JP2018148680A - 電圧印加制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】無駄な電力消費を防止すること。【解決手段】電圧印加制御装置２は、リレー１０１と、リレー１０２と、制御部１１２とを有する。リレー１０２は、高圧バッテリ４と昇圧コンバータ１０３との間、かつ、ＤＣＤＣコンバータ１０５と昇圧コンバータ１０３との間に設けられる。リレー１０１は、高圧バッテリ４とリレー１０２との間に設けられる。制御部１１２は、車両電源システム１が搭載される車両が非走行モードで起動されるときに、リレー１０１を閉成する一方でリレー１０２を開放することにより、高圧バッテリ４から出力される電力の電圧を、ＤＣＤＣコンバータ１０５に印加させる一方で、昇圧コンバータ１０３に印加させない。【選択図】図１

Description

本発明は、電圧印加制御装置に関する。

近年、ＥＶ（Electric Vehicle）及びＰＨＶ（Plug-in Hybrid Vehicle）等の充電可能な自動車（以下では「充電可能車」と呼ぶことがある）が数多く開発されている。充電可能車にはモータと定格電圧が２００Ｖ程度の高圧バッテリとが搭載され、充電可能車は、この高圧バッテリに充電された電力によってモータが駆動されることによりモータによる走行が可能となる。また、充電可能車に搭載された高圧バッテリは、ＤＣ充電及びＡＣ充電の双方、または、ＤＣ充電だけが可能である。

また、充電可能車には、通常、補機を駆動するための定格電圧が１２Ｖ程度の低圧バッテリと、高圧バッテリから供給される電力の電圧（例えば２００Ｖ）を低圧バッテリの定格電圧（例えば１２Ｖ）へ降圧するＤＣＤＣコンバータが搭載されている。さらに、充電可能車には、高圧バッテリから供給される電力の電圧（例えば２００Ｖ）をモータの定格電圧（例えば５００Ｖ）へ昇圧する昇圧コンバータが搭載されている。

特開２０１３−０８５３３５号公報

従来、充電可能車では、高圧バッテリのＤＣ充電時に、高圧バッテリが充電されるとともに、高圧バッテリからＤＣＤＣコンバータに電力が供給されて低圧バッテリの充電も行われるように設計されている。

昇圧コンバータは、通常、ＤＣＤＣコンバータと共にＰＣＵ（Power Control Unit）に含まれている。よって、高圧バッテリのＤＣ充電が行われるときには、高圧バッテリからＤＣＤＣコンバータへ電力が供給されるのと同時に、高圧バッテリから昇圧コンバータへも電力が供給されてしまうので、昇圧コンバータにおいて無駄な電力が消費されてしまう。

開示の技術は、上記に鑑みてなされたものであって、無駄な電力消費を防止することを目的とする。

開示の態様では、電圧印加制御装置は、モータと、高圧バッテリと、低圧バッテリと、前記高圧バッテリから出力される電力の第一電圧を前記モータを駆動するために昇圧する昇圧コンバータと、前記第一電圧を前記低圧バッテリ用に降圧するＤＣＤＣコンバータとを具備する車両に搭載される。前記電圧印加制御装置は、第一開閉器と、第二開閉器と、制御部とを有する。前記第一開閉器は、前記高圧バッテリと前記昇圧コンバータとの間、かつ、前記ＤＣＤＣコンバータと前記昇圧コンバータとの間に設けられる。前記第二開閉器は、前記高圧バッテリと前記第一開閉器との間に設けられる。前記制御部は、前記車両が非走行モードで起動されるときに、前記第二開閉器を閉成する一方で前記第一開閉器を開放することにより、前記ＤＣＤＣコンバータに前記第一電圧を印加させる一方で、前記昇圧コンバータに前記第一電圧を印加させない。

開示の態様によれば、無駄な電力消費を防止することができる。

図１は、実施例１の車両電源システムの構成例を示す図である。 図２は、実施例２の電圧印加制御装置の処理の一例の説明に供するフローチャートである。 図３は、実施例３の電圧印加制御装置の処理の一例の説明に供するフローチャートである。 図４は、実施例４の電圧印加制御装置の処理の一例の説明に供するフローチャートである。

