(57)【要約】【課題】電池パック、および、この電池パックを備える電気機器の二次電池の残存容量の算出精度を向上させる。【解決手段】電動工具１は、電動工具本体１０および電池パック２０を有している。電池パック２０は、二次電池４０および二次電池の種類に関する情報を含む情報を記憶する電池情報記憶部２２を有している。電動工具本体１０は、電圧検知部１３、電池電圧と残存容量の関係である電圧容量情報を記憶する容量情報記憶部１８、および、残存容量演算部３１を有している。残存容量演算部３１は、電池電圧、二次電池の種類に関する情報を含む情報、および、電圧容量情報を用いて二次電池４０の残存容量を算出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二次電池を有する電池パックであって、
前記電池パックは、電池情報記憶部および情報出力部を有し、
前記電池情報記憶部は、前記二次電池の種類に関する電池種類情報を記憶し、
前記情報出力部は、前記電池種類情報を含む情報を前記電池パックから出力する
電池パック。
【請求項２】
前記電池種類情報が、前記二次電池の定格容量に関する情報を含む
請求項１に記載の電池パック。
【請求項３】
前記電池種類情報が、前記二次電池の製造元に関する情報を含む
請求項１または請求項２に記載の電池パック。
【請求項４】
前記電池種類情報が、前記二次電池を構成する材料に関する情報を含む
請求項１〜３のいずれか一項に記載の電池パック。
【請求項５】
充放電サイクル数を計数する充電制御部を有し、
前記情報出力部は、前記電池種類情報を含む情報として、前記充放電サイクル数を含む情報を前記電池パックから出力する
請求項１〜４のいずれか一項に記載の電池パック。
【請求項６】
前記電池種類情報が、前記二次電池が出力する電池電圧と前記二次電池の残存容量との関係に関する情報を含む
請求項１〜５のいずれか一項に記載の電池パック。
【請求項７】
制御部、残存容量演算部、容量情報記憶部、および、請求項１〜５のいずれか一項に記載の電池パックを有し、
前記容量情報記憶部は、前記二次電池が出力する電池電圧と前記二次電池の残存容量との関係に関する電圧容量情報を記憶し、
前記制御部は、前記電池種類情報を含む情報を取得し、
前記残存容量演算部は、前記電池種類情報を含む情報および前記電圧容量情報を用いて前記二次電池の残存容量を算出する
電気機器。
【請求項８】
制御部、残存容量演算部、および、請求項６に記載の電池パックを有し、
前記制御部は、前記電池種類情報を含む情報を取得し、
前記残存容量演算部は、前記電池種類情報を含む情報を用いて前記二次電池の残存容量を算出する
電気機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池を備える電池パック、および、この電池パックを備える電気機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池から供給される電力により動作する電気機器として、電力を受けて回転するモーターの駆動力により先端工具を動作させる電動工具が知られている。電動工具は、二次電池の残存容量を報知する機能を備えている。電動工具は、二次電池が発生する電池電圧に基づいて残存容量を算出する。しかし、二次電池は、負荷であるモーターに電流を供給しているときに電圧降下を生じて、電池電圧が変化する。二次電池の電池電圧の変化は、残存容量の算出精度に影響をおよぼす。このため、特許文献１に記載された電動工具は、負荷に供給する電力を停止し、停止後から電圧検知を行うまでの経過時間を、負荷の可動時間および動作を停止するよりも前に供給していた電流の大きさに応じて変更する。このため、安定した状態の二次電池の電圧が検知されて、残存容量の精度がよくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４６７８２８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電動工具は、購入時に組となっている電池パックとは異なる交換用の電池パックが装着されて使用される場合がある。このように、異なる種類の電池パックが電動工具に装着される場合、電池パックが備える二次電池の種類に応じて、発生する電池電圧の大きさ、電池電圧の放電容量依存性を示す電池容量特性、および、電池容量特性の充放電サイクル数依存性等が異なる。一方、特許文献１の電動工具は、使用している電池パックの種類を考慮することなく、検知した二次電池の電池電圧に基づいて残存容量を算出する。このため、特許文献１の電動工具においては、残存容量の算出誤差が大きくなるおそれがある。
