DE102008043205A1 - Energieerzeugungsvorrichtung zum mobilen Versorgen eines Fahrzeuges mit elektrischer Energie - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Energieerzeugungsvorrichtung zum mobilen Versorgen eines Fahrzeugs mit elektrischer Energie mit einer Energieerzeugungseinrichtung (101) zur Energieerzeugung, wobei die Energieerzeugungseinrichtung (101) ferner ausgebildet ist, elektrische Energie direkt in ein Energieversorgungsnetz, insbesondere ein öffentliches Energieversorgungsnetz, einzuspeisen.
Description
- Stand der Technik
- Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Energieerzeugung in Fahrzeugen, insbesondere in elektromotorisch angetriebenen Fahrzeugen.
- Zur Energieversorgung in Fahrzeugen werden üblicherweise Fahrzeugbatterien eingesetzt, welche beispielsweise mittels eines verbrennungsmotorischen Generators oder mithilfe von Solarzellenmodul mit Energie versorgt werden können. Zukünftig ist zu erwarten, dass vermehrt Fahrzeuge mit größeren elektrischen Energiespeichern ausgestattet werden. So sind beispielsweise bei Elektrofahrzeugen Leistungen von mehr als 5 kWh und bei Hybridfahrzeugen Leistungen von mehr als 0,5 kWh zu erwarten. Zum Aufladen derartiger Energiespeicher sind künftig daher leistungsfähige mobile Energieerzeugungskonzepte sowie ein intelligentes Energiemanagement notwendig. Beispielsweise kann bei einer Ausstattung von Fahrzeugen mit Solarzellen die überschüssige Solarenergie beispielsweise auch zum direkten Versorgen eines elektrischen Kompressors einer Klimatisierung eingesetzt werden. Dadurch wird insbesondere bei erhöhter Sonneneinstrahlung zusätzliche Energie zur Kühlung zur Verfügung gestellt, wodurch die Fahrzeugbatterie entlastet wird. Dies ist insbesondere bei Elektrofahrzeugen von Vorteil, weil bei hohen Temperaturen ein Großteil der in der Fahrzeugbatterie gespeicherten Energiemenge zur Klimatisierung verwendet werden muss. Ferner kann der mittels der Solarzellen erzeugte Gleichstrom auch direkt zum Aufladen der Fahrzeugbatterie eingesetzt werden, was günstiger als eine direkte Stromerzeugung mithilfe eines Verbrennungsmotors aufgrund dessen schlechten Wirkungsgrades ist.
- Offenbarung der Erfindung
- Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die mobil erzeugte, überschüssige Energie auch in ein Energieversorgungsnetz, beispielsweise in ein öffentliches Energieversorgungsnetz, eingespeist werden kann. Durch eine resultierende Rückvergütung reduzieren sich die Kosten der mobilen Energieerzeugungsvorrichtung, beispielsweise eines Solarzellenmoduls. Darüber hinaus kann dadurch auch das öffentliche Energieversorgungsnetz beispielsweise zu Spitzenlastzeiten vorteilhaft entlastet werden.
- Gemäß einem Aspekt betrifft die Erfindung eine Energieerzeugungsvorrichtung zum mobilen Versorgen eines Fahrzeugs mit elektrischer Energie. Die Energieerzeugungsvorrichtung umfasst eine Energieerzeugungseinrichtung zur Energieerzeugung, wobei die Energieerzeugungseinrichtung ausgebildet ist, elektrische Energie bevorzugt direkt, d. h. ohne eine Zwischenspeicherung in einer Fahrzeugbatterie, in ein Energieversorgungsnetz einzuspeisen. Dadurch wird vorteilhaft eine direkte und verlustreduzierte Kopplung zwischen der Energieerzeugungseinrichtung und dem Energieversorgungsnetz realisiert.
- Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Energieerzeugungseinrichtung einen verbrennungsmotorisch angetriebenen Generator, beispielsweise einen Range Extender. Ferner kann zur Energieerzeugung ein Solarzellenmodul mit einer Mehrzahl von Solarzellen, welche beispielsweise zumindest einen Abschnitt einer Fahrzeugoberfläche bedecken, eingesetzt werden. Bevorzugt können sowohl der Generator als auch das Solarzellenmodul eingesetzt werden, wodurch vorteilhaft eine verteilte Energieerzeugung realisiert werden kann.
