JP6131887B2 - 充電用ケーブル - Google Patents

Description

本発明は、電動車両の充電に用いられる充電用ケーブルに関する。

電動車両は、搭載されたバッテリを駆動源として走行するものである。電動車両に搭載されるバッテリの充電方法は、外部充電機から供給される直流電流により誘電する方法、およびＡＣ電源から直接充電する方法がある。

このような充電方法では、外部充電機やＡＣ電源が必要であり、外部充電機やＡＣ電源がない場所で電動車両のバッテリが電欠状態となると、電動車両は動かなくなり、応急処置方法がないという問題がある。

そこで特許文献１に記載の充電用ケーブルでは、２台の車両を接続して、一方の車両から他方の車両に給電する技術が開示されている。

特開２０１１−１８８５８８号公報

特許文献１に記載の充電用ケーブルでは、コネクタを機械的に両方の車両に接続する必要がある。換言すると、コネクタの装着部を有しない非接触充電機能を搭載した車両では、充電することができないという問題がある。

そこで、本発明は前述の問題点を鑑みてなされたものであり、非接触充電機能を有する車両において、車両間で充電可能な充電用ケーブルを提供することを目的とする。

本発明は前述の目的を達成するために以下の技術的手段を採用する。

本発明は、非接触で受電する受電コイル（４１）と、非接触で送電する送電コイル（６１）と、送電コイルと受電コイルとを電気的に接続し、受電コイルが受電した電力を送電コイルに伝送する接続ケーブル（７０）と、受電コイルを第１コイルに対して位置決めする受電位置決め部（４２）と、送電コイルを第２コイルに対して位置決めする送電位置決め部と、を含み、受電位置決め部は、受電コイルに設けられる長手状の受電設置部材（４３）を備え、受電設置部材には、第１コイルの搭載位置に関する情報に応じた目印（４４）が設定されており、送電位置決め部は、送電コイルに設けられる長手状の送電設置部材（４３）を備え、送電設置部材には、第２コイルの搭載位置に関する情報に応じた目印（４４）が設定されていることを特徴とする充電用ケーブルである。

このような本発明に従えば、受電コイルと送電コイルとが接続ケーブルによって接続されている。そして受電コイルは非接触で第１の車両の第１コイルから受電し、送電コイルは非接触で第２の車両の第２コイルに送電する。したがって第１の車両のバッテリの電力を、接続ケーブルを介して第２の車両にバッテリの充電に用いることができる。さらに受電コイルを第１コイルに対して位置決めする受電位置決め部を有するので、受電コイルと第１コイルとの位置合わせを容易にすることができる。これによって受電コイルと第１コイルとの位置ずれによって、伝送効率が低下することを抑制することができる。また送電位置決め部も同様に、送電コイルと第２コイルとを位置合わせして、同様の効果を奏する。これによって非接触充電機能を有する車両間であっても、本発明の充電用ケーブルを用いることによって充電することができる。

なお、前述の各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例である。

第１実施形態の充電用ケーブル１０の使用状態を示す側面図である。 充電用ケーブル１０の一部を示す斜視図である。 充電用ケーブル１０の一部を示す平面図である。 各車両２０の車両用制御部２４の処理を示すフローチャートである。 第２実施形態の充電用ケーブル１０Ａの一部を示す斜視図である。 第３実施形態の充電用ケーブル１０Ｂの一部を示す斜視図である。 受電パッド４０を示す側面図である。 固定状態にある受電パッド４０を示す側面図である。 第４実施形態の充電用ケーブル１０Ｃの一部を示す斜視図である。 第５実施形態の充電用ケーブル１０Ｄを示す斜視図である。

