CN109216607B - 电池模块 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够承挡与单电池的膨胀相伴的单电池层叠方向的载荷，且同时保护单电池层叠体以免受到来自外部的冲击的影响的电池模块。该电池模块(1)具备：单电池层叠体(2)，其在前后方向上层叠多个单电池(21)而构成；一对端板(3)，它们配置于该单电池层叠体的前表面及后表面；以及一对侧框架(4)，它们配置于单电池层叠体的右表面及左表面，其中，端板具有：内壁(31)，其沿着单电池层叠体延伸；外壁(32)，其从该内壁分离且与内壁对置；连结壁(33)，其将内壁与外壁连结；以及多个中空部(34)，它们通过内壁、外壁及连结壁形成，且沿上下方向延伸。连结壁(33)的厚度(W1)比内壁(31)的厚度(W2)薄。

Description

电池模块
技术领域
本发明涉及一种搭载在电动车辆等上的电池模块。
背景技术
一直以来，在电动车辆等上搭载有电池模块。例如，在专利文献1、2中公开有电池模块，该电池模块具备：单电池层叠体，其在前后方向上层叠多个单电池而构成，且具有前表面、后表面、左表面、右表面、上表面及下表面；一对端板，它们配置于单电池层叠体的前表面及后表面；以及侧框架，其配置于单电池层叠体的左表面及右表面，且将一对端板连结。
在这种电池模块中，因温度变化或时效劣化引起的单电池的膨胀而产生电池模块的单电池层叠方向的载荷(以下，适当称作单电池厚度约束反作用力)。近年来，伴随单电池的高容量化或高能量密度化，处于在单电池内填入更多的活性物质的倾向，因此上述的单电池厚度约束反作用力成为增加趋势。
在先技术文献
专利文献1：日本专利第3426445号公报
专利文献1所示的端板成为具有多个中空部的减重结构，因此能够实现轻量化，但是若为了能够应对单电池厚度约束反作用力的增加而确保刚性，则在从外部受到冲击的情况下，有可能该冲击经由端板向单电池层叠体输入，使单电池层叠体破损。
发明内容
本发明鉴于上述课题而完成，其目的在于提供一种能够承挡与单电池的膨胀相伴的单电池层叠方向的载荷，且同时保护单电池层叠体以免受到来自外部的冲击的影响的电池模块。
用于解决课题的方案
为了实现上述目的，技术方案1所记载的发明为一种电池模块(例如后述实施方式的电池模块1)，其具备：
单电池层叠体(例如后述实施方式的单电池层叠体2)，其在前后方向上层叠多个单电池(例如后述实施方式的单电池21)而构成，且具有前表面、后表面、左表面、右表面、上表面及下表面；
一对端板(例如后述实施方式的端板3)，它们配置于该单电池层叠体的所述前表面及所述后表面；以及
一对侧框架(例如后述实施方式的侧框架4)，它们配置于所述单电池层叠体的所述右表面及所述左表面，其中，
所述端板具有：内壁(例如后述实施方式的内壁31)，其沿着所述单电池层叠体延伸；外壁(例如后述实施方式的外壁32)，其从该内壁分离且与所述内壁对置；连结壁(例如后述实施方式的连结壁33)，其将所述内壁与所述外壁连结；以及多个中空部(例如后述实施方式的中空部34)，它们通过所述内壁、所述外壁及所述连结壁形成，且沿上下方向延伸，
所述连结壁的厚度(例如后述实施方式的厚度W1)比所述内壁的厚度(例如后述实施方式的厚度W2)薄。
技术方案2所记载的发明在技术方案1所记载的电池模块的基础上，其中，
所述连结壁的厚度比所述外壁的厚度(例如后述实施方式的厚度W3)薄。
技术方案3所记载的发明在技术方案1或2所记载的电池模块的基础上，其中，
所述端板在左右方向上隔着中央端板部(例如后述实施方式的中央端板部35)而具有左端板部(例如后述实施方式的左端板部36L)及右端板部(例如后述实施方式的右端板部36R)，
所述中央端板部通过所述中空部而具有桁架结构。
技术方案4所记载的发明在技术方案1至3中任一项所记载的电池模块的基础上，其中，