【０００５】
本発明の目的は、電池パック、および、この電池パックを備える電気機器の二次電池の残存容量の算出精度を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
〔１〕電池パックの独立した一形態は、次の事項を含む。二次電池を有する電池パックであって、前記電池パックは、電池情報記憶部および情報出力部を有し、前記電池情報記憶部は、前記二次電池の種類に関する電池種類情報を記憶し、前記情報出力部は、前記電池種類情報を含む情報を前記電池パックから出力する。
【０００７】
〔２〕前記電池パックに従属する一形態は、次の事項を含む。前記電池種類情報が、前記二次電池の定格容量に関する情報を含む。
〔３〕前記電池パックに従属する一形態は、次の事項を含む。前記電池種類情報が、前記二次電池の製造元に関する情報を含む。
【０００８】
〔４〕前記電池パックに従属する一形態は、次の事項を含む。前記電池種類情報が、前記二次電池を構成する材料に関する情報を含む。
〔５〕前記電池パックに従属する一形態は、次の事項を含む。充放電サイクル数を計数する充電制御部を有し、前記情報出力部は、前記電池種類情報を含む情報として、前記充放電サイクル数を含む情報を前記電池パックから出力する。
【０００９】
〔６〕前記電池パックに従属する一形態は、次の事項を含む。前記電池種類情報が、前記二次電池が出力する電池電圧と前記二次電池の残存容量との関係に関する情報を含む。
〔７〕電気機器の独立した一形態は、次の事項を含む。制御部、残存容量演算部、容量情報記憶部、および、前記電池パックを有し、前記容量情報記憶部は、前記二次電池が出力する電池電圧と前記二次電池の残存容量との関係に関する電圧容量情報を記憶し、前記制御部は、前記電池種類情報を含む情報を取得し、前記残存容量演算部は、前記電池種類情報を含む情報および前記電圧容量情報を用いて前記二次電池の残存容量を算出する。
【００１０】
〔８〕電気機器の独立した一形態は、次の事項を含む。制御部、残存容量演算部、および、前記電池パックを有し、前記制御部は、前記電池種類情報を含む情報を取得し、前記残存容量演算部は、前記電池種類情報を含む情報を用いて前記二次電池の残存容量を算出する。
【発明の効果】
【００１１】
本電池パックおよび本電池パックを備える電気機器は、二次電池の残存容量の算出精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態の電動工具のブロック図。
【図２】実施形態の二次電池の電池容量特性の一例を示すグラフ。
【図３】実施形態の二次電池の電池容量特性の充放電サイクル数依存性の一例を示すグラフ。
【図４】（ａ）実施形態の二次電池の電池電圧と残存容量の関係の例を示す図。（ｂ）電池電圧と残存容量の関係の他の例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１を参照して、電気機器としての電動工具１の構成ついて説明する。
電動工具１の一例は、ドリルドライバーである。電動工具１は、電動工具本体１０および電池パック２０を有している。電動工具１は、電動工具本体１０および電池パック２０を互いに結合および分離することが可能な構造を有している。電動工具１は、電動工具本体１０に結合された先端工具としてのビット（図示略）を介して作業対象部品にトルクを伝達する。作業対象部品の一例は、ねじまたはボルトである。
【００１４】
電動工具本体１０は、モーター１１、モーター駆動部１２、電圧検知部１３、電流検知部１４、起動スイッチ１５、電源回路１６、報知部１７、容量情報記憶部１８、および、制御部３０を備えている。制御部３０は、残存容量演算部３１を備えている。
【００１５】
