DE102009023340A1 - Method for operating electric vehicle drive unit by multiple batteries of vehicle, involves determining aging condition or construction type for each battery, and determining power requirement for operating vehicle drive unit - Google Patents

Method for operating electric vehicle drive unit by multiple batteries of vehicle, involves determining aging condition or construction type for each battery, and determining power requirement for operating vehicle drive unit Download PDF

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Abstract

The method involves determining an aging condition or a construction type for each battery (4a,4b,4c), and determining a power requirement for operating a vehicle drive unit (2). The battery current (I1,I2,I3) is removed from one of the battery. The battery current is removed depending on the determined aging condition or the determined construction type of the corresponding battery. An independent claim is also included for a converter comprises multiple inputs.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Fahrzeugantriebseinheit mittels einer Mehrzahl von Batterien sowie ein Fahrzeug mit wenigstens zwei aufladbaren Batterien, einer elektrischen Fahrzeugantriebseinheit und mindestens einem Umrichter. Die Erfindung betrifft auch einen Umrichter, mittels welchem aus einem Gleichstrom ein Wechselstrom erzeugbar ist.The The invention relates to a method for operating an electrical Vehicle drive unit by means of a plurality of batteries as well a vehicle with at least two rechargeable batteries, an electric one Vehicle drive unit and at least one inverter. The invention also relates to a converter, by means of which a direct current an alternating current can be generated.

Bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen kann elektrische Energie für ein Betreiben eines elektrischen Motors in aufladbaren Batterien gespeichert sein. Solche Batterien werden auch als Traktionsbatterien oder Antriebsbatterien bezeichnet. Um einen Strom bereitstellen zu können, der eine zum Betreiben eines elektrischen Motors ausreichende Stromstärke aufweist, kann es nötig sein, mehrere Batterien parallel zu schalten.at electrically driven vehicles can use electrical energy for operating an electric motor in rechargeable batteries be saved. Such batteries are also called traction batteries or traction batteries. To provide a current to be able to operate an electric motor may have sufficient current, it may be necessary be to switch several batteries in parallel.

Ein solches Parallelschalten sollte allerdings nicht ohne geeignete Vorkehrungen erfolgen. Die von einer Batterie bereitgestellte Spannung und der von einer Batterie lieferbare Strom hängen z. B. von der Temperatur und dem Ladezustand der Batterie ab. Bei einer direkten Parallelschaltung mehrerer Batterien kann es dazu kommen, dass ein Strom von einer Batterie mit einer hohen Batteriespannung in eine Batterie mit einer geringeren Batteriespannung fließt. Diese unerwünschten und von der Streuung der Batterien abhängigen Ausgleichströme bedeuten einen Verlust an elektrischer Energie, so dass weniger Energie für den elektrischen Motor verfügbar ist.One However, such parallel switching should not be without appropriate Arrangements are made. The voltage provided by a battery and the electricity that can be supplied by a battery may be suspended, for example. B. from the temperature and the state of charge of the battery. At a direct parallel connection of several batteries can happen that a current from a battery with a high battery voltage into a battery with a lower battery voltage. These unwanted and dependent on the scattering of the batteries Balancing currents mean a loss of electrical Energy, so less energy for the electric motor is available.

In der EP 2 012 406 A1 ist eine Versorgungseinheit für einen elektrischen Antrieb eines Fahrzeugs beschrieben, bei der mehreren Traktionsbatterien jeweils ein Spannungskonverter nachgeschaltet ist und ein Strom zum Antreiben von Elektromotoren aus den Gleichströmen gebildet wird, welche die Spannungskonverter abgeben. Bei der Versorgungseinheit sind somit nicht die Batterien direkt, sondern die Spannungskonverter parallel geschaltet. Durch die Spannungskonverter werden unterschiedliche Batteriespannungen der Traktionsbatterien ausgeglichen. Indem alle Spannungskonverter an ihren Ausgängen dieselbe Ausgangsspannung bereitstellen, werden Ströme aus einer Batterie in eine andere Batterie hinein verhindert. Bei der Versorgungseinheit können auch Temperaturen und Ladezustände der Batterien überwacht werden und die Entladeströme der einzelnen Batterien mittels eines Leistungstransistors entsprechend gesteuert werden.In the EP 2 012 406 A1 a supply unit for an electric drive of a vehicle is described, in which a plurality of traction batteries each have a voltage converter connected downstream and a current for driving electric motors is formed from the direct currents which supply the voltage converters. In the supply unit, therefore, not the batteries are connected directly but the voltage converters are connected in parallel. The voltage converters compensate for different battery voltages of the traction batteries. By providing all the voltage converters at their outputs with the same output voltage, currents from one battery to another battery are prevented. In the supply unit also temperatures and states of charge of the batteries can be monitored and the discharge currents of the individual batteries are controlled by means of a power transistor accordingly.

In der JP 2005033898 A1 ist eine Versorgungseinheit für einen elektrischen Antrieb eines Fahrzeugs beschrieben, bei der ebenfalls mehreren Batterien jeweils ein Spannungskonverter nachgeschaltet ist. Die Spannungskonverter sind ausgangsseitig in Serie geschaltet. Durch geeignetes Ansteuern der einzelnen Spannungskonverter kann ein Eintreten des Memory-Effekts bei den Batterien vermieden werden.In the JP 2005033898 A1 is a supply unit for an electric drive of a vehicle described, in which also a plurality of batteries each have a voltage converter connected downstream. The voltage converters are connected in series on the output side. By suitable control of the individual voltage converter, an occurrence of the memory effect in the batteries can be avoided.

