JP2004208344A - 複数電池を有する携帯端末 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電源部101と電源部151は、携帯端末100内に収納された独立した電池である。電池部101は、時間的に一定な消費電流を必要とする携帯端末の第一の機能回路102にのみ電圧を供給する。同様に、電池部151は、時間的に変動する消費電流を必要とする携帯端末の第二の機能回路152のみ電圧を供給する。電池部101は、時間的に一定な電流の出力を得意とする電池を用い、電池部151は時間的に変動する電流の出力を得意とする電池を用いる。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、携帯端末に関し、特に、2次電池と燃料電池等の種類の異なる複数の電池を有する携帯端末に関する。
【0002】
【従来の技術】
移動電話(携帯電話、PHS),PDA(Personal Data Assistant:携帯情報端末)、ノート型パソコン,デジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラ等の持ち運び可能な携帯端末が存在している。これら携帯端末は持ち運び利用するため通常各種電池を用いている。
【0003】
しかしながら、現在利用されているリチウムイオン電池等の2次電池の代替として、メタノールおよび空気を燃料として発電するDMFC(Direct Methanol Fuel Cell)等の燃料電池を使用する場合は、基本的には発電機の設計仕様で決定される一定電流でしか出力することができない。
【0004】
よって、携帯端末の急激な負荷変動には対応できず、時間的に消費電流が変動する携帯電話での使用は、燃料電池の出力電流特性上、不向きである。
なお、時間的に変動する消費電流の最大値に合わせて発電機の設計することにより、燃料電池を用いて携帯端末の負荷変動に対応することも可能であるが、この場合、発電機の構成が大きくなるため、携帯端末の小型化という要求にそぐわず、さらに部品点数の増加に伴い、製品コストが上昇するという問題点が生じる。
【0005】
さらに、燃料電池は一定電流出力を行い、余剰電力の蓄積ができないため、前記の様に時間的に変動する消費電流の最大値に合わせて発電機を設計すると、電力の余剰分が多く、エネルギー利用効率が悪いという問題点が生じる。
【0006】
DMFC等の燃料電池は、リチウムイオン電池と比較して、同じ質量で7から10倍、同じ体積で3から4倍の容量を達成することができるため、携帯端末の長時間駆動化が実現可能である。さらに、燃料のメタノールは安価であるため、低コスト化も実現可能である。
【0007】
また、リチウムイオン電池は動作しなくなった場合には充電が必要であったが、燃料電池は燃料を補給するだけで済むので、充電の手間を削除することが可能である。
【0008】
このような使用電力の変動に対応するため、キャパシターや小型の2次電池を備えたハイブリッド型の燃料電池システムを用いる技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。
【0009】
【特許文献1】
特開2002−231290公報(第5頁、特に段落番号[0036])
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の複数電池を有する携帯端末においては、携帯端末を駆動するための電池の小型化を維持したまま長寿命化し、エネルギー利用効率を向上した、複数電池を有する携帯端末を提供することができないという問題があった。
【0011】
この発明は、携帯端末を駆動するための電池の小型化を維持したまま長時間駆動化し、エネルギー利用効率を向上した、複数電池を有する携帯端末を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、この発明の請求項1においては、時間的に一定な消費電流の第1の電気回路と、時間的に消費電流が変動する第2の電気回路とを有し、前記第1の電気回路へ電圧を供給する第1の電池種類の第1の電池部と、前記第2の電気回路へ電圧を供給する、前記第1の電池種類とは異なる第2の電池種類の第2の電池部とを有することを特徴とする複数電池を有する携帯端末を提供する。
【0013】
よって本発明では、それぞれの電池部の出力電流特性に適した利用が可能となるため、電池のエネルギー利用効率が向上する。それ故、電池部の構成回路の小型化、長時間駆動化が可能となる。
【0014】
