JPH06290814A - 金属リチウム２次電池の充電方法 - Google Patents
金属リチウム２次電池の充電方法Info
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- JPH06290814A JPH06290814A JP5096800A JP9680093A JPH06290814A JP H06290814 A JPH06290814 A JP H06290814A JP 5096800 A JP5096800 A JP 5096800A JP 9680093 A JP9680093 A JP 9680093A JP H06290814 A JPH06290814 A JP H06290814A
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- Japan
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- voltage
- charging
- battery
- secondary battery
- lithium secondary
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 デンドライトの生成を抑制しつつ高速充電を
行うことのできる金属リチウム２次電池の充電方法の提
供。 【構成】 定電圧回路１１の電圧をオンオフさせて充電
を行う金属リチウム２次電池８の充電方法である。電池
電圧Ｖが低いときは，上記オフ時間を長くし，電圧Ｖが
上昇するにつれてオフ時間を短くする。たとえば，発振
器１３からの一定の波高値の三角波又は鋸歯状波からな
る基準電圧Ｖs と，電池電圧Ｖに比例する検出電圧Ｖd
とを，コンパレータ１４で比較し，Ｖd ＞Ｖs のときス
イッチング回路１２をオンさせることにより電池８を充
電する。
行うことのできる金属リチウム２次電池の充電方法の提
供。 【構成】 定電圧回路１１の電圧をオンオフさせて充電
を行う金属リチウム２次電池８の充電方法である。電池
電圧Ｖが低いときは，上記オフ時間を長くし，電圧Ｖが
上昇するにつれてオフ時間を短くする。たとえば，発振
器１３からの一定の波高値の三角波又は鋸歯状波からな
る基準電圧Ｖs と，電池電圧Ｖに比例する検出電圧Ｖd
とを，コンパレータ１４で比較し，Ｖd ＞Ｖs のときス
イッチング回路１２をオンさせることにより電池８を充
電する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は，充電時におけるデンド
ライトの析出を抑制しつつ，速やかに充電を行う金属リ
チウム２次電池の充電方法に関する。
ライトの析出を抑制しつつ，速やかに充電を行う金属リ
チウム２次電池の充電方法に関する。
【０００２】
【従来技術】２次電池を充電する方法には，連続した電
流又は電圧を印加する定電流法，定電圧法の他に，電
圧，電流を断続させながら充電を行う電流パルス法，電
圧パルス法などがある。
流又は電圧を印加する定電流法，定電圧法の他に，電
圧，電流を断続させながら充電を行う電流パルス法，電
圧パルス法などがある。
【０００３】
【解決しようとする課題】金属リチウム２次電池は，充
電，放電を繰り返すことによって，金属リチウムが樹脂
状に析出（リチウムデンドライト）し，電池容量やサイ
クル寿命を低下させるという問題がある。また，デンド
ライトの発生は，金属リチウムが極板から離脱したり，
電極間を短絡するなどにより安全性の面においても大き
な障害となっている。
電，放電を繰り返すことによって，金属リチウムが樹脂
状に析出（リチウムデンドライト）し，電池容量やサイ
クル寿命を低下させるという問題がある。また，デンド
ライトの発生は，金属リチウムが極板から離脱したり，
電極間を短絡するなどにより安全性の面においても大き
な障害となっている。
【０００４】そして，上記デンドライトは，充電の初期
において核が発生し易く，特に充電初期に連続して大電
流を流すことにより生成が促進されることが知られてい
る。一方，充電初期には，電池電圧が低いので，定電圧
で充電した場合には，連続して大電流が流れ，デンドラ
イトが析出し易い。本発明は，かかる従来の問題点に鑑