Bei heutigen Versorgungseinheiten für elektrische Antriebe kann davon ausgegangen werden, dass die Batterien von gleicher Bauart sind, da die Versorgungseinheiten häufig nur für einen parallelen Betrieb mit aufeinander abgestimmten Batterien, also insbesondere nur für Batterien einer bestimmten Ladekapazität und eines bestimmten Typs von Akkumulator, ausgelegt sind. Zukünftig sollen in einem Fahrzeug Batterien unterschiedlicher Bauart verwendet werden können, um mehr Flexibilität bei der Ausstattung eines Fahrzeugs zu gewinnen. Bei den bisherigen Versorgungseinheiten kann ein Einsatz unterschiedlicher Batterien dazu führen, dass einzelne Batterien vorzeitig verschleißen oder durch Überhitzung beschädigt werden, weil die Versorgungseinheiten keine bautypspezifische Regelung für ein Betreiben der Batterien bereitstellen.at Today's supply units for electric drives can be assumed that the batteries of the same type are, since the supply units often only for a parallel operation with matched batteries, in particular only for batteries of a certain charge capacity and a certain type of accumulator. Future should be used in a vehicle batteries of different types can be more flexibility in the equipment to win a vehicle. In the previous supply units can cause a use of different batteries that individual batteries wear out prematurely or due to overheating damaged because the supply units no Type-specific regulation for operating the batteries provide.

Es ist Aufgabe der Erfindung, für ein elektrisch antreibbares Fahrzeug eine Versorgung einer elektrischen Antriebseinheit durch mehrere Batterien im Hinblick auf die Belastung der Batterien bedarfsgerecht zu ermöglichen.It is the object of the invention, for an electrically driven Vehicle through a supply of an electric drive unit several batteries with regard to the load on the batteries as needed to enable.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Fahrzeugantriebseinheit gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die Aufgabe wird auch durch einen Umrichter gemäß Patentanspruch 8 und durch ein Fahrzeug gemäß Patentanspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind durch die Unteransprüche gegeben.The The object is achieved by a method for operating an electrical Vehicle drive unit according to claim 1 solved. The object is also achieved by a converter according to claim 8 and solved by a vehicle according to claim 12. Advantageous developments are defined by the subclaims given.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Fahrzeugantriebseinheit mittels einer Mehrzahl von Batterien umfasst die Schritte:

  • – Ermitteln eines Alterungszustands und/oder eines Bautyps für jede Batterie,
  • – Ermitteln eines Strombedarfs zum Betreiben der Fahrzeugantriebseinheit,
  • – Entnehmen eines Batteriestroms aus zumindest einer der Batterien, wobei der Batteriestrom jeweils in Abhängigkeit von dem ermittelten Alterungszustand und/oder dem Bautyp der jeweiligen Batterie entnommen wird,
  • – Bilden eines dem Strombedarf entsprechenden Stroms aus allen entnommenen Batterieströmen.
The method according to the invention for operating an electric vehicle drive unit by means of a plurality of batteries comprises the steps:
  • Determining a state of aging and / or a type of construction for each battery,
  • Determining a power requirement for operating the vehicle drive unit,
  • Removing a battery current from at least one of the batteries, wherein the battery current is taken in each case as a function of the determined aging state and / or the type of construction of the respective battery,
  • - Forming a current corresponding to the current from all removed battery currents.

Der Alterungszustand kann eine Angabe über das Alter der Batterie, Informationen über bereits durchgeführte Entlade- und Aufladevorgänge und Informationen über durchgeführte Wartungen sowie Innenwiderstandswerte und Kapazitätswerte umfassen. Der Bautyp kann eine Angabe über das Herstellermodell, den Akkumulatortyp (z. B. Bleiakkumulator) und die Ladekapazität umfassen. Die Angaben werden vorzugsweise über ein Speichermedium bereitgestellt, das an der jeweiligen Batterie angebracht ist. Die Batterien werden bei diesem Verfahren vorzugsweise parallel zueinander und nicht seriell hintereinander betrieben.The aging condition may include an indication of the age of the battery, information on unloading and recharging operations already performed and information on maintenance performed, as well as internal resistance values and capacity values. The type of construction can be an indication of the manufacturer's model, the type of accumulator (eg lead accumulator lator) and the loading capacity. The indications are preferably provided via a storage medium which is attached to the respective battery. In this method, the batteries are preferably operated parallel to one another and not serially one behind the other.

Durch das Verfahren ergibt sich der Vorteil, dass die Belastung der Batterien durch das Bereitstellen des Stroms für die elektrische Antriebseinheit auf zwei oder mehrere Batterien durch eine aktive Steuerung oder Regelung aufgeteilt wird. Damit lässt sich eine gleichmäßige oder eine gezielt gesteuerte und nicht unerwünschte Erwärmung einer Batterie erreichen. Genauso kann ein unnötiger Verschleiß einer Batterie vermieden werden. Mit anderen Worten wird mit dieser Erfindung auch eine gezielte Steuerung der Alterung der einzelnen Batterien möglich. Dadurch wird die Alterung der Batterien balanciert, was zur Verlängerung der Gesamtnutzungsdauer der Batterien führt. Weiterhin lassen sich auch unterschiedlich verschlissene Batterien und Batterien unterschiedlicher Kapazität in einer Versorgungseinheit zusammenschalten. Somit kann eine Batterie unabhängig von anderen, in der Versorgungseinheit eingebauten Batterien in vorteilhafter Weise effizient und auf eine die Batterie schonende Weise genutzt werden.By The procedure gives the advantage that the load on the batteries by providing the current for the electrical Drive unit on two or more batteries through an active control or regulation is split. This can be a uniform or a deliberately controlled and not undesirable heating reach a battery. Similarly, an unnecessary wear of a Battery can be avoided. In other words, with this invention also targeted control of the aging of individual batteries possible. This balances the aging of the batteries, which to extend the total service life of the batteries leads. Furthermore, can also be worn differently Batteries and batteries of different capacity in interconnect a supply unit. Thus, a battery independent of others, built in the supply unit Batteries advantageously efficient and on a the battery to be used gently.

Die durch das erfindungsgemäße Verfahren geschaffene Möglichkeit, mehrere, insbesondere unterschiedliche Batterien in einer Versorgungseinheit nutzen zu können, erlaubt es auch, einen in einem Fahrzeug zur Verfügung stehenden Bauraum für Batterien besser zu nutzen. In ähnlicher Weise kann eine Versorgungseinheit an ihren Verwendungszweck leicht angepasst werden, indem geeignete Batterien in entsprechender Anzahl in die Versorgungseinheit eingebaut werden.The created by the inventive method Possibility of several, especially different batteries Being able to use it in a supply unit allows it also, a space available in a vehicle space to use better for batteries. In a similar way can easily adapt a supply unit to its intended use be by appropriate batteries in the appropriate number in the Supply unit to be installed.

