DE2742675A1 - Charge-state indicator for accumulator - has A=D converter driving chain of LEDs arranged along scale indicating degree of charging - Google Patents

Charge-state indicator for accumulator - has A=D converter driving chain of LEDs arranged along scale indicating degree of charging

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DE2742675A1 DE19772742675 DE2742675A DE2742675A1 DE 2742675 A1 DE2742675 A1 DE 2742675A1 DE 19772742675 DE19772742675 DE 19772742675 DE 2742675 A DE2742675 A DE 2742675A DE 2742675 A1 DE2742675 A1 DE 2742675A1
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Abstract

The charge-state indicator, for batteries e.g. motor vehicles, has a measuring network comprising an A/D converter (25) driving LEDs (20, 21) that indicate the battery's different charge states along an optical scale (empty - average - charged) when a test button is pressed. The A/D converter is supplied with a voltage derived from a series measuring resistor and with a reference voltage obtained from a voltage divider (28, 29).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einer Schaltungsanordnung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei einer bekannten Schaltungsanordnung dieser Art besteht das Meßwerk aus einem feinmechanischen Meßinstrument dessen Zeiger auf einer Meßskala den Ladezustand der angeschlossenen Akkumulatorbatterie anzeigt. Derartige feinmechanische Meßgeräte sind gegen Stoß-und Schüttelbeanspruchungen, gegen Tempereaturwechsel und andere Umwelteinflüsse nicht im erwünschten Maß störungssicher und sie genügen vielfach nicht den Anforderungen, die an Ladezustandsanzeigegeräten von Akkumulatorbatterien an Mofas, Rasenmähern, Bootsmotoren und dergleichen gestellt werden.The invention is based on a circuit arrangement of the type of the main claim. In a known circuit arrangement of this type, there is Movement from a precision mechanical measuring instrument whose pointer on a measuring scale shows the charge status of the connected accumulator battery. Such fine mechanical Measuring devices are against impact and shaking loads, against changes in temperature and other environmental influences are not fail-safe to the desired extent and they are sufficient often does not meet the requirements placed on charge level indicators of accumulator batteries on mopeds, lawn mowers, boat engines and the like.

Es ist ferner bekannt, die Überwachung des Ladezustandes eines Akkumulators durch eine Leuchtdiode vorzunehmen, indem diese beim Absinken der Akkumulatorspannung unter einen Sollwert aufleuchtet. Mit einer solchen Anzeige ist jedoch nicht erkennbar, wieweit der Akkumulator entladen ist.It is also known to monitor the state of charge of a battery to be carried out by a light-emitting diode, by this when the battery voltage drops illuminates below a setpoint. However, such a display does not show that how far the accumulator is discharged.

Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, ein Meßwerk anzugeben, welches keine mechanisch bewegten Teile aufweist aber dennoch den jeweiligen Ladezustand der Akkumulatorbatterie unter Berücksichtigung der Temperatur und der Belastung anzeigt.The present invention is directed to specifying a measuring mechanism, which has no mechanically moving parts but still has the respective charge status the accumulator battery taking into account the temperature and the load indicates.

Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Schaltunganordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat gegenüber den bekannten Ausführungen den Vorteil, daß der Skalenzeiger durch eine Vielzahl von Leuchtdioden ersetzt wird, von denen der als elektronisches Meßwerk arbeitende Analog-Digital-Wandler jeweils die Leuchtdiode einschaltet, die der dem gemessenen Ladezustand des Akkumulators entsprechende Stelle der Meßwerkskala zugeordnet ist. Ein solches Meßwerk ist sehr unempfindlich und wird den verschiedenen Verwendungsmöglichkeiten und den sich daraus ergebenden Beanspruchungen in hohem Maße gerecht. Außerdem bietet es im Vergleich zu mechanischen Meßwerken in der Serienproduktion preisliche Vorteile.Advantages of the invention The circuit arrangement according to the invention with has the characterizing features of the main claim compared to the known versions the advantage that the dial pointer is replaced by a large number of light-emitting diodes, of which the analog-to-digital converter working as an electronic measuring mechanism the light emitting diode switches on, which corresponds to the measured state of charge of the accumulator corresponding point of the measuring mechanism scale is assigned. Such a measuring mechanism is very insensitive and will have different uses and to a high degree do justice to the resulting demands. Also offers there are price advantages compared to mechanical measuring mechanisms in series production.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Schaltungsanordnung möglich.The measures listed in the subclaims are advantageous Developments and improvements of the circuit arrangement specified in the main claim possible.

