JP2021118090A - 車両用バッテリパック - Google Patents

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Abstract

【課題】液冷式であっても車両への搭載が容易な車両用バッテリパックを得る。【解決手段】車両用バッテリパック10は、バッテリ14と、ラジエータ24と、バッテリ14とラジエータ24とを繋ぐ流路38と、流路38を通してバッテリ14とラジエータ24との間で冷却液を循環させるポンプ26と、バッテリ14、ラジエータ24、流路38及びポンプ26を内部に収容すると共に、外気の取込口68及び排出口70が形成されるケース12と、を備えている。【選択図】図3

Description

本発明は、車両用のバッテリパックに関する。
下記特許文献1には、複数のバッテリセルが積層されたバッテリモジュールと、該バッテリモジュールを収容するバッテリケースとを備え、車両のフロアパネル下に搭載されるバッテリユニット(バッテリパック)が開示されている。上記のバッテリモジュールは、モジュールケース内に収容されており、該モジュールケースの底面に形成されたウォータージャケットによって冷却される構成になっている。このような液冷式では、ファン等による空冷式に比べて、緻密な温度管理が可能となり、バッテリの効率が向上する。
特開2019−129042号公報
上記の先行技術では、ウォータージャケット内の冷却液を冷却することに関して記載されていないが、冷却液を冷却するためのラジエータが必要となる。そのようなラジエータは、一般にバッテリパックの外に配置されるため、ラジエータとバッテリパックとを配管で繋ぐ必要がある。その結果、車両へのバッテリパックの搭載が煩雑になるという問題がある。
本発明は上記事実を考慮し、液冷式であっても車両への搭載が容易な車両用バッテリパックを得ることを目的とする。
請求項1に記載の発明に係る車両用バッテリパックは、バッテリと、ラジエータと、前記バッテリと前記ラジエータとを繋ぐ流路と、前記流路を通して前記バッテリと前記ラジエータとの間で冷却液を循環させるポンプと、前記バッテリ、前記ラジエータ、前記流路及び前記ポンプを内部に収容すると共に、外気の取込口及び排出口が形成されるケースと、を備えている。
請求項1に記載の発明では、ポンプが作動すると、バッテリとラジエータとを繋ぐ流路を通してバッテリとラジエータとの間で冷却液が循環する。これにより、空冷式に比べて、緻密な温度管理が可能となり、バッテリの効率が向上する。しかも、上記のバッテリ、ラジエータ、流路及びポンプは、外気の取込口及び排出口が形成されたケースの内部に収容されており、ケース内に取り込まれた外気とラジエータを流れる冷却液との間で熱交換が行われる。つまり、冷却液を冷却するための構成が全てケース内に内蔵されている。これにより、本車両用バッテリパックを車両に搭載する際に、バッテリとラジエータとを配管で繋ぐ必要がなくなるので、車両への搭載が容易になる。
請求項2に記載の発明に係る車両用バッテリパックは、請求項1において、前記ラジエータは、車両に搭載された状態において、正面を車両下方側に向け且つ背面を車両上方側に向けた姿勢で配置される。
請求項2に記載の発明によれば、ラジエータは、車両搭載状態において、正面を車両下方側に向け且つ背面を車両上方側に向けた姿勢でケース内に配置される。これにより、ケースの車両上下方向の寸法が大きくなることを抑制できる。
請求項3に記載の発明に係る車両用バッテリパックは、請求項2において、前記ケースは、車両の床下に搭載され、前記取込口は、前記ケースの下壁に形成され、前記排出口は、前記ケースの上壁及び後壁のうち少なくとも一方に形成される。
請求項3に記載の発明によれば、車両の床下に搭載されるケース内にラジエータが収容される。このラジエータは、正面を車両下方側に向け且つ背面を車両上方側に向けた姿勢でケース内に配置され、上記ケースの下壁には、外気の取込口が形成される。これにより、車両の走行時にケースの下壁の下方側を通過する外気(走行風)を上記の取込口からケース内に良好に取り込むことができる。ケース内に取り込まれた外気は、ラジエータを正面側から背面側へ通過し、ケースの上壁及び後壁のうち少なくとも一方に形成された排出口からケース外へ排出される。これにより、ケース内に取り込まれた外気を、上記の排出口から良好にケース外へ排出することができる。