み，デンドライトの生成を抑制しつつ，高速充電を行う
ことのできる金属リチウム２次電池の充電方法を提供し
ようとするものである。
において核が発生し易く，特に充電初期に連続して大電
流を流すことにより生成が促進されることが知られてい
る。一方，充電初期には，電池電圧が低いので，定電圧
で充電した場合には，連続して大電流が流れ，デンドラ
イトが析出し易い。本発明は，かかる従来の問題点に鑑
み，デンドライトの生成を抑制しつつ，高速充電を行う
ことのできる金属リチウム２次電池の充電方法を提供し
ようとするものである。
【０００５】
【課題の解決手段】本発明は，一定の大きさの電圧をオ
ンオフさせて充電を行う金属リチウム２次電池の定電圧
パルス充電方法であって，電池電圧が低い状態では，上
記オフ時間を長くし，電池電圧が上昇するにつれてオフ
時間を短くすることを特徴とする金属リチウム２次電池
の充電方法にある。
ンオフさせて充電を行う金属リチウム２次電池の定電圧
パルス充電方法であって，電池電圧が低い状態では，上
記オフ時間を長くし，電池電圧が上昇するにつれてオフ
時間を短くすることを特徴とする金属リチウム２次電池
の充電方法にある。
【０００６】本発明において，最も注目すべきことは，
定電圧パルス充電方法において，電池の電圧が低い状態
においては，パルスのオフ時間を長くし，電池電圧が上
昇するにつれてオフ時間を短くするようにしたことであ
る。
定電圧パルス充電方法において，電池の電圧が低い状態
においては，パルスのオフ時間を長くし，電池電圧が上
昇するにつれてオフ時間を短くするようにしたことであ
る。
【０００７】上記の金属リチウム２次電池の充電方法
は，例えば，一定の波高値を有する定周期の三角波又は
鋸歯状波からなる基準電圧と，電池電圧に比例する検出
電圧とを比較し，検出電圧の絶対値が基準電圧の絶対値
を越える場合にのみ，印加電圧をオンすることによって
実現することができる。
は，例えば，一定の波高値を有する定周期の三角波又は
鋸歯状波からなる基準電圧と，電池電圧に比例する検出
電圧とを比較し，検出電圧の絶対値が基準電圧の絶対値
を越える場合にのみ，印加電圧をオンすることによって
実現することができる。
【０００８】上記例は，三角波又は鋸歯状波の発振回
路，電池電圧の検出回路，コンパレータ等の比較回路，
及び定電圧パルス発振回路等の比較的簡単な汎用回路の
組合せにより，安価かつ容易に実現することができるの
で好適である。
路，電池電圧の検出回路，コンパレータ等の比較回路，
及び定電圧パルス発振回路等の比較的簡単な汎用回路の
組合せにより，安価かつ容易に実現することができるの
で好適である。
【０００９】
【作用及び効果】本発明による充電方法においては，断
続する定電圧パルスにより電池を充電する。従って，充
電電流は連続した電流とならず，オンオフを繰り返す。
この様に，充電電流に休止（オフ）期間を設けることに
より，デンドライトの生成を大幅に減少させることがで
きる。
続する定電圧パルスにより電池を充電する。従って，充
電電流は連続した電流とならず，オンオフを繰り返す。
この様に，充電電流に休止（オフ）期間を設けることに
より，デンドライトの生成を大幅に減少させることがで
きる。
【００１０】また，電池に印加する定電圧パルスは，電
池電圧が低い充電初期においてオフ時間を長くする。従
って，充電電流（印加電圧と電池電圧の差にほぼ比例）
の平均値は，充電初期において特に大きくなることがな
く，低めに抑制することができる。それ故，デンドライ
トの生成が抑制される。
池電圧が低い充電初期においてオフ時間を長くする。従
って，充電電流（印加電圧と電池電圧の差にほぼ比例）
の平均値は，充電初期において特に大きくなることがな
く，低めに抑制することができる。それ故，デンドライ
トの生成が抑制される。
【００１１】そして，電圧パルスにより，短時間に大電
流を流すので平均電流を大きくすることができる。その
ため急速充電が可能となる。上記のように，本発明によ
れば，デンドライトの生成を抑制しつつ，高速充電を行
うことのできる金属リチウム２次電池の充電方法を提供
することができる。
流を流すので平均電流を大きくすることができる。その
ため急速充電が可能となる。上記のように，本発明によ
れば，デンドライトの生成を抑制しつつ，高速充電を行
