JP7116105B2 - 電池パック、及び、電池スタック同士の電線接続構造 - Google Patents

電池パック、及び、電池スタック同士の電線接続構造 Download PDF

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Description

本発明は、スタック積層方向に配置される一方・他方の電池スタックと、これらを電気的に接続する電気接続部材とを備える電池パックに関する。また、電池スタック同士の電線接続構造に関する。
電気自動車やハイブリッド自動車に搭載される電池パックは、複数個の電池セルからなる電池スタックを備えて構成される。電池パックは、電気自動車やハイブリッド自動車の所定位置に搭載され、モーターを駆動するための電力供給源として用いられる。下記特許文献1に開示された電池パックは、二つの電池スタックを水平方向の同一平面上に横並びにして配置され、そして、この二つの電池スタック同士を電気接続部材で電気的に接続することにより形成される。電気接続部材は、複数のバスバーを積層してなる積層バスバーが採用される。積層バスバーは帯状にのびるように形成され、この両端側にはボルト挿通孔が貫通形成される。ボルト挿通孔は、電池スタックに立設するボルト軸部に挿通される。積層バスバーは、ボルト軸部にナットを締め付けることにより二つの電池スタックにそれぞれ固定される。尚、横並びになる二つの電池スタックの間隔のバラツキ吸収のため、積層バスバーの中間には変形許容部が形成される。この変形許容部は、半円弧状で伸縮となる変形が可能な形状に形成される。
特開2018-181780号公報
上記従来技術にあっては、二つの電池スタックが水平方向の同一平面上に横並びで配置される。この場合、二つの電池スタックの間隔は比較的狭くなることから、電気的な接続は短い積層バスバーで十分に行えるようになる。ところで図12に示すように、二つの電池スタック1が上下になるような配置、すなわちスタック積層方向Pに配置されるような場合に、二つの電池スタック1の各電気的接続部分(ボルト軸部2、終極端子)の位置が比較的大きく離れることから、従来の積層バスバーを用いての接続が困難になってくる。そこで、高電圧用の太物の電線3(ケーブル)を含む電気接続部材4を用いて接続することを本願発明者は検討してみた。
図12において、上記電気接続部材4は、高電圧用の太物の電線3の他に、電線3の両端にそれぞれ設けられる端子金具5を備えて構成される。端子金具5は、上記各ボルト軸部2が上記スタック積層方向Pに配置されることから、図示のような三次元的な形状に形成される。具体的には、スタック接続部6と、電線接続部7と、これらの中間に位置する中間連続部8とを有し、スタック接続部6に対し中間連続部8が90度に折れ曲がった形状に、また、中間連続部8及び電線接続部7がL字状になる形状に形成される。このような端子金具7においては、電線接続部7が電池スタック1の一側面9に向けてのびる状態に配置される。電線3は、端子金具5の形状及び電線接続部7の配置が図示のようになることから、また、太物でコシがあり屈曲できる半径が大きくなるという特性もあることから、C字状に曲げた状態に配置(配索)される。
電線3を含む電気接続部材4を用いた接続の場合、電線3の本体中間10が電池スタック1の一側面9から外側に出てしまう。これは図12に示すように、二つの電池スタック1の一方(図中下側のもの)を水平方向Qに沿ってずらした場合でも外側に出てしまう。従って、このような接続の場合は、本体中間10の突出分を考慮したスペース確保をしなければならないという問題点を有する。そして、このことにより、電池パックの搭載スペースも若干大きめに確保しなければならないという問題点を有する。
本発明は、上記した事情に鑑みてなされたもので、搭載スペースを小さくすることが可能な電池パック、及び、電池スタック同士の電線接続構造を提供することを課題とする。
上記課題を解決するためになされた請求項1に記載の本発明の電池パックは、一方の電池スタックと、該一方の電池スタックに対しスタック積層方向に配置される他方の電池スタックと、これら前記一方の電池スタック及び前記他方の電池スタックを電気的に接続する電気接続部材とを備え、該電気接続部材は、電線本体及びこの両端の電線端末部を有する高電圧用の電線と、前記電線端末部に設けられる一方の端子金具及び他方の端子金具とを備え、前記一方の端子金具及び/又は前記他方の端子金具は、スタック接続部と、電線接続部と、これら前記スタック接続部及び前記電線接続部の中間に位置して連続部分になる中間連続部とを有し、該中間連続部は、前記スタック積層方向に対し直交する第1方向からみたとき、前記スタック接続部及び前記電線接続部を非直線的に配置する部分に形成されるとともに前記電線本体の一部を通過させる部分にも形成されることを特徴とする。
