JP2009195066A - 電源装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 放熱性に優れた電源装置を提供する。
【解決手段】 電源体(21)と、電源体と接触して、電源体との間で熱交換を行うための液状の熱交換媒体(3)と、電源体及び熱交換媒体を収容するケース(10)と、ケースの外面に取り付けられ、ケースと接触する外気よりも熱伝導率の高い熱伝達部材(60)とを有する。熱伝達部材は、ケースに向かって凸となる曲げ部を有しており、曲げ部を介してケースからの熱伝達を許容する。
【選択図】 図2
【解決手段】 電源体(21)と、電源体と接触して、電源体との間で熱交換を行うための液状の熱交換媒体(3)と、電源体及び熱交換媒体を収容するケース(10)と、ケースの外面に取り付けられ、ケースと接触する外気よりも熱伝導率の高い熱伝達部材(60)とを有する。熱伝達部材は、ケースに向かって凸となる曲げ部を有しており、曲げ部を介してケースからの熱伝達を許容する。
【選択図】 図2
Description
本発明は、電源装置における放熱構造に関するものである。
従来の車両では、複数の単電池をケースに収容した電池パックを搭載しているものがある。この車両は、いわゆるハイブリッド自動車とよばれるものであり、電池パックの出力を用いて車両を走行させたり、車両の回生エネルギを電池パックに充電したりしている。
ここで、単電池は、充放電によって発熱することが知られている。そこで、単電池の放熱性を向上させるために、ケースの外面にフィンを設けているものがある(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1に記載の電池装置では、ケースの内部に、複数の単電池及び絶縁油を収容し、ケースの外面に複数のフィンを形成している。この構成において、単電池で発生した熱は、絶縁油を介してケースに伝達され、ケースを介して大気中に放出されることになる。そして、ケースの外面に複数のフィンを形成することにより、ケースの表面積を増加させて、ケースの放熱性、言い換えれば、単電池の放熱性を向上させるようにしている。
特開平10−199497号公報(段落0016、図3)
ここで、ケースの外面にフィンを設ける構成では、一般的に、フィンがケースと一体的に形成されている。しかしながら、フィンが一体的に備えられたケースを成形する場合には、成形上の理由により、ケースの材料が特定の材料(例えば、アルミニウム)に制限されてしまうことがある。ここで、アルミニウムは高価であるため、電源装置のコストを低減させることが困難である。
本発明は、電力を出力する電源体と、電源体と接触して、電源体との間で熱交換を行うための液状の熱交換媒体と、電源体及び熱交換媒体を収容するケースと、ケースの外面に取り付けられ、ケースと接触する外気よりも熱伝導率の高い熱伝達部材とを有する。そして、熱伝達部材は、ケースに向かって凸となる曲げ部を有しており、曲げ部を介してケースからの熱伝達を許容する。
ここで、ケースに対する熱伝達部材の押圧力を調整するための調整機構を設けることができる。これにより、ケースに対する熱伝達部材の押圧力を容易に調整することができる。また、ケース及び熱伝達部材を溶接によって取り付ける場合に比べて、コストを低減することができる。
具体的には、調整機構をケースに固定しておき、熱伝達部材と係合する位置を変化させることにより、ケースに対する熱伝達部材の押圧力を調整することができる。すなわち、熱伝達部材の一端をケースに固定するとともに、熱伝達部材の他端を調整機構と係合させておき、調整機構によって熱伝達部材の他端を移動させることにより、上記押圧力を調整することができる。また、熱伝達部材の両端を、調整機構と係合させるようにすることもできる。
一方、ケースの外面のうち、熱伝達部材と対向する領域が、ケースの外側に向かって凸となる形状に形成することができる。例えば、熱伝達部材と対向する領域において、ケースの外側に向かって凸となる曲面部を設けることができる。このように構成することによって、熱伝達部材をケースの外面に沿って配置し易くすることができる。
本発明の電源装置では、熱伝達部材の曲げ部を、ケースの外面に直接、接触させることができる。また、ケース及び熱伝達部材の間において、ケース及び熱伝達部材の間における熱伝達を許容する弾性部材を配置することもできる。この弾性部材を用いることにより、弾性部材をケースに接触させやすくするとともに、熱伝達部材を弾性部材に接触させやすくすることができ、ケース及び熱伝達部材の間における熱伝達を効率良く行わせることができる。