うことのできる金属リチウム２次電池の充電方法を提供
することができる。
【００１２】
【実施例】本発明の実施例につき，図１〜図５を用いて
説明する。本例は，図１に示すように，一定の大きさの
電圧を発生させる定電圧回路１１の出力を，スイッチン
グ回路１２によりオンオフさせて充電を行う，金属リチ
ウム２次電池８の定電圧パルス充電方法である。そし
て，図２（ｂ）に示すように，金属リチウム２次電池８
の電圧Ｖが低い状態では，印加電圧ＶI のオフ時間を長
くし，電池電圧Ｖが上昇するにつれてオフ時間を短くす
る。
説明する。本例は，図１に示すように，一定の大きさの
電圧を発生させる定電圧回路１１の出力を，スイッチン
グ回路１２によりオンオフさせて充電を行う，金属リチ
ウム２次電池８の定電圧パルス充電方法である。そし
て，図２（ｂ）に示すように，金属リチウム２次電池８
の電圧Ｖが低い状態では，印加電圧ＶI のオフ時間を長
くし，電池電圧Ｖが上昇するにつれてオフ時間を短くす
る。
【００１３】即ち，図１に示すように，発振器１３が発
振する一定の波高値を有する定周期の三角波又は鋸歯状
波からなる基準電圧Ｖs と，電池電圧Ｖに比例する検出
電圧Ｖd とを，コンパレータ１４で比較し，検出電圧Ｖ
d の絶対値が基準電圧Ｖs の絶対値を越える場合にの
み，スイッチング回路１２により電池に対する印加電圧
ＶI をオンする。
振する一定の波高値を有する定周期の三角波又は鋸歯状
波からなる基準電圧Ｖs と，電池電圧Ｖに比例する検出
電圧Ｖd とを，コンパレータ１４で比較し，検出電圧Ｖ
d の絶対値が基準電圧Ｖs の絶対値を越える場合にの
み，スイッチング回路１２により電池に対する印加電圧
ＶI をオンする。
【００１４】以下それぞれについて詳説する。金属リチ
ウム２次電池８は，図１に示す充電装置１０によって充
電される。充電装置１０における定電圧回路１１は，電
池の上限電圧に等しい定電圧Ｖmax を発生する回路であ
る。また，発振器１３は，上記定電圧Ｖmax を振幅とす
る一定周期の三角波又は鋸歯状波を発振する回路であ
り，その出力は基準電圧Ｖs としてコンパレータ１４に
入力される。
ウム２次電池８は，図１に示す充電装置１０によって充
電される。充電装置１０における定電圧回路１１は，電
池の上限電圧に等しい定電圧Ｖmax を発生する回路であ
る。また，発振器１３は，上記定電圧Ｖmax を振幅とす
る一定周期の三角波又は鋸歯状波を発振する回路であ
り，その出力は基準電圧Ｖs としてコンパレータ１４に
入力される。
【００１５】一方，分圧抵抗１５，１６は，金属リチウ
ム２次電池８の電圧Ｖを分圧し，Ｖに比例した検出電圧
Ｖd を発生させる高抵抗の抵抗器である。検出電圧Ｖd
は，コンパレータ１４のもう一方の入力端子に入力され
る。そして，コンパレータ１４は，検出電圧Ｖd が基準
電圧Ｖs より大きい場合にスイッチング回路１２にオン
指令を出力する。
ム２次電池８の電圧Ｖを分圧し，Ｖに比例した検出電圧
Ｖd を発生させる高抵抗の抵抗器である。検出電圧Ｖd
は，コンパレータ１４のもう一方の入力端子に入力され
る。そして，コンパレータ１４は，検出電圧Ｖd が基準
電圧Ｖs より大きい場合にスイッチング回路１２にオン
指令を出力する。
【００１６】一方，スイッチング回路１２は，コンパレ
ータ１４からのオン指令の継続中にのみ，定電圧Ｖmax
を出力するオンオフ回路である。スイッチング回路１２
の出力電圧ＶI は，限流抵抗１７を経て，金属リチウム
２次電池８に供給される。
ータ１４からのオン指令の継続中にのみ，定電圧Ｖmax
を出力するオンオフ回路である。スイッチング回路１２
の出力電圧ＶI は，限流抵抗１７を経て，金属リチウム
２次電池８に供給される。
【００１７】次に，金属リチウム２次電池８に対する充
電時の各電圧，電流のタイムチャートについて，図２を
用いて説明する。基準電圧ＶS と検出電圧Ｖd は，図２
（ａ）に示すように変化する。そしてコンパレータ１４
は，Ｖd ＞Ｖs のときにのみオン信号を出力するから，
金属リチウム２次電池８の充電電圧ＶI は，図２（ｂ）
に示すように変化する。
電時の各電圧，電流のタイムチャートについて，図２を
用いて説明する。基準電圧ＶS と検出電圧Ｖd は，図２
