JP2014529985A - 電動車両のための冷却システム - Google Patents

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Abstract

【課題】車両の使用のすべての段階中における電気モータの効果的な冷却を保証できるようにする、冷却ストラテジーを提供する。【解決手段】本発明は、中央処理ユニット(3)と冷却回路(2)とを備える、電動車両のための冷却システム(1)であって、冷却回路(2)は、冷却剤流体の循環のための少なくとも1つのポンプ(4、5)とソレノイド弁(7)とラジエータ(10)とを備え、前記回路(2)が、バッテリー充電器(6)と電子制御デバイス(9)に関連付けられた電気モータ(8)とを冷却するように意図されている、電動車両のための冷却システム(1)に関する。本発明による冷却システムの主な特徴は、前記ポンプ(4、5)の各々の潜在的故障を含めて、各ポンプ(4、5)の有効化を管理するように中央コンピュータ(3)が構成されるということである。【選択図】図1

Description

本発明は、電気推進をもつ自動車のための冷却システムに関する。
この自動車は、電気推進のみをもつ電気自動車、または電気モータと内燃機関とを含む混合型推進をもつハイブリッド自動車のいずれかであり得る。冷却に関する限り、電気推進をもつ車両と内燃機関を備えた車両との両方に関する要件は同一ではない。内燃機関をもつ車両の場合、冷却システムは、従来、その機関に取り付けられたポンプを装備しており、それにより、ラジエータ、前記内燃機関および交換器を通して冷却剤を循環させて、車室を暖めることができるようになる。流量は、エンジン速度の直接関数(エンジンを停止したときにはゼロ)である。電気推進をもつ車両の場合、車両を停止したときには、バッテリーを家庭用電気ネットワークから再充電できるようにするために、前記車両が走行できるようにするトラクションチェーンの様々なエレメントだけでなく、充電器もまた冷却する必要がある。電気モータおよび充電器の様々な冷却段階は、少なくとも1つの電気ポンプによって実装され、それにより、所与の流量で冷却剤を循環させることができるようになる。
ある特定の単語の解釈に関するいかなる曖昧さもなくすために、本明細書で使用する場合、単語「ストラテジー」と「方法」とは等価であることを強調することが重要である。
電気推進をもつ車両のための冷却システムは、本質的には走行、停止、バッテリーの充電、およびバッテリーの交換を含む車両の様々な使用段階においてだけでなく、電動流体循環ポンプのような、冷却回路のある特定のエレメントの潜在的故障時にも効果的でなければならない。実際には、電気モータおよび/または充電器の過熱段階が早すぎること、および過熱段階が持続することは、車両に対して重大な損傷を引き起こし、車両を使用不可能にすることがあるので特に懸念される。本発明による冷却システムのコンテキストで開発された冷却ストラテジーは、冷却回路の、特に電気ポンプのある特定のエレメントの多少の欠陥動作状態を考慮に入れることによって、車両の使用のすべての段階中における電気モータの効果的な冷却を保証できるようにする。
本発明の主題は、中央処理ユニットと冷却回路とを備える、電気推進を備えた自動車のための冷却システムであって、冷却回路は、冷却剤を循環させるための少なくとも1つのポンプとソレノイド弁とラジエータとを備え、前記回路は、バッテリー充電器と電子制御デバイスに関連付けられた電気モータとを冷却するように意図されている、自動車のための冷却システムである。本発明による冷却システムの主な特徴は、計算を行う中央処理ユニットが、前記ポンプの各々の潜在的故障を補うことによって各ポンプの有効化を管理するように構成されるということである。実際に、ポンプは、冷却システムの主要なエレメントであるが、それは、ポンプが、冷却剤流量を管理し、したがって、いくらか急速な冷却をもたらすことができ、そのような冷却は、たとえば、要素の偶発的な過熱のような遭遇する様々な状況に適応させることが可能であるためである。したがって、各ポンプの運転状態にかかわらず、車両の寿命における任意の時点で好適に冷却を行うことが重要であり、そうしなければ、充電器または電気モータが許容できないくらい過熱する危険性がある。したがって、効率的かつ完璧かつ安全であるために、冷却システムは、停止、走行、バッテリーの交換、またはバッテリーの充電のような車両の使用段階中に、起こり得る状況をカバーすることが可能でなければならず、また、各ポンプのいかなる潜在的故障も緩和することが可能でなければならない。故障したポンプは、ポンプが、制御コマンドに反応するが、必要な設定点を生成しない場合、ならびに、ポンプが完全に動作不能になることによって、制御コマンドにもはや反応しない場合をカバーする。冷却剤が充電器の中を通過できるようにするために、または通過を防止するために、ソレノイド弁を有効化させることができ、ソレノイド弁は、状況に応じて、所定の位置に置かれるように様々な冷却ストラテジーを掛け合わせることを可能にする、冷却システムの本質的なエレメントを構成する。冷却剤は、たとえば、水から成ることができる。
