一、铅酸蓄电池基本知识
（一）、基本概念
1、基本定义
电能可由多种形式的能量变化得来，其中把化学能转换成电能的装置叫化学电池，一般简称为电池，电池有原电池和蓄电池之分。
放电后不能用充电的方式使内部活性物质再生的叫原电池，也称一次性电池。
放电后可以用充电的方式使内部活性物质再生，把电能储存为化学能，需要放电时再次把化学能转换为电能的电池，叫蓄电池，也称二次电池。
2、常用技术术语
充电：蓄电池从其他直流电源获得电能叫做充电。
放电：蓄电池对外电路输出电能时叫做放电。
浮充放电：蓄电池和其他直流电源并联，对外电路输出电能叫做浮充放电。有不间断供电要求的设备，起备用电源作用的蓄电池都处于该种放电状态。
电动势：外电路断开，即没有电流通过电池时在正负极间量得的电位差，叫电池的电动式。
端电压：电路闭合后电池正负极间的电位差叫做电池的电压或端电压
安时容量：电池的容量单位为安时，即：电池容量Q（安时）=I放×t放 I放为放电电流（安）
t 放为放电时间（小时）
电量效率（安时效率）：输出电量与输入电量之间的比叫做电池的电量效率，也叫作安时效率。
电量效率（ % ） = （ Q 放 ÷Q 充） ×100% = （ I 放 ×t 放） ÷ （ I 充 ×I 充） ×100%
Q 放 和 Q 充 分别是放电和充电容量（安时）
自由放电：由于电池的局部作用造成的电池容量的消耗。容量损失搁置之前的容量之比，叫做蓄电池的自由放电率
自由放电率（ % ） = （ Q1 － Q2 ） ÷Q1×100%
Q1 为搁置前放电容量（安时）
Q2 为搁置后放电容量（安时）
使用寿命：蓄电池每充电、放电一次，叫做一次充放电循环，蓄电池在保持输出一定容量的情况下所能进行的充放电循环次数，叫做蓄电池的使用寿命。
（二）、铅酸蓄电池
1 、定义
铅酸蓄电池是蓄电池的一种，主要特点是采用稀硫酸做电解液，用二氧化铅和绒状铅分别做为电池的正极和负极的一种酸性蓄电池。
2 、分类
按蓄电池极板结构分类：有形成式、涂膏式和管式蓄电池。
按蓄电池盖和结构分类：有开口式、排气式、防酸隔爆式和密封阀控式蓄电池。
按蓄电池维护方式分类：有普通式、少维护式、免维护式蓄电池。
按我国有关标准规定主要蓄电池系列产品有：
起动型蓄电池：主要用于汽车、拖拉机、柴油机船舶等起动和照明。
固定型蓄电池：主要用于通讯、发电厂、计算机系统作为保护、自动控制的备用电源。
牵引型蓄电池：主要用于各种蓄电池车、叉车、铲车等动力电源。
铁路用蓄电池：主要用于铁路内燃机车、电力机车、客车起动、照明之动力。
摩托车蓄电池：主要用于各种规格摩托车起动和照明。
煤矿用蓄电池：主要用于电力机车牵引动力电源。
储能用蓄电池：主要用于风力、水力发电电能储存。
3 、基本构造： 铅酸蓄电池主要由以下部分构成：
1 、硬橡胶槽 2 、负极板 3 、正极板 4 、隔板 5 、鞍子 6 、汇流排
7 、封口胶 8 、电池槽盖 9 、连接条 10 、极柱 11 、排气栓
正负极板
铅酸蓄电池的极板，依构造和活性物质化成方法，可分为四类：涂膏式极板，管式极板，化成式极板，半化成式极板。涂膏式极板由板栅和活性物质构成的。板栅的作用为支撑活性物质和传导电流、使电流均匀分布。板栅的材料一般铅锑合金，免维护电池采用铅钙合金。正极活性物质主要成分为二氧化铅，负极活性物质主要成份为绒状铅。
隔板
电池用隔板是由微孔橡胶、玻璃纤维等材料制成的，它的主要作用是：
防止正负极板短路；使电解液中正负离子顺利通过。阻缓正负极板活性物质的脱落，防止正负极板因震动而损伤。
电解液
电解液是蓄电池的重要组成部份，它的作用是传导电流和参加电化学反应