以下に、本願の開示する電圧印加制御装置の実施例を図面に基づいて説明する。なお、この実施例により本願の開示する電圧印加制御装置が限定されるものではない。また、以下の実施例において同一の構成、及び、同一の処理を行うステップには同一の符号を付す。

［実施例１］
＜車両電源システムの構成＞
図１は、実施例１の車両電源システムの構成例を示す図である。図１において、車両電源システム１は、電圧印加制御装置２と、ＰＣＵ３と、高圧バッテリ４と、低圧バッテリ７と、充電インレット１０７（例えばＤＣ充電用）とを有する。ＰＣＵ３にはモータ６が接続される。車両電源システム１及びモータ６は、ＥＶやＰＨＶ等の車両に搭載される。

高圧バッテリ４の定格電圧は例えば２００Ｖであり、低圧バッテリ７の定格電圧は例えば１２Ｖであり、モータ６の定格電圧は例えば５００Ｖである。つまり、低圧バッテリ７の定格電圧は、高圧バッテリ４の定格電圧より低い。

電圧印加制御装置２は、リレー１０１−１，１０１−２と、リレー１０２と、リレー１０６−１，１０６−２と、制御部１１２とを有する。リレー１０１−１，１０１−２、リレー１０２、及び、リレー１０６−１，１０６−２は、「開閉器」の一例である。制御部１１２は、例えば、プロセッサとメモリとを有するＥＣＵ（Electronic Control Unit）によって実現される。プロセッサの一例として、ＣＰＵ（Central Processing Unit），ＤＳＰ（Digital Signal Processor），ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等が挙げられる。メモリの一例として、ＳＤＲＡＭ（Synchronous Dynamic Random Access Memory）等のＲＡＭ（Random Access Memory），ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ等が挙げられる。以下では、リレー１０１−１，１０１−２を区別しない場合にはリレー１０１と総称し、リレー１０６−１，１０６−２を区別しない場合にはリレー１０６と総称することがある。

ＰＣＵ３は、平滑コンデンサ１１５と、昇圧コンバータ１０３と、インバータ１０４と、ＤＣＤＣコンバータ１０５とを有する。

リレー１０１及びリレー１０２が閉成されているとき、平滑コンデンサ１１５は高圧バッテリ４から出力される電圧を平滑化し、昇圧コンバータ１０３は、高圧バッテリ４から出力される電力の電圧（例えば２００Ｖ）をモータ６の定格電圧（例えば５００Ｖ）へ昇圧し、昇圧後の電力をインバータ１０４へ出力する。

インバータ１０４は、昇圧コンバータ１０３での昇圧後の電力を直流から交流に変換し、変換後の交流の電力をモータ６へ供給する。

モータ６は、インバータ１０４での変換後の交流の電力によって駆動される。

また、リレー１０１が閉成されているとき、ＤＣＤＣコンバータ１０５は、高圧バッテリ４から出力される電力の電圧（例えば２００Ｖ）を低圧バッテリ７の定格電圧（例えば１２Ｖ）へ降圧し、降圧後の電力を低圧バッテリ７へ出力する。これにより、低圧バッテリ７が充電される。

＜車両電源システムの動作＞
以下、車両電源システム１の動作例について、ＤＣ充電時の動作例について説明する。車両電源システム１が搭載される車両は、モータ６を駆動させる「走行モード」、または、モータ６を駆動させない「非走行モード」の何れかで起動される。ＤＣ充電が行われる際には、車両電源システム１が搭載される車両は「非走行モード」で起動される。つまり、以下のＤＣ充電時の動作例は、車両電源システム１が搭載される車両が「非走行モード」で起動される場合の動作例である。なお、ＤＣ充電時の動作例において、起動前の初期状態において、リレー１０１及びリレー１０６は開放されている一方で、リレー１０２は閉成されている。すなわち、リレー１０１及びリレー１０６は常開型リレーであり、リレー１０２は常閉型リレーである。

なお、リレー１０２は常開型リレーであっても良い。リレー１０２が常開型リレーである場合は、車両電源システム１が搭載される車両の起動前の初期状態において、リレー１０２も開放されている。

＜ＤＣ充電時の動作例＞
充電インレット１０７にＤＣ充電コネクタが接続されると、充電インレット１０７から制御部１１２へＤＣ充電コネクタ接続検出信号が入力される。このＤＣ充電コネクタ接続検出信号に応じて、制御部１１２は、リレー１０１及びリレー１０６を開放状態から閉成状態にする一方で、リレー１０２を閉成状態から開放状態にする。

