JP5896145B2 - 車両用給電システム - Google Patents

Description

本発明は、車両用給電システムに係わり、特に、車輪を駆動する電気モータと、上記電気モータに電力を供給するバッテリと、を有する車両に搭載され、上記バッテリから車両外に電力を供給するための車両用給電システムに関する。

従来より、電気自動車やハイブリッド自動車等、バッテリから電気モータに電力を供給し、この電気モータにより車輪を駆動する車両が知られている。

これらの電気自動車やハイブリッド自動車において、近年では、バッテリから車両外に電力を供給するための車両用給電システムも提案されている。例えば、接続装置を介して車両と住宅内の電力線との間において電力を授受可能なように構成された電力システムが知られている（特許文献１）。

また、駐車スペースに設置された電力供給設備を介して電気自動車のバッテリから外部系統設備に電力を供給する電力供給システムも知られている（特許文献２）。

特開２００８−０５４４３９号公報 特開２００７−２５２１１７号公報

電力供給設備等の外部設備を介することとすると、給電を行う場所が限られてしまう。外部設備を介さずに、任意の場所で給電を行うためには、バッテリから供給される直流電流を商用電源電圧（例えば１００Ｖ）の交流電流に変換するインバータや、インバータにより変換された交流電流をコンセントを介して出力するコントロールボックス等の電装品を車両に搭載する必要がある。この場合、コントロールボックスに設けられたコンセントには、家電製品のコンセントプラグが抜き差しされることから、コントロールボックスは乗員がアクセスしやすい位置（例えば車室内）に配置されるのが望ましい。また、コスト低減や電力損失低減等の観点から、インバータとコントロールボックスとを接続するケーブルの長さを短くするため、インバータはコントロールボックスの近傍に配置されることが望ましい。その結果、バッテリとインバータとを接続する電力ケーブルは、乗員がアクセス可能な位置の近傍に配索されることになる。しかしながら、これらのインバータや電力ケーブルには、バッテリから高電圧（例えば３００Ｖ）の電流が通電されることから、乗員が誤ってインバータや電力ケーブルに接触しないように対策を講じる必要がある。そこで、例えば、乗員が誤ってインバータや電力ケーブルに接触しないように、これらのインバータや電力ケーブルをカバーで覆うことが考えられる。

ところで、インバータは発熱量が多いため、このインバータを構成する電子部品を許容温度以下に維持するには効率よく冷却する必要がある。そこで、従来のインバータにおいては、空気による冷却が行われている。即ち、インバータの筐体には、外部から空気を吸気する吸気口と、内部から空気を排気する排気口が設けられており、インバータ内部の電子部品は、吸気口から吸気された空気により冷却される。電子部品から熱を奪うことにより高温となった空気は、排気口を介して外部に排気される。

しかしながら、上述したようにインバータをカバーで覆った場合、排気口から排気された高温の空気が、カバーによって囲まれた空間の内部を流動し、再び吸気口から吸気される可能性がある。その結果、十分な冷却性能を得ることができない可能性があった。

本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、電力供給設備等の外部設備を介することなく、車両のバッテリから家電製品に電力を直接供給可能であって、且つ、インバータを効率よく冷却することができる車両用給電システムを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために本発明によれば、車両用給電システムは、車輪を駆動する電気モータと、電気モータに電力を供給するバッテリとを有する車両において、バッテリから車両外に電力を供給するための車両用給電システムであって、車両のフロア上に配置され、バッテリから供給される直流電流を交流電流に変換するインバータと、車両のフロア上においてインバータに隣接して配置され、インバータにより変換された交流電流の車両外への供給を制御する制御装置と、インバータと制御装置の上方を覆うカバーと、を有し、インバータには、このインバータの外部から内部に空気を吸気する吸気口と、このインバータの内部から外部に空気を排気する排気口とが形成され、カバーには、フロアとカバーとによって囲まれた配置空間の内外に空気を通気させる通気口が形成され、更に、インバータの排気口と吸気口との間における空気の流動を遮蔽する遮蔽体が、配置空間においてこれらの排気口と吸気口との間に設けられていることを特徴とする。
このように構成された本発明においては、通気口を通って配置空間の外部から内部に流入した空気のみが、吸気口を通ってインバータの内部に吸気される。一方、排気口を通ってインバータから排気された高温の空気は、通気口を通って配置空間の内部から外部に排出される。即ち、インバータの排気口から排気された空気が配置空間を流動して吸気口から吸気されることが防止され、インバータを効率よく冷却することができる。