なお、本発明の電源装置は、車両に搭載することができる。また、電源体としては、例えば、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。
本発明によれば、熱伝達部材を用いることにより、ケースの放熱性、言い換えれば、電源体の放熱性を向上させることができる。すなわち、ケースの外面に熱伝達部材を取り付けることにより、ケースの外面における表面積を増加させることができ、ケースの放熱性を向上させることができる。
また、本発明では、放熱に用いられる熱伝達部材を、ケースとは別体として構成しているため、ケースとは異なる材料で熱伝達部材を形成することができる。すなわち、電源装置の放熱性を考慮して、熱伝達部材の材料を適宜設定することができる。また、放熱に用いられるフィンをケースと一体的に形成する場合に比べて、ケースを低コストで容易に製造することができる。
以下、本発明の実施例について説明する。
本発明の実施例1における電池パック(電源装置)の構成について、図1及び図2を用いて説明する。ここで、図1は、電池パックの構成を示す外観図であり、図2は、電池パックの内部構成を示す断面図である。本実施例の電池パックは、車両に搭載されている。そして、電池パックの出力を用いて車両を走行させたり、車両の回生エネルギを電池パックに充電させたりすることができる。
本実施例の電池パック1は、ケース10と、ケース10の内部に収容された電池ユニット20とを有している。ケース10は、電池ユニット20を収容するための空間を形成する収容部材11と、収容部材11の開口部を覆う蓋部材12とを有している。蓋部材12は、収容部材11にネジ等の締結部材によって固定されたり、溶接によって固定されたりする。これにより、ケース10の内部は、密閉状態となる。
また、収容部材11及び蓋部材12は、熱伝導性や耐食性等に優れた材料、例えば、後述する熱交換媒体3の熱伝導率と同等又はこれよりも高い熱伝導率を有する材料で形成することができる。具体的には、収容部材11や蓋部材12を、アルミニウムや鉄等といった金属で形成することができる。
収容部材11の底面部11aは、図1及び図2に示すように、電池パック1の外側に向かって凸となる曲面で構成されている。底面部11aにおける曲面の曲率は、適宜設定することができる。なお、底面部11aを略平坦な面で構成することもできる。ただし、底面部11aを曲面で構成することにより、平坦な面で構成するよりも、収容部材11の強度を向上させることができる。
また、底面部11aは、上述した曲面に形成しなくても、この曲面に沿うような段差を有する形状に形成することもできる。すなわち、底面部11aを複数の段差部によって構成することができる。この場合にも、底面部11aは、電池パック1の外側に向かって凸となっている。
ここで、ケース10の内部には、電池ユニット20の他にも、電池ユニット20との間で熱交換を行うための熱交換媒体3が収容されている。具体的には、熱交換媒体3は、電池ユニット20の表面に接触しているとともに、ケース10の内壁面に接触している。この熱交換媒体3は、後述するように、電池ユニット20の温度を調節するために用いられる。
熱交換媒体3は、絶縁性を有する液体であり、例えば、絶縁性を有する油や、フッ素系不活性液体を用いることができる。フッ素系不活性液体としては、例えば、フロリナート、Novec HFE(hydrofluoroether)、Novec1230(スリーエム社製)を用いることができる。
なお、電池ユニット20の表面に絶縁処理を施しておけば、熱交換媒体3として、絶縁性を有する液体を用いなくてもよい。例えば、電池ユニット20の表面に、絶縁性を有する膜を形成しておくことができ、この場合には、水といった、絶縁性を持たない熱交換媒体を用いることができる。
一方、電池ユニット20は、複数の単電池(電源体としての二次電池)21が電気的に接続されたものである。複数の単電池21は、ケース10の内部において、並列に配置されている。
各単電池21は、両端側において、一対の板状の支持部材(不図示)によって支持されている。これらの支持部材は、ネジ等の締結部材(不図示)によって、ケース10(収容部材11)に固定されている。なお、本実施例では、2つの支持部材を用いているが、これらの支持部材を一体として構成することもできる。
また、各単電池21の両端には、正極用及び負極用の端子(不図示)が設けられている。各単電池21の端子は、隣り合って配置された他の単電池21の端子とバスバー(不図示)を介して接続されている。すなわち、複数の単電池21を、バスバーを介して電気的に直列に接続することにより、電池ユニット20として所望の高出力(例えば、200[V])を得ることができる。