請求項4に記載の発明に係る車両用バッテリパックは、請求項3において、前記ラジエータは、車両幅方向から見て車両前方側へ向かって前傾した姿勢で配置される。
請求項4に記載の発明では、ラジエータが上記のように傾斜した姿勢で配置されるので、ラジエータの車両下方側に位置するケースの取込口から車両上方側且つ車両後方側へ向けてケース内に流入する外気(走行風)を、ラジエータに対して当て易くなる。
請求項5に記載の発明に係る車両用バッテリパックは、請求項1〜請求項4の何れか1項において、前記取込口から前記ケース内に取り込まれる外気を前記ラジエータに導く取込導風部、及び、前記ラジエータを通過した外気を前記排出口に導く排出導風部のうち少なくとも一方を備えている。
請求項5に記載の発明は、上記の取込導風部及び排出導風部のうち少なくとも一方を備えている。取込導風部を備えている場合、ケースの取込口からケース内に取り込まれる外気を、取込導風部によって良好にラジエータに導くことができる。また、排出導風部を備えている場合、ラジエータを通過した外気を、排出導風部によってケースの排出口に良好に導くことができる。
請求項6に記載の発明に係る車両用バッテリパックは、請求項1〜請求項5の何れか1項において、冷媒を圧縮するコンプレッサと、前記冷媒を凝縮させるコンデンサと、前記冷媒と前記冷却液との間で熱交換を行う熱交換器と、前記冷却液を加熱する液加熱ヒータと、を備え、前記コンプレッサ、前記コンデンサ、前記熱交換器及び前記液加熱ヒータが、前記ケース内に収容されている。
請求項6に記載の発明では、コンプレッサによって冷媒が圧縮され、コンデンサにおいて冷媒が凝縮し、熱交換部において冷媒と冷却液との間で熱交換が行われる。これにより、冷却液を十分に冷却することが可能となる。また、液加熱ヒータによって冷却液を加熱することもできる。これにより、より緻密な温度管理が可能となり、バッテリの効率が一層向上する。しかも、上記のコンプレッサ、コンデンサ、熱交換器及び液加熱ヒータは、ケース内に収容されるので、車両への搭載が容易な効果を維持することができる。
請求項7に記載の発明に係る車両用バッテリパックは、請求項6において、前記ラジエータは、前記ケース内における車両後方側の端部に配置される。
請求項7に記載の発明では、コンプレッサ、コンデンサ、熱交換器等が収容されるケース内において、車両後方側の端部にラジエータが配置される。これにより、ケースの取込口からケース内に取り込まれ、ラジエータを通過する外気(温風)が、コンプレッサ、コンデンサ及び熱交換器という冷却用機器に当たることを防止又は抑制できる。
請求項8に記載の発明に係る車両用バッテリパックは、請求項1〜請求項7の何れか1項において、前記バッテリは、複数のバッテリセルが互いに電気的に接続されて構成されるバッテリモジュールと、前記冷却液に浸かった状態で前記バッテリモジュールを内部に収容する筐体と、を有する。
請求項8に記載の発明によれば、バッテリは、複数のバッテリセルが互いに電気的に接続されて構成されるバッテリモジュールを、冷却液に浸かった状態で筐体の内部に収容する。これにより、例えばバッテリモジュールをウォータージャケットによって冷却する構成と比較して、バッテリモジュールの冷却性能を向上させることができる。
以上説明したように、本発明に係る車両用バッテリパックは、液冷式であっても車両への搭載が容易である。
実施形態に係る車両用バッテリパックが搭載された車両を示す側面図である。 実施形態に係る車両用バッテリパックを示す斜視図である。 実施形態に係る車両用バッテリパックを示す平断面図である。 実施形態に係る車両用バッテリパックを示す側断面図である。 実施形態に係るバッテリの部分的な構成を示す側断面図である。 実施形態の変形例に係る車両用バッテリパックを示す側断面図である。
以下、図1〜図6を用いて、本発明の実施形態に係る車両用バッテリパック10について説明する。なお、各図に適宜記す矢印FR、矢印RH、矢印UPは、車両用バッテリパック10が搭載された車両Vの前方向(進行方向)、右方向、上方向をそれぞれ示している。この車両Vは、一例として電気自動車とされている。以下、単に前後、左右、上下の方向を用いて説明する場合、特に断りのない限り、車両前後方向の前後、車両左右方向の左右、車両上下方向の上下を示すものとする。