優先的には、中央処理ユニットは、要素の高い温度を管理するための、または計算を行う中央処理ユニットのスリープ拒否段階を実装するための冷却制御方法を実装する。中央処理ユニットは、電気モータまたは充電器のようなある特定のエレメントを劣化させることを回避するために、車両の様々な使用段階中に冷却の点でうまく管理すべき本質的に特定のケースの非網羅的なリストをカバーする。
有利には、冷却回路が、走行モードにおいて使用される第1のポンプとバッテリー再充電モードにおいて使用される第2のポンプとを備え、中央処理ユニットによって配信される特定の制御信号によって、前記ポンプの各々の流量を設定することが可能である。冷却回路に少なくとも2つのポンプを導入すると、本発明による冷却システムの多用性は、少なくとも2つのポンプの使用の考えられ得る組合せを掛け合わせることによって、ポンプが1つしかない構成と比較して増大する。これにより、冷却システムは、より完璧に、したがってより効果的になる。実際に、冷却システムの効率をさらに増大させるために、多数のポンプを冷却回路に追加することができるが、得られるバルクと生じる経費コストを考慮することが必要になる。2つのポンプは、冷却システムの効率を十分なものにし、バルクを縮小しコストを低減することを可能にする。さらに、2つのポンプのうちの1つが障害を起した、または故障した場合には、2つのポンプが存在することにより、補償実現性が増大する。
優先的には、第1のポンプおよび第2のポンプについての特定の制御信号は、パルス幅変調(PWM)タイプの信号である。
有利には、計算を行う中央処理ユニットによって実装冷却剤される冷却制御方法は、自動車の使用段階にかかわらず冷却剤流量コマンドを生成することを担当する第1の計算を行うモジュールと自動車の使用段階を考慮に入れることによって各ポンプの故障モードを補う第2の計算を行うモジュールとから展開される。冷却回路がポンプを1つしか備えておらず、そのポンプに障害がある場合、計算を行う中央処理ユニットは、その低減した能力を考慮することによって、この故障したポンプを最適に使用する傾向がある冷却ストラテジーを展開する。最適化された使用は、より低い効率での使用を意味するが、障害のあるポンプにさらに損害を与える危険性はない。回路が少なくとも2つのポンプを備える場合、冷却制御ストラテジーは、たとえば、それらのそれぞれの故障状態を考慮に入れてそれらの各々についての重み付け係数を導入することによって、両方のポンプを使用することができるようにする。
優先的には、2つのモジュールの入力パラメータは、電気モータを冷却するために使用される冷却剤の温度、充電器を冷却するために使用される冷却剤の温度、充電器の内部温度、モータの内部温度、前記モータの電子制御デバイスの内部温度、自動車のステータスを示す信号、各ポンプについての合成故障信号、ならびに、コンピュータをスリープにすることに対する拒否または受諾を反映する信号であり、出力パラメータは、各ポンプについての、各ポンプによって生成され得る最大流量の割合として表される冷却設定点である。
有利には、本冷却システムは、少なくとも1つのレギュレータを備える。
本発明による冷却システムの第1の好ましい実施形態によれば、本冷却システムは、各ポンプのためのレギュレータを備える。
本発明による冷却システムの第2の好ましい実施形態によれば、本冷却システムは、いくつかのポンプと、これらのポンプのすべてのために提供された単一のレギュレータとを備える。
有利には、本冷却システムは、車両の使用段階ごとにレギュレータを備える。
優先的には、第2のモジュールは、各ポンプについて、通常運転、低下モード運転および運転中止である3つの起こり得る構成を処理するように設計される。このようにすると、冷却システムは、冷却回路のエレメントのすべての通常運転において車両の様々な使用段階中に冷却運転全体を監視および制御できるようにするだけでなく、いくつかの安全性レベルも取り入れ、それにより、各ポンプの部分的なまたは全体的な故障を考慮することができるようになる。「故障」という用語は、包括的なものであり、各ポンプが部分的に劣化しているが、必要な設定点を生成することなく制御コマンドに反応する2つの構成と、各ポンプが制御コマンドにもはや反応しない状況とをカバーする。各ポンプの故障状態を考慮に入れることによって、計算を行う中央処理ユニットによって生成された冷却ストラテジーは、充電器または電気モータの偶発的な過熱の危険性を最小限に抑え、さらにはそのような危険性をなくし、したがって、かかるストラテジーによって、前記車両の寿命が延びることが保証される。