リレー１０１及びリレー１０６が閉成されることで、充電インレット１０７を介して供給される電圧２００Ｖの電力は、リレー１０６及びリレー１０１を通って高圧バッテリ４に充電される。

一方で、リレー１０２は開放されたため、高圧バッテリ４から出力された電力は、ＤＣＤＣコンバータ１０５には供給されるが、昇圧コンバータ１０３には供給されない。

つまり、ＤＣ充電時には、高圧バッテリ４から出力される電力の電圧は、ＤＣＤＣコンバータ１０５に印加される一方で、昇圧コンバータ１０３には印加されない。

以上、ＤＣ充電時の動作例について説明した。

以上のように、実施例１では、車両電源システム１に含まれる電圧印加制御装置２はＥＶやＰＨＶ等の車両に搭載される。この車両は、また、モータ６と、第一定格電圧（例えば２００Ｖ）を有する高圧バッテリ４と、第二定格電圧（例えば１２Ｖ）を有する低圧バッテリ７と、昇圧コンバータ１０３と、ＤＣＤＣコンバータ１０５とを搭載する。昇圧コンバータ１０３は、高圧バッテリ４から出力される電力の電圧をモータ６の第三定格電圧（例えば５００Ｖ）へ昇圧する。ＤＣＤＣコンバータ１０５は、高圧バッテリ４から出力される電力の電圧を低圧バッテリ７の第二定格電圧へ降圧する。

また、電圧印加制御装置２は、リレー１０１と、リレー１０２と、制御部１１２とを有する。

また、リレー１０２は、図１に示すように、高圧バッテリ４と昇圧コンバータ１０３との間、かつ、ＤＣＤＣコンバータ１０５と昇圧コンバータ１０３との間に設けられる。リレー１０１は、図１に示すように、高圧バッテリ４とリレー１０２との間に設けられる。なお、リレー１０２は、図１では正極側の経路に設けられているが、正極側の経路に代えて、負極側の経路に設けられても良い。リレー１０２を、正極側及び負極側の双方の経路にではなく、正極側または負極側の何れか一方の経路にだけ設けることにより、電圧印加制御装置２の製造コストを抑えることができる。

そして、制御部１１２は、非走行モードで車両が起動されるときに、リレー１０１を閉成する一方でリレー１０２を開放する。これにより、車両が非走行モードで起動されるときに、高圧バッテリ４から出力される電力の電圧は、ＤＣＤＣコンバータ１０５に印加される一方で、昇圧コンバータ１０３には印加されない。

こうすることで、非走行モードで車両が起動されるときに、昇圧コンバータ１０３の前段に設けられる平滑コンデンサ１１５に電荷が溜まらないため、無駄な電力消費を防止することができる。また、非走行モードで車両が起動されるときに平滑コンデンサ１１５に電荷が溜まらないため、非走行モードの終了時に従来行われていた、ＭＧ放電による電荷抜き、すなわちモータ６を駆動することで平滑コンデンサ１１５等に溜まっている電荷を抜く作業が不要となる。また、非走行モードで車両が起動されるときに、高圧バッテリ４から出力される電力の電圧が、ＤＣＤＣコンバータ１０５に印加される一方で、昇圧コンバータ１０３には印加されないため、昇圧コンバータ１０３における無駄な電力消費を防止しつつ、ＤＣＤＣコンバータ１０５を用いて低圧バッテリ７を充電することが可能となる。よって、低圧バッテリ７の充電効率が低下することが許容されるのであれば、車両電源システム１は、低圧バッテリ７の充電用に、図示しない新たなＤＣＤＣコンバータを備えなくても良い。車両電源システム１がこの新たなＤＣＤＣコンバータを備えないことにより、車重が軽くなるため、車両の燃費が向上する可能性がある。

［実施例２］
実施例２は、車両電源システム１が搭載される車両が「走行モード」で起動される場合の実施例である。図２は、実施例２の電圧印加制御装置の処理の一例の説明に供するフローチャートである。