电解液是由浓硫酸和净化水（去离子水）配制而成的，电解液的纯度和密度对电池容量和寿命有重要影响。
电池壳、盖
电池壳、盖是装正负极板和电解液的容器，一般由塑料和橡胶材料制成。
排气栓
排气栓一般由塑料材料制成，对电池起密封作用，阻止空气进入，防止极板氧化。同时可以将充电时电池内产生的气体排出电池，避免电池产生危险。
使用前：必须将排气栓上的盲孔用铁丝刺穿、以保证气体溢出通畅。
二 、 电动车蓄电池的使用与保养
（一）、蓄电池的安装
蓄电池一般采用串联方式使用，即一只蓄电池的正极与另一只蓄电池的负极相连，将所有蓄电池连在一起，最后余下正负接线端子与电动车对应接线相连，电动车的电机、控制器、仪表等是蓄电池的用电负载。
电动车一般都有电池盒，从安装位置分有斜杠式，后插式和底盘式安装，其结构形状可谓五花八门。每家电动车厂都各有特色。如图电池盒一般用工程塑料制成，其强度较好，重量较轻，安装方便。电池盒一般由底槽、上盖、蓄电池接触点及充电插座、电车锁等组成。底槽与上盖扣紧，并用自攻螺丝或螺栓紧固。电池盒是按蓄电池型号规格进行设计的，在整车设计时应考虑其良好的散热性能。
（ 二）、蓄电池的充电
“ 蓄电池不是用坏的而是充坏的 ” ，这一说法绝非危言耸听，蓄电池充电性能好坏对蓄电池的使用寿命和使用性能起着举足轻重的作用，必须重视。
1 、蓄电池对充电工艺的要求
认识蓄电池对充电工艺的基本要求，是分析各种充电技术的基础。蓄电池对充电的基本要求是：充电电流应小于或等于蓄电池可接收充电电流。否则，过剩的电流会使电解液过快地消耗掉，产生以 下危害：
加大蓄电池的失水率，增加维护工作量，对于免维护电池，会造成蓄电池的早期失效；产生酸雾，造成环境污染，危害工人身体健康；使充电效率降低，造成能源的严重浪费。
充电过程，是放电电化学反应的逆反应过程，如果充电电化学反应过程在理想的状态下进行，这个过程应该是互为逆反应，即充入的电量与放出的电量应基本相等。但在严重析气的状态下，有效充电电化学反应过程消耗的电能达不到总电量的 40% ，即浪费电能 60% 以上。
气体的产生聚集在蓄电池多孔电极内部，减少了电解质与多孔电极的接触面积，即充电电化学反应界面大幅度减小，使充电化学反应速度降低，充电十分困难，充电时间延长。
严重的析气会损害蓄电池： ① 大量气体的产生对极板活性物有冲刷作用，使活性物质容易松软和脱落。 ② 在较高的极化电压下，正极板的板栅会产生严重腐蚀，生成 Pb02 ，这种腐蚀物与电化学生存的 Pb02 是完全不同的，是一种不可逆的氧化物，导电较差，并使板栅变形，脆裂，失去骨架和导电作用。因此在充电时应尽可能防止过充电。
长期充电不足，未反应的活性物质会产生不可逆的高阳性的大颗粒 PbS04 晶粒 ( 即不可逆硫酸盐化 ) 使蓄电池容量下降，内阻加大，充电难度加大，造成蓄电池早期损坏。因此，蓄电池要尽量保证充足电，防止不可逆硫酸盐化。
2 、充电频次的选择
蓄电池充电深度对循环寿命影响很大，基本呈指数变化。这是由于正极活性物为 Pb02 ，其结合牢度不高，放电时转化成 PbS04 充电时又转化成 PbO2 ，而 PbSO4 的体积远比 PbO2 体积大 ( 其体积之比约为 2 ： 1) 。因此，对正极板而言，活性物将会膨胀收缩反复进行，使其粒子之间的连接逐渐脱落，使蓄电池活性物失去放电特性成为 “ 阳极泥 ” ，使蓄电池性能下降，直至寿命终止。放电深度越深，膨胀收缩量越大，对活性物结合力破坏越大，寿命越短；反之则循环寿命越长。
