CN209249548U - 一种电池模块及电池包 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种电池模块及电池包，包括多个电池单体以及防火构件，所述电池单体设置有防爆阀；所述多个电池单体的所述防爆阀均面向所述防火构件，所述防火构件包括防火构件主体以及连接于所述防火构件主体一端的第一延伸部；和/或，所述防火构件包括防火构件主体以及连接于所述防火构件另一端的第二延伸部。本实用新型通过防火构件，当电池单体发生热失控时，电池单体的防爆阀喷出的火焰与带火颗粒被防火构件主体以及第一延伸部和/或第二延伸部挡下，防止喷出的火焰与带火颗粒烧毁相邻电池单体，避免已发生热失控的电池单体引发与其防爆阀相对的邻近电池单体也发生热失控。

Description

一种电池模块及电池包
技术领域
本实用新型涉及储能元器件技术领域，特别涉及一种电池模块及电池包。
背景技术
近年，随着电池单体能量密度的不断提高，提高其安全性对电动汽车的发展日益迫切，而热失控是电池单体安全研究中的一个关键问题。电池包作为电动汽车的动力来源，一般被设置于电动汽车的底盘。电池包包括多个电池模块，电池模块包括多个排列设置的多个电池单体以及电连接至多个电池单体的多个汇流排。
现有技术中，电池包的电池模块没有设置防火构件，当电池单体发生热失控时，电池单体的防爆阀喷出火焰与带火颗粒，火焰与带火颗粒容易烧毁相邻电池单体，发生连锁反应，使整个电池包发生更大的安全事故。
实用新型内容
为此，需要提供一种电池模块及电池包，用于解决现有技术的技术问题。
为实现上述目的，发明人提供了一种电池模块，包括：
多个电池单体，所述电池单体设置有防爆阀；以及
防火构件，所述多个电池单体的所述防爆阀均面向所述防火构件，所述防火构件包括防火构件主体以及连接于所述防火构件主体一端的第一延伸部，所述第一延伸部朝靠近所述电池单体的方向延伸；和/或，
所述防火构件包括防火构件主体以及连接于所述防火构件另一端的第二延伸部，所述第二延伸部朝靠近所述电池单体的方向延伸。
作为本实用新型的一种优选结构，所述防火构件包括所述防火构件主体、所述第一延伸部以及所述第二延伸部。
作为本实用新型的一种优选结构，所述第一延伸部和所述第二延伸部分别位于所述多个电池单体的两侧。
作为本实用新型的一种优选结构，所述防火构件主体沿竖直方向延伸，所述第一延伸部和所述第二延伸部分别位于所述防火构件主体的上端和下端。
作为本实用新型的一种优选结构，所述电池模块还包括两个端板，两个所述端板分别位于所述多个电池单体沿水平方向的两端；所述防火构件的第一延伸部和/或第二延伸部与所述端板相固定。
作为本实用新型的一种优选结构，所述端板的顶面设置有沿竖直方向延伸的固定凸起，所述防火构件的所述第一延伸部设置有容纳所述固定凸起的固定孔；或者，
所述防火构件的所述第一延伸部的下表面设置有沿竖直方向延伸的固定凸起，所述端板的顶面设置有容纳所述固定凸起的固定孔。
作为本实用新型的一种优选结构，所述多个电池单体沿竖直方向和/或水平方向排列。
作为本实用新型的一种优选结构，所述防火构件沿所述电池单体的排列方向延伸，所述防火构件遮挡所有所述电池单体的所述防爆阀。
作为本实用新型的一种优选结构，所述防火构件的熔点大于或等于500℃。
上述技术方案通过防火构件，所述电池单体的所述防爆阀均面向所述防火构件，所述防火构件包括防火构件主体以及连接于所述防火构件主体一端的第一延伸部，所述第一延伸部朝靠近所述电池单体的方向延伸；和/或，所述防火构件包括防火构件主体以及连接于所述防火构件另一端的第二延伸部，所述第二延伸部朝靠近所述电池单体的方向延伸。当电池单体发生热失控时，电池单体的防爆阀喷出的火焰与带火颗粒被防火构件主体以及第一延伸部和/或第二延伸部挡下，防止喷出的火焰与带火颗粒烧毁相邻电池单体，避免已发生热失控的电池单体引发其他电池单体也发生热失控。
为实现上述目的，发明人还提供了一种电池包，包括：