また、本発明において、好ましくは、遮蔽体は、吸気口と排気口との間において、インバータの外周を囲む枠状に形成され、この遮蔽体の内縁は、インバータの外周に当接し、遮蔽体の外縁は、カバーの内壁及びフロアに当接する。
このように構成された本発明においては、吸気口と排気口との間において遮蔽体を境界として分割された２つの空間の間における空気の流動が防止されるので、インバータの排気口から排気された空気が配置空間を流動して吸気口から吸気されることが防止され、インバータを効率よく冷却することができる。

また、本発明において、好ましくは、カバーには、通気口として、カバーの上面に複数の孔が形成されている。
このように構成された本発明においては、孔径を適切に設定することにより、乗員が誤って高温のインバータに触れたり、針金等の導体がインバータやコントロールボックス内に侵入して誤作動を引き起こすこと等を防止できる。

また、本発明において、好ましくは、インバータの側面に、このインバータの吸気口と排気口とが形成され、インバータは、吸気口が形成されている側面及び排気口が形成されている側面と、フロアの一部、制御装置の側面、又はカバーの側面とが、向かい合うように配置され、カバーには、インバータの吸気口の上方及び排気口の上方に、通気口が形成されている。
このように構成された本発明においては、吸気口の上方に形成された通気口を介して配置空間の外部から空気が吸気され、且つ、排気口の上方に形成された通気口を介して配置空間の外部に空気が排気されるので、吸気口や排気口の正面に十分な空間が確保されていない場合においても、インバータを効率よく冷却することができる。

本発明による車両用給電システムによれば、電力供給設備等の外部設備を介することなく、車両のバッテリから家電製品に電力を直接供給可能であって、且つ、インバータを効率よく冷却することができる。

本発明の実施形態による車両用給電システムを搭載する車両の全体構造を示す概略平面図である。 本発明の実施形態による車両用給電システムを搭載する車両の概略ブロック図である。 本発明の実施形態による車両用給電システムを搭載する車両の荷室フロアを示す平面図である。 本発明の実施形態による車両用給電システムを搭載する車両の荷室フロアの凹部に、カバーが取り付けられた状態を示す平面図である。 本発明の実施形態による車両用給電システムを搭載する車両の荷室フロアを示す図４のＶ−Ｖ矢視図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態による車両用給電システムを説明する。
まず、図１により、本発明の実施形態による車両用給電システムを搭載する車両について説明する。図１は、本発明の実施形態による車両用給電システムを備えた車両の全体構造を示す概略平面図である。

図１に示すように、本発明の実施形態による車両用給電システムを搭載する車両１は、動力源としてモータユニットを搭載する電気自動車である。車両１の車体前部（車室の前方）にあるモータルーム２には、駆動輪４（図１の例では左右の前輪）を駆動するモータユニット６が搭載されている。更に、モータ用インバータ８、ジャンクションボックス１０、及び、バッテリチャージャ１２が、モータルーム２に配置されている。

また、車体の中央部から後部にかけて、車室フロアの下方に、平面視がほぼＴ字状となるように形成されたバッテリ搭載フレーム１４が設けられている。バッテリ１６は、このバッテリ搭載フレーム１４上に搭載される。

また、車体の後部左側面には、充電レセプタクル１８が設けられている。この充電レセプタクル１８は、充電ケーブル２０を介してバッテリチャージャ１２に接続されている。充電ケーブル２０は、車室フロアの下面側において、バッテリ１６に沿って配索される。

更に、車両１の車体後部（車室の後方）に、荷室フロア２２が設けられている（図１において一部を図示する）。この荷室フロア２２の上面側に、凹部２４が形成されている。この凹部２４の中に、バッテリ１６から供給される直流電流を商用電源電圧（例えば１００Ｖ）の交流電流に変換するインバータ２６と、インバータ２６により変換された交流電流の車両外への供給を制御するコントロールボックス２８とが配置される。インバータ２６とジャンクションボックス１０とを接続する電力ケーブル３０は、充電ケーブル２０と共に、車室フロアの下面側において、バッテリ１６に沿って配索される。

