JP6316132B2 - バッテリ充電システム - Google Patents

Description

本発明は、バッテリと当該バッテリを充電する充電器とで構成されるバッテリ充電システムに関するものである。

充電を行うことにより電気を蓄えて電池として使用可能なバッテリは、可搬性を要求されるノートパソコンやデジタルカメラ、携帯電話などのさまざまな携帯機器に用いられている。

ここで、バッテリには、例えば充電電圧や充電回数の履歴などの情報が格納されたメモリ（記憶手段）を備えたものがある。この場合、当該バッテリを充電する充電器では、メモリから充電電圧の情報（電圧情報）を読み出して充電電圧まで充電している。したがって、充電電圧が相互に異なる２種類のバッテリを同じ充電器で充電しても、バッテリが過充電になったり充電不足になったりすることがない。

なお、バッテリの充電制御が記載された文献としては、例えば特開平８−１３８７４９号公報などが知られている。

特開平８−１３８７４９号公報

ここで、充電電圧が相互に異なる２種類のバッテリであっても、前述したメモリを備えていないものが存在する。このようなバッテリでは充電されるバッテリの充電電圧が充電器側で分からないので、メモリから電圧情報を読み出して充電を行う充電器を共用することができず、専用の充電器を別途用意する必要がある。

したがって、２種類の充電電圧とメモリの有無とを考慮すると、４種類のバッテリを充電するには３台の充電器が必要になり不経済である。

本発明は、上述の技術的背景からなされたものであって、充電電圧が相互に異なり、且つ記憶手段の有無が異なる４種類のバッテリを１台の充電器で充電することのできるバッテリ充電システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の本発明のバッテリ充電システムは、第１の充電電圧とされ、当該第１の充電電圧であることの電圧情報が格納された第１の記憶手段を備えた第１のバッテリと、第２の充電電圧とされ、当該第２の充電電圧であることの電圧情報が格納された第２の記憶手段を備えた第２のバッテリと、第１の充電電圧とされ、前記第１の記憶手段を備えていない第３のバッテリと、第２の充電電圧とされ、前記第２の記憶手段を備えていない第４のバッテリと、前記第１のバッテリ、前記第２のバッテリ、前記第３のバッテリおよび前記第４のバッテリの充電電圧を検出する電圧検出部、およびこれらのバッテリに対して前記電圧検出部で検出された充電電圧に基づいて充電を行うよう充電電圧を制御する電圧制御部を備えた充電器とを有し、前記電圧検出部は、前記第１のバッテリおよび前記第２のバッテリについては、前記第１の記憶手段または前記第２の記憶手段に格納された前記電圧情報を読み出して充電電圧を検出し、前記第３のバッテリおよび前記第４のバッテリについては、前記第１の充電電圧および前記第２の充電電圧にそれぞれ対応付けされた印加電圧またはグランド電圧から充電電圧を検出する、ことを特徴とする。

請求項２に記載の発明のバッテリ充電システムは、上記請求項１に記載の発明において、前記充電器には、前記第１のバッテリ、前記第２のバッテリ、前記第３のバッテリおよび前記第４のバッテリに充電を行う２つの充電端子、ならびにこれらのバッテリとの間で通信を行う２つの通信端子が備えられ、前記第１のバッテリおよび前記第２のバッテリには、前記充電端子に対応した２つの充電端子、および前記通信端子に対応した２つの通信端子が備えられ、前記第３のバッテリおよび前記第４のバッテリには、前記充電端子に対応した２つの充電端子、および前記通信端子に対応するとともに前記充電器の相互に異なる２つの前記充電端子と電気的に接続された２つの通信端子が備えられている、ことを特徴とする。

本発明によれば、第１のバッテリおよび第２のバッテリについては、第１の記憶手段または第２の記憶手段に格納された電圧情報を読み出して充電電圧を検出し、第３のバッテリおよび第４のバッテリについては、当該バッテリに所定の電圧を印加した際に入力される２種類の充電電圧にそれぞれ対応付けされた印加電圧またはグランド電圧から充電電圧を検出しているので、充電電圧が相互に異なり、且つ記憶手段の有無が異なる４種類のバッテリを１台の充電器で充電することが可能になる。

