JP2023525009A - バッテリーパック及びこれを含む自動車 - Google Patents

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Abstract

本発明の一実施形態によるバッテリーパックは、画成された内部空間を有するパックトレイと、前記パックトレイに収容される複数のバッテリーモジュールと、前記パックトレイに収容されるＢＭＳと、前記複数のバッテリーモジュールのうち、第１のモジュールグループを構成するバッテリーモジュールと前記ＢＭＳとを接続し、前記第１のモジュールグループの上部に配置される第１のケーブルアセンブリーと、前記複数のバッテリーモジュールのうち、第２のモジュールグループを構成するバッテリーモジュールと前記ＢＭＳとを接続し、前記第２のモジュールグループの上部に配置される第２のケーブルアセンブリーと、を含む。

Description

本発明は、バッテリーパック及びこれを含む自動車に係り、さらに詳しくは、ワイヤーハーネス（ｗｉｒｅ ｈａｒｎｅｓｓ）の代わりに大面積フレキシブルプリント配線板（ＦＰＣ：ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ）または大面積フレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ：ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｆｌａｔ ｃａｂｌｅ）などの部品を用いて複数のバッテリーモジュールをバッテリー管理システム（ＢＭＳ：Ｂａｔｔｅｒｙ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ）に接続した構造を有するバッテリーパック及びこれを含む自動車に関する。
本出願は、２０２０年１１月０９日付け出願の韓国特許出願第１０－２０２０－０１４８９３０号に基づく優先権を主張し、当該出願の明細書及び図面に開示された内容は、すべて本出願に組み込まれる。
バッテリーパックは、電気エネルギーを蓄えるバッテリーモジュール（バッテリーモジュールは、複数のバッテリーセルを含む）と、電気的なセンシング及びシステムコントロールを司るＢＭＳと、を含むことが一般的である。
複数のバッテリーモジュールを含むバッテリーパックにおいて、それぞれのバッテリーモジュールとＢＭＳとの間の電気的な接続は、バッテリーセル－プリント回路パターン－コネクター－ワイヤーハーネス（ｗｉｒｅ ｈａｒｎｅｓｓ）－コネクター－ＢＭＳなどの経路を介して行われることが一般的である。
互いに並列に接続された複数のバッテリーセルを含む単位積層体に対する電圧のセンシングは、バッテリーセルの正極及び負極にそれぞれ接続されたセンシングラインを介して行われる。互いに直列に接続された複数の単位積層体を含むバッテリーモジュールにおいて、それぞれの単位積層体の電圧のセンシングを個別的に行うためには、バッテリーモジュールに配設されたコネクターと接続されるプリント回路パターンの数が増えるということを余儀なくされる。
また、複数のバッテリーモジュールを用いて一つのバッテリーパックを作製する場合、それぞれのバッテリーモジュールに配設されたコネクターとＢＭＳとを接続するためのワイヤーハーネスの重さ及び厚さが増加するということを余儀なくされ、これにより、バッテリーパック内にワイヤーハーネスが占める空間が増えてしまう結果、エネルギー密度の面からみて、やむを得ず損失が増えてしまう。
自動車用のバッテリーパックの場合、衝突に対する剛性の確保のためにクロスビーム（ｃｒｏｓｓ ｂｅａｍ）が配設されることがあり、それぞれのバッテリーモジュールとＢＭＳとの接続のために用いられるワイヤーハーネスは、このようなクロスビームの内部空間に配置されることがある。したがって、ワイヤーハーネスが嵩高くなってしまうと、ワイヤーハーネスを収容するためのクロスビームの内部空間が広くならなければならず、これは、エネルギー密度の損失及びクロスビームの剛性の低下につながる虞がある。
したがって、電圧の測定のためのセンシングラインの配設構造を簡素化してエネルギー密度を向上させ、外部の衝撃に対する剛性を高められる方案が望まれるのが現状である。