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を、複数の形態について説明する。各実施形態で先行する実施形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付すか、または先行の参照符号に一文字追加し、重複する説明を略する場合がある。また各実施形態にて構成の一部を説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している実施形態と同様とする。各実施形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に関して、図１〜図４を用いて説明する。充電用ケーブル１０は、たとえば電気自動車およびプラグインハイブリッド自動車などの車両２０のメインバッテリ２１に充電する場合に用いられる。具体的には、充電用ケーブル１０は、２台の車両２０において、一方の車両２０の電力を他方の車両２０へ非接触で給電する際に用いられる。本実施形態の充電用ケーブル１０を用いない通常の充電の場合には、非接触給電装置（図示せず）が用いられる。非接触給電装置は、メインバッテリ２１と車両２０の外部に設置される外部電源（図示せず）との間で、非接触で電磁誘導方式によって電力を伝送する装置である。電磁誘導方式は、送電側と受電側との間で発生する誘導磁束を利用して電力を送る方式のことである。

先ず、車両２０に関して図１を用いて説明する。図１に示す２台の電気的構成は同一であるので、一方の車両２０についてのみ説明し、他方の車両２０については同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。図２に示すように、車両２０は、電力回路２２、車両パッド２３、車両用制御部２４、車両用通信部２５およびメインバッテリ２１を含んで構成される。車両パッド２３は、非接触で電力を送受電する車両コイル２６を内部に有し、車両２０の底部にて車外に露出するように設けられる。

車両コイル２６は、外部に設けられる受電コイル４１または送電コイル６１との間で非接触による電力の受け渡しを行う。車両コイル２６は送電コイル６１から非接触で給電される場合には、送電コイル６１にて発生した電磁界の影響により、車両コイル２６にも電磁界が発生し、車両コイル２６に電流が流れ、電圧が発生する。また車両コイル２６は受電コイル４１に非接触で給電する場合には、車両コイル２６にて電磁界を発生させて、その影響により受電コイル４１にも電磁界が発生し、受電コイル４１に電流が流れて、電圧が発生する。

電力回路２２は、車両コイル２６に接続される。また電力回路２２は、メインバッテリ２１に接続される。電力回路２２は、外部から給電される電力を充電する場合、および外部にメインバッテリ２１の電力を送電する場合に動作する回路である。電力回路２２は、車両コイル２６に給電された電力を直流電圧として出力し、メインバッテリ２１を充電する。また電力回路２２は、メインバッテリ２１から給電された電力を交流電力として車両コイル２６に与える。

次に、車両２０に搭載されるその他の構成に関して説明する。車両２０は、メインバッテリ２１の電力を基にして、モータジェネレータなどの負荷が駆動されるようになっている。また補機バッテリの電力を基にして、車両用制御部２４、空調ユニットおよび電動パワーステアリングユニットなどの補機が駆動されるようになっている。

メインバッテリ２１は、高圧のバッテリであり、その端子電圧が高圧となるように設定されている。メインバッテリ２１は、充放電可能に構成された電池であり、たとえばニッケル水素電池およびリチウムイオン電池などを使用することができる。

補機バッテリは、端子電圧がメインバッテリ２１よりも低い低電圧バッテリである。補機バッテリは、メインバッテリ２１を電力供給源としており、メインバッテリ２１の電圧がＤＣ／ＤＣコンバータによって降下されて、降下された出力電圧が引加されるようになっている。

車両用通信部２５は、他の車と通信する通信手段として機能し、車両用制御部２４からの情報を送信し、他の装置から受信した情報を車両用制御部２４に与える。

車両用制御部２４は、車両用通信部２５を介して他の車と通信して、他の車の充電動作を把握しつつ、電力回路２２の作動を制御する。車両用制御部２４は、補機バッテリを直接の電源とする。

次に、充電用ケーブル１０に関して説明する。充電用ケーブル１０は、受電パッド４０、送電パッド６０、接続ケーブル７０、受電位置決め部４２および送電位置決め部４２を含んで構成される。

受電パッド４０は、受電コイル４１を覆うカバーであり、内部に受電コイル４１が収納されている。受電コイル４１は、車両２０に搭載される車両コイル２６が発生した電磁界の影響により、受電コイル４１にも電磁界が発生し、受電コイル４１に電流が流れ電圧が発生する。受電コイル４１は、接続ケーブル７０を介して送電コイル６１に接続され、発生した高周波電力を送電コイル６１に与える。

