JP2012160298A - 組電池装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡単な構成によって単電池セル間の温度バラツキが低減された、組電池装置を提供する。
【解決手段】本発明の組電池装置１は、互いに電気的に接続され、且つ、列設された複数の単電池セル１１と、複数の単電池セル１１に含まれる互いに隣接する単電池セル（Ａ）と単電池セル（Ｂ）との間に配置された熱放射テープとを備える。複数の単電池セル１１は、それぞれ、電池要素と、電池要素を収容する金属製の容器１２とを含んでいる。熱放射テープは、単電池セル（Ａ）の容器の外壁のうち単電池セル（Ｂ）と対向する面の少なくとも一部、および／または、単電池セル（Ｂ）の容器の外壁のうち単電池セル（Ａ）と対向する面の少なくとも一部に貼り付けられている。熱放射テープは、波長２μｍ〜１４μｍにおいて０．７以上の全放射率を有する。
【選択図】図１
【解決手段】本発明の組電池装置１は、互いに電気的に接続され、且つ、列設された複数の単電池セル１１と、複数の単電池セル１１に含まれる互いに隣接する単電池セル（Ａ）と単電池セル（Ｂ）との間に配置された熱放射テープとを備える。複数の単電池セル１１は、それぞれ、電池要素と、電池要素を収容する金属製の容器１２とを含んでいる。熱放射テープは、単電池セル（Ａ）の容器の外壁のうち単電池セル（Ｂ）と対向する面の少なくとも一部、および／または、単電池セル（Ｂ）の容器の外壁のうち単電池セル（Ａ）と対向する面の少なくとも一部に貼り付けられている。熱放射テープは、波長２μｍ〜１４μｍにおいて０．７以上の全放射率を有する。
【選択図】図１
Description
本発明は、単電池セルが複数個組み合わされることによって形成された組電池装置に関する。
ハイブリッド車および電気自動車への関心が高まっている。ハイブリッド車および電気自動車を効率よく走行させるために、高電圧、高エネルギー容量および高エネルギー密度の電池の開発が望まれている。このような電池として、複数個の単電池セルを互いに接続して、これを一つのパッケージとする組電池装置が、一般的に用いられる。
組電池装置の効率および寿命は、温度環境に大きく依存する。高温になると、組電池装置の効率および寿命が低下する。また、組電池装置を構成している単電池セル間の温度にバラツキがあると、出力特性および寿命に悪影響を与えるという問題がある。
そこで、組電池装置において、単電池セル間の温度バラツキを低減させるための様々な技術が提案されている。例えば、特許文献１には、単電池セル間に冷媒を流通させるための冷媒流路を設け、冷媒によって単電池セルを冷却することによって、単電池セル間の温度バラツキを低減する技術が開示されている。
しかし、特許文献１に開示されているような冷媒を利用する技術では、単電池セル間に冷媒流路を設ける必要があるため、比較的大がかりな構成となる。その結果、コストが高くなる。
そこで、本発明は、特許文献１で提案されているような大がかりな構成を採用せずに、単電池セル間の温度バラツキが低減された（単電池セル間の均熱化が実現された）、組電池装置を提供することを目的とする。
本発明は、
互いに電気的に接続され、且つ、列設された複数の単電池セルと、
前記複数の単電池セルに含まれる互いに隣接する単電池セル（Ａ）と単電池セル（Ｂ）との間に配置された熱放射テープと、
を備え、
前記複数の単電池セルは、それぞれ、電池要素と、前記電池要素を収容する金属製の容器とを含んでおり、
前記熱放射テープは、波長２μｍ〜１４μｍにおいて０．７以上の全放射率を有し、且つ、前記単電池セル（Ａ）の前記容器の外壁のうち前記単電池セル（Ｂ）と対向する面の少なくとも一部、および／または、前記単電池セル（Ｂ）の前記容器の外壁のうち前記単電池セル（Ａ）と対向する面の少なくとも一部に貼り付けられている、
