CN111785541B - 一种用于控制动力电池回路通断的开关 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于控制动力电池回路通断的开关，包括第一导电体和第二导电体，二者可相对靠近或远离；第一导电体和第二导电体之间设置有弹性绝缘体；开关还包括限位部件，用于限定第一导电体和第二导电体相对位置；当限位部件处于第一工作位置时，第一导电体和第二导电体至少部分接触并且弹性绝缘体被压缩；当限位部件处于第二工作位置时，在弹性绝缘体的回复力作用下第一导电体和第二导电体完全分离；该开关常态下，将限位部件置于第一工作位置，这样开关处于导通状态，开关两侧的电路可以经开关导通；当对车辆进行维护或者维修时，将限位部件处于第二工作位置，因第一导电体和第二导电体完全分离，故开关处于断开状态，高压电路回路断开。

Description

一种用于控制动力电池回路通断的开关

技术领域

本发明涉及车载动力电池控制回路技术领域，特别涉及一种用于控制动力电池回路通断的开关。

背景技术

在新能源车尤其是油电混合动力汽车和电动汽车中，电池包为整车提供动力。车辆出厂时，电池包内电池之间高压回路处于导通状态，行车过程中控制单元驱动继电器实现高压回路的通断。但是在车辆维护和保养时，如果误操作可能引起继电器闭合、继电器粘连等，导致车内高压回路导通，对操作人员而言，这存在极大的安全隐患。

为了确保操作人员人身安全，往往需要采用机械方式切断高压回路。目前常采用的方式为在高压回路之间连接手动维修开关，操作人员可在电池包外手动操作维修开关，即可实现电池高压回路的通断。

目前，手动维修开关主要采用快插方式的类高压接插件，例如插头、插头组合，插座上有两根高压极柱，用作连接回路两端，插头内为一根高压导电件。当插头插座对插时，插头内导电件与插座上的两根极柱之间导通。实际使用时，手动维修开关的插座固定在电池包端板上，高压回路的导电件与插座上极柱连接，手动维修开关的插座在电池包外与手动维修开关的插头通过快插方式对接。车辆维修时，操作人员只能用手动拔出插座，即可断开高压连接。

插接结构相对比较复杂，生产制造难度大，成本比较高。并且采用插接方式需要有足够的接触面积，导致产品整体尺寸比较大。尤其很多手动维修开关的插头中集成有保险丝，导致整体尺寸进一步加大，故对实际安装空间要求比较高，大大限制了手动维修开关的应用范围。

因此，如何改进现有手动维修开关的结构，使其结构紧凑，占用空间小，提高其使用灵活性，是本领域内技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种用于控制动力电池回路通断的开关，包括第一导电体和第二导电体，二者可相对靠近或远离；所述第一导电体和所述第二导电体之间设置有弹性绝缘体；所述开关还包括限位部件，用于限定所述第一导电体和所述第二导电体相对位置；当所述限位部件处于第一工作位置时，所述第一导电体和所述第二导电体至少部分接触并且所述弹性绝缘体被压缩；当所述限位部件处于第二工作位置时，在所述弹性绝缘体的回复力作用下所述第一导电体和所述第二导电体完全分离。

本发明中的开关使用时，首先将其连接入动力电池的高压电路回路，即将第一导电体和第二导电体串联接入高压电路回路，常态下，将限位部件置于第一工作位置，这样开关处于导通状态，开关两侧的电路可以经开关导通；当对车辆进行维护或者维修时，将限位部件处于第二工作位置，因第一导电体和第二导电体完全分离，故开关处于断开状态，高压电路回路断开。

通过上述原理加工制作的开关结构相对简单，不仅可以降低使用成本，而且该开关结构比较紧凑，空间占据小，并且利于操作，提高零件的使用灵活性，使用环境更加广。

可选的，所述限位部件包括至少一端部具有第一螺纹段的螺杆以及与所述第一螺纹段螺纹配合的内螺纹部件，所述第一螺纹段依次穿过所述第一导电体、所述弹性绝缘体、所述第二导电体三者上设置的同轴安装孔螺纹连接所述内螺纹部件，所述螺杆的另一端具有限位部，用于限定所述第一导电体的轴向位置，至所述第一工作位置和所述第二工作位置，沿轴向旋转所述内螺纹部件将所述第一导电体、所述弹性绝缘体、所述第二导电体压紧或者放松于所述内螺纹部件和所述限位部之间。