電池パック２０は、複数の直列接続された電池セル４１から構成される二次電池４０、電池温度検知部２１、電池情報記憶部２２、充電制御部２３、および、情報出力部２４を備えている。複数の電池セルの一例は、リチウムイオン電池である。また、電池情報記憶部２２の一例は、不揮発性半導体記憶装置である。
【００１６】
電動工具本体１０は、本体側正電圧端子５１、本体側負電圧端子５２、および、本体側信号端子５３を備えている。また、電池パック２０は、電池側正電圧端子６１、電池側負電圧端子６２、および、電池側信号端子６３を備えている。
【００１７】
電池パック２０を電動工具本体１０に装着することにより、電動工具本体１０および電池パック２０は、互いに結合される。また、電池パック２０を電動工具本体１０に装着することにより、本体側正電圧端子５１と電池側正電圧端子６１、本体側負電圧端子５２と電池側負電圧端子６２、および、本体側信号端子５３と電池側信号端子６３は、互いに接触して電気的に接続される。
【００１８】
電池パック２０が備える各構成要素の機能について説明する。
二次電池４０は、複数の電池セル４１によって出力される電池電圧を電池側負電圧端子６２および電池側正電圧端子６１の間に出力する。電池温度検知部２１は、電池パック２０内部の温度に応じて変化する検知信号を出力する。
【００１９】
電池情報記憶部２２は、電池パック２０が備えている二次電池４０の種類に関する情報である電池種類情報を記憶している。電池情報記憶部２２は、二次電池４０の電池容量特性に影響をおよぼす情報として、電池種類情報を記憶している。
【００２０】
電池情報記憶部２２は、電池種類情報として、二次電池４０を構成する材料に関する情報を記憶している。
図２を参照して、構成する材料が異なる二次電池４０の例としての、リチウムイオン二次電池およびニッケル水素二次電池の電池容量特性について説明する。図２の実線は、リチウムイオン水素二次電池の電池容量特性の一例である。図２の一点鎖線は、ニッケル水素二次電池の電池容量特性の一例である。
【００２１】
図２に示されるように、ニッケル水素二次電池は、使用初期における電池電圧がリチウムイオン二次電池よりも高いが、放電容量が増加するにしたがって、電圧降下の値が大きくなる特性である。
【００２２】
このように、構成する材料が異なる場合には、二次電池４０は、異なる電池容量特性を有する。構成する材料が異なる二次電池としては、鉛蓄電池、アルカリ二次電池、リチウムイオンポリマー二次電池等がある。そして、電池容量特性は、それぞれが異なる特性を有する。
【００２３】
また、電池情報記憶部２２は、電池種類情報として、二次電池４０の定格容量に関する情報を記憶している。二次電池４０の定格容量は、放電開始から放電終止電圧に至るまでに取り出すことができる電気量の総和である。このため、二次電池４０の電池容量特性は、定格容量の値に応じて変化する。
【００２４】
また、電池情報記憶部２２は、電池種類情報として、二次電池４０の製造元に関する情報を記憶している。二次電池４０は、構成する材料が同一の場合であっても、製造方法および製造条件等が異なることによって、電池容量特性が異なってくる。
【００２５】
充電制御部２３は、二次電池４０の充放電サイクル数を計測する。
図３を参照して、充放電サイクル数が異なる場合の二次電池４０の電池容量特性について説明する。
【００２６】
図３においては、二次電池４０がリチウムイオン二次電池である場合の例を示している。図３の実線は、初期の特性を示している。図３の一点鎖線は、充放電サイクル数が３００回のときの特性を示している。図３の二点鎖線は、充放電サイクル数が６００回のときの特性を示している。
【００２７】
二次電池４０は、充放電サイクル数が増加するにしたがって、電池電圧降下量の放電容量依存性が増加する。
充電制御部２３は、二次電池４０の電池容量特性に影響をおよぼす情報として、充放電サイクル数を電池情報記憶部２２に記憶する。そして、充電制御部２３は、二次電池４０の充放電サイクルが実施される毎に、電池情報記憶部２２に記憶する情報を更新する。
【００２８】
情報出力部２４は、電池情報記憶部２２に記憶している情報を読み出して、電池側信号端子６３に出力する。また、情報出力部２４は、電池温度検知部２１の検知信号を電池側信号端子６３に出力する。
【００２９】
電動工具本体１０が備える各構成要素の機能について説明する。