(構成)
図1に示されるように、本実施形態に係る車両用バッテリパック10は、車両Vの床下(すなわち図示しないフロアパネルの下方)に搭載されている。車両用バッテリパック10は、図2〜図4に示されるように、その外郭を構成するケース12を備えている。ケース12は、車両前後方向に長尺でかつ扁平な箱状に形成されており、車両Vの車体VBに対してボルト締結等の手段で固定されている。
ケース12内には、バッテリ14の他、複数の補機類が収容されている。複数の補機類には、一例として、ラジエータ24と、複数の配管40、42、44、46、48(図3以外では図示省略)と、ポンプであるウォーターポンプ26と、液加熱ヒータ28と、熱交換器30と、コンプレッサ32と、コンデンサ34と、複数の配管52、54、56(図3以外では図示省略)と、電源分配ボックス36とが含まれている。
バッテリ14、ウォーターポンプ26、液加熱ヒータ28、熱交換器30及びラジエータ24は、配管40、42、44、46、48によって繋がれている。ウォーターポンプ26、液加熱ヒータ28、熱交換器30、及び配管40、42、44、46、48は、バッテリ14とラジエータ24とを繋いだ流路38を形成している。
コンプレッサ32、コンデンサ34及び熱交換器30は、配管52、54、56によって繋がれている。これらのコンプレッサ32、コンデンサ34、熱交換器30、及び配管52、54、56は、上記の流路38とは別の流路50を形成している。以下、上記各構成要素について詳細に説明する。
バッテリ14は、車両Vを走行させる図示しない電動モータに電力を供給するための電池であり、バッテリパック10の本体部を構成している。このバッテリ14は、複数のバッテリセル16(図5参照)が互いに電気的に接続されて構成されたバッテリモジュール18と、バッテリモジュール18を冷却液20(図5以外では図示省略)に浸かった状態で内部に収容する筐体22と、図示しないバッテリECU(Electronic Control Unit)とを備えている。なお、図示は省略するが、筐体22内には複数のバッテリモジュール18が収容されている。
上記の冷却液20は、各バッテリセル16を短絡させないために、電気的に絶縁性を有する液体とされている。この冷却液としては、例えば、工作機械などに用いられる冷却油などの絶縁油、トランス油、リン酸トリフェニル、リン酸トリオクチル、ハイドロフルオロエーテル、またはフッ素系不活性液などが挙げられる。
複数のバッテリセル16は、例えばリチウムイオン電池とされており、上端に端子(符号省略)が位置する姿勢で配置されている。これらのバッテリセル16は、上部より下側が冷却液20に浸かっている。冷却液20より上方側で隣り合うバッテリセル16の間には、例えば図示しないシール部材が配置されており、冷却液20がバッテリセル16の端子にかからないようになっている。バッテリECUは、バッテリ14の状態を把握するために、各バッテリモジュール18の電圧、電流、温度等を計測し、各バッテリモジュール18への入出力を監視する。
ラジエータ24は、上記の冷却液20の熱を放熱するための熱交換器であり、図示しないラジエータコアを主要部として構成されている。ラジエータコアは、例えば平行に並んだ複数のチューブと、複数のチューブの間に設けられた複数のコルゲートフィンとを備えており、上記の冷却液20が複数のチューブ内を流れる構成になっている。
ウォーターポンプ26は、配管40を介してバッテリ14と接続されており、液加熱ヒータ28は、配管42を介してウォーターポンプ26と接続されており、熱交換器30は、配管44を介して液加熱ヒータ28と接続されている。また、ラジエータ24は、配管46を介して熱交換器30と接続されると共に、配管48を介してバッテリ14と接続されている。
上記のウォーターポンプ26が作動すると、バッテリ14の筐体22内の冷却液20が、ウォーターポンプ26、液加熱ヒータ28及び熱交換器30を通ってバッテリ14とラジエータ24との間で循環する構成になっている。また、上記の液加熱ヒータ28が作動すると、上記のように循環する冷却液20が液加熱ヒータ28によって加熱される構成になっている。なお、図3において矢印Cは、冷却液20が流れる方向を示している。
