一種光伏電池充放電管理系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種光伏電池充放電管理系統(tǒng),包括MPPT控制器、第一開關(guān)模塊、充電模塊、第一電流檢測(cè)模塊、電壓檢測(cè)模塊、溫度檢測(cè)模塊、過充保護(hù)模塊、第二電流檢測(cè)模塊、微控制器、第二開關(guān)模塊和通訊模塊;微控制器為本光伏電池充放電管理系統(tǒng)的核心,控制MPPT控制器、第一開關(guān)模塊、充電模塊、第二開關(guān)模塊和通訊模塊,從而實(shí)現(xiàn)電池充放電進(jìn)行控制管理。本實(shí)用新型通過實(shí)時(shí)檢測(cè)電池的電壓、電流、溫度,從而防止電池的過充、過放、過溫及過流等現(xiàn)象,將電池使用的安全隱患降到最低。
【專利說明】
一種光伏電池充放電管理系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種太陽能用電池系統(tǒng)的管理系統(tǒng)領(lǐng)域,具體涉及一種光伏電池充放電管理系統(tǒng)。【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,太陽能的開發(fā)利用成為一個(gè)非常重要的問題,其也顯示出巨大的優(yōu)越性。目前太陽能屋頂正逐漸推廣,用于家庭的日常供電。太陽能供電系統(tǒng)通常采用電池作為儲(chǔ)能體,但現(xiàn)有技術(shù)電池壽命不高,嚴(yán)重制約太陽能供電系統(tǒng)的推廣。比如電池出現(xiàn)電壓過充、電壓過放、充放電電流過大甚至是短路等現(xiàn)象,都會(huì)影響電池的性能,導(dǎo)致電池使用壽命縮短或者損害,嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)生著火、爆炸等危險(xiǎn)事件。為使電池能夠最大程度地發(fā)揮其優(yōu)越性能、保證其使用的安全性以及延長使用壽命,通常在太陽能供電系統(tǒng)中增加電池管理系統(tǒng)。但現(xiàn)有技術(shù)電池管理系統(tǒng)對(duì)電池使用時(shí)的安全性能檢測(cè)處理不夠完善,應(yīng)實(shí)時(shí)檢測(cè)電池組的電壓、電流、溫度,防止電池的過充、過放、過溫及過流等現(xiàn)象,將電池使用的安全隱患降到最低。
[0003]故,針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷,實(shí)有必要提供一種技術(shù)方案以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷,本實(shí)用新型提供一種光伏電池充放電管理系統(tǒng),實(shí)時(shí)監(jiān)控電池的狀態(tài)參數(shù),能夠根據(jù)狀態(tài)參數(shù)調(diào)整充電狀態(tài),并將充電信息反饋給中央控制器,從而能夠提高整個(gè)太陽能系統(tǒng)的能效,也提高了電池的性能和安全。
[0005]為解決上述技術(shù)問題,本實(shí)用新型的技術(shù)方案為:
[0006]—種光伏電池充放電管理系統(tǒng),包括MPPT控制器、第一開關(guān)模塊、充電模塊、第一電流檢測(cè)模塊、電壓檢測(cè)模塊、溫度檢測(cè)模塊、過充保護(hù)模塊、第二電流檢測(cè)模塊、微控制器、第二開關(guān)模塊和通訊模塊;其中,
[0007]所述MPPT控制器用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)太陽能板的發(fā)電電壓并追蹤所述太陽能板發(fā)電電壓和發(fā)電電流以最大功率輸出;
[0008]所述第一開關(guān)模塊受控于所述微控制器,用于控制充電過程的開啟或斷開,其輸入端與所述MPPT控制器的輸出連接,其輸出端與所述充電模塊連接;
[0009]所述充電模塊受控于所述微控制器,用于控制電池的充電狀態(tài);[〇〇1〇]所述第二開關(guān)模塊受控于所述微控制器,用于控制放電過程的開啟或斷開,其輸入端與電池連接,其輸出端與逆變器連接;
[0011]所述第一電流檢測(cè)模塊用于檢測(cè)電池充電電流并將充電電流信息發(fā)送給所述微控制器;
[0012]所述電壓檢測(cè)模塊用于檢測(cè)充放電時(shí)電池電壓并將電池電壓信息發(fā)送給所述微控制器;
[0013]所述溫度檢測(cè)模塊用于檢測(cè)電池溫度并將電池溫度信息發(fā)送給所述微控制器;
[0014]所述過充保護(hù)模塊與電池相連接,用于對(duì)電池進(jìn)行過充保護(hù);
[0015]所述第二電流檢測(cè)模塊用于檢測(cè)電池放電電流并將放電電流信息發(fā)送給所述微控制器;