車両のイグニッションスイッチがオンになると、車両が「走行モード」で起動される。車両が「走行モード」で起動されると、まず、第一時点の処理ステップであるステップＳ１１では、制御部１１２は、リレー１０２へ閉成要求を出力して、リレー１０２の閉成状態を維持する。

次いで、第一時点より後の第二時点の処理ステップであるステップＳ１３では、制御部１１２は、リレー１０１へ閉成要求を出力して、リレー１０１を開放状態から閉成状態にさせる。

リレー１０２及びリレー１０１が閉成されることにより、高圧バッテリ４から出力された電力が平滑コンデンサ１１５にチャージされ、昇圧コンバータ１０３及びインバータ１０４を介してモータ６へ供給されるため、モータ６が駆動されて車両の走行が可能になる。

以上のように、実施例２では、制御部１１２は、車両電源システム１が搭載される車両が走行モードで起動されるときに、第一時点でリレー１０２を閉成し、第一時点より後の第二時点でリレー１０１を閉成する。

こうすることで、リレー１０１が正極側の経路と負極側の経路との双方に設けられているのに対し、リレー１０２が正極側または負極側の何れか一方の経路にしか設けられていないことに起因して発生する可能性がある、高電圧によるリレー１０２の溶着を防止することができる。この効果は、リレー１０２が常開型リレーである場合に顕著である。

［実施例３］
実施例３は、車両電源システム１が搭載される車両のイグニッションスイッチがオフになったときに終了シーケンスが実行される場合の実施例である。図３は、実施例３の電圧印加制御装置の処理の一例の説明に供するフローチャートである。このフローチャートは、イグニッションスイッチがオンからオフになったことが検出されたときに開始される。

図３において、ステップＳ２１では、制御部１１２は、ＰＣＵ３へ動作停止要求を出力してＰＣＵ３の動作を停止させる。このとき、リレー１０１は閉成状態にある。

次いで、ステップＳ２５では、制御部１１２は、リレー１０２へ開放要求を出力する。リレー１０２が閉成状態で固着していなければ（つまり、リレー１０２が正常であれば）、制御部１１２からの開放要求に従って、リレー１０２は閉成状態から開放状態になる。一方で、リレー１０２が閉成状態で固着していれば（つまり、リレー１０２が異常であれば）、リレー１０２が制御部１１２から開放要求を受けても、リレー１０２の閉成状態が維持される。

次いで、ステップＳ２７では、制御部１１２は、モータ６を駆動してモータ６にＭＧ放電を行わせる。すなわち、制御部１１２は、モータ６の駆動により平滑コンデンサ１１５をディスチャージさせる。

次いで、ステップＳ２９では、制御部１１２は、モータ６の駆動に伴って平滑コンデンサ１１５の電圧が低下したか否かを電圧センサ（図示省略）を用いて判断する。ステップＳ２５で制御部１１２からリレー１０２へ出力された開放要求に応じてリレー１０２が開放されれば、高圧バッテリ４の電圧は平滑コンデンサ１１５に印加されないので、モータ６の駆動に伴って平滑コンデンサ１１５の電圧はモータ６の駆動前より低下する。一方で、ステップＳ２５で制御部１１２からリレー１０２へ開放要求が出力されてもリレー１０２が開放されなければ、高圧バッテリ４の電圧が平滑コンデンサ１１５に印加され続けるので、モータ６が駆動されても、平滑コンデンサ１１５の電圧はモータ６の駆動前と同一になる。

そこで、ステップＳ２９において制御部１１２が平滑コンデンサ１１５の電圧が低下したと判断したときは（ステップＳ２９：Ｙｅｓ）、制御部１１２は、リレー１０２が正常であると判断する（ステップＳ３１）。

一方で、ステップ２９において制御部１１２が平滑コンデンサ１１５の電圧が低下しないと判断したときは（ステップＳ２９：Ｎｏ）、制御部１１２は、リレー１０２が異常である（つまり、リレー１０２が閉成固着している）と判断する（ステップＳ３３）。

次いで、ステップＳ３５では、制御部１１２は、モータ６を再度所定時間駆動し、平滑コンデンサ１１５の電荷を完全に放電させる。すなわち、ステップＳ２７でのモータの駆動はＭＧ放電用兼故障診断用である一方で、ステップＳ３４でのモータの駆動はＭＧ放電用である。なお、ステップＳ２７でモータ６を駆動する時間が平滑コンデンサ１１５の電荷を完全に放電させるのに十分な時間であれば、ステップＳ３５の処理は省いても良い。

