JP2010279224A - 電源装置および車両 - Google Patents

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Abstract

【課題】平滑コンデンサに蓄えられた電力をより確実に且つより速く放電する。
【解決手段】バッテリ22に対してシステムメインリレー30よりインバータ40側に平滑コンデンサ42に並列して電気的な接続および接続の解除が可能なリレー44を設ける。これにより、システムオフ時には、システムメインリレー30によってバッテリ22と電力母線46とを電気的に遮断した後にリレー44によって正極母線46aと負極母線46bとを電気的に接続して平滑コンデンサ42に蓄えられた電力をより確実に且つより速く放電することができる。
【選択図】図1

Description

本発明は、電源装置および車両に関し、詳しくは、電気機器と電力のやりとりを行なう電源装置およびその電源装置を備える車両に関する。
従来、この種の電源装置としては、走行用の動力を出力可能なモータやこのモータを駆動するインバータと共に車両に搭載され、高圧二次電池と、高圧二次電池とモータとの電気的な接続および接続の解除が可能なシステムメインリレーと、高圧二次電池に対してシステムメインリレーよりモータ側でモータと並列に接続された平滑コンデンサと、を備えるものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この装置では、車両の衝突が予知されたときには、システムメインリレーをオフすると共に、インバータを駆動して平滑コンデンサに蓄えられた電力を放電することにより、車両の衝突時における感電の危険性を抑制している。
特表平8−511153号
しかしながら、上述の電源装置では、平滑コンデンサに蓄えられた電力を放電するのにインバータを駆動する必要があるため、インバータやインバータを制御する制御装置が故障した場合には電力を放電できない。また、平滑コンデンサに蓄えられた電力を放電するには、平滑コンデンサに並列して放電抵抗を設けることも考えられるが、放電抵抗が小さいと通常時のロスが多くなり、放電抵抗が大きいと平滑コンデンサに蓄えられた電力を放電するのに時間を要する。
本発明の電源装置および車両は、平滑コンデンサに蓄えられた電力をより確実に且つより速く放電することを主目的とする。
本発明の電源装置および車両は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明の電源装置は、
電気機器と電力のやり取りを行なう電源装置であって、
充放電可能な直流電源と、
前記直流電源と前記電気機器との電気的な接続および接続の解除が可能な第1の接続解除手段と、
前記直流電源に対して前記第1の接続解除手段より前記電気機器側で該電気機器と並列に接続された平滑コンデンサと、
前記直流電源に対して前記第1の接続解除手段より前記電気機器側で該電気機器と並列に接続されて電気的な接続および接続の解除が可能な第2の接続解除手段と、
を備えることを要旨とする。
この本発明の電源装置では、直流電源に対して第1の接続解除手段より電気機器側で電気機器と並列に電気的な接続および接続の解除が可能な第2の接続解除手段を設けるものとした。これにより、第1の接続解除手段によって直流電源と電気機器との接続を解除したときに、第2の接続解除手段を電気的に接続することによって平滑コンデンサに蓄えられた電力をより確実に且つより速く放電することができる。ここで、「第1の接続解除手段」および「第2の接続解除手段」は、リレーであるものとすることもできる。
こうした本発明の電源装置において、前記第1の接続解除手段および前記第2の接続解除手段は、前記第1の接続解除手段における前記直流電源と前記電気機器との接続を解除したときに前記第2の接続解除手段における電気的な接続がなされるよう機械的に一体に形成されてなる、ものとすることもできる。こうすれば、第1の接続解除手段における直流電源と電気機器との接続がなされているときに第2の接続解除手段における電気的な接続がなされるのを防止することができると共に、第1の接続解除手段および第2の接続解除手段を別々に設けるものに比して部品点数を低減することができる。
また、本発明の電源装置において、前記第1の接続解除手段より前記電気機器側で且つ前記第2の接続解除手段および前記平滑コンデンサより前記直流電源側で該直流電源からの電力を昇圧して前記電気機器側に供給可能な昇圧手段を備えるものとすることもできる。この場合、平滑コンデンサには、昇圧手段によって昇圧された電力が蓄えられることになるが、第2の接続解除手段によって平滑コンデンサに蓄えられた電力をより確実に且つより速く放電することができる。
