CN105977417A - 电动车的电池组、电动车底盘和用于更换电池模块的方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提供用于配置电动车中的电池组的系统和方法。电池组可以包括多个电池模块、支撑部和设置在支撑部上的至少一个开口。所述支撑部可以设有用于支撑多个电池模块的底部、侧部、顶部以及由底部、侧部和顶部形成用于容纳多个电池模块的容纳空间。设置在支撑部的底部上的开口可以使得多个电池模块能够传递过至少一个开口并且被可拆卸地安装到支撑部的底部以由底部支撑。

Description

电动车的电池组、电动车底盘和用于更换电池模块的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年12月31日提交的美国临时专利申请号62/273,995的利益和优先权，该美国临时专利申请要求2015年3月16日提交的名称为“电动车的改进(improvements to electric vehicles)”的美国临时申请号62/133,991的利益和优先权以及2015年4月22日提交的名称为“电动车的改进(improvements to electric vehicles)”的美国临时专利申请号62/150,848的利益和优先权，这几个申请的内容出于各种目的以全文引用的方式并入本文。
技术领域
本公开涉及电动车的领域，并且具体来说涉及电动车的电池组结构、具有电池组的电动车底盘以及用于从电动车底盘移除和更换电池模块的方法。
背景技术
作为主要能源，电池组是电动车的最重要部件之一。电池组通常由多个电池模块的组合形成。在电动车的操作期间，多个电池模块中的一些可能发生故障。然而，因为电池组中的电池模块通常作为整体结构来安装，所以在单个电池模块发生故障的情况下，不能单独地移除和更换发生故障的电池模块。
发明内容
提供用于配置电动车中的电池组的系统和方法。在本公开的一个方面中，提供用于电动车的电池组。电池组可以包括多个电池模块。电池组还可以包括支撑部，该支撑部具备用于支撑多个电池模块的底部、侧部、顶部以及由底部、侧部和顶部形成以用于容纳多个电池模块的容纳空间。电池组可以进一步包括至少一个开口，所述至少一个开口设置在支撑部的底部或侧部上以使得多个电池模块能够通过至少一个开口传递并且被可拆卸地安装到支撑部的底部或侧部以由底部或侧部支撑。
在一些实施例中，电池组可以进一步包括安装在支撑部的顶部上方以覆盖容纳在支撑部中的多个电池模块的层。在一些实施例中，在支撑部的底部上设置至少一个开口。在一些实施例中，电池组可以进一步包括设置在多个电池模块中的每一个上的第一和第二安装凸缘。第一和第二安装凸缘可以分别布置在多个电池模块中的每一个的底部的两个相对侧部上，从而使得可以使用第一和第二安装凸缘将多个电池模块安装到支撑部的底部。第一和第二安装凸缘可以安装在支撑部的底部下方。
在一些实施例中，可以通过紧固件将多个电池模块安装到支撑部的底部。在一些实施例中，电池组可以进一步包括安装在支撑部的底部下方以覆盖容纳在支撑部中的多个电池模块的保护板。在一些实施例中，安装在支撑部的顶部上方的层是碳纤维复合层。
在本公开的另一个方面中，提供一种电动车底盘。电动车底盘可以包括位于电动车的车厢下方的车身底板。电动车底盘还可以包括沿车身底板的纵向方向延伸的两个侧梁。两个侧梁中的每一个可以包括上部和下部并且可以通过其上部连接到车身底板的两个相对侧部中的一个。电动车底盘可以进一步包括位于车身底板下方并且在两个侧梁之间的电池组。电池组可以被配置成通过支撑部的底部安装到两个侧梁的下部。
在一些实施例中，电动车底盘可以进一步包括安装在支撑部的顶部上方以覆盖容纳在支撑部中的多个电池模块的层。在一些实施例中，设置在支撑部上的至少一个开口被设置在支撑部的底部上。在一些实施例中，支撑部的底部具备沿车身底板的纵向方向延伸的安装凸缘，并且可以使用安装凸缘将电池组安装到两个侧梁的下部。在一些实施例中，支撑部的安装凸缘通过紧固件安装到两个侧梁的下部。