Zudem kann durch das erfindungsgemäße Verfahren die Entwicklungszeit für neue elektrische Antriebe verkürzt werden, weil für eine neu entwickelte Versorgungseinheit keine speziell dafür ausgelegten Batterien entwickelt werden müssen. Genauso können aber auch neu entwickelte Batterien schnell in einer bereits bestehenden Versorgungseinheit zum Einsatz kommen. Neue Batterien lassen sich dabei schneller entwickeln und für einen Einsatz in Fahrzeugen anpassen und zertifizieren, wenn sie zunächst nur mit einer geringen Ladekapazität ausgestattet werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, neue Batterien auch dann zu verwenden, wenn sie nur eine geringe Ladekapazität haben.moreover can by the inventive method the Development time for new electric drives shortened because of a newly developed supply unit no specially designed batteries are developed have to. But also newly developed Batteries quickly in an already existing supply unit for Use come. New batteries can be developed faster adapt and certify for use in vehicles, if they initially only with a low charge capacity be equipped. With the invention Method it is possible to use new batteries even then if they have only a small charge capacity.

Indem auch Batterien unterschiedlicher Hersteller und unterschiedlicher Typen verwendbar sind, besteht auch die Möglichkeit, die Herstellungskosten für eine Versorgungseinheit zu reduzieren.By doing also batteries from different manufacturers and different Types are usable, there is also the possibility of the Reduce manufacturing costs for a supply unit.

Auch ist es möglich, Batterien zu verwenden, die auch bei einem Crash zuverlässig funktionieren oder zumindest keine zusätzlichen Schäden z. B. durch einen Brand oder durch auslaufende Chemikalien verursachen. Insbesondere ist es durch das Verfahren möglich, solche robusten Batterien nur in einem solchen Bereich des für eine Versorgungseinheit verfügbaren Bauraums im Fahrzeug einzusetzen, der bei einem Crash besonders gefährdet ist. In einem gut geschützten Bereich können dagegen weniger robuste, aber dafür preiswertere Batterien verwendet werden. Zudem können kleinere Batterieeinheiten crashgünstiger platziert werden als große Batterien. Durch die Redundanz mehrerer Batterien können einzelne beschädigte Batterien auch abgeschaltet werden, wobei dennoch weiterhin ausreichend Energie zur Verfügung gestellt werden kann.Also Is it possible to use batteries that are also at one Crash function reliably or at least no additional Damage z. B. by fire or by expiring Cause chemicals. In particular, it is through the process possible, such robust batteries only in such a Range of the one available for a supply unit Install space in the vehicle, especially in a crash endangered is. In a well protected area On the other hand, they can be less robust, but cheaper Batteries are used. In addition, smaller battery units be placed more crash than big batteries. Due to the redundancy of several batteries can individual Damaged batteries can also be switched off while still sufficient energy will continue to be made available can.

Das Verfahren wird in vorteilhafter Weise weitergebildet, wenn aus zumindest zwei der Batterien als Batteriestrom ein Gleichstrom entnommen und dieser jeweils in einen Wechselstrom gewandelt wird und alle so gebildeten Wechselströme zu dem dem Strombedarf entsprechenden Strom zusammengeführt werden. Auf diese Weise lassen sich die aus den Batterien entnommenen Ströme verlustarm zu dem für den Antrieb benötigten Strom zusammenführen.The Method is advantageously developed if at least two of the batteries taken as battery power a direct current and this each converted into an alternating current and all thus formed Alternating currents to the current corresponding to the power demand be merged. In this way, the losses taken from the batteries with little loss to the merge power needed for the drive.

Dabei ist es besonders von Vorteil, wenn aus zumindest zwei Batterien zumindest zeitweise gleichzeitig ein Gleichstrom entnommen wird. Damit lässt sich mittels des Verfahrens ein Strom zum Betreiben der Fahrzeugantriebseinheit bereitstellen, der größer als jeder der von einer einzelnen Batterie bereitstellbaren Batterieströme ist.there It is especially beneficial if from at least two batteries at least at the same time a direct current is removed. This can be by means of the method, a current for operating the Provide vehicle drive unit greater than each of the battery currents provided by a single battery is.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens ergibt sich des Weiteren, wenn aus zumindest zwei Batterien zeitlich nacheinander ein Gleichstrom entnommen wird. Somit ist es auf einfache Weise möglich, zusätzliche Batterien in einer Versorgungseinheit bereitstellen, die nur bei einem Ausfall einer anderen Batterie zugeschaltet werden. Solche redundanten Batterien können von einem speziellen Bautyp sein, der sich von den Bautypen der nicht als Reserve genutzten Batterien unterscheiden kann.A advantageous development of the method also results when taken from at least two batteries one after the other, a direct current becomes. Thus, it is possible in a simple way, additional Provide batteries in a supply unit, which only at a failure of another battery can be switched on. Such Redundant batteries can be of a special type which are different from the building types of non-reserved Batteries can differ.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Verfahrens ergibt sich, wenn das Zusammenführen der Wechselströme über ein induktives oder kapazitives Einkoppeln der Wechselströme in einen elektrischen Leiter eines Umrichters oder durch abwechselndes elektrisches Verbinden von elektrischen Leitern eines Umrichters bewirkt wird. Diese Formen des Zusammenführens von elektrischer Energie aus mehreren Batterien sind besonders verlustarm, so dass weniger Verlustwärme in dem Umrichter frei wird und ein größerer Teil der in den Batterien gespeicherten elektrischen Energie für das Betreiben der elektrischen Antriebseinheit zur Verfügung steht.A further advantageous development of the method results when the merging of the alternating currents is effected via an inductive or capacitive coupling of the alternating currents into an electrical conductor of an inverter or by alternating electrical connection of electrical conductors of an inverter. These forms of merging electrical energy from multiple batteries are particularly low loss, so that less heat loss in the inverter is free and a greater part of the stored energy in the batteries for operating the electric drive unit is available.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird auch in vorteilhafter Weise weitergebildet, wenn zum Aufladen von wenigstens zwei der Batterien ein elektrischer Ladestrom bereitgestellt wird und den wenigstens zwei Batterien jeweils ein Anteil des Ladestroms zugeführt wird, wobei der Anteil in Abhängigkeit von dem ermittelten Alterungszustands und/oder dem Bautyp der jeweiligen Batterie bestimmt wird. Dadurch kann auch bei einem Aufladen einer Batterie sichergestellt werden, dass sich die Batterien nicht in nachteiliger Weise gegenseitig beeinflussen, sondern jede Batterie in einer für sie optimalen Form aufgeladen wird.The inventive method is also in advantageous Way further developed when charging at least two of Batteries an electric charging current is provided and the at least two batteries each supplied a portion of the charging current is the proportion depending on the determined Aging state and / or the type of construction of the respective battery becomes. This can be ensured even when charging a battery be that the batteries do not adversely affect each other but each battery in an optimal for them Form is charged.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann auch vorgesehen sein, den jeweiligen Batteriestrom abhängig vom Ladezustand der Batterie oder mehrerer Batterien zu entnehmen. Entsprechend können den Batterien auch abhängig von ihren Ladezuständen Ladeströme zugeführt werden.at The method according to the invention can also be provided be, the respective battery current depending on the state of charge to remove the battery or multiple batteries. Corresponding can also change the batteries depending on their charge states Charging currents are supplied.