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、バッテリーパックを構成する単位積層体の電圧をセンシングするためのセンシングラインの配設構造を簡素化し、これによってエネルギー密度を向上させ、かつ、外部の衝撃に対する剛性を高めることを一つの目的とする。
但し、本発明が解決しようとする技術的課題は、上述した技術的課題に何ら制限されるものではなく、未言及の他の技術的課題は、次に記載された発明の説明から当業者にとって明らかに理解できる筈である。
上述した課題を解決するための本発明の一実施形態によるバッテリーパックは、画成された内部空間を有するパックトレイと、前記パックトレイに収容される複数のバッテリーモジュールと、前記パックトレイに収容されるＢＭＳと、前記複数のバッテリーモジュールのうち、第１のモジュールグループを構成するバッテリーモジュールと前記ＢＭＳとを接続し、前記第１のモジュールグループの上部に配置される第１のケーブルアセンブリーと、前記複数のバッテリーモジュールのうち、第２のモジュールグループを構成するバッテリーモジュールと前記ＢＭＳとを接続し、前記第２のモジュールグループの上部に配置される第２のケーブルアセンブリーと、を含む。
前記パックトレイは、前記パックトレイの幅方向に沿って延びた形状を有し、前記パックトレイの内部空間を画成する複数のパーティションと、前記パックトレイの長手方向に沿って延びた形状を有し、前記パックトレイの内部空間を画成するクロスビームと、を備え得る。
前記第１のモジュールグループは、前記クロスビームを中心として一方の側に配置され、前記第２のモジュールグループは、前記クロスビームを中心として他方の側に配置され得る。
前記複数のバッテリーモジュールのそれぞれは、複数のバッテリーセルが積層されて形成されたセル積層体と、前記セル積層体を収容するモジュールハウジングと、前記複数のバッテリーセルと電気的に接続されるセンシングラインと、前記センシングラインと接続されるモジュールコネクターと、を含み得る。
前記ＢＭＳは、前記第１のモジュールグループと対応する位置及び第２のモジュールグループと対応する位置にそれぞれ配設される一対のＢＭＳコネクターを備え得る。
前記第１のケーブルアセンブリー及び第２のケーブルアセンブリーのそれぞれは、プリント回路パターンを備えるセンシングケーブルと、前記センシングケーブルと接続され、前記モジュールコネクターと締結される複数の第１のケーブルコネクターと、前記センシングケーブルと接続され、前記ＢＭＳコネクターと締結される第２のケーブルコネクターと、を含み得る。
前記センシングラインは、前記セル積層体の長手方向の一方の側に配置されるフロントセンシングラインと、前記セル積層体の長手方向の他方の側に配置されるリアセンシングラインと、前記フロントセンシングラインとリアセンシングラインとを接続する接続センシングラインと、を含み、前記モジュールコネクターは、前記フロントセンシングラインに結合され得る。
前記センシングラインは、前記セル積層体の長手方向の一方の側に配置されるフロントセンシングラインと、前記セル積層体の長手方向の他方の側に配置されるリアセンシングラインと、を含み、前記モジュールコネクターは、前記フロントセンシングラインに結合されるフロントモジュールコネクターと、前記リアセンシングラインに結合されるリアモジュールコネクターと、を含み得る。
前記第１のケーブルコネクターは、前記フロントモジュールコネクターと締結されるフロントケーブルコネクターと、前記リアモジュールコネクターと締結されるリアケーブルコネクターと、を含み得る。
一方、本発明の一実施形態による自動車は、上述したような本発明の一実施形態によるバッテリーパックを含む。
本発明の一態様によれば、バッテリーパックを構成する単位積層体の電圧をセンシングするためのセンシングラインの配設構造が簡素化されることが可能になり、これにより、エネルギー密度を向上させることができ、かつ、外部の衝撃に対する剛性を高めることが可能になる。
本明細書に添付される次の図面は、本発明の好適な一実施形態を例示するものにすぎず、後述する発明の詳細な説明とともに本発明の技術的思想をなお一層理解しやすくする役割を果たすものであるため、本発明は、そのような図面に記載されている事項にのみ限定されて解釈されてはならない。