次に、図２により、本発明の実施形態による車両用給電システムを搭載する車両の電気的構成を説明する。図２は、本発明の実施形態による車両用給電システムを搭載する車両の概略ブロック図である。

図２に示すように、ジャンクションボックス１０は、バッテリ１６、モータ用インバータ１０、及びインバータ２６に接続され、バッテリ１６からモータ用インバータ１０及びインバータ２６への直流電流の供給を切替える。

モータ用インバータ８は、ジャンクションボックス１０を介してバッテリ１６から供給される直流電流を交流電流に変換し、モータユニット６に供給する。このモータユニット６により発生される駆動力は、トランスアクスル等の動力伝達機構を介して駆動輪４に伝達される。

バッテリチャージャ１２は、充電レセプタクル１８から充電ケーブル２０を介して供給された電力により、バッテリ１６を充電する。即ち、充電スタンド等の外部電源から引き出された充電コードの先端に設けられた充電プラグを、充電レセプタクル１８に接続することにより、充電ケーブル２０及びバッテリチャージャ１２を介してバッテリ１６が充電される。

インバータ２６は、電力ケーブル３０を介してジャンクションボックス１０に接続されている。このインバータ２６は、バッテリ１６からジャンクションボックス１０及び電力ケーブル３０を介して供給される直流電流を、商用電源電圧（例えば１００Ｖ）の交流電流に変換し、出力ケーブル３２を介してコントロールボックス２８に出力する。

コントロールボックス２８は、出力ケーブル３２を介してインバータ２６に接続されており、インバータ２６により変換された交流電流の車両外への供給を制御する。また、コントロールボックス２８にはコンセント２８ｃ（図３参照）が設けられている。出力ケーブル３２を介してインバータ２６から供給された交流電流は、このコンセントを介して車両外の家電製品等に直接供給される。

次に、図３乃至図５により、荷室フロア２２の凹部２４における電装品の配置の詳細を説明する。

図３は、荷室フロア２２の凹部２４に配置されたインバータ２６及びコントロールボックス２８を示す平面図である。この図３に示すように、荷室フロア２２の上面側には、ほぼ円形の平面形状を有する凹部２４が形成されている。この凹部２４としては、例えば、従来の車両の荷室フロア２２に設けられているスペアタイヤパンを流用することができる。そして、インバータ２６及びコントロールボックス２８は、凹部２４の底面２４ａ上に、車幅方向に並べて配置されている。

インバータ２６は、ほぼ直方体状に形成されたインバータケース２６ａと、このインバータケース２６ａ内に収容されたインバータ回路とを備えている。
インバータケース２６ａは、複数の取付ステー２６ｂを介して凹部２４の底面２４ａに固定される。このインバータケース２６ａの側面（図３においては左側面）に、電力ケーブル３０が接続される入力端子２６ｃが設けられている。更に、インバータケース２６ａの側面（図３においては右側面）には、インバータ２６とコントロールボックス２８とを接続する出力ケーブル３２が接続される出力端子２６ｄが設けられている。
インバータ２６は、バッテリ１６から供給される直流電流を商用電源電圧（例えば１００Ｖ）の交流電流に変換し、出力端子２６ｄから出力ケーブル３２を介してコントロールボックス２８に出力する。

また、インバータケース２６ａの側面に、インバータ２６の外部から内部に空気を吸気する吸気口２６ｅと、インバータ２６の内部から外部に空気を排気する排気口２６ｆとが形成されている。
吸気口２６ｅは、コントロールボックス２８の側面と向かい合うインバータケース２６ａの側面（図３においては左側面）に形成されている。この吸気口２６ｅは、例えば、水平方向に延びる複数のスリットとして形成されている。更に、インバータケース２６ａの内部において、吸気ファンが吸気口２６ｅに隣接して設けられる。
また、排気口２６ｆは、凹部２４の側面と向かい合うインバータケース２６ａの側面（図３においては右側面）に設けられている。この排気口２６ｆは、例えば、水平方向に延びる複数のスリットとして形成されている。
吸気ファンを動作させると、吸気口２６ｅからインバータ２６の内部に空気が吸気される。インバータ２６の内部に流入した空気は、インバータ回路から熱を奪い、排気口２６ｆからインバータ２６の外部に排気される。