可选的，所述第一导电体和所述第二导电体的安装孔均为台阶孔，所述台阶孔包括大径段和小径段，且两所述台阶孔的大径段相对，并且所述弹性绝缘体两端部的径向尺寸均小于相应侧所述大径段的径向尺寸，并且大于该侧小径段的径向尺寸。

可选的，还包括限位销轴和轴向活动设于所述螺杆的安装板，所述安装板设置于所述第二导电体和所述内螺纹部件之间，所述安装板设置有第一径向通孔，所述螺杆相应位置设置有的第二径向通孔，并且该所述第二径向通孔具有沿轴向延伸的预定长度，所述限位销轴同时安装于所述第一径向通孔和所述第二径向通孔内部；当所述内螺纹部件由第一工作位置旋至第二工作位置过程中，所述螺杆相对所述限位销轴轴向移动。

可选的，所述限位销轴两侧露置于所述第一径向通孔外的端部径向尺寸均大于所述第一径向通孔的径向尺寸。

可选的，所述第一导电体和所述第二导电体的安装孔为平滑过渡的圆锥孔或两端面孔径不同的异型孔，二者的所述安装孔的大孔相对，并且所述弹性绝缘体端部径向尺寸分别小于相应侧所述安装孔大孔的径向尺寸，并且大于所述安装孔小孔的径向尺寸。

可选的，所述螺杆的限位部包括第二螺纹段以及与所述第二螺纹段螺纹配合的螺帽。

可选的，还包括环境安装板和密封部件，所述环境安装板也设有供所述螺杆穿过的安装通孔，并且所述环境安装板设于所述安装板和所述内螺纹部件之间，所述安装板与所述环境安装板相对端面贴合固定安装，所述密封部件包括第一密封圈和第二密封圈，二者分别设置于所述安装板与所述环境安装板之间、所述环境安装板与所述内螺纹部件之间。

可选的，所述内螺纹部件为螺帽，所述螺帽具有盲孔螺纹孔，所述盲孔螺纹孔与所述第一螺纹段螺纹配合。

可选的，所述弹性绝缘体包括同轴设置的小径柱体和大径柱体，所述小径柱体的数量为两个，分别连接于所述大径柱体的两端部，并且所述大径柱体和所述小径柱体平滑过渡连接。

附图说明

图1为本发明一种具体实施例中用于控制动力电池回路通断的开关的结构示意图；

图2为图1中所示的开关的分解示意图；

图3为第一导电体、第二导电体二者装配时的安装位置示意图；

图4为第一导电体、弹性绝缘体、第二导电体三者安装位置示意图；

图5为第一导电体、弹性绝缘体、第二导电体、螺杆、内螺纹部件的安装位置示意图；

图6为螺杆、安装板、限位销轴、密封部件的安装位置示意图；

图7为图6的另一侧视图；

图8为图1所示开关的另一示意图；

图9为图1所示开关中密封螺帽安装位置的局部示意图。

其中，图1至图9中部件名称与附图标记之间一一对应关系如下所示：

开关100；螺帽10；螺纹孔11；弹性绝缘体20；小径柱体21；小径柱体23；大径柱体22；安装孔24；螺杆31；第一螺纹段313；第二径向通孔312；第二螺纹段311；安装板32；通孔3321；第一径向通孔322；固定孔323；安装槽324；限位销轴33；第一密封圈34；内螺纹部件40；帽体41；螺纹孔411；端面412；安装槽413；第二密封圈42；第一导电体51；安装孔511；小径段5111；大径段5112；安装孔521；大径段5212；小径段5211；第二导电体52；环境安装板60；安装通孔61。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1，图1为本发明一种具体实施例中用于控制动力电池回路通断的开关的结构示意图。

本发明提供了一种用于控制动力电池回路通断的开关100，本文以该开关100应用于新能源汽车中作为手动维修开关为例，介绍技术方案和技术效果，当然，本领域内技术人员应当理解，本文所提供的开关100也可以应用于其他领域也在本文的保护范围之内。