箱体，以及
设置在箱体内的多个如上述发明人提供的任意一项所述的电池模块。
上述技术方案通过防火构件，所述电池单体的所述防爆阀均面向所述防火构件，所述防火构件包括防火构件主体以及连接于所述防火构件主体一端的第一延伸部，所述第一延伸部朝靠近所述电池单体的方向延伸；和/或，所述防火构件包括防火构件主体以及连接于所述防火构件另一端的第二延伸部，所述第二延伸部朝靠近所述电池单体的方向延伸。当电池单体发生热失控时，电池单体的防爆阀喷出的火焰与带火颗粒被防火构件主体以及第一延伸部和/或第二延伸部挡下，防止喷出的火焰与带火颗粒烧毁相邻电池单体，避免已发生热失控的电池单体引发其他电池单体也发生热失控。
附图说明
图1为本实施例所述电池包的爆炸图；
图2为本实施例所述第一电池模块与所述第二电池模块的结构示意图；
图3为本实施例所述电池单体的爆炸图；
图4为本实施例所述电极组件为卷绕式结构的截面图；
图5为本实施例所述电极组件为叠片式结构的截面图；
图6为本实施例所述电池包的局部剖视图；
图7为本实施例所述防火构件的结构示意图；
图8为另一实施例所述防火构件的结构示意图；
图9为本实施例所述防火构件与第一电池模块的爆炸图；
图10为本实施例所述防火构件与第一端板固定时的示意图；
图11为图10中A处的放大图；
图12为图11中B处的放大图。
附图标记说明：
1、第一电池模块，
11、电池单体，
111、电极组件，
1111、第一极片，
1112、第二极片，
1113、隔膜，
1114、扁平面，
112、电池壳体，
1121、第一表面，
1122、第二表面，
113、电极端子连接件，
114、盖板，
115、电极端子，
116、防爆阀，
12、第一端板，
121、固定凸起，
2、第二电池模块，
21、第二端板，
3、防火构件，
31、防火构件主体，
311、第一防火板，
312、第二防火板，
32、第一延伸部，
321、固定孔，
33、第二延伸部，
34、第三延伸部，
35、第四延伸部，
4、上箱盖，
5、下箱体，
6、带火颗粒。
具体实施方式
为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。
在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”、仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；除非另有规定或说明，术语“多个”是指两个以上包括两个；术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本申请的描述中，所有附图中箭头x所指方向为长度方向，箭头y所指方向为宽度方向，箭头z所指方向为竖直方向。水平方向为平行于水平面的方向，既可以是上述长度方向也可以是上述宽度方向。另外，水平方向不仅包括绝对平行于水平面的方向，也包括了工程上常规认知的大致平行于水平面的方向。竖直方向为垂直于水平面的方向，竖直方向不仅包括绝对垂直于水平面的方向，也包括了工程上常规认知的大致垂直于水平面的方向。此外，本申请描述的“上”、“下”、“顶”、“底”等方位词均是相对于竖直方向来进行理解的。
请参阅图1至图2，本实施例涉及一种电池包，包括箱体以及设置在箱体内的电池模块，本实施例中电池模块包括第一电池模块1以及第二电池模块2，一个电池包可以包括多个的第一电池模块1以及多个的第二电池模块2。分别地，第一电池模块1包括多个电池单体11，电池单体11设有防爆阀116；第二电池模块2包括多个电池单体11，电池单体11设有防爆阀116。本实施例中，以四个第一电池模块1与四个第二电池模块2为例，但并不限制第一电池模块1与第二电池模块2的数量。