コントロールボックス２８は、ほぼ直方体状に形成されたコントロールボックスケース２８ａ、及び、コントロールボックスケース２８ａ内に収容された制御回路を備える。また、コントロールボックスケース２８ａの上面には、車両外への電力供給のＯＮ／ＯＦＦを切り替えるためのスイッチ２８ｂ、及びコンセント２８ｃが設けられている。
コントロールボックスケース２８ａは、複数の取付ステー２８ｄを介して凹部２４の底面２４ａに固定される。また、コントロールボックスケース２８ａの側面（図３においては右側面）に、出力ケーブル３２が接続される入力端子２８ｅが設けられている。更に、コントロールボックスケース２８ａの側面（図３においては左側面）に、車両１に搭載された各種システムを制御する車両制御モジュール（ＶＣＭ：Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｏｄｕｌｅ）とコントロールボックス２８とを接続する制御ケーブル３６が接続される接続端子２８ｆが設けられている。

凹部２４の側壁２４ｂにおいて、インバータケース２６ａの側面に設けられた入力端子２６ｃにほぼ対向する位置に、荷室フロア２２の下面側と上面側とを連通させる連通孔３８が形成されている。電力ケーブル３０は、車室フロアの下面側において、モータ用インバータ８からバッテリ１６に沿って荷室フロア２２の下面側まで配索され、この連通孔３８を通して凹部２４内に引き込まれる。

更に、凹部２４内に配置されたインバータ２６及びコントロールボックス２８を覆うように、凹部２４の上方からカバー３４が取り付けられる。図４は、荷室フロア２２の凹部２４にカバー３４を取り付けた状態を示す平面図である。また、図５は、図４におけるＶ−Ｖ矢視図である。
図４及び図５に示すように、カバー３４は、インバータ２６及びコントロールボックス２８の前方において、凹部２４の側壁２４ｂ間を車幅方向につなぐように、凹部２４の底面２４ａに対して垂直に設けられた前方側壁３４ａと、インバータ２６及びコントロールボックス２８の後方において、凹部２４の側壁２４ｂ間を車幅方向につなぐように、凹部２４の底面２４ａに対して垂直に設けられた後方側壁３４ｂと、これらの前方側壁３４ａの上端と後方側壁３４ｂの上端との間を覆うように設けられた天板３４ｃとを備えている。このカバー３４は、前方側壁３４ａの下端及び後方側壁３４ｂの下端にそれぞれ設けられたフランジ３４ｄを介して、凹部２４の底面２４ａに固定される。

天板３４ｃには、コントロールボックス２８のスイッチ２８ｂ及びコンセント２８ｃの上方において開口３４ｅが形成されており、カバー３４の上方からスイッチ２８ｂの操作やコンセント２８ｃへのコンセントプラグの抜き差しが可能になっている。また、天板３４ｃには、荷室フロア２２とカバー３４とによって囲まれた配置空間４０の内外に空気を通気させる通気口３４ｆとして複数の孔３４ｇが形成されている。これらの複数の孔３４ｇは、インバータ２６の吸気口２６ｅ及びコントロールボックス２８の上方を覆う長方形の吸気領域３４ｈと、インバータ２６の排気口２６ｆの上方を覆う長方形の排気領域３４ｉのそれぞれに、縦横に配列されている。好ましくは、各孔３４ｇは、直径１ｍｍの針金が通らないような大きさに形成されている。この通気口３４ｆは、例えばパンチングメタルを用いて形成される。

また、インバータ２６の排気口２６ｆと吸気口２６ｅとの間における空気の流動を遮蔽する遮蔽体４２が、荷室フロア２２とカバー３４とによって囲まれた配置空間４０においてこれらの排気口２６ｆと吸気口２６ｅとの間に設けられている。この遮蔽体４２は、インバータ２６の吸気口２６ｅが形成されている側面と排気口２６ｆが形成されている側面との間において、インバータケース２６ａの外周を囲む枠状に形成される。遮蔽体４２の内縁は、インバータケース２６ａの外周に当接し、遮蔽体４２の外縁は、カバー３４の前方側壁３４ａ、後方側壁３４ｂ、天板３４ｃ、及び荷室フロア２２に当接する。
この枠状の遮蔽体４２は、例えば上下に分割可能に形成されており、インバータケース２６ａの上下から挟み込むように取り付けられる。