次いで、ステップＳ３７では、制御部１１２はリレー１０１へ開放要求を出力する。ステップＳ３７での処理により、イグニッションスイッチがオフになったときに実行される終了シーケンスは終了する。

以上のように、実施例３では、制御部１１２は、リレー１０２に対して開放要求を出力し、リレー１０２への開放要求の出力後にモータ６を駆動させる。そして、制御部１１２は、モータ６の駆動後に平滑コンデンサ１１５の電圧が低下したか否かに基づいて、リレー１０２が正常か異常かを判断する。

こうすることで、リレー１０２が正常であるか否かを正確に判断することができる。しかも、平滑コンデンサ１１５をディスチャージさせる終了シーケンスにおいてリレー１０２の異常診断を行うことができるため、終了シーケンスをリレー１０２の異常診断に兼用することができる。よって、異常診断用に平滑コンデンサ１１５を別途チャージしたりディスチャージする必要がないため、処理も簡略化できる。

なお、リレー１０２に閉成固着が発生した場合でも、高圧バッテリ４から出力された電力をＰＣＵ３へ供給することは可能であるため、車両は、通常通り、モータ６を用いた走行が可能である。

［実施例４］
図４は、実施例４の電圧印加制御装置の処理の一例の説明に供するフローチャートである。図４に示すフローチャートは、走行モードにおいて定期的に実行される。よって、図４に示すフローチャートが開始される時点では、リレー１０１及びリレー１０２は閉成されている。

ステップＳ４１では、制御部１１２は、車両電源システム１に漏電が発生したか否かを監視する。車両には公知の漏電検知装置（図示省略）が搭載されており、制御部１１２はこの漏電検知装置から漏電が発生したか否かの情報を入手し、入手したこの情報に基づいて車両電源システム１に漏電が発生したか否かを判断する。車両電源システム１に漏電が発生していないときは（ステップＳ４１：Ｎｏ）、制御部１１２は、漏電の発生の監視を続ける（ステップＳ４１）。

車両電源システム１に漏電が発生したときは（ステップＳ４１：Ｙｅｓ）、ステップＳ４３において、制御部１１２は、リレー１０２へ開放要求を出力して、リレー１０２を閉成状態から開放状態にさせる。

次いで、ステップＳ４５では、制御部１１２は、リレー１０２を開放した結果、車両電源システム１の漏電が継続しているか否かを判断する。

そして、リレー１０２を開放しても車両電源システム１の漏電が継続しているときは（ステップＳ４５：Ｙｅｓ）、制御部１１２は、漏電の発生箇所がリレー１０２よりも高圧バッテリ４側に存在すると判断する（ステップＳ４７）。ステップＳ４７では、制御部１１２は、漏電の発生箇所が、例えば、高圧バッテリ４に存在すると判断する。

一方で、リレー１０２を開放した結果、車両電源システム１の漏電が止んだときは（ステップＳ４５：Ｎｏ）、制御部１１２は、漏電の発生箇所がリレー１０２よりもモータ６側に存在すると判断する（ステップＳ４９）。ステップＳ４９では、制御部１１２は、漏電の発生箇所が、例えば、ＰＣＵ３またはモータ６に存在すると判断する。

以上のように、実施例４では、制御部１１２は、漏電が発生したときに、リレー１０２を開放する。そして、制御部１１２は、リレー１０２の開放後も漏電が継続しているか否かに基づいて、漏電の発生箇所を特定する。

こうすることで、漏電の発生箇所を正確に特定することができる。

［実施例５］
リレー１０２に開放固着が発生した場合の対策として、電圧印加制御装置２は、外的要因で強制的にリレー１０２を閉成させる機構を有しても良い。これにより、リレー１０２に開放固着が発生した場合でも、外的要因で強制的にリレー１０２を閉成させることにより、車両は、モータ６による走行が可能となる。

また、車両がＰＨＶの場合には、車両は、モータ６の他にエンジンを搭載している。このため、リレー１０２に開放固着が発生した場合でも一時的にリレー１０２を閉成できれば、モータ６を用いてエンジンをクランキングすることが可能になるため、車両は、エンジンによる走行が可能となる。