起動スイッチ１５は、本体側正電圧端子５１から電流検知部１４に至る電路を開閉する。この起動スイッチ１５は、電動工具１の使用者の操作によって開閉される。起動スイッチ１５がオン状態のとき、本体側正電圧端子５１から電流検知部１４に至る電路が接続されて、本体側正電圧端子５１に供給される電力が、電流検知部１４を通って電源回路１６およびモーター１１に供給される。
【００３０】
起動スイッチ１５がオフ状態のとき、本体側正電圧端子５１から電流検知部１４に至る電路が遮断されて、電源回路１６およびモーター１１に対する電力の供給が停止する。このため、電動工具１は、動作を停止する。
【００３１】
電圧検知部１３は、二次電池４０が電池側負電圧端子６２および電池側正電圧端子６１を介して供給する本体側負電圧端子５２と本体側正電圧端子５１との間の電圧を検知する。つまり、電圧検知部１３は、電池パック２０が電動工具本体１０に装着されたときの、二次電池４０の電池電圧を検知する。
【００３２】
電源回路１６は、起動スイッチ１５がオン状態のとき、電池側正電圧端子６１および本体側正電圧端子５１を介して供給される二次電池４０の電圧を安定化して制御部３０に供給する。
【００３３】
容量情報記憶部１８は、二次電池４０の電池電圧と残存容量との関係に関する情報としての電圧容量情報を記憶している。容量情報記憶部１８は、電動工具本体１０に装着されことが想定される複数種類の電池パック２０が備える複数種類の二次電池４０の電圧容量情報を記憶している。
【００３４】
図４を参照して、電圧容量情報について説明する。
図４においては、二次電池４０がリチウムイオン二次電池およびニッケル水素電池である場合の例を示している。図４（ａ）は、充放電サイクル数が極少数である使用初期の電圧容量情報の例を示している。図４（ｂ）は、充放電サイクル数が６００回よりも多い場合の電圧容量情報の例を示している。
【００３５】
図４に示されるように、容量情報記憶部１８には、段階分けされた充電サイクル数毎に、二次電池４０の各種類における電池電圧に対する残存容量値が電圧容量情報として記憶されている。
【００３６】
制御部３０は、電源回路１６が供給する電力によって動作する。制御部３０は、本体側信号端子５３を介して、情報出力部２４が電池側信号端子６３に出力する情報を取り込む。また、制御部３０は、モーター駆動部１２および報知部１７に制御信号を供給する。
【００３７】
残存容量演算部３１は、制御部３０が取得する情報に基づいて、二次電池４０の残存容量を算出する。
電流検知部１４は、本体側正電圧端子５１から起動スイッチ１５を通って電源回路１６およびモーター１１に流れる電流の大きさに応じて変化する検知信号を制御部３０に出力する。
【００３８】
モーター駆動部１２は、制御部３０から供給される制御信号に基づいて、モーター１１を駆動する。モーター駆動部１２は、モーター１１の回転の始動および停止、ならびに、回転数を制御する。
【００３９】
報知部１７は、制御部３０に接続され、制御部３０から出力される報知制御信号に基づいて、使用者に対する報知を行う。使用者に対する報知は、例えば、二次電池４０の残存容量値、二次電池４０の残存容量があらかじめ決められた閾値容量以下になった旨、および、充電時期の到来等である。報知部１７は、例えば、液晶ディスプレイを有し、残存容量をパーセント単位によって数値で表示する。
【００４０】
次に、電動工具１の使用時の動作について説明する。
電動工具本体１０に電池パック２０が装着されると、電池パック２０は、電池側負電圧端子６２、電池側正電圧端子６１、本体側負電圧端子５２、および、本体側正電圧端子５１を介して、二次電池４０が蓄えている電力を電動工具本体１０に供給する。電動工具本体１０は、使用者が起動スイッチ１５をオン状態とすることにより、動作を開始する。
【００４１】
起動スイッチ１５がオン状態になると、制御部３０は、電源回路１６から電力が供給されて動作を開始する。モーター１１は、制御部３０からの制御信号に基づいたモーター駆動部１２からの駆動制御によって回転する。
【００４２】
電動工具本体１０は、電動工具１の使用時に、二次電池４０の残存容量を確認する動作を繰り返し実行する。
