FR2961960A1 - Modular battery for use in e.g. electric motor vehicle, has storage module dimensioned for supplying reduced electric supply to cycle, golf cart, human transporter, scooter, backpack type portable electric device or operating or kluge tool - Google Patents
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Abstract
Description
CONCEPT DE BATTERIES MODULAIRES La présente invention concerne de manière générale une batterie modulaire comprenant au moins deux modules de stockage d'énergie électrique, aptes à être connectés entre eux pour former une batterie à énergie électrique augmentée, dimensionnée pour alimenter un véhicule automobile électrique ou hybride. Il est connu, notamment du document JP 7323735, une structure de montage d'une batterie modulaire dans un véhicule électrique. Une telle batterie comprend un logement sous le châssis du véhicule dans lequel sont disposés plusieurs modules de stockage d'énergie électrique connectés entre eux de manière à alimenter en énergie électrique le véhicule. Une telle configuration de batterie modulaire présente un certain nombre d'inconvénients dans la mesure où le logement est disposé sous le châssis du véhicule et donc difficilement accessible pour un utilisateur cherchant à retirer au moins l'un des modules de stockage. En outre, ces modules ne sont pas prévus pour être adapté à d'autre utilisation que celle de faire partie d'une batterie modulaire pour véhicule. Il est par ailleurs connu, en particulier du document EP 0636538, l'utilisation d'une batterie d'alimentation venant se placer derrière la selle d'un vélo. Cette batterie peut être enlevée et remplacée en faisant basculer la selle vers l'avant et en tirant sur la batterie. L'utilisation d'une batterie sur un vélo apparaît intéressante néanmoins il n'est prévu aucun dispositif permettant d'utiliser une telle batterie pour d'autres applications. Un but de la présente invention est de répondre aux différents inconvénients de l'art antérieur mentionnés ci-dessus et en particulier, tout d'abord, de fournir une batterie modulaire, dont les modules de stockage la constituant sont adaptables soit pour une utilisation commune soit pour une utilisation indépendante. The present invention generally relates to a modular battery comprising at least two electrical energy storage modules, able to be connected together to form a battery with increased electrical energy, sized to power an electric or hybrid motor vehicle. . It is known, particularly from JP 7323735, a mounting structure of a modular battery in an electric vehicle. Such a battery comprises a housing under the chassis of the vehicle in which are arranged several electrical energy storage modules connected together so as to supply electrical energy to the vehicle. Such a modular battery configuration has a number of disadvantages insofar as the housing is disposed under the vehicle frame and therefore difficult to access for a user seeking to remove at least one of the storage modules. In addition, these modules are not intended to be suitable for use other than that of being part of a modular battery for a vehicle. It is also known, in particular from EP 0636538, the use of a battery pack to be placed behind the saddle of a bicycle. This battery can be removed and replaced by tilting the saddle forward and pulling the battery. The use of a battery on a bicycle is interesting, however, there is no provision for using such a battery for other applications. An object of the present invention is to respond to the various drawbacks of the prior art mentioned above and in particular, first of all, to provide a modular battery, whose storage modules constituting it are adaptable either for common use for independent use.
