KR101741029B1 - 격리부를 포함하는 배터리 팩 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복수개의 배터리 모듈과 제어부가 배터리 팩 내부에서 격리 수용될 수 있도록 그 사이에 격리부를 형성함에 의해 위험 상황에서 안전성을 향상시킬 수 있는 배터리 팩에 관한 것이다. 본 발명에 따른 배터리 팩은 복수개의 배터리 모듈; 상기 복수개의 배터리 모듈을 수용하며, 상부가 개방된 하우징; 상기 하우징 내측의 상기 복수개의 배터리 모듈 상부에 형성되는 제어부;를 포함하며, 상기 복수개의 배터리 모듈과 상기 제어부 사이에는 격리부를 더 포함한다.

Description

격리부를 포함하는 배터리 팩{Battery pack having separating portion}
본 발명은 배터리 팩에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 안전성을 향상시킬 수 있는 배터리 팩에 관한 것이다.
통상적으로 배터리 셀은 모바일 기기, 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 전기 등의 에너지원으로 사용되며, 적용되는 외부기기의 종류에 따라 다양하게 그 형태를 변화시켜 사용한다.
휴대폰과 같은 소형 모바일 기기는 단일 배터리 셀의 출력과 용량으로 소정시간 동안 작동이 가능하다. 그러나, 전력소모가 많은 전기 자동차, 하이브리드 자동차와 같이 장시간 구동, 고전력 구동이 필요한 경우에는 출력 및 용량을 높일 수 있도록 복수개의 배터리 셀을 전기적으로 연결하여 대용량의 배터리 모듈을 구성한다. 배터리 모듈은 내장된 배터리 셀의 개수에 따라 출력전압이나 출력전류를 높일 수 있다. 그리고, 이러한 배터리 모듈을 전기적으로 다수개 연결하여 배터리 팩을 구성할 수 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 한국 공개특허공보 제2011-0047636호(2011.05.09)에 개시되어 있다.
본 발명은 복수개의 배터리 모듈과 제어부가 배터리 팩 내부에서 격리 수용될 수 있도록 그 사이에 격리부를 형성함에 의해 위험 상황에서 안전성을 향상시킬 수 있는 배터리 팩을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 배터리 팩은 복수개의 배터리 모듈; 상기 복수개의 배터리 모듈을 수용하며, 상부가 개방된 하우징; 상기 하우징 내측의 상기 복수개의 배터리 모듈 상부에 형성되는 제어부;를 포함하며, 상기 복수개의 배터리 모듈과 상기 제어부 사이에는 격리부를 더 포함한다.
이때, 상기 격리부는 바닥면과, 상기 바닥면 단부로부터 상기 하우징의 내측면을 따라 상부를 향하여 연장되는 측면을 포함하여, 상기 격리부는 상기 제어부를 수용할 수 있다.
그리고, 상기 하우징의 상단 및 상기 격리부 측면 상단에는 각각 외부를 향하여 수직 절곡되는 제1 플랜지부 및 제2 플랜지부를 포함하되, 상기 제2 플랜지부는 상기 제1 플랜지부에 안착될 수 있다.
또한, 상기 제1 플랜지부에는 적어도 하나의 제1 홀이 형성되고, 상기 제1 홀과 대응하는 상기 제2 플랜지부에는 적어도 하나의 제2 홀이 형성되어, 상기 제1 홀과 상기 제2 홀은 제1 체결부재에 의해 체결될 수 있다.
더욱이, 상기 하우징의 제1 플랜지부의 일 영역에는 외부를 향하여 연장되는 적어도 하나의 연장부가 형성될 수 있다.
그리고, 상기 하우징 상부에는 하우징 커버를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 연장부에는 적어도 하나의 제3 홀이 형성되고, 상기 제3 홀과 대응하는 상기 하우징 커버에는 적어도 하나의 제4 홀이 형성되어, 상기 제3 홀과 상기 제4 홀은 제2 체결부재에 의해 체결될 수 있다.
또한, 상기 격리부에는 상기 복수개의 배터리 모듈과 상기 제어부를 전기적으로 연결하는 배선이 관통되는 관통홀을 포함할 수 있다.
게다가, 상기 격리부는 절연성 소재로 형성될 수 있다.