荷室フロア２２とカバー３４とによって囲まれた配置空間４０は、インバータ２６の吸気口２６ｅと排気口２６ｆとの間に設けられた遮蔽体４２を境界として２つの空間に分割されている。従って、インバータ２６の吸気ファンを動作させると、天板３４ｃの吸気領域３４ｈに形成されている孔３４ｇを通って配置空間４０の外部から内部に流入した空気は、吸気口２６ｅを通ってインバータケース２６ａの内部に吸気される。一方、排気口２６ｆを通ってインバータケース２６ａから排気された高温の空気は、天板３４ｃの排気領域３４ｉに形成されている孔３４ｇを通って配置空間４０の内部から外部に排出される。

次に、上述した本実施形態の車両用電力供給システムによる作用効果を説明する。

先ず、車両用電力供給システムは、バッテリ１６から供給される直流電流を交流電流に変換するインバータ２６と、インバータ２６により変換された交流電流の車両外への供給を制御するコントロールボックス２８と、を有するので、電力供給設備等の外部設備を介することなく、車両１のバッテリ１６から家電製品に電力を直接供給することができる。

また、インバータ２６の排気口２６ｆと吸気口２６ｅとの間における空気の流動を遮蔽する遮蔽体４２が、荷室フロア２２とカバー３４とによって囲まれた配置空間４０においてこれらの排気口２６ｆと吸気口２６ｅとの間に設けられている。
これにより、通気口３４ｆを通って配置空間４０の外部から内部に流入した空気は、吸気口２６ｅを通ってインバータ２６の内部に吸気される。一方、排気口２６ｆを通ってインバータ２６から排気された高温の空気は、通気口３４ｆを通って配置空間４０の内部から外部に排出される。即ち、インバータ２６の排気口２６ｆから排気された空気が配置空間４０を流動して吸気口２６ｅから吸気されることが防止されるので、インバータ２６を効率よく冷却することができる。

また、遮蔽体４２は、排気口２６ｆと吸気口２６ｅとの間において、インバータ２６の外周を囲む枠状に形成され、この遮蔽体４２の内縁は、インバータ２６の外周に当接し、遮蔽体４２の外縁は、カバー３４の内壁及び荷室フロア２２に当接する。即ち、排気口２６ｆと吸気口２６ｅとの間において遮蔽体４２を境界として分割された２つの空間の間における空気の流動が防止されるので、インバータ２６の排気口２６ｆから排気された空気が配置空間４０を流動して吸気口２６ｅから吸気されることが防止され、インバータ２６を効率よく冷却することができる。

また、カバー３４には、通気口３４ｆとして、カバー３４の上面に複数の孔３４ｇが形成されているので、孔３４ｇの孔径を適切に設定することにより、乗員が誤って高温のインバータ２６に触れたり、針金等の導体がインバータ２６やコントロールボックス２８内に侵入して誤作動を引き起こすこと等を防止できる。

また、カバー３４には、インバータ２６の吸気口２６ｅの上方及び排気口２６ｆの上方に、通気口３４ｆが形成されているので、インバータ２６の吸気口２６ｅが設けられている側面とコントロールボックス２８の側面とが向かい合うように配置されており、吸気口２６ｅの正面に十分な空間が確保されていない場合においても、吸気口２６ｅの上方に形成された通気口３４ｆを介して、配置空間４０の外部から空気が吸気される。また、インバータ２６の排気口２６ｆが設けられている側面と凹部２４の側壁２４ｂとが向かい合うように配置されており、排気口２６ｆの正面に十分な空間が確保されていない場合においても、排気口２６ｆの上方に形成された通気口３４ｆを介して、配置空間４０の外部に空気が排気される。従って、インバータ２６を効率よく冷却することができる。

