專利名稱：電池充電器與電池之間的協(xié)同系統(tǒng)的制作方法
電池充電器與電池之間的協(xié)同系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明關(guān)于一種協(xié)同系統(tǒng)，其由具有識(shí)別和監(jiān)視電池且將關(guān)于其能量條件的實(shí)際 狀態(tài)的信息傳輸至電池充電器使得達(dá)到能量節(jié)省以及識(shí)別的電池的較大功能性和效率的 功能的控制單元組成。
背景技術(shù)：
當(dāng)對(duì)電池充電時(shí)，傳統(tǒng)電池充電器從電力網(wǎng)吸收能量且將其傳送至電池，其將輸 入交流電壓轉(zhuǎn)換成合適值的直流電壓。
電池充電循環(huán)的整體效率取決于由電效率因數(shù)、電池充電器功率因數(shù)和充電因數(shù) 組成的三個(gè)因數(shù)。
電效率因數(shù)由供應(yīng)至電池的功率與從電力網(wǎng)供應(yīng)的功率之間的百分比和由按熱 量形式在電池充電器內(nèi)部耗散的功率量決定，因此暗示電效率越高，則整個(gè)系統(tǒng)的效率越尚ο
電池充電器的功率因數(shù)取決于由電池充電器有效使用的實(shí)際功率與從電力網(wǎng)吸 收的視在功率之間的比。與實(shí)際功率一起，電池充電器還從電力網(wǎng)吸收另一類型的功率，其 被稱作無功功率，無功功率在每一輸入電壓循環(huán)時(shí)臨時(shí)儲(chǔ)存于電池充電器中且接著返回至 電力網(wǎng)，因此所述能量不用于對(duì)電池充電。
功率因數(shù)由位移因數(shù)和由失真因數(shù)決定，所述失真因數(shù)的值可在0與1之間變化， 且所述值重合得越大，則功率因數(shù)越低，其為當(dāng)充電時(shí)一些問題出現(xiàn)的原因，其中當(dāng)總功 率因數(shù)達(dá)不到最小預(yù)置值時(shí)，由電力供應(yīng)商進(jìn)行的處罰的施加通常設(shè)定在0. 90與0. 95之 間；線路中的功率增加視為由電池充電器實(shí)際吸收的相同功率量。
充電因數(shù)由需要用來對(duì)電池充電的能量的量(安培小時(shí))(要求此能量比容量高) 與從電池排出的能量的量之間的比所給出。在最后充電階段期間，電池的電壓處于最大值， 因而存在高的能量分散，因此有必要縮短保護(hù)需要用來重新混合電解質(zhì)以避免其層化的氣 化原理的所述階段。
當(dāng)前電池充電器具備低頻變壓器，其決定約0.85%的低功率因數(shù)，其通常導(dǎo)致視 為所使用的相同實(shí)際功率的線路中的電流增加，且其造成相當(dāng)大地危及電池充電器和電池 自身的整體效率的許多次級(jí)問題。
同等的麻煩是具有借助SCR(可控硅整流器)控制的低頻變壓器的充電器，此歸因 于其功率因數(shù)非常低(約0. 70% )從而導(dǎo)致由其變壓器和由SCR造成的電流的強(qiáng)失真所引 起的高位移的事實(shí)。
開關(guān)類型的高頻電池充電器當(dāng)前也可利用，雖然其不經(jīng)受相當(dāng)大的位移，但歸因 于由其輸入決定的電流的高失真，其功率因數(shù)不超過0. 85%。
根據(jù)當(dāng)前技術(shù)狀態(tài)，不存在可僅用于具備識(shí)別和監(jiān)視模塊的電池的電池充電器， 以此方式以使充電循環(huán)適應(yīng)其有效效率和操作條件，從而以減少同一識(shí)別的電池的能量的 消耗、熱量和因此熱應(yīng)力的方式，在最后充電階段期間自動(dòng)調(diào)整和補(bǔ)償任何供電電源電壓變化。
以上由以下提到的專利申請(qǐng)案確認(rèn)，以下提到的專利申請(qǐng)案雖然描述且主張一種 能夠保持電池充電溫度恒定的系統(tǒng)，但并不預(yù)測本申請(qǐng)案的發(fā)明概念，本申請(qǐng)案的發(fā)明概 念在以新穎方式克服所述缺點(diǎn)的同時(shí)描述且主張用于識(shí)別和監(jiān)視電池的整合系統(tǒng)，以此方 式以使電池充電器的功能適應(yīng)電池的維護(hù)和效率的條件，從而節(jié)省其充電期間的能量。