本発明の一実施の形態であるバッテリ充電システムを構成するバッテリにより電力を供給されて動作する携帯機器の一例としての携帯プリンタを示す斜視図である。 図１の携帯プリンタに電力を供給するバッテリと、当該バッテリを充電する充電器とで構成されるバッテリ充電システムを示す斜視図である。 図２の充電器およびバッテリの内部構造を示す機能ブロック図である。 （ａ）は第１のバッテリおよび第２のバッテリの端子の機能を示す説明図、（ｂ）は第３のバッテリの端子の機能を示す説明図、（ｃ）は第４のバッテリの端子の機能を示す説明図である。 バッテリ充電システムにおける充電の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の一例としての実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための図面において、同一の構成要素には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

図１は、本発明の一実施の形態であるバッテリ充電システムを構成するバッテリにより電力を供給されて動作する携帯機器の一例としての携帯プリンタを示す斜視図である。

図１において、携帯プリンタ１は扁平な直方体形状に形成されており、ハウジング２と開閉カバー部３とを備えている。ハウジング２は、携帯プリンタ１の外形を形成するとともに、各構成部を収容するための空間を形成する筐体である。ハウジング２の上面には、操作部４、表示部５および電源ボタン６等が幅方向に沿って順に並んで配置されている。なお、操作部４は携帯プリンタ１に必要な情報やコマンドを入力するボタン、表示部５はコマンドやメッセージ等を表示する画面、電源ボタン６は携帯プリンタ１の電源をオンオフするボタンである。

また、前述した開閉カバー部３は一方端がヒンジ等によりハウジング２に軸支されており、ハウジング２に対して開閉可能な状態で設置されている。開閉カバー部３の近傍にはカバーオープンボタン７が配置されており、カバーオープンボタン７を押すことで開閉カバー部３が開くようになっている。なお、開閉カバー部３とハウジング２との隙間に、印字後のラベルが排出される排出口８が形成されている。

携帯プリンタ１の一方の側面には、バッテリカバー部９がハウジング２の表面と面一となるように設けられている。バッテリカバー部９のスライド式のロックレバー９ａをスライド操作することにより、バッテリカバー部９が開くようになっている。

バッテリカバー部９の内部には、携帯プリンタ１の全体に電力を供給する充電電池であるバッテリＢｔ（図２）を収容するバッテリ収容部（図示せず）が形成されている。バッテリ収容部はバッテリカバー部９を開放することにより、バッテリＢｔをバッテリ収容部内に挿入したり、バッテリ収容部内から外したりすることが可能になっている。なお、バッテリＢｔには、例えばリチウムイオン電池が使用されている。

図２は、前述した携帯プリンタ１に電力を供給するバッテリＢｔと、当該バッテリＢｔを充電する充電器１０とで構成されるバッテリ充電システムＳを示す斜視図である。

図示する充電器１０は扁平な直方体形状の筐体１０ａを備えており、上面には、略四角柱形状のバッテリＢｔが挿入される挿入穴１１が上方に開口して形成されている。挿入穴１１の一つの側壁１１ａには、バッテリＢｔに設けられた４つの端子Ｔ（Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４）（図３、図４）とそれぞれ電気的に接触する４つの端子１２（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ）が内側に突出して設けられている。これらの端子１２は板バネ式になっており、バッテリＢｔが挿入穴１１に挿入されたときにバッテリＢｔの端子Ｔに押されて側壁１１ａ内に引っ込む方向に弾性変形することにより、バッテリＢｔの端子Ｔとの接触圧が確保されるようになっている。

さらに、充電器１０の上面には、「満充電／充電中」の表示を行うＬＥＤライト１３、「充電エラー」の表示を行うＬＥＤライト１４、および「省エネ充電／通常充電」の切り替えを行う切替スイッチ１５が、挿入穴１１の周辺に設けられている。なお、省エネ充電とは、満充電を下回る所定の充電量に抑制することにより、バッテリＢｔの耐久寿命を長くする充電態様である。

ここで、本実施の形態において、充電器１０で充電されるバッテリＢｔは４種類（第１のバッテリＢｔ１、第２のバッテリＢｔ２、第３のバッテリＢｔ３、第４のバッテリＢｔ４）となっている。

