CN109962183B - 电池盖板组件、单体电池、电池模组、动力电池包和电动汽车 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电池盖板组件、使用该电池盖板组件的单体电池、包括该单体电池的电池模组、包括该电池模组的动力电池包和包括该动力电池包的电动汽车。该电池盖板组件包括盖板、密封腔、用于连接电池内部电流的电极内端子和用于引出电流的电极外端子，第一密封腔内填充有氮气或惰性气体，在正常状态下，所述第一密封腔内的压力大于第二密封腔内的压力，使导电变形部与所述电极内端子电连接；所述第二密封腔内含有能产生气体且可逆的介质，在电池异常时，介质产生气体能作用导电变形部使导电变形部与所述电极内端子断开电连接，能够提升电池安全性且能重复使用。

Description

电池盖板组件、单体电池、电池模组、动力电池包和电动汽车

技术领域

本发明涉及电池领域，具体地，涉及一种电池盖板组件、使用该电池盖板组件的单体电池、包括该单体电池的电池模组、包括该电池模组的动力电池包和包括该动力电池包的电动汽车。

背景技术

锂离子电池不仅可以作为各种便携式设备的动力源，还可以作为混合动力车和纯电动车的核心部件之一，其安全性能日益为汽车厂家和电池厂家所重视。

现有解决电池安全性能的有效手段之一是在电池盖板上装设CID（CurrentInterrupt Device，电流中断装置），其是在电池内设置有感应气压的拉断结构，电池在热失控等极端情况下，内部电解液及电极材料之间的反应会使得电池内部产生大量气体，当电池内部气体增多导致内部压力增大，增大的压力使得拉断结构中的翻转片往外翻转，从而拉断具有局部减薄的断裂片。但其存在的不足主要有：1、在电池过充初期，电池内部产生的气体较少，无法及时断开拉断结构；2、当电池内部压力较高时，此时电池已经发生热失控现象，即使断开拉断结构也起不到保护电池的作用；3、当电池拉断压力较大时，启动压力增加，无法及时断开拉断结构；而当拉断压力较小时，拉断结构可能在电池注液、高温存放时就断开。4、安全装置一旦启动，整个电池报废，不能再次使用。因此，此种设计的目的是防止极端情况下的爆炸等安全隐患，并不能较早的预防失效的发生，也不能在误启动的情况下，让电池再次作用，使其在动力电池中应用受限。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题，提供一种能够提升电池安全性且能重复使用的电池盖板组件、使用该电池盖板组件的单体电池、包括该单体电池的电池模组、包括该电池模组的动力电池包和包括该动力电池包的电动汽车。

本发明的第一个目的是提供电池盖板组件，其包括盖板、密封腔、用于连接电池内部电流的电极内端子和用于引出电流的电极外端子，所述密封腔至少部分位于盖板下方；所述密封腔包括封闭的第一密封腔及第一密封腔外的第二密封腔；所述第一密封腔包括封闭的第一密封腔壁，所述第一密封腔壁含导电变形部；所述电极外端子一端延伸入第一密封腔内或与第一密封腔壁连接，所述电极内端子和电极外端子通过导电变形部电连接；所述第一密封腔内填充有氮气或惰性气体，在正常状态下，所述第一密封腔内的压力大于第二密封腔内的压力，使导电变形部与所述电极内端子电连接；所述第二密封腔内含有能产生气体且可逆的介质，在电池异常时，介质产生气体能作用导电变形部使导电变形部与所述电极内端子断开电连接。

可选的，第一密封腔内的压力比第二密封腔内的压力大0.1KPa-5KPa。

可选的，第二密封腔内填充有氮气或惰性气体，正常状态下，使第二密封腔内的压力与大气压相当。

可选的，介质能在第一预定温度阀值时产生气体，所述第一预定温度阀值为45-60℃。

可选的，介质为在第一预定温度阀值能汽化的液体。

可选的，介质为消防灭火液，所述消防灭火液为全氟己酮。

可选的，第二密封腔的第二密封腔壁至少部分材料为能在第二预定温度阀值熔融的高分子膜。

可选的，第二预定温度阀值为150-180℃。

可选的高分子膜选自聚丙烯膜、聚乙烯膜、聚苯乙烯膜或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物膜中的一种或几种。