在一些实施例中，电动车底盘可以进一步包括设置在多个电池模块中的每一个上的第一和第二安装凸缘。第一和第二安装凸缘可以分别布置在多个电池模块中的每一个的底部的两个相对侧部上，从而使得可以使用第一和第二安装凸缘将多个电池模块安装到支撑部的底部。第一和第二安装凸缘可以安装在支撑部的底部下方。
在一些实施例中，可以通过紧固件将多个电池模块安装到支撑部的底部。在一些实施例中，电动车底盘可以进一步包括安装在支撑部的底部下方以覆盖容纳在支撑部中的多个电池模块的保护板。在一些实施例中，安装在支撑部的顶部上方的层是碳纤维复合层。
在本公开的另一个方面中，提供用于更换电动车中的电池模块的方法。该方法可以包括从电池组中的多个电池模块之中识别第一电池模块。该方法还可以包括将第一电池模块从支撑部的底部拆卸。该方法可以进一步包括通过使第一电池模块传递过至少一个开口来将第一电池模块从支撑部移除。此外，该方法可以包括通过使第二电池模块传递过至少一个开口来将第二电池模块插入到支撑部中以及将第二电池模块安装到支撑部的底部。
在一些实施例中，第二电池模块可以具有比第一电池模块更高的电势能。在一些实施例中，该方法可以进一步包括从支撑部的底部下方移除保护板。在一些实施例中，该方法还可以包括移除配置成将第一电池模块安装到支撑部的底部的紧固件。
附图说明
图1示出展示根据本公开的第一示例的将电池模块安装到电池组的示意性截面图。
图2示出展示根据本公开的第一示例的电池组的支撑部的示意性立体图。
图3示出展示根据本公开的一个示例性实施例的电池模块的示意性立体图。
图4示出根据本公开的第一示例的包括电池组的电动车底盘的分解示意性截面图。
图5示出根据本公开的第一示例的包括电池组的电动车底盘的示意性结构截面图。
图6示出展示根据本公开的第一示例的从包括电池组的电动车底盘移除电池模块的示意性截面图。
图7示出展示根据本公开的第二示例的电池组的示意性截面图。
图8示出展示根据本公开的第二示例的从包括电池组的电动车底盘移除电池模块的示意性截面图。
图9示出展示根据本公开的第二示例的从包括电池组的电动车底盘移除电池模块的示意性截面图。
具体实施方式
本公开提供克服用于电动车中的当前电池组的局限性的系统和方法。本公开旨在提供具有便于更换的电池模块的电池组和用于从电动车底盘移除和/或更换电池模块的方法。与当前可用的电池组相比，本公开所提供的电池组具有若干优点，包括：本公开的电池组设有支撑部，每个电池模块可以通过设置在支撑部的底部或侧部中的开口单独地安装在支撑部中，并且由于这种模块化的安装方式，可以从电池组单独地拆卸和更换电池模块，从而使得更换方便，避免大量枯燥且复杂的拆卸工作，并且降低成本。
图1示出展示根据本公开的第一示例的将电池模块103安装到电池组101示意性截面图，该截面图是垂直于电池组的纵向方向截取的。如图1中所示，电动车的电池组101可以包括多个电池模块103和支撑部102，并且多个电池模块103可以安装在支撑部102中。
图2示出展示根据本公开的第一示例的电池组101的支撑部102的示意性立体图。支撑部102的纵向方向(如由图2中的箭头A所示)与电池组101的纵向方向平行。如图2中所示，在一些实施例中，支撑部102设有底部401、顶部402和四个侧部403。底部401、顶部402和侧部403一起形成容纳空间405。底部401可以包括多个开口404，每个开口可以具有在垂直于支撑部102的纵向方向的方向上的宽度D1。侧部403可以由从底部401向上延伸的多个柱形成。顶部402可以位于侧部403上方，并且可以形成有框架结构，诸如形成有连接在一起的四个边缘。
在一些实施例中，电池模块103可以通过开口404从底部401的下侧传递到容纳空间405中。图2中所示的支撑部102包括沿支撑部102的宽度方向(垂直于支撑部102的纵向方向)的两个开口，并且因此，支撑部102可以容纳两排电池模块103，如沿支撑部102的纵向方向可见的那样。在一些实施例中，支撑部102可以容纳多于两排电池模块103。支撑部102通常由轻质高强度材料制成，诸如铝合金、镁合金或者任何其他轻质高强度材料。