組電池装置を提供する。
互いに電気的に接続され、且つ、列設された複数の単電池セルと、
前記複数の単電池セルに含まれる互いに隣接する単電池セル（Ａ）と単電池セル（Ｂ）との間に配置された熱放射テープと、
を備え、
前記複数の単電池セルは、それぞれ、電池要素と、前記電池要素を収容する金属製の容器とを含んでおり、
前記熱放射テープは、波長２μｍ〜１４μｍにおいて０．７以上の全放射率を有し、且つ、前記単電池セル（Ａ）の前記容器の外壁のうち前記単電池セル（Ｂ）と対向する面の少なくとも一部、および／または、前記単電池セル（Ｂ）の前記容器の外壁のうち前記単電池セル（Ａ）と対向する面の少なくとも一部に貼り付けられている、
組電池装置を提供する。
本発明の組電池装置では、互いに隣接する少なくとも２つの単電池セル間に、高い熱放射性を有する熱放射テープが配置されている。この互いに隣接する単電池セルを単電池セル（Ａ）および単電池セル（Ｂ）と表記した場合、熱放射テープは、単電池セル（Ａ）の容器の外壁のうち単電池セル（Ｂ）と対向する面の少なくとも一部、および／または、単電池セル（Ｂ）の容器の外壁のうち単電池セル（Ａ）と対向する面の少なくとも一部に貼り付けられている。すなわち、熱放射テープは、単電池セル（Ａ）および単電池セル（Ｂ）の対向面のうち、少なくとも何れか一方に貼り付けられている。したがって、例えば単電池セル（Ａ）と単電池セル（Ｂ）との間に温度差が存在する場合、間に配置された熱放射テープによって、より高温の単電池セルの容器からより低温の単電池セルの容器へと、放射伝熱によって熱を効率よく移動させることができる。また、単電池セルの容器は金属製であるため、受け取った熱を伝導伝熱によって効率よく容器全体に伝えることができる。これらの結果、本発明の組電池装置では、単電池セル間の温度バラツキが低減される。さらに、この効果は、熱放射テープを単電池セルの容器の外壁に貼り付けるという、簡単な構成によって得られる。
本発明の実施の形態を、図面を参照しながら以下に説明する。なお、以下の記載は本発明を限定するものではない。
図１は、本実施の形態の組電池装置の一例を示す。図１に示すように、本実施の形態の組電池装置１は、互いに電気的に接続され、且つ、列設された複数の単電池セル１１を備えている。
単電池セル１１は、極板などの電池要素（図示せず）と、当該電池要素を収容する容器１２とを備えている。容器１２は金属製である。容器１２には、例えば、熱伝導性が高いアルミニウムからなる容器が好適に用いられる。
本実施の形態では、単電池セル１１が、角形扁平形状を有するリチウム単電池セル（リチウム一次電池セル又はリチウムイオン二次電池セル）である場合を例に挙げて説明する。単電池セル１１の容器１２を構成する６つの面のうち、１つの面（図中では上面）から一対の電極１３（正極および負極）が突出して設けられている。複数の単電池セル１１を列設する場合、図１に示すように、電極１３を有する面が同じ側となるように配置することが一般的である。
単電池セル１１に含まれる電池要素には、例えば、極板、セパレータおよび電解液などが含まれる。ここでの電池要素は、一般的なリチウム電池で用いられるものと同様である。
互いに隣接する単電池セル１１間には、熱放射テープが配置されている。この熱放射テープの配置状態を説明するために、図２に、複数の単電池セル１１のうち、互いに隣接する任意の２つの単電池セル１１ａ，１１ｂ（単電池セル（Ａ）および単電池セル（Ｂ））を示す。
本実施の形態では、単電池セル１１ａの容器１２ａの外壁のうち単電池セル１１ｂと対向する面の少なくとも一部に、熱放射テープ１４ａが貼り付けられている。さらに、単電池セル１１ｂの容器１２ｂの外壁のうち単電池セル１１ａと対向する面の少なくとも一部に、熱放射テープ１４ｂが貼り付けられている。熱放射テープ１４ａ、１４ｂは、波長２μｍ〜１４μｍにおいて０．７以上の全放射率を有しており、高い熱放射性を有する。