可选的，第二密封腔的第二密封腔底壁包括依次叠置的第一网状支撑件、高分子膜、第二网状支撑件。

可选的，第一密封腔位于密封腔内，所述第二密封腔环绕第一密封腔。

可选的，导电变形部将密封腔分隔成第一密封腔和第二密封腔，所述第一密封腔位于第二密封腔上方。

可选的，第一密封腔壁导电，所述电极外端子与第一密封腔壁连接。

可选的，密封腔位于盖板下方；所述第一密封腔壁包括第一密封腔顶壁、第一密封腔侧壁及含有导电变形部的第一密封腔底壁，所述电极外端子与第一密封腔顶壁连接。

可选的，第一密封腔顶壁与盖板间设置有第一绝缘件。

可选的，盖板上形成有供所述电极外端子穿过的通孔，所述电极外端子贯穿所述通孔；所述电极外端子与盖板间设置有第二绝缘件，所述第一绝缘件与第二绝缘件一体成型。

可选的，第一密封腔侧壁上还设有第三绝缘件，所述第一绝缘件、第二绝缘件、第三绝缘件一体成型。

可选的，第二密封腔的第二密封腔侧壁材料选自聚丙烯、聚乙烯或陶瓷中的一种或几种。

可选的，第二密封腔的第二密封腔侧壁与第一绝缘件、第二绝缘件、第三绝缘件一体成型。

可选的，电极内端子一端延伸入第二密封腔内与导电变形部电连接。

本发明的第二个目的是提供一种单体电池，该单体电池包括外壳、容纳于该外壳内的电芯，其中，单体电池还包括上述电池盖板组件，所述盖板封装所述外壳，所述电芯与所述电极内端子电连接。

本发明的第三个目的是提供一种电池模组，该电池模组内设置有上述单体电池。

本发明的第四个目的是提供一种动力电池包，包括包体和设置在该包体内的电池模组，其中，电池模组为上述电池模组。

本发明的第五个目的是提供一种电动汽车，该电动汽车设置有上述动力电池包。

本发明通过在电极外端子下设置密封腔，密封腔中设置第一密封腔和第二密封腔，第一密封腔内填充有氮气或惰性气体，在正常状态下，第一密封腔内的压力大于第二密封腔内的压力，依靠此压力，导电变形部与所述电极内端子电连接。在第二密封腔内设有能在第一预定温度阀值产生气体且可逆的介质，电池发生异常，电池内部温度达到第一预定温度阀值，介质产生气体，第二密封腔内压力增大，当第二密封腔内压力超过第一密封腔内压力时，推动导电变形部翻转，使导电变形部与所述电极内端子断开电连接，从而回路被拉断，电池终止充放电，对电池进行保护，提高了安全装置的灵敏度，可以及时建立气压，从而及时拉断回路，提升电池的安全性。当电池温度下降到第一预定温度阀值以下时，第二密封腔内发生逆向反应例如逆向相变，气体又变成介质，第二密封腔内的压力减小，恢复，第一密封腔内的压力大于第二密封腔内的压力，导电变形部与电极内端子重新连接，使电池可重复利用。同时，本发明进一步优选的方案，在极端情况下还可以起到灭火作用，防止热失控。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。

图1是本发明一种实施方式的电池盖板组件剖面局部结构示意图。

1-盖板；2-电极外端子；3-电极内端子；

4-密封腔；41-第一密封腔；42-第二密封腔；

411-第一密封腔顶壁；412-第一密封腔侧壁；

421-第二密封腔侧壁；422-第二密封腔底壁；4221-高分子膜；4222-第一网状支撑件；4223-第二网状支撑件；

5-导电变形部；

61-第二绝缘件；62-第一绝缘件；63-第三绝缘件。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是以相应附图的图面方向为基准定义的，“内、外”是指相应部件轮廓的内和外。