所述端板在左右方向上隔着中央端板部(例如后述实施方式的中央端板部35)而具有左端板部(例如后述实施方式的左端板部36L)及右端板部(例如后述实施方式的右端板部36R)，
所述中央端板部的前后方向的宽度(例如后述实施方式的宽度W4)比所述左端板部及所述右端板部的所述前后方向的宽度(例如后述实施方式的宽度W5)大。
技术方案5所记载的发明在技术方案3或4所记载的电池模块的基础上，其中，
所述左端板部及所述右端板部具有实心部(例如后述实施方式的实心部36a)，
所述一对侧框架分别具有侧框架主体(例如后述实施方式的侧框架主体41)和从所述侧框架主体回绕到所述单电池层叠体的所述前表面及所述后表面的前回绕部(例如后述实施方式的前回绕部42F)及后回绕部(例如后述实施方式的后回绕部42R)，
所述前回绕部及所述后回绕部分别具有固定于所述端板的前固定部(例如后述实施方式的前固定部43F)及后固定部(例如后述实施方式的后固定部43R)，
所述前固定部及所述后固定部固定于在所述端板的所述左端板部及所述右端板部设置的所述实心部。
技术方案6所记载的发明在技术方案5所记载的电池模块的基础上，其中，
将所述端板与所述前固定部及所述后固定部紧固连结的紧固连结部件(例如后述实施方式的螺栓B)的端面在前后方向上位于比所述中央端板部的最外表面靠所述单电池层叠体侧的位置。
技术方案7所记载的发明在技术方案1至6中任一项所记载的电池模块的基础上，其中，
在所述内壁上具有固定于对所述电池模块进行支承的结构体的结构体固定部(例如后述实施方式的结构体固定部37)。
技术方案8所记载的发明在技术方案7所记载的电池模块的基础上，其中，
所述端板在左右方向上隔着中央端板部(例如后述实施方式的中央端板部35)而具有左端板部(例如后述实施方式的左端板部36L)及右端板部(例如后述实施方式的右端板部36R)，
所述中央端板部的前后方向的宽度(例如后述实施方式的宽度W4)比所述左端板部及所述右端板部的所述前后方向的宽度(例如后述实施方式的宽度W5)大，
所述一对侧框架分别具有侧框架主体(例如后述实施方式的侧框架主体41)和从所述侧框架主体回绕到所述单电池层叠体的所述前表面及所述后表面的前回绕部(例如后述实施方式的前回绕部42F)及后回绕部(例如后述实施方式的后回绕部42R)，
所述前回绕部及所述后回绕部分别具有固定于所述端板的前固定部(例如后述实施方式的前固定部43F)及后固定部(例如后述实施方式的后固定部43R)，
所述前固定部及所述后固定部固定于所述端板的所述左端板部及所述右端板部，
所述结构体固定部在前后方向上位于比所述前固定部及所述后固定部靠所述单电池层叠体侧的位置。
技术方案9所记载的发明在技术方案1至8中任一项所记载的电池模块的基础上，其中，
所述单电池层叠体具备外部连接用端子(例如后述实施方式的外部连接用端子23)，
在所述内壁上具有固定所述外部连接用端子的端子固定部(例如后述实施方式的端子固定部38)。
技术方案10所记载的发明在技术方案9所记载的电池模块的基础上，其中，
所述端板在左右方向上隔着中央端板部(例如后述实施方式的中央端板部35)而具有左端板部(例如后述实施方式的左端板部36L)及右端板部(例如后述实施方式的右端板部36R)，
所述中央端板部的前后方向的宽度(例如后述实施方式的宽度W4)比所述左端板部及所述右端板部的所述前后方向的宽度(例如后述实施方式的宽度W5)大，
所述一对侧框架分别具有侧框架主体(例如后述实施方式的侧框架主体41)和从所述侧框架主体回绕到所述单电池层叠体的所述前表面及所述后表面的前回绕部(例如后述实施方式的前回绕部42F)及后回绕部(例如后述实施方式的后回绕部42R)，
所述前回绕部及所述后回绕部分别具有固定于所述端板的前固定部(例如后述实施方式的前固定部43F)及后固定部(例如后述实施方式的后固定部43R)，
所述前固定部及所述后固定部固定于所述端板的所述左端板部及所述右端板部，
所述端子固定部在前后方向上位于比所述前固定部及所述后固定部靠所述单电池层叠体侧的位置。