- Gemäß einer Ausführungsform ist die Energieerzeugungseinrichtung ausgebildet, beispielsweise eine Fahrzeugbatterie oder einen Fahrzeugantrieb oder einen Fahrzeugverbraucher mit elektrischer Energie zu versorgen, wodurch in besonders vorteilhafter Weise eine Mehrfachnutzung der Energieerzeugungseinrichtung erreicht wird.
- Gemäß einer Ausführungsform ist die Energieerzeugungseinrichtung ausgebildet, elektrische Energie in Abhängigkeit von einem Ladezustand einer Fahrzeugbatterie zu erzeugen, so dass vorteilhaft sichergestellt werden kann, dass nur überschüssige Energie in das Energieversorgungsnetz eingespeist wird und dass die Fahrzeugbatterie stets bevorzugt mit Energie versorgt wird.
- Gemäß einer Ausführungsform ist ein Energiezähler zum Erfassen einer in das Energieversorgungsnetz einspeisbaren Energiemenge vorgesehen, wodurch beispielsweise der vorteilhafte Rückvergütungsanspruch erfasst werden kann.
- Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Energieerzeugungseinrichtung einen Wechselrichter, welcher in besonders einfacher und vorteilhafter Weise eine Kopplung der Energieerzeugungseinrichtung an ein Energieversorgungsnetz ermöglicht.
- Gemäß einer Ausführungsform ist die Energieerzeugungseinrichtung ferner ausgebildet, eine Phase oder eine Frequenz einer in das Energieversorgungsnetz einspeisbaren Spannung oder eines in das Energieversorgungsnetz einspeisbaren Stroms mit einer Phase oder einer Frequenz des Energieversorgungsnetzes zu synchronisieren. Diese Synchronisation kann beispielsweise separat oder in dem vorstehend genannten Wechselrichter durchgeführt werden, wodurch in besonders vorteilhafter Weise eine direkte Energieeinspeisung in das Energieversorgungsnetz ermöglicht wird.
- Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, insbesondere ein Hybridfahrzeug, mit der erfindungsgemäßen Energieerzeugungsvorrichtung.
- Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine stationäre Energieladestation zum stationären Versorgen eines Fahrzeugs mit elektrischer Energie. Die stationäre Energieladestation umfasst einen elektrischen Anschluss, an dem die erfindungsgemäße Energieerzeugungsvorrichtung zum Einspeisen elektrischer Energie in ein Energieversorgungsnetz und/oder zum Versorgen einer Fahrzeugbatterie mit elektrischer Energie anschließbar ist. Somit wird eine einfache und vorteilhafte Ankopplung an das Energieversorgungsnetz ermöglicht.
- Gemäß einer Ausführungsform ist die stationäre Energieladestation vorgesehen, elektrische Energie in der Gestalt einer Gleichspannung oder eines Gleichstroms oder einer Wechselspannung oder eines Wechselstroms entgegenzunehmen und in das Energieversorgungsnetz einzuspeisen. Ferner kann die stationäre Energieladestation mit einem Wechselrichter versehen sein. Dadurch wird in vorteilhafter Weise sichergestellt, dass auch der beispielsweise mittels Solarzellen erzeugte Gleichstrom direkt in die stationäre Energieladestation eingespeist werden kann.
- Gemäß einer Ausführungsform ist die Energieladestation vorgesehen, eine Phase oder eine Frequenz einer in das Energieversorgungsnetz einspeisbaren Spannung oder eines in das Energieversorgungsnetz einspeisbaren Stroms mit einer Phase oder einer Frequenz des Energieversorgungsnetzes zu synchronisieren. Dadurch wird in einer vorteilhaften Weise eine kostengünstige Anpassung an das Energieversorgungsnetz erreicht.