Zu der Erfindung gehört auch ein Umrichter, mittels welchem aus einem Gleichstrom ein Wechselstrom erzeugbar ist, wobei der erzeugte Wechselstrom an einem Ausgang des Umrichters abgreifbar ist und wobei der Umrichter wenigstens zwei Eingänge zum Aufnehmen jeweils eines Gleichstroms aufweist und so ausgebildet ist, dass

  • a) im Wechsel zwischen den Eingängen an diesen jeweils ein Gleichstrom zum Erzeugen des am Ausgang abgreifbaren Wechselstroms aufnehmbar ist oder
  • b) an mehreren der Eingänge zumindest zeitweise zugleich jeweils ein Gleichstrom aufnehmbar ist und jeweils aus diesem ein Teil-Wechselstrom erzeugbar ist, wobei alle Teil-Wechselströme zu dem am Ausgang abgreifbaren Wechselstrom zusammenführbar sind.
The invention also includes an inverter, by means of which a direct current an alternating current can be generated, wherein the generated alternating current can be tapped off at an output of the inverter and wherein the inverter has at least two inputs for receiving a respective direct current and is designed so that
  • a) in the alternation between the inputs to these a respective DC current for generating the tapped off at the output AC power is received or
  • b) at least at times at the same time in each case a direct current can be received at several of the inputs and in each case a partial alternating current can be generated, wherein all partial alternating currents can be merged to the tapped off at the output alternating current.

Mit dem erfindungsgemäßen Umrichter lassen sich die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschriebenen Vorteile erzielen. Insbesondere lassen sich mehrere Batterien, auch solche unterschiedlichen Bautyps und unterschiedlichen Alters, zusammen in einer Versorgungseinheit für einen elektrischen Antrieb eines Fahrzeugs nutzen. Der Umrichter kann insbesondere auch für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden.With the inverter according to the invention can be the already in connection with the invention Achieve method described advantages. In particular, can be several batteries, even those of different types and different Age, together in one care unit for one use electric drive of a vehicle. The inverter can especially for the inventive Procedure can be used.

Der Umrichter wird in vorteilhafter Weise weitergebildet, wenn aus einem über einen Eingang aufgenommenen Gleichstrom ein Teil-Wechselstrom erzeugbar ist, welcher über ein induktives Koppelelement oder ein kapazitives Koppelelement oder ein Schaltelement dem Ausgang zuführbar ist. Dies erlaubt einen verlustarmen Betrieb des Umrichters.Of the Inverter is advantageously developed if from one over an input DC recorded a partial AC generated is, which via an inductive coupling element or a capacitive coupling element or a switching element fed to the output is. This allows a low-loss operation of the inverter.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ergibt sich, wenn der Umrichter in einem Umkehrbetrieb betreibbar ist, in welchem ein Wechselstrom am Ausgang aufnehmbar und an den Eingängen jeweils ein Gleichstrom abgreifbar ist, wobei alle abgreifbaren Gleichströme zusammen aus dem Wechselstrom erzeugbar sind. Somit ist es mittels des Umrichters möglich, Batterien mit elektrischer Energie aufzuladen, die beispielsweise aus einem Stromnetz entnommen wird. Insbesondere wird auch eine Rückführung von Energie ermöglicht, wenn die elektrische Antriebseinheit des Fahrzeugs in einen Generatorbetrieb geschaltet wird und kinetische Energie des Fahrzeugs z. B. während eines Bremsvorganges in elektrische Energie rückgewandelt wird.A Further advantageous development results when the inverter is operable in a reverse operation, in which an alternating current receivable at the output and at the inputs in each case a direct current can be tapped, with all tapped DC currents together can be generated from the alternating current. Thus, it is possible by means of the inverter, Charge batteries with electrical energy, for example is taken from a power grid. In particular, a will Return of energy allows, though the electric drive unit of the vehicle in a generator mode is switched and kinetic energy of the vehicle z. During a braking process converted back into electrical energy becomes.

Des Weiteren wird der Umrichter in vorteilhafter Weise weitergebildet, wenn mittels des Umrichters ein Steuersignal empfangbar ist und in Abhängigkeit von dem Steuersignal ein an einem Eingang aufnehmbarer oder abgreifbarer Gleichstrom steuerbar ist. Damit ist es in vorteilhafte Weise möglich, die Entnahme von Strom aus den einzelnen Batterien mittels einer Steuer- und Regeleinheit z. B. im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens gezielt zu beeinflussen.Of Furthermore, the converter is advantageously developed, if by means of the inverter, a control signal is receivable and in response to the control signal on at an input Recordable or tappable direct current is controllable. In order to it is possible in an advantageous manner, the removal of Electricity from the individual batteries by means of a control unit z. B. in the sense of the method according to the invention to influence specifically.