因此，具有題目"Method for charging traction storage battery，，(公開號(hào)為 RU2312432，日期為2007年12月10日)的專利案僅描述且主張一種用于對(duì)牽引蓄電池充 電的方法，其不斷地監(jiān)視在電池內(nèi)部的電解質(zhì)的溫度。
具有M 巨"Method and charger for recharging power batteries, such as traction batteries”的歐洲專利案(公開號(hào)為W02007042594,日期為2007年4月19日) 主張一種用于識(shí)別和監(jiān)視正被充電的電池的溫度的系統(tǒng)，其沒有考慮在本申請(qǐng)案中主張的 一些涉及節(jié)能的內(nèi)容。
具有題目“Method for optimizing the cycle life of traction batteries，， 的歐洲專利案(公開號(hào)為EP 1648048，日期為2006年4月19日)主張一種用于檢查汽車 電池的電壓和溫度的系統(tǒng)，其具有與本申請(qǐng)案的目標(biāo)不同的技術(shù)方法且不具有關(guān)于充電循 環(huán)的任何主張。
德|5專禾Ij案 “Accumulatory battery charging system for traction battery periodically reduces charging voltage during main charging phase and applies sawtooth pulsed voltage during final phase”(公開號(hào)為 DE20221450，日期為 2006 年 1月19日)僅描述且主張一種將電池的內(nèi)部溫度維持低的系統(tǒng)，其是基于在用于對(duì)電池充 電的第一階段中具有極少且簡短的暫停的脈沖充電和在第二階段中具有充電電壓的鋸齒 周期但達(dá)不到其完全失效的充電。在以上提到的專利案中絕對(duì)未描述和主張關(guān)于如在本申 請(qǐng)案中描述且主張的關(guān)于使充電適應(yīng)電池的狀態(tài)和充電的能量節(jié)省的方法。
在1996年8月15日按W09624979號(hào)公開的具有題目“Lead acid charger，，和 在 1997 年 9 月 23 日按 US5670863 號(hào)公開的具有題目 “Lead acid charger with ratioed time-out periods and current pulse mode of operation，，白勺專禾案最類^f以于由本串i青 案主張的技術(shù)方法，其不同之處在于，所述專利案(尤其第一者)描述且主張?jiān)赑WM且并非 包括變壓器、整流器等的傳統(tǒng)電池充電器中的控制方法。此外，所述專利案既不描述或主張 用于識(shí)別和監(jiān)視電池的模塊，也不描述或主張如在本申請(qǐng)案中描述和主張的能量節(jié)省解決 方案。
最后，在1980年11月18日按US42IM839號(hào)公開的具有題目“Battery charging” 的專利案僅描述和主張一種用于在電池充電器與電池之間傳輸僅用于檢查溫度的數(shù)據(jù)的 方法。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標(biāo)為通過給用戶提供由電池組成的協(xié)同系統(tǒng)來克服以上提到的缺點(diǎn)， 特征為識(shí)別模塊和電池充電器，歸因于在本申請(qǐng)案中主張的其技術(shù)特征，其允許電池充電 器在經(jīng)由識(shí)別和監(jiān)視模塊接收到電池識(shí)別數(shù)據(jù)后使功率和能量因數(shù)適應(yīng)識(shí)別的電池的操 作參數(shù)，以此方式以使整個(gè)充電循環(huán)的電效率和功能性最大化。