- Gemäß einer Ausführungsform ist die stationäre Energieladestation vorgesehen, eine in das Energieversorgungsnetz einspeisbare Energiemenge zu erfassen. Dadurch kann vorteilhaft eine geldwerte Rückerstattung auch dann erfasst werden, wenn die jeweilige mobile Energieerzeugungsvorrichtung nicht über einen eigenen Energiezähler verfügt.
- Gemäß einem Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum mobilen Erzeugen von Energie zum Versorgen eines Fahrzeugs mit elektrischer Energie mittels einer in dem Fahrzeug angeordneten Energieerzeugungseinrichtung, insbesondere einem verbrennungsmotorisch angetriebenen Generator oder einem Solarzellenmodul, und Einspeisen der mittels der in dem Fahrzeug angeordneten Energieerzeugungseinrichtung erzeugten Energie in ein Energieversorgungsnetz. Weitere vorteilhafte Verfahrensschritte ergeben sich direkt aus der Funktionalität der erfindungsgemäßen Energieerzeugungsvorrichtung.
- Gemäß einem Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum stationären Versorgen eines Fahrzeugs mit elektrischer Energie mit Erzeugen elektrischer Energie gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zum mobilen Erzeugen von elektrischer Energie und Einspeisen dieser Energie in ein Energieversorgungsnetz über eine stationäre Energieladestation. Weitere vorteilhafte Verfahrensschritte ergeben sich unmittelbar aus der Funktionalität der erfindungsgemäßen stationären Energieladestation.
- Weitere Ausführungsbeispiele werden Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
-
1 ein Blockdiagramm einer Energieerzeugungsvorrichtung; -
2 ein Fahrzeug mit einer Energieerzeugungsvorrichtung; -
3 einen Hybridantrieb; -
4 ein Fahrzeug mit einer Energieerzeugungsvorrichtung; -
5 eine stationäre Ladestation; und -
6 eine Anbindung eines Solarzellenmoduls an ein Energieversorgungsnetz. -
1 zeigt ein Blockdiagramm einer Energieerzeugungsvorrichtung zum mobilen Versorgen eines Fahrzeugs mit elektrischer Energie. Die Energieerzeugungsvorrichtung umfasst eine Energieerzeugungseinrichtung101 , welche ausgebildet ist, elektrische Energie direkt in ein Energieversorgungsnetz einzuspeisen. Hierzu umfasst die Energieerzeugungseinrichtung beispielsweise einen verbrennungsmotorisch angetriebenen Generator, beispielsweise einen Range Extender, oder ein Solarzellenmodul103 . Die mobil erzeugte Energie kann über einen Energiezähler105 , einen Wechselrichter107 und einen Anschluss109 in das öffentliche Energieversorgungsnetz eingespeist werden. Der Wechselrichter107 ist beispielsweise vorgesehen, den beispielsweise solar erzeugten Gleichstrom in einen Wechselstrom umzuwandeln, dessen Phase und Frequenz der Phase und der Netzfrequenz entspricht. - Bevorzugt können neben den Solarzellen können auch verbrennungsmotorisch angetriebene Generatoren, so genannte Range Extender, zur mobilen Energieerzeugung eingesetzt werden, wie es in
2 anhand eines elektromotorisch angetriebenen Fahrzeugs mit einem Elektromotor201 , welcher beispielsweise 120 kW Leistung aufbringen kann, verdeutlicht ist. Der Elektromotor201 wird beispielsweise durch eine Fahrzeugbatterie203 über einen Wechselrichter205 mit Energie versorgt. Die Fahrzeugbatterie203 ist beispielsweise eine Lithiumionenbatterie mit einer Leistung von 16 kWh. Zusätzlich ist ein Generator207 mit einer Leistung von beispielsweise 53 kW vorgesehen, welcher verbrennungsmotorisch mittels eines zusätzlichen