So läßt sich in vorteilhafter Weise als Analog-Digital-Wandler ein im Handel befindlicher Baustein mit integrierter Schaltung verwenden, dem außer der Meßspannung eine Referenzspannung zugeführt ist, die an einem Spannungsteiler abgegriffen wird, der zwischen der Minusleitung und einem eine stabilierte Spannung führenden Anschluß des Analog-Digital-Wandlers liegt. Eine Verbesserung der Ladezustandsanzeige läßt sich dadurch erreichen, daß die bei Unterschreiten einer Mindestladung ansprechende Leuchtdiode rotes Licht abgibt, während die übrigen Leuchtdioden im eingeschalteten Zustand grünes Licht abgeben.So can be used as an analog-to-digital converter in an advantageous manner use a commercially available device with an integrated circuit, the except the measuring voltage is supplied with a reference voltage which is applied to a voltage divider is tapped, the voltage between the negative lead and a stabilized voltage leading connection of the analog-digital converter is located. An improvement in the charge status indicator can be achieved in that the responding when falling below a minimum charge LED emits red light while the other LEDs are switched on Green light state.

Zeichnung Weitere Einzelheiten der Erfindung sind in der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispiels dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Ladezustands-Anzeigegerät mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, Fig. 2 das gleiche Anzeigegerät in der Draufsicht und Fig. 3 den Schaltungsaufbau des Gerätes nach Fig. 1 und 2.DRAWING Further details of the invention are shown in the drawing shown on the basis of an exemplary embodiment and in the following description explained in more detail. The figures show: FIG. 1 a charge status display device with the device according to the invention Circuit arrangement, Fig. 2 shows the same display device in plan view and Fig. 3 shows the circuit structure of the device according to FIGS. 1 and 2.

Beschreibung der Erfindung In Fig. 1 und 2 ist ein mit 10 bezeichnetes Ladezustands-Anzeigegerät im Querschnitt dargestellt. Im Gehäuse 11 des Gerätes 10 ist eine Prüftaste 12 über einer Leiterplatte 13 derart axial verschiebbar angeordnet, daß sie bei Betätigung einen auf der Leiterplatte 13 befestigten Blattfederkontakt 14 auf einen darunter auf der Leiterplatte 13 aufsitzenden Gegenkontakt 15 zu drücken vermag. Blattfederkontakt 14, Gegenkontakt 15 und Prüftaste 12 bilden einen Tastschalter 16, der - wie Fig. 3 zeigt - zur Prüfung des Ladezustandes eines nicht dargestellten, mit den Anschlüssen 17 und 18 zu verbindenden Akkumulators in der Plus leitung 19 angeordnet ist. Neben der Prüftaste 12 sind neun Leuchtdioden 20, 21 in einer Reihe nebeneinander im Gehäuse 11 gehalten, wobei die Leuchtdioden von einer lichtdurchlässigen Scheibe 22 abgedeckt sind. Die Anschlüsse der Leuchtdioden 20 und 21 sind mit der darunter angeordneten Leiterplatte 13 kontaktiert.Description of the Invention In Figs. 1 and 2 there is a designated 10 State of charge indicator shown in cross section. In the housing 11 of the device 10 is a test button 12 above a circuit board 13 so axially arranged displaceably that they fastened one on the circuit board 13 when actuated Leaf spring contact 14 on a mating contact seated on the printed circuit board 13 underneath 15 able to push. Form leaf spring contact 14, mating contact 15 and test button 12 a pushbutton switch 16, which - as FIG. 3 shows - for checking the state of charge of a not shown, to be connected to the terminals 17 and 18 accumulator in the plus line 19 is arranged. Next to the test button 12 there are nine light-emitting diodes 20, 21 held in a row next to one another in the housing 11, the light-emitting diodes are covered by a translucent disk 22. The connections of the light emitting diodes 20 and 21 are in contact with the printed circuit board 13 arranged below.

