KR102043113B1 - 2차전지셀 정렬지그 및 이를 포함하는 2차전지셀 적층 시스템 - Google Patents

2차전지셀 정렬지그 및 이를 포함하는 2차전지셀 적층 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다수의 2차전지셀 또는 전극조립체가 적층될 때 다수의 2차전지셀셀을 고정하는 정렬지그 및 이를 포함하는 2차전지 적층 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 2차전지셀이 적층되면서 기울어지지 않도록 수직을 유지하며 적층시키고, 순차적으로 2차전지셀을 정렬할 수 있는 정렬지그 및 이를 포함하는 2차전지 적층 시스템에 관한 것이다.

Description

2차전지셀 정렬지그 및 이를 포함하는 2차전지셀 적층 시스템 {Secondary battery alignment jig and secondary battery stacking system including the same}
본 발명은 다수의 2차전지셀 또는 전극조립체가 적층될 때 다수의 2차전지셀셀을 고정하는 정렬지그 및 이를 포함하는 2차전지 적층 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 2차전지셀이 적층되면서 기울어지지 않도록 수직을 유지하며 적층시키고, 순차적으로 2차전지셀을 정렬할 수 있는 정렬지그 및 이를 포함하는 2차전지 적층 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 2차전지는 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 방전과 역방향인 충전과정을 통하여 반복 사용이 가능한 전지이며, 그 종류로는 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 전지, 니켈-수소(Ni-MH) 전지, 리튬-금속 전지, 리튬-이온(Ni-Ion) 전지 및 리튬-이온 폴리머 전지(Li-Ion Polymer Battery, 이하 "LIPB"라 함) 등이 있다.
이러한 2차전지 셀파우치는 내부에 전지 셀이 구비되고, 파우치에 해당하는 폴리머 외장재가 전지셀을 감싸는 형태로 이루어지는데, 이를 위해, 전극, 파우치 및 전지셀로 구성된다. 또한 2차전지 셀파우치는 파우치 내부 구조가 파손되거나, 소손되어, 절연성이 파괴되는 경우, 전지셀은 정상상태 전압을 유지할 수 없게 되어 저전압을 유발할 수 있으며, 내부 전지셀의 스웰링(swelling) 현상 등을 초래할 수 있다.
한편, 2차 전지는 전지 케이스의 형상에 따라, 전극 조립체가 금속 캔에 내장되어 있는 캔형 2차 전지와 전극 조립체가 알루미늄 라미네이트 시트의 파우치에 내장되어 있는 파우치형 전지로 분류될 수 있다. 그리고, 캔 형 2차 전지는 다시 금속 캔의 형태에 따라 원통형 전지와 각형 전지로 분류될 수 있다.
전극 조립체는 양극판과 음극판 사이에 세퍼레이터를 개재시켜 권취한 젤리 롤 타입과, 양극판과 음극판 사이에 세퍼레이터를 개재시킨 전지 셀을 순차적으로 적층시킨 스택 타입 등으로 분류될 수 있다. 스택 타입의 전극 조립체는 주로 파우치형 전지에 이용되고, 젤리 롤 타입의 전극 조립체는 주로 캔 형 이차 전지에 이용된다.
특히, 이 중에서 스택 타입의 전극 조립체는 다수의 양극 및 음극 단위 셀들이 순차적으로 적층된 구조로 중량당 에너지 밀도가 높고, 각형의 형태를 얻기가 용이한 장점이 있다. 같은 스택 타입의 전극 조립체는 양극판, 음극판 및 이러한 양극판과 음극판 사이에 개재된 세퍼레이터를 포함하는 전지 셀이 둘 이상 적층되어 제조된다. 이러한 전극 조립체가 일정한 규격으로 제조되려면, 전지 셀이 나란하게 정렬된 상태로 적층되어야 한다. 전지 셀이 제대로 정렬되지 않은 상태로 전극 조립체가 제조될 경우, 전극 조립체는 전지 케이스에 수납되지 못하게 될 수 있다. 또한, 전지 셀이 제대로 정렬되지 않은 상태로 제조된 전극 조립체는 에너지 밀도가 낮아 에너지 효율성이 떨어지는 단점이 있다.
따라서, 다수의 전지 셀이 기울어지면서 적층될 때 이를 정렬시켜 규격화된 상태로 전지 셀을 적층시킬 수 있는 장치의 개발이 필요한 실정이다.
