TW202411679A - 用於校正電池相對電荷狀態的電子裝置及其方法 - Google Patents

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Abstract

一種電子裝置包括一電池裝置、一電量量測單元，以及一微處理器。電池裝置輸出自身的一剩餘容量以及一完全充電容量。電量量測單元包括一感測電阻。電量量測單元透過感測電阻量測電池裝置的一電池電流，並且將電池電流積分，用以得到一實際容量。微處理器儲存完全充電容量。在電池裝置處於一特定狀態下，微處理器計算剩餘容量與實際容量的一容量差值，並且依據容量差值與剩餘容量的一比例，校正完全充電容量。

Description

用於校正電池相對電荷狀態的電子裝置及其方法
本發明是關於電子裝置，特別是關於用於校正電池相對電荷狀態的電子裝置及其方法。
目前所有包含二次電池的應用產品中，計算電池容量的基本方法為電流的積分，因此所有電池組(包含電芯)本身都會有一個電量偵測計(Gas-Gauge)來計算其容量，由電量偵測計來顯示現有電池容量的狀況，再經由通訊界面將電池容量的資訊傳送至系統端來呈現。然而，似乎沒有另一驗證機制來確認電池容量的真實性。
依據本發明實施例之電子裝置，電子裝置包括一電池裝置、一電量量測單元，以及一微處理器。電池裝置輸出自身的一剩餘容量以及一完全充電容量。電量量測單元包括一感測電阻。電量量測單元透過感測電阻量測電池裝置的一電池電流，並且將電池電流積分，用以得到一實際容量。微處理器儲存完全充電容量。在電池裝置處於一特定狀態下，微處理器計算剩餘容量與實際容量的一容量差值，並且依據容量差值與剩餘容量的一比例，校正完全充電容量。
如上述之電子裝置，其中，特定狀態包括：電池裝置為充滿電的狀態、電池裝置為完全放電的狀態，及電子裝置處於關機狀態的時間大於一預設時段。
如上述之電子裝置，其中，電量量測單元，更包括：一類比數位轉換器。類比數位轉換器包括一第一輸入端、一第二輸入端、一第一輸出端，以及一第二輸出端。類比數位轉換器透過第一輸入端及第二輸入端偵測感測電阻的一跨壓，並且依據誇壓對應地透過第一輸出端或該第二輸出端輸出一電壓訊號。
如上述之電子裝置，其中，電量量測單元，更包括：一第一反及閘、一第二反及閘，以及一時脈裝置。第一反及閘包括一第一輸入端、一第二輸入端，以及一輸出端。第二反及閘包括一第一輸入端、一第二輸入端，以及一輸出端。時脈裝置包括一第一端及一第二端。時脈裝置透過第一端輸出一時脈訊號至第一反及閘的第二輸入端，透過第二端輸出時脈訊號至第二反及閘的第一輸入端。第一反及閘透過其第一輸入端從類比數位轉換器接收電壓訊號。第二反及閘透過其第二輸入端從類比數位轉換器接收電壓訊號。
如上述之電子裝置，其中，電池裝置更輸出自身的一相對電荷狀態(Relative State-Of-Charge：RSOC)。微處理器更計算一實際相對電荷狀態。實際相對電荷狀態相等於實際容量除以完全充電容量所得到的商。
如上述之電子裝置，其中，當容量差值與剩餘容量的比例大於一預設值，微處理器對已儲存的電池裝置的完全充電容量執行校正，使得微處理器所計算的實際相對電荷狀態相等於電池裝置的相對電荷狀態。
如上述之電子裝置，其中，該預設值為3%。
依據本發明實施例之電池容量的校正方法，適用於具有一電池裝置、一電量量測單元，以及一微處理器的電子裝置，包括：偵測電池裝置處於一特定狀態；讀取電池裝置的一剩餘容量以及一完全充電容量，並且儲存完全充電容量；量測電池裝置的一電池電流，並且將電池電流積分，用以得到一實際容量；計算剩餘容量與實際容量的一容量差值；以及依據容量差值與剩餘容量的一比例，校正完全充電容量。
如上述之校正方法，更包括：接收來自電池裝置的一相對電荷狀態；計算一實際相對電荷狀態，實際相對電荷狀態相等於實際容量除以完全充電容量所得到的商；以及當容量差值與剩餘容量的比例大於一預設值，對已儲存的電池裝置的完全充電容量執行校正，使得微處理器所計算的實際相對電荷狀態相等於電池裝置的相對電荷狀態。