Die in Fig. 3 dargestellte Schaltungsanordnung zur Anzeige des Ladezustands der Akkumulatorbatterie befindet sich auf der Leiterplatte 13. Sie ist mit einem zu den Anschlüssen 17 und 18 parallel liegenden Schaltungszweig versehen, in dem eine Z-Diode 23 für die untere Grenze der Anzeige und ein Widerstandsglied 24 mit einem Meßwerk in Reihe geschaltet ist. Das Meßwerk besteht aus einem Analog-Digital-Wandler 25 dessen Eingang zu einem mit dem Widerstandsglied 24 in Reihe liegenden Meßwiderstand 26 parallel geschaltet ist und an dessen Ausgang die Leuchtdioden 20 und 21 angeschlossen sind. Das Widerstandsglied 24 ist gemäß der Patentanmeldung P 26 19 785.3 so ausgebildet, daß sein Widerstandswert bei einem Rückgang der angelegten Spannung vorzugsweise nach einer Exponentialfunktion zunimmt. Dadurch wird in Abhängigkeit von der jeweiligen Belastung und Temperatur der Akkumulatorbatterie die in ihr vorhandene Restladung angezeigt.The circuit arrangement shown in Fig. 3 for displaying the state of charge the accumulator battery is on the circuit board 13. It is with a to the terminals 17 and 18 parallel circuit branch provided in which a Zener diode 23 for the lower limit of the display and a resistor element 24 with a measuring mechanism is connected in series. The measuring mechanism consists of an analog-digital converter 25 its input to a measuring resistor lying in series with the resistance element 24 26 is connected in parallel and the LEDs 20 and 21 are connected to its output are. The resistance member 24 is designed according to the patent application P 26 19 785.3, that its resistance value is preferable with a decrease in the applied voltage increases according to an exponential function. This will depend on the particular Load and temperature of the accumulator battery the remaining charge in it displayed.

Wie Fig. 2 zeigt, sind die Leuchtdioden 20 und 21 neben einer, die verschiedenen Ladezustände der Akkumulatorbatterie angebenden Skala 27 derart angeordnet, daß bei der Ladezustandsmessung jeweils die Leuchtdiode 20 oder 21 aufleuchtet, die der dem gemessenen zu qRgefi Ladezustand entsprechenden Stelle der Skala 27 zugeordnet ist. Zur besseren optischen Erkennung einer zu geringen Restladung bleibt die neben der Prüftaste 12 liegende Diode 20 beim Unterschreiten einer Mindestladung eingeschaltet und gibt rotes Licht ab, während die übrigen Leuchtdioden 21 in eingeschaltetem Zustand grünes Licht abgeben.As Fig. 2 shows, the light emitting diodes 20 and 21 are next to one that The scale 27 indicating different charge states of the accumulator battery is arranged in such a way that that the LED 20 or 21 lights up when measuring the state of charge, those corresponding to the state of charge measured at qRgefi Job is assigned to the scale 27. For better optical recognition of a too small The diode 20 located next to the test button 12 remains when the charge falls below the remaining charge switched on with a minimum charge and emits red light, while the remaining LEDs 21 emit green light when switched on.