ここで、複数の単電池21のうち特定の2つの単電池21には、正極用及び負極用の配線(不図示)が接続されており、これらの配線は、ケース10を貫通して、ケース10の外部に配置された電子機器に接続されている。これにより、電池ユニット20の出力を用いて、電子機器を駆動することができる。電子機器としては、電力の供給を受けて動作するものであればよく、例えば、電池ユニット20の電圧値を変換するためのコンバータや、車両の走行に用いられるモータに電力を供給するためのインバータなどが挙げられる。
単電池21としては、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池といった二次電池を用いることができる。なお、二次電池の代わりに、電源体としての電気二重層キャパシタ(コンデンサ)や燃料電池を用いることもできる。また、本実施例では、円筒型の単電池21を用いているが、角型等の他の形状の単電池を用いることもできる。
一方、収容部材11の側面部11bには、スタッドボルト41が固定されている。スタッドボルト41には、ナット42が係合している。また、側面部11bと向かい合う側面部11cには、調整ユニット50が固定されている。調整ユニット50は、ボルト等の締結部材や、溶接によって収容部材11に固定される。調整ユニット50は、外装ケース51と、外装ケース51に対して回転可能に支持されたボルト52とを有している。
また、フィン部材(熱伝達部材)60は、板状の部材を曲げ形成したものであって、収容部材11の外面に沿って配置されている。フィン部材60は、ケース10と接触する気体(空気)よりも熱伝導率の高い材料によって形成されている。具体的には、フィン部材60を、アルミニウムや鉄といった金属で形成することができる。
フィン部材60の一端部60aは、収容部材11の側面部11bに沿って配置されている。また、フィン部材60の一端部60aには、開口部が形成されており、この開口部には、スタッドボルト41が貫通するようになっている。フィン部材60の開口部にスタッドボルト41を貫通させた状態で、スタッドボルト41にナット42を締め付けることにより、フィン部材60の一端部60aが収容部材11に固定される。
一方、フィン部材60の他端部60bは、収容部材11の側面部11cに沿って配置されている。また、フィン部材60の他端部60bには、図3に示すように、複数の開口部61が形成されている。ここで、図3は、フィン部材60の他端部60bを正面から見たときの図である。また、図4に示すように、ボルト52の外周面にはネジ部52aが形成されており、ネジ部52aは、一部がフィン部材60の開口部61と係合するようになっている。
ここで、ボルト52を回転させると、ネジ部52a及び開口部61の係合位置が変化することになる。すなわち、ボルト52を回転させることにより、ボルト52に対して、フィン部材60を図4の矢印X1で示す方向に移動させることができる。具体的には、ボルト52を一方向に回転させることにより、ボルト52に対してフィン部材60を図4の下方向に移動させることができる。また、ボルト52を他方向に回転させることにより、ボルト52に対してフィン部材60を図4の上方向に移動させることができる。
一方、図1及び図2に示すように、フィン部材60においては、収容部材11に向かって凸となる曲面部(曲げ部)60cと、収容部材11とは反対側に向かって凸となる曲面部60dとが交互に連続して形成されている。なお、本実施例では、複数の曲面部60cを形成しているが、1つの曲面部60cを形成するだけであってもよい。
また、フィン部材60(曲面部60c)と収容部材11の底面部11aとの間には、弾性シート(弾性部材)70が配置されている。弾性シート70は、底面部11aの外面に沿った状態で、底面部11aに固定されており、底面部11a及びフィン部材60の曲面部60cに接触するようになっている。弾性シート70は、ケース10に接触する気体(空気)よりも高い熱伝導率を有する材料であって、弾性変形可能な材料によって形成されている。例えば、弾性変形可能な材料(樹脂材料)の中に、空気よりも高い熱伝導率を有する材料を分散させることにより、弾性シート70を形成することができる。
なお、本実施例では、弾性シート70を用いているが、弾性シート70を用いなくてもよい。すなわち、フィン部材60(曲面部60c)を直接、収容部材11の底面部11aに接触させることもできる。