本発明の一実施形態によるバッテリーパックを示す図である。 本発明の一実施形態によるバッテリーパックを示す図である。 本発明によるバッテリーモジュールを示す図である。 本発明によるバッテリーモジュールを示す図である。 本発明によるケーブルアセンブリーを示す図である。 本発明によるパックトレイを構成するクロスビームを示す部分断面図である。 本発明によるバッテリーモジュールであって、図４に示されたバッテリーモジュールの変形例を示す図である。 本発明によるケーブルアセンブリーであって、図７に示されたバッテリーモジュールに対応する構造を有するケーブルアセンブリーを示す図である。 本発明によるケーブルアセンブリーの製造方法を示す図である。 本発明によるケーブルアセンブリーの製造方法を示す図である。 本発明によるケーブルアセンブリーの製造方法を示す図である。
以下、添付図面に基づいて、本発明による好適な実施形態について詳しく説明する。これに先立ち、本明細書及び特許請求の範囲に使われた用語や単語は、通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者自らは発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則して本発明の技術的な思想に見合う意味及び概念として解釈されなければならない。よって、本明細書に記載の実施形態及び図面に示されている構成は、本発明の最も好適な一部の実施形態に過ぎないものであり、本発明の技術的な思想のすべてを代弁するものではないため、本発明の出願時点においてこれらに代替できる様々な均等物及び変形例があり得るということを理解せねばならない。
図１及び図２を参照すると、本発明の一実施形態によるバッテリーパックは、パックトレイ１００と、複数のバッテリーモジュール２００と、ＢＭＳ（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ）３００及びケーブルアセンブリー４００を含む。
前記パックトレイ１００は、パックトレイ１００の幅方向（Ｙ軸と並ぶような方向）に沿って延びた形状を有し、パックトレイ１００の内部空間を画成する複数のパーティション１１０及びパックトレイ１００の長手方向（Ｘ軸と並ぶような方向）に沿って延びた形状を有し、パックトレイ１００の内部空間を画成するクロスビーム１２０を備える。
前記複数のパーティション１１０は、パックトレイ１００が長手方向の一方の側に位置する側壁から他方の側に位置する側壁までの間の空間に一定の間隔を隔てて配置される。前記クロスビーム１２０は、パックトレイ１００の幅方向の中心部を横切って配置される。
前記複数のバッテリーモジュール２００のそれぞれは、パックトレイ１００に収容される。前記複数のバッテリーモジュール２００のそれぞれは、パーティション１１０及びクロスビーム１２０により画成されたそれぞれの収容空間内に配置される。
前記複数のバッテリーモジュール２００のうち、第１のモジュールグループＧ１を構成するバッテリーモジュール２００は、クロスビーム１２０を中心としてパックトレイ１００の幅方向の一方の側に配置され、第２のモジュールグループＧ２を構成するバッテリーモジュール２００は、クロスビーム１２０を中心としてパックトレイ１００の幅方向の他方の側に配置される。
図１から図４を参照すると、前記複数のバッテリーモジュール２００のそれぞれは、複数のバッテリーセル２１０が積層されて形成されたセル積層体と、セル積層体を収容するモジュールハウジング２２０と、複数のバッテリーセル２１０と電気的に接続されるセンシングライン２４０及びセンシングライン２４０に結合されるコネクター２５０を含む。前記複数のバッテリーセル２１０とセンシングライン２４０との間の電気的な接続は、二つの構成要素間の直接的な結合により行われてもよく、バスバー２３０を介して行われてもよい。
前記バッテリーセル２１０としては、例えば、ポーチタイプのバッテリーセルが使用可能である。前記モジュールハウジング２２０は、その長手方向（Ｙ軸と並ぶような方向）の両側が開かれた形状を有する。前記バッテリーセル２１０は、電極リード２１１がバッテリーセル２１０の長手方向（Ｙ軸と並ぶような方向）に沿って互いに反対の方向に引き出された形状を有する。