A cet effet, selon un premier aspect, l'invention concerne une batterie modulaire comprenant au moins deux modules de stockage d'énergie électrique, aptes à être connectés entre eux pour former une batterie à énergie électrique augmentée, dimensionnée pour alimenter ou participer à l'alimentation d'un véhicule automobile électrique ou hybride, caractérisée en ce que d'autre part au moins un desdits modules de stockage est apte à être utilisé indépendamment pour former une batterie à énergie électrique simple, dimensionnée pour alimenter un dispositif de la vie courante à consommation électrique réduite. Une telle batterie modulaire permet ainsi d'une part de bénéficier d'une autonomie électrique suffisante pour alimenter un véhicule automobile électrique ou hybride participant notamment à couvrir des déplacements réduits de l'ordre de 10 km tout en bénéficiant d'autre part d'un usage multiple pour des applications à consommation électrique réduite. En outre, ce concept peut permettre une recharge des batteries sans installation dédiée sur le véhicule. Ce type de batterie permet encore de bénéficier d'une interchangeabilité des modules avec la possibilité d'acheter ou de louer des modules supplémentaires. Selon un mode de réalisation avantageux, chaque module de stockage comprend des moyens de préhension pour faciliter son extraction de la batterie à énergie électrique augmentée et son transport avant installation comme module ou batterie unitaire ou pour recharge de la batterie. De tels modules de stockage sont facilement démontables et transportables et présentent en outre une masse acceptable pour une manipulation aisée par l'utilisateur. En outre cela réduit le nombre de modules nécessaires pour plusieurs utilisations possibles. En outre, on notera que la technologie des batteries modernes autorise un rapport poids sur énergie qui favorise ce type d'utilisations. Selon un mode de réalisation avantageux, chaque module de 30 stockage définit un standard de batterie. Ceci permet une recharge à domicile avec un support simple comme tous les chargeurs des batteries d'outillage. Selon une première variante, chaque module de stockage est adaptable à un dispositif de la vie courante choisi parmi un véhicule 5 électrique de type transporteur personnel, vélo ou trottinette. Selon une autre variante, chaque module de stockage est adaptable à un dispositif de la vie courante choisi parmi un dispositif électrique portable de type sac à dos, outillage de bricolage ou de manutention. Selon un mode de réalisation avantageux, chaque module de 10 stockage est clippé dans le cadre de la batterie. Ceci permet une utilisation aisée de type « plug-in ». Selon un mode de réalisation avantageux, chaque module de stockage peut être de type électrochimique ou de type électrostatique. A cet effet, il est envisageable d'utiliser plusieurs types de modules de stockage 15 pour former la batterie modulaire. Selon un autre mode de réalisation avantageux, chaque module de stockage est composé de plusieurs cellules de stockage. Ces cellules peuvent être plates ou cylindriques. Selon un mode de réalisation avantageux, la batterie modulaire 20 comprend un système de ventilation à deux niveaux, un premier niveau à l'intérieur du cadre de la batterie par un passage d'air typiquement depuis l'avant vers l'arrière du véhicule automobile dans lequel la batterie est installé, et un deuxième niveau à l'intérieur de chacun des modules de stockage. 25 Selon un mode de réalisation avantageux, le boîtier des modules de stockage présente une face supérieure bombée. Cette forme bombée permet de transférer les contraintes de compression sur le module vers les bords du module, en sollicitant au minimum les cellules de stockage électrique sises à l'intérieur du module. Avantageusement, les modules de 30 stockage sont montés longitudinalement dans le cadre de la batterie, et For this purpose, according to a first aspect, the invention relates to a modular battery comprising at least two electrical energy storage modules, able to be connected together to form a battery with increased electrical energy, sized to supply or participate in the power supply. power supply of an electric or hybrid motor vehicle, characterized in that on the other hand at least one of said storage modules is able to be used independently to form a battery with simple electrical energy, sized to power a device of everyday life with reduced power consumption. Such a modular battery thus makes it possible, on the one hand, to benefit from sufficient electric autonomy to power an electric or hybrid motor vehicle participating in particular to cover reduced displacements of the order of 10 km while at the same time benefiting from a multiple use for low power consumption applications. In addition, this concept can allow charging of batteries without a dedicated installation on the vehicle. This type of battery can still benefit from interchangeability of modules with the possibility of buying or renting additional modules. According to an advantageous embodiment, each storage module comprises gripping means to facilitate its extraction from the battery with increased electrical energy and its transport before installation as unitary module or battery or for charging the battery. Such storage modules are easily removable and transportable and also have an acceptable mass for easy handling by the user. In addition this reduces the number of modules needed for several possible uses. In addition, it should be noted that modern battery technology allows a weight-for-energy ratio that favors this type of use. According to an advantageous embodiment, each storage module defines a battery standard. This allows a home recharge with a simple support like all the tool battery chargers. According to a first variant, each storage module is adaptable to a device of everyday life chosen from an electric vehicle of the personal transporter, bicycle or scooter type. According to another variant, each storage module is adaptable to a device of the current life selected from a portable electrical device type backpack, DIY tools or handling. According to an advantageous embodiment, each storage module is clipped into the frame of the battery. This allows easy use of "plug-in" type. According to an advantageous embodiment, each storage module may be of the electrochemical type or of the electrostatic