如图1所示，本发明提供了电池盖板组件、使用该电池盖板组件的单体电池、使用该单体电池的电池模组、使用该电池模组的动力电池包和使用该动力电池包的电动汽车的技术方案。其中电池盖板组件设置在单体电池上，多个单体电池通过串联或并联成电池模组，并可以置于电池包内而形成动力电池包。此外，除动力电池包领域外，本发明中提供的各种技术方案还可以广泛应用于其他的电池领域中。另外，本发明中的电池盖板组件既可以为能够装配到单体电池的壳体上以构成单体电池的组件总成，也可以为与单体电池内的例如电芯的其他部分构成不可分割的整体结构的局部结构，本公开对此不作限制，均属于本发明的保护范围之中。

为了清楚本发明的技术方案，本发明通过如下实施方式进行说明。但不限于如下实施方式，并且各个实施方式中的特征可以继续任意组合或替换。

如附图1所示，本发明的电池盖板组件，包括盖板1、密封腔4、用于连接电池内部电流的电极内端子3和用于引出电流的电极外端子2，一般电极内端子3用于与电芯电连接，电极外端子2用于与其他单体电池或电池模组或外部负载等相连，实现单体电池的电芯的电流的输入和输出。

密封腔4至少部分位于盖板1下方，当组装成电池时，位于电池内部，用于感应电池内部温度，密封腔4可以整体位于盖板1下方，也可以部分位于盖板1下方，例如，可以部分位于盖板1上或者延伸出盖板1。

其中，密封腔4包括封闭的第一密封腔41及第一密封腔41外的第二密封腔42。第一密封腔41的第一密封腔壁可以为独立的封闭体系，也可以采用密封腔4的部分腔壁。具体的，一种实施方式，第一密封腔41位于密封腔4内，第二密封腔42环绕第一密封腔41，即第一密封腔41具有独立的封闭体系，第二密封腔42包裹第一密封腔41，优选，第一密封腔41位于密封腔4内的上方部分便于电极外端子2与第一密封腔41连接，便于第二密封腔42内的气体作用断开电极内端子3和电极外端子2的电连接。第二种实施方式，第一密封腔41的第一密封腔底壁将密封腔4分隔成第一密封腔41和第二密封腔42，即密封腔4被第一密封腔41的第一密封腔底壁分成两部分，第一密封腔41的第一密封腔底壁也为第二密封腔42的第二密封腔顶壁，即第一密封腔壁采用了密封腔4的部分腔壁，优选，第一密封腔41位于第二密封腔42的上方，便于电极外端子2与第一密封腔41连接，便于第二密封腔42内的气体作用断开电极内端子3和电极外端子2的电连接。

第一密封腔41包括封闭的第一密封腔壁，所述第一密封腔壁含导电变形部5，所述电极外端子2一端延伸入第一密封腔41内或与第一密封腔壁连接，电极内端子3和电极外端子2通过导电变形部5电连接，导电变形部5在压力作用下能变形来实现电极内端子和3电极外端子2的通断。电极外端子2可以一端延伸入第一密封腔41内与导电变形部5直接或间接连接来实现与导电变形部5的电连接；也可以第一密封腔壁导电，通过连接第一密封腔壁来实现与导电变形部5的电连接。同样电极内端子3与导电变形部5的连接，可以采用各种方式，只要实现电连接即可，本发明的具体实施例中，电极内端子3可以一端延伸入第二密封腔42内与导电变形部5电连接。