また、上記の目的を達成するために、この発明の請求項2においては、前記第1の電池部は発電用燃料を用いて発電を行う燃料電池であり、前記第2の電池部は繰り返し充放電可能な2次電池を用いることとを特徴とする請求項1記載の複数電池を有する携帯端末を提供する。
【0015】
よって本発明では、燃料電池は、負荷変動の大きい機能回路への負荷駆動電流供給の必要が無いため、構成回路の小型化が可能となる。さらに、リチウムイオン電池は、比較的消費電流が多く、一定電流を消費するディスプレー回路ブロック等への負荷駆動電流供給の必要が無いため、長時間駆動化が可能となる。
【0016】
また、上記の目的を達成するために、この発明の請求項3においては、前記第2の電池部は繰り返し充放電可能な2次電池であり、更に、前記第2の電気回路の消費電流に応じて第1の電池部から第2の電池部に充電を行う充電手段と、前記第2の電気回路の消費電流に応じて前記第1の電池部から前記第2の電気回路へ電力供給を行う手段とを有することを特徴とする請求項1記載の複数電池を有する携帯端末を提供する。
【0017】
よって本発明では、第一の電池部の余剰電力を用いて2次電池を用いた第二の電池部の充電が可能となるので、エネルギーの利用効率が向上する。さらに、2次電池を用いた第二の電池部の長時間駆動化が可能となる。
【0018】
また、上記の目的を達成するために、この発明の請求項4においては、更に、前記第2の電池部の電池残量を監視する電池残量監視手段と、この電池残量監視手段による前記電池残量が所定の値以下となったときに、前記充電手段に前記充電を開始させる制御部とを備えたことを特徴とする請求項3に記載の複数電池を有する携帯端末を提供する。
【0019】
よって本発明では、2次電池を用いた第二の電池部の充電効率向上し、エネルギー利用効率の向上が可能となる。
また、上記の目的を達成するために、この発明の請求項5においては、更に、前記第1の電池部と第1の電気回路の間、および前記第2の電池部および第2の電気回路の間に設けられ、前記第1または前記第2の電池部から供給された電圧を選択的に前記第1の電気回路へ供給する選択供給手段と、前記第1の電池部の電池残量を監視する電池残量監視手段と、この電池残量監視手段による前記電池残量が所定の値となったときに、前記選択供給手段に前記第2の電池部からの電圧を選択させる制御手段とを備えたことを特徴とする請求項1記載の複数電池を有する携帯端末を提供する。
【0020】
よって本発明では、少なくとも1つの電池残量を残したまま携帯端末が動作不能となることが避けられるため、携帯端末の長時間駆動化が可能となる。
また、上記の目的を達成するために、この発明の請求項6においては、前記第1の電池部と前記第1の電気回路が収納される第1の筐体と、前記第2の電池部と前記第2の機能回路が収納され、前記第1の筐体と分離可能な第2の筐体とを有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項記載の複数電池を有する携帯端末提供する。
【0021】
よって本発明では、携帯端末を使用目的に応じて構築することが可能となるため、使用しない機能端末を分離することで、携帯端末の小型化が可能である。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る複数電池を有する携帯端末について、図面を参照しながら具体的に説明する。
(第1の実施の形態)
図1は本発明の第1の実施の形態に係る複数電池を有する携帯端末の構成を示す図である。
携帯端末100は、電圧を供給する電池部101、電池部151、時間的に一定な消費電流を必要とする携帯端末の機能回路102、時間的に変動する消費電流を必要とする携帯端末の機能回路152から構成されている。
【0023】
携帯端末100は、少なくとも2種類の電池部と、少なくとも2種類の機能回路とを有しておいる。機能回路102は、電池部101からの電圧供給のみを受け、機能回路152は、電池部151からの電圧供給のみを受ける。
【0024】
次に、このように構成された複数電池を有する携帯端末の動作について説明する。
図1に示す携帯端末は、消費電流が時間的に変動するか否かにより、異なる機能回路に分離されている。分離する方法は、回路基板ごと分ける方法や、同一基板内に完全に絶縁された複数の電圧を供給する電源線を設ける方法がある。
【0025】
図1の機能回路102は、時間的に一定な消費電流を必要としている、携帯端末のディスプレー回路や、電子手帳やゲーム等のアプリケーションを実行するCPU回路およびその周辺回路である。また、機能回路152は、間欠的な動作を行うため時間的に変動する消費電流を必要としている送信用パワーアンプ等の無線回路や、カメラ機能に用いられるフラッシュ用回路である。