여기서, 상기 격리부는 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리프로필렌(Polypropylene) 및 폴리카보네이트(Polycarbonate)로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 제어부는 BCU(Battery Control Unit), BMS(Battery Management system) 및 BDU(Battery Disconnect Unit)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 하우징 내부에는 상기 복수개의 배터리 모듈 사이에 형성되는 적어도 하나의 가이드부재를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면 복수개의 배터리 모듈과 제어부가 배터리 팩 내부에서 격리 수용될 수 있도록 그 사이에 격리부를 형성함에 의해 위험 상황에서 안전성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 배터리 팩에서 냉각이 필요한 부분인 복수개의 배터리 모듈부와 냉각하지 않아도 되는 부분인 제어부를 별도로 수납함에 의해 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리 팩을 나타내는 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 격리부를 나타내는 사시도.
도 3은 도 1의 A-A'에 따른 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 하우징 내부에 복수개의 배터리 모듈이 수용된 상태를 나타내는 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 하우징 내부에 격리부가 수용된 상태를 나타내는 사시도.
도 6은 본 발명에 따른 격리부 내부에 제어부가 수용된 상태를 나타내는 사시도.
도 7은 본 발명에 따른 배터리 모듈을 나타내는 사시도.
이하 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예 및 그 밖에 당업자가 본 발명의 내용을 쉽게 이해하기 위하여 필요한 사항에 대하여 상세히 기재한다. 다만, 본 발명은 청구범위에 기재된 범위 안에서 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로 하기에 설명하는 실시예는 표현 여부에 불구하고 예시적인 것에 불과하다.
본 실시예를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 그리고 도면에서 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 아울러, 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장될 수 있으며 실제의 층 두께나 크기와 다를 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리 팩을 나타내는 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩(700)은 상부가 개방된 하우징(500)과, 하우징(500) 상부의 개방된 면을 덮는 하우징 커버(600)를 포함한다. 이러한 하우징(500) 내부에는 복수개의 배터리 모듈(100, 도 4 참조)이 수용되며, 복수개의 배터리 모듈(100) 상부에는 제어부(400, 도 3 참조)가 형성된다. 이때, 복수개의 배터리 모듈(100)과 제어부(400) 사이에는 격리부(300, 도 3 참조)를 더 포함한다.
격리부(300)는 복수개의 배터리 모듈(100)과 제어부(400) 사이에 위치됨으로써, 위험 상황에서 안전성을 향상시키는 역할을 하며, 이러한 격리부(300)에 대하여는 이하의 도면 설명에서 상세하게 설명한다.
도 1에서 하우징(500) 상단에는 외부를 향하여 수직 절곡되는 제1 플랜지부(540)가 형성되고, 제1 플랜지부(540)의 일 영역에는 외부를 향하여 연장되는 적어도 하나의 연장부(530, 제1 연장부)가 형성된다. 그리고, 하우징 커버(600)는 하우징(500) 상부면의 외측 둘레를 따라 형성된다. 이때, 하우징(500)의 연장부(530)에는 적어도 하나의 제3 홀(530a, 도 4 참조)이 형성되고, 제3 홀(530a)과 대응하는 하우징 커버(600)에는 적어도 하나의 제4 홀(610a)이 형성되어, 제3 홀(530a)과 제4 홀(610a)은 제2 체결부재(611)에 의해 체결될 수 있다. 이에 따라, 하우징(500)과 하우징 커버(600)는 결합 상태를 유지할 수 있다. 즉, 상기 하우징 커버(600)에는 하우징(500)의 연장부(530)와 겹쳐지며 체결되는 제2 연장부(610)가 형성될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 격리부를 나타내는 사시도이다.
도 2를 참조하면, 하우징(500, 도 1 참조) 내부에 수용된 복수개의 배터리 모듈(100, 도 4 참조)과 제어부(400, 도 3 참조) 사이에는 격리부(300)가 형성된다. 이러한 격리부(300)는 바닥면(300a)과 바닥면(300a)의 단부로부터 하우징(500)의 내측면을 따라 상부를 향하여 연장되는 측면(300b)을 포함한다. 이에 의해 격리부(300)에는 제어부(400)를 수용할 수 있는 공간부(320)가 형성될 수 있다.
그리고, 격리부(300)의 측면(300b) 상단에는 외부를 향하여 수직 절곡되는 제2 플랜지부(340)를 포함한다. 이러한 제2 플랜지부(340)는 하우징(500)의 제1 플랜지부(540, 도 1 참조)에 안착될 수 있다. 또한, 제1 플랜지부(540)에는 적어도 하나의 제1 홀(540a, 도 4 참조)이 형성되고, 제1 홀(540a)과 대응하는 제2 플랜지부(340)에는 적어도 하나의 제2 홀(340a)이 형성된다. 이에 따라, 제1 홀(540a)과 제2 홀(340a)은 제1 체결부재(541)에 의해 체결될 수 있다.