ここで、弾性変形可能な弾性シート70を用いることにより、弾性シート70を底面部11aに沿って容易に取り付けることができるとともに、フィン部材60を弾性シート70に接触させやすくすることができる。すなわち、フィン部材60を底面部11aに直接、接触させにくい場合には、弾性シート70を用いることにより、収容部材11及びフィン部材60の間における熱伝達を効率良く行うことができる。
上述した構成において、ボルト52の回転によってフィン部材60の他端部60bを移動させると、弾性シート70に対するフィン部材60の押圧力(接触圧)を調整することができる。すなわち、ボルト52を一方向に回転させれば、フィン部材60を弛めることができ、ボルト52を他方向に回転させれば、フィン部材60を締め付けることができる。
これにより、ボルト52の操作によって、フィン部材60を弾性シート70に確実に接触させることができる。ここで、弾性シート70に対して、フィン部材60を弛めたり、締め付けたりすることにより、フィン部材60における曲面部60c,60dの形状が変化することになる。すなわち、曲面部60c,60dにおける曲率が変化することになる。
本実施例の電池パック1において、単電池21が充放電によって発熱すると、単電池21で発生した熱は、単電池21に接触する熱交換媒体3との間で熱交換が行われることにより、熱交換媒体3に伝達される。そして、熱交換媒体3は、ケース10の内部で流動することによりケース10に到達し、ケース10に熱を伝達する。
ここで、ケース10の内部に、熱交換媒体3を強制的に流動させるための撹拌部材(ファン等)を配置すれば、単電池21の熱を、熱交換媒体3を介してケース10に効率良く伝達させることができる。
ケース10に伝達された熱は、ケース10の外部(大気中)に放出されたり、ケース10に接触する弾性シート70を介してフィン部材60に伝達されたりする。ここで、弾性シート70及びフィン部材60は、ケース10に接触する大気(空気)よりも熱伝導率の高い材料によって形成されているため、ケース10に伝達された熱は、主に、弾性シート70を介してフィン部材60に伝達される。
このように、ケース10に伝達された熱を、フィン部材60に伝達させることにより、ケース10の放熱性を向上させることができる。言い換えれば、単電池21の放熱性を向上させることができる。
ここで、ファン等を用いて、フィン部材60に空気を導くようにすれば、フィン部材60の放熱性を向上させることができる。これにより、単電池21の放熱性を更に向上させることができる。この場合において、フィン部材60の一部に、ファン部材60に導かれる空気と接触する突起部を形成しておけば、突起部によって空気の流れに乱流を生じさせることができる。これにより、フィン部材60及び空気の間における熱伝達を向上させることができる。なお、フィン部材60に空気を導く代わりに、空気とは異なる成分の気体や、液体を導くようにすることもできる。これらの気体や液体は、フィン部材60との間で熱交換を行うための熱交換媒体となる。
また、本実施例によれば、従来の構成(フィンを一体的に備えたケース)のように、ケース10を複雑な形状に形成する必要がなくなる。これにより、ケース10の材料について、選択の幅を広げることができる。
具体的には、従来の構成では、アルミダイキャストによって成形するのが一般的であるが、本実施例のケース10の材料としては、アルミニウムといった高価な材料ではなく、安価な鉄等を用いることができる。そして、ケース10の材料として鉄を用いれば、プレス成形によってケース10(収容部材11及び蓋部材10)を製造することができ、量産性を高めることができる。また、鉄を用いることにより、ケース10の強度を確保しつつ、ケース10の厚みを薄型化することができる。
また、本実施例では、底面部11aを電池パック1の外側に向かって凸となる形状に形成しているため、フィン部材60の両端部60a,60bを収容部材11の側面部11b,11cに取り付けた構成において、フィン部材60(曲面部60c,60d)を底面部11aに沿って配置しやすくすることができる。これにより、フィン部材60を収容部材11の底面部11aに対して効率良く押圧させることができる。
さらに、フィン部材60の曲面部60cをケース10に接触させる場合において、本実施例の構成では、曲面部60c及びケース10を溶接する場合に比べて、製造コストを低減することができる。すなわち、本実施例では、スタッドボルト41及び調整ユニット50を用いることにより、フィン部材60の曲面部60cをケース10に接触させておくだけでよく、曲面部60cを溶接によってケース10に固定しておく必要がない。
