KR102542028B1 - 접이식 태양광 모듈을 이용한 전기차 충전 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전기차의 외부에 태양광 모듈을 구비하여 전기차가 외부에 있을 때 태양광 모듈을 통해 전기 에너지를 생성하여 ESS에 저장하고, 사용자가 원할 경우 ESS에 저장된 전기 에너지를 전기차의 충전지에 충전하도록 하므로 경제성을 확보하면서 충전시간을 단축시키는 접이식 태양광 모듈을 이용한 전기차 충전 시스템에 관한 것이다.

Description

접이식 태양광 모듈을 이용한 전기차 충전 시스템{Electric vehicle charging system using foldable solar module}
본 발명은 접이식 태양광 모듈을 이용한 전기차 충전 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 본 발명은 전기차의 외부에 접이식 태양광 모듈을 구비하여 전기차가 외부에 있을 때 태양광 모듈을 통해 전기 에너지를 생성하여 ESS에 저장하고, 사용자가 원할 경우 ESS에 저장된 전기 에너지를 전기차의 충전지에 충전하도록 하므로 경제성을 확보하면서 충전시간을 단축시키는 접이식 태양광 모듈을 이용한 전기차 충전 시스템에 관한 것이다.
화석 연료의 연소가 아닌 전기에너지를 통해 동력을 발생시켜 배기가스가 발생하지 않는 장점이 있는 전기 자동차는 실질적으로 가솔린 자동차보다 먼저 개발되었으나, 배터리의 중량, 충전시간 등의 문제로 실용화되지 못하다 최근 화석 연료 연소에 따른 공해문제가 심각하게 제기되면서 재조명을 받으며 활발한 개발이 이루어지고 있다.
이러한 전기 자동차의 상용화에 있어 가장 중요한 요소는 에너지의 공급원인 배터리로서, 배터리의 소형 경량화 및 충전시간의 단축과 효율적인 전력관리가 전기 자동차 실용화를 위한 선결 과제라 할 수 있다.
이와 더불어 요구되는 것이 충전시설 확보 문제로서 전기 자동차가 등장과 함께 충전 인프라 구축도 활발히 이루어지고 있으며, 이미 가정용 충전기를 이용한 충전을 비롯하여 배터리 교체, 급속 충전장치, 무선 충전장치 등 다양한 충전방식이 등장하고 있고, 충전사업 비즈니스 모델도 나타나고 있다.
향후 전기 자동차의 보급이 대중화될 것으로 예상됨에 따라 충전시간을 단축하면서도 안전성과 편의성을 증대시킨 충전방식이 요구되고 있으며, 이에 따라 콘센트에 플러그를 꽂아 사용하는 유선충전방식의 불편함을 해소할 수 있는 비접촉식 충전방식도 제안되고 있다.
일반적인 근거리 무선충전방식은 플러그를 직접 꽂지 않기 때문에 비교적 안전하고 편리하다는 장점이 있지만 비 접촉되는 코일 패널 간 거리에 따라 전송효율이 크게 낮아지는 문제점이 있으므로, 전기 자동차에 탑재된 대전력 배터리를 효율적으로 운용하기 위해서는 충전장치뿐 아니라 배터리, 전력관리 계통, 모터를 혁신적으로 개선해야 하는 과제도 남아 있다.