从理论上讲蓄电池使用时应尽量避免深放电，应做到浅放勤充，前提是有特别匹配的充电器与之 匹配。但是实际使用中，由于蓄电池充电受充电器性能和蓄电池本身的离散及充电习惯及充电速度影响，充电器的电压均比较高，或多或少都存在过充电。特别是充电多数在夜间进行，时间一般在 6-10 小时，平均 8 小时左右，若是浅放电，其充电很快就会到达末期，这时充电效率变低，会产生过充电。过充电时间比较长，加上频繁充电，就会使蓄电池寿命因充电受到较大影响。
最理想的充电要求根据实际情况而定，要参考平时运行频率、里程情况、蓄电池厂提供的说明，以及配套的充电器性能等参数制定充电频次。按绝大多数用户的情况，蓄电池以放电深度为 50%-70% 时充一次电最佳，这样可使蓄电池寿命达到最佳效果。实际使用时可折算成骑行里程，在需要时充一次电。
3 、温度对充电的影响
蓄电池在高温季节运行，主要存在过充电的问题。蓄电池温度增高时，各活性物质的活度增加，正极析氧电位一下降，负极析氧电位也下降 ( 负值下降 ) ，因此，充电时充电反应速度快，充电电流大，充电时需要的充电电压较低。为防止过高的充电电压，应尽量降低蓄电池温度，保证良好散热，防止在烈日暴晒后即充电，并应远离热源。
蓄电池在低温情况下，各活性物质活度降低，其电极上的 Pb 溶解变得困难，充电时消耗 Pb 后很难得到补充，所充电电流大幅度下降，正极板在 -20℃ 时充电接受电流仅为常温的 70% ，而负极充电受膨胀剂的影响，低温充电接受能力更低 -20℃ 的充电接受电流仅为常温下的 40% 。因此，低温条件下充电主要存在充电接受能力差、充电不足的问题，要求提高充电电压和延长充电时间。改善低温性能主要应从负极着手。低温使用时应采取保温防冻措施，特别是充电时应放在温暖的环境中，有利于保证充足电，防止不可逆硫酸的产生，延长蓄电池的使用寿命。
蓄电池的存储和使用期间，可定期进行活化充电，即所谓的均衡充电，这对防止蓄电池不可逆硫酸盐化非常有利，对蓄电池使用寿命很有好处，值得提倡。
三、蓄电池的使用注意事项
1 、防止过放电
蓄电池放电到终止电压后，继续放电称为过放电。过放电会严重损害蓄电池，对蓄电池的电气性能及循环寿命极为不利。
蓄电池放电到终止电压时内阻较大，电解液浓度非常稀薄，特别是极板孔内及表面几乎处于中性，过放电时内阻有发热倾向，体积膨胀，放电电流较大时，明显发热 ( 甚至出现发热变形 ) ，这时硫酸铅浓度特别大，存在枝晶体短路的可能性增大，况且此时硫酸铅会结晶成较大颗粒，即形成不可逆硫酸盐化，将进一步增大内阻，充电恢复能力很差，甚至无法修复。
蓄电池使用时应防止过放电，采取 “ 欠压保护 ” 是很有效的措施。另外，由于电动车 “ 欠压保护 ” 是由控制器控制的，但控制器以外的其他一些设备如电压表、指示灯等耗电电器是由蓄电池直接供电的，其电源的供给一般不受控制器控制，电动车锁 ( 开关 ) 一旦合上就开始用电。虽然电流小，但若长时间放电 (1-2 周 ) 就会出现过放电。因此，不得长时间开锁，不用时应立即关掉。
2 、防止过充电
前面已经对过充电进行了阐述，过充电会加大蓄电池的水损失，会加速板栅腐蚀，活性物质软化，会增加蓄电池变形的几率。应尽量避免过充电的发生；选择充电器参数要与蓄电池良好匹配，要充分了解蓄电池在高温季节的运行状况，以及整个使用寿命期间的变化情况。使用时不要将蓄电池置于过热环境中，特别是充电时应远离热源。蓄电池受热后要采取降温措施，待蓄电池温度恢复正常时方可进行充电。蓄电池的安装位置应尽可能保证良好散热，发现过热时应停止充电，应对充电器和蓄电池进行检查。蓄电池放电深度较浅时或环境温度偏高时应缩短充电时间。
3 、防止短路