如图3所示，电池单体11包括电极组件111、电池壳体112、电极端子连接件113、电极端子115、防爆阀116以及盖板114。电池壳体112可具有六面体形状或其他形状。电池壳体112具有容纳电极组件111和电解液的内部空间，并且电池壳体112具有开口。电极组件111容纳在电池壳体112内，盖板114覆盖开口，并用于将电极组件111封闭在电池壳体112内。防爆阀116可以设置于盖板114上。电极组件111与电极端子115之间通过电极端子连接件113电连接。
本实施例中，盖板114上设置两个电极端子115，即分别为正电极端子和负电极端子。电极端子连接件113有两个，即分别为正极端子连接件和负极端子连接件。电池壳体112可以由例如铝、铝合金或塑料等材料制造。
电极组件111容纳于电池壳体112内，电极组件111包括第一极片1111、第二极片1112以及设置于所述第一极片1111和所述第二极片1112之间的隔膜1113。第一极片1111可以是正极片或负极片，第二极片1112与第一极片1111的极性相反，相应地，第二极片1112为负极片或正极片。其中，隔膜1113是介于第一极片1111和第二极片1112之间的绝缘体。电极组件111可以是卷绕式结构(如图4)，也可以是叠片式结构(如图5)。
示例性地以第一极片1111为正极片，第二极片1112为负极片进行说明。同样地，在其他的实施例中，第一极片1111还可以为负极片，而第二极片1112为正极片。另外，正极活性物质被涂覆在正极片的涂覆区上，而负极活性物质被涂覆到负极片的涂覆区上。从涂覆区延伸出的未涂覆区则作为极耳，电极组件111包括两个极耳，即正极耳和负极耳，正极耳从正极片的涂覆区延伸出；负极耳从负极片的涂覆区延伸出。正极耳与正电极端子之间通过正极连接件电连接，负极耳与负电极端子之间通过负极连接件电连接。
电池壳体112大致为六面体结构，电池壳体112包括两个第一表面1121和两个第二表面1122，第一表面1121的面积大于第二表面1122的面积。在第一电池模块1与第二电池模块2中，每个电池单体11的两个第二表面1122沿水平方向(例如箭头x所指方向的长度方向)相互面对，每个电池单体11的两个第一表面1121沿竖直方向(箭头z所指方向)相互面对。
如图4所示，当电极组件111为卷绕式结构时，电极组件111为扁平状，并且电极组件111的外表面包括两个扁平面1114，两个扁平面1114均沿竖直方向(箭头z所指方向)相互面对，即扁平面1114与第一表面1121相互面对。电极组件111大致为六面体结构，扁平面1114大致平行于卷绕轴线且为面积最大的外表面。扁平面1114可以是相对平整的表面，并不要求是纯平面。
如图5所示，当电极组件111为叠片式结构时，第一极片1111、隔膜1113和第二极片1112沿竖直方向(箭头z所指方向)层叠，即第一极片1111的表面与第一表面1121相互面对。
电极组件111在充放电过程中不可避免的会沿第一极片1111的厚度方向发生膨胀(在卷绕式结构的电极组件111中，沿垂直于扁平面1114的方向膨胀力最大；在叠片式结构的电极组件111中，沿第一极片1111和第二极片1112的堆叠方向膨胀力最大)。
本实施例中，电极组件111可以选用卷绕式结构或者叠片式结构。当电极组件111为卷绕式结构时，扁平面1114朝向竖直方向(箭头z所指方向)。当电极组件111为叠片式结构时，第一极片1111和第二极片1112沿竖直方向(箭头z所指方向)层叠。可见，电极组件111无论是采用卷绕式结构还是采用叠片式结构，电极组件111对电池壳体112施加最大膨胀力的方向都朝向竖直方向。
而现有技术中，电池模块2的电池单体11中，电极组件111对电池壳体112施加最大膨胀力的方向都是朝向水平方向，由于电池模块2沿水平方向的尺寸相比于竖直方向的尺寸大的多(例如，受到车辆的底盘高度尺寸限制，需要有更多的电池单体11沿水平方向堆叠，膨胀力累积大)，因此，现有电池模块2在水平方向上受到的膨胀力非常大，因此需要在电池模块2的水平方向两侧设置非常厚的端板以抵抗膨胀力，而端板加厚会降低电池模块2的能量密度。而本实施例中，电极组件111对电池壳体112施加最大膨胀力的方向是朝向竖直方向，而竖直方向上堆叠的电池单体11个数较少，因此相比于现有技术，可以大大减少电池模块2的最大膨胀力。