送電パッド６０は、送電コイル６１を覆うカバーであり、内部に送電コイル６１が収納されている。送電コイル６１は、所定の通電によって電磁界を発生するように構成されている。送電コイル６１は、接続ケーブル７０を介して受電コイル４１に接続され、受電コイル４１から与えられる高周波電力を非接触で車両２０に搭載される車両コイル２６に送電する。

接続ケーブル７０は、送電コイル６１と受電コイル４１とを電気的に接続し、受電コイル４１が受電した電力を送電コイル６１に伝送する。受電位置決め部４２は、受電コイル４１を車両コイル２６に対して位置決めする。送電位置決め部４２は、送電コイル６１を車両コイル２６に対して位置決めする。

受電位置決め部４２は、図２および図３に示すように、受電パッド４０に設けられる長手状の受電設置部材４３を備える。そして受電設置部材４３には、図３に示すように、車両コイル２６の搭載位置に関する情報に応じた目印４４が設定されている。目印４４は、たとえば車両２０の後部から車両コイル２６までの長さに対応している。図３では、３つの目印４４があるが、各目印４４が各車種に対応しており、たとえば軽自動車に対応する目印および普通自動車に対応する目印などである。また固有の車種名、年式および型式に応じた目印であってもよい。また左右方向の目印はないが、車幅の中央なのでユーザは目視でおおよその位置を確認することができる。車幅の中央に目印を設けてもよい。したがってユーザは、長手状の受電設置部材４３を把持して車両２０の下部に差し込んで受電パッド４０を車両コイル２６に対して位置決めすることができる。

同様に、送電位置決め部４２は、送電コイル６１に設けられる長手状の送電設置部材４３を備える。送電設置部材４３には、送電コイル６１の搭載位置に関する情報に応じた目印４４が設定されている。他の構成は、受電位置決め部４２と同様であるので説明を省略する。

次に、充電用ケーブル１０を用いた充電に関する充電処理に関して図４を用いて説明する。給電車両２０は、他の車両に給電する給電モードに操作されると、図４に示す処理を繰り返し実行する。受電車両２０は、他の車両から受電する受電モードに操作されると、図４に示す処理を繰り返し実行する。

先ず、給電車両２０の制御に関して説明する。ステップＳ１１では、受電車両２０と通信が確立されたかどうかを判断し、通信が確立されている場合には、ステップＳ１２に移り、確立されていない場合は、本フローを終了する。通信が確立されている場合とは、各種情報が受電車両２０と送受信可能な状態である。

ステップＳ１２では、車両用通信部２５によって充電前情報を交換（送受信）し、ステップＳ１３に移る。充電前情報は、給電および受電の各種設定情報、たとえば最大電圧、最大電流などの情報である。

ステップＳ１３では、車両コイル２６と受電コイル４１との接続がされているか否かを判断し、接続されている場合には、ステップＳ１４に移り、接続されるまでステップＳ１３の処理を繰り返す。またステップＳ１３では、受電車両２０と通信し、受電車両２０も車両コイル２６と送電コイル６１との接続がされている場合に、ステップＳ１４に移る。接続されているか否かは、たとえば微弱電界を用いた伝送効率が所定値以上であるか否かで判断される。伝送効率は、受電パッド４０の発生電力を、車両パッド２３への入力電力で徐した値である。伝送効率の所定値は、異物がなく受電パッド４０と車両パッド２３が対向している正常時の値を設定し、所定値未満か所定値以上で何らかの問題発生状況を把握する。たとえば異物混入による伝送効率低下およびパッドの位置ズレによる伝送効率低下である。接続されるまで、ユーザは、受電設置部材４３を用いて受電パッド４０の位置を微調整する。

ステップＳ１４では、安全確認を行い、安全確認されると、ステップＳ１５に移り、確認されないと本フローを終了する。安全確認は、たとえば漏電の有無の確認である。またステップＳ１４では、受電車両２０と通信し、受電車両２０における安全が確認されると、ステップＳ１５に移る。

ステップＳ１５では、給電制御を実行し、受電車両２０と通信しつつ給電が完了するまでステップＳ１５を継続し、給電が完了するとステップＳ１６に移る。ステップＳ１６では、通信の切断、バッテリ情報の更新など終了処理を実施し、本フローチャートを終了する。