（ａ）に示すように変化する。そしてコンパレータ１４
は，Ｖd ＞Ｖs のときにのみオン信号を出力するから，
金属リチウム２次電池８の充電電圧ＶI は，図２（ｂ）
に示すように変化する。
【００１８】そして，電池に対する充電電流は，上記充
電電圧ＶI と電池電圧Ｖとの差電圧が正であるときにの
み，その差電圧に比例して流れるから，充電電流の平均
値Ｉa は図２（ｃ）の実線８０１のように変化する。な
お，上記検出電圧Ｖd に，適当なオフセットをかけるこ
とにより，充電電流の平均値Ｉa は，破線８０２のよう
に変化させることができる。
電電圧ＶI と電池電圧Ｖとの差電圧が正であるときにの
み，その差電圧に比例して流れるから，充電電流の平均
値Ｉa は図２（ｃ）の実線８０１のように変化する。な
お，上記検出電圧Ｖd に，適当なオフセットをかけるこ
とにより，充電電流の平均値Ｉa は，破線８０２のよう
に変化させることができる。
【００１９】一方，本例の金属リチウム２次電池８から
負荷に電力を供給する場合には，上記充電装置１０から
切り離した後，以下に述べる方法により，電池の内部抵
抗や緩和を測定し，残存容量と劣化状態を測定しながら
給電を行う。
負荷に電力を供給する場合には，上記充電装置１０から
切り離した後，以下に述べる方法により，電池の内部抵
抗や緩和を測定し，残存容量と劣化状態を測定しながら
給電を行う。
【００２０】即ち，図３，図４に示すように，金属リチ
ウム２次電池８の負荷８５と並列に電力を蓄積するコン
デンサ８６を設けると共に，金属リチウム２次電池８と
両者８５，８６との間には開閉器８７を設ける。そし
て，開閉器８７を周期的に開路し，後述する監視装置２
０（図５）により，電池の内部抵抗や緩和を測定する。
そして，その間は，図４に示すように，コンデンサ８６
を放電して負荷８５に対する電力供給（ＩL ）を継続す
る。
ウム２次電池８の負荷８５と並列に電力を蓄積するコン
デンサ８６を設けると共に，金属リチウム２次電池８と
両者８５，８６との間には開閉器８７を設ける。そし
て，開閉器８７を周期的に開路し，後述する監視装置２
０（図５）により，電池の内部抵抗や緩和を測定する。
そして，その間は，図４に示すように，コンデンサ８６
を放電して負荷８５に対する電力供給（ＩL ）を継続す
る。
【００２１】上記監視装置２０は，図５に示すように，
電池の放電電流を検出する電流検出器２１と，上記電流
と，電池電圧とをディジタル値に返還するＡ／Ｄ変換器
２２と，上記電圧と電流とから内部抵抗を演算し，緩和
を解析する演算部２３と，開閉器８７の開閉及び計測タ
イミングを制御する制御器２４とを有している。なお，
図５において，符号８６１は，コンデンサ８６の充電電
流Ｉc を制限する電流リミッタ（図３，図４では図示
略）である。
電池の放電電流を検出する電流検出器２１と，上記電流
と，電池電圧とをディジタル値に返還するＡ／Ｄ変換器
２２と，上記電圧と電流とから内部抵抗を演算し，緩和
を解析する演算部２３と，開閉器８７の開閉及び計測タ
イミングを制御する制御器２４とを有している。なお，
図５において，符号８６１は，コンデンサ８６の充電電
流Ｉc を制限する電流リミッタ（図３，図４では図示
略）である。
【００２２】次に，本例の作用効果について述べる。本
例の金属リチウム２次電池８の充電方法においては，図
２（ｂ）に示すように，充電電圧ＶI （充電電流）を断
続させながら充電を行う。そして，電池電圧Ｖd の小さ
い充電初期において，特に長い充電休止期間を設けてい
る。その為，充電に伴うデンドライトの核生成を抑制す
ることができる。
例の金属リチウム２次電池８の充電方法においては，図
２（ｂ）に示すように，充電電圧ＶI （充電電流）を断
続させながら充電を行う。そして，電池電圧Ｖd の小さ
い充電初期において，特に長い充電休止期間を設けてい
る。その為，充電に伴うデンドライトの核生成を抑制す
ることができる。
【００２３】また，平均充電電池Ｉa は，充電初期にお
いて著しく大きくなることなく低めに抑制され，充電後
期においては，充電電圧の平均値は，ほぼ電池の定格値
となり，過充電を防止するとともに，充電効率を上げる
ことができる。
いて著しく大きくなることなく低めに抑制され，充電後
期においては，充電電圧の平均値は，ほぼ電池の定格値