在一些实施例中，支撑部102可以仅设有底部401，但是可以没有顶部402和侧部403。然而，顶部402和侧部403可以使得支撑部102更加稳定。在一些实施例中，底部401、顶部402和侧部403也可以由板状材料制成。然而，如图2中所示的框架结构可以减少支撑部的重量。
图3示出展示根据本公开的一个示例性实施例的电池模块103的示意性立体图。电池模块可以提供电能以便对位于电动车中的电机供电。在车辆操作期间，给定电池模块可能失去电势能或电压并且可能需要更换。在车辆操作期间一个电池模块失去电势能的方式可能与另一个电池模块失去电势能的方式不同且无关。
如图3中所示，每个电池模块103可以在其本体的底部的相对侧部上设有第一安装凸缘501和第二安装凸缘502。在一些实施例中，每个电池模块103的本体具有宽度D2，并且第一安装凸缘501和第二安装凸缘502的外边缘之间沿其纵向方向的距离是D3。在一些实施例中，支撑部102的底部401中的每个开口404的宽度D1大于每个电池模块103的本体的宽度D2，并且小于第一安装凸缘501和第二安装凸缘502的外边缘之间沿其纵向方向的距离D3。在将电池模块103安装到支撑部102时，电池模块103被布置成使得其第一安装凸缘501和第二安装凸缘502的纵向方向与支撑部102的纵向方向平行，并且因此，电池模块103的本体能够从开口404的下侧通过开口404，而电池模块103的第一安装凸缘501和第二安装凸缘502不能通过开口404。因此，电池模块103可以通过第一安装凸缘501和第二安装凸缘502安装到支撑部102的底部401。如图1中所示，在将电池模块103安装到支撑部102的底部401之后，第一安装凸缘501和第二安装凸缘502位于支撑部102的底部401下方。
如图1中所示，电池组101还可以包括碳纤维复合层104和保护板105。碳纤维复合层104可以安装在支撑部102的顶部402上方以覆盖容纳在支撑部102中的多个电池模块103。碳纤维复合层104通常由用于隔热并且用于屏蔽EMI(电磁干扰)的耐火材料制成，然而，其他材料也可能适用。保护板105安装在支撑部102的底部401下方以覆盖容纳在支撑部102中的多个电池模块103。保护板105通常由用于保护电池模块103的高强度材料(诸如钛合金、钢等等)制成。
如图3中所示，电池模块103的第一安装凸缘501和第二安装凸缘502可以设有安装孔503，并且如图2中所示，支撑部102的底部401设有多个安装孔406。因此，如图1中所示，可以通过与安装孔匹配的第一紧固件107将电池模块103安装到支撑部102的底部401。此外，如图1中所示，可以分别通过第二紧固件106和第三紧固件108将碳纤维复合层104和保护板105安装到支撑部102。为此目的，如图2中所示，支撑部102的顶部402和底部401设有用于安装碳纤维复合层104和保护板105的安装孔。应理解，可以使用紧固件以外的其他方法来安装电池模块103、碳纤维复合层104和保护板105。
现在将参照图1、图2和图3来描述电池组101的组装过程。在一些实施例中，第一步骤可以包括将电池模块103安装到支撑部102。具体来说，第一步骤可以包括将电池模块102布置成使得电池模块103的第一安装凸缘501和第二安装凸缘502的纵向方向与支撑部102的纵向方向平行。第二步骤可以包括通过支撑部102的底部401中的开口404从开口404的下侧传递电池模块103的本体并且将电池模块103的第一安装凸缘501和第二安装凸缘502中的安装孔503与支撑部102的底部401中的对应安装孔406对准。第三步骤可以包括通过安装孔插入第一紧固件107并且紧固第一紧固件107。因此，在这些步骤之后，电池模块103可以被安装到支撑部102并且可以用与所描述的方式相同的方式来安装其他电池模块。
在将多个电池模块103安装到支撑部102之后，第四步骤可以包括将碳纤维复合层104和保护板105安装到支撑部102。具体来说，第四步骤可以包括通过第二紧固件106将碳纤维复合层104安装在支撑部102的顶部402上方并且通过第三紧固件108将保护板105安装在支撑部102的底部401下方。应理解，根据本公开的第一示例的电池组的组装过程并不限于如以上所描述的次序。例如，可以在将多个电池模块103安装到支撑部102之前将碳纤维复合层104安装在支撑部102的顶部402上方。