需要说明的是，本文中所述的第一、第二仅是为了区分结构相同或者功能相同的不同部件，以使描述更加简洁，不代表顺序上的先后关系。

本发明中的开关100主要包括第一导电体51、第二导电体52、弹性绝缘体20和限位部件。其中第一导电体51和第二导电体52通常优选选用高压导电片，对于高压导电片的材料本文不做限制，可以根据具体情况选取合适材料。

弹性绝缘体20设置于第一导电体51和第二导电体52之间，弹性绝缘体20为非导电弹性材料加工制作的部件，可以被压缩、回弹，弹性绝缘体20的材料可以为橡胶或者硅胶。弹性垫块20使用的材料，应能满足重复压缩和回弹循环至少50次。优选的，弹性绝缘体20在-40℃～+85℃的高温环境或交变温度情况下中应保持良好的弹性性能，耐老化性能好。

限位部件主要作用为限定第一导电体51和第二导电体52之间的相对位置。当限位部件处于第一工作位置时，第一导电体51和第二导电体52至少部分接触并且弹性绝缘体20被压缩；当限位部件处于第二工作位置时，在弹性绝缘体的回复力作用下，第一导电体51和第二导电体52完全分离。也就是说，当限位部件处于第一工作位置时，可以施加压力使第一导电体51和第二导电体52相对靠近最终使二者接触，同时处于第一导电体51和第二导电体52之间的弹性绝缘体20 被压缩。当限位部件处于第二工作位置时，限位部件施加于第一导电体51和第二导电体52之间的压力减小或者撤销，在弹性绝缘体20 回复力作用下，第一导电体51和第二导电体52完全分离。

本发明中的开关100使用时，首先将其连接入动力电池的高压电路回路，即将第一导电体51和第二导电体52串联接入高压电路回路，常态下，将限位部件置于第一工作位置，这样开关100处于导通状态，开关100两侧的电路可以经开关100导通；当对车辆进行维护或者维修时，将限位部件处于第二工作位置，因第一导电体51和第二导电体 52完全分离，故开关100处于断开状态，高压电路回路断开。

通过上述原理加工制作的开关100结构相对简单，不仅可以降低使用成本，而且该开关100结构比较紧凑，空间占据小，并且利于操作，提高零件的使用灵活性，使用环境更加广。

能够实现上述开关100的限位部件结构有很多方式，以下详细介绍几种限位部件的具体结构。

在一种具体实施方式中，限位部件可以包括至少一端部具有第一螺纹段313的螺杆31以及与第一螺纹段313螺纹配合的内螺纹部件 40。其中，通常螺杆31的第一螺纹段313为外螺纹，内螺纹部件40 具有与外螺纹相配合的内螺纹段。

螺杆31可以仅一端部设有螺纹，也可以两端均设置有螺纹，后文中将进一步进行详细介绍。螺杆31的第一螺纹段313依次穿过第一导电体51、弹性绝缘体20、第二导电体52三者上设置的同轴安装孔连接于内螺纹部件40。也就是说，第一导电体51、弹性绝缘体20、第二导电体52上设置有同轴安装孔，螺杆31设于三者的安装孔内部，螺杆31伸出第二导电体52的第一螺纹段313连接内螺纹部件40。内螺纹部件40位于第二导电体52的安装孔外侧。

螺杆31的另一端还具有限位部，安装后，限位部位于第一导电体51的安装孔外侧。也就是说，限位部可以限定第一导电体51向外的轴向位移。沿轴向旋转所述内螺纹部件40以至第一工作位置和所述第二工作位置。即沿轴向旋转内螺纹部件40往复于第一工作位置和第二工作位置，以将第一导电体51、弹性绝缘体20、第二导电体52压紧或者放松于内螺纹部件40和限位部之间。