このような請求項1の特徴を有する本発明によれば、実施例の欄で図を参照しながら詳細に説明するが、電線の配置をオフセットすることができる。電線の配置をオフセットすることができれば、電線本体の中間を電池スタックよりも外側に突出させずに配置することもでき、以て電池パックの搭載スペースを小さくすることができる。
請求項2に記載の本発明は、請求項1に記載の電池パックにおいて、前記中間連続部及び前記電線接続部は、前記第1方向からみた平面視L字状に連続した形状に形成されることを特徴とする。
このような請求項2の特徴を有する本発明によれば、電線の配置をオフセットするにあたり、電線をスタック接続部から離すことができる。これによりスタック接続部での接続に係る作業をし易くすることができる。
請求項3に記載の本発明は、請求項1又は2に記載の電池パックにおいて、前記電線接続部及び前記電線端末部の接続の部分は、圧着、圧接、溶着、及び接着のうち、いずれかの接続にて形成されることを特徴とする。
このような請求項3の特徴を有する本発明によれば、電線と端子金具との接続に係り、様々な接続形態を適用することができる。
請求項4に記載の本発明は、請求項3に記載の電池パックにおいて、前記電線接続部は、前記電線端末部の導体部分を接続する導体接続部と、前記電線端末部の絶縁体部分を固定する絶縁体固定部とを有し、該絶縁体固定部が前記導体接続部よりも前記中間連続部側に配置されることを特徴とする。
このような請求項4の特徴を有する本発明によれば、端子金具の中間連続部に電線本体の一部を通過させて電線の配置をオフセットするにあたり、絶縁体固定部にて電線端末部の絶縁体部分を固定し、電線の配置を安定させることができる。
請求項5に記載の本発明は、請求項1、2、3又は4に記載の電池パックにおいて、前記一方の電池スタック及び前記他方の電池スタックは、前記第1方向、及び、前記スタック積層方向と前記第1方向とに対し直交する第2方向の少なくとも一方にずれて配置されることを特徴とする。
このような請求項5の特徴を有する本発明によれば、電線本体の中間を電池スタックよりも外側に突出させずに配置するにあたり、より良い形態を提供することができる。
請求項6に記載の本発明は、請求項1、2、3、4又は5に記載の電池パックにおいて、当該電池パックは、少なくとも前記電線接続部及び前記電線端末部の接続の部分を覆うカバー部材を更に備えることを特徴とする。
このような請求項6の特徴を有する本発明によれば、少なくとも接続の部分をカバー部材続にて保護することができる。尚、カバー部材を樹脂製にすれば絶縁性を確保することもできる。
また、上記課題を解決するためになされた請求項7に記載の本発明の電池スタック同士の電線接続構造は、一方の電池スタックと、該一方の電池スタックに対しスタック積層方向に配置される他方の電池スタックと、これら前記一方の電池スタック及び前記他方の電池スタックを電気的に接続する電気接続部材とを備え、該電気接続部材は、電線本体及びこの両端の電線端末部を有する高電圧用の電線と、前記電線端末部に設けられる一方の端子金具及び他方の端子金具とを備え、前記一方の端子金具及び/又は前記他方の端子金具は、スタック接続部と、電線接続部と、これら前記スタック接続部及び前記電線接続部の中間に位置して連続部分になる中間連続部とを有し、該中間連続部は、前記スタック積層方向に対し直交する第1方向からみたとき、前記スタック接続部及び前記電線接続部を非直線的に配置する部分に形成され、前記電線による前記一方の電池スタック及び前記他方の電池スタックの接続の状態においては、前記第1方向からみたとき、前記中間連続部に前記電線本体の一部が通過することを特徴とする。
このような請求項7の特徴を有する本発明によれば、実施例の欄で図を参照しながら詳細に説明するが、電線の配置をオフセットする構造を提供することができる。電線の配置をオフセットする構造により、電線本体の中間を電池スタックよりも外側に突出させずに配置することができ、以て電池パックの搭載スペースを小さくすることができる。
