JP2012249455A - Electric system in vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、車両の電気システムに関し、特に、蓄電装置を充電する技術に関する。 The present invention relates to an electric system of a vehicle, and more particularly to a technique for charging a power storage device.
駆動源として用いられる電動モータを搭載したハイブリッド車、電気自動車、燃料電池車などが知られている。これらの車両には、電動モータに供給する電力を蓄えるバッテリおよびキャパシタなどの蓄電装置が搭載される。蓄電装置には、回生発電により得られた電力、エンジンにより発電器を駆動することにより発電された電力が蓄えられる。車両の外部の電源から供給された電力を蓄電装置に充電することが可能な車両もある。 A hybrid vehicle, an electric vehicle, a fuel cell vehicle, and the like equipped with an electric motor used as a drive source are known. These vehicles are equipped with power storage devices such as a battery and a capacitor for storing electric power supplied to the electric motor. The power storage device stores electric power obtained by regenerative power generation and electric power generated by driving a generator by an engine. Some vehicles can charge power storage devices with electric power supplied from a power source outside the vehicle.
車両の外部の電源から供給された電力を蓄電装置に充電することが可能である場合、蓄電装置が満充電状態であることに気付かずに充電を繰り返すことが考えられる。このような充電が繰り返されると、蓄電装置が早く劣化し得る。そこで、このような充電を防止すべく、特開平10−290534号公報(特許文献1)に記載のように、バッテリの電流ならびに自己放電量などから算出された残容量が所定値以上のとき、充電動作を禁止することが提案されている。 When it is possible to charge the power storage device with electric power supplied from a power supply outside the vehicle, it is conceivable that charging is repeated without realizing that the power storage device is fully charged. When such charging is repeated, the power storage device can deteriorate quickly. Therefore, in order to prevent such charging, as described in JP-A-10-290534 (Patent Document 1), when the remaining capacity calculated from the battery current and the self-discharge amount is a predetermined value or more, It has been proposed to prohibit the charging operation.
しかしながら、バッテリの電流ならびに自己放電量は、バッテリの劣化の程度および温度などの因子に応じて大きく変動する。したがって、バッテリが実際には満充電状態であるにもかかわらず、残容量が低く算出されることもあり得る。このような場合、バッテリが誤って充電され得る。 However, the battery current and the self-discharge amount greatly vary depending on factors such as the degree of deterioration of the battery and the temperature. Therefore, the remaining capacity may be calculated low even though the battery is actually fully charged. In such a case, the battery can be charged accidentally.
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、過充電による蓄電装置の劣化を抑制することである。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to suppress deterioration of a power storage device due to overcharging.
ある実施例において、車両の電気システムは、電源から供給された電力を蓄える蓄電装置と、電源と蓄電装置とを遮断しておき、蓄電装置の電圧がしきい値より低いと、電源と蓄電装置とを接続する接続装置とを備える。 In one embodiment, an electric system of a vehicle stores a power storage device that stores power supplied from a power source, and the power source and the power storage device, and when the voltage of the power storage device is lower than a threshold value, And a connection device for connecting the two.
この構成によると、蓄電装置の電圧がしきい値より低ければ、蓄電装置の充電が可能となる。蓄電装置の電圧がしきい値以上であれば、蓄電装置の充電が制限される。蓄電装置の電圧は蓄電装置の残存容量を直接的に示すため、蓄電装置の電圧に基づいて充電を制御することにより、蓄電装置が満充電である状態においてさらに蓄電装置を充電することを精度よく抑制できる。そのため、過充電による蓄電装置の劣化を抑制できる。 According to this configuration, if the voltage of the power storage device is lower than the threshold value, the power storage device can be charged. If the voltage of the power storage device is equal to or higher than the threshold value, charging of the power storage device is limited. Since the voltage of the power storage device directly indicates the remaining capacity of the power storage device, by controlling charging based on the voltage of the power storage device, it is possible to accurately charge the power storage device even when the power storage device is fully charged. Can be suppressed. Therefore, deterioration of the power storage device due to overcharging can be suppressed.