すなわち、バッテリＢｔは複数の内蔵されたセルを組み合わせて構成されており、本実施の形態では、第１のバッテリＢｔ１および第３のバッテリＢｔ３は２個のセルが内蔵（以下、「２セル」という。）され、第２のバッテリＢｔ２および第４のバッテリＢｔ４は４個のセルが内蔵（以下、「４セル」という。）されている。

また、第１のバッテリＢｔ１および第２のバッテリＢｔ２には、充電電圧や充電回数の履歴などの情報が格納されたメモリＭ１（第１の記憶手段）およびメモリＭ２（第２の記憶手段）がそれぞれ内蔵されている。前述した充電器１０には、メモリＭ１，Ｍ２から充電電圧の情報（電圧情報）を読み出して充電電圧を検出する電圧検出部（図３に示す充電制御部１６）が設けられている。なお、電圧検出部はメモリＭ１，Ｍ２を有しない第３のバッテリＢｔ３および第４のバッテリＢｔ４の充電電圧も検出するようになっているが、その詳細については後述する。

本実施の形態では、１つのセルの充電電圧が４.２Ｖとなっており、２セルの第１のバッテリＢｔ１および第３のバッテリＢｔ３の充電電圧（第１の充電電圧）は８.４Ｖ（４.２Ｖ×２）、４セルの第２のバッテリＢｔ２および第４のバッテリＢｔ４の充電電圧（第２の充電電圧）は１６.８Ｖ（４.２Ｖ×４）となっている。但し、本実施の形態において示すバッテリＢｔ１〜Ｂｔ４のセル数やセル１個あたりの充電電圧は一例に過ぎず、これらに限定されるものではない。

図３は、充電器１０およびバッテリＢｔの内部構造を示す機能ブロック図である。なお、図３においては、バッテリＢｔは、メモリＭ１，Ｍ２を有している第１のバッテリＢｔ１および第２のバッテリＢｔ２が示されている。

図３において、メモリＭ１，Ｍ２を有するバッテリＢｔ１，Ｂｔ２には、充電端子としての＋極の端子Ｔ１および−極の端子Ｔ２が設けられ、さらにメモリＭ１，Ｍ２と通信を行う通信端子としてのデータ出力用の端子Ｔ３およびデータ入力用の端子Ｔ４が設けられている。

また、充電器１０には、前述したバッテリＢｔ１，Ｂｔ２の端子Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４にそれぞれ対応した端子１２（すなわち、充電端子１２ａ，１２ｂおよび通信端子１２ｃ，１２ｄ）が設けられている。さらに、充電器１０には、商用電源から交流電力を取り込むコンセント２０、コンセント２０と充電器１０とをつなぐケーブル２１上に取り付けられたＡＣアダプタ２２が取り付けられている。なお、ＡＣアダプタ２２は、コンセント２０から取り込まれた交流電力を直流電力に変換して出力する機能を有する。

充電器１０には、充電制御部１６、電圧制御部１７、ＤＣ／ＤＣコンバータ１８が内蔵されている。

ここで、充電制御部１６は、メモリＭ１，Ｍ２と情報のやり取り（例えば、メモリＭ１，Ｍ２からの電圧情報の読み出し、メモリＭ１，Ｍ２への充電回数の書き込みなど）を行うとともに、電圧情報に基づいた制御信号を電圧制御部１７に送る。したがって、充電制御部１６は電圧検出部としての機能を有している。

電圧制御部１７は、充電制御部１６から送信された制御信号に基づいて、ＤＣ／ＤＣコンバータ１８の出力電圧（つまり、バッテリＢｔの充電電圧）を制御し、充電制御部１６で検出された充電電圧に基づいて充電が行われるように充電電圧を制御する。なお、前述のように、充電器１０には「省エネ充電／通常充電」の切り替えを行う切替スイッチ１５が設けられており、充電制御部１６は、「通常充電」が選択されている場合には、充電伝電圧まで満充電を行う制御信号を電圧制御部１７に送信し、「省エネ充電」が選択されている場合には、充電電圧を下回る所定の充電量（充電電圧の例えば約９０％の充電量）の充電を行う制御信号を電圧制御部１７に送信する。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１８は、ＡＣアダプタ２２から出力された直流電力を電圧制御部１７で指示された出力電圧に変換して出力する。すなわち、本実施の形態の場合には、通常充電」が選択されていれば、８．４Ｖ（２セルのバッテリＢｔの場合）または１６.８Ｖ（４セルのバッテリＢｔの場合）に変換して出力し、「省エネ充電」が選択されていれば、充電電圧の例えば約９０％の充電量に充電される本実施の形態の場合には、約７．６Ｖ（２セルのバッテリＢｔの場合）または約１５．２Ｖ（４セルのバッテリＢｔの場合）に変換して出力する。