一方、コンプレッサ32、コンデンサ34、熱交換器30、及び配管52、54、56からなる流路50には、図示しない冷媒(例えば、ハイドロフロオロカーボン)が流れる構成になっている。この流路50では、コンプレッサ32によって冷媒が圧縮され、コンデンサ34において冷媒が凝縮し、熱交換器30において冷媒と冷却液20との間で熱交換が行われる。これにより、冷却液20が冷却される構成になっている。なお、図3において矢印Rは、上記の冷媒が流れる方向を示している。
上記のバッテリ14、液加熱ヒータ28及びコンプレッサ32は、配線58、60、62(図3以外では図示省略)を介して電源分配ボックス36と接続されている。電源分配ボックス36は、ケース12の外側へ延びる配線64を介して車両側の接続部66(何れも図3以外では図示省略)と接続されている。この車両側の接続部66には、車両Vを走行させるための電動モータや制御装置(何れも図示省略)が電気的に接続されている。上記の制御装置は、車両Vに設けられた図示しないアクセルペダルの操作に連動し、バッテリ14から上記の電動モータに供給される電力を調整するように構成されている。
本実施形態では、一例として、図2〜図4に示されるように、ケース12内の前端部にバッテリ14が配置されている。バッテリ14の後方側には、ウォーターポンプ26、液加熱ヒータ28及び電源分配ボックス36が左右方向に並んで配置されている。ウォーターポンプ26、液加熱ヒータ28及び電源分配ボックス36の後方側には、熱交換器30及びコンプレッサ32が左右方向に並んで配置されている。更に、熱交換器30及びコンプレッサ32の後方側でケース12内の後端部には、ラジエータ24とコンデンサ34とが左右方向に並んで配置されている。
また、本実施形態では、図4に示されるように、ラジエータ24は、左右方向(車両幅方向)から見て前方側へ向かって前傾した姿勢で配置されており、正面24Aを下方側に向け且つ背面24Bを上方側に向けている。そして、ケース12の下壁12Fには、外気(すなわち走行風)の取込口68(図4以外では図示省略)が形成されており、ケース12の後壁12Bには、走行風の排出口70(図4以外では図示省略)が形成されている。取込口68は、ラジエータ24の正面24Aに対して下方側から対向しており、排出口70は、ラジエータ24の背面24Bに対して後方側から対向している。なお、図4において、12Aはケース12の前壁、12Cはケース12の左壁であり、12Dはケース12の右壁である。
さらに、ケース12内には、取込口68からケース12内に取り込まれる走行風(図4の矢印W1参照)をラジエータ24に導く取込導風部としての取込導風板72、74(図4以外では図示省略)と、ラジエータ24を通過した走行風(図4の矢印W2参照)を排出口70に導く排出導風部としての排出導風板76、78(図4以外では図示省略)とが配設されている。取込導風板72、74及び排出導風板76、78は、何れも板状に形成されており、左右方向から見て後方側へ向かって上り勾配となるように傾斜して配置されている。なお、取込導風部及び排出導風部は、板状のものに限らない。例えばダクト状のものであってもよい。
上記の取込口68からケース12内に取り込まれる走行風は、ラジエータ24に対して正面24A側から当たり、図示しないラジエータコアを通過して、ラジエータ24の背面24B側へ抜ける。この際に、走行風と冷却液20との間で熱交換が行われる構成になっている。
(作用及び効果)
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。
上記構成の車両用バッテリパック10では、ウォーターポンプ26が作動すると、バッテリ14とラジエータ24とを繋ぐ流路38を通してバッテリ14とラジエータ24との間で冷却液20が循環する。これにより、空冷式に比べて、緻密な温度管理が可能となり、バッテリ14の効率が向上する。その結果、例えば車両Vの航続可能距離を確保するために多くのバッテリ14を搭載する必要がなくなり、バッテリ容量の小型化に貢献することができる。
しかも、上記のバッテリ14、ラジエータ24、流路38及びウォーターポンプ26は、外気の取込口68及び排出口70が形成されたケース12の内部に収容されており、ケース12内に取り込まれた外気とラジエータ24を流れる冷却液20との間で熱交換が行われる。つまり、冷却液20を冷却するための構成が全てケース12内に内蔵されている。これにより、本車両用バッテリパック10を車両Vに搭載する際に、バッテリ14とラジエータ24とを配管で繋ぐ必要や、ウォーターポンプ26に配線を配索する必要がなくなるので、本車両用バッテリパック10の車両Vへの搭載が容易になる。