限位部主要限制第一导电体51沿轴向向外移动的位置，这样旋转内螺纹部件40时，由于内螺纹部件40受到弹性绝缘体20向外回复力作用，导致内螺纹部件40始终紧贴安装板32，而螺杆31会随着第一螺纹段313与内螺纹部件40啮合长度的改变而轴向往复运动。且由于弹性绝缘体20弹力作用，第一导电体51与螺杆31的限位部基本是固定的，第二导电体52与安装板32是固定的，随着第一螺纹段313 与内螺纹部件40啮合长度的改变，弹性绝缘体20的变形量会随之改变。也就是说，当旋转内螺纹部件40沿第一螺纹段313轴向往复运动可以处于上述第一工作位置和第二工作位置。常态时，旋转内螺纹部件40，增加第一螺纹段313与内螺纹部件40啮合长度，则限位部与内螺纹部件之间长度减少，第一导电体51、弹性绝缘体20、第二导电体52三者可以被压紧于内螺纹部件40和限位部之间，进而使第一导电体51和第二导电体52至少部分接触，开关100导通。

即正向或者反向旋转内螺纹部件40，螺杆31带动第一导电体51 朝向或者背离第二导电体52运动，以将弹性绝缘体20压紧或者放松于第一导电体51和第二导电体52之间。

当需要断开电池高压回路时，只需将内螺纹部件40向减少第一螺纹段313与内螺纹部件40啮合长度的方向旋转，这样弹性绝缘体 20在回复力的作用下将第一导电体51和第二导电体52完全分离，实现开关100断开，进而实现高压回路的完全断开。

在一种具体的实施方式中，第一导电体51和第二导电体52的安装孔均可以为台阶孔，台阶孔包括大径段和小径段，并且两台阶孔的大径段相对设置，弹性绝缘体20两端部的径向尺寸小于相应侧大径段的径向尺寸，并且大于该侧小径段的径向尺寸。如图所示，第一导电体51上的安装孔511包括小径段5111和大径段5112，第二导电体52 上的安装孔521包括小径段5211和大径段5212，其中大径段5112和大径段5212同轴相对设置。

这样安装时，弹性绝缘体20的两端部可以分别置于相应侧的大径段，弹性绝缘体20的端面与台阶孔的台阶面相抵靠，这样螺杆31 的限位部施加于第一导电体51的力可以通过台阶面传递至弹性绝缘体20。

更重要的是，台阶孔的大径段的径向尺寸大于弹性绝缘体20的端部，这样弹性绝缘体20在被压缩弹性变形时，弹性绝缘体20基本被填充至大径段，不会填充至第一导电体51和第二导电体52之间的接触面，不会影响两导电体的接触性能。

当然，第一导电体51和第二导电体52的安装孔结构不局限于上述描述。第一导电体51和所述第二导电体52的安装孔还可以为平滑过渡的圆锥孔或两端面孔径不同的异型孔，二者的所述安装孔的大孔相对，并且弹性绝缘体20端部径向尺寸分别小于相应侧安装孔大孔的径向尺寸，并且大于安装孔小孔的径向尺寸。这样保证了弹性绝缘体 20始终限位于第一导电体51和第二导电体52之间。

在一种优选实施方式中，弹性绝缘体20可以包括位于两端的小径柱体和连接于两小径体之间的大径柱体22。即小径柱体的数量为两个，分别连接于大径柱体22的两端部，如图所示，大径柱体22的两端分别连接有小径柱体21和小径柱体23。小径柱体21和小径柱体23 平滑过渡连接。图中还示出了弹性绝缘体20上供螺杆穿过的安装孔 24。

当然，弹性绝缘体20的结构也不局限于上文描述。弹性绝缘体 20也可以为圆柱体结构。

上述各实施方式中开关100可以包括限位销轴33和轴向活动设于螺杆31的安装板32，安装板32设置于第二导电体52和内螺纹部件40之间。安装板32上设置有第一径向通孔322，第一径向通孔322 沿垂直于螺杆31轴向方向延伸。螺杆31相应位置设置有第二径向通孔312，并且第二径向通孔312具有沿轴向延伸的预定长度。限位销轴33同时安装于第一径向通孔322和第二径向通孔312内部。即安装时，限位销轴33的一端自安装板32第一径向通孔322的一端插入，穿过第二径向通孔312后自第一径向通孔322的另一端穿出。上述各实施例中的开关100还可以包括环境安装板60，环境安装板60也设有供螺杆31穿过的安装通孔61，并且环境安装板60设于安装板32 的外侧，安装板32与环境安装板60相对端面贴合固定安装。安装板 32上可以设置固定孔323，通过螺栓或者其他部件固定于环境安装板60。