Als Digital-Analog-Wandler 25 wird ein handelsüblicher Schaltbaustein mit integrierter Schaltung verwendet, der auf der Leiterplatte angeordnet und mit seinen Anschlüssen kontaktiert ist. Dem Wandler 25 wird sowohl die am Meßwiderstand 26 abgegriffene Meßspannung sowie eine Referenzspannung zugeführt, die an einem Spannungsteiler aus den Widerständen 28 und 29 abgegriffen ist, welcher zwischen der Minus leitung 30 mit dem Anschluß 18 und einem Anschluß des Wandlers 25 liegt, der eine stabilisierte Spannung führt. Der Wandler 25 ist ferner über die Plusleitung 19 und die Minus leitung 30 an die Versorgungsspannung der Akkumulatorbatterie anzuschließen. Die Ausgänge des Wandlers 25, die entweder ein L-Signal oder ein 0-Signal führen sind derart mit den Leuchtdioden 20 und 21 anodenseitig und kathodenseitig verbunden, daß jeweils eine bzw. im Übergangsbereich zwei Dioden 21 durch ein anodenseitig auftretendes L-Signal und ein kathodenseitiges 0-Signal eingeschaltet werden. Bei voll aufgeladener Akkumulatorbatterie leuchtet demzufolge nur die rechte Leuchtdiode 21. Wird nun die Akkumulatorbatterie entladen, so wird bei entsprechender Meßspannung am Meßwiderstand 26 die danebenliegende Leuchtdiode 21 eingeschaltet und anschließend bei weiter zurückgehender Ladung die rechte Leuchtdiode 21 ausgeschaltet. Bei weiter zurückgehender Ladung werden nun dem Meßwert der Skala 27 entsprechend die ihm zugeordnete Leuchtdiode 20 oder 21 eingeschaltet.A commercially available switching module is used as the digital-to-analog converter 25 with integrated circuit used, which is arranged on the circuit board and with its connections is contacted. The transducer 25 is both the measuring resistor 26 tapped measurement voltage and a reference voltage supplied to a Voltage divider from the resistors 28 and 29 is tapped, which between the minus line 30 is connected to the terminal 18 and one terminal of the converter 25, which carries a stabilized tension. The converter 25 is also on the positive line 19 and the negative line 30 to connect to the supply voltage of the accumulator battery. The outputs of the converter 25, which either carry an L signal or a 0 signal are connected to the light emitting diodes 20 and 21 on the anode side and cathode side in this way, that in each case one or in the transition area two diodes 21 through one on the anode side Occurring L-signal and a cathode-side 0-signal are switched on. at When the accumulator battery is fully charged, only the right LED is lit. 21. If the accumulator battery is discharged, with the corresponding measuring voltage on the measuring resistor 26 the adjacent light-emitting diode 21 is switched on and then when the charge continues to decrease, the right light-emitting diode 21 is switched off. At next decreasing charge are now assigned to the measured value of the scale 27 in accordance with it LED 20 or 21 switched on.