となり，過充電を防止するとともに，充電効率を上げる
ことができる。
【００２４】また，前記のように，検出電圧Ｖd にオフ
セットを与えることにより，充電電流の変化カーブを破
線８０２のようにシフトさせ，電流が極大値となるタイ
ミングを遅くすることができる。このように極大値のず
れた電流カーブ８０２とすることにより，充電時間を長
くすることなく，初期充電電流Ｉa を更に抑制し，デン
ドライトの核生成を一段と抑えることができる。
セットを与えることにより，充電電流の変化カーブを破
線８０２のようにシフトさせ，電流が極大値となるタイ
ミングを遅くすることができる。このように極大値のず
れた電流カーブ８０２とすることにより，充電時間を長
くすることなく，初期充電電流Ｉa を更に抑制し，デン
ドライトの核生成を一段と抑えることができる。
【００２５】また，放電時には，図３〜図５に示すよう
に，負荷８５への電力供給（ＩL ）を停止することな
く，電池の内部抵抗や緩和を継続して監視することがで
きる。即ち，給電を停止することなく，電池の残存容量
や劣化を監視することができる。これにより過放電等を
回避することができる。
に，負荷８５への電力供給（ＩL ）を停止することな
く，電池の内部抵抗や緩和を継続して監視することがで
きる。即ち，給電を停止することなく，電池の残存容量
や劣化を監視することができる。これにより過放電等を
回避することができる。
【００２６】上記のように，本例によれば，デンドライ
トの生成を抑制しつつ，高速充電を行うことができる金
属リチウム２次電池の充電方法を提供することができ，
また給電を継続しながら金属リチウム２次電池の残存容
量や劣化を監視し，電池の適切な使用を行うことができ
る。
トの生成を抑制しつつ，高速充電を行うことができる金
属リチウム２次電池の充電方法を提供することができ，
また給電を継続しながら金属リチウム２次電池の残存容
量や劣化を監視し，電池の適切な使用を行うことができ
る。
【図１】実施例における充電方法の回路図。
【図２】実施例における充電時の各電圧，電流のタイム
チャート。
チャート。
【図３】実施例における放電時の主回路図（監視回路非
作動時）。
作動時）。
【図４】図３において監視回路作動時の主回路図。
【図５】実施例における電池放電時の全体回路図。
１０．．．充電装置， １１．．．定電圧回路， １２．．．スイッチング回路， １３．．．発振器， １４．．．コンパレータ， １５，１６．．．分圧抵抗， １７．．．限流抵抗， ８．．．金属リチウム２次電池，
Claims (2)
- 【請求項１】 一定の大きさの電圧をオンオフさせて充
電を行う，金属リチウム２次電池の定電圧パルス充電方
法であって，電池電圧が低い状態では，上記オフ時間を
長くし，電池電圧が上昇するにつれてオフ時間を短くす
ることを特徴とする金属リチウム２次電池の充電方法。 - 【請求項２】 一定の波高値を有する定周期の三角波又
は鋸歯状波からなる基準電圧と，電池電圧に比例する検
出電圧とを比較し，検出電圧の絶対値が基準電圧の絶対
値を越える場合にのみ印加電圧をオンすることを特徴と
する請求項１記載の金属リチウム２次電池の充電方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09680093A JP3391045B2 (ja) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | リチウム２次電池の充電方法 |
| US08/386,363 US5494762A (en) | 1992-01-16 | 1995-02-09 | Non-aqueous electrolyte lithium secondary cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09680093A JP3391045B2 (ja) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | リチウム２次電池の充電方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06290814A true JPH06290814A (ja) | 1994-10-18 |