例えば単電池セル１１ａと単電池セル１１ｂとの間に温度差が存在する場合、間に配置された熱放射テープ１４ａ，１４ｂによって、より高温の単電池セルの容器から効率よく放射された熱を、より低温の単電池セルの容器に効率よく吸収させることが可能となる。このように、組電池装置１では、熱放射テープ１４ａ，１４ｂによって、単電池セル１１間の放射伝熱による熱の授受が効率よく行われる。また、単電池セルの容器１２ａ，１２ｂは金属製であるため、受け取った熱を伝導伝熱によって効率よく容器全体に伝えることができ、さらに反対側で隣接する別の単電池セルの容器へと効率良く熱を移動させることができる。したがって、単電池セル１１間の温度バラツキが低減される。
熱放射テープ１４ａ，１４ｂの大きさおよび形状は、特に限定されない。しかし、放射伝熱による単電池セル１１間の熱の移動がさらに効率よく行われるように、熱放射テープ１４ａ，１４ｂはより大きい面積を有することが好ましい。例えば、熱放射テープ１４ａが、単電池セル１１ａの容器１２ａの外壁のうち単電池セル１１ｂと対向する面と、同じ形状および同じ大きさを有していてもよい。同様に、熱放射テープ１４ｂが、単電池セル１１ｂの容器１２ｂの外壁のうち単電池セル１１ａと対向する面と、同じ形状および同じ大きさを有していてもよい。
熱放射テープ１４ａ，１４ｂは、熱放射性を有する基材と、当該基材上に形成された粘着剤層とを含む。基材の材料は、熱放射テープ１４ａ，１４ｂが所望の熱放射性を有することができる程度に熱放射性を有していればよく、特に限定されない。例えば、ポリエチレン（ＰＥ）およびポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの汎用樹脂、および、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）およびポリイミド（ＰＩ）などの耐熱性樹脂を、基材の材料として用いることができる。赤外線の吸収・放射特性の向上および／または熱伝導率の向上などを目的として、基材が各種フィラーを含んでいてもよい。基材は、絶縁特性を保持するために、シリカ、アルミナ、マグネシア、チタニア、ジルコニア、チッ化アルミ、チッ化ホウ素などを、単独もしくは併用して、フィラーとして含むことができる。ガラスクロスなどの繊維強化プラスチックをフィラーとして併用してもよい。また、導電特性を発現させる場合には、基材が、カーボン、カーボンファイバー、金属フィラーなどを、単独もしくは併用して含んでもよい。基材の厚さは、特に限定されないが、５μｍ〜５００μｍが好ましく、１０μｍ〜１５０μｍがより好ましい。厚さが５μｍ以上の場合、赤外線が基材に十分に吸収されやすくなるため、高い熱放射性を得やすくなる。厚さが５００μｍ以下の場合、基材自体の剛性による凹凸追従性の低下を抑制できるので、好ましい。
熱放射テープ１４ａ，１４ｂの粘着剤層には、公知のアクリル系粘着剤又はシリコーン系粘着剤を用いることができる。アクリル系粘着剤は、比較的低温の用途に適している。シリコーン系粘着剤は、耐寒性および耐熱性に優れており、アクリル系粘着剤よりも低温域および高温域で使用される用途に適している。
本実施の形態では、単電池セル１１ａの容器１２ａと単電池セル１１ｂの容器１２ｂとの両方に、熱放射テープが貼り付けられている。このように、互いに隣接する単電池セルの両方の容器に熱放射テープを貼り付ける構成は、放射伝熱を利用した単電池セル１１間の均熱効果をより高く得ることができるため、好ましい。しかし、本発明の組電池装置はこの構成に限定されない。単電池セル１１ａの容器１２ａまたは単電池セル１１ｂの容器１２ｂの一方のみに熱放射テープが貼り付けられる構成であっても、単電池セル１１間の温度バラツキを低減させる効果が十分に得られる。