蓄电池在短路状态时，其短路电流可达数百安培。短路接触越牢，短路电流越大，因此所有连接部分都会产生大量热量，在薄弱环节发热量更大，会将连接处熔断，产生短路现象。蓄电池局部可能产生可爆气体 ( 或充电时集存的可爆气体 ) ，在连接处熔断时产生火花，会引起蓄电池爆炸；若蓄电池短路时间较短或电流不是特别大时，可能不会引起连接处熔断现象，但短路仍会有过热现象，会损坏 连接条周围的粘结剂，使其留下漏液等隐患。因此，蓄电池绝对不能有短路产生，在安装或使用时应特别小心，所用工具应采取绝缘措施，连线时应先将电池以外的电器连好，经检查无短路，最后连上蓄电池，布线规范应良好绝缘，防止重叠受压产生破裂。
4 、防止连接松动和不牢
若接触不牢，程度较轻，会发生导电不良，使其线路接触部位发热，线路损耗较大，输出电压偏低，影响电机功率，使行驶里程减少或不能正常骑行；若在接线端子部件接触不牢 ( 绝大多数故障是在接线端与连线接头部位 ) ，端子会大量发热，影响端子与密封胶的结合，时间一长就会发生漏液 “ 爬酸 ” 现象。若在行驶过程或充电过程中出现接触不牢，可能产生断路，断路时会产生强烈的火花，可能点爆蓄电池内部的可爆气体（特别是刚充好电的蓄电池，因电池内可爆气体较多，且蓄电池电量足，断路时火花较强烈，爆炸的可能性相当大。）
电动车在运行时要承受较为强烈的振动，因此，应对所有连接的可靠性进行考核，接插件应带 “ 自锁 ” 功能，防止振动和拉动时脱落，对与蓄电池接线片的连线应采取接插件，并用焊锡将其焊牢，接插件与连线应用压接方式（也可压接后再用焊锡焊一遍增加可靠性）。
5 、防止在阳光下暴晒
阳光下暴晒会使蓄电池温度增高，蓄电池各活性物质的活度增加，影响蓄电池使用寿命。
四 、铅酸蓄电池短路现象及原因
铅蓄电池的短路系指铅蓄电池内部正负极群相连。铅蓄电池短路现象主要表现在以下几个方面：
(1) 开路电压低，闭路电压 ( 放电 ) 很快达到终止电压。
(2) 大电流放电时，端电压迅速下降到零。
(3) 开路时，电解液密度很低，在低温环境中电解液会出现结冰现象。
(4) 充电时，电压上升很慢，始终保持低值 ( 有时降为零 ) 。
(5) 充电时，电解液温度上升很高很快。
(6) 充电时，电解液密度上升很慢或几乎无变化。
(7) 充电时不冒气泡或冒气出现很晚。
造成铅蓄电池内部短路的原因主要有以下几个方面：
(1) 隔板质量不好或缺损，使极板活性物质穿过，致使正、负极板虚接触或直接接触。
(2) 隔板窜位致使正负极板相连。
(3) 极板上活性物质膨胀脱落，因脱落的活性物质沉积过多，致使正、负极板下部边缘或侧面边缘与沉积物相互接触而造成正负极板相连。
(4) 导电物体落入电池内造成正、负极板相连。
(5) 焊接极群时形成的 “ 铅流 ” 未除尽，或装配时有 “ 铅豆 ” 在正负极板间存在，在充放电过程中损坏隔板造成正负极板相连。
五、蓄电池故障的检修
电动车用蓄电池制造水平参差不齐，蓄电池质量、性能区别也相当大。与蓄电池配合的设备质量好坏也不同程度地影响蓄电池的性能。使用条件的千差万别，也造成电动车性能的差异，在用户看来都可能理解成为蓄电池的质量问题。在电动车主要部件中，蓄电池的故障率较高，以下列举了一些典型的故障现象，介绍其检查处理方法。
(一)、电池漏液
1 、故障现象
常见的漏液现象：一是上盖与底槽之间密封不好或因碰撞，封口胶开裂造成漏液；二是帽阀渗酸漏液；三是接线端处渗酸漏液；四是其他部位出现渗酸漏液。
2 、故障的检查和处理
先做外观检查，找出渗酸漏液部位。取开盖片看帽阀周围有无渗酸漏液痕迹，再打开帽阀观察电池内部有无流动的电解液。完成了上述工作之后，若仍未发现异常，应做气密性测试（放入水中充气加压，观察电池有无气泡产生并冒出，有气泡则说明有渗酸漏液）。最后在充电过程中，观察有无流动的电解液产生，如果有则说明是生产的原因。在充电过程中如有流动的电解液应将其抽尽。