本発明の車両は、上述のいずれかの態様の本発明の電源装置、即ち、基本的には、電気機器と電力のやり取りを行なう電源装置であって、充放電可能な直流電源と、前記直流電源と前記電気機器との電気的な接続および接続の解除が可能な第1の接続解除手段と、前記直流電源に対して前記第1の接続解除手段より前記電気機器側で該電気機器と並列に接続された平滑コンデンサと、前記直流電源に対して前記第1の接続解除手段より前記電気機器側で該電気機器と並列に接続されて電気的な接続および接続の解除が可能な第2の接続解除手段と、を備える電源装置と、前記電気機器として走行用の動力を入出力可能な電動機と、を備えることを要旨とする。
この本発明の車両は、上述のいずれかの態様の本発明の電源装置を搭載するから、本発明の電源装置が奏する効果、例えば、平滑コンデンサに蓄えられた電力をより確実に且つより速く放電することができる効果などと同様の効果を奏することができる。
こうした本発明の車両において、車両の衝突を検知または予測する衝突検知予測手段と、前記衝突検知予測手段により車両の衝突が検知または予測されたときには、前記第1の接続解除手段における前記直流電源と前記電気機器との接続を解除した後に前記第2の接続解除手段における電気的な接続がなされるよう前記第1の接続解除手段および前記第2の接続解除手段を制御する衝突検知予測時制御手段と、を備えるものとすることもできる。こうすれば、車両の衝突が検知または予測されたときに、第2の接続解除手段によって平滑コンデンサに蓄えられた電力をより確実に且つより速く放電することができる。
本発明の一実施例としての電源装置20を搭載した電気自動車100の構成の概略を示す構成図である。 リレー38およびリレー44の構成の一例を模式的に示す模式図である。 リレー38およびリレー44の構成の一例を模式的に示す模式図である。 リレー38および変形例のリレー144の構成の一例を模式的に示す模式図である。 リレー38および変形例のリレー144の構成の一例を模式的に示す模式図である。 変形例の電気自動車200の構成の概略を示す構成図である。
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
図1は、本発明の一実施例としての電源装置20を搭載した電気自動車100の構成の概略を示す構成図である。実施例の電気自動車100は、図示するように、駆動輪49a,49bに接続されたモータMGと、モータMGを駆動するインバータ40と、インバータ40を介してモータMGと電力をやりとりするバッテリ22と、バッテリ22とインバータ40との間に設けられてバッテリ22とインバータ40との電気的な接続および接続の解除が可能なシステムメインリレー30と、システムメインリレー30よりインバータ40側に設けられた平滑コンデンサ42と、システムメインリレー30よりインバータ40側に設けられてインバータ40や平滑コンデンサ42と並列に接続されたリレー44と、車両全体を制御する電子制御ユニット70と、を備える。ここで、実施例の電源装置20としては、主として、バッテリ22やシステムメインリレー30,平滑コンデンサ42,リレー44が該当する。
システムメインリレー30は、バッテリ22の正極側端子22aと正極母線46aとに介在するリレー32と、リレー32に並列に接続されてリレー32をオンする際に突入電流を回避するためのリレー34および抵抗36と、バッテリ22の負極側端子22bと負極母線46bとに介在するリレー38と、から構成されている。また、システムメインリレー30よりインバータ40側には、正極母線46aと負極母線46bとの電気的な接続および接続の解除が可能なリレー44が設けられている。図2および図3は、リレー38およびリレー44の構成の一例を模式的に示す模式図である。リレー38とリレー44とは、図2および図3に示すように、バッテリ22の負極側端子22bと負極母線46bとに接触することによりこれらを電気的に接続可能な導電性の接続部材38aと、正極母線46aと負極母線46bとに接触することによりこれらを電気的に接続可能な導電性の接続部材44aとが、結合部45を介して機械的に一体に形成されており、この接続部材38a,44aと、電流を流したり停止することによって接続部材38a,44aを図中上下方向に移動させる電磁石38bと、接続部材38aの一部と当接することによって接続部材38a,44aの移動を制限するケース38cとから構成されている。