本実施の形態では、全ての互いに隣接する単電池セル間に熱放射テープが配置される構成について説明した。すなわち、本実施の形態の組電池装置では、組電池装置を構成する複数の単電池セルにおいて、互いに隣接する任意の２つの単電池セルが単電池セル（Ａ）および単電池セル（Ｂ）に相当する。このような構成は、単電池セル間の温度バラツキがより低減されるので、好ましい。しかし、本発明の組電池装置は、この構成に限定されない。本発明の組電池装置は、熱放射テープが少なくとも１つの単電池セル間に設けられている構成、すなわち、複数の単電池セルに含まれる互いに隣接する少なくも２つの単電池セルが、単電池セル（Ａ）および単電池セル（Ｂ）に相当する構成、を有していればよい。このような構成でも、単電池セル間の温度バラツキを低減させる効果が得られる。
次に、本発明の組電池装置について、実施例を用いて具体的に説明する。なお、本発明は、以下に示す実施例によって何ら限定されるものではない。
（実施例１）
図３に示す評価装置を作製して、熱放射テープによる単電池セルの均熱効果を評価した。アルミニウム板３１ａ（縦１００ｍｍ×横１００ｍｍ×厚さ１５ｍｍ）と、厚さ４ｍｍのヒーター３２ａと、厚さ１０ｍｍの断熱材３３ａとをこの順に重ね合わせた部品を準備した。さらに、アルミニウム板３１ｂ（縦１００ｍｍ×横１００ｍｍ×厚さ１５ｍｍ）と、厚さ４ｍｍのヒーター３２ｂと、厚さ１０ｍｍの断熱材３３ｂとをこの順に重ね合わせ部品を準備した。これら２組の部品を、アルミニウム板３１ａとアルミニウム板３１ｂとが間隙１ｍｍを介して対向するように、支持具３４ａ，３４ｂで保持した。アルミニウム板３１ａ，３１ｂの表面に、熱放射テープ３５ａ，３５ｂとして、１００×１００ｍｍのニトフロン(登録商標)Ｎｏ．９０３ＳＣ（日東電工製、厚さ０．１１ｍｍ、波長２μｍ〜１４μｍにおける全放射率０．９５）を、それぞれ貼り付けた。ヒーター３２ａの出力を６Ｗ、ヒーター３２ｂの出力を０Ｗとして、定常状態におけるアルミニウム板３１ａおよびアルミニウム板３１ｂの温度を測定した。アルミニウム板３１ａの温度は５０．４℃であった。アルミニウム板３１ｂの温度は４４．５℃であった。アルミニウム板３１ａとアルミニウム板３１ｂとの間の温度差は、５．９℃であった。
図３に示す評価装置を作製して、熱放射テープによる単電池セルの均熱効果を評価した。アルミニウム板３１ａ（縦１００ｍｍ×横１００ｍｍ×厚さ１５ｍｍ）と、厚さ４ｍｍのヒーター３２ａと、厚さ１０ｍｍの断熱材３３ａとをこの順に重ね合わせた部品を準備した。さらに、アルミニウム板３１ｂ（縦１００ｍｍ×横１００ｍｍ×厚さ１５ｍｍ）と、厚さ４ｍｍのヒーター３２ｂと、厚さ１０ｍｍの断熱材３３ｂとをこの順に重ね合わせ部品を準備した。これら２組の部品を、アルミニウム板３１ａとアルミニウム板３１ｂとが間隙１ｍｍを介して対向するように、支持具３４ａ，３４ｂで保持した。アルミニウム板３１ａ，３１ｂの表面に、熱放射テープ３５ａ，３５ｂとして、１００×１００ｍｍのニトフロン(登録商標)Ｎｏ．９０３ＳＣ（日東電工製、厚さ０．１１ｍｍ、波長２μｍ〜１４μｍにおける全放射率０．９５）を、それぞれ貼り付けた。ヒーター３２ａの出力を６Ｗ、ヒーター３２ｂの出力を０Ｗとして、定常状態におけるアルミニウム板３１ａおよびアルミニウム板３１ｂの温度を測定した。アルミニウム板３１ａの温度は５０．４℃であった。アルミニウム板３１ｂの温度は４４．５℃であった。アルミニウム板３１ａとアルミニウム板３１ｂとの間の温度差は、５．９℃であった。
（実施例２）