次に、バッテリＢｔの端子Ｔについて，図４を用いて説明する。ここで、図４（ａ）は第１のバッテリＢｔ１および第２のバッテリＢｔ２の端子の機能を示す説明図、図４（ｂ）は第３のバッテリＢｔ３の端子の機能を示す説明図、図４（ｃ）は第４のバッテリＢｔ４の端子の機能を示す説明図である。

メモリＭ１を有する２セルの第１のバッテリＢｔ１およびメモリＭ２を有する４セルの第２のバッテリＢｔ２では、図４（ａ）に示すように、端子Ｔ１が充電端子としての＋極（充電電圧）の端子、端子Ｔ２が充電端子としての−極（グランド電圧）の端子、端子Ｔ３がメモリＭ１，Ｍ２へのデータ出力用の端子、端子Ｔ４がメモリＭ１，Ｍ２からのデータ入力用の端子となっている。

メモリＭ１を有しない２セルの第３のバッテリＢｔ３では、図４（ｂ）に示すように、端子Ｔ１が充電端子としての＋極（充電電圧）の端子、端子Ｔ２が充電端子としての−極（グランド電圧）の端子となっている。また、端子Ｔ３は端子Ｔ１と電気的に接続されて当該端子Ｔ１（＋極の充電端子）と同電位となっており、端子Ｔ４は端子Ｔ２と電気的に接続されて当該端子Ｔ２（−極の充電端子）と同電位となっている。なお、端子Ｔ４は他の端子とは接続せずに、電気的に不定となっていてもよい。

メモリＭ２を有しない４セルの第４のバッテリＢｔ４では、図４（ｃ）に示すように、端子Ｔ１が充電端子としての＋極（充電電圧）の端子、端子Ｔ２が充電端子としての−極（グランド電圧）の端子となっている。また、端子Ｔ３は端子Ｔ２と電気的に接続されて当該端子Ｔ２（−極の充電端子）と同電位となっており、端子Ｔ４は端子Ｔ１と電気的に接続されて当該端子Ｔ１（＋極の充電端子）と同電位となっている。なお、ここでも、端子Ｔ４は他の端子とは接続せずに、電気的に不定となっていてもよい。

前述のように端子Ｔ３はバッテリＢｔのデータ出力用の端子である。

したがって、電圧検出部として機能する充電器１０の充電制御部１６には、図４（ａ）に示す場合（つまり、第１のバッテリＢｔ１および第２のバッテリＢｔ２の場合）においては、メモリＭ１，Ｍ２に格納された電圧情報（換言すれば、バッテリＢｔ１，Ｂｔ２のセル数）が端子１２ｃから入力されるので、当該電圧情報を読み出すことによりバッテリＢｔ１，Ｂｔ２の充電電圧を検出することができる。

また、図４（ｂ）に示す場合（つまり、第３のバッテリＢｔ３の場合）においては、端子Ｔ１の電圧が端子１２ｃから入力されるので、端子Ｔ１に所定の電圧を印加した際に当該印加電圧が端子１２ｃから入力されたときには２セルの充電電圧であると対応付けしておくことにより、つまり印加電圧を２セル対応の充電電圧としておくことにより、第３のバッテリＢｔ３の充電電圧を検出することができる。

そして、図４（ｃ）に示す場合（つまり、第４のバッテリＢｔ４の場合）においては、端子Ｔ２の電圧（つまり、グランド電圧）が端子１２ｃから入力されるので、端子Ｔ１に所定の電圧を印加した際にグランド電圧が端子１２ｃから入力されたときには４セルの充電電圧であると対応付けしておくことにより、つまりグランド電圧を４セル対応の充電電圧としておくことにより、第４のバッテリＢｔ４の充電電圧を検出することができる。