(二)、电池充不进电
1 、故障现象
首先检查充电回路的连接是否可靠，检查连线与插头接触是否完好，认真检查插座和插头是否有 “ 打火 ” 烧弧现象，有无线路损伤断线等。
检查充电器有无损坏，充电参数是否符合要求：即初期充电电流达到 1.6 -2.5A / 只；最高充电电压达到 14.8-14.9V/ 只，充电浮充电转换电流达 0.3 -0.4A / 只，浮充电压达到 14.0-14.4V/ 只。
查看电池内部是否有干涸现象，即电池是否缺液严重。
还应检查极板是否存在不可逆硫酸盐化。极板的不可逆硫酸盐化，可通过充放电测量其端电压的变化来判定。在充电时，电池的电压上升特别快，某些单格电压特别高，超出正常值很多；放电时电压下降特别快，电池不存电或存电很少。出现上述情况，可判断电池出现不可逆硫酸盐化。
2 、故障的检查和处理
先将充电回路连接牢固，充电器不正常的应更换。干涸的电池应补加纯水或 1.050 的硫酸，进行维护充电、放电恢复电池容量。如果发现有不可逆硫酸盐化，应进行均衡充电恢复容量。干涸的电池加液后的维护充电，应控制最大电流 1.8A ，充电 10-15 小时，三只电池的电压均在 13.4V/ 只以上为好。如果电池之间电压差别超过 0.3V ，说明电池已经出现不同步的不可逆硫酸盐化。对于发生不可逆硫酸盐化的电池，需要更换整组电池或激活电池。
(三)、电池变形
1 、故障现象
蓄电池变形不是突发的，往往是有一个过程的。蓄电池在充电到容量的 80% 左右进入高电压充电区，这时，在正极板上先析出氧气，氧气通过隔板中的孔，到达负极，在负极板上进行氧复活反应：
2Pb+O2=2PbO+ 热量
PbO+H2SO4=PbSO4+H2O+ 热量
反应时产生热量，当充电容量达到 90% 时，氧气发生速度增大，负极开始产生氢气。大量气体的增加使蓄电池内压超过开阀压，安全阀打开，气体逸出，最终表现为失水。
2H2O=2H2↑+O2↑
随着蓄电池循环次数的增加，水分逐渐减少，结果蓄电池出现如下情况：
（ 1 ）氧气 “ 通道 ” 变得畅通，正极产生的氧气很容易通过 “ 通道 ” 到达负极。
（ 2 ）热容减小，在蓄电池中热容最大的是水，水损失后，蓄电池热容大大减小，产生的热量使蓄电池温度升高很快。
3 ）由于失水后蓄电池中超细玻璃纤维隔板发生收缩现象，使之与正负极板的附着力变差，内阻增大，充放电过程中发热量加大。经过上述过程，蓄电池内部产生的热量只能经过电池槽散热，如散热量小于发热量，即出现温度上升现象。温度上升，使蓄电池析气过电位降低，析气量增大，正极大量的氧气通过 “ 通道 ” ，在负极表面反应，发出大量的热量，使温度快速上升，形成恶性循环，即所谓的 “ 热失控 ” ，最终温度达到 80OC 以上，即发生变形。
2 、故障的检查和处理
一组电池（ 3 只）同时变形时，先做电压检查。如果电压基本正常，还应测量单格电压判断是否短路，无短路则说明变形是过充电产生 “ 热失控 ” 所致。应着重检查充电器的充电参数。电压偏高（高于 44.7V 以上）无过充电保护或涓流转换点电流偏低者（不同合金板栅的蓄电池要求转换电流不相同，一般说用铅钙锡铝合金制作的板栅的蓄电池转换电流较小，为 0.025 -0.03C 2A ；而铅锑合金制作的板栅的蓄电池转换电流较大为 0.03 -0.04C 2A ，要求更换充电器。
一组电池（ 3 只）中只有 1 只或 2 只变形，有以下故障的可能性：（ 1 ）是电池荷电不一致，充电时造成某些电池过充电引起变形。荷电不一致的原因，可能有短路单格存在，也可能用户将电池试验放电或自放电等；（ 2 ）是某些电池出现极板不可逆硫酸盐化，内阻增大，充电发热变形；（ 3 ）是某些电池连线时反极造成充电发热变形。对未变形的电池检查放电容量以及自放电特性，若无异常则不属电池问题。