Die auf diese Weise erzeugte Leuchtmarke neben der Skala 27 wandert folglich mit abnehmender Ladung von rechtß nach links. Beim Unterschreiten der Mindestladung wird demzufolge die Leuchtdiode 20 eingeschaltet, die rotos Licht abgibt und die auch bei weiterer Entladung der Akkumulatorbatterie nicht wieder verlischt. Die Anzeige erfolgt allerdings nur bei Betätigung der Prüftaste 12. Um den Wandler 25 gegen Spannungspitzen zu schützen, ist hinter dem Tastschalter 16 zwischen Plus leitung 19 und Minus leitung 30 ein Kondensator 31 mit einer dazu in Reihe liegenden Diode 32 parallel geschaltet. Die Diode 32 verhindert dabei die Entladung des Kondensators 31 und somit ein durch Abschalten des Gerätes jeweils kurzzeitig auftretendes Flackern der Leuchtdioden 20 und 21 beim Loslassen des Tastschalters 16. Hinter dem Tastschalter 16 ist ferner eine Diode 33 in der zum Analog-Digital-Wandler 25 führenden Plus leitung eingefügt, die als Verpolungsschutz dient.The luminous mark generated in this way next to the scale 27 moves consequently with decreasing charge from right to left. When falling below the minimum charge consequently, the light emitting diode 20 is switched on, which emits rotos light and the even if the accumulator battery continues to discharge not again goes out. However, the display only takes place when the test button 12 is pressed. Um Protecting the converter 25 against voltage peaks is behind the pushbutton switch 16 Between the plus line 19 and minus line 30, a capacitor 31 with a to it series diode 32 connected in parallel. The diode 32 prevents this Discharge of the capacitor 31 and thus one by switching off the device in each case Brief flickering of the LEDs 20 and 21 when the pushbutton is released 16. Behind the push button switch 16 is also a diode 33 in the analog-to-digital converter 25 leading plus line inserted, which serves as protection against polarity reversal.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, da je nach Aufbau des Analog-Digital-Wandlers 25 eine entsprechend angepaßte Ankopplung an den Meßwiderstand 26 erfolgen muß. Auch die Ausführung der Schaltungsanordnung auf einer Leiterplatte innerhalb des Anzeigegerätes 10 ist nicht zwingend erforderlich, da beispielsweise die elektronischen Bauelemente in Nähe der Akkumulatorbatterie, die Leuchtdioden-Anzeige dagegen im Blickfeld des Benutzers angeordnet sein können. Es ist jedoch zweckmäßig, das Ladezustands-Anzeigegerät 10 in seiner kompakten Form unmittelbar am Gehäuse einer Akkumulatorbatterie verdrehsicher zu befestigen, zumal in diesem Fall nur zwei Anschlußleitungen 19 und 30 aus dem Gehäuse 11 herauszuführen und unmittelbar mit den Anschlüssen der Akkumulatorbatterie zu verbinden sind. Je nach senkrechter oder waagerechter Anordnung des Anzeigegerätes 10 ist die Skala 27 entsprechend lesbar zu beschriften.The invention is not limited to the illustrated embodiment, since, depending on the structure of the analog-digital converter 25, a correspondingly adapted coupling to the measuring resistor 26 must take place. Also the execution of the circuit arrangement on a circuit board within the display device 10 is not absolutely necessary, because, for example, the electronic components are in the vicinity of the accumulator battery, the LED display, however, can be arranged in the user's field of vision. However, it is expedient to use the state-of-charge display device 10 in its compact form to be attached directly to the housing of a storage battery so that it cannot twist, especially in this case only two connecting lines 19 and 30 are to be led out of the housing 11 and are to be connected directly to the terminals of the accumulator battery. Ever according to the vertical or horizontal arrangement of the display device 10 is the scale 27 must be labeled legibly accordingly.

Claims (1)