本發(fā)明的另一目標(biāo)為調(diào)整最終電荷比從而自動(dòng)補(bǔ)償任何電壓和電源供應(yīng)變化，以 此方式以減少熱量以便消除識(shí)別的電池應(yīng)力以增加其效率，但保護(hù)氣化階段。
本發(fā)明的另一目標(biāo)為獲得用于適合僅用于可由控制單元通過密碼識(shí)別且由申請(qǐng) 公司生產(chǎn)的電池的電池充電器的系統(tǒng)，以此方式以增加其能量效率且延長其效率的持續(xù)時(shí) 間。
本發(fā)明的另一目標(biāo)為提供用于對(duì)電池充電的系統(tǒng)，歸因于其能夠保證高功率因 數(shù)且消除通常在傳統(tǒng)電池充電器中發(fā)生的能量分散的事實(shí)，其能夠消除或至少減少在 92% -93%的最佳電效率下所需的能量消耗。
這些和其他目標(biāo)由本申請(qǐng)案的發(fā)明主題達(dá)到，發(fā)明主題涉及由電池組成的協(xié)同系 統(tǒng)，其特征為具備承載電池識(shí)別和操作數(shù)據(jù)(例如，電壓、電流、溫度和均衡級(jí)別)的數(shù)字存 儲(chǔ)器的識(shí)別和監(jiān)視模塊，每當(dāng)連接電池用于充電時(shí)，將電池識(shí)別和操作數(shù)據(jù)傳輸至電池充 電器且被彼此交互的技術(shù)解決方案的系統(tǒng)使用，以此方式以使充電循環(huán)適應(yīng)識(shí)別的電池的 實(shí)際條件，因此，達(dá)到在整個(gè)充電循環(huán)期間(包括最后者)的最大能量效率，從而自我調(diào)節(jié) 和自我補(bǔ)償任何電源供應(yīng)電壓變化，以此方式以減少通常在最后充電階段中形成的熱量， 其具有增加同一識(shí)別的電池的效率且相當(dāng)大地減少整個(gè)充電循環(huán)的能量消耗的進(jìn)一步作 用。
本發(fā)明的另一目標(biāo)為允許相對(duì)于現(xiàn)今已知的電池充電系統(tǒng)按較低成本且以較大 技術(shù)特性對(duì)電池的充電，且增加申請(qǐng)公司的電池的能量效率，電池可具備識(shí)別和監(jiān)視模塊， 其致動(dòng)需要密碼且特征在于抗干預(yù)和阻擋機(jī)制。


圖1為用于將電池組件連接至本發(fā)明的主題充電器的線路圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的另外特征和優(yōu)勢將從在附加的唯一圖(圖1)中為了指示目的而說明的 本申請(qǐng)案的優(yōu)選但并非排他性實(shí)施例的描述顯而易見，圖1展示用于將電池組件連接至本 發(fā)明的主題充電器的線路圖，本發(fā)明由必要地相互交互以達(dá)到較佳能量效率且降低整個(gè)充 電循環(huán)的能量成本的四個(gè)技術(shù)解決方案組成。
所述技術(shù)解決方案為12脈沖倍頻系統(tǒng)(1)，其用以將失真因數(shù)升高至0.99 ；具有 電容器的用于靜態(tài)功率因數(shù)校正的系統(tǒng)O)，其用以將位移因數(shù)升高至0. 99或與失真因數(shù) 相同的值，以此方式以保證電池充電系統(tǒng)高的功率因數(shù)；脈沖充電終止系統(tǒng)(3)，其與識(shí)別 和監(jiān)視模塊(4)和其微處理器( 交互，補(bǔ)償任何電源供應(yīng)電壓變化，包括最后充電階段， 從而自動(dòng)將其調(diào)整至正充電的電池的參數(shù)(關(guān)于電壓、電流、溫度和均衡級(jí)別)，以此方式 以具有能量消耗的相當(dāng)大的減少和用來消除電池應(yīng)力所需的較大熱量分散，以便增加其能 量效率和持續(xù)時(shí)間。
顯然，本發(fā)明的功能性是基于前述系統(tǒng)的所需可集成性，前述系統(tǒng)相應(yīng)地具備需 要用于其操作的同等數(shù)目的技術(shù)元件。因此，12脈沖倍頻系統(tǒng)(1)具備具有通過層的部分 重疊而分散的流的具有九個(gè)線圈的三相變壓器(6)，以及雙全波三相橋式整流器(7)。