type. For this purpose, it is conceivable to use several types of storage modules 15 to form the modular battery. According to another advantageous embodiment, each storage module is composed of several storage cells. These cells can be flat or cylindrical. According to an advantageous embodiment, the modular battery 20 comprises a two-level ventilation system, a first level inside the frame of the battery by an air passage typically from the front to the rear of the motor vehicle in which the battery is installed, and a second level inside each of the storage modules. According to an advantageous embodiment, the housing of the storage modules has a convex upper face. This curved shape makes it possible to transfer the compression stresses on the module towards the edges of the module, by soliciting at least the electric storage cells located inside the module. Advantageously, the storage modules are mounted longitudinally in the frame of the battery, and
caractérisée en ce que la face supérieure bombée du boîtier est pourvue de rainures transversales par rapport à l'axe des modules dans le cadre de la batterie. Les rainures sur la face supérieure permettent d'augmenter la rigidité transversale du module. Alternativement, on pourra prévoir des modules en aluminium extrudé. Selon un mode de réalisation avantageux, chaque module de stockage présente une forme généralement plate et sont disposés dans le cadre les uns à côté des autres selon le sens de la longueur des modules de stockage, le cadre étant apte à être disposé dans l'espace arrière de rangement d'un véhicule automobile. Une telle batterie permet de limiter l'impact au niveau de l'habilité véhicule au minimum et de proposer une solution peu intrusive. Selon un deuxième aspect la présente invention concerne un véhicule automobile électrique ou hybride équipé d'une batterie modulaire selon le premier aspect. Un tel concept de batterie modulaire permet d'envisager que l'utilisateur achète un véhicule automobile électrique ou hybride non muni de sa batterie, qui pourra être achetée ultérieurement. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit de modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 représente une batterie modulaire selon un mode de réalisation de la présente invention ; - la figure 2 représente une batterie modulaire dont des modules de 25 stockage ont été retirées ; - la figure 3 représente une vue en perspective avant d'un module de stockage d'énergie électrique ; - la figure 4 représente une vue en perspective arrière d'un module de stockage d'énergie électrique ; characterized in that the convex upper face of the housing is provided with grooves transverse to the axis of the modules in the frame of the battery. The grooves on the upper face increase the transverse rigidity of the module. Alternatively, we can provide modules extruded aluminum. According to an advantageous embodiment, each storage module has a generally flat shape and are arranged in the frame next to each other in the direction of the length of the storage modules, the frame being able to be arranged in the space rear storage of a motor vehicle. Such a battery makes it possible to limit the impact on the level of the vehicle's ability to a minimum and to propose a solution that is not very intrusive. According to a second aspect, the present invention relates to an electric or hybrid motor vehicle equipped with a modular battery according to the first aspect. Such a modular battery concept allows to consider that the user buys an electric or hybrid motor vehicle without its battery, which can be purchased later. Other features and advantages of the present invention will appear more clearly on reading the following detailed description of embodiments of the invention given as non-limiting examples and illustrated by the appended drawings, in which: FIG. 1 represents a modular battery according to one embodiment of the present invention; FIG. 2 shows a modular battery whose storage modules have been removed; FIG. 3 represents a front perspective view of an electrical energy storage module; FIG. 4 represents a rear perspective view of an electrical energy storage module;
- la figure 5 est une vue en perspective d'un agencement de quatre cellules de stockage formant un module; - la figure 6 représente une première utilisation optimisée d'une batterie modulaire selon l'invention ; - la figure 7 représente une utilisation diversifiée des modules de stockage selon l'invention. Comme mentionné précédemment, la présente invention concerne une batterie modulaire pour alimenter un véhicule automobile électrique ou hybride. La figure 1 représente une batterie modulaire selon un mode de réalisation de la présente invention. La batterie 1 comprend de préférence un cadre 2 de forme générale plate, i.e. dont la hauteur est nettement inférieure à la longueur et à la largeur du cadre, de sorte à pouvoir être agencé facilement à l'intérieur du coffre arrière à bagage du véhicule automobile tout en permettant un accès aisé pour l'utilisateur. A l'intérieur du cadre sont agencés au moins deux, et avantageusement quatre, modules de stockage 3 d'énergie électrique. L'utilisation de plusieurs modules de stockage connectés entre eux permet de former une batterie à énergie électrique augmentée, dimensionnée pour alimenter le véhicule automobile électrique ou hybride. FIG. 5 is a perspective view of an arrangement of four storage cells forming a module; FIG. 6 represents a first optimized use of a modular battery according to the invention; FIG. 7 represents a diversified use of the storage modules according to the invention. As mentioned above, the present invention relates to a modular battery for powering an electric or hybrid motor vehicle. Figure 1 shows a modular battery according to one embodiment of the present invention. The battery 1 preferably comprises a frame 2 of generally flat shape, ie whose height is significantly less than the length and width of the frame, so that it can be easily arranged inside the luggage compartment of the motor vehicle while allowing easy access for the user. Inside the frame are arranged at least two, and preferably four, storage modules 3 of electrical energy. The use of several storage modules connected together makes it possible to form a battery with increased electrical energy, sized to power the electric or hybrid motor vehicle.