如上述之校正方法，其中，特定狀態包括：電池裝置為充滿電的狀態、電池裝置為完全放電的狀態，以及電子裝置處於關機狀態的時間大於一預設時段。
本發明係參照所附圖式進行描述，其中遍及圖式上的相同參考數字標示了相似或相同的元件。上述圖式並沒有依照實際比例大小描繪，其僅僅提供對本發明的說明。一些發明的型態描述於下方作為圖解示範應用的參考。這意味著許多特殊的細節，關係及方法被闡述來對這個發明提供完整的了解。無論如何，擁有相關領域通常知識的人將認識到若沒有一個或更多的特殊細節或用其他方法，此發明仍然可以被實現。
以其他例子來說，眾所皆知的結構或操作並沒有詳細列出以避免對這發明的混淆。本發明並沒有被闡述的行為或事件順序所侷限，如有些行為可能發生在不同的順序亦或同時發生在其他行為或事件之下。此外，並非所有闡述的行為或事件都需要被執行在與現有發明相同的方法之中。
第1圖為本發明實施例之電子裝置100的示意圖。如第1圖所示，電子裝置100包括一電池裝置102、一電量量測單元104，以及一微處理器106。在一些實施例中，電子裝置100可為任何內部包括電池裝置的電子裝置，例如為電動汽車、筆記型電腦、平板電腦、智慧型手機，但本發明不限於此。在一些實施例中，電池裝置102可輸出自身的一自測電池電壓、一自測電池電流、一剩餘容量(remaining capacity：RC)、一完全充電容量(fully charged capacity)，以及一相對電荷狀態(Relative State-Of-Charge：RSOC)。在一些實施例中，電池裝置102包括一電量偵測計(Gas-Gauge)(未圖式)，用以偵測電池裝置102的自測電池電壓、自測電池電流、剩餘容量、完全充電容量，以及相對電荷狀態。在一些實施例中，電池裝置102的電量偵測計(Gas-Gauge)透過將剩餘容量除以完全充電容量，用以得到相對電荷狀態。
在一些實施例中，電池裝置102透過一通訊界面108將其自身的自測電池電壓、自測電池電流、剩餘容量、完全充電容量，以及相對電荷狀態的資訊傳送給電量量測單元104。電池裝置102更透過電源線112輸出電池電壓及電池電流給電量量測單元104。在一些實施例中，電量量測單元104包括一感測電阻120。電量量測單元104透過感測電阻104量測電池裝置102的電池電流，並且將電池電流積分，用以得到一實際容量。在一些實施例中，電量量測單元104包括一暫存器(register)(未圖式)，用以儲存電池電流積分的中間值，用以最後得到實際容量。在一些實施例中，電量量測單元104會將計算得到的實際容量傳送給微處理器106，並且透過通訊界面110將來自電池裝置102的剩餘容量、完全充電容量，以及相對電荷狀態傳送給微處理器106，用以做後續處理。
之後，微處理器106接收並儲存來自電池裝置102的完全充電容量。在一些實施例中，電子裝置100包括一記憶體(未圖式)。微處理器106電性連接記憶體，並且將來自電池裝置102的完全充電容量儲存於記憶體中。在電池裝置102處於一特定狀態下，微處理器106計算來自電池裝置102的剩餘容量與來自電量量測單元104的實際容量的一容量差值，並且依據容量差值與剩餘容量的一比例，校正完全充電容量。詳細來說，微處理器106計算一實際相對電荷狀態。實際相對電荷狀態相等於來自電量量測單元104的實際容量除以來自電池裝置102的完全充電容量所得到的商。當容量差值與來自電池裝置102的剩餘容量的比例大於一預設值，微處理器106對已儲存的電池裝置102的完全充電容量執行校正(或調整)，使得微處理器106所計算的實際相對電荷狀態相等於電池裝置102的相對電荷狀態。在一些實施例中，預設值為3%，但本發明不限於此。