Zu der Erfindung gehört auch ein Fahrzeug mit wenigstens zwei aufladbaren Batterien, einer elektrischen Fahrzeugantriebseinheit und einem erfindungsgemäßen Umrichter, wobei jeweils eine Batterie mit jeweils einem Eingang des Umrichters und die elektrische Fahrzeugantriebseinheit mit dem Ausgang des Umrichters verbunden sind, und wobei mit einer Steuer- oder Regeleinrichtung des Fahrzeugs jeweils ein Zustand jeder der Batterien erfassbar und ein Steuersignal an den Umrichter in Abhängigkeit von den erfassten Zuständen abgebbar ist.To The invention also includes a vehicle with at least two rechargeable batteries, an electric vehicle drive unit and a converter according to the invention, wherein in each case a battery, each with an input of the inverter and the electrical Vehicle drive unit connected to the output of the inverter are, and wherein with a control or regulating device of the vehicle respectively a state of each of the batteries detectable and a control signal the inverter depending on the detected states is deliverable.

Bei dem Fahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein rein batteriebetriebenes oder ein Hybridfahrzeug. Insbesondere kann das Fahrzeug dabei ein Personenkraftwagen sein. Der Zustand einer Batterie umfasst vorzugsweise das Alter und/oder einen Bautyp und/oder eine Temperatur der Batterien. Es kann auch vorgesehen sein, zusätzlich einen Ladezustand der Batterie zu erfassen.at The vehicle is preferably a battery-powered one or a hybrid vehicle. In particular, the vehicle can do this Be a passenger car. The condition of a battery preferably comprises the age and / or type of construction and / or temperature of the batteries. It can also be provided, in addition to a state of charge to detect the battery.

Bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeug ergeben sich die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Umrichter genannten Vorteile.at the vehicle according to the invention, the result in connection with the method according to the invention and in connection with the invention Inverter mentioned advantages.

Für einen Motorbetrieb der Fahrzeugantriebseinheit ist somit aus jeder der Batterien vorzugsweise jeweils ein Strom über den Umrichter entnehmbar, wobei der Umrichter einen jeweiligen Strom in Abhängigkeit von dem Steuersignal entnimmt.For a motor operation of the vehicle drive unit is thus out of everyone The batteries preferably each have a current through the inverter removable, wherein the inverter a respective current in dependence from the control signal.

In einem Generatorbetrieb der Fahrzeugantriebseinheit ist vorzugsweise ein von der Fahrzeugantriebseinheit abgegebener Strom über den Umrichter zum Aufladen der Batterien auf selbige verteilbar, wobei der Umrichter den Strom in Abhängigkeit von dem Steuersignal verteilt.In A generator operation of the vehicle drive unit is preferable a discharged from the vehicle drive unit power over distributing the inverter to the same for charging the batteries, wherein the inverter receives the current in response to the control signal distributed.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Beispiels erläutert. Dabei zeigt die Figur einen Schaltplan für eine Versorgungseinheit zum Betreiben eines Elektromotors einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs.The Invention will be explained below with reference to an example. The figure shows a circuit diagram for a supply unit for operating an electric motor of an embodiment a vehicle according to the invention.

Das Beispiel stellt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dar.The Example represents a preferred embodiment of the invention represents.

Die in der Figur gezeigte Versorgungseinheit 1 stellt Wechselstrom bereit, mit dem ein elektrischer Motor 2 über eine mehrphasige elektrische Leitung 3 betrieben wird. Die Versorgungseinheit 1 umfasst mehrere Batterien 4a, 4b, 4c, von denen in der Figur drei dargestellt sind. Die Batterien 4a, 4b, 4c sind parallel nutzbar an einen Umrichter 5 der Versorgungseinheit 1 geschaltet, so dass sich bei jeder der Batterien 4a, 4b, 4c unabhängig von den übrigen Batterien 4a, 4b, 4c elektrische Energie entnehmen oder zuführen lässt. Der Umrichter 5 weist dazu für jede Batterie einen Batterieanschluss 5a, 5b, 5c auf, die in der Figur mit den Beschriftungen „DC1”, „DC2” und „DC3” versehen sind. Jede der Batterien 4a, 4b, 4c liefert einen Batteriestrom I1, I2, I3 und stellt eine Batteriespannung U1, U2, U3 bereit. Durch den Umrichter 5 werden die Batterieströme I1, I2, I3 in separate Wechselströme gewandelt und zu den Wechselströmen in den einzelnen Phasen der mehrphasigen Leitung 3 kombiniert. Die Leitung ist dazu über einen Wechselstromanschluss AC an den Umrichter 5 angeschlossen. Die separaten Wechselströme stellen im Sinne der Erfindung Teil-Wechselströme dar.The supply unit shown in the figure 1 Provides alternating current with which an electric motor 2 via a polyphase electrical line 3 is operated. The supply unit 1 includes several batteries 4a . 4b . 4c of which three are shown in the figure. The batteries 4a . 4b . 4c can be used in parallel with an inverter 5 the supply unit 1 Switched so that each of the batteries 4a . 4b . 4c regardless of the other batteries 4a . 4b . 4c remove or supply electrical energy. The inverter 5 indicates a battery connection for each battery 5a . 5b . 5c on, which are provided in the figure with the labels "DC1", "DC2" and "DC3". Each of the batteries 4a . 4b . 4c supplies a battery current I1, I2, I3 and provides a battery voltage U1, U2, U3 ready. Through the inverter 5 For example, the battery currents I1, I2, I3 are converted into separate alternating currents and to the alternating currents in the individual phases of the multiphase line 3 combined. The line is connected via an AC connection AC to the inverter 5 connected. The separate alternating currents represent part-alternating currents in the sense of the invention.