대한민국 등록특허 제10-2328185호(2021.11.17. 공고)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전기차의 외부에 접이식 태양광 모듈을 구비하여 전기차가 외부에 있을 때 태양광 모듈을 통해 전기 에너지를 생성하여 ESS에 저장하고, 사용자가 원할 경우 ESS에 저장된 전기 에너지를 전기차의 충전지에 공급하도록 하므로 경제성을 확보하면서 충전시간을 단축시키는 접이식 태양광 모듈을 이용한 전기차 충전 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명 접이식 태양광 모듈을 이용한 전기차 충전 시스템은, 전기차(10)에 구비되어 전기를 생성하는 태양광 모듈(100); 상기 태양광 모듈(100)에서 생성한 전기를 저장하는 ESS(200); 상기 태양광 모듈(100)에서 생성한 전기 에너지를 상기 ESS(200)에 저장시키며, 상기 전기차(10)에 충전을 원할 경우 상기 ESS(200)에 저장된 전기 에너지를 충전지(400)로 송전시키는 기능을 갖는 제어부(300); 상기 전기차(10)에 구비되어 ESS(200)로부터 전기 에너지를 공급받는 충전지(400)가 구성되며, 상기 태양광 모듈(100)은, 상기 전기차(10)에 고정되는 메인프레임(110); 상기 메인 프레임(110)의 내측에 축을 중심으로 회동 가능하게 고정되며, 태양광 충전할 때에는 펼쳐지고 충전하지 않을 때에는 접어지도록 고정 프레임에 의해 고정되는 한 쌍의 제1 태양광 패널(120); 상기 메인 프레임(110)의 내측 하부에 고정되어 제1 태양광 패널(120)이 접어지면 태양광에 노출되지 않도록 가려지며, 제1 태양광 패널(120)이 펼쳐지면 태양광에 노출되어 에너지를 충전하는 제2 태양광 패널(130); 상기 메인 프레임(110)의 양측에 형성되어 제1 태양광 패널(120)이 펼쳐지면 제1 태양광 패널(120)의 하부를 지지하는 지지부(140); 상기 메인 프레임(110)의 상단부에 회전 가능하게 장착되어 제1 태양광 패널(120)의 움직임 및 회전을 방지하는 록킹부(150)가 구비되고, 상기 지지부(140)에 장착되어 메인 프레임(110)으로부터 제1 태양광 패널(120)이 펼쳐질 경우, 제1 태양광 패널(120)의 하부를 지지하는 받침 보강부(160)가 더 구비되며, 상기 받침 보강부(160)는, 상기 지지부(140)에 축을 중심으로 회전 가능하게 장착되는 받침대(161); 상기 받침대(161)가 회전하도록 지지부(140)에 형성되는 회전안내공간(162); 상기 받침대(161)의 끝단 상면에 형성되어 제1 태양광 패널(120)의 하부에 밀착되는 밀착부(163)가 구비되고, 상기 제1,2 태양광 패널(120)(130)은, 스테인레스로 이루어지는 기판(121)(131); 상기 기판(121)(131) 상에 적층되는 몰리브덴 전극(122)(132); 상기 몰리브덴 전극(122)(132) 상에 적층되고, 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 또는 셀레늄(Se)을 포함하는 화합물로 이루어지는 P형 반도체층(123)(133); 상기 P형 반도체층(123)(133) 상에 적층되는 N형 반도체층(124)(134); 상기 N형 반도체층(124)(134) 상에 적층되고, 광을 흡수하여 상기 P형 반도체층(123)(133)으로 전달하는 산화아연 전극(125)(135); 상기 산화아연 전극(125)(135) 상에 적층되는 광투과성 재질의 상판(126)(136); 및 상기 몰리브덴 전극(122)(132) 및 상기 산화아연 전극(125)(135) 각각으로부터 외측으로 인출되고, 생성된 전원을 외부로 공급하도록 하는 접속부(127)(137)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 태양광 모듈(100)은, 휨 변형이 가능하도록 형성되어 전기차(10) 외부의 평면을 이루는 표면에 밀착되도록 부착되거나 곡률을 포함하는 표면에 부착된다.
본 발명에 의하면, 전기차의 외부에 태양광 모듈을 구비하여 전기차가 외부에 있을 때 태양광 모듈을 통해 전기 에너지를 생성하여 ESS에 저장하고, 사용자가 원할 경우 ESS에 저장된 전기 에너지를 전기차의 충전지에 충전하도록 하므로 경제성을 확보하면서 충전시간을 단축시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 전체 구성도를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명인 태양광 모듈의 측단면도이다.