舉例來說，當容量差值與來自電池裝置102的剩餘容量的比例大於3%，並且微處理器106所計算的實際相對電荷狀態小於來自電池裝置102的相對電荷狀態，則微處理器106將儲存於記憶體中的完全充電容量調低，使得實際相對電荷狀態變高而相等於電池裝置102的相對電荷狀態。當容量差值與來自電池裝置102的剩餘容量的比例小於等於3%，則微處理器106不對儲存於記憶體的完全充電容量進行更新。在一些實施例中，特定狀態可包括：電池裝置102為充滿電的狀態(RSOC=100%)、該電池裝置102為完全放電的狀態(RSOC=0%)，及電子裝置100處於關機狀態的時間(或無電池電流的狀態的時間)大於一預設時段。在一些實施例中，預設時段為10分鐘，但本發明不限於此。
第2圖為本發明實施例之第1圖電子裝置100的電量量測單元104的詳細示意圖。如第2圖所示，電量量測單元104包括感測電阻120、一類比數位轉換器(ADC)200、一反及閘202、一反及閘204，以及一時脈裝置(RTC)206。在一些實施例中，類比數位轉換器200包括一第一輸入端、一第二輸入端、一第一輸出端(V＞0)，以及一第二輸出端(V＜0)。類比數位轉換器200透過第一輸入端及第二輸入端偵測感測電阻120的一跨壓(V)，並且依據誇壓透過第一輸出端(V＞0)輸出一電壓訊號230，或透過第二輸出端(V＜0) 輸出一電壓訊號232。
在一些實施例中，當電池裝置102進行充電時，電流由端點(+)沿著電源線112流至電池裝置102的正極，再由電池裝置102的負極流出，中途沿著方向210流經感測電阻120，最後流至端點(-)。相反地，當電池裝置102進行放電時，電流由電池裝置102的正極的流出，沿著電源線112流至端點(+)，經過負載後，由端點(-)沿著方向212流經感測電阻120，最後沿著電源線112流至電池裝置102的負極。換句話說，當電池裝置102進行充電時，類比數位轉換器200透過感測電阻120所量測到的電流會為正值(亦即，感測電阻120兩端的跨壓(V)為正值)。相反地，當電池裝置102進行放電時，類比數位轉換器200透過感測電阻120所量測到的電流會為負值(亦即，感測電阻120兩端的跨壓(V)為負值)。
反及閘202包括一第一輸入端、一第二輸入端，以及一輸出端。反及閘204包括一第一輸入端、一第二輸入端，以及一輸出端。時脈裝置206包括一第一端及一第二端。在一些實施例中，時脈裝置206透過其第一端輸出一時脈訊號220至反及閘202的第二輸入端。時脈裝置206透過其第二端輸出時脈訊號220至反及閘204的第一輸入端。反及閘202透過其第一輸入端從類比數位轉換器200接收電壓訊號230。反及閘204透過其第二輸入端從類比數位轉換器200接收電壓訊號232。舉例來說，當電池裝置102進行充電時，類比數位轉換器200偵測到感測電阻120兩端的跨壓V為正值。類比數位轉換器200從其第一輸出端(V＞0)輸出邏輯高準位的電壓訊號230至反及閘202。反及閘202同時接收來自時脈裝置206的邏輯高準位的時脈訊號220及來自類比數位轉換器200的邏輯高準位的電壓訊號230，對時脈訊號220與電壓訊號230做及運算，因而輸出邏輯高準位的運算結果240。在一些實施例中，每一時間點的運算結果240是儲存於一充電暫存器(未圖式)中，並且可在充電暫存器中進行累加，用以達成對電流進行積分的技術功效。
同理，當電池裝置102進行放電時，類比數位轉換器200偵測到感測電阻120兩端的跨壓V為負值。類比數位轉換器200從其第二輸出端(V＜0)輸出邏輯高準位的電壓訊號232至反及閘204。反及閘204同時接收來自時脈裝置206的邏輯高準位的時脈訊號220及來自類比數位轉換器200的邏輯高準位的電壓訊號232，對時脈訊號220與電壓訊號232做及運算，因而輸出邏輯高準位的運算結果242。在一些實施例中，每一時間點的運算結果242是儲存於一放電暫存器(未圖式)中，並且可在放電暫存器中進行累加，用以達成對電流進行積分的技術功效。在一些實施例中，時脈裝置206可例如為一實時時鐘，但本發明不限於此。
表一為電池裝置102進行充電時電量量測單元104及微處理器106執行運算的資料的示意表格。