Verbrennungsmotors209 mit beispielsweise 60 kW Leistung angetrieben wird. Ferner ist ein separater Tank mit einer Kapazität von beispielsweise 45 Litern zur Bereitstellung von Treibstoff für den zusätzlichen Verbrennungsmotor209 vorgesehen. Der Generator207 versorgt über einen Inverter bzw. Gleichrichter213 die Fahrzeugbatterie203 bzw. über den Wechselrichter205 den Elektromotor201 . Ferner ist ein Gleichrichter/Wechselrichter215 vorgesehen, welcher mit der Fahrzeugbatterie203 und mit dem Gleichrichter213 verbunden sein kann. Der Gleichrichter/Wechselrichter215 ist ferner mit einem von außen zugänglichen Anschluss217 verbunden. In einem Betriebsmodus kann der Gleichrichter/Wechselrichter215 als ein Gleichrichter fungieren, so dass über den Anschluss217 Wechselenergie zum Einspeisen in die Fahrzeugbatterie203 bereitgestellt werden kann. Darüber hinaus kann der Gleichrichter/Wechselrichter215 vorgesehen sein, die am Ausgang des Gleichrichters213 erzeugte Gleichenergie in Wechselenergie umzuwandeln und diese über den Anschluss217 in das öffentliche Energieversorgungsnetz einzuspeisen. -
3 zeigt einen Hybridantrieb mit einer Batterie301 , welche über einen Inverter303 mit einem Elektromotor305 mit beispielsweise 78 kW gekoppelt ist. Ferner ist ein Generator307 vorgesehen, welcher beispielsweise mittels eines Verbrennungsmotors309 mit beispielsweise 28 kW angetrieben und als ein Range Extender eingesetzt wird. Der Generator307 versorgt über den Inverter303 die Fahrzeugbatterie301 mit elektrischer Energie. Der Verbrennungsmotor309 wird mit Kraftstoff versorgt, welcher in einem Tank311 bereitgestellt wird. - Der Generator
307 ist beispielsweise für einen Wirkungsgrad von beispielsweise 90% mit einer Leistung von zumindest 28 kW ausgelegt. In Abhängigkeit von einem Ladezustand der Fahrzeugbatterie301 kann die mittels des Generators309 erzeugbare, überschüssige Energie beispielsweise in ein öffentliches Energieversorgungsnetz eingespeist werden. Zusätzlich zu dem in3 dargestellten Verbrennungsmotor309 können auch Solarzellen vorgesehen sein, um Solarenergie zu erzeugen, welche ebenfalls zum Aufladen der Fahrzeugbatterie301 oder zum Einspeisen in das Energieversorgungsnetz vorgesehen sein kann. So kann beispielsweise bei einer Batteriekapazität zwischen 7 und 25 kWh ein elektromotorischer Radius zwischen 32 und 104 km erreicht werden, wobei die Fahrzeugbatterie301 ein Gewicht zwischen 35 und 125 kg aufweisen kann. -
4 zeigt ein Fahrzeug mit einer Energieerzeugungsvorrichtung, welche ein Solarzellenmodul401 mit Solarzellen und einen Wechselrichter403 , dessen Ausgang mit einem Anschluss405 verbunden ist, aufweist. Das Solarzellenmodul401 ist über einen DC/DC-Wandler407 (DC: Direct Current) mit einer Batterie409 verbunden. Ferner ist ein zusätzlicher Generator411 vorgesehen, welcher über einen Gleichrichter413 mit der Batterie409 verbunden ist. Darüber hinaus ist ein Anschluss415 vorgesehen, mit welchem die Batterie409 über einen Gleichrichter417 verbunden ist. - Wie in
4 dargestellt, kann der mittels des Solarzellenmoduls401 erzeugte Strom in ein öffentliches Energieversorgungsnetz abhängig oder unabhängig von einem Ladezustand der Fahrzeugbatterie und/oder von einer Umgebungstemperatur bzw. der Fahrzeuginnenraumtemperatur eingespeist werden, wobei beispielsweise eine Vergütung von etwa 0,5 Euro/kWh erwartet werden kann. Langfristig ist zu erwarten, dass der solar erzeugte Strom gegenüber dem fossil erzeugtem Strom insbesondere in südlichen Ländern noch wirtschaftlicher wird. - Das in
