电器K3、正负继电器K4的闭合和断开，同时电池管理系统2采集Test1、Test2、Test3、Test4电压判断主正继电器K3、主负继电器K4及预充继电器K2的粘连状态并按照母线电容电压(Test3和Test4的电压差)达到总压90％来判断预充电过程是否完成(不同MCU厂家标准不一，本实施例以90％总压作为预充电完成标准)，预充电完成后电池管理系统2向上位机1发出预充电完成信息并在相应的IO口发出下一动作的继电器控制信号，上位机1根据收到的指令控制及采集到的继电器控制信号发出控制指令给电机端高压预充模拟器3完成相应的继电器控制，完成一个预充电过程的模拟。

本实用新型能够模拟电机端高压预充电过程中各类故障状态以及模拟不同预充电速度，可实现对电池管理系统中的电机端预充电功能的验证，避免了使用实车测试造成的测试成本高、故障类型单一、不可灵活控制充电曲线等问题。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本实用新型难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本实用新型难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本实用新型的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本实用新型的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本实用新型。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。

尽管已经结合了本实用新型的具体实施例对本实用新型进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。

本实用新型的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电动汽车高压预充电模拟装置，其特征在于，包括上位机、电池管理系统、电机端高压预充模拟器和高压源；所述电机端高压预充模拟器分别与所述高压源、所述上位机和所述电池管理系统连接；

其中，所述高压源用于为所述电机端高压预充模拟器提供高压；

所述上位机用于控制所述电机端高压预充模拟器进行预充电过程的模拟；

所述电池管理系统用于检测和处理所述预充电过程的模拟产生的数据。

2.根据权利要求1所述的电动汽车高压预充电模拟装置，其特征在于，所述电池管理系统与所述上位机连接，所述上位机还用于根据接收的数据调整所述电机端高压预充模拟器进行预充电过程的模拟。

3.根据权利要求1或2所述的电动汽车高压预充电模拟装置，其特征在于，所述电机端高压预充模拟器包括第一回路和预充电路支路；所述第一回路包括顺次串联的保险丝、主正继电器、负载单元和主负继电器，所述保险丝的一端与所述高压源的正极相连，所述主负继电器与所述高压源的负极相连；所述预充电路支路与所述主正继电器并联。

4.根据权利要求3所述的电动汽车高压预充电模拟装置，其特征在于，所述预充电路支路包括串联的预充继电器和预充电阻。

5.根据权利要求4所述的电动汽车高压预充电模拟装置，其特征在于，所述预充电阻包括至少两个并联的预充子电阻，每个预充子电阻串联有开关。

6.根据权利要求3所述的电动汽车高压预充电模拟装置，其特征在于，所述负载单元包括电容和与电容并联的电阻。

7.根据权利要求6所述的电动汽车高压预充电模拟装置，其特征在于，所述电容包括至少两个并联的子电容，每个子电容串联有开关。

8.根据权利要求6所述的电动汽车高压预充电模拟装置，其特征在于，所述电阻包括至少两个并联的子电阻，每个子电阻串联有开关。

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