最後に、車両用給電システムの変形例について説明する。
上述した実施形態においては、吸気口２６ｅが、コントロールボックス２８の側面と向かい合うインバータケース２６ａの側面に設けられており、排気口２６ｆが、凹部２４の側面と向かい合うインバータケース２６ａの側面に設けられている場合について説明したが、これとは異なる配置にしてもよい。
例えば、吸気口２６ｅは、凹部２４の側壁２４ｂ、カバー３４の前方側壁３４ａ、又はカバー３４の後方側壁３４ｂと向かい合うインバータケース２６ａの側面に設けられてもよい。また、排気口２６ｆは、コントロールボックス２８の側面、カバー３４の前方側壁３４ａ、又はカバー３４の後方側壁３４ｂと向かい合うインバータケース２６ａの側面に設けられてもよい。
これらの何れの場合においても、吸気口２６ｅと排気口２６ｆとの間において、荷室フロア２２とカバー３４とによって囲まれた配置空間４０を２つの空間に分割するように遮蔽体４２を設けることにより、インバータ２６の排気口２６ｆから排気された空気が配置空間４０を流動して吸気口２６ｅから吸気されることを防止することができ、インバータ２６を効率よく冷却することができる。

また、動力源としてモータユニット６及びエンジンを搭載するハイブリッド自動車についても、上述した実施形態と同様に本発明を適用することができる。

１ 車両
２ モータルーム
４ 駆動輪
６ モータユニット
８ モータ用インバータ
１０ ジャンクションボックス
１２ バッテリチャージャ
１４ バッテリ搭載フレーム
１６ バッテリ
１８ 充電レセプタクル
２０ 充電ケーブル
２２ 荷室フロア
２４ 凹部
２４ａ 底面
２４ｂ 側壁
２６ インバータ
２６ａ インバータケース
２６ｂ 取付ステー
２６ｃ 入力端子
２６ｄ 出力端子
２６ｅ 吸気口
２６ｆ 排気口
２８ コントロールボックス
２８ａ コントロールボックスケース
２８ｂ スイッチ
２８ｃ コンセント
２８ｄ 取付ステー
２８ｅ 入力端子
２８ｆ 接続端子
３０ 電力ケーブル
３２ 出力ケーブル
３４ カバー
３４ａ 前方側壁
３４ｂ 後方側壁
３４ｃ 天板
３４ｄ フランジ
３４ｅ 開口
３４ｆ 通気口
３４ｇ 孔
３４ｈ 吸気領域
３４ｉ 排気領域
３６ 制御ケーブル
３８ 連通孔
４０ 配置空間
４２ 遮蔽体

Claims (4)

1. 車輪を駆動する電気モータと、上記電気モータに電力を供給するバッテリと、を有する車両に搭載され、上記バッテリから車両外に電力を供給するための車両用給電システムであって、
   上記車両のフロア上に配置され、上記バッテリから供給される直流電流を交流電流に変換するインバータと、
   上記車両のフロア上において上記インバータに隣接して配置され、上記インバータにより変換された交流電流の車両外への供給を制御する制御装置と、
   上記インバータと上記制御装置の上方を覆うカバーと、を有し、
   上記インバータには、このインバータの外部から内部に空気を吸気する吸気口と、このインバータの内部から外部に空気を排気する排気口とが形成され、
   上記カバーには、上記フロアと上記カバーとによって囲まれた配置空間の内外に空気を通気させる通気口が形成され、
   更に、上記インバータの排気口と吸気口との間における空気の流動を遮蔽する遮蔽体が、上記配置空間においてこれらの排気口と吸気口との間に設けられていることを特徴とする車両用給電システム。
2. 上記遮蔽体は、上記吸気口と上記排気口との間において、上記インバータの外周を囲む枠状に形成され、この遮蔽体の内縁は、上記インバータの外周に当接し、遮蔽体の外縁は、上記カバーの内壁及び上記フロアに当接する請求項１に記載の車両用給電システム。
3. 上記カバーには、上記通気口として、上記カバーの上面に複数の孔が形成されている請求項１又は２に記載の車両用給電システム。
4. 上記インバータの側面に、このインバータの吸気口と排気口とが形成され、
   上記インバータは、上記吸気口が形成されている側面及び上記排気口が形成されている側面と、上記フロアの一部、上記制御装置の側面、又は上記カバーの側面とが、向かい合うように配置され、
   上記カバーには、上記インバータの吸気口の上方及び排気口の上方に、上記通気口が形成されている、請求項１乃至３の何れか１項に記載の車両用給電システム。

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