倍頻系統(tǒng)(1)的可選組件為相間電抗(11)，其具有拉平在橋式整流器上流通的電流的目的，以此方式以降低操作的溫度且對(duì)由電池充電器供應(yīng)的電流進(jìn)行濾波(以此方式 以致使其完全直流)。
在電池充電器變壓器完全對(duì)稱的情況下，可省略系統(tǒng)中的所述元件。
具有電容器的靜態(tài)功率因數(shù)校正系統(tǒng)( 具備連接在具有固定容量的變壓器初 級(jí)(9)上的三相靜態(tài)功率因數(shù)校正組(8)，且電容器可為三個(gè)或三的倍數(shù)個(gè)，且其可經(jīng)星形 連接或三角形連接。
脈沖充電終止系統(tǒng)C3)特征為雙輸入接觸器(10)和(IObis)，其允許通過自動(dòng)調(diào) 整由微處理器( 傳輸?shù)?、關(guān)于正充電的電池的技術(shù)參數(shù)的充電終止電流脈沖、每一脈沖 的暫停時(shí)間和待使用的脈沖的總數(shù)來改變變壓器的變壓比。
與識(shí)別和監(jiān)視模塊(4)交互且插入于密封容器(1 中使得保護(hù)其與酸的腐蝕、水 和震動(dòng)隔離的所述微處理器( 是用以存儲(chǔ)所有電池功能和維護(hù)參數(shù)且將其傳輸至技術(shù) 解決方案系統(tǒng)的電路，每當(dāng)將電池充電器連接至電池時(shí)便給電池充電器提供技術(shù)解決方案 系統(tǒng)。
當(dāng)將識(shí)別模塊(4)置于服務(wù)時(shí)，將其安裝于電池上，且其可在電池充電器的第一 次連接時(shí)僅通過密碼而啟動(dòng)。
更尤其是，為了使充電曲線適應(yīng)電池操作參數(shù)，本申請(qǐng)案的主題電池充電器可在 可識(shí)別為低功率和高功率的兩個(gè)不同功率電平上操作。
在充電開始時(shí)使用低功率，直到電池達(dá)到預(yù)置電壓值，其后，電荷繼續(xù)通過由電池 充電器依據(jù)微處理器( 讀取的參數(shù)而改變的暫停所中斷的高功率充電脈沖，微處理器 (5)能夠從高功率脈沖通過至低功率脈沖或從低功率脈沖通過至高功率脈沖，且也能夠中 斷脈沖以在過高溫度的情況下保護(hù)電池。
在此情況下，給定電池受到熱泄漏損壞的可能性，微處理器( 發(fā)送指示測量的 溫度值的預(yù)報(bào)警信號(hào)，以此方式使得電池充電器預(yù)先中斷先前計(jì)算的高功率脈沖或用低功 率脈沖替換所述高功率脈沖。
電池充電器存儲(chǔ)在同一電池的各充電階段期間發(fā)生的故障，以此方式以避免在對(duì) 同一電池充電的隨后操作期間在先前充電循環(huán)中觀察到的故障的再發(fā)生。
此外，識(shí)別模塊(4)具備阻擋和抗干預(yù)系統(tǒng)，且其供應(yīng)有來自同一電池的電力。識(shí) 別模塊使用電力線通信系統(tǒng)與電池充電器的控制卡通信，其是通過將高頻信號(hào)直接重疊至 電池電力電纜上，以此方式以避免增加補(bǔ)充連接電纜。
當(dāng)將識(shí)別模塊安裝于電池上時(shí)，其啟動(dòng)電力線通信系統(tǒng)，但保持受阻擋，等待啟 動(dòng)。在第一次連接至電池充電器后，模塊經(jīng)識(shí)別，且通過電池充電器控制面板，可通過輸入 密碼來將其啟動(dòng)。
一旦經(jīng)啟動(dòng)，則模塊不需要進(jìn)一步的操作，且只要其連接至電池便連續(xù)運(yùn)作。如果 斷開，甚至臨時(shí)地?cái)嚅_，則其返回至受阻擋狀態(tài)，因此在至電池充電器的后續(xù)連接期間，其 將需要通過密碼保護(hù)的啟動(dòng)過程。
因此設(shè)想的本專利案易于存在全部屬于本發(fā)明的概念內(nèi)的各種修改和變體；此 外，隨后主張的如在附圖中描述和說明的本發(fā)明的材料和元件可取決于要求而變化。
權(quán)利要求