前記センシングライン２４０は、セル積層体の長手方向（Ｙ軸と並ぶような方向）の一方の側に配置されるフロントセンシングライン２４１と、セル積層体の長手方向の他方の側に配置されるリアセンシングライン２４２と、フロントセンシングライン２４１とリアセンシングライン２４２とを接続する接続センシングライン２４３と、を含む。前記センシングライン２４０は、例えば、一つのＦＰＣまたはＦＦＣの形態に実現されてもよい。これとは異なり、前記センシングライン２４０は、フロントセンシングライン２４１と接続センシングライン２４３との間の接続及びリアセンシングライン２４２と接続センシングライン２４３との間の接続がコネクターを介して行われるような構造を有していてもよい。いうまでもなく、この場合にも、フロントセンシングライン２４１、リアセンシングライン２４２及び接続センシングライン２４３のそれぞれは、例えば、ＦＰＣまたはＦＦＣの形態に実現されてもよい。
前記フロントセンシングライン２４１は、モジュールハウジング２２０の長手方向の一方の側に形成された開口部を介して晒される電極リード２１１と電気的に接続される。前記リアセンシングライン２４２は、モジュールハウジング２２０の長手方向の他方の側に形成された開口部を介して晒される電極リード２１１と電気的に接続される。
前記コネクター２５０は、センシングライン２４０を介してバッテリーセル２１０と電気的に接続される。前記コネクター２５０は、フロントセンシングライン２４１に結合される。前記第１のモジュールグループＧ１を構成するバッテリーモジュール２００に配設されたモジュールコネクター２５０と第２のモジュールグループＧ２を構成するバッテリーモジュール２００に配設されたモジュールコネクター２５０とは、クロスビーム１２０を間に挟んで向かい合う。
前記バッテリーセル２１０の電極リード２１１とセンシングライン２４０との間の電気的な接続がバスバー２３０を介して行われる場合、バスバー２３０は複数本配設されてもよい。前記セル積層体は、複数の単位積層体を含み、それぞれの単位積層体は、バスバー２３０により並列に接続されてもよい。この場合、前記フロントセンシングライン２４１は、バッテリーモジュール２００の長手方向（Ｙ軸と並ぶような方向）の一方の側に配置される複数のバスバー２３０と結合され、リアセンシングライン２４２は、バッテリーモジュール２００の長手方向の他方の側に配置される複数のバスバー２３０と結合される。
前記ＢＭＳ３００は、パックトレイ１００の内部空間に収容される。前記ＢＭＳ３００は、パックトレイ１００の長手方向（Ｘ軸と並ぶような方向）の一方の側に配置される。前記ＢＭＳ３００は、隣り合うパーティション１１０の間に形成された収容空間または一つのパーティション１１０とパックトレイ１００の長手方向の一方の側に形成された側壁との間に形成された収容空間に配置される。
前記ＢＭＳ３００は、第１のモジュールグループＧ１と対応する位置及び第２のモジュールグループＧ２と対応する位置にそれぞれ形成される一対のＢＭＳコネクター３１０を備える。前記一対のＢＭＳコネクター３１０は、第１のモジュールグループＧ１と対応する位置に形成される第１のＢＭＳコネクター３１０Ａ及び第２のモジュールグループＧ２と対応する位置に形成される第２のＢＭＳコネクター３１０Ｂを含む。
図１から図５を参照すると、前記ケーブルアセンブリー４００は、第１のケーブルアセンブリー４００Ａ及び第２のケーブルアセンブリー４００Ｂを含む。前記第１のケーブルアセンブリー４００Ａは、第１のモジュールグループＧ１を構成するバッテリーモジュール２００とＢＭＳ３００とを接続し、第１のモジュールグループＧ１の上部に配置される。前記第２のケーブルアセンブリー４００Ｂは、第２のモジュールグループＧ２を構成するバッテリーモジュール２００とＢＭＳ３００とを接続し、第２のモジュールグループＧ２の上部に配置される。
前記第１のケーブルアセンブリー４００Ａ及び第２のケーブルアセンブリー４００Ｂのそれぞれは、プリント回路パターンを備えるセンシングケーブル４１０と、センシングケーブル４１０と接続され、モジュールコネクター２５０と締結される複数の第１のケーブルコネクター４２０と、センシングケーブル４１０と接続され、ＢＭＳコネクター３１０と締結される第２のケーブルコネクター４３０と、を含む。
前記第１のケーブルアセンブリー４００Ａの第１のケーブルコネクター４２０は、第１のモジュールグループＧ１を構成するバッテリーモジュール２００の数と同数に配設される。前記第２のケーブルアセンブリー４００Ｂの第１のケーブルコネクター４２０は、第２のモジュールグループＧ２を構成するバッテリーモジュール２００の数と同数に配設される。