本发明的具体实施例中，如附图1所示，优选，第一密封腔41的第一密封腔底壁为导电变形部5，通过导电变形部5将密封腔4分隔成第一密封腔41和第二密封腔42，第一密封腔41位于第二密封腔42上方。导电变形部5本发明具体可以为薄金属片，正常状态下，薄金属片下凸，压力下下凸部与电极内端子3连接；电池异常时，第二密封腔42内的压力使薄金属片上凸，从而拉断与电极内端子3的连接。优选，第一密封腔壁导电如采用金属等，电极外端子2与第一密封腔壁直接连接而实现与导电变形部5电连接。更进一步的结构，如附图1所示，密封腔4整体位于盖板1下方，第一密封腔壁包括第一密封腔顶壁411、第一密封腔侧壁412及含有导电变形部5的第一密封腔底壁，所述电极外端子2与第一密封腔顶壁411连接。为防止电池内部短路，优选，第一密封腔顶壁411与盖板1间设置有第一绝缘件62。当密封腔4整体位于盖板1下方时，盖板1上形成有供所述电极外端子2穿过的通孔，所述电极外端子2贯穿所述通孔引出电池内部电流，优选，电极外端子2与盖板1间设置有第二绝缘件61，所述第一绝缘件62与第二绝缘件61一体成型。进一步的，为防止短路，第一密封腔侧壁412上还设有第三绝缘件63，所述第一绝缘件62、第二绝缘件61、第三绝缘件63一体成型，便于装配。同时，第二密封腔42的第二密封腔侧壁421材料可以选自聚丙烯、聚乙烯或陶瓷中的一种或几种，即直接采用绝缘材料，此时，进一步优选第二密封腔42的第二密封腔侧壁421与第一绝缘件62、第二绝缘件61、第三绝缘件63一体成型。第二密封腔42的第二密封腔侧壁421、第一绝缘件62、第二绝缘件61、第三绝缘件63的材料可以相同也可以不同，例如第二绝缘件61可以选用陶瓷，第二密封腔42的第二密封腔侧壁421、第一绝缘件62、第三绝缘件63的材料可以选用塑料、橡胶等，优选，第二密封腔42的第二密封腔侧壁421与第一绝缘件62、第二绝缘件61、第三绝缘件63均为塑料，然后一体成型。

第一密封腔41内填充有氮气或惰性气体，在正常状态下，所述第一密封腔41内的压力大于第二密封腔42内的压力，使导电变形部5与所述电极内端子3电连接。电池型号不同，第一密封腔41内的压力与第二密封腔42内的压力差值不同，本发明优选，第一密封腔41内的压力比第二密封腔42内的压力大0.1KPa-5KPa，使电池正常状态下，导电变形部5与电极内端子3稳固连接，电池异常状态下，又能较易实现导电变形部5与电极内端子3的快速断开。

第二密封腔42内含有能产生气体且可逆的介质，在电池异常时，介质产生气体能作用导电变形部5使导电变形部5与所述电极内端子3断开电连接，具体的，介质产生的气体能推动导电变形部5发生变形，因第二密封腔42内部压力大于第一密封腔41内部压力，而将导电变形部5推向第一密封腔41，从而断开导电变形部5与所述电极内端子3的连接。能产生气体且可逆的介质是指在电池异常时，温度达到危险温度时能产生气体，当电池恢复正常，温度降到正常温度时又能恢复成原始状态，使第二密封腔42内的压力恢复成原始压力，第一密封腔41的压力又使导电变形部5与电极内端子3连接。其中，优选，第二密封腔42内填充有氮气或惰性气体，正常状态下，使第二密封腔42内的压力与大气压相当，能进一步保证密封腔4内压力平衡，不受电池内部压力影响，同时也能避免极端情况下带来副反应。

优选，介质能在第一预定温度阀值时产生气体，电池型号不同，第一预定温度阀值不同，本发明的主要改进之处在于结构，优选，第一预定温度阀值为45-60℃，电池如长期在该温度下工作，存在诸多安全隐患，例如可能起火爆炸等。优选，介质为在第一预定温度阀值能汽化的液体，此介质具有一定的气化点，当例如电池发生外部短路时，集聚产生的热量也能够使得介质气化，增大第二密封腔42的内部气压，从而断开电池的电流传递，起到过流保护的作用。需要说明的是，上述液体并不局限于液态，还可以为溶胶，例如可以形成为凝胶状溶液。具体的优选，介质为消防灭火液，所述消防灭火液为全氟己酮，产气断开导电变形部和电极内端子电连接的同时在极端情况下还可以灭火。消防灭火液的量，根据实际使用工况和电池的大小及电池所选材料决定。