La figure 2 représente la batterie modulaire 1 dont trois des modules de stockage 3 ont été retirées. Un des avantages de la présente invention est de pouvoir utilisé indépendamment chacun des modules de stockage 3 pour former un module ou une batterie unitaire, dimensionnée pour alimenter un dispositif de la vie courante à consommation électrique réduite. Pour permettre une extraction et un transport aisés des modules de stockage du cadre 2 de la batterie, chaque module est pourvu d'une poignée 4 de préhension. La figure 3 représente une vue en perspective avant d'un module de stockage 3. Comme indiqué ci-dessus, le module de stockage comprend une poignée 4 permettant une extraction et un transport aisés pour FIG. 2 represents the modular battery 1 of which three of the storage modules 3 have been removed. One of the advantages of the present invention is that it can independently use each of the storage modules 3 to form a module or a unitary battery, sized to power a device of everyday life with reduced power consumption. To allow easy extraction and transport storage modules of the frame 2 of the battery, each module is provided with a handle 4 gripping. FIG. 3 represents a front perspective view of a storage module 3. As indicated above, the storage module comprises a handle 4 allowing easy extraction and transport for
l'utilisateur. En outre, la face supérieure 5 du module de stockage est de préférence légèrement bombée de manière à réduire les risques d'endommagement des cellules de stockage qu'il contient en cas d'application d'une charge par-dessus. En effet, la courbure de la face supérieure 5 permet de repartir les efforts sur les faces latérales 6 du module. En outre des rainures transversales 17 peuvent être prévues sur la face supérieure 5 de manière à augmenter la résistance des modules en cas de charge appliquée sur le dessus de la batterie. Dans la mesure où un module doit intégrer les différentes fonctions nécessaires à son utilisation, il peut être prévu un système de ventilation/refroidissement pour des usages intensifs, comme l'automobile. A cet effet, le module comprend des sorties d'air de refroidissement 7 disposées sur la face avant 8 du module. Le module comprend plusieurs cellules de stockage empilées les unes au dessus des autres à l'intérieur du module 3. En outre la batterie modulaire comprend avantageusement un système de ventilation à deux niveaux, un premier niveau à l'intérieur du cadre de la batterie par un passage d'air depuis l'avant vers l'arrière du véhicule automobile (voir figure 1) dans lequel la batterie est installé, et un deuxième niveau à l'intérieur de chacun des modules de stockage. the user. In addition, the upper face 5 of the storage module is preferably slightly curved so as to reduce the risk of damage to the storage cells it contains when a load is applied over it. Indeed, the curvature of the upper face 5 makes it possible to distribute the forces on the lateral faces 6 of the module. In addition, transverse grooves 17 may be provided on the upper face 5 so as to increase the resistance of the modules in the event of a load applied on the top of the battery. As a module must integrate the various functions necessary for its use, it can be provided a ventilation / cooling system for intensive use, such as automotive. For this purpose, the module comprises cooling air outlets 7 arranged on the front face 8 of the module. The module comprises a plurality of storage cells stacked one above the other inside the module 3. In addition, the modular battery advantageously comprises a two-level ventilation system, a first level inside the frame of the battery by an air passage from the front to the rear of the motor vehicle (see Figure 1) in which the battery is installed, and a second level inside each of the storage modules.