Die Batterien 4a, 4b, 4c können von unterschiedlichen Herstellern sein. Sie können auch alle ein unterschiedliches Alter aufweisen. Sie können z. B. im Laufe mehrerer Wartungen der Versorgungseinheit 1 zu unterschiedlichen Zeitpunkten in die Versorgungseinheit 1 eingebaut worden sein. Auch die Ladekapazitäten der Batterien 4a, 4b, 4c können unterschiedlich sein. Da sie auch unterschiedlich weit entladen sein können, unterscheiden sich gegebenenfalls auch ihre Batteriespannungen U1, U2, U3.The batteries 4a . 4b . 4c can be from different manufacturers. They can all be of different ages. You can z. B. in the course of several maintenance of the supply unit 1 at different times in the supply unit 1 have been installed. Also the charging capacity of the batteries 4a . 4b . 4c can be different. Since they can also be discharged to different degrees, their battery voltages U1, U2, U3 may also differ.

Durch den Umrichter 5 wird die Stromstärke jedes der Batterieströme I1, I2, I3 zu jedem Zeitpunkt gesteuert. Dazu empfängt der Umrichter 5 entsprechende Steuersignale über eine Signalleitung 6 von einer Regeleinrichtung 7. Die Regeleinrichtung 7 kann den aus einer jeweiligen Batterie 4a, 4b, 4c zu entnehmenden Strom I1, I2, I3 in Abhängigkeit von dem Baumodell der Batterie 4a, 4b, 4c, ihrem geschätzten oder während des Betriebs ermittelten Verschleißzustand, einer Temperatur der Batterie 4a, 4b, 4c, einem Ladezustand derselben oder einem momentanen Strombedarf des Motors 2 bestimmen. Auch eine Kombination der ermittelten Größen ist möglich. Der Strombedarf wird der Regeleinheit 7 dabei von einem Leistungsregler 8 des Motors 2 über einen elektronischen Kommunikationsbus 9 des Fahrzeugs übermittelt. Der Kommunikationsbus kann z. B. ein CAN-Bus (CAN – Controller Area Network) sein.Through the inverter 5 For example, the current intensity of each of the battery currents I1, I2, I3 is controlled at each time. The inverter receives this 5 corresponding control signals via a signal line 6 from a control device 7 , The control device 7 Can the from a respective battery 4a . 4b . 4c current I1, I2, I3 to be taken as a function of the construction model of the battery 4a . 4b . 4c , their estimated or determined during operation wear state, a temperature of the battery 4a . 4b . 4c , a state of charge of the same or a current power requirement of the engine 2 determine. A combination of the determined sizes is possible. The power requirement becomes the control unit 7 of a power regulator 8th of the motor 2 via an electronic communication bus 9 transmitted by the vehicle. The communication bus can z. B. a CAN bus (CAN - Controller Area Network).

Das Baumodell und die Temperatur jeder Batterie 4a, 4b, 4c werden von Empfangseinheiten 10a, 10b, 10c der Versorgungseinheit 1 direkt an der Batterie erfasst. In jeder Batterie kann dazu ein Speicherchip integriert sein, in den ein Hersteller der Batterie Angaben zu der Batterie gespeichert hat. Diese Angaben betreffen die Ladekapazität der Batterie, einen maximal entnehmbaren Strom und eine maximale zulässige Erwärmung der Batterie. Außerdem kann der Hersteller auch Lade- und Entladeschemata für die jeweilige Batterie auf dem Speicherchip gespeichert haben. Die Schemata wurden in Versuchen ermittelt und geben vor, wie die Batterie möglichst schonend im Hinblick auf eine Erwärmung der Batterie und auf einen Verschleiß zu betreiben ist. Auf dem Speicherchip kann auch gespeichert sein, wie oft die Batterie bereits ent- und aufgeladen wurde.The construction model and the temperature of each battery 4a . 4b . 4c be from receiving units 10a . 10b . 10c the supply unit 1 detected directly on the battery. In each battery can be integrated to a memory chip, in which a manufacturer of the battery has stored information about the battery. This information relates to the charging capacity of the battery, a maximum removable current and a maximum allowable heating of the battery. In addition, the manufacturer may also have stored charge and discharge schemes for the respective battery on the memory chip. The schemes were determined in tests and specify how the battery should be operated as gently as possible in terms of heating of the battery and wear. On the memory chip can also be stored, how often the battery has already been charged and recharged.

In jeder Batterie ist außerdem eine Temperaturerfassungseinrichtung integriert. Eine damit ermittelte tatsächliche Erwärmung der Batterie wird ebenfalls von der jeweiligen Empfangseinheit 10a, 10b, 10c eingelesen.In each battery, a temperature detection device is also integrated. A thus determined actual heating of the battery is also from the respective receiving unit 10a . 10b . 10c read.

Jede der Empfangseinheiten 10a, 10b, 10c übermitteln die von der entsprechenden Batterie 4a, 4b, 4c empfangenen Daten über den Kommunikationsbus 9 an die Regeleinrichtung 7. Somit ist die Regeleinrichtung 7 in der Lage, das Entnehmen der Batterieströme I1, I2, I3 durch den Umrichter 5 in einer optimierten Weise, z. B. anhand des Lade- und Entladeschemas des Herstellers, zu steuern. Im laufenden Betrieb berechnet die Regeleinrichtung dabei fortlaufen den aktuellen Lade- und Verschleißzustand jeder Batterie. Diese Informationen über den Zustand der Batterien 4a, 4b, 4c können zusätzlich über den Kommunikationsbus 9 an die entsprechenden Empfangseinheiten 10a, 10b, 10c übertragen werden, welche die Daten in den Speicherchips der Batterien 4a, 4b, 4c dann abspeichern. In der Figur nicht gezeigt sind weiter Messeinrichtungen, mit denen die Batteriespannungen U1, U2, U3 gemessen und diese Messwerte ebenfalls an die Regeleinheit 7 übertragen werden.Each of the receiving units 10a . 10b . 10c transmit those from the corresponding battery 4a . 4b . 4c received data via the communication bus 9 to the control device 7 , Thus, the control device 7 capable of removing the battery currents I1, I2, I3 through the inverter 5 in an optimized way, e.g. B. based on the charging and discharging scheme of the manufacturer to control. During operation, the controller continues to calculate the current state of charge and wear of each battery. This information about the condition of the batteries 4a . 4b . 4c can additionally via the communication bus 9 to the appropriate receiving units 10a . 10b . 10c transmitting the data in the memory chips of the batteries 4a . 4b . 4c then save. Also not shown in the figure are measuring devices with which the battery voltages U1, U2, U3 are measured and these measured values are also sent to the control unit 7 be transmitted.