有利には、モジュールのための入力データとして使用される異なる複数の温度は、センサを用いて測定される。センサは、すべての状況で信頼性が高い温度読取りを保証できるようにする戦略的なポイントに置かれる。例として、エンジンブロックと充電器とを冷却するために使用される冷却温度を測定するために、単一のセンサを採用することができる。これはより経済的な構成であるが、測定があまり正確でないという証明になる危険性がある。
本発明による冷却システムは、冷却回路のエレメントのすべての通常運転中にだけでなく、低下運転時においても、または各ポンプが完全に故障した場合においても、車両の様々な使用段階中のバッテリー充電器および電気モータの効果的で信頼性が高い冷却を保証するように構成されるという利点を提供する。実際には、補う冷却ストラテジーは。関係する車両にとって非常に不利となり得るこの種類の重要な状況を管理するように設計された。
図1から図3を参照して、本発明による冷却システムの好ましい実施形態の詳細な説明を以下に示す。
本発明による冷却システムの簡略化された図である。 本発明による冷却システムの計算を行う中央処理ユニットにおいてホストされる流量コマンドを生成するためのストラテジーを概略的に表す入力モジュールおよび出力モジュールを示す流れ図である。 図2の出力モジュールを詳述する流れ図である。
図1を参照すると、本発明による冷却システム1は、冷却回路2と、冷却剤流量コマンドを生成するためのストラテジーをホストする計算を行う中央処理ユニット3とを備える。冷却回路2は、パルス幅変調(PWM)タイプの制御信号を使用して流量を設定することができる、走行モードにおいて使用される第1の電気ポンプ4と、同様にPWMタイプの制御信号を使用して流量を設定することができる、バッテリー再充電モードにおいて使用される第2の電気ポンプ5と、車両を停止したときに、家庭用電気ネットワークからバッテリーを再充電できるようにする充電器6と、車両が走行段階にあるときに充電器6を短絡させるためのソレノイド弁7と、どちらも走行段階では持続する冷却されなければならない電気モータ8およびその制御エレクトロニクス9と、内燃機関中の冷却剤と同様の方法で冷却剤を冷却できるようにするラジエータ10とを備える。冷却回路2は、特に異なる温度を測定できるようにするする様々なセンサを装備しており、前記測定値11は、適切な冷却剤流量制御ストラテジー12を生成するために計算を行う中央処理ユニット3に供給される。
図2を参照すると、冷却剤流量コマンドを生成するためのストラテジーは、2つの計算を行うモジュール13、14から展開され、一方の計算を行うモジュール13は、たとえば、走行中であり得る、または、バッテリー充電中であり得る車両の使用段階にかかわらず有効な流量コマンドを生成することを担当し、他方のモジュール14は、それらの故障モードを補うことによって、適切なポンプ、つまり、ポンプ4、5を選択することをできるようにする。ストラテジーの入力は、以下の通りである。
15−「Temp_Water_peb_mes_K」:これは、電気モータ8およびその制御エレクトロニクス9を冷却するために使用される冷却剤の温度である。
16−「Temp_Water_bcb_Ihm_mes」:これは、充電器6を冷却するために使用される冷却剤の温度である。これらの2つの温度は、単一のセンサにより測定することができ(この場合、ポンプの各々の流量を制御するために単一の温度測定が2回行われる)、このことは、経済的解決策を表すが、冷却剤の2つの異なるポイントにおいて温度を測定した場合よりもわずかに正確性に欠け、最適ではない。
17−「Temp_AmbBcb_Ihm_mes」:これは、充電器6の内部温度である。
18−「Temp_Machine_em_Ihm_mes」:これは、モータ8の内部温度である。
19−「Temp_Amb_peb_Ihm_mes」:これは、モータ8の制御エレクトロニクス9の内部温度である。
20−「Cooling_Mode」:これは、車両の使用段階(走行、充電、停止、バッテリーの交換)を示す車両の中央コンピュータから信号である。
21−各ポンプ4、5についての合成故障信号。この信号は、ポンプ4、5のエレクトロニクスから機能診断フィードバック、またはさらに制御ワイヤ上で電気的診断を含み得、このステータスは、通常運転しているポンプ4、5、低下モードであるポンプ、故障したポンプである。