熱放射テープ３５ａ，３５ｂとして、１００×１００ｍｍのニトフロン（登録商標）Ｎｏ．９０３ＵＬ（日東電工製、厚さ０．０８ｍｍ、波長２μｍ〜１４μｍにおける全放射率０．８５）を用いた点以外は、実施例１と同様の方法で図３に示す評価装置を作製した。この評価装置を用い、実施例１と同様の方法で、熱放射テープによる単電池セルの均熱効果を評価した。アルミニウム板３１ａの温度は５０．５℃であった。アルミニウム板３１ｂの温度は４６．０℃であった。アルミニウム板３１ａとアルミニウム板３１ｂとの間の温度差は、４．５℃であった。
熱放射テープ３５ａ，３５ｂとして、１００×１００ｍｍのニトフロン（登録商標）Ｎｏ．９０３ＵＬ（日東電工製、厚さ０．０８ｍｍ、波長２μｍ〜１４μｍにおける全放射率０．８５）を用いた点以外は、実施例１と同様の方法で図３に示す評価装置を作製した。この評価装置を用い、実施例１と同様の方法で、熱放射テープによる単電池セルの均熱効果を評価した。アルミニウム板３１ａの温度は５０．５℃であった。アルミニウム板３１ｂの温度は４６．０℃であった。アルミニウム板３１ａとアルミニウム板３１ｂとの間の温度差は、４．５℃であった。
（実施例３）
１００×１００ｍｍのダイアホイル（登録商標）Ｂ１００Ｃ３８（三菱樹脂株式会社製、厚さ０．３８ｍｍ）の表面に黒色塗料を塗布して、総厚が０．４２ｍｍ、波長２μｍ〜１４μｍにおける全放射率が０．９２の基材を準備した。この基材上に、粘着剤層として、両面粘着テープＮｏ．５９１９（日東電工製、厚さ０．０５ｍｍ）を貼り付けて、熱放射テープを作製した。得られた熱放射テープを、熱放射テープ３５ａ，３５ｂとして用いた点以外は、実施例１と同様の方法で図３に示す評価装置を作製した。この評価装置を用い、実施例１と同様の方法で、熱放射テープによる単電池セルの均熱効果を評価した。アルミニウム板３１ａの温度は５０．３℃であった。アルミニウム板３１ｂの温度は４４．５℃であった。アルミニウム板３１ａとアルミニウム板３１ｂとの間の温度差は、５．９℃であった。
１００×１００ｍｍのダイアホイル（登録商標）Ｂ１００Ｃ３８（三菱樹脂株式会社製、厚さ０．３８ｍｍ）の表面に黒色塗料を塗布して、総厚が０．４２ｍｍ、波長２μｍ〜１４μｍにおける全放射率が０．９２の基材を準備した。この基材上に、粘着剤層として、両面粘着テープＮｏ．５９１９（日東電工製、厚さ０．０５ｍｍ）を貼り付けて、熱放射テープを作製した。得られた熱放射テープを、熱放射テープ３５ａ，３５ｂとして用いた点以外は、実施例１と同様の方法で図３に示す評価装置を作製した。この評価装置を用い、実施例１と同様の方法で、熱放射テープによる単電池セルの均熱効果を評価した。アルミニウム板３１ａの温度は５０．３℃であった。アルミニウム板３１ｂの温度は４４．５℃であった。アルミニウム板３１ａとアルミニウム板３１ｂとの間の温度差は、５．９℃であった。
（比較例１）
熱放射テープ３５ａ，３５ｂを設けなかった点以外は、実施例１と同様の方法で図３に示す評価装置を作製した。この評価装置を用い、実施例１と同様の方法で、熱放射テープを設けない構成について、単電池セル間の温度差を測定した。なお、アルミニウム板３１ａ，３１ｂの波長２μｍ〜１４μｍにおける全放射率は０．０３であった。アルミニウム板３１ａの温度は５３．９℃であった。アルミニウム板３１ｂの温度は４６．７℃であった。アルミニウム板３１ａとアルミニウム板３１ｂとの間の温度差は、７．２℃であった。
熱放射テープ３５ａ，３５ｂを設けなかった点以外は、実施例１と同様の方法で図３に示す評価装置を作製した。この評価装置を用い、実施例１と同様の方法で、熱放射テープを設けない構成について、単電池セル間の温度差を測定した。なお、アルミニウム板３１ａ，３１ｂの波長２μｍ〜１４μｍにおける全放射率は０．０３であった。アルミニウム板３１ａの温度は５３．９℃であった。アルミニウム板３１ｂの温度は４６．７℃であった。アルミニウム板３１ａとアルミニウム板３１ｂとの間の温度差は、７．２℃であった。