[0016]所述通訊模塊與所述微控制器相連接,用于與外部中央控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊;
[0017]所述微控制器為本光伏電池充放電管理系統(tǒng)的核心,它與MPPT控制器、第一開關(guān)模塊、充電模塊、第一電流檢測(cè)模塊、電壓檢測(cè)模塊、溫度檢測(cè)模塊、過充保護(hù)模塊、第二電流檢測(cè)模塊、第二開關(guān)模塊和通訊模塊相連接;所述微控制器接收第一電流檢測(cè)模塊、電壓檢測(cè)模塊、溫度檢測(cè)模塊、過充保護(hù)模塊、第二電流檢測(cè)模塊、第二開關(guān)模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)信息,并對(duì)這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析處理,同時(shí)根據(jù)處理結(jié)果控制MPPT控制器、第一開關(guān)模塊、 充電模塊、第二開關(guān)模塊和通訊模塊,從而實(shí)現(xiàn)電池充放電進(jìn)行控制管理。[〇〇18]優(yōu)選地,當(dāng)電池電壓高于預(yù)設(shè)電壓值時(shí),所述過充保護(hù)模塊自動(dòng)將多余的能量消耗掉。
[0019]優(yōu)選地,所述過充保護(hù)模塊進(jìn)一步包括三端可調(diào)穩(wěn)壓器U1、第一三極管Q1、第一二極管D1、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5和第六電阻R6,其中,
[0020] 三端可調(diào)穩(wěn)壓器U1的1腳與第二電阻R2的一端和第三電阻R3的一端連接;第二電阻R2的另一端與第一電阻R1的一端連接;第一電阻R1的另一端與第四電阻R4的一端以及第一三極管Q1的集電極連接并共同與電池的正極相連接;
[0021] 三端可調(diào)穩(wěn)壓器U1的2腳與第四電阻R4的另一端和第五電阻R5的一端連接;第五電阻R5的另一端與第一三極管Q1的基極連接;[〇〇22]三端可調(diào)穩(wěn)壓器U1的3腳與第三電阻R3的另一端、第一二極管D1的陰極連接并共同與電池的負(fù)極相連接;第一二極管D1的陽極與第六電阻R6的一端連接;第六電阻R6的另一端與第一三極管Q1的發(fā)射極連接,所述第六電阻R6為功率電阻。[0〇23] 優(yōu)選地,所述微控制器選用AVR單片機(jī)Atmegal6L芯片。[〇〇24]優(yōu)選地,溫度檢測(cè)模塊采用NTC熱敏電阻,所述NTC熱敏電阻貼在電池表面。
[0025]優(yōu)選地,所述第一開關(guān)模塊和第二開關(guān)模塊采用M0S管或者繼電器。
[0026]優(yōu)選地,所述通訊模塊為串口數(shù)據(jù)傳輸模塊。
[0027]與現(xiàn)有技術(shù)相比,本實(shí)用新型通過實(shí)時(shí)檢測(cè)電池的電壓、電流、溫度,防止電池的過充、過放、過溫及過流等現(xiàn)象,將電池使用的安全隱患降到最低。【附圖說明】[〇〇28]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例光伏電池充放電管理系統(tǒng)的原理框圖。[〇〇29]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的光伏電池充放電管理系統(tǒng)中過充保護(hù)模塊的電路原理圖。
[0030]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例光伏電池充放電管理系統(tǒng)中溫度檢測(cè)模塊的電路原理圖。【具體實(shí)施方式】
[0031]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白,以下結(jié)合附圖及實(shí)施例,對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解,此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型,并不用于限定本實(shí)用新型。
[0032]相反,本實(shí)用新型涵蓋任何由權(quán)利要求定義的在本實(shí)用新型的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進(jìn)一步,為了使公眾對(duì)本實(shí)用新型有更好的了解,在下文對(duì)本實(shí)用新型的細(xì)節(jié)描述中,詳盡描述了一些特定的細(xì)節(jié)部分。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說沒有這些細(xì)節(jié)部分的描述也可以完全理解本實(shí)用新型。