另外，由于电池单体11在充放电过程中还会在电池壳体112内部产生气体，产生的气体会对电池壳体112施加作用力，从而加剧电池壳体112向外膨胀。由于本申请的第一表面1121的面积大于第二表面1122的面积，并且电池单体11中的两个第一表面1121沿竖直方向相互面对，因此产生的气体对电池壳体112施加的最大作用力方向也是朝向竖直方向。相比于现有技术，进一步减少了电池模块2的最大膨胀力。
在本实施例中，电池包还包括防火构件3，多个电池单体11的防爆阀116均面向防火构件3。防火构件3可以水平设置(例如，箭头x所指的长度方向)，即防火构件3沿水平方向延伸。此时，防爆阀116开设于电池单体11的顶面，防火构件3设置于防爆阀116的上方。或者，防爆阀116开设于电池单体11的底面，防火构件3设置于防爆阀116的下方。
可替代地，防火构件3也可以竖直设置(如图中所示的箭头z所指方向)，即防火构件3沿竖直方向延伸，如图2所示。
如图2所示，在本实施例中，第一电池模块1的防爆阀116和第二电池模块2的防爆阀116均面向防火构件3，防火构件3位于第一电池模块1的防爆阀116和第二电池模块2的防爆阀116之间。此时，第一电池模块1的电池单体11与第二电池模块2的电池单体11的防爆阀116均朝向水平方向(例如箭头y所指的宽度方向)。
进一步的，防火构件3的熔点大于或等于500℃，使得火焰不会熔化防火构件3，以起到防火的作用。具体的，本实施例中防火构件3采用云母板的材质，由于云母板的熔点很高(大约1723℃)，因此可以达到防火构件3的耐火需求，并且云母板具有优良的加工性能。但是，并不局限于云母板的实施方式。
本实施例中，第一电池模块1的多个电池单体11沿竖直方向(箭头z所指方向)和/或水平方向(例如，箭头x所指的长度方向)排列，第二电池模块2的多个电池单体11沿竖直方向(箭头z所指方向)和/或水平方向(例如箭头x所指的长度方向)排列。具体地，第一电池模块1和第二电池模块2可以分别沿竖直方向(箭头z所指方向)排列1-5个电池单体11。第一电池模块1和第二电池模块2可以分别沿水平方向(例如，箭头x所指的长度方向)排列5-20个电池单体11。优选地，第一电池模组1的沿竖直方向(箭头z所指方向)的尺寸小于第一电池模组1的沿长度方向x的尺寸。第一电池模组1的沿竖直方向(箭头z所指方向)的尺寸小于第一电池模组1的沿宽度方向y的尺寸。
本实施例中，第一电池模块1还包括两个第一端板12，两个第一端板12分别位于第一电池模块1的多个电池单体11沿水平方向的两端，第一端板12用于对第一电池模块1的多个电池单体11进行固定。同样的，第二电池模块2还包括两个第二端板21，两个第二端板21分别位于第二电池模块2的多个电池单体11沿水平方向(例如，箭头x所指的长度方向)的两端，第二端板21用于对第二电池模块2的多个电池单体11进行固定。
如图2所示，本实施例中，第一电池模块1与第二电池模块2均包括沿长度方向(箭头x所指的长度方向)排列的七个电池单体11以及沿竖直方向(箭头z所指方向)排列的两排的电池单体11。当然，可根据需要调整电池单体11的数量、长度、高度、体积等。
可选的，防火构件3沿上述电池单体11的排列方向延伸，防火构件3遮挡所有电池单体11的防爆阀116，即防火构件3遮挡第一电池模块1的所有电池单体11的防爆阀116以及第二电池模块2的所有电池单体11的防爆阀。通过这种设计，可以避免任意一个已发生热失控的电池单体11引发与其防爆阀相对的邻近电池单体也发生热失控。
本实施例中，防火构件3可以通过胶固定于第一电池模块1或第二电池模块2。
如图6所示，当电池单体11(可以是第一电池模块1的电池单体11或第二电池模块2的电池单体11)发生热失控时，防爆阀116破裂并且喷出火焰与高温颗粒6，此时由于设置了防火构件3，火焰与高温颗粒6均被防火构件3挡下，第一电池模块1的电池单体11与第二电池模块2的电池单体11并不会相互影响，避免了电池单体11集体热失控。另外，由于火焰与高温颗粒6不是直接向上喷出，因此可以提高电池包的安全性能。