Ansprüche 1. Schaltungsanordnung zur Anzeige des Ladezustands einer Akkumulatorbatterie mit einem dazu parallel liegenden Schaltungszweig, in dem ein elektrisches Meßwerk, eine Z-Diode für die untere Grenze und ein Widerstandsglied für die Belastungsabhängigkeit der Anzeige in Reihe geschaltet sind, wobei in einem Nebenstromzweig des Meßwerks ein Meßwiderstand angeordnet ist, und wobei gemäß der Patentanmeldung P 26 19 785.3 der Widerstandswert des Widerstandsgliedes bei Rückgang der angelegten Spannung vorzugsweise nach einer Exponentialfunktion zunimmt, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßwerk aus einem Analog-Digital-Wandler (25) mit an dessen Ausgang angeschlossenen Leuchtdioden (20, 21) besteht, wobei die Leuchtdioden (20, 21) mit einer die verschiedenen Ladezustände der Akkumulatorbatterie angebenden Skala (27) derart zusammenwirken, daß bei der Ladezustandsmessung jeweils die Leuchtdiode (20, 21) aufleuchtet, die der dem gemessener Ladezustand entsprechenden Stelle der Skala (27) zugeoren@@@@se 2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem von der Batteriespannung versorgten Analo-Digital-Wandler (24) außer der Meßspannung eine Referenzspannung zugeführt ist, die an einem Spannungsteiler (28, 29) abgegriffen ist, der zwischen der Minusleitung (30) und einem eine stabilisierende Spannung führenden Anschluß des Analog-Digital-Wandlers (25) liegt. Claims 1. Circuit arrangement for displaying the state of charge of a Accumulator battery with a parallel circuit branch in which a electrical measuring mechanism, a Z-diode for the lower limit and a resistance element for the load dependency of the display are connected in series, in one Bypass branch of the measuring mechanism, a measuring resistor is arranged, and according to FIG Patent application P 26 19 785.3 the resistance value of the resistance element when decreasing the applied voltage preferably increases according to an exponential function, thereby characterized in that the measuring mechanism consists of an analog-to-digital converter (25) with at its Output connected light-emitting diodes (20, 21), the light-emitting diodes (20, 21) with a indicating the different charge levels of the accumulator battery Scale (27) cooperate in such a way that the light-emitting diode in each case when measuring the state of charge (20, 21) lights up, the point of the corresponding to the measured state of charge Scale (27) zugeoren @@@@ se 2. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the analog-digital converter supplied by the battery voltage (24) in addition to the measuring voltage, a reference voltage is supplied which is applied to a voltage divider (28, 29) is tapped, between the negative line (30) and a stabilizing Live connection of the analog-digital converter (25) is located. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bei Unterschreiten einer Mindestladung ansprechende Leuchtdiode (20) rotes Licht abgibt und die übrigen Leuchtdioden (21) in eingeschaltetem Zustand grünes Licht abgeben.3. Circuit arrangement according to claim 1, characterized in that the light-emitting diode (20), which responds when the charge falls below a minimum, red light emits and the other LEDs (21) when switched on, green light hand over. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Tastschalter (16) zur Prüfung des Ladezustandes der Akkumulatorbatterie in der Plusleitung (19) angeordnet ist.4. Circuit arrangement according to claim 1 to 3, characterized in that that a push button switch (16) for checking the charge level of the accumulator battery is arranged in the positive line (19). 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem Tastschalter (16) zwischen Plusleitung (19) und Minusleitung (30) ein Kondensator (31) mit einer dazu in Reihe liegenden Diode (32) parallel geschaltet ist.5. Circuit arrangement according to claim 4, characterized in that behind the pushbutton switch (16) between the positive lead (19) and negative lead (30) Capacitor (31) connected in parallel with a diode (32) lying in series therewith is. 6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem Tastschalter (16) eine Diode (33) in der zum Analog-Digital-Wandler (25) führenden Plusleitung (19) liegt.6. Circuit arrangement according to claim 4, characterized in that behind the pushbutton switch (16) a diode (33) connected to the analog-to-digital converter (25) leading positive line (19) is located. 7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Prüftaste (12) des Tastschalters (16) über einer Leiterplatte (13) derart in einem Gehäuse (11) angeordnet ist, daß sie bei Betätigung einen auf der Leiterplatte (13) befestigten Blattfederkontakt (14) auf einen darunter angeordneten Gegenkontakt (15) zu drücken vermag.7. Circuit arrangement according to claim 4, characterized in that a test button (12) of the push button switch (16) over a circuit board (13) in such a way a housing (11) is arranged so that when actuated it has one on the circuit board (13) attached leaf spring contact (14) to a mating contact arranged below (15) able to push. 8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüftaste (12) und die Leuchtdioden (20, 21) in einer Reihe nebeneinander im Gehäuse (11) gehalten sind, wobei die Leuchtdioden-Anschlüsse mit der Leiterplatte (13) kontaktiert sind.8. Circuit arrangement according to claim 7, characterized in that the test button (12) and the LEDs (20, 21) in a row next to each other in the Housing (11) are held, the light-emitting diode connections to the circuit board (13) are contacted. 9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterplatte (13) den als integrierten Schaltbaustein ausgebildeten Analog-Digital-Wandler (25) trägt und mit seinen Anschlüssen kontaktiert ist.9. Circuit arrangement according to claim 7, characterized in that the printed circuit board (13) the analog-digital converter designed as an integrated switching module (25) carries and is contacted with its connections.
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