도 3은 본 발명인 태양광 모듈의 평면구성도이다.
도 4는 본 발명인 제1,2 태양광 패널을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명인 태양광 모듈이 전기차에 설치된 상태에서 제1 태양광 패널이 회전하여 펼쳐진 상태도이다.
도 6은 본 발명인 록킹부의 확대 구성도이다.
도 7은 본 발명 받침 보강부의 확대 구성도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에 기재된 실시 예는 다양하게 변형될 수 있다. 특정한 실시예가 도면에서 묘사되고 상세한 설명에서 자세하게 설명될 수 있다. 그러나 첨부된 도면에 개시된 특정한 실시 예는 다양한 실시 예를 쉽게 이해하도록 하기 위한 것일 뿐이다. 따라서 첨부된 도면에 개시된 특정 실시 예에 의해 기술적 사상이 제한되는 것은 아니며, 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 전체 구성도를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명인 태양광 모듈의 측단면도이며, 도 3은 본 발명인 태양광 모듈의 평면구성도이다.
본 발명 접이식 태양광 모듈을 이용한 전기차 충전 시스템은, 전기차(10)에 구비되어 전기를 생성하는 태양광 모듈(100); 상기 태양광 모듈(100)에서 생성한 전기를 저장하는 ESS(200); 상기 태양광 모듈(100)에서 생성한 전기 에너지를 상기 ESS(200)에 저장시키며, 상기 전기차(10)에 충전을 원할 경우 상기 ESS(200)에 저장된 전기 에너지를 충전지(400)로 송전시키는 기능을 갖는 제어부(300); 상기 전기차(10)에 구비되어 ESS(200)로부터 전기 에너지를 공급받는 충전지(400)가 구성되며, 상기 태양광 모듈(100)은, 상기 전기차(10)에 고정되는 메인프레임(110); 상기 메인 프레임(110)의 내측에 축을 중심으로 회동 가능하게 고정되며, 태양광 충전할 때에는 펼쳐지고 충전하지 않을 때에는 접어지도록 고정 프레임에 의해 고정되는 한 쌍의 제1 태양광 패널(120); 상기 메인 프레임(110)의 내측 하부에 고정되어 제1 태양광 패널(120)이 접어지면 태양광에 노출되지 않도록 가려지며, 제1 태양광 패널(120)이 펼쳐지면 태양광에 노출되어 에너지를 충전하는 제2 태양광 패널(130); 상기 메인 프레임(110)의 양측에 형성되어 제1 태양광 패널(120)이 펼쳐지면 제1 태양광 패널(120)의 하부를 지지하는 지지부(140); 상기 메인 프레임(110)의 상단부에 회전 가능하게 장착되어 제1 태양광 패널(120)의 움직임 및 회전을 방지하는 록킹부(150)가 구비되고, 상기 지지부(140)에 장착되어 메인 프레임(110)으로부터 제1 태양광 패널(120)이 펼쳐질 경우, 제1 태양광 패널(120)의 하부를 지지하는 받침 보강부(160)가 더 구비되며, 상기 받침 보강부(160)는, 상기 지지부(140)에 축을 중심으로 회전 가능하게 장착되는 받침대(161); 상기 받침대(161)가 회전하도록 지지부(140)에 형성되는 회전안내공간(162); 상기 받침대(161)의 끝단 상면에 형성되어 제1 태양광 패널(120)의 하부에 밀착되는 밀착부(163)가 구비되고, 상기 제1,2 태양광 패널(120)(130)은, 스테인레스로 이루어지는 기판(121)(131); 상기 기판(121)(131) 상에 적층되는 몰리브덴 전극(122)(132); 상기 몰리브덴 전극(122)(132) 상에 적층되고, 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 또는 셀레늄(Se)을 포함하는 화합물로 이루어지는 P형 반도체층(123)(133); 상기 P형 반도체층(123)(133) 상에 적층되는 N형 반도체층(124)(134); 상기 N형 반도체층(124)(134) 상에 적층되고, 광을 흡수하여 상기 P형 반도체층(123)(133)으로 전달하는 산화아연 전극(125)(135); 상기 산화아연 전극(125)(135) 상에 적층되는 광투과성 재질의 상판(126)(136); 및 상기 몰리브덴 전극(122)(132) 및 상기 산화아연 전극(125)(135) 각각으로부터 외측으로 인출되고, 생성된 전원을 외부로 공급하도록 하는 접속부(127)(137)를 포함한다.