[〇〇33]參見圖1,所示為本實(shí)用新型實(shí)施例的光伏電池充放電管理系統(tǒng)的原理框圖,包括 MPPT控制器、第一開關(guān)模塊、充電模塊、第一電流檢測(cè)模塊、電壓檢測(cè)模塊、溫度檢測(cè)模塊、 過充保護(hù)模塊、第二電流檢測(cè)模塊、微控制器、第二開關(guān)模塊和通訊模塊;其中,MPPT控制器用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)太陽能板的發(fā)電電壓并追蹤太陽能板發(fā)電電壓和發(fā)電電流以最大功率輸出; 第一開關(guān)模塊受控于微控制器,用于控制充電過程的開啟或斷開,其輸入端與MPPT控制器的輸出連接,其輸出端與充電模塊連接;充電模塊受控于微控制器,用于控制電池的充電狀態(tài);第二開關(guān)模塊受控于微控制器,用于控制放電過程的開啟或斷開,其輸入端與電池連接,其輸出端與逆變器連接;第一電流檢測(cè)模塊用于檢測(cè)電池充電電流并將充電電流信息發(fā)送給微控制器;電壓檢測(cè)模塊用于檢測(cè)充放電時(shí)電池電壓并將電池電壓信息發(fā)送給微控制器;溫度檢測(cè)模塊用于檢測(cè)電池溫度并將電池溫度信息發(fā)送給微控制器;過充保護(hù)模塊與電池相連接,用于對(duì)電池進(jìn)行過充保護(hù);第二電流檢測(cè)模塊用于檢測(cè)電池放電電流并將放電電流信息發(fā)送給微控制器;通訊模塊與微控制器相連接,用于與外部中央控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊;微控制器為本光伏電池充放電管理系統(tǒng)的核心,它與MPPT控制器、第一開關(guān)模塊、充電模塊、第一電流檢測(cè)模塊、電壓檢測(cè)模塊、溫度檢測(cè)模塊、過充保護(hù)模塊、第二電流檢測(cè)模塊、第二開關(guān)模塊和通訊模塊相連接;微控制器接收第一電流檢測(cè)模塊、電壓檢測(cè)模塊、溫度檢測(cè)模塊、過充保護(hù)模塊、第二電流檢測(cè)模塊、第二開關(guān)模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)信息,并對(duì)這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析處理,同時(shí)根據(jù)處理結(jié)果控制MPPT控制器、第一開關(guān)模塊、充電模塊、第二開關(guān)模塊和通訊模塊,從而實(shí)現(xiàn)電池充放電進(jìn)行控制管理。
[0034]在光伏電池充放電管理系統(tǒng)中,主要檢測(cè)電池的電壓值、充電電流值、放電電流值和電池的溫度值,微控制器根據(jù)這些信號(hào)對(duì)電池充放電開關(guān)以及充電模式進(jìn)行控制管理。
[0035]在電池的充放電過程中,電池放電是一個(gè)非線性的動(dòng)態(tài)過程,受到溫度、充放電次數(shù)及電池老化等諸多因素的影響,只有精確估計(jì)出電池剩余容量(S0C)的情況下,才能實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的充放電控制管理。
[0036]光伏系統(tǒng)中,電池充電過程不當(dāng)極易發(fā)生爆炸等,不僅損壞電池,嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成安全事故,所以對(duì)電池要進(jìn)行嚴(yán)格的充電控制,主要是控制充電電壓和限定充電電流。
[0037]充電模塊具有至少三種充電模式,分別為預(yù)充電模式、丨旦流充電模式和丨旦壓充電模式;微控制器發(fā)送控制信號(hào)選擇充電模塊的充電模式。根據(jù)電池的參數(shù)選擇相應(yīng)模式對(duì)電池組進(jìn)行充電;
[0038]預(yù)充電模式是以小電流先充到一定的電壓,再進(jìn)行快速充電。因鋰離子電池具有較高的能量比,如果直接進(jìn)行快速充電,會(huì)對(duì)電池產(chǎn)生損壞,所以設(shè)計(jì)了預(yù)充電過程,實(shí)際中采用的優(yōu)選方案,在充電開始階段,若電池電壓小于標(biāo)稱電壓的30%時(shí),微控制器向充電模塊控制命令,充電模塊進(jìn)入預(yù)充電模式。
[0039]恒流充電模式中提供大的恒定電流對(duì)電池進(jìn)行充電,從而使得充電速度加快,電池電壓快速上升,實(shí)際中采用的優(yōu)選方案,在充電過程中,當(dāng)S0C大于30%但未達(dá)到80%時(shí), 微控制器向充電模塊控制命令,充電模塊保持在恒流充電模式。