累計時間(秒) 自身電池電壓(V) 自身電池電流(mA) 相對電荷狀態(%) 剩餘電量(mAh) 完全充電電量(mAh) 實際容量(mAh) 容量差值 (mAh)
4725 8.675 1135 91 3356 3690 3325 31
4730 8.678 1129 91 3357 3690 3327 30
4735 8.679 1127 92 3359 3690 3328 31
4740 8.675 1121 92 3360 3690 3330 30
表一
在表一中，累計時間的原始資料是來自於第2圖電量量測單元104的時脈裝置206。電池電壓、電池電流、相對電荷狀態、剩餘電量、完全充電電量的原始資料皆是來自於電池裝置102的電量偵測計(Gas-Gauge)。實際容量的原始資料是來自於第2圖電量量測單元104。表一所列的資料為每5秒鐘所擷取，僅為示例不作為本發明的限制。以累積時間4730秒時的資料為例，微處理器106接收來自電池裝置102的剩餘電量為3357毫安培小時，完全充電電量為3690毫安培小時。電量量測單元104透過感測電阻120量測電池裝置102的電池電流(並未列於表一中)，並且透過類比數位轉換器200、反及閘202、反及閘204，對電池電流積分，而得到表一中實際容量為3327毫安培小時。詳細來說，本發明的電量量測單元104是透過算式一得到表一中實際容量。 實際容量 = (電池電流*時間)/3600 + 上一筆實際容量  算式一
換句話說，為了得到累積時間4730秒時的實際容量，電量量測單元104將其所量測到的電池電流乘以5秒鐘的間隔時間，再除以3600將單位由秒轉換為小時，最後再加上累計時間4725秒時的實際容量3325毫安培小時，因而最後可得到累積時間4730秒時的實際容量3327毫安培小時。之後，微處理器106將剩餘電量3357毫安培小時減去實際容量3327毫安培小時，而得到容量差值為30毫安培小時。接著，微處理器106計算容量差值與剩餘電量的比例。若電池裝置102處於特定狀態下，且容量差值與剩餘電量的比例大於一預設值(例如為3%)，則微處理器106會對原先所儲存的完全充電電量(例如為3690毫安培小時)進行更新，使得微處理器106所計算的實際相對電荷狀態(未列於表一中)可相等於表一中電池裝置102的相對電荷狀態。從表一可知，當電池裝置102進行充電時，其自身電池電流為正值。
表二為電池裝置102進行放電時電量量測單元104及微處理器106執行運算的資料的示意表格。
累計時間(秒) 自身電池電壓(V) 自身電池電流(mA) 相對電荷狀態(%) 剩餘電量(mAh) 完全充電電量(mAh) 實際容量(mAh)(假設初始實際容量為3650) 容量差值 (mAh)
2085 8.190 -701 90 3256 3657 3650-406= 3244 12
2090 8.189 -701 90 3255 3657 3650-407= 3243 12
2095 8.189 -701 89 3254 3657 3650-408= 3242 12
2100 8.188 -700 89 3253 3657 3650-409= 3241 12
表二
在表二中，累計時間的原始資料是來自於第2圖電量量測單元104的時脈裝置206。表二是假設電量量測單元104所計算出的初始實際容量為3650毫安培小時。電池電壓、電池電流、相對電荷狀態、剩餘電量、完全充電電量的原始資料皆是來自於電池裝置102的電量偵測計(Gas-Gauge)。實際容量的原始資料是來自於第2圖電量量測單元104。表一所列的資料為每5秒鐘所擷取，僅為示例不作為本發明的限制。以累積時間2090秒時的資料為例，微處理器106接收來自電池裝置102的剩餘電量為3357毫安培小時，完全充電電量為3657毫安培小時。電量量測單元104透過感測電阻120量測電池裝置102的電池電流(並未列於表二中)，並且透過類比數位轉換器200、反及閘202、反及閘204，對電池電流積分，並與初始實際容量相減，而得到表二中實際容量為3243毫安培小時。