別の実施例において、接続装置は、電源と充電装置とを接続した後、蓄電装置の電圧が、しきい値よりも高く定められた所定の値よりも高くなると、電源と蓄電装置とを遮断する。 In another embodiment, the connection device shuts off the power supply and the power storage device when the voltage of the power storage device becomes higher than a predetermined value higher than the threshold after connecting the power supply and the charging device. To do.
この構成によると、蓄電装置の充電を許容する電圧の上限は、蓄電装置の充電を停止するときの電圧よりも低く定められる。したがって、蓄電装置の過充電をさらに制限し易くできる。 According to this configuration, the upper limit of the voltage that allows charging of the power storage device is set lower than the voltage at which charging of the power storage device is stopped. Therefore, overcharge of the power storage device can be further easily restricted.
さらに別の実施例において、電気システムは、電源から供給された電力を蓄電装置に充電する充電装置をさらに備える。接続装置は、充電装置が電源に接続された後において、電源と蓄電装置とを遮断しておき、蓄電装置の電圧がしきい値より低いと、蓄電装置と充電装置とを接続する。 In yet another embodiment, the electrical system further includes a charging device that charges the power storage device with the power supplied from the power source. The connection device shuts off the power source and the power storage device after the charging device is connected to the power source, and connects the power storage device and the charging device when the voltage of the power storage device is lower than a threshold value.
この構成によると、蓄電装置と充電装置との間に設けられた接続装置によって、蓄電装置への充電を制限できる。 According to this configuration, charging of the power storage device can be limited by the connection device provided between the power storage device and the charging device.
さらに別の実施例において、電源は、車両の外部の電源である。
この構成によると、車両の外部の電源から供給された電力によって蓄電装置を充電できる。
In yet another embodiment, the power source is a power source external to the vehicle.
According to this configuration, the power storage device can be charged with electric power supplied from a power supply external to the vehicle.
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same parts are denoted by the same reference numerals. Their names and functions are also the same. Therefore, detailed description thereof will not be repeated.
図1を参照して、ハイブリッド車には、エンジン100と、第1モータジェネレータ110と、第2モータジェネレータ120と、動力分割機構130と、減速機140と、バッテリ150とが搭載される。なお、以下の説明においては一例としてハイブリッド車について説明するが、電気自動車または燃料電池車を用いるようにしてもよい。
Referring to FIG. 1,
エンジン100、第1モータジェネレータ110、第2モータジェネレータ120、バッテリ150は、ECU(Electronic Control Unit)170により制御される。ECU170は複数のECUに分割するようにしてもよい。
この車両は、エンジン100および第2モータジェネレータ120のうちの少なくともいずれか一方からの駆動力により走行する。すなわち、エンジン100および第2モータジェネレータ120のうちのいずれか一方もしくは両方が、運転状態に応じて駆動源として自動的に選択される。
This vehicle travels by driving force from at least one of