상기 태양광 모듈(100)은 메인 프레임(110), 제1 태양광 패널(120), 제2 태양광 패널(130), 지지부(140), 록킹부(150)로 구성된다.
상기 메인 프레임(110)은 전기차(10)에 고정되도록 일정 크기를 가지는 철재프레임이다.
상기 제1 태양광 패널(120)은 한 쌍으로 형성되어 메인 프레임(110)에 회전 가능하게 장착된다.
상기 제1 태양광 패널(120)은 가장자리에 금속, 합성수지 재질 중 어느 하나로 형성되는 고정 프레임에 고정되어 있으며, 상기 고정 프레임은 메인 프레임(110)에 축으로 고정되어 있다.
상기 제1 태양광 패널(120)은 도 5에 도시된 바와 같이, 태양광을 전기 에너지로 충전할 때에는 축을 중심으로 회전하여 메인 프레임(110)의 외측으로 펼쳐지고, 충전하지 않을 때에는 축을 중심으로 접어지게 된다.
또한, 상기 제2 태양광 패널(130)은 메인 프레임(110)의 내측 하부에 부착되며, 상기 제1 태양열 패널(120)이 메인 프레임(110)의 외측으로 회전하여 펼쳐지면 태양광에 노출되며, 상기 제1 태양광 패널(120)이 메인 프레임(110)의 내측으로 접어지면 태양광에 노출되지 않게 가려지게 된다.
상기 제1,2 태양광 패널(120)(130)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 기판(121)(131), 몰리브덴 전극(122)(132), P형 반도체층(123)(133), N형 반도체층(124)(134), 산화아연 전극(125)(135), 상판(126)(136) 및 접속부로 구성된다.
상기 기판(121)(131)은 휨 변형이 가능한 두께의 스테인레스 재질로 형성되며, 몰리브덴 전극(122)(132)은 기판 상부에 형성된다.
상기 P형 반도체층(123)(133)은 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 또는 셀레늄(Se)을 포함하는 화합물로서, 예컨대 나노분말 형태로 이루어질 수 있다. 이러한 P형반도체층(123)(133)은 몰리브덴전극(122)(132) 상에 화합물로서 증착하는 방식으로 제작됨으로써, 생산시설 및 공정을 간소화시킬 수 있도록 한다.
상기 N형 반도체층(124)(134)은 P형 반도체층(123)(133)과 산화아연전극(125)(135) 간의 큰 밴드갭 차이 및 격자상수 차이를 완화하도록하고, 예컨대 황화카드뮴(CdS) 등이 사용될 수 있다.
산화아연 전극(125)(135)은 투명한 도전물질로서, 광을 흡수하여 P형 반도체층(123)(133)으로 전달함으로써, P형 반도체층(123)(133)에서 광전변환이 일어나도록 한다. 산화아연전극(125)(135)은 태양광 패널 전면의 투명전극 기능을 하기 때문에 광 투과율이 높고 전기 전도성이 높은 산화 아연(ZnO)으로 형성된다.
상기 상판(126)(136)은 광투과성 재질로 이루어짐으로써 태양광이 산화아연전극(125)(135) 측으로 투과되도록 하는 역할을 하고, 나아가서, 산화아연전극(125)(135)을 외부로부터 보호하는 역할을 하게 된다. 이러한 상판(126)(136)은 기판(121)(131) 등과 마찬가지로 휨이 가능한 재질 및 두께를 가질 수 있다.