1.一種在電池充電器與電池之間的協(xié)同系統(tǒng)，其用于識(shí)別和監(jiān)視待充電的所述電池的 操作數(shù)據(jù)，使得減少能量消耗且獲得充電循環(huán)和所述識(shí)別的電池的較大功能性和效率，其 特征在于與用以存儲(chǔ)例如電壓、電流、溫度和均衡級(jí)別等所述電池的所有操作和維護(hù)參數(shù) 的微處理器交互的識(shí)別和監(jiān)視模塊，每當(dāng)將所述電池連接至所述電池充電器時(shí)，所述參數(shù) 連接至本專利申請(qǐng)案的主題所述電池充電器的技術(shù)解決方案系統(tǒng)，所述技術(shù)解決方案系統(tǒng) 相互交互，使所述充電循環(huán)適應(yīng)所述識(shí)別的電池的實(shí)際效率和維護(hù)狀態(tài)，因此確保在包括 最后充電循環(huán)的整個(gè)充電循環(huán)上的最大能量效率，從而自動(dòng)調(diào)整和自動(dòng)補(bǔ)償任何電源供應(yīng) 電壓變化，以此方式以減少通常在所述最后充電階段中產(chǎn)生的熱量，從而導(dǎo)致進(jìn)一步增加 同一識(shí)別的電池的所述效率且相當(dāng)大地減少所述整個(gè)充電循環(huán)的所述能量消耗。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的在電池充電器與電池之間的協(xié)同系統(tǒng)，其安裝于所述電池 上的識(shí)別和監(jiān)視模塊特征在于插入至密封容器以此方式以阻止酸腐蝕、水和震動(dòng)的微處理 器，且所述微處理器由用以存儲(chǔ)所有所述操作參數(shù)且將所述操作參數(shù)傳輸至技術(shù)解決方案 系統(tǒng)的電路組成，所述技術(shù)解決方案系統(tǒng)相互交互，使所述充電電路適應(yīng)所述識(shí)別的電池 的所述實(shí)際效率和維護(hù)條件，從而確保其最大能量效率和良好維護(hù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的在電池充電器與電池之間的協(xié)同系統(tǒng)，其特征在于，具有 所述微處理器的所述識(shí)別和監(jiān)視模塊還用以通過發(fā)送具有所述測量的溫度的值的預(yù)報(bào)警 信號(hào)來防止所述電池受到熱泄漏的損壞，以此方式使得所述電池充電器預(yù)先中斷先前計(jì)算 的高功率脈沖或提供用低功率脈沖對(duì)所述高功率脈沖的替換，且還存儲(chǔ)可能已在所述同一 電池的各充電階段期間發(fā)生的故障，以此方式以避免在對(duì)所述同一電池的后續(xù)充電操作期 間在所述先前充電循環(huán)中觀察到的所述故障的再發(fā)生。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3所述的在電池充電器與電池之間的協(xié)同系統(tǒng)，其特征在于，所 述識(shí)別和監(jiān)視模塊直接由所述電池供應(yīng)電力，且使用電力線通信技術(shù)，以此方式以避免增 加補(bǔ)充電纜。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4所述的在電池充電器與電池之間的協(xié)同系統(tǒng)，其識(shí)別和監(jiān)視 模塊特征在于用于其啟動(dòng)的密碼以及阻擋和抗干預(yù)系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5所述的在電池充電器與電池之間的協(xié)同系統(tǒng)，其特征在于 一組電池充電器技術(shù)解決方案，所述技術(shù)解決方案由十二脈沖倍頻系統(tǒng)、具有電容器的靜 態(tài)功率因數(shù)校正系統(tǒng)、脈沖充電終止系統(tǒng)組成，所述系統(tǒng)相互交互且與所述識(shí)別和監(jiān)視模 塊和所述微處理器交互，補(bǔ)償任何電源供應(yīng)電壓變化，包括所述最后充電階段，從而自動(dòng)將 其調(diào)整至正充電的所述電池的關(guān)于電壓、電流、溫度和均衡級(jí)別的所述參數(shù)，以此方式以具 有能量消耗的相當(dāng)大的減少和用來消除電池應(yīng)力所需的較大熱量分散，以此方式以增加其 所述能量效率和持續(xù)時(shí)間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5、6所述的在電池充電器與電池之間的協(xié)同系統(tǒng)，其十二脈 沖倍頻系統(tǒng)和靜態(tài)功率因數(shù)校正系統(tǒng)特征在于，其分別將失真因數(shù)和功率因數(shù)校正因數(shù)升 高至0. 