解决蓄电池变形的措施有：
▲ 保证不漏液的前提下尽可能多加液，以延长或避免 “ 热失控 ” 的产生；
▲ 避免产生内部短路或微短路，及带有微短路倾向；
▲ 使用过程中应防止过放电的发生，做到足电存放；
▲ 严格检查充电器，不得有严重过充现象。
▲ 在高温下充电，必须保证蓄电池散热良好。应采取降温措施或减短充电时间的方法，否则应停止充电。
(四)、新电池电压降得快
1 、故障现象
新电池装车、起动时电压降得快。
2 、故障的检查和处理
检查仪表显示电压与电池容量是否相符。
仪表显示的电压与电池容量关系不符合上表时，应要求厂家调整。
检查蓄电池连接线是否可靠，有无短路和连接不可靠等。有则排除之。
检查电动车起动和运行电流是否过大，若是过大（起动电流在 15A 以上，运行时的电流 6A 以上）应调整控制器限流值或对电机进行检查修理。
检查蓄电池容量是否偏低，若是偏低，应对电池进行充放电。
(五)、电池极板不可逆硫酸盐化
1 、故障现象
极板硫酸盐化是蓄电池常见的故障，许多蓄电池失效也是因这一故障而发生的。极板硫酸盐化主要表现为：充电时电压很快上升，过早析出气体，温度上升快；放电时电压下降快，容量小。
2 、故障的检查和处理
产生极板不可逆硫酸盐化原因归结如下：
（ 1 ）存放时间过长，自放电率高，未对其进行维护充电。
（ 2 ）放电后未对其进行及时充电。
（ 3 ）长时间处于欠充电状态。
（ 4 ）过放电。
（ 5 ）干涸或加入的电解液浓度过高。
蓄电池产生不可逆硫酸盐化时，应根据其程度的轻重进行修复。
硫化较轻者，对其进行一般的活化充电（即均衡充电），就可以恢复正常。具体方法如下：
恒压限流充电：第一阶段 0.18C 2A 充电到 2.7V/ 单格充电 12-24 小时。
恒流电第一阶段： 0.18C 2A 充电到 2.4V/ 单格，第二阶段： 0.05C 2A 充电 5-12 小时。
硫化较重者，需要对其进行激活，才能恢复正常。
(六)、电池组出现 “ 不均衡 ”
1 、故障现象
串联蓄电池组的均衡性是一个世界性的难题，使用过程中总会有 “ 落后 ” 蓄电池存在。其原因是多种多样的，有生产原因，也有原材料的原因和使用的原因等。
2 、故障的检查和处理
首先将电池进行一般性的维护充电，然后用 2 小时率电流放电。放电过程中不断地测量电池的电压，将放电容量不足的 “ 落后 ” 电池选出来给予处理。先补加 1.050 的稀硫酸至刚好看到有流动电解液出现，再继续充电 12-15 小时。充电时注意电池的温度不要超过 500C 。充电结束后，静置 0.5-4 小时，重作 2 小时率放电。放电过程中，测量单格电压的数值，若放电时间达不到标准或者单格电压到了 1.6V ，放电时间与正常单格电池相差较大者（出厂三个月相差 5 分钟以上， 6 个月相差 8 分钟以上， 9 个月相差 10 分钟以上， 13 个月相差 15 分钟以上），则还需重复上述充放电程序操作，直到符合要求为止。
若是重复充放循环后，电池容量无明显上升或仍为 0V 左右低压，这种电池一般有短路存在，或活性物 质严重脱落软化，严重不可逆硫酸盐化等，严重硫化可以对其进行激活，其它损坏应作报废处理。对符合要求可以继续使用的电池，应在恒压 15V/ 只的充电条件下，抽尽流动的电解液，擦干净电池表面，安上帽阀，用 PVC （或氯仿）粘合剂将面板粘合好。
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