또한, 상기 지지부(140)는 메인 프레임(110)의 양측에 형성되어 상기 제1 태양광 패널(120)이 축을 중심으로 회전하여 펼쳐지면 제1 태양광 패널(120)의 하부를 지지하게 된다.
상기 지지부(140)는 메인 프레임(110)의 두께보다 얇게 형성되며 제2 태양광 패널(130)보다는 두껍게 형성된다.
또한, 상기 록킹부(150)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 메인 프레임(110)의 상단부에 회전 가능하게 장착되어 제1,2 태양광 패널(120)(130)의 움직임 및 회전을 방지하는 기능을 하게 된다.
상기 록킹부(150)는 축을 중심으로 회전하는 록킹부재(151)가 구비되고, 상기 록킹부재(151)가 회전하도록 형성되는 회전공간(152)이 구비되며, 상기 록킹부재(151)의 하부에는 실리콘 재질로 형성되어 제1 태양광 패널(120)의 상면에 밀착되도록 밀착판(153)이 고정된다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 지지부(140)에 장착되어 메인 프레임(110)으로부터 제1 태양광 패널(120)이 펼쳐질 경우, 제1 태양광 패널(120)의 하부를 지지하는 받침 보강부(160)가 더 구비될 수도 있다.
상기 받침 보강부(160)는, 상기 지지부(140)에 축을 중심으로 회전 가능하도록 받침대(161)가 장착되며, 상기 지지부(140)에는 받침대(161)가 회전하도록 회전안내공간(162)이 구비된다.
상기 받침대(161)의 끝단 상면에는 실리콘 재질로 형성되어 제1 태양광 패널(120)의 하부에 밀착되어 지지되는 밀착부(163)가 구비된다.
또한, 상기 ESS(200, Electric power Storage System)는 상기 태양광 모듈(100)에서 생성한 전기 에너지를 저장하게 된다.
상기 ESS(200)는 에너지를 저장하는 배터리, 전기를 직류/교류로 변환하는 PCS(Power Conversion System), 대량의 배터리를 하나처럼 움직이게 하고 온도, 전압 등에 이상을 감지할 경우 충,방전을 중단하는 등의 안전장치가 포함된 BMC(Battery Management System), 배터리, PCS 등을 모니터링 및 관리하는 EMS(Energy Management System)으로 구성된다.
또한, 상기 제어부(300)는 태양광 모듈(100)에서 생성한 전기 에너지를 상기 ESS(200)의 배터리에 저장시키며, 사용자가 전기차(10)에 충전을 원할 경우 제어부(300)를 선택적으로 제어하여 ESS(200)의 배터리에 저장된 전기 에너지를 전기차(10)의 충전지(400)로 송전시키게 된다.
즉, 산기 전기차(10)는 아파트 지하주차장과 같은 장소의 외부 충전기를 이용하여 충전을 실시하고 있지만 충전시간이 오래걸리게 되므로 태양광으로 생성된 전기를 ESS(200)의 배터리에 저장하고 있다가 사용자가 전기차(10)를 충전할 경우, 상기 ESS(200)의 배터리에 저장된 전기 에너지를 전기차(10)의 충전지(400)로 공급하게 되므로 충전시간을 단축시킬 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.