99的重合值，以此方式以允許用來獲得所述充電循環(huán)的最大能量效率所需的所述 功率因數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7所述的在電池充電器與電池之間的協(xié)同系統(tǒng)，其與所 述電池的所述識(shí)別和監(jiān)視模塊和所述微處理器交互的最終充電系統(tǒng)特征在于，其補(bǔ)償任何 電源供應(yīng)電壓變化，從而自動(dòng)將其調(diào)整至正充電的所述電池的所述效率和維護(hù)參數(shù)，所述參數(shù)由電壓、電流、溫度和均衡級(jí)別組成，以此方式以減少充電操作的所述能量消耗且具有 用來保護(hù)所述電池所需的較大熱量分散，從而增加其能量效率和持續(xù)時(shí)間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7、8所述的在電池充電器與電池之間的協(xié)同系統(tǒng)，其 十二脈沖倍頻系統(tǒng)特征在于，其具備具有通過層的部分重疊而分散的流的九線圈三相變壓 器、雙全波三相橋式整流器以及相間電抗，所述相間電抗具有拉平在所述橋式整流器上流 通的電流的目的，以此方式以降低所述操作溫度且對(duì)由所述電池充電器供應(yīng)的所述電流進(jìn) 行濾波，以此方式以致使其完全直流。
10.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9所述的在電池充電器與電池之間的協(xié)同系統(tǒng)， 其具有電容器的靜態(tài)功率因數(shù)校正系統(tǒng)特征在于連接在固定容量變壓器的初級(jí)上的三相 靜態(tài)功率因數(shù)校正組，以及可為三個(gè)或三的倍數(shù)個(gè)且其可為星形連接或三角形連接的電容ο
11.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10所述的在電池充電器與電池之間的協(xié)同系 統(tǒng)，其脈沖充電終止系統(tǒng)特征在于雙輸入接觸器，所述雙輸入接觸器允許通過自動(dòng)調(diào)整由 所述微處理器傳輸?shù)年P(guān)于正充電的所述電池的所述技術(shù)參數(shù)的充電終止電流脈沖、每一脈 沖的暫停時(shí)間和待使用的脈沖的總數(shù)來改變所述變壓器的變壓比。
12.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11所述的在電池充電器與電池之間的協(xié)同 系統(tǒng)，其特征在于，為了使充電曲線適應(yīng)所述電池的所述操作參數(shù)，所述電池充電器可在可 識(shí)別為低功率和高功率的兩個(gè)不同功率電平上操作，在所述充電的開始時(shí)使用所述低功率 且直到所述電池達(dá)到預(yù)置電壓值為止，其后，所述充電繼續(xù)使用由所述電池充電器依據(jù)所 述微處理器讀取的所述參數(shù)而中斷的暫停所中斷的高功率脈沖，也包括在達(dá)到過高溫度的 情況下中斷所述脈沖以保護(hù)所述電池的可能性。
全文摘要
一種協(xié)同系統(tǒng)，其由具有識(shí)別和監(jiān)視電池且將關(guān)于其能量條件的實(shí)際狀態(tài)的信息傳輸至電池充電器使得達(dá)到能量節(jié)省以及所述識(shí)別的電池的較大功能性和效率的功能的控制單元組成。
文檔編號(hào)H02J7/00GK102037629SQ200980118816
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2009年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月27日
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