前記第１のケーブルアセンブリー４００Ａの第２のケーブルコネクター４３０は、第１のＢＭＳコネクター３１０Ａと締結され、第２のケーブルアセンブリー４００Ｂの第２のケーブルコネクター４３０は、第２のＢＭＳコネクター３１０Ｂと締結される。
上述したように、本発明の一実施形態によるバッテリーパックは、バッテリーモジュール２００とＢＭＳ３００との間の電気的な接続がＦＰＣ（または、ＦＦＣ）及びコネクターを介して行われるような構成となっている。このような構造を有する本発明の一実施形態によるバッテリーパックによれば、パックトレイ１００の内部空間を横切るクロスビーム１２０の内部空間にセンシングラインを配置する必要がない。したがって、前記クロスビーム１２０が占める幅を狭めることができてエネルギー密度の向上をもたらすことができる。なお、必要に応じて、クロスビーム１２０の内部空間を完全になくしてクロスビーム１２０の剛性をさらに高めることにより、バッテリーパックの使用上の安全性をさらに向上させることができる。
次には、図７及び図８に基づいて、本発明の他の実施形態によるバッテリーパックについて説明する。本発明の他の実施形態によるバッテリーパックは、上述した本発明の一実施形態によるバッテリーパックと比較して、バッテリーモジュール２００とケーブルアセンブリー４００の構造において一部の相違点があるだけで、残りの構成要素は実質的に同様である。よって、本発明の他の実施形態によるバッテリーパックについて説明するに当たっては、相違点が存在する部分について集中的に説明をすることにし、上述した実施形態と重複する部分についての説明は省略する。
本発明の他の実施形態によるバッテリーパックにおいて、バッテリーモジュール２００に配設されたセンシングライン２４０は、フロントセンシングライン２４１及びリアセンシングライン２４２を含み、接続センシングライン２４３は含まない。なお、前記モジュールコネクター２５０は、フロントセンシングライン２４１に結合されるフロントモジュールコネクター２５０Ａ及びリアセンシングライン２４２に結合されるリアモジュールコネクター２５０Ｂを含む。
前記ケーブルアセンブリー４００の第１のケーブルコネクター４２０は、フロントモジュールコネクター２５０Ａと締結されるフロントケーブルコネクター４２０Ａ及びリアモジュールコネクター２５０Ｂと締結されるリアケーブルコネクター４２０Ｂを含む。したがって、前記フロントセンシングライン２４１とリアセンシングライン２４２との間の電気的な接続は、第１のケーブルコネクター４２０により直接的に行われる。
図９から図１１を参照すると、前記ケーブルアセンブリー４００は、センシングケーブル４１０の一部を切り開いて所要の数に見合う分だけの分岐ライン４１１を形成し、それぞれの分岐ライン４１１に第１のケーブルコネクター４２０を結合することにより製造することができる。
一方、本発明の一実施形態による自動車は、上述したような本発明によるバッテリーパックを含む。すなわち、本発明の一実施形態による自動車は、本発明によるバッテリーパック及び本発明によるバッテリーパックから電力を供給されて駆動されるモーターなどの駆動装置を含む。
以上、本発明については、たとえ限定された実施形態と図面により説明されたが、本発明はこれらにより何ら限定されるものではなく、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者により、本発明の技術的な思想と後述する特許請求の範囲の均等な範囲内において様々な修正及び変形を加えることが可能であるということはいうまでもない。
１００ パックトレイ
１１０ パーティション
１２０ クロスビーム
２００ バッテリーモジュール
２１０ バッテリーセル
２１１ 電極リード
２２０ モジュールハウジング
２３０ バスバー
２４０ センシングライン
２４１ フロントセンシングライン
２４２ リアセンシングライン
２４３ 接続センシングライン
２５０ モジュールコネクター
２５０Ａ フロントモジュールコネクター
２５０Ｂ リアモジュールコネクター
３００ ＢＭＳ
３１０ ＢＭＳコネクター
３１０Ａ 第１のＢＭＳコネクター
３１０Ｂ 第２のＢＭＳコネクター
４００ ケーブルアセンブリー
４００Ａ 第１のケーブルアセンブリー
４００Ｂ 第２のケーブルアセンブリー
４１０ センシングケーブル
４１１ 分岐ライン
４２０ 第１のケーブルコネクター
４２０Ａ フロントケーブルコネクター
４２０Ｂ リアケーブルコネクター