また、本実施形態では、ラジエータ24は、正面24Aを車両下方側に向け且つ背面24Bを車両上方側に向けた姿勢でケース12内に配置されている。これにより、ケース12の車両上下方向の寸法が大きくなることを抑制できる。
また、本実施形態では、車両Vの床下に搭載されたケース12内にラジエータ24が収容されている。このケース12の下壁12Fには、ラジエータ24の正面24Aに対向して外気の取込口68が形成されている。これにより、車両Vの走行時にケース12の下壁12Fの下方側を通過する外気(走行風)を取込口68からケース12内に良好に取り込むことができる。ケース12内に取り込まれた走行風は、ラジエータ24を正面24A側から背面24B側へ通過し、ラジエータ24の背面24Bに対向してケース12の後壁12Bに形成された排出口70からケース12外へ排出される。これにより、ケース12内に取り込まれた走行風を、排出口70から良好にケース12外へ排出することができる。
しかも、本実施形態では、ラジエータ24は、車両Vの幅方向(左右方向)から見て前方側へ向かって前傾した姿勢で配置されている。これにより、ラジエータ24に対して下方側に位置するケース12の取込口68から上方側且つ後方側へ向けてケース12内に流入する走行風を、ラジエータ24に対して当て易くなる。
また、本実施形態では、取込口68からケース12内に取り込まれる走行風をラジエータ24に導く取込導風板72、74と、ラジエータ24を通過した走行風を排出口70に導く排出導風板76、78とを備えている。これにより、走行風を良好にラジエータ24に導くことができると共に、ラジエータ24を通過した走行風を排出口70に良好に導くことができる。
また、本実施形態では、コンプレッサ32によって冷媒が圧縮され、コンデンサ34において冷媒が凝縮し、熱交換器30において冷媒と冷却液20との間で熱交換が行われる。これにより、冷却液20を十分に冷却することが可能となる。また、液加熱ヒータ28によって冷却液20を加熱することもできる。これにより、より緻密な温度管理が可能となり、バッテリ14の効率が一層向上する。しかも、上記のコンプレッサ32、コンデンサ34、熱交換器30及び液加熱ヒータ28は、ケース12内に収容されているので、車両Vへの搭載が容易な効果を維持することができる。
また、本実施形態では、上記のコンプレッサ32、コンデンサ34、熱交換器30等が収容されるケース12内において、後方側の端部にラジエータ24が配置されている。これにより、ケース12の取込口68からケース12内に取り込まれ、ラジエータ24を通過する走行風(すなわち温風)が、コンプレッサ32、コンデンサ34及び熱交換器30という冷却用機器に当たることを防止又は抑制できる。
さらに、本実施形態では、バッテリ14は、複数のバッテリセル16が互いに電気的に接続されて各々が構成された複数のバッテリモジュール18を、冷却液20に浸かった状態で筐体22の内部に収容している。これにより、例えば複数のバッテリモジュール18をウォータージャケットによって冷却する構成と比較して、各バッテリモジュール18の冷却性能を向上させることができる。
<実施形態の補足説明>
上記実施形態では、バッテリ14は、バッテリモジュール18を冷却液20に浸かった状態で筐体22の内部に収容した構成にしたが、これに限るものではない。バッテリモジュール18を冷却するためのウォータージャケットが筐体22内に設けられる構成にしてもよい。
また、上記実施形態では、ラジエータ24がケース12内における車両後方側の端部に配置された構成にしたが、これに限るものではない。例えば図6に示される変形例のように、ラジエータ24がケース12内における車両前後方向の中間部に配置された構成にしてもよい。この変形例では、ケース12の上壁12Eに排出口70が形成されている。
また、上記実施形態は、コンプレッサ32、コンデンサ34、熱交換器30及び液加熱ヒータ28を備えた構成にしたが、これに限らず、コンプレッサ32、コンデンサ34、熱交換器30及び液加熱ヒータ28が省略された構成にしてもよい。