从以上描述可以看出，可以用模块化的方式将本公开中的电池模块103安装在电池组101中。因此，可以彼此独立地添加和/或移除多个电池模块103。碳纤维复合层104和保护板105可以彼此独立地安装并且与电池模块独立地安装并且因此可以被单独地移除。
在一些实施例中，根据本公开的电池组构成电动车底盘的一部分。图4示出根据本公开的第一示例的包括电池组101的电动车底盘的分解示意性截面图。图5示出根据本公开的第一示例的包括电池组的电动车底盘的示意性结构截面图。如图4和图5中所示，在一些实施例中，电动车底盘300包括车身底板301、两个侧梁302和电池组101。车身底板301位于电动车的车厢(未示出)下方。两个侧梁302可以沿车身底板301的纵向方向延伸。两个侧梁302中的每一个可以包括上部3021和下部3022并且可以通过上部3021连接到车身底板301的两个相对侧部中的一个。电池组101可以位于车身底板301下方并且可以位于两个侧梁302之间，并且电池组101可以安装到侧梁302的下部3022。在一些实施例中，电池组101的纵向方向与车身底板301的纵向方向平行。
为了使得电池组101能够安装到侧梁302的下部3022，根据本公开的第一示例的电池组101可以在支撑部102的底部401的相对侧部上设有第一安装凸缘4011和第二安装凸缘4012。第一安装凸缘4011和第二安装凸缘4012的纵向方向可以与电池组101的纵向方向平行。两个侧梁302中的每一个可以在其下部3022设有安装孔304，并且支撑部102的第一安装凸缘4011和第二安装凸缘4012还可以设有对应的安装孔，从而使得电池组101可以通过与安装孔匹配的第四紧固件303安装到两个侧梁302的下部3022。应理解，由于电池模块103的第一安装凸缘501和第二安装凸缘502位于支撑部102的底部401下方，所以为了将支撑部102的底部401安装到两个侧梁302的下部3022，电池模块103的第一安装凸缘501和第二安装凸缘502还可以设有用于第四紧固件的安装孔。然而，电池模块103的第一安装凸缘501和第二安装凸缘502可以没有用于第四紧固件的安装孔，前提是支撑部102的第一安装凸缘4011和第二安装凸缘4012的宽度被设置成大于电池模块103的第一安装凸缘501和第二安装凸缘502的宽度。
由于根据本实施例的电池组101被模块化安装，所以在电池模块103发生故障的情况下，可以容易地移除和更换发生故障的电池模块103。以下将描述电池模块103的移除过程。
图6示出展示根据本公开的第一示例的从包括电池组的电动车底盘移除电池模块的示意性截面图。如图6中所示，当电池模块103发生故障并且将被更换时，第一步骤可以是识别由于若干可能原因(包括低电势能)中的一个原因而需要被更换的发生故障的电池模块。下一个步骤可以是从电动车底盘300的下侧移除第三紧固件108以使得可以从支撑部102移除保护层105。接下来，移除发生故障的电池模块103所使用的第一紧固件107以允许从支撑部102的下侧移除发生故障的电池模块103。将备用电池模块103安装在电池组101中的过程是先前的移除过程的逆过程，本文中将不再赘述。
如以上所提及的第一紧固件107、第二紧固件106、第三紧固件108和第四紧固件303可以是现有技术中用于紧固的任何可拆卸的零件和部件，例如螺栓。可以使用不同的紧固件来连接不同的部件以利于部件的移除。
借助于根据本公开的第一示例的电池组的结构和包括该电池组的电动车底盘以及从包括根据本公开的第一示例的电池组的电动车底盘移除电池模块的方法，可以从电动车底盘的下侧从底盘单独地移除发生故障的电池模块103，而不会影响其他电池模块103。也无需全部移除电池组101，且因此可以通过本公开方便地更换任何发生故障的电池模块103。