［他の実施例］
［１］実施例３（図３）以外にも、リレー１０２の閉成固着異常の診断を、車両が走行モードで起動した時点でも実施できる。

例えば、車両が走行モードで起動したときに、制御部１１２は、リレー１０１へ閉成要求を出力し、リレー１０２へ開放要求を出力する。このとき、リレー１０２が正常であればリレー１０２の開放により平滑コンデンサ１１５は充電されない一方で、リレー１０２に閉成固着異常が生じていれば平滑コンデンサ１１５は充電される。そこで、制御部１１２は、リレー１０２へ開放要求を出力した後に、平滑コンデンサ１１５の充電に要する所定時間経過後の平滑コンデンサ１１５の電圧を検出する。そして、制御部１１２は、検出した電圧が所定電圧以上であればリレー１０２に閉成固着異常が発生していると判断する一方で、検出した電圧が所定電圧未満であればリレー１０２が正常であると判断する。

こうすることで、リレー１０２の閉成固着異常を車両の運転開始時に検出することができる。

［２］リレー１０２に開放固着が発生したか否かの診断を、車両が走行モードで起動したときに実施できる。

例えば、車両が走行モードで起動したとき、制御部１１２は、リレー１０１及びリレー１０２へ閉成要求を出力する。このとき、リレー１０２が正常であれば平滑コンデンサ１１５は充電される一方で、リレー１０２に開放固着異常が生じていれば平滑コンデンサ１１５は充電されない。そこで、制御部１１２は、リレー１０１及びリレー１０２へ閉成要求を出力した後に、平滑コンデンサ１１５の充電に要する所定時間経過後の平滑コンデンサ１１５の電圧を検出する。そして、制御部１１２は、検出した電圧が所定電圧以上であればリレー１０２が正常であると判断する一方で、検出した電圧が所定電圧未満であればリレー１０２に開放固着異常が発生していると判断する。

こうすることで、リレー１０２の開放固着異常を車両の運転開始時に検出することができる。

１ 車両電源システム
２ 電圧印加制御装置
３ ＰＣＵ
４ 高圧バッテリ
６ モータ
７ 低圧バッテリ
１０１，１０２，１０６ リレー
１０３ 昇圧コンバータ
１０４ インバータ
１０５ ＤＣＤＣコンバータ
１０７ 充電インレット
１１２ 制御部
１１５ 平滑コンデンサ

Claims (4)

1. モータと、高圧バッテリと、低圧バッテリと、前記高圧バッテリから出力される電力の第一電圧を前記モータを駆動するために昇圧する昇圧コンバータと、前記第一電圧を前記低圧バッテリ用に降圧するＤＣＤＣコンバータとを具備する車両に搭載される電圧印加制御装置であって、
   前記高圧バッテリと前記昇圧コンバータとの間、かつ、前記ＤＣＤＣコンバータと前記昇圧コンバータとの間に設けられた第一開閉器と、
   前記高圧バッテリと前記第一開閉器との間に設けられた第二開閉器と、
   前記車両が非走行モードで起動されるときに、前記第二開閉器を閉成する一方で前記第一開閉器を開放することにより、前記ＤＣＤＣコンバータに前記第一電圧を印加させる一方で、前記昇圧コンバータに前記第一電圧を印加させない制御部と、
   を具備する電圧印加制御装置。
2. 前記制御部は、前記車両が走行モードで起動されるときに、第一時点で前記第一開閉器を閉成し、第一時点より後の第二時点で前記第二開閉器を閉成する、
   請求項１に記載の電圧印加制御装置。
3. 前記制御部は、
   前記第一開閉器に対して開放要求を出力し、
   前記開放要求の出力後に前記モータを駆動させ、
   前記モータの駆動後に前記昇圧コンバータの前段に設けられる平滑コンデンサの電圧が低下したか否かに基づいて、前記第一開閉器が正常か異常かを判断する、
   請求項１に記載の電圧印加制御装置。
4. 前記制御部は、
   漏電が発生したときに、前記第一開閉器を開放し、
   前記第一開閉器の開放後も前記漏電が継続しているか否かに基づいて、前記漏電の発生箇所を特定する、
   請求項１に記載の電圧印加制御装置。

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