本発明の電池パック、及び、電池スタック同士の電線接続構造によれば、搭載スペースを小さくすることができるという効果を奏する。
本発明の電池パック、及び、電池スタック同士の電線接続構造の一実施形態を示す図であり、R方向から見た図である。 本発明の電池パック、及び、電池スタック同士の電線接続構造の一実施形態を示す図であり、Q方向から見た図である。 一方の電池スタックの接続状態を示す斜視図である。 一方の端子金具及び電線端末部の接続状態を示す図である。 一方の端子金具を導体接続部の側から見た斜視図である。 一方の端子金具を絶縁体固定部の側から見た斜視図である。 他方の電池スタックの接続状態を示す斜視図である。 他方の端子金具及び電線端末部の接続状態を示す図である。 他方の端子金具を導体接続部の側から見た斜視図である。 他方の端子金具を絶縁体固定部の側から見た斜視図である。 電線のオフセット状態を示す図である。 従来の積層バスバーでなく高電圧用の太物の電線を用いて接続することに関する検討図である。
電池パックは、一方の電池スタックと、この一方の電池スタックに対しスタック積層方向に配置される他方の電池スタックと、これら電池スタック同士を電気的に接続する電気接続部材とを備えて構成され、さらに、電気接続部材が、電線本体及びこの両端の電線端末部を有する高電圧用の電線と、電線端末部に設けられる一方の端子金具及び他方の端子金具とを備えて構成される。電線による電池スタック同士の接続状態においては、端子金具の中間部分である中間連続部に電線本体の一部が通過する構造になる。
以下、図面を参照しながら実施例を説明する。図1及び図2は本発明の電池パック、及び、電池スタック同士の電線接続構造の一実施形態を示す図である。また、図3は一方の電池スタックの接続状態を示す斜視図、図4~図6は一方の端子金具に関する図である。また、図7は他方の電池スタックの接続状態を示す斜視図、図8~図10は他方の端子金具に関する図である。また、図11は電線のオフセット状態を示す図である。尚、図中の矢印P方向はスタック積層方向(一方・他方の電池スタック同士を積層する方向のことであり、図では上下となる方向に一致)、矢印Q方向は水平方向、矢印R方向はこれらに直交する方向を示すものとする。
<電池パック21について>
図1及び図2において、電池パック21は、電気自動車やハイブリッド自動車の所定位置に搭載され、モーターを駆動するための電力供給源として用いられる。電池パック21と上記モーターとの間には、ジャンクションブロック(電気接続箱)やインバータ等の公知の機器が配置される。電池パック21は、一方の電池スタック22と、この一方の電池スタック22に対し矢印P方向(スタック積層方向)に配置される他方の電池スタック23と、これら一方の電池スタック22及び他方の電池スタック23を電気的に接続する電気接続部材24とを備えて構成される。電池パック21は、このような構成を含んでモジュール化される。尚、本実施例においては電池スタックの数が二つであるが、これ以上の数であってもよいものとする。
<一方の電池スタック22及び他方の電池スタック23について>
図1及び図2において、一方の電池スタック22及び他方の電池スタック23は、複数個の電池セルと、この複数個の電池セルを直列に繋ぐバスバーモジュールと、電気的接続部分(終極端子)になるボルト軸部25と、このボルト軸部25に螺合するナット26と、絶縁性のケースとを備えて構成される。一方の電池スタック22及び他方の電池スタック23は、それぞれ複数個の電池セルの集合体になる。電池セルは、電力を蓄電するバッテリーとしての機能を有するものであり、この電池セルが所定方向(本実施例では矢印P方向に対し直交方向)に沿って並んで配置される。ボルト軸部25は、上記の如く終極端子であって、複数個の電池セルの上記並びの端末位置に配置される。ボルト軸部25は、平面形状の端子接続面(図示省略)から突出するように設けられる。
一方の電池スタック22及び他方の電池スタック23は、矢印P方向(スタック積層方向)に所定の間隔S1をあけて配置される。また、一方の電池スタック22及び他方の電池スタック23は、これらの一側面27同士を矢印Q方向(水平方向)に間隔S2でずらすように配置される。さらに、一方の電池スタック22及び他方の電池スタック23は、これらの他側面28同士を矢印R方向(水平方向)に間隔S3でずらすように配置される。尚、以上のずらした配置は一例であるものとする。すなわち、間隔S1をあけただけの配置でもよいものとする。