次に、受電車両２０の制御に関して説明する。ステップＳ２１では、給電車両２０と通信が確立されたかどうかを判断し、通信が確立されている場合には、ステップＳ２２に移り、確立されていない場合は、本フローを終了する。ステップＳ２２では、車両用通信部２５によって充電前情報を交換（送受信）し、ステップＳ２３に移る。

ステップＳ２３では、車両コイル２６と送電コイル６１との接続がされているか否かを判断し、接続されている場合には、ステップＳ２４に移り、接続されるまでステップＳ２３の処理を繰り返す。またステップＳ２３では、給電車両２０と通信し、給電車両２０も車両コイル２６と受電コイル４１との接続がされている場合に、ステップＳ２４に移る。接続されるまで、ユーザは、送電設置部材４３を用いて送電パッド６０の位置を微調整する。

ステップＳ２４では、安全確認を行い、安全確認されると、ステップＳ２５に移り、確認されないと本フローを終了する。またステップＳ２４では、給電車両２０と通信し、給電車両２０における安全が確認されると、ステップＳ２５に移る。

ステップＳ２５では、受電制御を実行し、給電車両２０と通信しつつ受電が完了するまでステップＳ２５を継続し、受電が完了するとステップＳ２６に移る。ステップＳ２６では、通信の切断、バッテリ情報の更新など終了処理を実施し、本フローチャートを終了する。

以上説明したように本実施形態の充電用ケーブル１０は、受電コイル４１と送電コイル６１とが接続ケーブル７０によって接続されている。そして受電コイル４１は非接触で給電車両（第１の車両）２０の車両コイル（第１コイル）２６から受電し、送電コイル６１は非接触で受電車両（第２の車両）２０の車両コイル（第２コイル）２６に送電する。したがって給電車両２０のバッテリの電力を、接続ケーブル７０を介して受電車両２０にメインバッテリ２１の充電に用いることができる。さらに受電コイル４１を車両コイル２６に対して位置決めする受電位置決め部４２を有するので、受電コイル４１と車両コイル２６との位置合わせを容易にすることができる。これによって受電コイル４１と車両コイル２６との位置ずれによって、伝送効率が低下することを抑制することができる。また送電位置決め部４２も同様に、送電コイル６１と受電車両２０の車両コイル２６とを位置合わせして、同様の効果を奏する。これによって非接触充電機能を有する車両２０間であっても、本実施形態の充電用ケーブル１０を用いることによって充電することができる。

また本実施形態では、受電位置決め部４２は、受電コイル４１に設けられる長手状の受電設置部材４３を備えている。そして受電設置部材４３には、車両コイル２６の給電車両２０の搭載位置に関する情報に応じた目印４４が設定されている。これによってユーザは、受電設置部材４３を把持して、目印４４に基づいて、受電コイル４１を車両コイル２６に対向する位置に配置することができる。したがって車両２０の下部に車両コイル２６があり、目視困難な場合であっても、受電に最適な位置に容易に配置することができる。

また送電位置決め部４２は、送電コイル６１に設けられる長手状の送電設置部材４３を備える。そして送電設置部材４３には、受電車両２０の車両コイル２６の搭載位置に関する情報に応じた目印４４が設定されている。これによって、受電位置決め部４２と同様の作用および効果を奏する。

本実施形態では、各設置部材４３は、棒状であったが、棒状に限るものではなく、伸縮および折り畳み機構を有していてもよい。これによって各設置部材４３は、収納しやすくなる。また各設置部材４３は、各パッド４０，６０の固定位置が車両２０により異なるので、各設置部材４３は各パッド４０，６０と着脱自在に構成し、各設置部材を車両２０ごとに用意してもよい。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に関して、図５を用いて説明する。本実施形態では、受電パッド４０および送電パッド６０を車両２０に固定可能な点に特徴を有する。