[0040]恒壓充電模式中電流比較小,充電速度慢,當(dāng)充電電流下降到規(guī)定值時(shí),停止充電,實(shí)際中采用的優(yōu)選方案,當(dāng)S0C大于80 %時(shí),微控制器向充電模塊控制命令,充電模塊進(jìn)入恒壓充電模式,當(dāng)電流下降到10mA以下,微控制器向充電模塊控制命令,充電模塊停止充電。[〇〇41]參如圖2,所示為本實(shí)用新型實(shí)施例過壓保護(hù)模塊的電路原理圖,進(jìn)一步包括三端可調(diào)穩(wěn)壓器U1、第一三極管Q1、第一二極管D1、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5和第六電阻R6,其中,三端可調(diào)穩(wěn)壓器U1的1腳與第二電阻R2的一端和第三電阻R3的一端連接;第二電阻R2的另一端與第一電阻R1的一端連接;第一電阻R1的另一端與第四電阻R4的一端以及第一三極管Q1的集電極連接并共同與電池的正極相連接;三端可調(diào)穩(wěn)壓器U1的2腳與第四電阻R4的另一端和第五電阻R5的一端連接;第五電阻R5的另一端與第一三極管Q1的基極連接;三端可調(diào)穩(wěn)壓器U1的3腳與第三電阻R3的另一端、第一二極管D1的陰極連接并共同與電池的負(fù)極相連接;第一二極管D1的陽極與第六電阻R6的一端連接;第六電阻R6的另一端與第一三極管Q1的發(fā)射極連接。圖中U1為并聯(lián)型三端穩(wěn)壓管 TL431,第一三極管是功率三極管S8550,第三電阻R3是功率電阻,第六電阻R6為功率電阻, 主要用來消耗電能。當(dāng)電池電壓高于預(yù)設(shè)電壓值時(shí),過充保護(hù)模塊能夠自動(dòng)將多余的能量消耗掉。一旦電池過充時(shí),TL431便開通,S8550的發(fā)射PN結(jié)由于承受正壓而打開,隨即功耗電阻便開始消耗電池電能,直至把電池電壓拖到均衡點(diǎn),通過發(fā)光二極管的亮滅判斷電池的均衡狀態(tài)。通過調(diào)節(jié)第一電阻R1、第二電阻R2和第三電阻R3的阻值來設(shè)置過充保護(hù)點(diǎn)。 [0〇42] 在一種優(yōu)選實(shí)施方式中,微控制器選用AVR單片機(jī)Atmegal6L芯片。ATmegal6L是基于增強(qiáng)的AVRR ISC結(jié)構(gòu)的8位低功耗CMOS微控制器,具有低功耗、低成本的特點(diǎn)。[〇〇43]在一種優(yōu)選實(shí)施方式中,溫度檢測(cè)模塊采用NTC熱敏電阻,NTC熱敏電阻貼在電池表面。參見圖3,所示為本實(shí)用新型實(shí)施例溫度檢測(cè)模塊的電路原理圖,圖中NTC是阻值10K、 精度為1%的熱敏電阻,電池電壓VCC是通過穩(wěn)壓電路部分得到,再經(jīng)RC濾波電路,所以通過測(cè)量Q點(diǎn)的電壓變化即可得到熱敏電阻的阻值,再通過熱敏電阻的阻值測(cè)量出電池溫度。
[0044]在一種優(yōu)選實(shí)施方式中,第一開關(guān)模塊和第二開關(guān)模塊采用M0S管或者繼電器。
[0045]在一種優(yōu)選實(shí)施方式中,通訊模塊為串口數(shù)據(jù)傳輸模塊。將電池電壓、總電壓、充放電電流、電池表面溫度、充放電模塊等信息通過串口發(fā)送給中央控制器,同時(shí)通訊模塊接收中央控制器的控制命令,控制充放電過程。
[0046]在一種優(yōu)選實(shí)施方式中,電壓檢測(cè)模塊采用電阻分壓實(shí)現(xiàn),通過微控制器的內(nèi)部 ADC獲取電壓值。既保證測(cè)量精度,又降低了成本。
[0047]在一種優(yōu)選實(shí)施方式中,第一電流檢測(cè)模塊和第二電流檢測(cè)模塊為串接在充放電回路中的一精密電阻,為減小功耗,采樣電阻阻值要盡量小,這里選取的是精度為0.1%的 1 〇毫歐的精密電阻。從而可以通過測(cè)量精密電阻的壓降來測(cè)量電流。[〇〇48]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已,并不用以限制本實(shí)用新型,凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等,均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種光伏電池充放電管理系統(tǒng),其特征在于,包括MPPT控制器、第一開關(guān)模塊、充電 模塊、第一電流檢測(cè)模塊、電壓檢測(cè)模塊、溫度檢測(cè)模塊、過充保護(hù)模塊、第二電流檢測(cè)模 塊、微控制器、第二開關(guān)模塊和通訊模塊;其中,所述MPPT控制器用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)太陽能板的發(fā)電電壓并追蹤所述太陽能板發(fā)電電壓和 發(fā)電電流以最大功率輸出;所述第一開關(guān)模塊受控于所述微控制器,用于控制充電過程的開啟或斷開,其輸入端 與所述MPPT控制器的輸出連接,其輸出端與所述充電模塊連接;所述充電模塊受控于所述微控制器,用于控制電池的充電狀態(tài);所述第二開關(guān)模塊受控于所述微控制器,用于控制放電過程的開啟或斷開,其輸入端 