制御部３０および残存容量演算部３１は、次に説明する動作を実行することによって、二次電池４０の残存容量を算出する。
【００４３】
制御部３０は、先ず、情報出力部２４が読み出す電池情報記憶部２２の電池種類情報を含む情報を取得する。制御部３０は、電池情報記憶部２２の電池種類情報に基づいて、容量情報記憶部１８が記憶する複数種類の電圧容量情報の中から、残存容量を求めるために使用する電圧容量情報を選択する。
【００４４】
次に、制御部３０は、電圧検知部１３が検知する二次電池４０の電池電圧を取り込む。そして、残存容量演算部３１は、電圧検知部１３が検知する二次電池４０の電池電圧、および、選択した容量情報記憶部１８が記憶する電圧容量情報に基づいて残存容量を算出する。
【００４５】
なお、残存容量を算出するための動作実行の手順は、上述した順番でなくてもよい。残存容量演算部３１は、二次電池４０の電池電圧、および、選択した容量情報記憶部１８が記憶する電圧容量情報を制御部３０が取得した後に残存容量を算出すればよい。
【００４６】
残存容量を算出した後に制御部３０は、残存容量の情報を報知部１７に出力する。また、制御部３０は、残存容量演算部３１が算出した残存容量があらかじめ決められた閾値よりも小さいとき、報知制御信号としての警報発生信号を１７に出力する。
【００４７】
報知部１７は、入力された残存容量の情報に応じて、パーセント単位の数値で表示する。また、報知部１７は、警報発生信号が入力されたとき、表示を点滅させて、使用者に残存容量が閾値容量以下になった旨、および、充電時期の到来を報知する。
【００４８】
次に、本実施例の作用につて説明する。
電池パック２０は、電池パック２０が備えている二次電池４０の電池種類情報を電池情報記憶部２２に記憶している。電動工具本体１０は、複数種類の二次電池４０の電圧容量情報を容量情報記憶部１８に記憶している。このため、残存容量演算部３１は、二次電池４０の電池電圧の情報に加えて、この二次電池４０の電池種類情報および二次電池４０に対応した電圧容量情報に基づいて残存容量を算出することができる。
【００４９】
したがって、異なる種類の二次電池４０を備えた複数の電池パック２０が電動工具本体１０に装置される電動工具１において、装着された電池パック２０の二次電池４０に対応した情報を用いて残存容量を算出することができる。
【００５０】
本実施形態の電動工具１は、以下の効果を奏する。
（１）電池パック２０は、電池パック２０が備えている二次電池４０の種類に関する情報を含む情報を記憶している。このため、電動工具本体１０は、二次電池４０の残存容量を算出するとき、複数の異なる種類の中から選択的に装着される電池パック２０が備える二次電池４０の種類に関する情報を含む情報を用いることができる。このため、電動工具本体１０は、装置されている電池パック２０が備える二次電池の残存容量算出の精度を向上させることができる。
【００５１】
（２）電池種類情報が、二次電池４０の定格容量に関する情報を含んでいる。このため、電動工具本体１０は、定格容量に関する情報を用いない場合に比べて、二次電池４０の残存容量の算出を精度よく行うことができる。
【００５２】
（３）電池種類情報が、二次電池４０の製造元に関する情報を含んでいる。このため、電動工具本体１０は、製造元に関する情報を用いない場合に比べて、二次電池４０の残存容量の算出を精度よく行うことができる。
【００５３】
（４）電池種類情報が、二次電池４０を構成する材料に関する情報を含んでいる。このため、電動工具本体１０は、二次電池４０を構成する材料に関する情報を用いない場合に比べて、二次電池４０の残存容量の算出を精度よく行うことができる。
【００５４】
（５）電池種類情報を含む情報が、二次電池の充放電サイクル数を含む情報である。このため、電動工具本体１０は、二次電池の電池電圧の充放電サイクル数依存性に基づいた残存容量の算出を行うことができる。このため、電動工具本体１０は、継続して使用する電池パック２０が備える二次電池４０のサイクル数が増加した場合においても、残存容量の算出精度を向上させることができる。
【００５５】