22−コンピュータ3をスリープにすることに対する拒否または受諾を表す信号。
ストラテジーの出力は、以下の通りである。
23−「PWM_DrivingMode_wep_req」:これは、走行モードにおいて使用されるポンプ4の流量コマンドであり、ポンプによって生成され得る最大流量の割合を表す信号は0〜100である。
24−「PWM_ChargeMode_wep_req:これは、車両バッテリー再充電モードにおいて使用されるポンプ5の流量コマンドであり、ポンプによって生成され得る最大流量の割合を表す信号は0〜100である。
第1のモジュール13の出力は、走行モードにおいて使用される第1のポンプ4の冷却設定点、および再充電モードにおいて使用される第2のポンプ5の冷却設定点である。これらの設定点は、比例補償レギュレータまたは比例補償導関数レギュレータであり得る少なくとも1つのレギュレータを使用して計算され、その機能は、測定温度と基準温度との間に差の関数として流量コマンドを調整することである。
本発明の目的は、不十分な冷却から要素を保護すること、また、障害があるかどうかに応じてまたは故障モードの性質にしたがって正しいポンプ4、5を永続的に使用することによって、ポンプ4、5の使用を最適化することであるので、前記ポンプ4、5のステータスを補う第2のモジュール14により、図3に表すように、以下の4つの連続する動作を実行することができるようになる。
a)Nominal_WEP_Use:このブロックでは、モード(走行、充電)に応じて、また(走行または充電の終了後にコンピュータ3がスリープになっている場合には)スリープステータスに応じて、以下の論理にしたがって設定点を割り当てる。
・充電モードである場合、第1のモジュール13の出力PWM_WEP_Bcb_CoolingNeed26は、再充電モードにおいて使用される第2のポンプ5に割り当てられる。走行モードにおいて使用される第1のポンプ4は、設定点として、PWM_WEP_Peb_CoolingNeed25の代わりに停止要求を受信する。
・走行モードである場合、第1のモジュール13の出力PWM_WEP_Peb_CoolingNeed25は、走行モードにおいて使用される第1のポンプ4に割り当てられる。再充電モードにおいて使用される第2のポンプ5は、設定点として、PWM_WEP_Bcb_CoolingNeed26の代わりに停止要求を受信する。
・充電モードでも走行モードでもなく、たとえば温度が高い場合にコンピュータ3をスリープすることが拒否された場合には、直近のモードの設定点を使用することによって冷却を継続する(たとえば走行モードであり、その後のステップが、充電でも走行でもバッテリー交換でもなく、コンピュータ3をスリープにすることが拒否される場合、走行モード中に第1のポンプ4を用いて、走行設定点PWM_WEP_Peb_CoolingNeed25を使用することによって冷却を継続する)。
別の実施形態によれば、前のステータスとは別に、レギュレータからの設定点またはそうでなければ固定設定点で常に同じポンプを使用すると決定することができる。
b)Failure_WEP_Use:このブロックには、入力として、PWM_ChargeMode_wep_raw27およびPWM_DrivingMode_wep_raw28と呼ばれる第1のブロックによって生成された2つのフローと、ポンプ4、5のための診断信号21と、車両の使用モード(充電、走行)とがある。
診断信号では、以下のケースが区別される。
>通常運転モードのポンプ4、5。
>低下モードで動作するポンプ4、5。このモードは、所望の設定点を生成せず、したがって制御不能であるが、機能しているポンプ4、5を指定する。このモードでは、ポンプ4、5のいずれも、フルスピードで、または製造業者によって与えられた固定速度で動作する)。
>故障を理由に停止したポンプ4、5(故障したポンプ)。
このブロックの出力は、PWM_ChargeMode_wep_cons_1 29およびPWM_DrivingMode_wep_cons_1 30であり、以下のように計算される。
・ケース1:充電モードであり、充電モードにおいて使用される第2のポンプ5が故障している場合、
PWM_ChargeMode_wep_cons_1=Stopped
PWM_DrivingMode_wep_cons_1=PWM_ChargeMode_wep_raw
・ケース2:充電モードであり、充電モードにおいて使用される第2のポンプ5が低下モードである場合、
PWM_ChargeMode_wep_cons_1=PWM_ChargeMode_wep_raw
PWM_DrivingMode_wep_cons_1=Stopped.