ここで、ケース38cは、接続部材44aが正極母線46aおよび負極母線46bに接触しているときに接続部材38aがケース38cに当接する位置に設けられている。リレー38,44は、電磁石38bに電流を流すと、図2に示すように、接続部材44aが正極母線46aおよび負極母線46bから離れて正極母線46aと負極母線46bとが電気的に遮断されると共に、接続部材38aがバッテリ22の負極側端子22bおよび負極母線46bに接触して負極側端子22bと負極側母線46bとが接触部材38aを介して電気的に接続される。また、電磁石38bへの電流を停止すると、図示しないバネの付勢力により、図3に示すように、接続部材38aがバッテリ22の負極側端子22bおよび負極母線46bから離れてケース38cに当接し、負極側端子22bと負極母線46bとが電気的に遮断されると共に、接続部材44aが正極母線46aおよび負極母線46bに接触して正極母線46aと負極母線46bとが接続部材44aを介して電気的に接続される。即ち、リレー38,44は、バッテリ22の負極側端子22bと負極母線46bとが電気的に遮断されているときに正極母線46aと負極母線46bとが電気的に接続されるように接続部材38a,44aにおいて機械的に一体に形成されているのである。このようにリレー38,44が機械的に一体に形成されることにより、バッテリ22の負極側端子22bと負極母線46bとが電気的に接続されているときに正極母線46aと負極母線46bとが電気的に接続されるのを防止することができ、バッテリ22が電極母線46に接続されているときに回路がショートするのを抑制することができる。また、リレー38,44を機械的に一体に形成することにより、これらを別々に設けるものに比して電磁石やケースを減らすことができ、制御対象や部品を低減することができる。
電子制御ユニット70は、CPU72を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPU72の他に処理プログラムを記憶するROM74と、データを一時的に記憶するRAM76と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。電子制御ユニット70には、イグニッションスイッチ80からのイグニッション信号,シフトレバー81の操作位置を検出するシフトポジションセンサ82からのシフトポジションSP,アクセルペダル83の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Acc,ブレーキペダル85の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ86からのブレーキペダルポジションBP,車速センサ88からの車速V,車両の加速度を検出する加速度センサ89からの加速度aなどが入力ポートを介して入力されており、電子制御ユニット70からは、システムメインリレー30やリレー44,インバータ50への駆動信号が出力されている。また、電子制御ユニット70は、実施例では、加速度センサ89からの信号に基づいて車両の衝突も検知している。
こうして構成された実施例の電気自動車100は、操作者によってイグニッションスイッチ80がオンされたときには、正極母線46aと負極母線46bとの電気的な接続が解除されると共にバッテリ22が電力母線46に電気的に接続されるようシステムメインリレー30およびリレー44を駆動し、操作者のアクセルペダル83の踏み込み量に応じたトルクにより走行するようインバータ40を駆動する。そして、操作者によってイグニッションスイッチ80がオフされたり、加速度センサ89からの信号に基づいて車両の衝突が検知されたときには、バッテリ22と電力母線46との電気的な接続が解除されると共に平滑コンデンサ42に蓄えられた電力を放電すべく正極母線46aと負極母線46bとが電気的に接続されるようシステムメインリレー30およびリレー44を駆動する。システムメインリレー30やリレー44の駆動としては、具体的には、操作者によってイグニッション80がオンされたときには、正極母線46aと負極母線46bとの電気的な接続が解除された後にバッテリ22の負極側電極22bと負極母線46bとが電気的に接続されるよう電磁石38bに電流を流してリレー38,44を駆動し、その後、バッテリ22の正極側電極22aと正極母線46aとが電気的に接続されるようリレー32,34を駆動する。