具体的，防火构件3包括防火构件主体31以及连接于防火构件主体31上端的第一延伸部32，第一延伸部32朝靠近第一电池模块1的方向延伸；和/或，防火构件3包括防火构件主体31以及连接于防火构件3下端的第二延伸部33，第二延伸部33朝靠近第一电池模块1的方向延伸。由于设置了第一延伸部32，因此可以阻挡火焰和高温颗粒6向上扩散，进一步提高电池包的安全性能。由于设置了第二延伸部33，因此可以阻挡火焰和高温颗粒6向下扩散，进一步提高电池包的安全性能。
可选的，防火构件3还包括第三延伸部34，第三延伸部34连接于防火构件主体31上端，第三延伸部34朝靠近第二电池模块2的方向延伸；和/或，防火构件3还包括第四延伸部35，第四延伸部35连接于防火构件主体31下端，第四延伸部35朝靠近第二电池模块2的方向延伸。由于设置了第三延伸部34，因此可以阻挡火焰和高温颗粒6向上扩散，进一步提高电池包的安全性能。由于设置了第四延伸部35，因此可以阻挡火焰和高温颗粒6向下扩散，进一步提高电池包的安全性能。
如图7所示，优选的，在本实施例中，防火构件3包括防火构件主体31、连接于防火构件主体31上端的第一延伸部32、第三延伸部34以及连接于防火构件主体31下端的第二延伸部33、第四延伸部35。
进一步地，第一延伸部32和第二延伸部33分别位于第一电池模块1的多个电池单体11的上侧和下侧，即第一延伸部32沿竖直方向的投影与电池单体11沿竖直方向的投影至少部分重叠，并且第二延伸部33沿竖直方向的投影与电池单体11沿竖直方向的投影至少部分重叠。
进一步地，第三延伸部34和第四延伸部35分别位于第二电池模块2的多个电池单体11的上侧和下侧，即第三延伸部34沿竖直方向的投影与电池单体11沿竖直方向的投影至少部分重叠，并且第四延伸部35沿竖直方向的投影与电池单体11沿竖直方向的投影至少部分重叠。
如此，通过第一延伸部32、第三延伸部34、第二延伸部33、第四延伸部35可以同时在三个方向上罩住第一电池模块1与第二电池模块2的防爆阀116，防止电池单体11热失控时，火焰与带火颗粒6向上或向下喷发。
优选的，防火构件主体31、第一延伸部32、第二延伸部33、第三延伸部34以及第四延伸部35为一体式结构。通过这种设计，用一个防火构件3就可以同时遮挡第一电池模块1的防爆阀116以及第二电池模块2的防爆阀116，减少了防火构件3的个数，并且降低了安装难度。
优选的，如图8所示，防火构件主体31可以包括第一防火板311、第二防火板312，第一防火板311和第二防火板312为分体式结构。第一防火板311位于第二防火板312的朝向第一电池模块1的一侧。第一延伸部32和第二延伸部33分别设置于第一防火板311的上端和下端。第一延伸部32、第二延伸部33和第一防火板311三者为一体式结构。第三延伸部34和第四延伸部35设置在第二防火板312的上端和下端。第三延伸部34、第四延伸部35和第二防火板312三者为一体式结构。
然而，需要说明的是，并不排除上述防火构件3出现各种第一延伸部32、第二延伸部33、第三延伸部34、第四延伸部35任意组合的可能性，实际应用中，可以根据实际的情况，调整防火构件3的形状样式，以取得最佳效果，防火构件3并不局限于本实施例中的形状样式。
如图9至图10所示，本实施例中，第一电池模块1包括两个第一端板12，两个第一端板12分别位于第一电池模块1的多个电池单体11沿水平方向的两端，防火构件3的第一延伸部32和/或第二延伸部33与第一端板12相固定。