发明效果
根据技术方案1的发明，端板具有：内壁，其沿着单电池层叠体延伸；外壁，其从内壁分离且与内壁对置；连结壁，其将内壁与外壁连结；以及中空部，其通过内壁、外壁及连结壁形成，且沿上下方向延伸，连结壁的厚度比内壁的厚度薄，因此通过连结壁的变形能够保护单电池层叠体，以免受到来自外部的冲击的影响。并且，通过加厚内壁能够防止单电池层叠体的变形。
根据技术方案2的发明，连结壁的厚度比内壁及外壁的厚度薄，因此能够通过外壁承受来自外部的冲击，且通过内壁保护单电池层叠体，并且通过连结壁的变形吸收来自外部的冲击。
根据技术方案3的发明，中央端板部通过中空部而具有桁架结构，因此能够成为轻量且抗变形强的结构。
根据技术方案4的发明，中央端板部的前后方向的宽度比左端板部及右端板部的前后方向的宽度大，因此与恒定宽度的端板比较，能够更轻量地提高弯曲强度、弯曲刚性。
根据技术方案5的发明，侧框架的前固定部及后固定部固定于在端板的左端板部及右端板部设置的实心部，因此能够通过端板的高刚性部分牢固地固定侧框架。
根据技术方案6的发明，将端板与前固定部及后固定部紧固连结的紧固连结部件的端面在前后方向上位于比中央端板部的最外表面靠单电池层叠体侧的位置，因此不仅能够避免紧固连结部件的伸出，还能够通过端板的外壁承受来自外部的冲击。
根据技术方案7的发明，即使在从外部受到冲击的情况下，内壁的移动也通过连结壁的变形而被抑制，因此通过在内壁设置结构体固定部，还能够抑制结构体固定部的移动。
根据技术方案8的发明，结构体固定部在前后方向上位于比侧框架的前固定部及后固定部靠单电池层叠体侧的位置，因此在来自外部的冲击传递到结构体固定部之前，能够由固定有侧框架的前固定部及后固定部的端板的左端板部及右端板部承受冲击。
根据技术方案9的发明，即使在从外部承受冲击的情况下，内壁的移动也通过连结壁的变形而被抑制，因此通过在内壁设置端子固定部，还能够抑制端子固定部的移动。
根据技术方案10的发明，端子固定部在前后方向上位于比侧框架的前固定部及后固定部靠单电池层叠体侧的位置，因此在来自外部的冲击传递到端子固定部之前，能够由固定有侧框架的前固定部及后固定部的端板的左端板部及右端板部承受冲击。
附图说明
图1是从斜上方观察本发明的第一实施方式所涉及的电池模块的立体图。
图2是本发明的第一实施方式所涉及的电池模块的俯视图。
图3是图2的局部放大图。
图4是表示本发明的第二实施方式所涉及的电池模块的端板的俯视图。
图5是本发明的第三实施方式所涉及的电池模块的主要部分俯视图。
附图标记说明：
1、1B、1C 电池模块；
2 单电池层叠体；
21 单电池；
23 外部连接用端子；
3、3B、3C 端板；
31 内壁；
32 外壁；
33 连结壁；
34 中空部；
35 中央端板部；
36L 左端板部；
36R 右端板部；
36a 实心部；
37 结构体固定部；
38、38B 端子固定部；
39 端子固定部；
3B 端板；
3C 端板；
4 侧框架；
41 侧框架主体；
42F 前回绕部；
42R 后回绕部；
43F 前固定部；
43R 后固定部；
B 螺栓(紧固连结部件)。
具体实施方式
以下，基于附图对本发明的电池模块的各实施方式进行说明。需要说明的是，附图沿附图标记的朝向观察。
[第一实施方式]
如图1～图3所述，本发明的第一实施方式所涉及的电池模块1具备：单电池层叠体2，其在前后方向上层叠多个单电池21而构成，且具有前表面、后表面、左表面、右表面、上表面及下表面；一对端板3，它们配置于单电池层叠体2的前表面及后表面；以及一对侧框架4，它们配置于单电池层叠体2的左表面及右表面，且将一对端板3连结。
需要说明的是，在本说明书等中为了使说明简单且明确，将单电池21的层叠方向定义为前后方向，将与单电池21的层叠方向正交的方向定义为左右方向及上下方向，这与搭载有电池模块1的产品的前后方向等无关。即，在电池模块搭载于车辆的情况下，单电池21的层叠方向既可以与车辆的前后方向一致，也可以为车辆的上下方向、左右方向，还可以为从这些方向倾斜的方向。附图中，将电池模块1的前方表示为Fr、后方表示为Rr、左侧表示为L、右侧表示为R、上方表示为U、下方表示为D。