また、上記実施形態は、取込導風板72、74及び排出導風板76、78を備えた構成にしたが、これに限らず、取込導風板72、74及び排出導風板76、78の一方又は両方が省略された構成にしてもよい。
また、上記実施形態では、ラジエータ24が、正面24Aを車両下方側に向け且つ背面24Bを車両上方側に向けた姿勢で前景して配置された構成にしたが、これに限らず、ラジエータ24が配置される姿勢は適宜変更することができる。
また、上記実施形態では、ケース12の下壁12Fに取込口68が形成された構成にしたが、これに限るものではない。例えばケース12の前壁12Aに取込口が形成された構成にしてもよい。その場合、例えばラジエータ24がケース12内における車両前方側の端部に配置された構成にしてもよい。
また、上記実施形態では、車両Vが電気自動車とされた構成にしたが、これに限るものではない。本発明に係る車両用バッテリパックが搭載される車両は、ハイブリッド車であってもよい。
また、上記実施形態では、車両用バッテリパック10が車両Vの床下に搭載された構成にしたが、これに限るものではない。本発明に係る車両用バッテリパックの搭載箇所は、車両の荷室内、荷台上など、適宜変更可能である。なお、例えば本発明に係る車両用バッテリパックが車両の荷室内に搭載される場合、ケースの外気取込口に外気を導く構成及びケースの外気排出口から排出される外気を車外に導く構成を追加する必要がある。
その他、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施できる。また、本発明の権利範囲が上記実施形態に限定されないことは勿論である。
10 車両用バッテリパック
12 ケース
12B 後壁
12E 上壁
12F 下壁
14 バッテリ
16 バッテリセル
18 バッテリモジュール
20 冷却液
22 筐体
24 ラジエータ
24A 正面
24B 背面
26 ウォーターポンプ(ポンプ)
28 液加熱ヒータ
30 熱交換器
32 コンプレッサ
34 コンデンサ
38 流路
68 取込口
70 排出口
72、74 取込導風板
76、78 排出導風板
V 車両

Claims (8)

  1. バッテリと、
    ラジエータと、
    前記バッテリと前記ラジエータとを繋ぐ流路と、
    前記流路を通して前記バッテリと前記ラジエータとの間で冷却液を循環させるポンプと、
    前記バッテリ、前記ラジエータ、前記流路及び前記ポンプを内部に収容すると共に、外気の取込口及び排出口が形成されるケースと、
    を備えた車両用バッテリパック。
  2. 前記ラジエータは、車両に搭載された状態において、正面を車両下方側に向け且つ背面を車両上方側に向けた姿勢で配置される請求項1に記載の車両用バッテリパック。
  3. 前記ケースは、車両の床下に搭載され、
    前記取込口は、前記ケースの下壁に形成され、
    前記排出口は、前記ケースの上壁及び後壁のうち少なくとも一方に形成される請求項2に記載の車両用バッテリパック。
  4. 前記ラジエータは、車両幅方向から見て車両前方側へ向かって前傾した姿勢で配置される請求項3に記載の車両用バッテリパック。
  5. 前記取込口から前記ケース内に取り込まれる外気を前記ラジエータに導く取込導風部、
    及び、前記ラジエータを通過した外気を前記排出口に導く排出導風部のうち少なくとも一方を備えた請求項1〜請求項4の何れか1項に記載のバッテリパック。
  6. 冷媒を圧縮するコンプレッサと、
    前記冷媒を凝縮させるコンデンサと、
    前記冷媒と前記冷却液との間で熱交換を行う熱交換器と、
    前記冷却液を加熱する液加熱ヒータと、
    を備え、
    前記コンプレッサ、前記コンデンサ、前記熱交換器及び前記液加熱ヒータが、前記ケース内に収容される請求項1〜請求項5の何れか1項に記載の車両用バッテリパック。
  7. 前記ラジエータは、前記ケース内における車両後方側の端部に配置される請求項6に記載の車両用バッテリパック。
  8. 前記バッテリは、
    複数のバッテリセルが互いに電気的に接続されて構成されるバッテリモジュールと、
    前記バッテリモジュールを前記冷却液に浸かった状態で内部に収容する筐体と、
    を有する請求項1〜請求項7の何れか1項に記載の車両用バッテリパック。
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