為了得到累積時間2090秒時的實際容量，電量量測單元104將其所量測到的電池電流乘以5秒鐘的間隔時間，再除以3600將單位由秒轉換為小時，最後再加上初始實際容量3650毫安培小時，因而最後可得到累積時間2090秒時的實際容量3243毫安培小時。之後，微處理器106將剩餘電量3255毫安培小時減去實際容量3243毫安培小時，而得到容量差值為12毫安培小時。接著，微處理器106計算容量差值與剩餘電量的比例。若電池裝置102處於特定狀態下，且容量差值與剩餘電量的比例大於一預設值(例如為3%)，則微處理器106會對原先所儲存的完全充電電量(例如為3690毫安培小時)進行更新，使得微處理器106所計算的實際相對電荷狀態(未列於表二中)可相等於表一中電池裝置102的相對電荷狀態。從表二可得知，當電池裝置102進行放電時，其自身電池電流為負值。
第3圖為本發明實施例之電池容量的校正方法的流程圖。如第3圖所示，本發明電池容量的校正方法包括：偵測電池裝置處於一特定狀態(步驟S300)；讀取電池裝置的一剩餘容量以及一完全充電容量，並且儲存完全充電容量(步驟S302)；量測電池裝置的一電池電流，並且將電池電流積分，用以得到一實際容量(步驟S304)；計算剩餘容量與實際容量的一容量差值(步驟S306)；以及依據容量差值與剩餘容量的一比例，校正完全充電容量(步驟S308)。在一些實施例中，第1圖的微處理器106執行第3圖的步驟S300、步驟S302、步驟S306，以及步驟S308。第1圖的電量量測單元104執行第3圖的步驟S304。
在一些實施例中，本發明電池容量的校正方法更包括：接收來自電池裝置的一相對電荷狀態；計算一實際相對電荷狀態，實際相對電荷狀態相等於實際容量除以完全充電容量所得到的商；以及當容量差值與剩餘容量的比例大於一預設值，對已儲存的電池裝置的完全充電容量執行校正，使得微處理器所計算的實際相對電荷狀態相等於電池裝置的相對電荷狀態。在一些實施例中，預設值可例如為3%，但本發明不限於此。在一些實施例中，當容量差值與剩餘容量的比例小於等於預設值，則本發明電池容量的校正方法不對已儲存的完全充電容量進行更新。
本發明的電子裝置100及電池容量的校正方法可解決電池裝置102的完全充電容量(FCC)受到溫度、老化、負載等因素的影響。電池裝置本身的電量偵測計(Gas-Gauge)會去精算完全充電容量(FCC)，系統端(例如為微處理器106)可利用本發明的電池容量的校正方法來補償或減少誤差的趨勢現象。若補償超過+/-3%，就表示電池裝置102可能遭遇電池老化、溫度變化大、有損失、有零件壞掉，或有漏電的情形。微處理器106可透過接收到關聯於前述可能遭遇的問題的通知訊號做後續處理。
雖然本發明的實施例如上述所描述，我們應該明白上述所呈現的只是範例，而不是限制。依據本實施例上述示範實施例的許多改變是可以在沒有違反發明精神及範圍下被執行。因此，本發明的廣度及範圍不該被上述所描述的實施例所限制。更確切地說，本發明的範圍應該要以以下的申請專利範圍及其相等物來定義。
儘管上述發明已被一或多個相關的執行來圖例說明及描繪，等效的變更及修改將被依據上述規格及附圖且熟悉這領域的其他人所想到。此外，儘管本發明實施例的一特別特徵已被相關的多個執行之一所示範，上述特徵可能由一或多個其他特徵所結合，以致於可能有需求及有助於任何已知或特別的應用。
除非有不同的定義，所有本文所使用的用詞(包含技術或科學用詞)是可以被屬於上述發明的技術中擁有一般技術的人士做一般地了解。我們應該更加了解到上述用詞，如被定義在眾所使用的字典內的用詞，在相關技術的上下文中應該被解釋為相同的意思。除非有明確地在本文中定義，上述用詞並不會被解釋成理想化或過度正式的意思。
100:電子裝置 102:電池裝置 104:電量量測單元 106:微處理器 108:通訊界面 110:通訊界面 112:電源線 120:感測電阻 200,ADC:類比數位轉換器 202:反及閘 204:反及閘 206,RTC:時脈裝置 210:方向 212:方向 220:時脈訊號 230:電壓訊號 232:電壓訊號 240:運算結果 242:運算結果 V＞0:第一輸出端 V＜0:第二輸出端 (+):端點 (-):端點