【0026】
また、電源部101と電源部151は、携帯端末100内に収納された独立した電池である。
電池部101は、時間的に一定な消費電流を必要とする携帯端末の第一の機能回路102にのみ電圧を供給する。同様に、電池部151は、時間的に変動する消費電流を必要とする携帯端末の第二の機能回路152のみ電圧を供給する。
【0027】
電池部101は、時間的に一定な電流の出力を得意とする電池を用い、電池部151は時間的に変動する電流の出力を得意とする電池を用いる。
上述の組み合わせを採用することにより、各々の電池部の出力電流特性に適した利用が可能となるため、電池のエネルギー利用効率が向上する。それ故、電池部の構成回路の小型化、長時間駆動化が可能となる。
【0028】
本実施の形態のより具体的な構成例として次のような方法が挙げられる。
電池部101に、燃料を用いて発電する燃料電池を用い、電池部151に、リチウムイオン電池を用いる。
燃料電池を用いる電池部101は、時間的に一定な消費電流に対して出力電流性能が高く、リチウムイオン電池を用いる電池部151は、時間的に変動する消費電流に対して出力電流性能が高いからである。
【0029】
この組み合わせを採用することにより、それぞれの電池部の出力電流特性に適した利用が可能となるため、電池のエネルギー利用効率が向上する。
また、燃料電池は、負荷変動の大きい機能回路への負荷駆動電流供給の必要が無いため、構成回路の小型化が可能となる。
さらに、リチウムイオン電池は、比較的消費電流が多く、一定電流を消費するディスプレー回路ブロック等への負荷駆動電流供給の必要が無いため、長時間駆動化が可能となる。
【0030】
(第2の実施の形態)
第1の実施の形態は、種類の異なる電池部が完全に独立した携帯端末についての説明をした。以下に説明する第2の実施の形態は、少なくとも1種類の電池部が繰り返し充放電可能な2次電池を使用し、この2次電池を他方の電池部を用いて充電することを可能とする電源管理部200を新たに設けるものである。
【0031】
図2は本発明の第2の実施の形態に係る複数電池を有する携帯端末の構成を示す図である。なお、図1と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、電池部201、機能回路202、電源管理部203についてここでは説明する。
【0032】
電池部201は繰り返し充放電可能な2次電池である。2次電池としては、前記のリチウムイオン電池の他に、ニッケル・カドミウム蓄電池や、ニッケル・水素蓄電池等がある。
【0033】
電源管理部203は、電池部101の電力を用いて電池部201を充電する機能と、電池部101が機能回路102と機能回路202への電力の供給および遮断を制御する機能を有している。
【0034】
ここで、電源管理部203の構成について図3を用いて説明すると共に、複数電池を有する携帯端末の動作について説明する。
電源管理部203は、スイッチ回路301、充電回路302およびスイッチ回路302から構成されている。
スイッチ回路301およびスイッチ回路302は、機能回路202からの制御信号によりオン/オフが制御される。
電池部101は、スイッチ回路301の一端と接続されている。スイッチ回路301の他端は充電回路302へ接続されている。また、充電回路302は電池部201と接続されている。これにより電源管理部203内のスイッチ回路301がオン状態のとき、電池部101から2次電池を用いる電源部201へ充電が行われる。
【0035】
また、電池部101は、電源管理部203を介して機能回路202と接続されている。これにより電池部101の電圧は機能回路202へも供給される。
電池部201は、電源管理部203内のスイッチ回路303を介して機能回路202と接続されている。これによりスイッチ回路303がオン状態のとき、電池部201からの電圧は機能回路102および機能回路202へ供給される。
【0036】
なお、スイッチ回路301,303はダイオード等の回路を用いることも可能である。
機能回路202は、機能回路202内の制御と同期して、機能回路202で必要とする消費電力に応じてスイッチ回路301,303のオン/オフを制御することにより、次の3つの内いずれかのモードとする制御を行う。
【0037】