(单电池层叠体)
单电池层叠体2通过将多个单电池21和多个绝缘部件22沿前后方向交替层叠而构成。在单电池层叠体2的前表面及后表面上以隔着绝缘部件22的绝缘状态配置有一对端板3，在单电池层叠体2的左表面及右表面上分别以隔着少许间隙的绝缘状态配置有一对侧框架4。
已知单电池21因温度变化或时效劣化而膨胀的情况。单电池21具有上下方向的长度比前后方向的长度长且左右方向的长度比上下方向的长度长的长方体形状。因此，单电池21的前表面及后表面的面积远大于左表面、右表面、上表面及下表面的面积，在单电池21的前表面及后表面，在其左右方向中央部及上下方向中央部容易膨胀。
在单电池层叠体2的上表面配置有与单电池21的端子21a电连接的多个母线(未图示)。在母线中包含有用于将单电池21的端子21a彼此连接的部分、用于将单电池21的端子21a与外部连接用端子23连接的部分。若单电池21的端子21a与外部连接用端子23的位置发生相对变化，则有可能产生连接不良。因此，外部连接用端子23需要固定于与单电池21的端子21a的位置不会发生相对变化的位置。本实施方式中，将外部连接用端子23固定于端板3，并且，基于后述的端板结构来抑制外部连接用端子23的移动。
(侧框架)
一对侧框架4具备：沿着单电池层叠体2的左表面或右表面的侧框架主体41；以及从侧框架主体41的前端及后端回绕到前侧的端板3的前表面及后侧的端板3的后表面的前回绕部42F及后回绕部42R。并且，前回绕部42F及后回绕部42R分别具备固定于端板3的前固定部43F及后固定部43R。
前固定部43F及后固定部43R具有供螺栓B穿过的圆孔，通过将穿过该圆孔的螺栓B拧入端板3，从而前回绕部42F及后回绕部42R固定于端板3。需要说明的是，本实施方式的侧框架4通过对金属板材进行冲压加工而形成，但也可以使用铝挤压材料而形成。
(端板)
一对端板3分别经由绝缘部件22与单电池层叠体2的前表面及后表面抵接，来承挡单电池层叠体2的单电池层叠方向的载荷(以下，也适当称作单电池厚度约束反作用力)。单电池层叠体2的单电池层叠方向的载荷主要由温度变化或时效劣化导致的单电池21的膨胀所引起，如上所述，在单电池21的前表面及后表面上，在其左右方向中央部及上下方向中央部容易膨胀，因此向端板3的左右方向中央部及上下方向中央部输入有较大的载荷。
端板3例如使用铝挤压材料而形成，且具有：内壁31，其沿着单电池层叠体2的前表面及后表面延伸；外壁32，其从该内壁31分离且与内壁31对置；连结壁33，其将内壁31与外壁32连结；以及多个中空部34，它们通过内壁31、外壁32及连结壁33形成，且沿上下方向延伸。
连结壁33的厚度W1设定为比内壁31的厚度W2及外壁32的厚度W3薄。由此，能够通过比连结壁33厚的内壁31保护单电池层叠体2，同时通过比连结壁33厚的外壁32承受来自外部的冲击，且通过连结壁33的变形吸收该冲击。
端板3在左右方向上隔着中央端板部35而具备左端板部36L及右端板部36R。中央端板部35具有多个中空部34，通过使这些中空部34为三角形，从而使中央端板部35成为桁架结构。桁架结构是指以三角形为单位组成的结构，能够将施加于结构物的力简化为仅压缩力和拉伸力这样的轴向力来负担，一般来说为轻量且抗变形强的结构。因此，中央端板部35通过桁架结构成为轻量且抗变形强的结构。
中央端板部35的前后方向的宽度W4比左端板部36L及右端板部36R的前后方向的宽度W5大。具体而言，端板3的与单电池层叠体2抵接的内侧的面平坦，与此相对，端板3的不与单电池层叠体2抵接的外侧的面成为中央端板部35向外侧鼓出的形状。由此，与恒定宽度的端板比较，能够更轻量地提高弯曲强度、弯曲刚性，尤其是从单电池层叠体2受到单电池层叠方向的大的载荷的中央端板部35的弯曲强度、弯曲刚性提高。