また、イグニッションスイッチ80がオフされたり、加速度センサ89からの信号に基づいて車両の衝突が検知されたときには、バッテリ22の正極側電極22aと正極母線46aとの電気的な接続が解除されるようリレー32を駆動し、バッテリ22の負極側電極22bと負極母線46bとが電気的に遮断された後に平滑コンデンサ42に蓄えられた電力を放電すべく正極母線46aと負極母線46bとが電気的に接続されるよう電磁石38bへの電流を停止する。このように、イグニッションスイッチ80がオフされたり車両の衝突が検知されたときには、バッテリ22の負極側電極22bと負極母線46bとが電気的に遮断された後にリレー44によって平滑コンデンサ42に蓄えられた電力が放電されるから、平滑コンデンサ42に蓄えられた電力をより確実に且つより速く放電することができる。また、リレー38,44は、電磁石38bへの電流を停止するときにバッテリ22の負極側電極22bと負極母線46bとが電気的に遮断されると共に正極母線46aと負極母線46bとが電気的に接続されるよう構成されているから、車両の衝突によって電子制御ユニット70に不具合が生じた場合などでも、電磁石46bへの電流が停止されることにより、バッテリ22を電力母線46から切り離すことができると共に平滑コンデンサ42に蓄えられた電力を迅速に放電することができる。したがって、こうした構成により、平滑コンデンサ42に蓄えられた電力をより確実に且つより速く放電することができるのである。
以上説明した実施例の電源装置20を搭載した電気自動車100によれば、バッテリ22に対してシステムメインリレー30よりインバータ40側に平滑コンデンサ42に並列して電気的な接続および接続の解除が可能なリレー44を設けたから、システムオフ時には、システムメインリレー30によってバッテリ22と電力母線46とを電気的に遮断した後にリレー44によって正極母線46aと負極母線46bとを電気的に接続して平滑コンデンサ42に蓄えられた電力をより確実に且つより速く放電することができる。しかも、リレー38における接続が解除されているときに正極母線46aと負極母線46bとの電気的な接続がなされるようにリレー38,44を機械的に一体に形成したから、バッテリ22と電力母線46とが電気的に接続されているときに正極母線46aと負極母線46bとが電気的に接続されるのを防止することができ、バッテリ22が電極母線46に接続されているときに回路がショートするのを抑制することができる。
実施例の電源装置20を搭載した電気自動車100では、リレー44の接続部材44aとリレー38の接続部材38aとを機械的に一体に形成するものとしたが、接続部材38a,44aは、それぞれ別々に設けるものとしてもよい。この場合、バッテリ22が電力母線46に電気的に接続されているときには、正極母線46aと負極母線46bとが電気的に接続されないようリレー38,44を駆動制御するものとすればよい。また、図4および図5の変形例のリレー144に示すように、バッテリ22が電力母線46と電気的に接続されているときに、物理的な構成として正極母線46aと負極母線46bとが電気的に接続されないようにリレー144を形成するものとしてもよい。変形例のリレー144は、図4および図5に示すように、正極母線46aと負極母線46bと接触することによりこれらを電気的に接続可能な接続部材144aと、電流を流したり停止することにより接続部材144aを図中上下方向に移動させる電磁石144bと、接続部材144aと当接することにより接続部材144aの移動を制限するケース144cとから構成されており、電磁石144bに電流を流すと、接続部材144aが正極母線46aおよび負極母線46bから離れて正極母線46aと負極母線46bとが電気的に遮断され、電磁石144bへの電流を停止すると、図示しないバネの付勢力により接続部材144aが正極母線46aおよび負極母線46bに接触して正極母線46aおよび負極母線46bが電気的に接続される。ここで、接続部材144aは、接続部材144aが可動な方向(図中、上下方向)に対して垂直な面であるクランク部144dを有しており、電磁石144bに電流を流したり停止することにより、クランク部144dも接続部材144aの一部として図中上下方向に移動する。