图7示出展示根据本公开的第二示例的电池组的示意性截面图，其中箭头展示电池模块的安装方向。根据第二示例的电池组101’的结构大体上类似于第一示例中的结构，其中一个差异在于在第一示例中，电池模块103大体通过穿过电池组101的支撑部102的底部401可拆卸地安装在容纳空间405中。在第二示例中，电池模块103’大体通过穿过电池组101’的支撑部102’的侧部403’可拆卸地安装在容纳空间405’中。
具体来说，在支撑部102’的纵向方向上在两个侧部403’中设置多个开口，从而使得多个电池模块103’可以穿过多个开口进入容纳空间405’并且被可拆卸地安装在支撑部102’的底部401’。因此，当组装电池组101’时，可以将电池模块103’从支撑部102’的侧部403’中的开口的旁边穿过开口以进入容纳空间405’，并且随后通过第二紧固件107’将多个电池模块103’可拆卸地安装在支撑部102’的底部401’。应注意，与第一示例不同，根据第二示例，电池模块103’的第一安装凸缘501’和第二安装凸缘502’可以位于支撑部102’的底部401’上方。
由于电池模块103’从侧部403’中的开口进入容纳空间405’，所以当从电池模块103’移除发生故障的电池模块103’时可无需移除保护板105’。因此，在第二示例中，通过第三紧固件108’将保护板105’安装在支撑部102’的底部401’下方的步骤可以在将电池模块103’安装在支撑部102’上的步骤之前或之后。将根据第二示例的电池组101’安装在电动车底盘300’上的方式与根据第一示例的方式相同，本文中将不再赘述。
图8和图9示出展示根据本公开的第二示例的从包括电池组的电动车底盘移除电池模块的示意性截面图。如图8中所示，通过直接移除对应的侧梁302’形成用于移除发生故障的电池模块103’的通道。如图9中所示，包括根据第二示例的电池组101’的电动车底盘的每个侧梁302’设有至少一个可拆卸部分901’。通过移除可拆卸部分901’形成用于移除发生故障的电池模块103’的通道902’。可拆卸部分901’的尺寸可以满足电池模块103’能够通过由移除可拆卸部分901’形成的通道902’而不会影响侧梁302’的支撑强度的要求。可拆卸部分901’的位置可以满足侧梁302’与其他部件的连接或固定不会受到显著影响的要求。
应注意，根据电动车底盘的不同设计要求，可以首先从电动车底盘300’移除电池组101’。随后，可以从电池组101’移除发生故障的电池模块103’并且用新的电池模块103’进行更换。
以上描述的实施例中的技术特征可以进行随意地组合。以上描述是本公开的实施例和附图，而并不用于限制本公开的保护范围。由相同技术手段实施或者涵盖在以下权利要求的内容的保护范围内的任何内容不脱离本公开的范围，而是落入申请人的保护范围内。

Claims (23)

1.一种用于电动车的电池组，所述电池组包括：
多个电池模块；
支撑部，所述支撑部设有用于支撑所述多个电池模块的底部、侧部、顶部以及由所述底部、所述侧部和所述顶部形成用于容纳所述多个电池模块的容纳空间；以及
至少一个开口，所述至少一个开口设置在所述支撑部的所述底部或侧部上以使得所述多个电池模块能够传递过所述至少一个开口并且被可拆卸地安装到所述支撑部的所述底部或侧部以由所述底部或侧部支撑。
2.如权利要求1所述的电池组，进一步包括：
安装在所述支撑部的所述顶部上方以覆盖容纳在所述支撑部中的所述多个电池模块的层。
3.如权利要求2所述的电池组，其中在所述支撑部的所述底部上设置至少一个开口。
4.如权利要求3所述的电池组，进一步包括：
提供在所述多个电池模块中的每一个上的第一和第二安装凸缘，其中所述第一和第二安装凸缘分别布置在所述多个电池模块中的每一个的底部的两个相对侧上，从而使得可以使用所述第一和第二安装凸缘将所述多个电池模块安装到所述支撑部的所述底部，并且其中所述第一和第二安装凸缘安装在所述支撑部的所述底部下方。
5.如权利要求4所述的电池组，其中通过紧固件将所述多个电池模块安装到所述支撑部的所述底部。
6.如权利要求3所述的电池组，进一步包括：
安装在所述支撑部的所述底部下方以覆盖容纳在所述支撑部中的所述多个电池模块的保护板。