另一方面，左端板部36L及右端板部36R具有实心部36a，侧框架4的前固定部43F及后固定部43R固定于左端板部36L及右端板部36R的实心部36a，由此，能够通过端板3的高刚性部分牢固地固定侧框架4。
将端板3与侧框架4的前固定部43F及后固定部43R紧固连结的螺栓B的端面在前后方向上位于比中央端板部35的最外表面靠单电池层叠体2侧的位置。由此，不仅能够避免螺栓B向前后方向的伸出，还能够通过端板3的外壁32承受来自外部的冲击。
另外，在端板3上设有经由螺栓等固定件固定于对电池模块1进行支承的结构体的结构体固定部37、以及经由螺钉24固定外部连接用端子23的端子固定部38、39。本实施方式的结构体固定部37由将端板3的左右两端部(左端板部36L及右端板部36R)沿上下方向贯通的圆孔构成，本实施方式的一侧的端子固定部38由将端板3的左右中央部(中央端板部35的内壁31)沿上下方向贯通的圆孔构成，本实施方式的另一侧的端子固定部39由在端板3的左右一端部(左端板部36L)加工的有底的圆孔构成。
端子固定部38从中央端板部35的内壁31向中空部34内突出形成。根据这样的端子固定部38，即使在从外部受到冲击的情况下，内壁31的移动也通过连结壁33的变形而被抑制，因此还能够抑制设置于内壁31的端子固定部38的移动。需要说明的是，端子固定部38还能够作为结构体固定部来利用。并且，也可以在内壁31上与端子固定部38分开设置结构体固定部。
端子固定部38、39在前后方向上位于比侧框架4的前固定部43F及后固定部43R靠单电池层叠体2侧的位置。由此，在来自外部的冲击传递到端子固定部38、39之前，能够由固定有侧框架的前固定部43F及后固定部43R的端板3的左端板部36L及右端板部36R承受冲击。
如以上说明的那样，根据本实施方式的电池模块1，端板3具有：内壁31，其沿着单电池层叠体2延伸；外壁32，其从内壁31分离且与内壁31对置；连结壁33，其将内壁31与外壁32连结；以及中空部34，其通过内壁31、外壁32及连结壁33形成，且沿上下方向延伸，连结壁33的厚度W1比内壁31的厚度W2薄，因此能够通过连结壁33的变形来保护单电池层叠体2，以免受到来自外部的冲击的影响。并且，通过加厚内壁31能够防止单电池层叠体2的变形。
并且，连结壁33的厚度W1比内壁31及外壁32的厚度W2、W3薄，因此能够通过外壁32承受来自外部的冲击，且通过内壁31保护单电池层叠体2，并且通过连结壁33的变形吸收来自外部的冲击。
并且，中央端板部35通过中空部34具有桁架结构，因此能够成为轻量且抗变形强的结构。
并且，中央端板部35的前后方向的宽度W4比左端板部36L及右端板部36R的前后方向的宽度W5大，因此与恒定宽度的端板比较，能够更轻量地提高弯曲强度、弯曲刚性。
并且，侧框架4的前固定部43F及后固定部43R固定于在端板3的左端板部36L及右端板部36R设置的实心部36a，因此能够通过端板3的高刚性部分牢固地固定侧框架4。
并且，将端板3与前固定部43F及后固定部43R紧固连结的螺栓B的端面在前后方向上位于比中央端板部35的最外表面靠单电池层叠体2侧的位置，因此不仅能够避免螺栓B的伸出，还能够通过端板3的外壁32承受来自外部的冲击。
并且，即使在从外部受到冲击的情况下，内壁31的移动也通过连结壁33的变形而被抑制，因此通过在内壁31上设置端子固定部38，还能够抑制端子固定部38的移动。
并且，端子固定部38、39在前后方向上位于比侧框架4的前固定部43F及后固定部43R靠单电池层叠体2侧的位置，因此在来自外部的冲击传递到端子固定部38、39之前，能够由固定有侧框架4的前固定部43F及后固定部43R的端板3的左端板部36L及右端板部36R承受冲击。