なお、本実施例では、フィン部材60を板状の部材によって構成しているが、これに限るものではない。すなわち、フィン部材60を線状の部材によって構成することもできる。ただし、フィン部材60を板状の部材によって構成することにより、弾性シート70又はケース10との接触面積を確保することができる。
また、本実施例では、フィン部材60の一端部60aを、スタッドボルト41を介して収容部材11に固定し、フィン部材60の他端部60bを調整ユニット50によって調整可能としているがこれに限るものではない。具体的には、フィン部材60の両端部60a,60bに対して調整ユニット50をそれぞれ配置し、フィン部材60の両端部60a,60bを移動させるようにすることもできる。
さらに、本実施例では、図3及び図4に示す調整ユニット50を用いることにより、弾性シート70に対するフィン部材60の押圧力を調整するようにしているが、これに限るものではない。すなわち、フィン部材60の少なくとも一端部を移動させるような構成であれば、弾性シート70に対するフィン部材60の押圧力を調整することができる。
例えば、フィン部材60の押圧力を調整するための他の構成としては、図5に示す構成が考えられる。ここで、図5は、本実施例の変形例である電池パックにおける一部の構成を示す概略図であり、フィン部材の一端部の位置を変化させる構成を示す図である。なお、上述した実施例で説明した部材と同一の機能を有する部材については、同一符号を用いている。
図5において、フィン部材60の端部60bは、収容部材11に形成されたフランジ部11dと略平行となるように曲げ形成されている。そして、フィン部材60の端部60bには、ボルト80が回転可能な状態で固定されている。ボルト80のネジ部80aは、フランジ部11dに設けられたネジ穴部90と係合している。
図5に示す構成において、ボルト80を回転させると、ネジ穴部90に対するネジ部80aの係合位置が変化することになる。これに伴い、フランジ部11d及びフィン部材60の端部60bの距離(図5の上下方向における間隔)が変化することになる。
すなわち、ボルト80の回転によって、フィン部材60の端部60bは、フランジ部11dに対して、図5の矢印X2で示す方向に移動することになる。具体的には、ボルト80を一方向に回転させることにより、端部60bをフランジ部11dに近づけることができ、ボルト80を他方向に回転させることにより、端部60bをフランジ部11dから離すことができる。
このようにフィン部材60の端部60bを移動させることにより、上述した実施例1と同様に、弾性シート70に対するフィン部材60の押圧力を調整することができる。
一方、上述した実施例では、調整ユニット50を用いてフィン部材60の押圧力を調整するようにしているが、フィン部材60をケース10に予め固定しておくこともできる。すなわち、フィン部材60の両端部60a,60bをケース10に固定しておくことができる。
ここで、フィン部材60をケース10に固定する構成は、いかなる構成であってもよい。例えば、上述した実施例で説明したように、スタッドボルト及びナットを用いて、フィン部材60の両端部60a,60bを収容部材11に固定することができる。また、フィン部材60の両端部60a,60bを収容部材11及び蓋部材12の間に挟んで固定しておくこともできる。
具体的には、図6に示すように、フィン部材60の端部60bを、収容部材11のフランジ部11dと蓋部材12のフランジ部12aとの間に配置する。この状態において、ボルト等を用いて、端部60b及びフランジ部11d,12aをまとめて固定しておくことができる。また、図6に示す状態において、矢印Aで示す方向に、端部60b及びフランジ部11d,12aを曲げ形成することにより、言い換えれば、端部60b及びフランジ部11d,12aを折り畳むことにより、フィン部材60をケース10に固定することができる。
一方、本実施例では、収容部材11の底面部11aの側にフィン部材60を配置しているが、これに限るものではない。すなわち、収容部材11の側面部に沿って、フィン部材60の曲面部60c,60dを配置したり、蓋部材12の上面部に沿って、フィン部材60(曲面部60c,60d)を配置したりすることができる。