1. 등록특허공보 제10-1888207호 '전지 셀 적층 지그' (출원일자 2013.10.31) 2. 등록특허공보 제10-1956758호 '이차전지의 셀 스택 제조장치' (출원일자 2017.10.23)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 전지 셀의 형상으로 인해 적층되면서 기울어지는 2차전지셀의 수직을 유지시켜주면서 안정적인 전지 셀의 정렬이 이루어질 수 있는 2차전지셀 정렬지그 및 이를 포함하는 2차전지셀 적층 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 2차전지셀 정렬지그는 적어도 2개 이상의 2차전지셀(S)이 적층되는 안착플레이트(4100); 상기 안착플레이트(4100)에 안착된 2차전지셀(S)의 일측과 접촉되며, 상기 안착플레이트(4100)와 일체를 이루는 고정지지대(4200); 상기 2차전지셀(S)의 일측이 상기 고정지지대(4200)와 접촉되도록 상기 안착플레이트(4100)에 안착된 상기 2차전지셀(S)의 타측을 가압하며 정렬시키는 제1 정렬로드(4300); 상기 제1 정렬로드(4300)를 X축, Y축방향으로 이동시키는 제1 구동모듈(4400);을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 안착플레이트(4100)에는 상기 안착플레이트(4100)에 안착된 최초의 상기 2차전지셀(S)의 양단을 가압하여 2차전지셀(S)이 상기 안착플레이트(4100)의 상면에 고정시키는 한쌍의 고정수단(4500);이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명의 상기 제1 구동모듈(4400)은 상하방향으로 세워지며, 상하방향으로 연장되는 가이드레일(4411)을 포함하는 프레임(4410); 일측에 상기 제1 정렬로드(4300)가 장착되며, 상기 가이드레일(4411)을 따라 Y축방향으로 이동하는 로드몸체(4420); 상기 프레임(4410)에 고정되며 상기 로드몸체(4420)를 Y축방향으로 이동시키는 제1 구동부(4430); 상기 로드몸체(4420)와 상기 제1 정렬로드(4300) 사이에 장착되어 상기 제1 정렬로드(4300)를 X축방향으로 이동시키는 제2 구동부(4440);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1 정렬로드(4300)로부터 정렬이 완료된 다른 2차전지셀(S)의 측면을 동시에 가압하여 정렬하는 제2 정렬로드(4600)와 상기 제2 정렬로드(4600)를 이동시키는 제2 구동모듈(4700)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 2차전지셀 정렬지그를 포함하는 2차전지셀 적층 시스템에 있어서, 적어도 1개 이상의 2차전지셀(S)이 공급되는 공급부(1000); 상기 공급부(1000)로부터 공급되는 상기 2차전지셀(S)을 반복적으로 이송시키는 셀이동부(2000); 상기 셀이동부(2000)에 파지된 상기 2차전지셀(S)의 하면에 접착테이프를 부착하는 접착제 도포부(3000); 상기 셀이동부(2000)로부터 접착제가 도포된 상기 2차전지셀(S)을 전달받아 상기 2차전지셀(S)이 순차적으로 적층되되, 적층되는 상기 2차전지셀(S)을 정렬하는 정렬지그(4000); 상기 정렬이 완료된 상기 2차전지셀(S)을 견인하여 이동시키는 이송부(5000);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 2차전지셀이 적층되면서 2차전지셀의 자체 형상으로 인해 기울어지는 현상을 방지하고, 정렬된 2차전지셀을 지속적으로 지지해줌으로써 2차전지셀을 안정적으로 적층시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1 은 본 발명의 2차전지셀 정렬지그의 전체적인 모습을 나타낸 사시도.
도 2 는 본 발명의 고정수단을 나타낸 분해사시도.
도 3 은 본 발명의 제1 정렬로드 및 제2 정렬로드의 작동 일실시예를 나타낸 측면도.
도 4 는 본 발명의 2차전지셀의 정렬 일실시예를 나타낸 측면도.
도 5 는 본 발명의 2차전지셀 적층 시스템의 전체적인 모습을 나타낸 측면도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 2차전지셀 정렬지그의 일실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 1 내지 도 4 를 참조하면 본 발명은 안착플레이트(4100), 고정지지대(4200), 제1 정렬로드(4300) 및 제1 구동모듈(4400)을 포함한다.
안착플레이트(4100)에는 적어도 2개 이상의 2차전지셀(S) 또는 전극조립체가 순차적으로 적층되며, 2차전지셀(S)을 파지하는 별도의 셀이동부에 의해 2차전지셀(S)은 안착플레이트(4100)에 적층된다.