與電池連接,其輸出端與逆變器連接;所述第一電流檢測(cè)模塊用于檢測(cè)電池充電電流并將充電電流信息發(fā)送給所述微控制 器;所述電壓檢測(cè)模塊用于檢測(cè)充放電時(shí)電池電壓并將電池電壓信息發(fā)送給所述微控制 器;所述溫度檢測(cè)模塊用于檢測(cè)電池溫度并將電池溫度信息發(fā)送給所述微控制器;所述過充保護(hù)模塊與電池相連接,用于對(duì)電池進(jìn)行過充保護(hù);所述第二電流檢測(cè)模塊用于檢測(cè)電池放電電流并將放電電流信息發(fā)送給所述微控制 器;所述通訊模塊與所述微控制器相連接,用于與外部中央控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊;所述微控制器為本光伏電池充放電管理系統(tǒng)的核心,它與MPPT控制器、第一開關(guān)模塊、 充電模塊、第一電流檢測(cè)模塊、電壓檢測(cè)模塊、溫度檢測(cè)模塊、過充保護(hù)模塊、第二電流檢測(cè) 模塊、第二開關(guān)模塊和通訊模塊相連接;所述微控制器接收第一電流檢測(cè)模塊、電壓檢測(cè)模 塊、溫度檢測(cè)模塊、過充保護(hù)模塊、第二電流檢測(cè)模塊、第二開關(guān)模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)信息,并對(duì) 這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析處理,同時(shí)根據(jù)處理結(jié)果控制MPPT控制器、第一開關(guān)模塊、充電模 塊、第二開關(guān)模塊和通訊模塊,從而實(shí)現(xiàn)電池充放電進(jìn)行控制管理。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏電池充放電管理系統(tǒng),其特征在于,當(dāng)電池電壓高于預(yù)設(shè) 電壓值時(shí),所述過充保護(hù)模塊自動(dòng)將多余的能量消耗掉。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的光伏電池充放電管理系統(tǒng),其特征在于,所述過充保護(hù)模塊進(jìn) 一步包括三端可調(diào)穩(wěn)壓器U1、第一三極管Q1、第一二極管D1、第一電阻R1、第二電阻R2、第三 電阻R3、第四電阻R4、第五電阻R5和第六電阻R6,其中,三端可調(diào)穩(wěn)壓器U1的1腳與第二電阻R2的一端和第三電阻R3的一端連接;第二電阻R2 的另一端與第一電阻R1的一端連接;第一電阻R1的另一端與第四電阻R4的一端以及第一三 極管Q1的集電極連接并共同與電池的正極相連接;三端可調(diào)穩(wěn)壓器U1的2腳與第四電阻R4的另一端和第五電阻R5的一端連接;第五電阻 R5的另一端與第一三極管Q1的基極連接;三端可調(diào)穩(wěn)壓器U1的3腳與第三電阻R3的另一端、第一二極管D1的陰極連接并共同與 電池的負(fù)極相連接;第一二極管D1的陽極與第六電阻R6的一端連接;第六電阻R6的另一端 與第一三極管Q1的發(fā)射極連接,所述第六電阻R6為功率電阻。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏電池充放電管理系統(tǒng),其特征在于,所述微控制器選用AVR單片機(jī)Atmega 16L芯片。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏電池充放電管理系統(tǒng),其特征在于,溫度檢測(cè)模塊采用 NTC熱敏電阻,所述NTC熱敏電阻貼在電池表面。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏電池充放電管理系統(tǒng),其特征在于,所述第一開關(guān)模塊和 第二開關(guān)模塊采用MOS管或者繼電器。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光伏電池充放電管理系統(tǒng),其特征在于,所述通訊模塊為串口 數(shù)據(jù)傳輸模塊。
【文檔編號(hào)】H02J7/35GK205657485SQ201620446720
【公開日】2016年10月19日
【申請(qǐng)日】2016年5月17日 公開號(hào)201620446720.5, CN 201620446720, CN 205657485 U, CN 205657485U, CN-U-205657485, CN201620446720, CN201620446720.5, CN205657485 U, CN205657485U
【發(fā)明人】費(fèi)佳斌, 顧建偉
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