４３０ 第２のケーブルコネクター
Ｇ１ 第１のモジュールグループ
Ｇ２ 第２のモジュールグループ

Claims (10)

  1. 画成された内部空間を有するパックトレイと、
    前記パックトレイに収容される複数のバッテリーモジュールと、
    前記パックトレイに収容されるＢＭＳと、
    前記複数のバッテリーモジュールのうち、第１のモジュールグループを構成するバッテリーモジュールと前記ＢＭＳとを接続し、前記第１のモジュールグループの上部に配置される第１のケーブルアセンブリーと、
    前記複数のバッテリーモジュールのうち、第２のモジュールグループを構成するバッテリーモジュールと前記ＢＭＳとを接続し、前記第２のモジュールグループの上部に配置される第２のケーブルアセンブリーと、
    を含む、バッテリーパック。
  2. 前記パックトレイは、
    前記パックトレイの幅方向に沿って延びた形状を有し、前記パックトレイの内部空間を画成する複数のパーティションと、
    前記パックトレイの長手方向に沿って延びた形状を有し、前記パックトレイの内部空間を画成するクロスビームと、
    を備えることを特徴とする、請求項１に記載のバッテリーパック。
  3. 前記第１のモジュールグループは、前記クロスビームを中心として一方の側に配置され、
    前記第２のモジュールグループは、前記クロスビームを中心として他方の側に配置されることを特徴とする、請求項２に記載のバッテリーパック。
  4. 前記複数のバッテリーモジュールのそれぞれは、
    複数のバッテリーセルが積層されて形成されたセル積層体と、
    前記セル積層体を収容するモジュールハウジングと、
    前記複数のバッテリーセルと電気的に接続されるセンシングラインと、
    前記センシングラインと接続されるモジュールコネクターと、
    を含むことを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載のバッテリーパック。
  5. 前記ＢＭＳは、
    前記第１のモジュールグループと対応する位置及び前記第２のモジュールグループと対応する位置にそれぞれ配設される一対のＢＭＳコネクターを備えることを特徴とする、請求項４に記載のバッテリーパック。
  6. 前記第１のケーブルアセンブリー及び前記第２のケーブルアセンブリーのそれぞれは、
    プリント回路パターンを備えるセンシングケーブルと、
    前記センシングケーブルと接続され、前記モジュールコネクターと締結される複数の第１のケーブルコネクターと、
    前記センシングケーブルと接続され、前記ＢＭＳコネクターと締結される第２のケーブルコネクターと、
    を含むことを特徴とする、請求項５に記載のバッテリーパック。
  7. 前記センシングラインは、
    前記セル積層体の長手方向の一方の側に配置されるフロントセンシングラインと、
    前記セル積層体の長手方向の他方の側に配置されるリアセンシングラインと、
    前記フロントセンシングラインと前記リアセンシングラインとを接続する接続センシングラインと、
    を含み、
    前記モジュールコネクターは、
    前記フロントセンシングラインに結合されることを特徴とする、請求項６に記載のバッテリーパック。
  8. 前記センシングラインは、
    前記セル積層体の長手方向の一方の側に配置されるフロントセンシングラインと、
    前記セル積層体の長手方向の他方の側に配置されるリアセンシングラインと、
    を含み、
    前記モジュールコネクターは、
    前記フロントセンシングラインに結合されるフロントモジュールコネクターと、
    前記リアセンシングラインに結合されるリアモジュールコネクターと、
    を含むことを特徴とする、請求項６に記載のバッテリーパック。
  9. 前記第１のケーブルコネクターは、
    前記フロントモジュールコネクターと締結されるフロントケーブルコネクターと、
    前記リアモジュールコネクターと締結されるリアケーブルコネクターと、
    を含むことを特徴とする、請求項８に記載のバッテリーパック。
  10. 請求項１から９のいずれか一項に記載のバッテリーパックを含む、自動車。
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