充電用ケーブル１０Ａは、受電位置決め部４２によって位置決めされた位置で受電コイル４１を固定する受電固定部４５をさらに備える。受電固定部４５は、受電固定手段であって、車両２０に設定される３つの固定位置から延びる三本の棒によって、三点で受電パッド４０を固定する。固定位置は、たとえばジャッキアップポイント（図５の破線の丸）を基準に車種毎に棒の長さを設定できるようにしている。これによって受電パッド４０は、異なる３方向から支持されて固定される。これによって受電中に風などによって位置がずれることを防止することができる。

また本実施形態では、受電固定部４５は、受電位置決め部４２の機能も備える。換言すると、３点から支持されるので、受電パッド４０を車両２０下部の一点で位置決めすることができる。これによって位置決めしつつ、所定の位置で受電パッド４０を固定することができる。

また充電用ケーブル１０Ａは、送電位置決め部４２によって位置決めされた位置で送電コイル６１を固定する送電固定手段４５をさらに備える。これによって、受電固定手段と同様の作用および効果を奏する。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に関して、図６〜図８を用いて説明する。本実施形態では、受電パッド４０および送電パッド６０は、車輪４６、車輪４６を駆動する駆動部（図示せず）、駆動部を操作する操作部４７および摩擦抵抗の高い抵抗部４８をそれぞれ備える。

ユーザは操作部４７を操作すると、駆動部が駆動し、まるで無線操作可能な模型車両のように車輪４６が駆動し、受電パッド４０を設置面に対して変位させることができる。これによってユーザは、おおよその位置に受電パッド４０を手で配置後、操作部４７によって前後左右に微調整をすることができる。したがって駆動部は、受電コイル４１を設置面に対して変位させる受電変位手段として機能する。

また受電パッド４０の下部には、摩擦抵抗の高い、たとえばゴムの抵抗部４８を備える。微調整が完了と、ユーザはさらに操作部４７を操作して、図７に示す状態から、車輪４６を収納し図８に示すように抵抗部４８が設置面に接するようになる。これによって受電パッド４０が固定される。

これによって受電パッド４０の位置決めが容易となる。また送電パッド６０に関しても同様の送電変位手段４６を備え、同様の作用および効果を奏する。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に関して、図９を用いて説明する。本実施形態では、受電パッド４０および送電パッド６０は、車両２０との位置合わせの度合いを表示する表示部４９を備える点に特徴を有する。

充電用ケーブル１０Ｃは、受電コイル４１と車両コイル２６との電磁界の結合度を検出する受電検出手段と、受電検出手段によって検出された結合度を出力する表示部（受電出力手段）４９と、をさらに備える。

受電コイル４１を位置合わせするとき、車両コイル２６から微弱電磁界を発生させる。すると受電検出手段が電磁界の結合度を電流値として検出する。この結合度は、受電コイル４１と車両コイル２６との近接度合いに比例する。したがって結合度を表示部４９によって、たとえば段階的に表示することによって、車両コイル２６と受電コイル４１の近接度合いを可視化することができる。表示部４９は、図９に示すように、たとえばユーザが視認しやすい接続ケーブル７０の途中に設けられる。これによってユーザは、表示部４９の表示を確認しながら、受電パッド４０の位置合わせをすることができる。

また結合度の出力は、表示に限るものではなく、音声などの音を出力してもよい。またたとえば表示部４９にて微弱電界の発生源の方向、すなわち移動方向を示してもよい。

充電用ケーブル１０Ｃは、送電コイル６１と車両コイル２６との電磁界の結合度を検出する送電検出手段と、送電検出手段によって検出された結合度を出力する送電出力手段４９と、をさらに備える。したがって前述の受電検出手段および受電出力手段と同様の作用および効果を奏する。

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態に関して、図１０を用いて説明する。本実施形態では、接続ケーブル７０がコネクタで着脱可能になっている点に特徴を有する。