进一步的优选，第二密封腔42的第二密封腔壁至少部分材料为能在第二预定温度阀值熔融的高分子膜4221，当电池发生极端情况，不能及时断开导电变形部5和电极内端子3的连接，高分子膜4221迅速融化，从而使介质流入电池内部，实现早期的灭火与降温（液体汽化会吸热，从而实效降温），同时介质汽化后，也可以推动导电变形部5。优选，第二预定温度阀值为150-180℃，电池温度如高于此温度，电池极有可能爆炸燃烧。优选，高分子膜4221选自聚丙烯膜、聚乙烯膜、聚苯乙烯膜或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物膜中的一种或几种，能够在极端情况下迅速熔融。进一步优选，高分子膜4221通过支撑件支撑，优选，第二密封腔42的第二密封腔底壁422包括依次叠置的第一网状支撑件4222、高分子膜4221、第二网状支撑件4223，通过双层网状支撑件进行支撑，不仅可以保证良好的导热，使第二密封腔42内的介质更快感应电池内部温度，而且，双层网状支撑件夹持高分子膜4221更易与第二密封腔42的第二密封腔侧壁421进行组装。第一网状支撑件4222、第二网状支撑件4223可以分别为进行过表面绝缘处理的金属件，也可以为其它有足够强度的绝缘件例如陶瓷件、塑料件等。

当单体电池处于常规状态下时，介质没有反应，不会产生气体，因而单体电池可以正常地进行充放电工作；而当单体电池将要接近危险状态时，例如电池处于热失控初期，介质产气，第二密封腔42内产生大量气体，在该气体的气压作用下导电变形部5与电极内端子3的连接被拉断，从而及时断开电池的电流的输入或输出，因此，本发明各种实施方式提供的电池盖板组件，能够保证电池在过充初期迅速切断电流，尤其适合活性高（如三元材料等）的电极材料，且本发明提供的介质不与电池的正负极材料及电解液相接触，不发生副反应，对电池容量及寿命没有不良影响。同时当电池温度下降到正常温度时，第二密封腔42内发生逆向反应例如逆向相变，气体又变成介质，第二密封腔42内的压力减小，恢复，第一密封腔41内的压力大于第二密封腔42内的压力，导电变形部5与电极内端子3重新连接，使电池可重复利用。当电池出现极端情况，例如刺穿等，电池内部温度迅速上升，第二密封腔42内的介质不能迅速产生大量气体，推动导电变形部5使导电变形部5与电极内端子3断开电连接，高分子膜4221迅速熔融，介质进入电池内部，防止电池燃烧。

另外，本公开的各个实施方式还提供一种单体电池，包括外壳、容纳于该外壳内的电芯以及本公开中的电池盖板组件，其中，盖板用于封装外壳，电芯则与相应的电极端子相连，以建立相应单体电池的输入和输出电流路径，电芯可以通过内引出件等方式和电极内端子相连。盖板可以带电也可以不带电，例如正电极端子可以与盖板绝缘也可以不绝缘。密封腔至少部分位于单体电池内部，以便灵敏感应电池内部温度。

另外各个实施方式中还提供一种使用该单体电池的电池模组，使用该电池模组的动力电池包和使用该动力电池包的电动汽车。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (24)

1.一种电池盖板组件，其特征在于，包括盖板、密封腔、用于连接电池内部电流的电极内端子和用于引出电流的电极外端子，

所述密封腔至少部分位于盖板下方；所述密封腔包括封闭的第一密封腔及第一密封腔外的第二密封腔；

所述第一密封腔包括封闭的第一密封腔壁，所述第一密封腔壁含导电变形部；

所述电极外端子一端延伸入第一密封腔内或与第一密封腔壁连接，所述电极内端子和电极外端子通过导电变形部电连接；

所述第一密封腔内填充有氮气或惰性气体，在正常状态下，所述第一密封腔内的压力大于第二密封腔内的压力，使导电变形部与所述电极内端子电连接；所述第二密封腔内含有能产生气体且可逆的介质，在电池异常时，介质产生气体能作用导电变形部使导电变形部与所述电极内端子断开电连接。