なお、機能回路202は、機能回路202で必要とする消費電力に応じてスイッチ回路301,303のオン/オフを制御する方法としては、予め機能回路202が必要とする電力に応じて制御してもよいし、消費電力を測定して制御するようにしても良い。
【0038】
(モード1)電池部101の機能回路202への電力供給モード(図3の矢印▲1▼)
このモード1では、機能回路202はスイッチ回路301:オフ状態、スイッチ回路303:オフ状態とする。
機能回路202は、機能回路102へ電力供給を行う電池部101の余剰電力によって機能回路202に対する電力供給が可能な場合は、スイッチ回路303をオフ状態とし、電池部101のみを用いて機能回路102と機能回路202に対する電力供給を行う。なお、このときスイッチ回路301もオフ状態である。
【0039】
(モード2)電池部101と電池部201を用いた機能回路202への電力供給モード(図3の矢印▲1▼と▲2▼)
このモード2では、機能回路202はスイッチ回路301:オフ状態、スイッチ回路303:オン状態とする。
機能回路202へ電力供給を行う電池部101の余剰電力では機能回路202に必要な全ての電力を供給できない場合は、スイッチ回路303をオン状態として、電池部101と電池部201を用いて電力供給をして、機能回路202を動作させる。なお、このときスイッチ回路301はオフ状態である。
【0040】
(モード3)電池部101から電池部201への充電モード(図3の矢印▲3▼)
このモード3では、機能回路202はスイッチ回路301:オン状態、スイッチ回路303:オフ状態とする。
機能回路102へ電力供給を行う電池部101の余剰電力によって機能回路202に対する電力供給が可能で、かつ電池部101のみを用いて機能回路102と機能回路202に対する電力供給を行った後でも更に電力が余剰している場合、スイッチ回路301をオン状態として充電回路302を介して電池部201へ充電を行う。なお、このときスイッチ回路303はオフ状態である。
【0041】
このような制御を行うことにより、電池部101が負荷駆動電力を供給する機能回路202の時間的に変動する消費電流の不足分のみ2次電池を用いた電池部201から負荷駆動電力供給するので、2次電池を用いた電池部201の長時間駆動化が可能となる。
【0042】
(第3の実施の形態)
第3の実施の形態は、第2の実施の形態の電池部101から電池部201への充電を、電池部201の出力電圧値が一定レベル以下となるまで、電源管理部203での前記第一の電池部101から前記第二の電池部201への充電を抑制する機能を有する。
【0043】
図4は、本発明の複数電池を有する携帯端末の構成を示す図である。なお、図2と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、電池部401、電源制御部402についてここでは説明する。
【0044】
電池部401は、ニッケル・カドミウム蓄電池である。ニッケル・カドミウム蓄電池は、完全に放電しきった後に充電した方が、繰り返しの充放電による電池の特性劣化が少なく、電池が長寿命化することが知られている。
【0045】
電源制御部402は、電池部401の電源線に接続されており電池部401の出力電圧値を検出する。この検出した電圧値は電源制御部402内の判定器を経て、予め定められたレベル以下となった場合にニッケル・カドミウム蓄電池を用いた電池部401の電池残量が無くなったと判定することにより、ニッケル・カドミウム蓄電池の電池残量情報の取得が可能である。
【0046】
さらに電源制御部402は、電池部401の出力電圧値が予め定められたレベル以下となるまで、電源管理部203内のスイッチ回路301を強制的にオフとするように制御信号を送る。この結果、スイッチ回路301は電池部401の出力電圧値が予め定められたレベル以下となるまでオン状態とはならないので、電池部401は電池部101からの充電(図3の矢印▲3▼)は行われない。
【0047】
この後、電源制御部402は、電池部401の出力電圧値が予め定められたレベル以下となると、電源制御部402が電池部401の電池残量が無くなったと判断する。すると電源制御部402は電源管理部203内のスイッチ回路301へ、スイッチ回路301の制御を機能回路202からの制御信号が有効となる制御信号を出力する。これにより電池部401は機能回路202からの制御信号に基づき充電が開始される。
【0048】
以上説明した通り、ニッケル・カドミウム蓄電池からなる2次電池を用いた電池部401の電池特性の劣化を抑えられ、電池の長寿命化が可能となる。