なお、実施例１〜３で用いた熱放射テープの波長２μｍ〜１４μｍにおける全放射率は、フーリエ変換赤外分光法（ＦＴ−ＩＲ）により、各熱放射テープの非粘着面の反射率および透過率スペクトルを測定して算出することによって得られた値である。測定条件は以下のとおりである。
測定装置：ＩＦＳ−６６ｖ／Ｓ（Ｂｒｕｋｅｒ社製ＦＴ−ＩＲ、真空光学系）
光源：グローバー（ＳｉＣ）
検知器：ＭＣＴ（ＨｇＣｄＴｅ）
ビームスプリッター：Ｇｅ／ＫＢｒ
分解能：４ｃｍ-1
積算回数：５１２回
ゼロフィリング：２倍
アポダイゼーション：三角形
測定領域：５０００〜７１５ｃｍ-1（２〜１４μｍ）
測定温度：２５℃
付属装置：透過率・反射率測定用積分球
測定装置：ＩＦＳ−６６ｖ／Ｓ（Ｂｒｕｋｅｒ社製ＦＴ−ＩＲ、真空光学系）
光源：グローバー（ＳｉＣ）
検知器：ＭＣＴ（ＨｇＣｄＴｅ）
ビームスプリッター：Ｇｅ／ＫＢｒ
分解能：４ｃｍ-1
積算回数：５１２回
ゼロフィリング：２倍
アポダイゼーション：三角形
測定領域：５０００〜７１５ｃｍ-1（２〜１４μｍ）
測定温度：２５℃
付属装置：透過率・反射率測定用積分球
熱放射テープが設けられた実施例１〜３は、熱放射テープが設けられなかった比較例１よりも、アルミニウム板３１ａ，３１ｂ間の温度差が小さかった。この結果から、熱放射テープを単電池セルの容器に貼り付けるという簡単な構成によって、互いに隣接する単電池セル間で放射伝熱による熱の授受が効率よく行われて、単電池セル間での温度差を低減できることが確認された。
本発明の組電池装置は、簡単な構成であるにも関わらず、単電池セル間の高い均熱効果が得られるので、良好な出力特性および寿命が期待できる。したがって、本発明の組電池装置は、様々な用途に適用できるが、特に電気自動車の電源装置などに好適に用いられる。
１ 組電池装置
１１ａ，１１ｂ 単電池セル
１２ａ，１２ｂ 容器
１３ 電極
１４ａ，１４ｂ 熱放射テープ
３１ａ，３１ｂ アルミニウム板
３２ａ，３２ｂ ヒーター
３３ａ，３３ｂ 断熱材
３４ａ，３４ｂ 支持具
３５ａ，３５ｂ 熱放射テープ
１１ａ，１１ｂ 単電池セル
１２ａ，１２ｂ 容器
１３ 電極
１４ａ，１４ｂ 熱放射テープ
３１ａ，３１ｂ アルミニウム板
３２ａ，３２ｂ ヒーター
３３ａ，３３ｂ 断熱材
３４ａ，３４ｂ 支持具
３５ａ，３５ｂ 熱放射テープ
Claims (4)
- 互いに電気的に接続され、且つ、列設された複数の単電池セルと、
前記複数の単電池セルに含まれる互いに隣接する単電池セル（Ａ）と単電池セル（Ｂ）との間に配置された熱放射テープと、
を備え、
前記複数の単電池セルは、それぞれ、電池要素と、前記電池要素を収容する金属製の容器とを含んでおり、
前記熱放射テープは、波長２μｍ〜１４μｍにおいて０．７以上の全放射率を有し、且つ、前記単電池セル（Ａ）の前記容器の外壁のうち前記単電池セル（Ｂ）と対向する面の少なくとも一部、および／または、前記単電池セル（Ｂ）の前記容器の外壁のうち前記単電池セル（Ａ）と対向する面の少なくとも一部に貼り付けられている、
組電池装置。 - 前記熱放射テープは、全ての互いに隣接する単電池セル間に配置される、
請求項１に記載の組電池装置。 - 前記熱放射テープは、熱放射性を有する基材と、前記基材上に形成された粘着剤層とを含み、
前記粘着剤層が、アクリル系粘着剤又はシリコーン系粘着剤からなる、
請求項１又は２に記載の組電池装置。 - 前記単電池セルは、リチウム単電池セルである、
請求項１〜３の何れか１項に記載の組電池装置。
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