2.根据权利要求1所述的电池盖板组件，其特征在于，所述第一密封腔内的压力比第二密封腔内的压力大0.1KPa-5KPa。

3.根据权利要求1所述的电池盖板组件，其特征在于，所述第二密封腔内填充有氮气或惰性气体，正常状态下，使第二密封腔内的压力与大气压相当。

4.根据权利要求1所述的电池盖板组件，其特征在于，所述介质能在第一预定温度阀值时产生气体，所述第一预定温度阀值为45-60℃。

5.根据权利要求4所述的电池盖板组件，其特征在于，所述介质为在第一预定温度阀值能汽化的液体。

6.根据权利要求5所述的电池盖板组件，其特征在于，所述介质为消防灭火液，所述消防灭火液为全氟己酮。

7.根据权利要求1所述的电池盖板组件，其特征在于，所述第二密封腔的第二密封腔壁至少部分材料为能在第二预定温度阀值熔融的高分子膜。

8.根据权利要求7所述的电池盖板组件，其特征在于，所述第二预定温度阀值为150-180℃。

9.根据权利要求8所述的电池盖板组件，其特征在于，所述高分子膜选自聚丙烯膜、聚乙烯膜、聚苯乙烯膜或丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物膜中的一种或几种。

10.根据权利要求9所述的电池盖板组件，其特征在于，所述第二密封腔的第二密封腔底壁包括依次叠置的第一网状支撑件、高分子膜、第二网状支撑件。

11.根据权利要求1所述的电池盖板组件，其特征在于，所述第一密封腔位于密封腔内，所述第二密封腔环绕第一密封腔。

12.根据权利要求1所述的电池盖板组件，其特征在于，所述导电变形部将密封腔分隔成第一密封腔和第二密封腔，所述第一密封腔位于第二密封腔上方。

13.根据权利要求12所述的电池盖板组件，其特征在于，所述第一密封腔壁导电，所述电极外端子与第一密封腔壁连接。

14.根据权利要求13所述的电池盖板组件，其特征在于，所述密封腔位于盖板下方；所述第一密封腔壁包括第一密封腔顶壁、第一密封腔侧壁及含有导电变形部的第一密封腔底壁，所述电极外端子与第一密封腔顶壁连接。

15.根据权利要求14所述的电池盖板组件，其特征在于，所述第一密封腔顶壁与盖板间设置有第一绝缘件。

16.根据权利要求15所述的电池盖板组件，其特征在于，所述盖板上形成有供所述电极外端子穿过的通孔，所述电极外端子贯穿所述通孔；所述电极外端子与盖板间设置有第二绝缘件，所述第一绝缘件与第二绝缘件一体成型。

17.根据权利要求16所述的电池盖板组件，其特征在于，所述第一密封腔侧壁上还设有第三绝缘件，所述第一绝缘件、第二绝缘件、第三绝缘件一体成型。

18.根据权利要求17所述的电池盖板组件，其特征在于，所述第二密封腔的第二密封腔侧壁材料选自聚丙烯、聚乙烯或陶瓷中的一种或几种。

19.根据权利要求18所述的电池盖板组件，其特征在于，所述第二密封腔的第二密封腔侧壁与第一绝缘件、第二绝缘件、第三绝缘件一体成型。

20.根据权利要求1或19所述的电池盖板组件，其特征在于，所述电极内端子一端延伸入第二密封腔内与导电变形部电连接。

21.一种单体电池，该单体电池包括外壳、容纳于该外壳内的电芯，其特征在于，所述单体电池还包括根据权利要求1至20中任一项所述的电池盖板组件，所述盖板封装所述外壳，所述电芯与所述电极内端子电连接。

22.一种电池模组，其特征在于，所述电池模组内设置有根据权利要求21所述的单体电池。

23.一种动力电池包，包括包体和设置在该包体内的电池模组，其特征在于，所述电池模组为根据权利要求22所述的电池模组。

24.一种电动汽车，其特征在于，该电动汽车设置有根据权利要求23所述的动力电池包。

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