・ケース3:充電モードであり、走行モードにおいて使用される第1のポンプ4が低下モードである場合、
PWM_ChargeMode_wep_cons_1=Stopped
PWM_DrivingMode_wep_cons_1=PWM_ChargeMode_wep_raw
・ケース4:走行モードであり、走行モードにおいて使用される第1のポンプ4が故障している場合、
PWM_ChargeMode_wep_cons_1=PWM_DrivingMode_wep_raw
PWM_DrivingMode_wep_cons_1=Stopped
・ケース5:走行モードであり、走行モードにおいて使用される第1のポンプ4が低下モードである場合、
PWM_ChargeMode_wep_cons_1=Stopped
PWM_DrivingMode_wep_cons_1=PWM_DrivingMode_wep_raw
・ケース6:走行モードであり、充電モードにおいて使用される第2のポンプ5が低下モードである場合、
PWM_ChargeMode_wep_cons_1=PWM_DrivingMode_wep_raw
PWM_DrivingMode_wep_cons_1=Stopped
要約すれば、ポンプ4、5が故障している場合、他方のポンプ4、5が使用され、ポンプ4、5が低下モードである場合には、そのポンプが使用される。いずれの場合も、常に一方のポンプ4、5がこのブロックの出力で運転している。
c) High_Temp_WEP_Use:このブロックでは、入力は、PWM_ChargeMode_wep_cons_1 29およびPWM_DrivingMode_wep_cons_1 30(先行ブロックの出力)、冷却すべき要素(モータ8、制御エレクトロニクス9および充電器6)の温度、ポンプ4、5の診断信号21、ならびに車両の使用モード(充電、実行)である。
このブロックの出力は、PWM_ChargeMode_wep_cons_2 31およびPWM_DrivingMode_wep_cons_2 32であり、以下のように計算される。
・充電モードであり、充電器6が、臨界であると推定される所定の温度しきい値に達し、第2のポンプ5が故障していない場合には、最初に以下が適用される。
PWM_ChargeMode_wep_cons_2=Max setpoint
PWM_DrivingMode_wep_cons_2=PWM_DrivingMode_wep_cons_1
また、一定時間後に、充電器6の温度が、第1のしきい値よりも低い第2のしきい値よりも下まで降下せず、第1のポンプ4が故障していなかった場合、ブロックの出力は以下のようになる。
PWM_ChargeMode_wep_cons_2=Max setpoint
PWM_DrivingMode_wep_cons_2=Max setpoint
・走行モードであり、モータ8または制御エレクトロニクス9は、臨界であると推定される所定の温度しきい値に達し、第1のポンプ4が故障していない場合には、最初に以下が適用される。
PWM_ChargeMode_wep_cons_2=PWM_ChargeMode_wep_cons_1
PWM_DrivingMode_wep_cons_2=Max setpoint
また、一定時間後に、モータ8または制御エレクトロニクス9の温度が、第1のしきい値ものよりも低い第2のしきい値よりも下まで降下せず、第2のポンプ5が故障していなかった場合には、ブロックの出力は以下ようになる。
PWM_ChargeMode_wep_cons_2=Max setpoint
PWM_DrivingMode_wep_cons_2=Max setpoint
このブロックの目的は、ポンプ4、5の両方を同時に作動させることによって、熱交換を向上させるために回路2における流量を増大させることであるので、ポンプ4、5のうちの一方が低下モードであるケースがここではカバーされることを留意されたい。この論理を用いると、ポンプ4、5が低下モードである(既に有効化されている)場合であっても、ポンプ4、5の両方が有効化される。
いずれの場合も、ポンプ4、5のうちの一方が故障した場合、それは、先行ブロックにおいて計算された同じ設定点を保つ。
d)Request_WEP_Calculation:
このブロックは、ポンプコマンド4、5の最終アービトレーションを構成する。
ケースA−走行モードまたは充電モードである場合、先行ブロックにおいて計算された設定点が適用される。
ケースB−冷却停止要求があり、温度がそれを許容する(高温ではない)場合、設定点は、停止設定点に変更される。
ケースC−最後のケースは、バッテリー交換の場合である。このモードにおいて、ある特定の数の測定値は、具体的には、要素6、8、9の温度が失われたと仮定すると、すべての計算ステップがキャンセルされ、このモードになる前に使用した直近の値を用いてコマンドを設定する。

Claims (9)

  1. 中央処理ユニット(3)と冷却回路(2)とを備える、電気推進を備えた自動車のための冷却システム(1)であって、前記冷却回路(2)が、冷却剤を循環させるための少なくとも1つのポンプ(4、5)とソレノイド弁(7)とラジエータ(10)とを備え、前記回路(2)が、バッテリー充電器(6)と電子制御デバイス(9)に関連付けられた電気モータ(8)とを冷却するように意図されている、冷却システム(1)において、計算を行う前記中央処理ユニット(3)が、前記ポンプ(4、5)の各々の潜在的故障を補うことによって、各ポンプ(4、5)の有効化を管理するように構成されることを特徴とする、冷却システム(1)。
  2. 前記中央処理ユニット(3)が、前記要素(6、8、9)の高い温度を管理するための、または計算を行う前記中央処理ユニット(3)のスリープ拒否段階を実装するための冷却制御方法を実装することを特徴とする、請求項1に記載の冷却システム。
  3. 前記冷却回路(2)が、走行モードにおいて使用される第1のポンプ(4)とバッテリー再充電モードにおいて使用される第2のポンプ(5)とを備え、前記中央処理ユニット(3)によって配信される特定の制御信号によって、前記ポンプ(4、5)の各々の流量を設定することが可能であることを特徴とする、請求項1または2に記載の冷却システム。
  4. 前記第1のポンプおよび前記第2のポンプについての前記特定の制御信号は、パルス幅変調タイプの信号であることを特徴とする、請求項3に記載の冷却システム。
  5. 計算を行う前記中央処理ユニット(3)によって実装される前記冷却制御方法が、前記自動車の使用段階にかかわらず冷却剤流量コマンドを生成することを担当する第1の計算を行うモジュール(13)と、前記自動車の使用段階を考慮に入れることによって各ポンプ(4、5)の故障モードを補う第2の計算を行うモジュール(14)とから展開されることを特徴とする、請求項2から4のいずれか一項に記載の冷却システム。
  6. 前記2つのモジュール(13、14)の入力パラメータは、前記電気モータ(8)を冷却するために使用される冷却剤の温度、前記充電器(6)を冷却するために使用される冷却剤の温度、前記充電器(6)の内部温度、前記モータ(8)の内部温度、前記モータ(8)の前記電子制御デバイス(9)の内部温度、前記自動車のステータスを示す信号、各ポンプ(4、5)についての合成故障信号、ならびに、前記コンピュータ(3)をスリープにすることに対する拒否または受諾を反映する信号であり、前記2つのモジュール(13、14)の出力パラメータは、各ポンプ(4、5)についての、各ポンプ(4、5)によって生成され得る最大流量の割合として表される冷却設定点であることを特徴とする、請求項5に記載の冷却システム。
  7. 少なくとも1つのレギュレータを備えることを特徴とする、請求項1から6のいずれか一項に記載の冷却システム。
  8. 前記第2のモジュール(14)が、各ポンプ(4、5)について、通常運転、低下モード運転および運転中止である3つの起こり得る構成を処理するように設計されることを特徴とする、請求項5に記載の冷却システム。
  9. 前記モジュール(13、14)のための入力データとして使用される異なる複数の温度が、センサを用いて測定されることを特徴とする、請求項5に記載の冷却システム。
JP2014525476A 2011-08-17 2012-07-03 電動車両のための冷却システム Pending JP2014529985A (ja)

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