第二径向通孔312沿轴向具有预定长度，限位销轴33相对于安装板32几乎完全固定，螺杆31相对于限位销轴33可以沿轴向移动。其作用如下：当限位部件处于第一工作位置时，内螺纹部件40、环境安装板60、安装板32、第二导电件52、弹性绝缘体20、第一导电件51、限位部紧密贴合。此时，内螺纹部件40与限位部之间间距最小，为第一导电件51、第二导电件52、安装板32厚度之和。此时弹性绝缘体20被压缩到极限状态。从螺杆31的第一螺纹段313上旋下内螺纹部件40(限位销轴防止了螺杆31跟随密封螺帽10旋转)，限位部件此时向第二工作位置切换。此时，螺杆31的第二螺纹段311与密封螺帽10啮合长度减少，螺纹预紧力减小。弹性绝缘体20通过第一导电件51和内螺纹部件40传递到螺杆上31的回弹力，拉动螺杆31产生位移，螺杆31相对限位销轴33沿轴向移动。整个过程中，在弹性绝缘体20的回弹力作用下，内螺纹部件40保持紧贴第一导电体51，第二导电体52保持紧贴安装板32端面；安装板32与环境安装板60 始终保持固定，限位销轴33固定在安装板32上。在旋下内螺纹部件40的过程中，当内螺纹部件40紧贴环境安装板60时，螺杆31相对限位销轴33的位移即弹性绝缘体20产生的弹性形变；当内螺纹部件 40脱离环境安装板60时，螺杆31相对限位销轴33的位移为0mm。

进一步地，在上述实施例的基础上，安装板32朝向第二导电体 52的表面可以进一步设置凸台，第一径向通孔322设置于凸台上。同样为了不影响螺杆31的安装，安装板32的安装孔也应该贯穿凸台。

为了保障限位销轴33定位安装板32的可靠性，还可以进行如下设计。

在一种具体实施例中，限位销轴33包括销轴体以及与销轴体一端连接的头部，头部的径向尺寸大于第一径向通孔322的径向尺寸，避免销轴体误进入第一径向通孔322内部。穿过第一径向通孔322、第二径向通孔312后的销轴体尾部与安装板32铆接。销轴体尾部可以设计为铆钉结构，尾部通过铆压工艺实现与安装板32铆接。当然，限位销轴33的两端部(头部、尾部)还可以与销体为一体结构。

也就是说，露置于所述第一径向通孔322外的端部径向尺寸均大于所述第一径向通孔322的径向尺寸。

这样限位销轴33的头部、尾部均被限位于第一径向通孔322的外部，避免限位销轴33自第一径向通孔322中脱出，大大提高了开关 100的使用安全性，进而提高了电池高压回路的使用安全性。

上述各实施例中的螺杆31的另一端部可以具有第二螺纹段311，第二螺纹段311穿过第一导电体51连接螺帽10。

具体地，上述各实施例中还可以增设密封部件。密封部件可以包括第一密封圈34和第二密封圈42，第一密封圈34设置于安装板32 与环境安装板60之间，第二密封圈42设置于环境安装板60与内螺纹部件40之间。

进一步地，内螺纹部件40可以为螺帽，该螺帽可以具体包括帽体41，帽体41上设置有螺纹孔411，帽体41相对环境安装板60的端面412还可以进一步设置安装槽413，用于安装第二密封圈42。螺纹孔411可以为盲孔螺纹孔，可避免水流进入。