<電気接続部材24について>
図1及び図2において、電気接続部材24は、高電圧用の太物の電線29と、一方の端子金具30及び他方の端子金具31と、一方のカバー部材32及び他方のカバー部材33とを備えて構成される。電気接続部材24は、電線29を用いたものが採用される。電気接続部材24は、一方の電池スタック22及び他方の電池スタック23を電気的に接続するために備えられ、従来の積層バスバーよりも長く且つ電線29の部分では曲げ変形可能に形成される。電気接続部材24は、電線29の部分が曲げ変形可能であることから、一方の端子金具30及び他方の端子金具31への組み付け作業を従来の積層バスバーと比べてし易くすることができる。電気接続部材24は、本発明の特徴を有する部材である。以下、電気接続部材24の上記構成について説明をする。
<電線29について>
図1ないし図10において、電線29は、上記の如く高電圧用の太物であって、太物であることからコシがあり、屈曲できる半径が大きくなるという特性を有する。電線29は、一方の電池スタック22及び他方の電池スタック23の間において、C字状に曲げた状態に配置(配索)することができる長さに形成される。別な言い方をすれば、電線29は配置(配索)のために余長を持たせたものに形成される。電線29は、図から分かるように一本である。電線29は、導電性を有する導体34と、絶縁性を有して導体34を覆う絶縁体35と、同じく絶縁性を有して絶縁体35を覆うシース36とを備えて構成される。導体34は、銅や銅合金、アルミニウムやアルミニウム合金からなる金属素線を撚り合わせて断面円形状にしたものに形成される(金属素線は一例であり、例えば曲げ可能な丸棒等であってもよいものとする)。絶縁体35やシース36は、熱可塑性樹脂材料を用いて押出成形される。絶縁体35やシース36は、断面円形状の被覆として形成される。絶縁体35やシース36は、所定の厚みを有する。熱可塑性樹脂としては、公知の様々な種類のものが使用可能であるが、例えばポリ塩化ビニル樹脂やポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂などの高分子材料が好適である。尚、シース36の有無は任意であるものとする。
以上のような構成の電線29は、これを全長方向の「部分」で分ければ、電線本体37と、この電線本体37の両端の電線端末部38、39とを有する。電線本体37は、電線29の全長における大半を占める部分になる(本実施例では電線端末部38、39の側のシース36が比較的長く除去された状態に形成される)。電線端末部38、39は、皮剥により導体34及び絶縁体35を露出させた状態に形成される。露出させた導体34は、一方の端子金具30及び他方の端子金具31に対し電気的に接続される部分に形成される。また、露出させた絶縁体35は、一方の端子金具30及び他方の端子金具31に対し固定される部分に形成される。露出させた絶縁体35は、一方の端子金具30及び他方の端子金具31に対し後述する通過部分に連続するように形成される。
<一方の端子金具30について>
図3ないし図6において、一方の端子金具30は、電線29の電線端末部38に設けられて一方の電池スタック22の電気的接続部分(終極端子)に接続される。一方の端子金具30は、導電性を有する金属板を加工して形成される。一方の端子金具30は、スタック接続部40と、電線接続部41と、中間連続部42とを有して図示形状に連続形成される。すなわち、スタック接続部40に対し中間連続部42が90度に折れ曲がった形状に形成されるとともに、中間連続部42及び電線接続部41が平面視L字状になる形状に形成される。
スタック接続部40は、外形がU字状の板部分に形成される。スタック接続部40は、一方の電池スタック22の電気的接続部分における平面形状の端子接続面に対し面接触する部分に形成される。スタック接続部40には、端子接続面から突出するボルト軸部25に挿通されるボルト挿通孔43が円形に形成される。スタック接続部40と中間連続部42との連続部分は、曲げ部(符号省略)として形成される。
電線接続部41は、中間連続部42によってスタック接続部40に対し非直線的に配置される。電線接続部41は、中間連続部42と共にL字状の板部分に形成される。電線接続部41は、一方の電池スタック22及び他方の電池スタック23の一側面27から離れる側に配置される。また、電線接続部41は、一側面27から離れる側にのびるように形成される。