| JP3391045B2 JP3391045B2 (ja) | 2003-03-31 |
Family
ID=14174703
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09680093A Expired - Fee Related JP3391045B2 (ja) | 1992-01-16 | 1993-03-30 | リチウム２次電池の充電方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3391045B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6377030B1 (en) | 1998-07-31 | 2002-04-23 | Canon Kabushiki Kaisha | Method of charging secondary battery by varying current or voltage at an inflection point in a storage region before full charge and device therefor |
| JP2009181907A (ja) * | 2008-01-31 | 2009-08-13 | Toyota Motor Corp | リチウムイオン二次電池の充電方法及び充電システム |
| US9531203B2 (en) | 2014-04-11 | 2016-12-27 | Panasonic Corporation | Secondary battery system |
| US9728985B2 (en) | 2014-04-11 | 2017-08-08 | Panasonic Corporation | Charging device and charging method for charging a plurality of secondary battery-equipped devices |
| CN114725549A (zh) * | 2021-05-25 | 2022-07-08 | 浙江大学 | 锂金属电池的充电方法及充电装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009106147A (ja) | 2007-10-05 | 2009-05-14 | Panasonic Corp | 二次電池の充電制御方法、及び充電制御回路 |
-
1993
- 1993-03-30 JP JP09680093A patent/JP3391045B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| US6377030B1 (en) | 1998-07-31 | 2002-04-23 | Canon Kabushiki Kaisha | Method of charging secondary battery by varying current or voltage at an inflection point in a storage region before full charge and device therefor |
| JP2009181907A (ja) * | 2008-01-31 | 2009-08-13 | Toyota Motor Corp | リチウムイオン二次電池の充電方法及び充電システム |
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| CN114725549A (zh) * | 2021-05-25 | 2022-07-08 | 浙江大学 | 锂金属电池的充电方法及充电装置 |
| CN114725549B (zh) * | 2021-05-25 | 2022-10-04 | 浙江大学 | 锂金属电池的充电方法及充电装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3391045B2 (ja) | 2003-03-31 |
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