そして、リレー38の接続部材38aがバッテリ22の負極側端子22bおよび負極母線46bに接触しているときには、図4に示すように、接続部材144aが正極母線46aおよび負極母線46bに接触するよう電磁石144bへの電流を停止してもクランク部144dが接続部材38aに接触し、図5に示すように、接続部材38aがバッテリ22の負極側端子22bおよび負極母線46bから離れているときにだけ正極母線46aと負極母線46bとの電気的な接続が可能となるように形成されている。即ち、リレー38,144は、バッテリ22の負極側端子22bと負極母線46bとの電気的な接続と、正極母線46aと負極母線46bとの電気的な接続とが、物理的に同時になされないよう形成されているのである。このようにリレー144を形成することにより、誤ってリレー38,144を駆動したとしても、バッテリ22が電力母線46に電気的に接続されているときに回路がショートするのを抑制することができる。
実施例の電源装置20を搭載した電気自動車100では、バッテリ22は、システムメインリレー30を介して直接にインバータ40と接続されるものとしたが、図6の変形例の電気自動車200に示すように、システムメインリレー30よりインバータ40側で且つ平滑コンデンサ42やリレー44よりバッテリ22側に設けられてバッテリ22からの電力を昇圧してインバータ40に供給可能な昇圧コンバータ60を備えるものとしてもよい。この場合、平滑コンデンサ42には、昇圧コンバータ60によって昇圧された電力が蓄えられることになるが、上述した実施例と同様の制御によって平滑コンデンサ42に蓄えられた電力をより確実に且つより速く放電することができる。
実施例の電源装置20を搭載した電気自動車100では、加速度センサ89からの信号に基づいて車両の衝突が検知されたときに、システムメインリレー30によってバッテリ22と電力母線46とを電気的に遮断すると共にリレー44によって正極母線46aと負極母線46bとを電気的に接続するものとしたが、加速度センサ89に代えてまたは加えて車両周辺に存在する物体を認識するレーダセンサやカメラ等を備え、これらの信号に基づいて車両の衝突を検知または予測してシステムメインリレー30およびリレー44を駆動制御するものとしても構わない。
実施例の電源装置20では、インバータ40を介してモータMGに接続されるものとして説明したが、電源装置20は電気機器と電力をやりとりするものであればよく、モータや発電機に代えてまたは加えて他の電気機器に接続されるものとしてもよい。
実施例の電源装置20では、電気自動車100に搭載されて走行用のモータMGと電力のやりとりを行なうものとしたが、自動車以外の電車などの車両や船舶,航空機などの移動体に搭載される電源装置の形態や建設設備などの移動しない設備に組み込まれた電源装置の形態としても構わない。
ここで、実施例や変形例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、インバータ40やモータMGが「電気機器」に相当し、バッテリ22が「直流電源」に相当し、システムメインリレー30が「第1の接続解除手段」に相当し、平滑コンデンサ42が「平滑コンデンサ」に相当し、リレー44やリレー144が「第2の接続解除手段」に相当する。また、昇圧コンバータ60が「昇圧手段」に相当し、加速度センサ89や加速度センサ89からの信号に基づいて車両の衝突を検知する電子制御ユニット70が「衝突検知予測手段」に相当し、加速度センサ89からの信号に基づいて車両の衝突が検知されたときには、バッテリ22と電力母線46との電気的な接続が解除されると共に平滑コンデンサ42に蓄えられた電力を放電すべく正極母線46aと負極母線46bとが電気的に接続されるようシステムメインリレー30およびリレー44を駆動する電子制御ユニット70が「衝突検知予測時制御手段」に相当する。ここで、「電気機器」としては、インバータ40やモータMGに限定されるものではなく、これらに代えてまたは加えて如何なる電気機器を用いるものとしても構わない。「直流電源」としては、バッテリ22に限定されるものではなく、直流電源であれば如何なるものとしても構わない。「第1の接続解除手段」としては、システムメインリレー30に限定されるものではなく、直流電源と電気機器との電気的な接続および接続の解除が可能なものであれば如何なるものとしても構わない。「平滑コンデンサ」としては、平滑コンデンサ42に限定されるものではなく、直流電源に対して第1の接続解除手段より電気機器側で電気機器と並列に接続されるものであれば如何なるものとしても構わない。「第2の接続解除手段」としては、リレー44やリレー144に限定されるものではなく、第1の接続解除手段より電気機器側で電気機器と並列に接続されて電気的な接続および接続の解除が可能なものであれば如何なるものとしても構わない。