なお、スイッチ回路は、リレー等の機械的に切替えるものでも、FETスイッチなどの電子的なものでも良い。さらに、ダイオード等を用いて両端の電位差に応じて等価的に自動的に切り替わる方法を用いても良い。
【0049】
なお、電池部401にニッケル・カドミウム蓄電池以外の2次電池を用いた場合においても、電源制御部402は電池残量の検出が可能である。よって、2次電池の電池残量が無くなった場合に強制的に電池部401への充電をすることも可能である。
【0050】
(第4の実施の形態)
第4の実施の形態は、制御部が第一の電池部と第二の電池部の電池残量を監視して、前記第一の電池部が、前記第二の電池部よりも先に電池残量が無くなるように制御する。そして第一の電池部の電池残量が無くなった後、前記第二の電池部が、前記第一の機能回路と前記第二の機能回路に対する電力供給するよう制御する。
【0051】
図5は、本発明の第4の実施の形態に係る複数電池を有する携帯端末の構成を示す図である。図4と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、電源制御部501と、電源選択部502についてここでは説明する。なお、本発明の電池部101は燃料電池を用いることが好ましい。
【0052】
電源制御部501は、電池部101の電池残量を監視する。燃料電池を用いた電池部の電池残量の検出には、稼動時間から類推する方法や、燃料自体の容積を計測する方法等があるが、どの方法を用いた場合においても本発明に係る効果は何ら変わることがない。
【0053】
電源選択部502は、電源制御部501からの制御信号により制御され、電池部101から機能回路102への電圧の供給をオン/オフ制御すると共に、電池部401から機能回路102への電圧の供給をオン/オフ制御する。
【0054】
次に、このように構成された複数電池を有する携帯端末の動作について説明する。
電源制御部501にて電池部101の電池残量が無くなったことを検出した場合は、電源選択部502に制御信号を送り、電池部401が機能回路102と機能回路202の両方に電圧を供給することを可能とする。
【0055】
ここで、電源選択部502について図6を用いて詳細に説明する。
電源選択部502は、スイッチ回路601,602から構成されている。
電源制御部501は、電池部101の電池残量が無くなったことを検出する。すると電源制御部501からの制御信号によりスイッチ回路602はオン状態となる。これにより電池部401からの電源により機能回路102が駆動される。このとき電池部101が機能回路102に電力供給を行っていた電源線は、スイッチ回路601をオフ状態して電池部101への電流の流出を防ぐ。スイッチ回路601は、ダイオード等の回路を用いた場合においても本発明に係る効果は何ら変わることはない。
【0056】
これにより、第一の電池部の電池残量を残したまま携帯端末が動作不能となることが避けられる
なお、電池部401から機能回路102への負荷電力供給は常時行わずに、電池部401を節電するために、強制的にスイッチ回路602をオフ状態としておいても、必要な場合のみスイッチ回路602をオン状態とし電力供給を行っても良い。このような動作を行うことにより、電池部401の更なる長時間駆動化が可能となる。
【0057】
なお、電源管理部203は、第3の実施の形態の同様、電源制御部501を用いて電池部401の充電を制御しても良い。
以上説明した通り、第一の電池部の電池残量を残したまま携帯端末が動作不能となることが避けられるため、携帯端末のエネルギー利用効率が向上する。
(第5の実施の形態)
上記した実施の形態では、1つの筐体に複数電池を有する携帯端末について説明したが、以下に説明する第5の実施の形態は、電池部とその電池部が負荷駆動電力を供給する機能回路を一対として、携帯端末の筐体が分離可能であることを特徴とする。
【0058】
図7は、本発明の第5の実施の形態に係る複数電池を有する携帯端末の構成を示す図である。図5と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略し、機能端末702と機能端末703についてここでは説明する。
【0059】
なお、好ましくは、電池部401は燃料を用いて発電する燃料電池であり、電池部401は、繰り返し充放電可能な2次電池である。さらに、機能回路102は携帯端末のディスプレー回路であり、機能回路202は通信機能回路である。よって、機能端末701は、燃料電池とディスプレー回路の一体型端末である。機能端末702は、2次電池と携帯電話や受信機等の通信機能回路の一体型端末である。
【0060】