Insgesamt ist durch das Beispiel gezeigt, wie es mit der Erfindung möglich ist, in einer Versorgungseinheit unterschiedliche Batterien zu verwenden. Trotz der Unterschiede zwischen den Batterien wird wirkungsvoll verhindert, dass einzelne Batterien vorzeitig verschleißen oder beschädigt werden.Overall, the example shows how it is possible with the invention to use different batteries in one supply unit the. Despite the differences between the batteries, it effectively prevents individual batteries from prematurely becoming worn or damaged.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Versorgungseinheitsupply unit
22
elektrischer Motorelectrical engine
33
mehrphasige Leitungmultiphase management
4a, 4b, 4c4a, 4b, 4c
Batteriebattery
55
Umrichterinverter
5a, 5b, 5c5a, 5b, 5c
Batterieanschlussbattery terminal
66
Steuerleitungcontrol line
77
Regeleinrichtungcontrol device
88th
Leistungsreglerpower controller
99
Kommunikationsbuscommunication
10a, 10b, 10c10a, 10b, 10c
Empfangseinheitenreceiver units
ACAC
WechselstromanschlussAC connection
I1, I2, I3I1, I2, I3
Batteriestrombattery power
U1, U2, U3U1, U2, U3
Batteriespannungbattery voltage

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - EP 2012406 A1 [0004] - EP 2012406 A1 [0004]
  • - JP 2005033898 A1 [0005] - JP 2005033898 A1 [0005]

Claims (12)