7.如权利要求3所述的电池组，其中安装在所述支撑部的所述顶部上方的所述层是碳纤维复合层。
8.一种电动车底盘，包括：
位于电动车的车厢下方的车身底板；
沿所述车身底板的纵向方向延伸的两个侧梁，其中所述两个侧梁中的每一个包括上部和下部并且通过其所述上部连接到所述车身底板的所述两个相对侧部中的一个；
位于所述车身底板下方并且在所述两个侧梁之间的电池组，其中所述电池组包括：
多个电池模块；
支撑部，所述支撑部具备用于支撑所述多个电池模块的底部、侧部、顶部以及由所述底部、所述侧部和所述顶部形成用于容纳所述多个电池模块的容纳空间；以及
至少一个开口，所述至少一个开口设置在所述支撑部的所述底部或侧部上以使得所述多个电池模块能够传递过所述至少一个开口并且被可拆卸地安装到所述支撑部的所述底部或侧部以由所述底部或侧部支撑；以及
其中所述电池组可以被配置成通过所述支撑部的所述底部安装到所述两个侧梁的下部。
9.如权利要求8所述电动车底盘，进一步包括：
安装在所述支撑部的所述顶部上方以覆盖容纳在所述支撑部中的所述多个电池模块的层。
10.如权利要求8所述的电动车底盘，其中设置在所述支撑部上的所述至少一个开口被设置在所述支撑部的所述底部上。
11.如权利要求10所述的电动车底盘，其中所述支撑部的所述底部设有沿所述车身底板的纵向方向延伸的安装凸缘，其中使用所述安装凸缘将所述电池组安装到所述两个侧梁的所述下部。
12.如权利要求11所述的电动车底盘，其中通过紧固件将所述支撑部的所述安装凸缘安装到所述两个侧梁的所述下部。
13.如权利要求10所述的电动车底盘，进一步包括：
设置在所述多个电池模块中的每一个上的第一和第二安装凸缘，其中所述第一和第二安装凸缘分别布置在所述多个电池模块中的每一个的底部的两个相对侧上，从而使得可以使用所述第一和第二安装凸缘将所述多个电池模块安装到所述支撑部的所述底部，并且其中所述第一和第二安装凸缘安装在所述支撑部的所述底部下方。
14.如权利要求13所述的电动车底盘，其中通过紧固件将所述多个电池模块安装到所述支撑部的所述底部。
15.如权利要求10所述的电动车底盘，进一步包括：
安装在所述支撑部的所述底部下方以覆盖容纳在所述支撑部中的所述多个电池模块的保护板。
16.如权利要求10所述的电动车底盘，其中安装在所述支撑部的所述顶部上方的所述层是碳纤维复合层。
17.一种用于更换电动车中的电池模块的方法，所述方法包括：
从电池组中的多个电池模块之中识别第一电池模块，其中所述电池组位于所述电动车内并且包括：
多个电池模块；
支撑部，所述支撑部设有用于支撑所述多个电池模块的底部、侧部、顶部以及由所述底部、所述侧部和所述顶部形成用于容纳所述多个电池模块的容纳空间；以及
至少一个开口，所述至少一个开口设置在所述支撑部的所述底部上以使得所述多个电池模块能够传递过所述至少一个开口并且被可拆卸地安装到所述支撑部的所述底部以由所述底部支撑；
将所述第一电池模块从所述支撑部的所述底部拆卸；
通过将所述第一电池模块传递过所述至少一个开口来将所述第一电池模块从所述支撑部移除；以及
通过将第二电池模块传递过所述至少一个开口传递来将所述第二电池模块插入到所述支撑部；以及
将所述第二电池模块安装到所述支撑部的所述底部。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述第二电池模块具有比所述第一电池模块更高的电势能。
19.如权利要求18所述的方法，进一步包括：
从所述支撑部的所述底部下方移除保护板。
20.如权利要求18所述的方法，进一步包括：
移除配置成将所述第一电池模块安装到所述支撑部的所述底部的紧固件。
21.一种用于电动车的电池组，包括权利要求1至7中的任意一个技术特征或者技术特征的任意组合。
22.一种电动车底盘，包括权利要求8至16中的任意一个技术特征或者技术特征的任意组合。
23.一种用于更换电动车中的电池模块的方法，包括权利要求17至20中的任意一个技术特征或者技术特征的任意组合。
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