このような電線接続部41には、導体接続部44と、絶縁体固定部45とが形成される。導体接続部44は、電線端末部38の導体34の部分を電気的に接続することができるように形成される。絶縁体固定部45は、電線端末部38の絶縁体35の部分を固定することができるように形成される。導体接続部44及び絶縁体固定部45は、公知のバレル形状に形成される。尚、電線接続部41及び電線端末部38に係る接続の部分は、上記のような圧着の接続構造に限らないものとする。すなわち、圧接、溶着、接着、半田付けなど様々な接続の構造が採用可能であるものとする。導体接続部44及び絶縁体固定部45は、絶縁体固定部45の方が導体接続部44よりも中間連続部42の側に配置される(図12の電線接続部7と見比べてみると分かるが、配置が異なる点が特徴になる)。
中間連続部42は、スタック接続部40と電線接続部41との中間に位置してこれらの連続部分になるように形成される。中間連続部42は、導体接続部44及び絶縁体固定部45の配置から、図示の如く電線端末部38に連続する(電線端末部38に近い)電線本体37の一部を通過させるような部分に形成される。すなわち、中間連続部42は、電線本体37の一部の被通過部分である電線被通過部46を有するように形成される。電線被通過部46は、電線本体37の一部を載置することができるような部分にも形成される。
<他方の端子金具31について>
図7ないし図10において、本実施例の他方の端子金具31は、一方の端子金具30と同じものが採用される。そのため他方の端子金具31もスタック接続部40と、電線接続部41と、中間連続部42とを有するとともに、絶縁体固定部45の方が導体接続部44よりも中間連続部42の側に配置され、且つ、電線被通過部46が中間連続部42に形成される。尚、電線接続部41と中間連続部42はL字状に形成されるが、これに限らず例えば若干鋭角の配置になる略V字状の板部分に形成されてもよいものとする。本発明の適用を一方の端子金具30のみにすれば、他方の端子金具31は一般的な構造にて形成されてもよいものとする。
<一方のカバー部材32について>
図1ないし図3において、一方のカバー部材32は、樹脂成形品であって、一方の端子金具30と電線29の電線端末部38との接続の部分、及び、一方の端子金具30の中間連続部42を覆うことができるように形成される。一方のカバー部材32は、外部や作業者に対し絶縁性を確保するために備えられる(必要に応じて備えるものとする)。一方のカバー部材32は、カバー本体部47と、カバー蓋体部48とを有する。一方のカバー部材32における引用符号49はロック部を示す。
<他方のカバー部材33について>
図1、図2、及び図7において、本実施例の他方のカバー部材33は、一方のカバー部材32と同じものが採用される。そのため他方のカバー部材33もカバー本体部47と、カバー蓋体部48と、ロック部49とを有する。
<電池スタック同士を電気的に接続した状態について>
図1及び図2において、矢印P方向(スタック積層方向)に配置される一方の電池スタック22及び他方の電池スタック23同士を電気接続部材24により電気的に接続すると、電気接続部材24の電線29(電線本体37)は他方の電池スタック23の一側面27から矢印Q方向に突出することなく配置(配索)される。従って、電気接続部材4(図12の検討図参照)における電線3の本体中間10の場合には、図11に示す如く外側に突出していたが、電気接続部材24を採用すれば寸法線で示した分(オフセット寸法Xの分)だけ電線29(3)の配置をオフセットすることができ、本体中間10の突出分を考慮したスペース確保をする必要がない。
<効果について>
以上、図1ないし図11を参照しながら説明してきたように、本発明の一実施形態である電池パック21や、電池スタック同士の電線接続構造によれば、中間連続部42に電線被通過部46を有し、且つ、絶縁体固定部45の方が導体接続部44よりも中間連続部42の側に配置されることから、電線29の配置をオフセットすることができる。従って、電線29(電線本体37)は他方の電池スタック23の一側面27から外側に突出することがなく、これにより突出分を考慮したスペース確保をする必要がないことから、結果、電池パック21の搭載スペースを小さくすることができるという効果を奏する。