たとえばアクセル開度が小さい場合および車速が低い場合などには、第2モータジェネレータ120のみを駆動源としてハイブリッド車が走行する。この場合、エンジン100が停止される。ただし、発電などのためにエンジン100が駆動する場合がある。
For example, when the accelerator opening is small and the vehicle speed is low, the hybrid vehicle runs using only the
また、アクセル開度が大きい場合、車速が高い場合、バッテリ150の残存容量(SOC:State Of Charge)が小さい場合などには、エンジン100が駆動される。この場合、エンジン100のみ、もしくはエンジン100および第2モータジェネレータ120の両方を駆動源としてハイブリッド車が走行する。
Further, when the accelerator opening is large, the vehicle speed is high, or the remaining capacity (SOC: State Of Charge) of
エンジン100を走行用の駆動源として用いずに、発電のためにだけ用いるようにしてもよい。すなわち、ハイブリッド車は、シリーズハイブリッド車であってもよい。
The
エンジン100は、内燃機関である。燃料と空気の混合気が燃焼室内で燃焼することよって、出力軸であるクランクシャフトが回転する。エンジン100から排出される排気ガスは、触媒102によって浄化された後、車外に排出される。触媒102は、温度が所定の活性温度まで増大されることによって浄化作用を発揮する。触媒102の暖機は、排気ガスの熱を利用して行なわれる。触媒102は、たとえば三元触媒である。
The
排気ガスから、エンジン100の空燃比が空燃比センサ104により検出される。また、エンジン100の冷却水の温度は、温度センサ106により検出される。空燃比センサ104の出力および温度センサ106の出力は、ECU170に入力される。
The air-fuel ratio of the
エンジン100、第1モータジェネレータ110および第2モータジェネレータ120は、動力分割機構130を介して接続されている。エンジン100が発生する動力は、動力分割機構130により、2経路に分割される。一方は減速機140を介して前輪160を駆動する経路である。もう一方は、第1モータジェネレータ110を駆動させて発電する経路である。
第1モータジェネレータ110は、U相コイル、V相コイルおよびW相コイルを備える、三相交流回転電機である。第1モータジェネレータ110は、動力分割機構130により分割されたエンジン100の動力により発電する。第1モータジェネレータ110により発電された電力は、車両の走行状態や、バッテリ150の残存容量の状態に応じて使い分けられる。たとえば、通常走行時では、第1モータジェネレータ110により発電された電力はそのまま第2モータジェネレータ120を駆動させる電力となる。一方、バッテリ150のSOCが予め定められた値よりも低い場合、第1モータジェネレータ110により発電された電力は、後述するインバータにより交流から直流に変換される。その後、後述するコンバータにより電圧が調整されてバッテリ150に蓄えられる。
第1モータジェネレータ110が発電機として作用している場合、第1モータジェネレータ110は負のトルクを発生している。ここで、負のトルクとは、エンジン100の負荷となるようなトルクをいう。第1モータジェネレータ110が電力の供給を受けてモータとして作用している場合、第1モータジェネレータ110は正のトルクを発生する。ここで、正のトルクとは、エンジン100の負荷とならないようなトルク、すなわち、エンジン100の回転をアシストするようなトルクをいう。なお、第2モータジェネレータ120についても同様である。
When
第2モータジェネレータ120は、U相コイル、V相コイルおよびW相コイルを備える、三相交流回転電機である。第2モータジェネレータ120は、バッテリ150に蓄えられた電力および第1モータジェネレータ110により発電された電力のうちの少なくともいずれかの電力により駆動する。
第2モータジェネレータ120の駆動力は、減速機140を介して前輪160に伝えられる。これにより、第2モータジェネレータ120はエンジン100をアシストしたり、第2モータジェネレータ120からの駆動力により車両を走行させたりする。なお、前輪160の代わりにもしくは加えて後輪を駆動するようにしてもよい。
The driving force of the
ハイブリッド車の回生制動時には、減速機140を介して前輪160により第2モータジェネレータ120が駆動され、第2モータジェネレータ120が発電機として作動する。これにより第2モータジェネレータ120は、制動エネルギを電力に変換する回生ブレーキとして作動する。第2モータジェネレータ120により発電された電力は、バッテリ150に蓄えられる。
During regenerative braking of the hybrid vehicle, the
動力分割機構130は、サンギヤと、ピニオンギヤと、キャリアと、リングギヤとを含む遊星歯車から構成される。ピニオンギヤは、サンギヤおよびリングギヤと係合する。キャリアは、ピニオンギヤが自転可能であるように支持する。サンギヤは第1モータジェネレータ110の回転軸に連結される。キャリアはエンジン100のクランクシャフトに連結される。リングギヤは第2モータジェネレータ120の回転軸および減速機140に連結される。
Power split