Verfahren zum Betreiben einer elektrischen Fahrzeugantriebseinheit (2) mittels einer Mehrzahl von Batterien (4a, 4b, 4c) mit den Schritten: – Ermitteln eines Alterungszustands und/oder eines Bautyps für jede Batterie (4a, 4b, 4c), – Ermitteln eines Strombedarfs zum Betreiben der Fahrzeugantriebseinheit (2), – Entnehmen eines Batteriestroms (I1, I2, I3) aus zumindest einer der Batterien (4a, 4b, 4c), wobei der Batteriestrom (I1, I2, I3) jeweils in Abhängigkeit von dem ermittelten Alterungszustand und/oder dem ermittelten Bautyp der jeweiligen Batterie (4a, 4b, 4c) entnommen wird, – Bilden eines dem Strombedarf entsprechenden Stroms aus allen entnommenen Batterieströmen (I1, I2, I3).Method for operating an electric vehicle drive unit ( 2 ) by means of a plurality of batteries ( 4a . 4b . 4c ) comprising the steps of: determining a state of aging and / or a type of construction for each battery ( 4a . 4b . 4c ), - determining a power requirement for operating the vehicle drive unit ( 2 ), - removing a battery current (I1, I2, I3) from at least one of the batteries ( 4a . 4b . 4c ), wherein the battery current (I1, I2, I3) in each case depending on the determined aging state and / or the determined type of construction of the respective battery ( 4a . 4b . 4c ), - Forming a current corresponding to the current from all the battery currents taken (I1, I2, I3). Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass aus zumindest zwei der Batterien (4a, 4b, 4c) jeweils ein Batteriestrom (I1, I2, I3) als Gleichstrom entnommen und dieser jeweils in einen Wechselstrom gewandelt wird und dass alle so gebildeten Wechselströme zu dem dem Strombedarf entsprechenden Strom zusammengeführt werden.Method according to claim 1, characterized in that at least two of the batteries ( 4a . 4b . 4c ) in each case a battery current (I1, I2, I3) taken as a direct current and this is converted in each case into an alternating current and that all the alternating currents thus formed are combined to the power corresponding to the current demand. Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass aus zumindest zwei Batterien (4a, 4b, 4c) zumindest zeitweise gleichzeitig ein Gleichstrom entnommen wird.Method according to claim 2, characterized in that at least two batteries ( 4a . 4b . 4c ) At least temporarily simultaneously a direct current is removed. Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass aus zumindest zwei Batterien (4a, 4b, 4c) zeitlich nacheinander ein Gleichstrom entnommen wird.Method according to claim 2, characterized in that at least two batteries ( 4a . 4b . 4c ) is taken in succession a direct current. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass das Zusammenführen über ein induktives oder kapazitives Einkoppeln der Wechselströme in einen elektrischen Leiter eines Umrichters (5) oder durch abwechselndes elektrisches Verbinden von elektrischen Leitern eines Umrichters (5) bewirkt wird.Method according to one of claims 2 to 4, characterized in that the merging via an inductive or capacitive coupling of the alternating currents in an electrical conductor of an inverter ( 5 ) or by alternating electrical connection of electrical conductors of an inverter ( 5 ) is effected. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufladen von wenigstens zwei der Batterien (4a, 4b, 4c) ein elektrischer Ladestrom bereitgestellt wird und den wenigstens zwei Batterien (4a, 4b, 4c) jeweils ein Anteil des Ladestroms zugeführt wird, wobei der Anteil in Abhängigkeit von dem ermittelten Alterungszustand und/oder dem ermittelten Bautyp der jeweiligen Batterie (4a, 4b, 4c) bestimmt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that for charging at least two of the batteries ( 4a . 4b . 4c ) an electric charging current is provided and the at least two batteries ( 4a . 4b . 4c ) in each case a portion of the charging current is supplied, wherein the proportion as a function of the determined aging state and / or the determined type of construction of the respective battery ( 4a . 4b . 4c ) is determined. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu dem Alterungszustand und/oder dem Bautyp für jede Batterie (4a, 4b, 4c) ein Ladezustand ermittelt wird und der Batteriestrom (I1, I2, I3) zusätzlich abhängig von dem ermittelten Ladezustand entnommen wird und/oder zum Aufladen von wenigstens zwei der Batterien diesen ein Anteil eines Ladestroms abhängig von dem ermittelten Ladezustand zugeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in addition to the aging state and / or the type of construction for each battery ( 4a . 4b . 4c ), a charging state is determined and the battery current (I1, I2, I3) is additionally taken as a function of the determined state of charge and / or for charging of at least two of the batteries this a proportion of a charging current is supplied depending on the determined state of charge. Umrichter (5), mittels welchem aus einem Gleichstrom ein Wechselstrom erzeugbar ist, wobei der erzeugte Wechselstrom an einem Ausgang (AC) des Umrichters (5) abgreifbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Umrichter (5) wenigstens zwei Eingänge (5a, 5b, 5c) zum Aufnehmen jeweils eines Gleichstroms (I1, I2, I3) aufweist und so ausgebildet ist, dass a) im Wechsel zwischen den Eingängen (5a, 5b, 5c) an diesen zeitlich nacheinander jeweils ein Gleichstrom (I1, I2, I3) zum Erzeugen des am Ausgang (AC) abgreifbaren Wechselstroms aufnehmbar ist oder b) an mehreren der Eingänge (5a, 5b, 5c) zumindest zeitweise zugleich jeweils ein Gleichstrom (I1, I2, I3) aufnehmbar ist und jeweils aus diesem ein Teil-Wechselstrom erzeugbar ist, wobei alle Teil-Wechselströme zu dem am Ausgang (AC) abgreifbaren Wechselstrom zusammenführbar sind.Inverter ( 5 ), by means of which a direct current from an alternating current can be generated, wherein the generated alternating current at an output (AC) of the converter ( 5 ) can be tapped, characterized in that the inverter ( 5 ) at least two inputs ( 5a . 5b . 5c ) for receiving a respective direct current (I1, I2, I3) and is designed such that a) alternating between the inputs ( 5a . 5b . 5c ) at these times one after the other in each case a direct current (I1, I2, I3) for generating the output (AC) can be picked off alternating current or b) at several of the inputs ( 5a . 5b . 5c ) At least temporarily at the same time in each case a direct current (I1, I2, I3) can be received and in each case a partial alternating current can be generated, wherein all partial alternating currents to the AC (AC) can be fetched alternating current are merge. Umrichter (5) nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass aus einem über einem Eingang (5a, 5b, 5c) aufgenommenen Gleichstrom (I1, I2, I3) ein Teil-Wechselstrom erzeugbar ist, welcher über ein induktives Koppelelement oder ein kapazitives Koppelelement oder ein Schaltelement dem Ausgang (AC) zuführbar ist.Inverter ( 5 ) according to claim 8, characterized in that from one above an entrance ( 5a . 5b . 5c ) recorded direct current (I1, I2, I3), a partial alternating current can be generated, which can be fed to the output (AC) via an inductive coupling element or a capacitive coupling element or a switching element. Umrichter (5) nach Anspruch 8 oder 9 dadurch gekennzeichnet, dass der Umrichter (5) in einem Umkehrbetrieb betreibbar ist, in welchem ein Wechselstrom am Ausgang (AC) aufnehmbar und an den Eingängen (5a, 5b, 5c) jeweils ein Gleichstrom abgreifbar ist, wobei alle abgreifbaren Gleichströme zusammen aus dem Wechselstrom erzeugbar sind.Inverter ( 5 ) according to claim 8 or 9, characterized in that the converter ( 5 ) is operable in a reverse mode, in which an alternating current at the output (AC) can be received and at the inputs ( 5a . 5b . 5c ) in each case a direct current can be tapped, wherein all tapped direct currents can be generated together from the alternating current. Umrichter (5) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Umrichters (5) ein Steuersignal (6) empfangbar ist und in Abhängigkeit von dem Steuersignal (6) ein an einem Eingang (5a, 5b, 5c) aufnehmbarer oder abgreifbarer Gleichstrom (I1, I2, I3) steuerbar ist.Inverter ( 5 ) according to one of claims 8 to 10, characterized in that by means of the converter ( 5 ) a control signal ( 6 ) is receivable and in dependence on the control signal ( 6 ) at an entrance ( 5a . 5b . 5c ) recordable or tappable direct current (I1, I2, I3) is controllable. Fahrzeug mit wenigstens zwei aufladbaren Batterien (4a, 4b, 4c), einer elektrischen Fahrzeugantriebseinheit (2) und einem Umrichter (5) mit den Merkmalen nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei jeweils eine Batterie (4a, 4b, 4c) mit jeweils einem Eingang (5a, 5b, 5c) des Umrichters (5) und die elektrische Fahrzeugantriebseinheit (5) mit dem Ausgang (AC) des Umrichters (5) verbunden sind, und wobei mit einer Steuer- oder Regeleinrichtung (7) des Fahrzeugs jeweils ein Zustand jeder der Batterien (4a, 4b, 4c) erfassbar und ein Steuersignal (6) an den Umrichter (5) in Abhängigkeit von den erfassten Zuständen abgebbar ist.Vehicle with at least two rechargeable batteries ( 4a . 4b . 4c ), an electric vehicle drive unit ( 2 ) and a converter ( 5 ) with the features according to one of claims 8 to 11, wherein in each case a battery ( 4a . 4b . 4c ) each with an input ( 5a . 5b . 5c ) of the inverter ( 5 ) and the electric vehicle drive unit ( 5 ) with the output (AC) of the inverter ( 5 ), and wherein with a control or regulating device ( 7 ) of the drive one state of each of the batteries ( 4a . 4b . 4c ) and a control signal ( 6 ) to the inverter ( 5 ) is deliverable in dependence on the detected states.
DE102009023340A 2009-05-29 2009-05-29 Method for operating electric vehicle drive unit by multiple batteries of vehicle, involves determining aging condition or construction type for each battery, and determining power requirement for operating vehicle drive unit Withdrawn DE102009023340A1 (en)

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