また、図7に示すように、ケース10の周囲を囲むように、フィン部材60を配置することもできる。図7に示すフィン部材60では、ケース10の周囲において、曲面部60c,60dが交互に連続的に形成されている。そして、フィン部材60の曲面部60cが、ケース10における上面部、互いに向かい合う2つの側面部及び、底面部と接触するようになっている。この構成では、実施例1で説明したスタッドボルト41等を用いて、フィン部材60の少なくとも一部をケース10に固定するようにすればよい。
また、図7に示す構成では、ケース10の周囲においてフィン部材60が連続して形成されているが、フィン部材60に2つの端部を設け、これらの端部における係合位置を変化させることもできる。この場合には、フィン部材60の両端部における係合位置を変化させることにより、ケース部材10に対するフィン部材60の押圧力を変化させることができる。なお、ケース10の外面すべてを、フィン部材60によって覆うようにすることもできる。
さらに、上述した実施例では、フィン部材60に曲面部60c,60dを形成したが、これに限るものではない。すなわち、フィン部材60は、弾性シート70又はケース10に接触する部分と、弾性シート70又はケース10から離れた部分とを有するものであれば、いかなる形状であってもよい。具体的には、ケース10に接触するフィン部材60を、図8に示す形状とすることができる。
図8に示す構成では、フィン部材60が、ケース10に向かって凸となる部分を有している点において、上述した実施例と同じであるが、凸となる部分の先端が、平面を有している点において、上述した実施例と異なっている。この構成では、フィン部材60及びケース10の接触面積を増加させることができる。
1:電池パック(電源装置)
10:ケース
21:単電池(電源体)
3:熱交換媒体
50:調整ユニット(調整機構)
52:ボルト
60:フィン部材(熱伝達部材)
60c:曲面部(曲げ部)
70:弾性シート(弾性部材)
10:ケース
21:単電池(電源体)
3:熱交換媒体
50:調整ユニット(調整機構)
52:ボルト
60:フィン部材(熱伝達部材)
60c:曲面部(曲げ部)
70:弾性シート(弾性部材)
Claims (7)
- 電力を出力する電源体と、
前記電源体と接触して、前記電源体との間で熱交換を行うための液状の熱交換媒体と、
前記電源体及び前記熱交換媒体を収容するケースと、
前記ケースの外面に取り付けられ、前記ケースと接触する外気よりも熱伝導率の高い熱伝達部材とを有し、
前記熱伝達部材は、前記ケースに向かって凸となる曲げ部を有しており、前記曲げ部を介して前記ケースからの熱伝達を許容することを特徴とする電源装置。 - 前記ケースに対する前記熱伝達部材の押圧力を調整するための調整機構を有することを特徴とする請求項1に記載の電源装置。
- 前記調整機構は、前記ケースに固定されており、前記熱伝達部材と係合する位置を変化させることにより、前記押圧力を調整することを特徴とする請求項2に記載の電源装置。
- 前記ケースの外面のうち、前記熱伝達部材と対向する領域が、前記ケースの外側に向かって凸となる形状に形成されていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載の電源装置。
- 前記ケースの外面は、前記熱伝達部材と対向する領域において、前記ケースの外側に向かって凸となる曲面部を有することを特徴とする請求項4に記載の電源装置。
- 前記熱伝達部材の曲げ部が、前記ケースの外面に接触していることを特徴とする請求項1から5のいずれか1つに記載の電源装置。
- 前記ケース及び前記熱伝達部材の間に配置され、前記ケース及び前記熱伝達部材の間における熱伝達を許容する弾性部材を有することを特徴とする請求項1から5のいずれか1つに記載の電源装置。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012226955A (ja) * | 2011-04-19 | 2012-11-15 | Dendo Sharyo Gijutsu Kaihatsu Kk | 電池ユニット |
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2008
- 2008-02-15 JP JP2008034886A patent/JP2009195066A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012226955A (ja) * | 2011-04-19 | 2012-11-15 | Dendo Sharyo Gijutsu Kaihatsu Kk | 電池ユニット |
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