第1圖為本發明實施例之電子裝置100的示意圖。 第2圖為本發明實施例之第1圖電子裝置100的電量量測單元104的詳細示意圖。 第3圖為本發明實施例之電池容量的校正方法的流程圖。
100:電子裝置
102:電池裝置
104:電量量測單元
106:微處理器
108:通訊界面
110:通訊界面
112:電源線
120:感測電阻

Claims (10)

  1. 一種電子裝置，包括： 一電池裝置，輸出自身的一剩餘容量以及一完全充電容量； 一電量量測單元，包括一感測電阻；其中，該電量量測單元透過該感測電阻量測該電池裝置的一電池電流，並且將該電池電流積分，用以得到一實際容量； 一微處理器，儲存該完全充電容量，在該電池裝置處於一特定狀態下，計算該剩餘容量與該實際容量的一容量差值，並且依據該容量差值與該剩餘容量的一比例，校正該完全充電容量。
  2. 如請求項1所述之電子裝置，其中，該特定狀態包括：該電池裝置為充滿電的狀態、該電池裝置為完全放電的狀態，及該電子裝置處於關機狀態的時間大於一預設時段。
  3. 如請求項1所述之電子裝置，其中，該電量量測單元，更包括： 一類比數位轉換器，包括一第一輸入端、一第二輸入端、一第一輸出端，以及一第二輸出端；其中，該類比數位轉換器透過該第一輸入端及該第二輸入端偵測該感測電阻的一跨壓，並且依據該誇壓對應地透過該第一輸出端或該第二輸出端輸出一電壓訊號。
  4. 如請求項3所述之電子裝置，其中，該電量量測單元，更包括： 一第一反及閘，包括一第一輸入端、一第二輸入端，以及一輸出端； 一第二反及閘，包括一第一輸入端、一第二輸入端，以及一輸出端； 一時脈裝置，包括一第一端及一第二端； 其中，該時脈裝置透過該第一端輸出一時脈訊號至該第一反及閘的該第二輸入端，透過該第二端輸出該時脈訊號至該第二反及閘的該第一輸入端； 其中，該第一反及閘透過其第一輸入端從該類比數位轉換器接收該電壓訊號；該第二反及閘透過其第二輸入端從該類比數位轉換器接收該電壓訊號。
  5. 如請求項1所述之電子裝置，其中，該電池裝置更輸出自身的一相對電荷狀態(Relative State-Of-Charge：RSOC)；該微處理器更計算一實際相對電荷狀態；該實際相對電荷狀態相等於該實際容量除以該完全充電容量所得到的商。
  6. 如請求項5所述之電子裝置，其中，當該容量差值與該剩餘容量的該比例大於一預設值，該微處理器對已儲存的該電池裝置的該完全充電容量執行校正，使得該微處理器所計算的該實際相對電荷狀態相等於該電池裝置的該相對電荷狀態。
  7. 如請求項6所述之電子裝置，其中，該預設值為3%。
  8. 一種電池相對電荷狀態的校正方法，適用於具有一電池裝置、一電量量測單元，以及一微處理器的電子裝置，包括： 偵測該電池裝置處於一特定狀態； 讀取該電池裝置的一剩餘容量以及一完全充電容量，並且儲存該完全充電容量； 量測該電池裝置的一電池電流，並且將該電池電流積分，用以得到一實際容量； 計算該剩餘容量與該實際容量的一容量差值；以及 依據該容量差值與該剩餘容量的一比例，校正該完全充電容量。
  9. 如請求項8所述之校正方法，更包括： 接收來自該電池裝置的一相對電荷狀態； 計算一實際相對電荷狀態；其中，該實際相對電荷狀態相等於該實際容量除以該完全充電容量所得到的商；以及 當該容量差值與該剩餘容量的該比例大於一預設值，對已儲存的該電池裝置的該完全充電容量執行校正，使得該微處理器所計算的該實際相對電荷狀態相等於該電池裝置的該相對電荷狀態。
  10. 如請求項8所述之校正方法，其中，該特定狀態包括：該電池裝置為充滿電的狀態、該電池裝置為完全放電的狀態，以及該電子裝置處於關機狀態的時間大於一預設時段。
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