（６）電動工具本体１０は、複数種類の二次電池４０の電圧容量情報を記憶している。このため、電動工具本体１０は、二次電池４０の残存容量を算出するとき、複数の異なる種類の中から選択的に装着される電池パック２０が備える二次電池４０の種類に関する情報を含む情報、および、二次電池４０の電圧容量情報を用いることができる。このため、電動工具本体１０は、複数の異なる種類の中から選択的に装着される電池パック２０が備える二次電池４０の残存容量算出の精度を、より向上させることができる。
【００５６】
（その他の実施形態）
本電動工具は、上記実施形態以外の実施形態を含む。以下、本電動工具のその他の実施形態としての変形例を示す。なお、以下の各変形例は、技術的に矛盾しない範囲において互いに組み合わせることもできる。
【００５７】
・変形例の電動工具１は、電池パック２０が電池情報記憶部２２に替えて、電池ＩＤ情報記憶部を有し、電池パック２０の個体固有情報を記憶している。個体固有情報は、例えば、電池パック２０の製造番号および製品番号等である。電動工具本体１０の容量情報記憶部１８は、電圧容量情報に加えて、電動工具本体１０に装着されことが想定される複数種類の二次電池の電池種類に関する情報を含む情報を記憶している。電動工具本体１０は、二次電池４０の残存容量を算出するとき、電池パック２０の個体固有情報に基づいて、容量情報記憶部１８の複数の電圧容量情報および複数の二次電池の電池種類に関する情報を含む情報の中から二次電池４０に対応する情報を選択する。残存容量演算部３１は、二次電池４０の電池電圧、および、容量情報記憶部１８の選択された情報に基づいて残存容量を算出する。
【００５８】
この変形例の電動工具１によれば、簡単な電池パック２０の構成で、二次電池４０の残存容量の算出精度を向上させることができる。
・変形例の電池パック２０は、電池情報記憶部２２が、二次電池の電池種類に関する情報を含む情報に加えて、二次電池４０の電圧容量情報を記憶している。残存容量演算部３１は、電池情報記憶部２２から取得する二次電池の電池種類に関する情報を含む情報、および、二次電池４０の電圧容量情報を用いて残存容量を算出する。
【００５９】
この変形例の電池パック２０によれば、より多くの残存容量に影響をおよぼす情報を備えて、装着される電動工具本体１０に供給することができる。
・変形例の電動工具本体１０は、電池温度検知部２１が検知する電池パック２０内部の温度の情報に基づいて、残存容量演算部３１が算出する残存容量の値を補正する。
【００６０】
・変形例の電動工具は、インパクトドライバー、インパクトレンチ、ハンマードリル、振動ドリル、ジグソー、シーリングガン、および、丸ノコ等を含む。
・変形例の電気機器は、ノート型パーソナルコンピューター、ディジタルカメラ、および、携帯型電子情報端末等の二次電池を用いる電子機器を含む。
【００６１】
・変形例の電池パック２０は、マイクロコントローラを備えている。電池パック２０は、マイクロコントローラが充電制御部２３および情報出力部２４の機能を実現している。
・変形例の電動工具本体１０は、マイクロコントローラを備えている。電動工具本体１０は、マイクロコントローラが制御部３０および残存容量演算部３１の機能を実現している。
【００６２】
・変形例の電動工具本体１０は、容量情報記憶部１８が記憶する二次電池４０の電池電圧と電池容量との関係に関する情報として、電池電圧に基づいて電池容量を算出する演算式を記憶する。
【００６３】
・変形例の電動工具本体１０は、残存容量確認スイッチを有し、使用者がこの残存容量確認スイッチを操作したときに、二次電池４０の残存容量を確認する動作を実行する。
・変形例の報知部は、連続した複数個の表示セグメントにより構成されるレベルメーターの点灯させる表示セグメントの数を変更することにより、残存容量の値を報知する。
【００６４】
・変形例の報知部は、ブザー等の発音素子を備えて構成され、発音素子が発音することにより報知が行われる。
【符号の説明】
【００６５】
１…電気機器としての電動工具、１０…電動工具本体、１８…容量情報記憶部、２０…電池パック、２２…電池情報記憶部、２４…情報出力部、３０…制御部、３１…残存容量演算部、４０…二次電池。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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