Alternativement, en cas d'utilisation de modules équipés de supercapacités, il n'y a a priori pas besoin de système de ventilation. Bien entendu d'autres fonctions peuvent être intégrées au module, comme par exemple un indicateur de niveau de charge ou encore un indicateur de vieillissement de la batterie et/ou pour chacun des modules de stockage. La figure 4 représente une vue en perspective arrière d'un module de stockage 3. Le module 3 comprend des connecteurs + et -, portant la référence numérique 9, disposés de préférence de part et d'autre de la face arrière 10 du module. Afin de permettre un positionnement plus rapide des modules 3 dans le cadre de la batterie modulaire, il est avantageusement prévu également un pion de centrage 11 situé de préférence au centre de Alternatively, when using modules equipped with supercapacities, there is a priori no need for ventilation system. Of course other functions can be integrated in the module, such as for example a charge level indicator or an indicator of aging of the battery and / or for each of the storage modules. FIG. 4 represents a rear perspective view of a storage module 3. The module 3 comprises + and - connectors, bearing the reference numeral 9, preferably disposed on either side of the rear face 10 of the module. In order to allow a faster positioning of the modules 3 in the context of the modular battery, it is advantageously also provided a centering pin 11 preferably located in the center of
la face arrière 11. Ce pion de centrage est destiné à coopérer avec des logements correspondants, représentés sur la figure 2 avec la référence 12. La figure 5 est une vue en perspective d'un agencement de quatre cellules de stockage formant un module. Les cellules de stockage ou éléments accumulateurs électriques d'un module sont typiquement connectées en série. Pour ce faire, plusieurs agencements des cellules sont possibles. La figure 6 illustre un agencement des cellules orientées de sorte à ce que leurs bornes soient en vis-à-vis. La borne positive de la cellule avant haut 13a est reliée via un premier connecteur 14 à la borne négative de l'élément arrière haut 13b. La borne positive de cet élément arrière haut 13b est reliée via un deuxième connecteur 15 à la borne négative de l'élément arrière bas 13c. La borne positive de cet élément arrière bas 13c est reliée via un troisième connecteur 16 à la borne négative de l'élément avant bas 13d. Le module est ainsi relié au reste de la batterie modulaire via les connecteurs + et - du module (voir référence 9, figure 4) correspondant à la borne négative de l'élément avant haut 13a et à la borne positive de l'élément avant bas 13d. Sachant que le coût des batteries reste un élément important pour des véhicules automobiles électriques ou hybrides et sachant qu'une batterie, même sans travailler, vieillie, il a été prévu dans le cadre de la présente invention d'optimiser le retour sur investissement de l'utilisateur en lui permettant de bénéficier d'un usage multiple pour une même batterie. Ainsi un des objectifs d'une telle batterie modulaire est de limiter le nombre de modules de stockage, tout en bénéficiant d'une énergie électrique, augmentée par la multiplication des modules utilisés pour former la batterie, suffisante pour un usage automobile, et d'un apport électrique réduit par module utilisé indépendamment des autres modules, pour d'autres applications nécessitant une énergie électrique réduit. En outre chaque module présente une masse acceptable pour un transport manuel aisé et une ergonomie permettant un montage et un démontage facile dans le the rear face 11. This centering pin is intended to cooperate with corresponding housings, shown in Figure 2 with the reference 12. Figure 5 is a perspective view of an arrangement of four storage cells forming a module. The storage cells or electrical accumulator elements of a module are typically connected in series. To do this, several cell arrangements are possible. Figure 6 illustrates an arrangement of the oriented cells so that their terminals are vis-à-vis. The positive terminal of the front high cell 13a is connected via a first connector 14 to the negative terminal of the high rear element 13b. The positive terminal of this high rear element 13b is connected via a second connector 15 to the negative terminal of the low back element 13c. The positive terminal of this low back element 13c is connected via a third connector 16 to the negative terminal of the low front element 13d. The module is thus connected to the remainder of the modular battery via the + and - connectors of the module (see reference 9, FIG. 4) corresponding to the negative terminal of the high front element 13a and to the positive terminal of the lower front element. 13d. Knowing that the cost of batteries remains an important element for electric or hybrid motor vehicles and knowing that a battery, even without working, aged, it was planned in the context of the present invention to optimize the return on investment of the user by allowing him to benefit from multiple use for the same battery. Thus one of the objectives of such a modular battery is to limit the number of storage modules, while benefiting from electrical energy, increased by the multiplication of modules used to form the battery, sufficient for automotive use, and a reduced power supply per module used independently of the other modules, for other applications requiring reduced electrical energy. In addition each module has an acceptable mass for easy manual transport and ergonomics allowing easy assembly and disassembly in the