同理，为了第一密封圈34安装可靠性，安装板32相对环境安装板60的表面可以设置安装槽324，用于安装第一密封圈34。

另外，上述各实施例中的螺帽10可以具有螺纹孔11，螺纹孔11 与所述第二螺纹段311螺纹配合。

以上对本发明所提供的一种用于控制动力电池回路通断的开关进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种用于控制动力电池回路通断的开关，其特征在于，包括第一导电体(51)和第二导电体(52)，二者可相对靠近或远离；所述第一导电体(51)和所述第二导电体(52)之间设置有弹性绝缘体(20)；所述开关还包括限位部件，用于限定所述第一导电体(51)和所述第二导电体(52)相对位置；当所述限位部件处于第一工作位置时，所述第一导电体(51)和所述第二导电体(52)至少部分接触并且所述弹性绝缘体(20)被压缩；当所述限位部件处于第二工作位置时，在所述弹性绝缘体(20)的回复力作用下所述第一导电体(51)和所述第二导电体(52)完全分离；所述限位部件包括至少一端部具有第一螺纹段(313)的螺杆(31)以及与所述第一螺纹段(313)螺纹配合的内螺纹部件(40)，所述第一螺纹段(313)依次穿过所述第一导电体(51)、所述弹性绝缘体(20)、所述第二导电体(52)三者上设置的同轴安装孔螺纹连接所述内螺纹部件(40)，所述螺杆(31)的一端具有限位部，用于限定所述第一导电体(51)的轴向位置，正向或者反向旋转所述内螺纹部件(40)，所述螺杆(31)带动所述第一导电体(51)朝向或者背离所述第二导电体(52)运动，以将所述弹性绝缘体(20)压紧或者放松于所述第一导电体(51)和所述第二导电体(52)之间。

2.如权利要求1所述的开关，其特征在于，所述第一导电体(51)和所述第二导电体(52)的安装孔均为台阶孔，所述台阶孔包括大径段和小径段，且两所述台阶孔的大径段相对，并且所述弹性绝缘体(20)两端部的径向尺寸均小于相应侧所述大径段的径向尺寸，并且大于该侧小径段的径向尺寸。

3.如权利要求2所述的开关，其特征在于，还包括限位销轴(33)和安装板(32)，所述安装板(32)设置于所述第二导电体(52)和所述内螺纹部件(40)之间，所述安装板(32)设置有第一径向通孔(322)，所述螺杆(31)相应位置设置有的第二径向通孔(312)，并且该所述第二径向通孔(312)具有沿轴向延伸的预定长度，所述限位销轴(33)同时安装于所述第一径向通孔(322)和所述第二径向通孔(312)内部，当所述内螺纹部件(40)由第一工作位置旋至第二工作位置过程中，所述螺杆(31)相对所述限位销轴(33)沿轴向移动。

4.如权利要求3所述的开关，其特征在于，所述限位销轴(33)两侧露置于所述第一径向通孔(322)外的端部径向尺寸均大于所述第一径向通孔(322)的径向尺寸。

5.如权利要求1所述的开关，其特征在于，所述第一导电体(51)和所述第二导电体(52)的安装孔为平滑过渡的圆锥孔或两端面孔径不同的异型孔，二者的所述安装孔的大孔相对，并且所述弹性绝缘体(20)端部径向尺寸分别小于相应侧所述安装孔大孔的径向尺寸，并且大于所述安装孔小孔的径向尺寸。

6.如权利要求2至5任一项所述的开关，其特征在于，所述螺杆(31)的限位部包括第二螺纹段(311)以及与所述第二螺纹段(311)螺纹配合的螺帽(10)。

7.如权利要求1所述的开关，其特征在于，还包括环境安装板(60)和密封部件，所述环境安装板(60)也设有供所述螺杆(31)穿过的安装通孔，并且所述环境安装板(60)设于所述安装板(32)和所述内螺纹部件(40)之间，所述安装板(32)与所述环境安装板(60)相对端面贴合固定安装，所述密封部件包括第一密封圈(34)和第二密封圈(42)，所述第一密封圈(34)设置于所述安装板(32)与所述环境安装板(60)之间，所述第二密封圈(42)设置于所述环境安装板(60)与所述内螺纹部件(40)之间。

8.如权利要求2至5任一项所述的开关，其特征在于，所述内螺纹部件(40)为螺帽，所述内螺纹部件(40)具有盲孔螺纹孔(411)，所述盲孔螺纹孔(411)与所述第一螺纹段(313)螺纹配合。

9.如权利要求2至5任一项所述的开关，其特征在于，所述弹性绝缘体(20)包括同轴设置的小径柱体和大径柱体，所述小径柱体的数量为两个，分别连接于所述大径柱体的两端部，并且所述大径柱体和所述小径柱体平滑过渡连接。

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