「昇圧手段」としては、昇圧コンバータ60に限定されるものではなく、第1の接続解除手段より電気機器側で且つ第2の接続解除手段および平滑コンデンサより直流電源側で直流電源からの電力を昇圧して電気機器側に供給可能なものであれば如何なるものとしても構わない。「衝突検知予測手段」としては、車両の加速度に基づいて車両の衝突を検知するものに限定されるものではなく、車両周辺に存在する物体を認識するレーダセンサやカメラ等を備え、車両の衝突を検知または予測するものなど、車両の衝突を検知または予測するものであれば如何なるものとしても構わない。「衝突検知予測時制御手段」としては、車両の衝突が検知されたときには、バッテリ22と電力母線46との電気的な接続が解除されると共に平滑コンデンサ42に蓄えられた電力を放電すべく正極母線46aと負極母線46bとが電気的に接続されるようシステムメインリレー30およびリレー44を駆動するものに限定されるものではなく、衝突検知予測手段により車両の衝突が検知または予測されたときには、第1の接続解除手段における直流電源と電気機器との接続を解除した後に第2の接続解除手段における電気的な接続がなされるよう第1の接続解除手段および第2の接続解除手段を制御するものであれば如何なるものとしても構わない。なお、実施例や変形例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
本発明は、電源装置や車両の製造産業などに利用可能である。
20 電源装置、22 バッテリ、22a 正極側端子、22b 負極側端子、30 システムメインリレー、32,34,38,44,144 リレー、36 抵抗、38a,44a,144a 接続部材、38b,144b 電磁石、38c,144c ケース、40 インバータ、42 平滑コンデンサ、45 結合部、46 電力母線、46a 正極母線、46b 負極母線、49a,49b 駆動輪、60 昇圧コンバータ、70 電子制御ユニット、72 CPU、74 ROM、76 RAM、80 イグニッションスイッチ、81 シフトレバー、82 シフトポジションセンサ、83 アクセルペダル、84 アクセルペダルポジションセンサ、85 ブレーキペダル、86 ブレーキペダルポジションセンサ、88 車速センサ、89 加速度センサ、100,200 電気自動車、MG モータ。

Claims (5)

  1. 電気機器と電力のやり取りを行なう電源装置であって、
    充放電可能な直流電源と、
    前記直流電源と前記電気機器との電気的な接続および接続の解除が可能な第1の接続解除手段と、
    前記直流電源に対して前記第1の接続解除手段より前記電気機器側で該電気機器と並列に接続された平滑コンデンサと、
    前記直流電源に対して前記第1の接続解除手段より前記電気機器側で該電気機器と並列に接続されて電気的な接続および接続の解除が可能な第2の接続解除手段と、
    を備える電源装置。
  2. 請求項1記載の電源装置であって、
    前記第1の接続解除手段および前記第2の接続解除手段は、前記第1の接続解除手段における前記直流電源と前記電気機器との接続を解除したときに前記第2の接続解除手段における電気的な接続がなされるよう機械的に一体に形成されてなる、
    請求項1記載の電源装置。
  3. 請求項1または2記載の電源装置であって、
    前記第1の接続解除手段より前記電気機器側で且つ前記第2の接続解除手段および前記平滑コンデンサより前記直流電源側で該直流電源からの電力を昇圧して前記電気機器側に供給可能な昇圧手段を、
    備える電源装置。
  4. 請求項1ないし3のいずれか1つの請求項に記載された電源装置と、
    前記電気機器として走行用の動力を入出力可能な電動機と、
    を備える車両。
  5. 請求項4記載の車両であって、
    車両の衝突を検知または予測する衝突検知予測手段と、
    前記衝突検知予測手段により車両の衝突が検知または予測されたときには、前記第1の接続解除手段における前記直流電源と前記電気機器との接続を解除した後に前記第2の接続解除手段における電気的な接続がなされるよう前記第1の接続解除手段および前記第2の接続解除手段を制御する衝突検知予測時制御手段と、
    を備える車両。
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