次に、このような構成を有するバッテリ充電システムにおける充電の流れについて、図５を用いて説明する。

充電器１０はパルス電圧を発生させバッテリＢｔをチャージしている（ステップＳ１０）。

次に、充電器１０は、電圧検出部としての充電制御部１６においてバッテリＢｔから充電電圧の情報つまり電圧情報が読み出されたならば（ステップＳ１１）、その電圧情報から充電電圧を検出して２セルか４セルかを判断し（ステップＳ１２）、電圧情報が２セルであれば（換言すれば、第１のバッテリＢｔ１であれば）、電圧制御部１７において２セル用充電電圧に設定し（ステップＳ１３）、ＤＣ／ＤＣコンバータ１８による充電処理を実行する（ステップＳ１４）。

なお、ステップＳ１４における充電処理では、検出された検出された充電電圧に基づいて充電が行われるので、前述した切替スイッチ１５が「通常充電」の場合には、充電電圧まで満充電が行われ、「省エネ充電」の場合には、充電電圧を下回る所定の充電量の充電が行われる。

また、ステップＳ１２において電圧情報が４セルであれば（換言すれば、第２のバッテリＢｔ２であれば）、電圧制御部１７において４セル用充電電圧に設定し（ステップＳ１５）、ＤＣ／ＤＣコンバータ１８による充電処理を実行する（ステップＳ１４）。

一方、ステップＳ１１において電圧情報が読み出されない場合は、過放電になってしまってバッテリＢｔから電圧情報が読み出せなくなっていること、メモリＭ１，Ｍ２を備えていないバッテリＢｔであること、本充電器１０では充電できないバッテリＢｔが装着されていること、の３つのケースが考えられる。

そこで、ステップＳ１０で印加されるパルス電圧でバッテリＢｔが所定の電圧値に電圧復帰したかを判断し（ステップＳ１６）、電圧復帰して電圧情報が読み出されたならば（ステップＳ１７）、その電圧情報から充電電圧を検出して２セルか４セルかを判断し（ステップＳ１２）、電圧情報が２セルであれば２セル用充電電圧に設定し（ステップＳ１３）、電圧情報が４セルであれば４セル用充電電圧に設定し（ステップＳ１５）、充電処理を実行する（ステップＳ１４）。

また、ステップＳ１６において所定の電圧値に電圧復帰したがステップＳ１７において電圧情報が読み出されない場合には、電圧検出部としての充電制御部１６において、検出されたのが２セル対応の充電電圧である印加電圧か、４セル対応の充電電圧であるグランド電圧なのかを判断する（ステップＳ１８）。

そして、ステップＳ１８で２セル対応の充電電圧が検出された場合には、当該バッテリは第３のバッテリＢｔ３であるので２セル用充電電圧に設定し（ステップＳ１３）、充電処理を実行する（ステップＳ１４）。また、ステップＳ１８で４セル対応の充電電圧が検出された場合には、当該バッテリは第４のバッテリＢｔ４であるので４セル用充電電圧に設定し（ステップＳ１５）、充電処理を実行する（ステップＳ１４）。

以上のようにしてステップＳ１４において充電よりを実行し、充電が完了したならば（ステップＳ１９）、充電器１０の電源をＯＦＦにして（ステップＳ２０）、一連の充電動作が完了する。

なお、ステップＳ１６において電圧復帰しない場合には、ＬＥＤライト１４を点灯させて「充電エラー」の表示を行い（ステップＳ２１）、エラー解除処理を行った後（ステップＳ２２）、充電器１０の電源をＯＦＦにする（ステップＳ２０）。

以上説明したように、本実施の形態によれば、第１のバッテリＢｔ１および第２のバッテリＢｔ２については、メモリＭ１またはメモリＭ２に格納された電圧情報を読み出して充電電圧を検出し、第３のバッテリＢｔ３および第４のバッテリＢｔ４については、当該バッテリに所定の電圧を印加した際に入力される２種類の充電電圧にそれぞれ対応付けされた印加電圧またはグランド電圧（本実施の形態においては、第１の充電電圧である８.４Ｖに対応付けされた印加電圧、および第２の充電電圧である１６.８Ｖに対応付けされたグランド電圧）から充電電圧を検出しているので、充電電圧が相互に異なり、且つメモリの有無が異なる４種類のバッテリＢｔを１台の充電器１０で充電することが可能になる。