需要说明的是，如上所述，可以代替在内壁31上设置端子固定部38，而将结构体固定部37与端子固定部38一起设置于内壁31。此时，即使在从外部受到冲击的情况下，内壁31的移动也通过连结壁33的变形而被抑制，因此还能够抑制结构体固定部37的移动。另外，在来自外部的冲击传递到结构体固定部37之前，能够由固定有侧框架4的前固定部43F及后固定部43R的端板3的左端板部36L及右端板部36R承受冲击。
[第二实施方式]
接着，参照图4对本发明的第二实施方式所涉及的电池模块进行说明。但是，仅说明与第一实施方式的不同点，关于与第一实施方式共用的结构，通过使用与第一实施方式相同的附图标记，来引用第一实施方式的说明。
如图4所示，第二实施方式所涉及的电池模块1B与第一实施方式的不同点在于，在端板3B上设置的端子固定部38B利用将内壁31与两个连结壁33连结的部分来设置。
[第三实施方式]
如图5所示，第三实施方式所涉及的电池模块1C与第一实施方式的不同点在于，端板3C在左右方向的整个区域具有相同的前后宽度、以及外壁32与端子固定部38由连结壁33连结。
需要说明的是，本发明并不限定于上述实施方式，能够适当进行变形、改良等。

Claims (8)

1.一种电池模块，其具备：
单电池层叠体，其在前后方向上层叠多个单电池而构成，且具有前表面、后表面、左表面、右表面、上表面及下表面；
一对端板，它们配置于该单电池层叠体的所述前表面及所述后表面；以及
一对侧框架，它们配置于所述单电池层叠体的所述右表面及所述左表面，其中，
所述端板具有：内壁，其沿着所述单电池层叠体延伸；外壁，其从该内壁分离且与所述内壁对置；以及连结壁，其将所述内壁与所述外壁连结，
所述端板在左右方向上隔着中央端板部而具有左端板部及右端板部，
所述连结壁的厚度比所述内壁的厚度薄，
所述中央端板部具有多个中空部，所述多个中空部通过所述内壁、所述外壁及所述连结壁形成，且沿上下方向延伸，
所述左端板部及所述右端板部具有实心部，
所述中央端板部通过所述中空部而具有桁架结构，
所述一对侧框架分别具有侧框架主体和从所述侧框架主体回绕到所述单电池层叠体的所述前表面及所述后表面的前回绕部及后回绕部，
所述前回绕部及所述后回绕部分别具有固定于所述端板的前固定部及后固定部，
所述前固定部及所述后固定部固定于在所述端板的所述左端板部及所述右端板部设置的所述实心部。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其中，
所述连结壁的厚度比所述外壁的厚度薄。
3.根据权利要求1所述的电池模块，其中，
所述中央端板部的前后方向的宽度比所述左端板部及所述右端板部的所述前后方向的宽度大。
4.根据权利要求1所述的电池模块，其中，
将所述端板与所述前固定部及所述后固定部紧固连结的紧固连结部件的端面在前后方向上位于比所述中央端板部的最外表面靠所述单电池层叠体侧的位置。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的电池模块，其中，
在所述内壁上具有固定于对所述电池模块进行支承的结构体的结构体固定部。
6.根据权利要求5所述的电池模块，其中，
所述中央端板部的前后方向的宽度比所述左端板部及所述右端板部的所述前后方向的宽度大，
所述结构体固定部在前后方向上位于比所述前固定部及所述后固定部靠所述单电池层叠体侧的位置。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的电池模块，其中，
所述单电池层叠体具备外部连接用端子，
在所述内壁上具有固定所述外部连接用端子的端子固定部。
8.根据权利要求7所述的电池模块，其中，
所述中央端板部的前后方向的宽度比所述左端板部及所述右端板部的所述前后方向的宽度大，
所述端子固定部在前后方向上位于比所述前固定部及所述后固定部靠所述单电池层叠体侧的位置。
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