4 dargestellte Fahrzeug kann vollständig oder teilweise elektrisch angetrieben sein, wobei zumindest ein Teil der hierzu benötigten Energie durch die Fahrzeugbatterie409 bereitgestellt werden kann. Der zusätzliche Generator411 kann als Range Extender eingesetzt werden. Ferner kann der Generator411 über beispielsweise einen weiteren Wechselrichter mit dem Anschluss405 verbunden und zur Einspeisung von Energie in das öffentliche Energieversorgungsnetz vorgesehen sein. - Darüber hinaus kann die Fahrzeugaußenfläche zumindest teilweise mit Solarzellen des Solarzellenmoduls
401 überzogen werden, wobei der solar erzeugte Strom über den DC/DC-Wandler407 in die Fahrzeugbatterie409 oder auch direkt einem Fahrzeugverbraucher, beispielsweise einem elektrischen Klimakompressor, zugeführt werden kann. Der solarerzeugte Strom kann jedoch auch über den Wechselrichter403 , über den Anschluss405 und beispielsweise über einen in4 nicht dargestellten Anschluss in ein öffentliches Energieversorgungsnetz eingespeist werden. So kann beispielsweise bei einem Fahrzeugstillstand und einer Klimatisierungsanforderung bei Überschreitung eines Schwellwertes durch die Umgebungs- oder Innenraumtemperatur zur Klimatisierung der mittels des Solarzellenmoduls401 erzeugte Solarstrom verwendet werden. Wird beispielsweise keine Klimatisierung angefordert und unterschreitet der Batterieladezustand einen vorbestimmten Schwellwert, so kann der mittels des Solarzellenmoduls401 erzeugte Solarstrom zum Laden der Batterie verwendet werden. Überschreitet hingegen der Batterieladezustand den vorbestimmten Schwellwert und ist beispielsweise keine Klimatisierung angefordert, so kann der mittels des Solarzellenmoduls401 erzeugte Solarstrom direkt in das Energieversorgungsnetz eingespeist werden. Darüber hinaus kann der Strom mittels des verbrennungsmotorisch angetriebenen Generators411 erzeugt und in das öffentliche Energieversorgungsnetz eingespeist werden. Dabei kann der zum Antreiben des verbrennungsmotorisch angetriebenen Generators411 verwendete Kraftstoff beispielsweise ein biologischer Kraftstoffwie Ethanol sein, wodurch eine umweltverträgliche Energieerzeugung möglich ist. Gemäß einer Weiterbildung kann der Fahrzeugantrieb auch als ein Blockheizkraftwerk eingesetzt werden. -
5 zeigt eine stationäre Energieladestation501 , welche einen elektrischen Anschluss503 aufweist, an den eine Energieerzeugungsvorrichtung zum Einspeisen elektrischer Energie in ein Energieversorgungsnetz anschließbar ist. Die stationäre Energieladestation501 ist beispielsweise fest in die örtliche Infrastruktur oder in die Infrastruktur des Energieversorgungsnetzes eingebunden. -
6 zeigt beispielhaft eine Anbindung eines Solarzellenmoduls601 , an ein Energieversorgungsnetz603 über eine stationäre Energieladestation mit einem Wechselrichter605 , welcher mit dem Energieversorgungsnetz603 über einen Energiezähler607 verbunden ist. Der Energiezähler607 kann beispielsweise zur Erfassung einer durch das Solarzellenmodul601 in das Energieversorgungsnetz603 eingespeisten Energiemenge und gleichzeitig zur Erfassung einer durch ein Hausverteilungsnetz609 aufgenommenen Energiemenge vorgesehen sein. Somit kann das erfindungsgemäße Konzept nahtlos in eine ggf. bereits bestehende Energieinfrastruktur eingebettet werden.