더욱이, 격리부(300)에는 복수개의 배터리 모듈(100)과 제어부(400)를 전기적으로 연결하는 배선이 관통되는 관통홀(350)을 포함할 수 있다. 이에 의해 복수개의 배터리 모듈(100)과 제어부(400)가 공간적으로 분리되며 하우징(500) 내부에 수용되더라도, 배터리 모듈(100)과 제어부(400) 간의 전기적인 연결은 유지할 수 있다.
또한, 격리부(400)는 절연성 소재로 형성될 수 있다. 보다 바람직하게, 격리부(400)는 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리프로필렌(Polypropylene) 및 폴리카보네이트(Polycarbonate)로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.
도 3은 도 1의 A-A'에 따른 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩(700)은 복수개의 배터리 모듈(100)과, 복수개의 배터리 모듈(100)을 수용하며, 상부가 개방된 하우징(500) 및 하우징(500) 내측의 복수개의 배터리 모듈(100) 상부에 제어부(400)를 포함한다. 그리고, 개방된 하우징(500) 상부를 덮는 하우징 커버(600)를 포함한다. 또한, 복수개의 배터리 모듈(100)과 제어부(400) 사이에는 격리부(300)를 더 포함한다.
이때, 격리부(300)는 바닥면(300a)과, 바닥면(300a) 단부로부터 하우징(500)의 내측면을 따라 상부를 향하여 연장되는 측면(300b)을 포함하며, 이러한 격리부(300)는 제어부(400)를 수용할 수 있다.
여기서, 하우징(500)의 상단 및 격리부(300) 측면 상단에는 각각 외부를 향하여 수직 절곡되는 제1 플랜지부(540) 및 제2 플랜지부(340)를 포함하며, 제2 플랜지부(340)는 제1 플랜지부(540)에 안착된다. 이때, 제1 플랜지부(540)에는 적어도 하나의 제1 홀(540a)이 형성되며, 제1 홀(540a)과 대응하는 제2 플랜지부(340)에는 적어도 하나의 제2 홀(340a)이 형성되어, 제1 홀(540a)과 제2 홀(340a)이 제1 체결부재(541)에 의해 체결됨에 의해 하우징(500)과 격리부(300)가 용이하게 체결될 수 있다.
더욱이, 하우징(500)의 제1 플랜지부(540)의 일 영역에는 외부를 향하여 연장되는 적어도 하나의 연장부(530)가 형성된다. 연장부(530)는 하우징 커버(600)와 결합되는 영역으로, 연장부(530)에는 적어도 하나의 제3 홀(530a)이 형성되고, 제3 홀(530a)과 대응하는 하우징 커버(600)에는 적어도 하나의 제4 홀(610a)이 형성되어, 제3 홀(530a)과 제4 홀(610a)은 제2 체결부재(611)에 의해 체결될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 하우징 내부에 복수개의 배터리 모듈이 수용된 상태를 나타내는 사시도이다.
도 4를 참조하면, 하우징(500) 내부에는 복수개의 배터리 모듈(100)이 수용된다. 그리고, 하우징(500)의 상단에는 외부를 향하여 수직 절곡되는 제1 플랜지부(540)를 포함한다. 이러한 제1 플랜지부(540)에는 적어도 하나의 제1 홀(540a)이 형성되며, 제1 홀(540a)은 추후 격리부(300, 도 5 참조)의 제2 플랜지부(340, 도 5 참조)의 제2 홀(340a)과 체결될 수 있다.
또한, 하우징(500) 내에서 복수개의 배터리 모듈(100)은 베어셀(10, 도 3 참조)의 측면이 상호 대향하도록 배치되며, 배터리 모듈(100)의 사이에는 적어도 하나의 가이드부재(550)가 형성될 수 있다. 이러한 가이드부재(550)는 배터리 모듈(100)의 위치를 안내하며, 본 실시예에서는 가이드부재(550)가 중간에 위치된 2개의 배터리 모듈(100) 사이에 형성되었지만, 하우징(500)에 수용된 각 배터리 모듈(100)의 사이에 구비될 수도 있음은 물론이다.
이러한 가이드부재(550)가 배터리 모듈(100)의 안착 위치를 안내에 따라, 복수개의 배터리 모듈(100)의 정렬을 효과적으로 수행할 수 있으므로, 배터리 팩(700, 도 1 참조)의 생산효율을 향상시킬 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 하우징 내부에 격리부가 수용된 상태를 나타내는 사시도이다.