エンジン100、第1モータジェネレータ110および第2モータジェネレータ120が、遊星歯車からなる動力分割機構130を介して連結されることで、エンジン100、第1モータジェネレータ110および第2モータジェネレータ120の回転数は、図3で示すように、共線図において直線で結ばれる関係になる。
The
図1に戻って、バッテリ150は、複数のバッテリセルを一体化したバッテリモジュールを、さらに複数直列に接続して構成された組電池である。バッテリ150の電圧は、電圧センサ152により検出され、検出された電圧を表す信号がECU170に入力される。バッテリ150には、第1モータジェネレータ110および第2モータジェネレータ120の他、車両の外部の電源から供給される電力が充電される。なお、バッテリ150の代わりにもしくは加えてキャパシタを用いるようにしてもよい。
Returning to FIG. 1, the
図3を参照して、ハイブリッド車の電気システムについてさらに説明する。ハイブリッド車には、コンバータ200と、第1インバータ210と、第2インバータ220と、システムメインリレー(SMR)230と、充電器240と、インレット250とが設けられる。
With reference to FIG. 3, the electric system of the hybrid vehicle will be further described. The hybrid vehicle is provided with a
コンバータ200は、リアクトルと、二つのnpn型トランジスタと、二つダイオードとを含む。リアクトルは、各バッテリの正極側に一端が接続され、2つのnpn型トランジスタの接続点に他端が接続される。
2つのnpn型トランジスタは、直列に接続される。npn型トランジスタは、ECU170により制御される。各npn型トランジスタのコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにダイオードがそれぞれ接続される。
Two npn-type transistors are connected in series. The npn transistor is controlled by the
なお、npn型トランジスタとして、たとえば、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を用いることができる。npn型トランジスタに代えて、パワーMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)等の電力スイッチング素子を用いることができる。 For example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) can be used as the npn transistor. Instead of the npn type transistor, a power switching element such as a power MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) can be used.
バッテリ150から放電された電力を第1モータジェネレータ110もしくは第2モータジェネレータ120に供給する際、電圧がコンバータ200により昇圧される。逆に、第1モータジェネレータ110もしくは第2モータジェネレータ120により発電された電力をバッテリ150に充電する際、電圧がコンバータ200により降圧される。
When the electric power discharged from the
コンバータ200と、各インバータとの間のシステム電圧VHは、電圧センサ180により検出される。電圧センサ180の検出結果は、ECU170に送信される。
System voltage VH between
第1インバータ210は、U相アーム、V相アームおよびW相アームを含む。U相アーム、V相アームおよびW相アームは並列に接続される。U相アーム、V相アームおよびW相アームは、それぞれ、直列に接続された2つのnpn型トランジスタを有する。各npn型トランジスタのコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードがそれぞれ接続される。そして、各アームにおける各npn型トランジスタの接続点は、第1モータジェネレータ110の各コイルの中性点112とは異なる端部にそれぞれ接続される。
第1インバータ210は、バッテリ150から供給される直流電流を交流電流に変換し、第1モータジェネレータ110に供給する。また、第1インバータ210は、第1モータジェネレータ110により発電された交流電流を直流電流に変換する。
第2インバータ220は、U相アーム、V相アームおよびW相アームを含む。U相アーム、V相アームおよびW相アームは並列に接続される。U相アーム、V相アームおよびW相アームは、それぞれ、直列に接続された2つのnpn型トランジスタを有する。各npn型トランジスタのコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードがそれぞれ接続される。そして、各アームにおける各npn型トランジスタの接続点は、第2モータジェネレータ120の各コイルの中性点122とは異なる端部にそれぞれ接続される。
第2インバータ220は、バッテリ150から供給される直流電流を交流電流に変換し、第2モータジェネレータ120に供給する。また、第2インバータ220は、第2モータジェネレータ120により発電された交流電流を直流電流に変換する。
コンバータ200、第1インバータ210および第2インバータ220は、ECU170により制御される。