100: 태양광 모듈
110: 메인 프레임
120: 제1 태양광 패널
130: 제2 태양광 패널
140: 지지부
150: 록킹부
160: 받침 보강부
200: ESS
300: 제어부
400: 충전지

Claims (2)

  1. 전기차(10)에 구비되어 전기를 생성하는 태양광 모듈(100);
    상기 태양광 모듈(100)에서 생성한 전기를 저장하는 ESS(200);
    상기 태양광 모듈(100)에서 생성한 전기 에너지를 상기 ESS(200)에 저장시키며, 상기 전기차(10)에 충전을 원할 경우 상기 ESS(200)에 저장된 전기 에너지를 충전지(400)로 송전시키는 기능을 갖는 제어부(300);
    상기 전기차(10)에 구비되어 ESS(200)로부터 전기 에너지를 공급받는 충전지(400)를 포함하며,
    상기 태양광 모듈(100)은,
    상기 전기차(10)에 고정되는 메인프레임(110);
    상기 메인 프레임(110)의 내측에 축을 중심으로 회동 가능하게 고정되며, 태양광 충전할 때에는 펼쳐지고 충전하지 않을 때에는 접어지도록 고정 프레임에 의해 고정되는 한 쌍의 제1 태양광 패널(120);
    상기 메인 프레임(110)의 내측 하부에 고정되어 제1 태양광 패널(120)이 접어지면 태양광에 노출되지 않도록 가려지며, 제1 태양광 패널(120)이 펼쳐지면 태양광에 노출되어 에너지를 충전하는 제2 태양광 패널(130);
    상기 메인 프레임(110)의 양측에 형성되어 제1 태양광 패널(120)이 펼쳐지면 제1 태양광 패널(120)의 하부를 지지하는 지지부(140);
    상기 메인 프레임(110)의 상단부에 회전 가능하게 장착되어 제1 태양광 패널(120)의 움직임 및 회전을 방지하는 록킹부(150)가 구비되고,
    상기 지지부(140)에 장착되어 메인 프레임(110)으로부터 제1 태양광 패널(120)이 펼쳐질 경우, 제1 태양광 패널(120)의 하부를 지지하는 받침 보강부(160)가 더 구비되며,
    상기 받침 보강부(160)는,
    상기 지지부(140)에 축을 중심으로 회전 가능하게 장착되는 받침대(161);
    상기 받침대(161)가 회전하도록 지지부(140)에 형성되는 회전안내공간(162);
    상기 받침대(161)의 끝단 상면에 형성되어 제1 태양광 패널(120)의 하부에 밀착되는 밀착부(163)가 구비되고,
    상기 제1,2 태양광 패널(120)(130)은,
    스테인레스로 이루어지는 기판(121)(131);
    상기 기판(121)(131) 상에 적층되는 몰리브덴 전극(122)(132);
    상기 몰리브덴 전극(122)(132) 상에 적층되고, 구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 또는 셀레늄(Se)을 포함하는 화합물로 이루어지는 P형 반도체층(123)(133);
    상기 P형 반도체층(123)(133) 상에 적층되는 N형 반도체층(124)(134);
    상기 N형 반도체층(124)(134) 상에 적층되고, 광을 흡수하여 상기 P형 반도체층(123)(133)으로 전달하는 산화아연 전극(125)(135);
    상기 산화아연 전극(125)(135) 상에 적층되는 광투과성 재질의 상판(126)(136); 및
    상기 몰리브덴 전극(122)(132) 및 상기 산화아연 전극(125)(135) 각각으로부터 외측으로 인출되고, 생성된 전원을 외부로 공급하도록 하는 접속부(127)(137)를 포함하고,
    상기 태양광 모듈(100)은,
    휨 변형이 가능하도록 형성되어 전기차(10) 외부의 평면을 이루는 표면에 밀착되도록 부착되거나 곡률을 포함하는 표면에 부착되고,
    상기 P형 반도체층(123)(133)은,
    구리(Cu), 인듐(In), 갈륨(Ga) 또는 셀레늄(Se)을 포함하는 화합물이 나노분말 형태로 상기 몰리브덴 전극(122)(132) 상에 증착하는 방식으로 제작되고,
    상기 록킹부(150)는,
    축을 중심으로 회전하는 록킹부재(151)가 구비되고, 상기 록킹부재(151)가 회전하도록 형성되는 회전공간(152)이 구비되며, 상기 록킹부재(151)의 하부에는 실리콘 재질로 형성되어 제1 태양광 패널(120)의 상면에 밀착되도록 밀착판(153)이 고정되는 것을 특징으로 하는 접이식 태양광 모듈을 이용한 전기차 충전 시스템.
  2. 삭제
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