この他、一方の端子金具30及び他方の端子金具31は、中間連続部及び電線接続部が平面視L字状に連続した形状に形成されることから、図示の如く電線をスタック接続部から離すことができ、以てスタック接続部での接続に係る作業をし易くすることができるという効果も奏する。
本発明は本発明の主旨を変えない範囲で種々変更実施可能なことは勿論である。
P…スタック積層方向、 Q…水平方向、 X…オフセット寸法、 21…電池パック、 22…一方の電池スタック、 23…他方の電池スタック、 24…電気接続部材、 25…ボルト軸部、 26…ナット、 27…一側面、 28…他側面、 29…電線、 30…一方の端子金具、 31…他方の端子金具、 32…一方のカバー部材、 33…他方のカバー部材、 34…導体、 35…絶縁体、 36…シース、 37…電線本体、 38、39…電線端末部、 40…スタック接続部、 41…電線接続部、 42…中間連続部、 43…ボルト挿通孔、 44…導体接続部、 45…絶縁体固定部、 46…電線被通過部、 47…カバー本体部、 48…カバー蓋体部、 49…ロック部

Claims (7)

  1. 一方の電池スタックと、該一方の電池スタックに対しスタック積層方向に配置される他方の電池スタックと、これら前記一方の電池スタック及び前記他方の電池スタックを電気的に接続する電気接続部材とを備え、
    該電気接続部材は、電線本体及びこの両端の電線端末部を有する高電圧用の電線と、前記電線端末部に設けられる一方の端子金具及び他方の端子金具とを備え、
    前記一方の端子金具及び/又は前記他方の端子金具は、スタック接続部と、電線接続部と、これら前記スタック接続部及び前記電線接続部の中間に位置して連続部分になる中間連続部とを有し、
    該中間連続部は、前記スタック積層方向に対し直交する第1方向からみたとき、前記スタック接続部及び前記電線接続部を非直線的に配置する部分に形成されるとともに前記電線本体の一部を通過させる部分にも形成される
    ことを特徴とする電池パック。
  2. 請求項1に記載の電池パックにおいて、
    前記中間連続部及び前記電線接続部は、前記第1方向からみた平面視L字状に連続した形状に形成される
    ことを特徴とする電池パック。
  3. 請求項1又は2に記載の電池パックにおいて、
    前記電線接続部及び前記電線端末部の接続の部分は、圧着、圧接、溶着、及び接着のうち、いずれかの接続にて形成される
    ことを特徴とする電池パック。
  4. 請求項3に記載の電池パックにおいて、
    前記電線接続部は、前記電線端末部の導体部分を接続する導体接続部と、前記電線端末部の絶縁体部分を固定する絶縁体固定部とを有し、該絶縁体固定部が前記導体接続部よりも前記中間連続部側に配置される
    ことを特徴とする電池パック。
  5. 請求項1、2、3又は4に記載の電池パックにおいて、
    前記一方の電池スタック及び前記他方の電池スタックは、前記第1方向、及び、前記スタック積層方向と前記第1方向とに対し直交する第2方向の少なくとも一方にずれて配置される
    ことを特徴とする電池パック。
  6. 請求項1、2、3、4又は5に記載の電池パックにおいて、
    当該電池パックは、少なくとも前記電線接続部及び前記電線端末部の接続の部分を覆うカバー部材を更に備える
    ことを特徴とする電池パック。
  7. 一方の電池スタックと、該一方の電池スタックに対しスタック積層方向に配置される他方の電池スタックと、これら前記一方の電池スタック及び前記他方の電池スタックを電気的に接続する電気接続部材とを備え、
    該電気接続部材は、電線本体及びこの両端の電線端末部を有する高電圧用の電線と、前記電線端末部に設けられる一方の端子金具及び他方の端子金具とを備え、
    前記一方の端子金具及び/又は前記他方の端子金具は、スタック接続部と、電線接続部と、これら前記スタック接続部及び前記電線接続部の中間に位置して連続部分になる中間連続部とを有し、
    該中間連続部は、前記スタック積層方向に対し直交する第1方向からみたとき、前記スタック接続部及び前記電線接続部を非直線的に配置する部分に形成され、
    前記電線による前記一方の電池スタック及び前記他方の電池スタックの接続の状態においては、前記第1方向からみたとき、前記中間連続部に前記電線本体の一部が通過する
    ことを特徴とする電池スタック同士の電線接続構造。
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