システムメインリレー230は、バッテリ150と充電器240との間に設けられる。システムメインリレー230は、バッテリ150と電気システムとを接続した状態および遮断した状態を切換えるリレーである。システムメインリレー230が開いた状態であると、バッテリ150が電気システムから遮断される。システムメインリレー230が閉じた状態であると、バッテリ150が電気システムに接続される。
System
すなわち、システムメインリレー230が開いた状態であると、バッテリ150が充電器240および後述する外部電源402などから電気的に遮断される。システムメインリレー230が閉じた状態であると、バッテリ150が、充電器240および外部電源402などと電気的に接続される。システムメインリレー230の状態は、ECU170により制御される。システムメインリレー230の制御態様は、あとで詳述する。
That is, when system
充電器240は、バッテリ150とコンバータ200との間に接続される。図4に示すように、充電器240は、AC/DC変換回路242と、DC/AC変換回路244と、絶縁トランス246と、整流回路248とを含む。
AC/DC変換回路242は、単相ブリッジ回路から成る。AC/DC変換回路242は、ECU170からの駆動信号に基づいて、交流電力を直流電力に変換する。また、AC/DC変換回路242は、コイルをリアクトルとして用いることにより電圧を昇圧する昇圧チョッパ回路としても機能する。
The AC /
DC/AC変換回路244は、単相ブリッジ回路から成る。DC/AC変換回路244は、ECU170からの駆動信号に基づいて、直流電力を高周波の交流電力に変換して絶縁トランス246へ出力する。
The DC /
絶縁トランス246は、磁性材から成るコアと、コアに巻回された一次コイルおよび二次コイルを含む。一次コイルおよび二次コイルは、電気的に絶縁されており、それぞれDC/AC変換回路244および整流回路248に接続される。絶縁トランス246は、DC/AC変換回路244から受ける高周波の交流電力を一次コイルおよび二次コイルの巻数比に応じた電圧レベルに変換して整流回路248へ出力する。整流回路248は、絶縁トランス246から出力される交流電力を直流電力に整流する。
AC/DC変換回路242とDC/AC変換回路244との間の電圧(平滑コンデンサの端子間電圧)は、電圧センサ182により検出され、検出結果を表わす信号がECU170に入力される。また、充電器240の出力電流は、電流センサ184により検出され、検出結果を表わす信号がECU170に入力される。さらに、充電器240の温度は、温度センサ186により検出され、検出結果を表わす信号がECU170に入力される。
A voltage (voltage between terminals of the smoothing capacitor) between AC /
インレット250は、たとえばハイブリッド車の側部に設けられる。インレット250には、ハイブリッド車と外部の電源402とを連結する充電ケーブル300のコネクタ310が接続される。
充電ケーブル300のプラグ320は、家屋に設けられたコンセント400に接続される。コンセント400には、ハイブリッド車の外部の電源402から交流電力が供給される。
Plug 320 of charging
充電ケーブル300によりハイブリッド車と外部の電源402とが連結された状態において、外部の電源402から供給された電力がバッテリ150に充電される。バッテリ150の充電時には、システムメインリレー230が閉じられる。
In a state where the hybrid vehicle and the
図5を参照して、バッテリ150の充電に関してECU170が実行する処理について説明する。以下に説明する処理は、ソフトウェア、ハードウェアまたはソフトウェアとハードウェアとの協働により実行される。以下に説明する処理は、たとえば、車両が停止し、イグニッションスイッチ(もしくはスタートスイッチ)がオフにされた状態において実行される。
With reference to FIG. 5, a process executed by
ステップ(以下ステップをSと略す)100にて、車両に外部充電用のコネクタ310が接続されたか否かを判断する。たとえば、車両に外部充電用のコネクタ310が接続された場合にオンになるように構成されたスイッチを用いて、車両に外部充電用のコネクタ310が接続されたか否かが判断される。車両に外部充電用のコネクタ310が接続されたか否かを判断する方法はこれに限定されない。
In step (hereinafter step is abbreviated as S) 100, it is determined whether or not
車両に外部充電用のコネクタ310が接続されると(S100にてYES)、S102にて、システムメインリレー230が開かれたまま待機される。S104にて、バッテリ150の電圧が第1しきい値より低いか否かが判断される。第1しきい値は、予め開発者により定められた値である。
When
充電を開始するために必要な条件として予め定められたその他の条件が満たされた場合に、バッテリ150の電圧が第1しきい値より低いか否かを判断するようにしてもよい。充電を開始するために必要な条件が、バッテリ150の電圧が第1しきい値より低いという条件を含んでもよい。
It may be determined whether or not the voltage of the
バッテリ150の電圧が第1しきい値より低いと(S104にてYES)、S106にて、システムメインリレー230が閉じられる。さらに、S108にて、バッテリ150の充電が開始される。
If the voltage of