도 5를 참조하면, 하우징(500) 내부에 복수개의 배터리 모듈(100)이 수용된 상태에서, 복수개의 배터리 모듈(100) 상부에 격리부(300)가 수용된다. 격리부(300)는 바닥면(300a)과, 바닥면(300a) 단부로부터 하우징(500)의 내측면을 따라 상부를 향하여 연장되는 측면(300b)을 포함한다. 이러한 형태를 띠는 격리부(300)는 그 내부에 제어부(400, 도 6 참조)를 수용할 수 있다.
그리고, 격리부(300) 측면(300b) 상단에는 외부를 향하여 수직 절곡되는 제2 플랜지부(340)를 포함한다. 제2 플랜지부(340)는 제1 플랜지부(540)에 안착되며, 앞서 설명한 바와 같이, 제1 플랜지부(540)의 제1 홀(540a)과 제2 플랜지부(340)의 제2 홀(340a)에 제1 체결부재(541)가 체결됨에 의해 하우징(500)과 격리부(300)가 결합될 수 있다.
또한, 격리부(300)의 바닥면(300a)에는 복수개의 배터리 모듈(100, 도 4 참조)과 제어부(400)를 전기적으로 연결하는 배선(미도시)이 관통되는 적어도 하나의 관통홀(350)을 포함한다. 이에 의해 복수개의 배터리 모듈(100)과 제어부(400)가 용이하게 전기적으로 연결될 수 있다.
이러한 격리부(300)는 절연성 소재로 형성되며, 예를 들면, 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리프로필렌(Polypropylene) 및 폴리카보네이트(Polycarbonate)로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나로 형성될 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 격리부 내부에 제어부가 수용된 상태를 나타내는 사시도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 배터리 팩은 격리부(300) 내부에 제어부(400)가 수용된다. 즉, 하우징(500)에 복수개의 배터리 모듈(100)이 수용된 후 복수개의 배터리 모듈(100) 상부에 격리부(300)가 안착된다. 이후, 격리부(300) 상부에 제어부(400)가 위치된다. 이때, 제어부(400)는 격리부(300)의 바닥면(300a)에 고정될 수 있다.
여기서, 제어부(400)는 배터리 팩의 상태에 따라 전원 등을 제어할 수 있는 BCU(Battery Control Unit), BMS(Battery Management system) 및 BDU(Battery Disconnect Unit) 등을 포함할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 복수개의 배터리 모듈(100)이 위치된 하우징(500) 내부의 하측과, 제어부(400)가 위치된 하우징(500) 내부의 상측이 격리부(300)에 의해 구조적으로 분리된다. 이에 의해 전기적 안전성이 향상될 뿐만 아니라 냉각해야 하는 부분인 배터리 모듈(100) 측과 냉각하지 않아도 되는 부분인 제어부(400)가 분리되어 냉각 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 배터리 팩을 차량에 적용 시 양측 휠 사이에 배터리 팩이 위치되는 등 양측 휠 간의 간격이 좁아서 배터리 팩의 수용 공간이 협소한 경우, 제어부가 배터리 모듈 상부 공간에 위치됨으로써 공간적으로 유리하다.
도 7은 본 발명에 따른 배터리 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 배터리 모듈(100)은 고전력으로 사용하기 위하여 복수개의 배터리 모듈(100)이 연결된 상태를 하나의 세트로 하여 사용될 수 있다. 이러한 배터리 모듈(100)은 각각 복수개의 배터리 셀(10)이 일 방향으로 배열되어 형성된다. 이러한 배터리 셀(10)은 전기적으로 연결되어 있으며, 배터리 셀(10)은 일면이 개구된 전지 케이스와 전지 케이스 내에 수납된 전극 조립체 및 전해액으로 이루어질 수 있다.
전극 조립체 및 전해액은 전기화학적 반응하여 에너지를 발생하고, 전지 케이스는 캡 플레이트(14)에 의하여 밀폐된다. 캡 플레이트(14)에는 단자부(11, 12)와 벤트부(13)가 구비될 수 있다. 단자부(11, 12)는 서로 다른 극성을 갖는 양극단자(11) 및 음극단자(12)로 이루어질 수 있고, 벤트부(13)는 배터리 셀(10)의 안전수단으로 배터리 셀(10) 내부에서 발생하는 기체롤 외부로 방출하는 통로로 작용한다. 서로 이웃하는 배터리 셀(10)의 양극단자(11) 및 음극단자(12)는 버스바(15)를 통하여 전기적으로 연결될 수 있으며, 버스바(15)는 너트(16) 등의 부재로 양극단자(11) 및 음극단자(12)에 고정될 수 있다.