véhicule, en particulier par le positionnement d'une poignée sur chacun des modules de stockage et un système de clippage pour l'insertion dans le cadre de la batterie modulaire. Dans cet optique, il a été considérer qu'un ensemble de 3 ou 4 modules de stockage était un compromis favorable pour un grand nombre d'usages alternatifs. La figure 6 représente une première utilisation optimisée d'une batterie modulaire telle que présentée ci-dessus en relation avec les figures 1 à 5. En particulier, une application particulièrement intéressante est d'avoir une seule et même batterie modulaire servant pour le véhicule 21 et pour les vélos 22 d'une famille. En effet, l'utilisateur est rarement, en même temps, dans sa voiture et sur son vélo. Une analyse a montré qu'une famille disposant d'un véhicule est constituée en moyenne de quatre personnes, deux adultes et deux enfants. Une solution à quatre modules constituant la batterie modulaire du véhicule permet de transporter les vélos sans batterie, d'y installer un module sur chaque vélo au moment de l'usage. Les modules peuvent être rechargés sur secteur ou avantageusement pendant les périodes de roulage du/des véhicules. La figure 7 représente une utilisation diversifiée des modules de stockage selon l'invention. Ainsi, chaque module de stockage 3 est adaptable non seulement à un véhicule automobile 21 mais également à un dispositif de la vie courante choisi par exemple parmi un véhicule électrique de type transporteur personnel 23, vélo 22, voiturette de golf 24, ou trottinette 25, ou encore parmi un dispositif électrique portable de type sac à dos 26, outillage de bricolage ou de manutention 27. vehicle, in particular by positioning a handle on each of the storage modules and a clipping system for insertion into the modular battery frame. In this context, it was considered that a set of 3 or 4 storage modules was a favorable compromise for a large number of alternative uses. FIG. 6 represents a first optimized use of a modular battery as presented above in connection with FIGS. 1 to 5. In particular, a particularly advantageous application is to have a single and modular battery used for the vehicle 21 and for the bikes 22 of a family. Indeed, the user is rarely, at the same time, in his car and on his bike. An analysis showed that a family with a vehicle has an average of four people, two adults and two children. A four-module solution that makes up the vehicle's modular battery allows bicycles to be transported without a battery, and to install a module on each bike at the time of use. The modules can be recharged on mains or advantageously during the periods of driving of the vehicles. FIG. 7 represents a diversified use of the storage modules according to the invention. Thus, each storage module 3 is adaptable not only to a motor vehicle 21 but also to a device of the everyday life chosen for example from a personal transporter type electric vehicle 23, bicycle 22, golf cart 24, or scooter 25, or among a portable electrical device such as backpack 26, DIY or handling equipment 27.
Par extension, il est avantageusement prévu de créer un module standard pour permettre une plus grande flexibilité d'utilisation ainsi qu'une meilleure gestion de la vente et du service après-vente de ces modules. Le gros avantage de cette démarche est de permettre à partir des batteries électriques utilisées dans l'automobile pour multiplier l'utilisation de ces batteries électriques / modules de stockage, sans pour autant multiplier le nombre réel de batteries. By extension, it is advantageous to create a standard module to allow greater flexibility of use and better management of sales and after-sales service of these modules. The big advantage of this approach is to allow from the electric batteries used in the automobile to multiply the use of these electric batteries / storage modules, without multiplying the actual number of batteries.
On comprendra que diverses modifications et/ou améliorations évidentes pour l'homme du métier peuvent être apportées aux différents modes de réalisation de l'invention décrits dans la présente description sans sortir du cadre de l'invention défini par les revendications annexées. It will be understood that various modifications and / or improvements obvious to those skilled in the art can be made to the various embodiments of the invention described in the present description without departing from the scope of the invention defined by the appended claims.
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