如图11所示，本实施例中，防火构件3包括所述防火构件主体31、第一延伸部32以及第二延伸部33，第一延伸部32和第二延伸部33分别位于多个电池单体11的两侧；具体的，防火构件主体31沿竖直方向(箭头z所指方向)延伸，第一延伸部32和第二延伸部33分别位于防火构件主体31的上端和下端。如此，防火构件3在水平方向(例如，箭头y所指方向)以及竖直方向(箭头z所指方向)包围电池单体11，当电池单体11发生热失控时，电池单体11的防爆阀116喷出的火焰与带火颗粒6被防火构件3挡下。
如图12所示，在本实施例中，第一端板12的上端设置有沿竖直方向的固定凸起121，防火构件3的第一延伸部32设置有容纳固定凸起121的固定孔321。
可替代的是，防火构件3的第一延伸部32的下表面设置有沿竖直方向的固定凸起121，第一端板12的上端设置有容纳固定凸起121的固定孔321。此时，通过固定凸起121与固定孔321的配合，将防火构件3固定在第一端板12上，如此装配简单，拆卸便捷。
可选的，在本实施例中，箱体包括上箱盖4以及下箱体5，上箱盖4与下箱体5之间密封设置，下箱体5的侧壁或底壁上设置有用于容纳防火构件3的容纳槽。如此，通过容纳槽可以很好的对防火构件3进行固定。
装配过程中，将多个电池单体11沿水平方向(例如箭头x所指的长度方向)和竖直方向排列(箭头z所指方向)，将两个端板分别位于多个电池单体11水平方向(例如箭头x所指的长度方向)排列的两端，以形成电池模块；将多个电池模块分别设置于箱体中，其中电池模块的防爆阀116均面向一个防火构件3。
需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本实用新型的专利保护范围。因此，基于本实用新型的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本实用新型专利的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电池模块，包括：
多个电池单体，所述电池单体设置有防爆阀；以及
防火构件，所述多个电池单体的所述防爆阀均面向所述防火构件，所述防火构件包括防火构件主体以及连接于所述防火构件主体一端的第一延伸部，所述第一延伸部朝靠近所述电池单体的方向延伸；和/或，
所述防火构件包括防火构件主体以及连接于所述防火构件另一端的第二延伸部，所述第二延伸部朝靠近所述电池单体的方向延伸。
2.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于：所述防火构件包括所述防火构件主体、所述第一延伸部以及所述第二延伸部。
3.根据权利要求2所述的电池模块，其特征在于：所述第一延伸部和所述第二延伸部分别位于所述多个电池单体的两侧。
4.根据权利要求2所述的电池模块，其特征在于：所述防火构件主体沿竖直方向延伸，所述第一延伸部和所述第二延伸部分别位于所述防火构件主体的上端和下端。
5.根据权利要求4所述的电池模块，其特征在于：所述电池模块还包括两个端板，两个所述端板分别位于所述多个电池单体沿水平方向的两端；所述防火构件的第一延伸部和/或第二延伸部与所述端板相固定。
6.根据权利要求5所述的电池模块，其特征在于：所述端板的顶面设置有沿竖直方向延伸的固定凸起，所述防火构件的所述第一延伸部设置有容纳所述固定凸起的固定孔；或者，
所述防火构件的所述第一延伸部的下表面设置有沿竖直方向延伸的固定凸起，所述端板的顶面设置有容纳所述固定凸起的固定孔。
7.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于：所述多个电池单体沿竖直方向和/或水平方向排列。
8.根据权利要求7所述的电池模块，其特征在于：所述防火构件沿所述电池单体的排列方向延伸，所述防火构件遮挡所有所述电池单体的所述防爆阀。
9.根据权利要求1所述的电池模块，其特征在于：所述防火构件的熔点大于或等于500℃。
10.一种电池包，其特征在于，包括：
箱体，以及
设置在箱体内的多个如权利要求1-9任意一项所述的电池模块。
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