배터리 셀 (10)은 복수개가 정렬되어 이루어질 수 있는데, 이때 배터리 셀(10)의 정렬상태를 고정하기 위하여, 하나 이상의 플레이트(18, 19)를 이용할 수 있다. 플레이트(18, 19)는 서로 대향하여 구비되어, 배터리 셀(10)의 넓은 면과 대면하는 한 쌍의 엔드플레이트(18)와, 엔드플레이트(18)에 연결되어 배터리 셀(10)의 측면과 인접하게 측면플레이트(19)를 포함할 수 있다. 플레이트(18, 19)는 복수개의 배터리 셀(10)을 고정하기 위한 것으로, 이는 배터리 모듈(20)의 디자인에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 변형예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
전술한 발명에 대한 권리범위는 이하의 특허청구범위에서 정해지는 것으로써, 명세서 본문의 기재에 구속되지 않으며, 청구범위의 균등 범위에 속하는 변형과 변경은 모두 본 발명의 범위에 속할 것이다.
100 : 배터리 모듈 300 : 격리부
320 : 공간부 340 : 제2 플랜지부
340a : 제2 홀 350 : 관통홀
400 : 제어부 500 : 하우징
530 : 연장부 530a : 제3 홀
540 : 제1 플랜지부 540a : 제1 홀
550 : 가이드부재 600 : 하우징 커버

Claims (12)

  1. 복수개의 배터리 모듈;
    상기 복수개의 배터리 모듈을 수용하며, 상부가 개방된 하우징;
    상기 하우징 내측의 상기 복수개의 배터리 모듈 상부에 형성되는 제어부;를 포함하며,
    상기 복수개의 배터리 모듈과 상기 제어부 사이에는 격리부를 더 포함하고,
    상기 하우징 및 격리부의 상부에는 폐루프 형태로 연속적으로 형성되고, 서로 나란하게 겹쳐지며 체결되는 제1, 제2 플랜지부가 형성되며,
    상기 하우징에는 상기 제1 플랜지부로부터 상방으로 단차진 위치에서 외부를 향하여 돌출된 제1 연장부가 형성되되, 상기 제1 연장부는 서로로부터 이격된 적어도 두 개의 제1 연장부를 포함하고,
    상기 하우징 상부에는 상기 제1 연장부와 겹쳐지며 체결되는 제2 연장부를 포함하는 하우징 커버가 배치되되, 상기 제2 연장부는 서로로부터 이격된 적어도 두 개의 제2 연장부를 포함하는 배터리 팩.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 격리부는 바닥면과, 상기 바닥면 단부로부터 상기 하우징의 내측면을 따라 상부를 향하여 연장되는 측면을 포함하여, 상기 격리부는 상기 제어부를 수용하는 배터리 팩.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 플랜지부에는 적어도 하나의 제1 홀이 형성되고, 상기 제1 홀과 대응하는 상기 제2 플랜지부에는 적어도 하나의 제2 홀이 형성되어, 상기 제1 홀과 상기 제2 홀은 제1 체결부재에 의해 체결되는 배터리 팩.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 연장부에는 적어도 하나의 제3 홀이 형성되고, 상기 제3 홀과 대응하는 상기 하우징 커버의 제2 연장부에는 적어도 하나의 제4 홀이 형성되어, 상기 제3 홀과 상기 제4 홀은 제2 체결부재에 의해 체결되는 배터리 팩.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 격리부에는 상기 복수개의 배터리 모듈과 상기 제어부를 전기적으로 연결하는 배선이 관통되는 관통홀을 포함하는 배터리 팩.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 격리부는 절연성 소재로 형성되는 배터리 팩.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 격리부는 폴리에틸렌(Polyethylene), 폴리프로필렌(Polypropylene) 및 폴리카보네이트(Polycarbonate)로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 어느 하나로 형성되는 배터리 팩.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 BCU(Battery Control Unit), BMS(Battery Management system) 및 BDU(Battery Disconnect Unit)를 포함하는 배터리 팩.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 하우징 내부에는 상기 복수개의 배터리 모듈 사이에 형성되는 적어도 하나의 가이드부재를 더 포함하는 배터리 팩.
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