以上本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本明細書で開示された実施の形態はすべての点で例示であって、開示された技術に限定されるものではない。すなわち、本発明の技術的な範囲は、前記の実施の形態における説明に基づいて制限的に解釈されるものでなく、あくまでも特許請求の範囲の記載に従って解釈されるべきであり、特許請求の範囲の記載技術と均等な技術および特許請求の範囲の要旨を逸脱しない限りにおけるすべての変更が含まれる。

たとえば、本実施の形態では、第１の充電電圧に印加電圧が対応付けされ、第２の充電電圧にグランド電圧が対応付けされているが、逆に、第１の充電電圧にグランド電圧が対応付けされ、第２の充電電圧に印加電圧が対応付けされていてもよい。

以上の説明では、本発明を、携帯プリンタに用いられるバッテリの充電システムに適用した場合が説明されているが、ノートパソコンやデジタルカメラ、携帯電話など、充電を行うことにより電気を蓄えて電池として使用可能な様々なバッテリの充電システムに適用することが可能であり、可搬性を要求される機器に用いられるバッテリに限定されるものではない。

１０ 充電器
１２ 端子
１２ａ，１２ｂ 充電端子
１２ｃ，１２ｄ 通信端子
１６ 充電制御部
１７ 電圧制御部
１８ ＤＣ／ＤＣコンバータ
Ｂｔ バッテリ
Ｂｔ１ 第１のバッテリ
Ｂｔ２ 第２のバッテリ
Ｂｔ３ 第３のバッテリ
Ｂｔ４ 第４のバッテリ
Ｍ１ 第１のメモリ
Ｍ２ 第２のメモリ
Ｓ バッテリ充電システム
Ｔ 端子
Ｔ１，Ｔ２ 充電端子
Ｔ３，Ｔ４ 通信端子

Claims (2)

1. 第１の充電電圧とされ、当該第１の充電電圧であることの電圧情報が格納された第１の記憶手段を備えた第１のバッテリと、
   第２の充電電圧とされ、当該第２の充電電圧であることの電圧情報が格納された第２の記憶手段を備えた第２のバッテリと、
   第１の充電電圧とされ、前記第１の記憶手段を備えていない第３のバッテリと、
   第２の充電電圧とされ、前記第２の記憶手段を備えていない第４のバッテリと、
   前記第１のバッテリ、前記第２のバッテリ、前記第３のバッテリおよび前記第４のバッテリの充電電圧を検出する電圧検出部、およびこれらのバッテリに対して前記電圧検出部で検出された充電電圧に基づいて充電を行うよう充電電圧を制御する電圧制御部を備えた充電器とを有し、
   前記電圧検出部は、
   前記第１のバッテリおよび前記第２のバッテリについては、前記第１の記憶手段または前記第２の記憶手段に格納された前記電圧情報を読み出して充電電圧を検出し、前記第３のバッテリおよび前記第４のバッテリについては、前記第１の充電電圧および前記第２の充電電圧にそれぞれ対応付けされた印加電圧またはグランド電圧から充電電圧を検出する、
   ことを特徴とするバッテリ充電システム。
2. 前記充電器には、前記第１のバッテリ、前記第２のバッテリ、前記第３のバッテリおよび前記第４のバッテリに充電を行う２つの充電端子、ならびにこれらのバッテリとの間で通信を行う２つの通信端子が備えられ、
   前記第１のバッテリおよび前記第２のバッテリには、前記充電端子に対応した２つの充電端子、および前記通信端子に対応した２つの通信端子が備えられ、
   前記第３のバッテリおよび前記第４のバッテリには、前記充電端子に対応した２つの充電端子、および前記通信端子に対応するとともに前記充電器の相互に異なる２つの前記充電端子と電気的に接続された２つの通信端子が備えられている、
   ことを特徴とする請求項１記載のバッテリ充電システム。

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