その後、S110にて、バッテリ150の電圧が第2しきい値より高いか否かが判断される。第2しきい値は、第1しきい値よりも高く定められた所定の値である。第2しきい値は、予め開発者により定められる。バッテリ150の電圧が第2しきい値より高いと(S110にてYES)、バッテリ150が満充電状態であると判断され、S112にて充電が停止されるともに、S114にて、システムメインリレー230が開かれる。
Thereafter, in S110, it is determined whether or not the voltage of
一方、車両に外部充電用のコネクタ310が接続されるても(S100にてYES)、バッテリ150の電圧が第1しきい値以上であると(S104にてNO)、システムメインリレー230を閉じることなく、処理が終了する。
On the other hand, even if
以上のように、本実施の形態によれば、バッテリ150の電圧が第1しきい値より低ければ、バッテリ150の充電が可能となる。バッテリ150の電圧がしきい値以上であれば、バッテリ150の充電が制限される。バッテリ150の電圧はバッテリ150の残存容量を直接的に示すため、バッテリ150の電圧に基づいて充電を制御することにより、バッテリ150が満充電である状態においてさらにバッテリ150を充電することを精度よく抑制できる。そのため、過充電によるバッテリ150の劣化を抑制できる。
As described above, according to the present embodiment,
なお、図6に示すように、充電器240とシステムメインリレー230との間にさらに別のリレー232を設け、システムメインリレー230の代わりにもしくは加えてリレー232を制御するようにしてもよい。すなわち、リレー232を開いておき、バッテリ150の電圧が第1しきい値より低いとリレー232を閉じるようにしてもよい。この場合、図7に示すように、バッテリ150とシステムメインリレー230との間に充電器240を接続するようにしてもよい。すなわち、リレー232の位置は、バッテリ150と外部の電源402との間であればどこでもよい。
As shown in FIG. 6, another
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
100 エンジン、102 触媒、110 第1モータジェネレータ、120 第2モータジェネレータ、130 動力分割機構、140 減速機、150 バッテリ、152 電圧センサ、160 前輪、170 ECU、230 システムメインリレー、232 リレー、240 充電器、242 AC/DC変換回路、244 DC/AC変換回路、246 絶縁トランス、248 整流回路、250 インレット、300 充電ケーブル、310 コネクタ、320 プラグ、400 コンセント、402 電源。
100 Engine, 102 Catalyst, 110 First motor generator, 120 Second motor generator, 130 Power split mechanism, 140 Reducer, 150 Battery, 152 Voltage sensor, 160 Front wheel, 170 ECU, 230 System main relay, 232 relay, 240
Claims (4)
電源から供給された電力を蓄える蓄電装置と、
前記電源と前記蓄電装置とを遮断しておき、前記蓄電装置の電圧がしきい値より低いと、前記電源と前記蓄電装置とを接続する接続装置とを備える、電気システム。 A vehicle electrical system,
A power storage device for storing electric power supplied from a power source;
An electrical system comprising: a connection device that cuts off the power source and the power storage device, and connects the power source and the power storage device when a voltage of the power storage device is lower than a threshold value.
前記接続装置は、前記充電装置が前記電源に接続された後において、前記電源と前記蓄電装置とを遮断しておき、前記蓄電装置の電圧が前記しきい値より低いと、前記蓄電装置と前記充電装置とを接続する、請求項1に記載の電気システム。 A charging device for charging the power storage device with the power supplied from the power source;
The connection device shuts off the power source and the power storage device after the charging device is connected to the power source, and when the voltage of the power storage device is lower than the threshold value, the power storage device and the power storage device The electrical system according to claim 1, wherein the electrical system is connected to a charging device.
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