Claims (15)
- Energieerzeugungsvorrichtung zum mobilen Versorgen eines Fahrzeugs mit elektrischer Energie, mit: einer Energieerzeugungseinrichtung (
101 ) zur Energieerzeugung, wobei die Energieerzeugungseinrichtung (101 ) ferner ausgebildet ist, elektrische Energie direkt in ein Energieversorgungsnetz, insbesondere in ein öffentliches Energieversorgungsnetz, einzuspeisen. - Energieerzeugungsvorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Energieerzeugungseinrichtung (
101 ) einen verbrennungsmotorisch angetrieben Generator oder ein Solarzellenmodul (103 ), insbesondere ein Solarzellenmodul mit zumindest einer an einer Fahrzeugaußenfläche anbringbaren Solarzelle, aufweist. - Energieerzeugungsvorrichtung gemäß einem der vorstehend genannten Ansprüche, wobei die Energieerzeugungseinrichtung (
101 ) ferner ausgebildet ist, eine Fahrzeugbatterie oder einen Fahrzeugantrieb oder einen Fahrzeugverbraucher mit elektrischer Energie zu versorgen. - Energieerzeugungsvorrichtung gemäß einem der vorstehend genannten Ansprüche, wobei die Energieerzeugungseinrichtung (
101 ) ferner ausgebildet ist, elektrische Energie in Abhängigkeit von einem Ladezustand einer Farzeugbatterie zu erzeugen oder in das Energieversorgungsnetz einzuspeisen. - Energieerzeugungsvorrichtung gemäß einem der vorstehend genannten Ansprüche, welche ferner einen Energiezähler (
105 ) zum Erfassen der in das Energieversorgungsnetz eingespeisten Energiemenge aufweist. - Energieerzeugungsvorrichtung gemäß einem der vorstehend genannten Ansprüche, wobei die Energieerzeugungseinrichtung (
101 ) einen Wechselrichter (107 ) aufweist. - Energieerzeugungsvorrichtung gemäß einem der vorstehend genannten Ansprüche, wobei die Energieerzeugungseinrichtung (
101 ) ferner ausgebildet ist, eine Phase oder eine Frequenz einer in das Energieversorgungsnetz einspeisbaren Spannung oder eines in das Energieversorgungsnetz einspeisbaren Stroms mit einer Phase oder einer Frequenz des Energieversorgungsnetzes zu synchronisieren. - Fahrzeug mit einem elektrischen oder verbrennungsmotorischen Antrieb und der Energieerzeugungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7.
- Stationäre Energieladestation zum stationären Versorgen eines Fahrzeugs mit elektrischer Energie, mit: einem elektrischen Anschluss (
503 ), an den eine Energieerzeugungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 zum Einspeisen elektrischer Energie in ein Energieversorgungsnetz, insbesondere in ein öffentliches Energieversorgungsnetz, über die stationäre Energieladestation anschließbar ist. - Stationäre Energieladestation gemäß Anspruch 9, welche ausgebildet ist, elektrische Energie in der Form einer Gleichspannung oder eines Gleichstroms oder einer Wechselspannung oder eines Wechselstroms entgegenzunehmen.
- Stationäre Energieladestation gemäß Anspruch 9 oder 10, die ferner einen Wechselrichter aufweist.
- Stationäre Energieladestation gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, welche ferner ausgebildet ist, eine Phase oder eine Frequenz einer in das Energieversorgungsnetz einspeisbaren Spannung oder eines in das Energieversorgungsnetz einspeisbaren Stroms mit einer Phase oder einer Frequenz des Energieversorgungsnetzes zu synchronisieren.
- Stationäre Energieladestation gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, die ferner zur Erfassung einer das Energieversorgungsnetz einspeisbaren Energiemenge ausgebildet ist.
- Verfahren zum mobilen Erzeugen elektrischer Energie zum Versorgen eines Fahrzeugs, mit: Erzeugen elektrischer Energie mittels einer in dem Fahrzeug angeordneten Energieerzeugungseinrichtung, insbesondere einem verbrennungsmotorisch angetriebenen Generator oder einem Solarzellenmodul; und direktes Einspeisen der mittels der in dem Fahrzeug angeordneten Energieerzeugungseinrichtung erzeugen Energie in ein Energieversorgungsnetz, insbesondere ein öffentliches Energieversorgungsnetz.
- Verfahren zum stationären Versorgen eines Fahrzeugs mit elektrischer Energie, mit: Einspeisen der nach dem Verfahren gemäß Anspruch 14 erzeugten elektrischen Energie in ein Energieversorgungsnetz, insbesondere in ein öffentliches Energieversorgungsnetz, mittels einer stationären Energieladestation zum stationären Versorgen eines Fahrzeugs mit elektrischer Energie.
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