本実施形態では、接続ケーブル７０は、受電ケーブル８０と送電ケーブル９０とを含む。受電ケーブル８０は、受電コイル４１と受電コネクタ８１とを電気的に接続する。送電ケーブル９０は、送電コイル６１と送電コネクタ９１とを電気的に接続する。そして受電コネクタ８１と送電コネクタ９１は、着脱可能であり、受電コネクタ８１と送電コネクタ９１とが装着された装着状態では、受電コイル４１と送電コイル６１とが受電ケーブル８０および送電ケーブル９０によって電気的に接続される。換言すると、受電コネクタ８１と送電コネクタ９１とが装着された装着状態では、接続ケーブル７０として機能する。

これによって車両２０毎のコイル形状やコイルの大きさの違う場合に、最適な受電パッド４０および送電パッド６０を組み合わせることができる。したがって、たとえば各自が自車に最適な受電パッド４０を有する受電ケーブル８０を各自の車両２０に搭載しておくことによって、各自が有する受電パッド４０を互いに接続して充電用ケーブル１０Ｄとして用いることができる。

また受電コネクタ８１および送電コネクタ９１は、規格を統一することによって、他の装置を接続可能にしてもよい。他の装置として、電力変換部９５を備えたＡＣ充電用アタブタ９６、および充電ガンなどである。これによって汎用性を向上することができる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。

上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。

前述の第１実施形態では、受電パッド４０は受電専用であるが、受電専用に限るものではなく、受電および送電が可能な構成であってもよい。

１０…充電用ケーブル ２０…車両 ２４…車両用制御部
２５…車両用通信部 ２６…車両コイル（第１コイル、第２コイル）
４１…受電コイル ４２…受電位置決め部（送電位置決め部）
４３…受電設置部材（送電設置部材） ４４…目印
４５…受電固定部（受電固定手段、送電固定手段）
４６…車輪（受電変位手段、送電変位手段）
４９…表示部（受電出力手段、送電出力手段） ６１…送電コイル ７０…接続ケーブル
８０…受電ケーブル ８１…受電コネクタ ９０…送電ケーブル ９１…送電コネクタ

Claims (5)

1. 第１の車両（２０）に搭載される第１コイル（２６）から非接触で受電する受電コイル（４１）と、
   第２の車両（２０）に搭載される第２コイル（２６）へ非接触で送電する送電コイル（６１）と、
   前記送電コイルと前記受電コイルとを電気的に接続し、前記受電コイルが受電した電力を前記送電コイルに伝送する接続ケーブル（７０）と、
   前記受電コイルを前記第１コイルに対して位置決めする受電位置決め部（４２）と、
   前記送電コイルを前記第２コイルに対して位置決めする送電位置決め部（４２）と、を含み、
   前記受電位置決め部は、前記受電コイルに設けられる長手状の受電設置部材（４３）を備え、
   前記受電設置部材には、前記第１コイルの搭載位置に関する情報に応じた目印（４４）が設定されており、
   前記送電位置決め部は、前記送電コイルに設けられる長手状の送電設置部材（４３）を備え、
   前記送電設置部材には、前記第２コイルの搭載位置に関する情報に応じた目印（４４）が設定されていることを特徴とする充電用ケーブル。
2. 前記受電設置部材は、伸縮または折り畳み可能に構成され、
   前記送電設置部材は、伸縮または折り畳み可能に構成されることを特徴とする請求項１に記載の充電用ケーブル。
3. 前記受電位置決め部によって位置決めされた位置で前記受電コイルを固定する受電固定手段（４５）と、
   前記送電位置決め部によって位置決めされた位置で前記送電コイルを固定する送電固定手段（４５）と、をさらに含むことを特徴とする請求項１または２に記載の充電用ケーブル。
4. 前記受電コイルと前記第１コイルとの電磁界の結合度を検出する受電検出手段と、
   前記受電検出手段によって検出された前記結合度を出力する受電出力手段（４９）と、
   前記送電コイルと前記第２コイルとの電磁界の結合度を検出する送電検出手段と、
   前記送電検出手段によって検出された前記結合度を出力する送電出力手段（４９）と、をさらに含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の充電用ケーブル。
5. 前記受電コイルを設置面に対して変位させる受電変位手段（４６）と、
   前記送電コイルを設置面に対して変位させる送電変位手段（４６）と、をさらに含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の充電用ケーブル。

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