機能端末701と機能端末702は、電圧を供給する電源線が独立しているので、独立して駆動することが可能であり、携帯端末の使用目的に応じて、物理的に分離することが可能であることを特徴とする。
【0061】
このような構成をとることにより、携帯端末を使用目的に応じて構築することが可能となる。よって、不必要な機能端末の持ち運びを避けることが可能となる。
なお、第3の実施の形態に示すように、電池部401を制御する電源制御部501を機能端末702内に組み込んでも、本発明に係る効果は何ら変わることは無い。
【0062】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、携帯端末を駆動するための電池の小型化を維持したまま長寿命化し、エネルギー利用効率を向上した、複数電池を有する携帯端末を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る複数電池を有する携帯端末の構成を示す図。
【図2】本発明に係る複数電池を有する携帯端末の構成を示す図。
【図3】電源管理部203の構成を示す図。
【図4】本発明に係る電池制御部を有する携帯端末の構成を示す図。
【図5】本発明に係る電池選択部を有する携帯端末の構成を示す図。
【図6】電源選択部502の構成を示す図。
【図7】本発明に係る分離可能な携帯端末の構成を示す図。
【符号の説明】
100…携帯端末、101,151,201,401…電池部、102,152,202…機能回路、203…電源管理部、301,303,601,602…スイッチ回路、302…充電回路、402,501…電源制御部、502…電源選択部、701,702…機能端末。
Claims (6)
- 時間的に一定な消費電流の第1の電気回路と、
時間的に消費電流が変動する第2の電気回路とを有し、
前記第1の電気回路へ電圧を供給する第1の電池種類の第1の電池部と、
前記第2の電気回路へ電圧を供給する、前記第1の電池種類とは異なる第2の電池種類の第2の電池部とを有することを特徴とする複数電池を有する携帯端末。 - 前記第1の電池部は発電用燃料を用いて発電を行う燃料電池であり、
前記第2の電池部は繰り返し充放電可能な2次電池を用いることとを特徴とする請求項1記載の複数電池を有する携帯端末。 - 前記第2の電池部は繰り返し充放電可能な2次電池であり、
更に、前記第2の電気回路の消費電流に応じて第1の電池部から第2の電池部に充電を行う充電手段と、
前記第2の電気回路の消費電流に応じて前記第1の電池部から前記第2の電気回路へ電力供給を行う手段とを有することを特徴とする請求項1記載の複数電池を有する携帯端末。 - 更に、前記第2の電池部の電池残量を監視する電池残量監視手段と、
この電池残量監視手段による前記電池残量が所定の値以下となったときに、前記充電手段に前記充電を開始させる制御部とを備えたことを特徴とする請求項3に記載の複数電池を有する携帯端末。 - 更に、前記第1の電池部と第1の電気回路の間、および前記第2の電池部および第2の電気回路の間に設けられ、前記第1または前記第2の電池部から供給された電圧を選択的に前記第1の電気回路へ供給する選択供給手段と、
前記第1の電池部の電池残量を監視する電池残量監視手段と、
この電池残量監視手段による前記電池残量が所定の値となったときに、前記選択供給手段に前記第2の電池部からの電圧を選択させる制御手段とを備えたことを特徴とする請求項1記載の複数電池を有する携帯端末。 - 前記第1の電池部と前記第1の電気回路が収納される第1の筐体と、
前記第2の電池部と前記第2の機能回路が収納され、前記第1の筐体と分離可能な第2の筐体とを有することを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項記載の複数電池を有する携帯端末。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2002371264A JP2004208344A (ja) | 2002-12-24 | 2002-12-24 | 複数電池を有する携帯端末 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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- 2002-12-24 JP JP2002371264A patent/JP2004208344A/ja active Pending
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