고정지지대(4200)는 안착플레이트(4100)와 일체를 이룰 수 있다. 고정지지대(4200)는 2차전지셀(S)의 적층방향인 상하방향으로 세워지며 안착플레이트(4100)에 안착된 2차전지셀(S)의 일측과 접촉되면서 2차전지셀(S)을 지지한다. 고정지지대(4200)는 바람직하게는 2차전지셀(S)의 양단을 지지하도록 일정간격 이격되는 한쌍으로 구성될 수 있다.
제1 정렬로드(4300)는 2차전지셀(S)이 안착플레이트(4100) 상면의 동일한 위치에 정렬되며 적층되도록 안착플레이트(4100)에 안착된 2차전지셀(S)의 타측을 가압하며 2차전지셀(S)의 일측이 고정지지대(4200)와 접촉 및 지지될 수 있도록 한다.
즉, 도 4 를 참조하면 안착플레이트(4100)로 적층되는 2차전지셀(S)은 일측이 고정지지대(4200)에 지지되면서 일측단이 안착플레이트(4100)와 수직을 이루며 적층될 수 있다. 따라서, 제1 정렬로드(4300)는 안착플레이트(4100)로 이송되는 2차전지셀(S)이 순차적으로 적층될 때 아래에 위치한 다른 2차전지셀(S)의 위치와 어긋나도록 적층되는 경우를 방지하기 위한 목적을 갖는다.
제1 구동모듈(4400)은 제1 정렬로드(4300)를 X축, Y축방향으로 이동시키는 구성에 해당한다. 제1 구동모듈(4400)은 외부로부터 전력을 인가받아 제1 정렬로드(4300)를 구동시킨다.
한편, 본 발명의 일실시예로 도 3 을 참조하면 제1 정렬로드(4300)는 정렬이 완료된 2차전지셀(S)의 상측에 다른 2차전지셀(S)이 안착된 경우 최상단에 위치한 2차전지셀(S)의 아래에 위치한 다른 2차전지셀(S)을 정렬시키기 위해 가압하고 있다.
이때, 제1 구동모듈(4400)에 의해 제1 정렬로드(4300)는 2차전지셀(S)을 가압하는 가압력을 해제하도록 이격되어 Y축방향(상방향)으로 이동하여 최상단에 위치하여 어긋난 2차전지셀(S)이 고정지지대(4200)에 접촉되도록 가압한다.
도 2 를 참조하면, 안착플레이트(4100)에는 한쌍의 고정수단(4500)이 더 구비된다. 고정수단(4500)은 안착플레이트(4100)에 안착된 최초의 2차전지셀(S)이 안착플레이트(4100)의 상면에 고정된 상태로 유지되도록 2차전지셀(S)의 양단을 가압한다. 이로써, 2차전지셀(S)은 안착플레이트(4100)에 안정적으로 고정될 수 있다.
고정수단(4500)은 가압로드(4510)와 가압모터(4520)를 포함한다. 가압로드(4510)는 일측단이 2차전지셀(S)의 양측단을 각각 가압하며, 상기의 가압모터(4520)와 연결되면서 수평이동한다. 이때, 가압로드(4510)의 끝단에는 2차전지셀(S)의 가압시 2차전지셀(S)의 파손을 방지하기 위한 별도의 완충부(4511)가 더 구비될 수 있다.
본 발명의 일실시예로 도 2 를 참조하면 제1 정렬로드(4300)는 2차전지셀(S)의 상면이 안착플레이트(4100)와 평행을 이루도록 정렬시킬 수 있다. 즉, 2차전지셀(S)의 상면이 기울어지도록 적층되거나 2차전지셀(S)의 하면이 경사를 가짐으로 기울어진 경우 제1 정렬로드(4300)가 2차전지셀(S)의 타측을 가압하는 가압력을 유지한 상태로 2차전지셀(S)의 적층방향(Y축 상방향)으로 이동하면 기울어진 2차전지셀(S)의 상면이 안착플레이트(4100) 또는 최초로 안착플레이트(4100)에 안착된 2차전지셀(S)과 평행을 이루도록 정렬될 수 있다.
도 1 을 참조하면 제1 구동모듈(4400)은 프레임(4410), 로드몸체(4420), 제1 구동부(4430) 및 제2 구동부(4440)를 포함한다.
프레임(4410)은 소정의 두께를 갖는 판 형상으로 상하방향으로 세워진다. 이때, 프레임(4410)의 일측에는 프레임(4410)의 연장되는 방향(상하방향)으로 연장되는 가이드레일(4411)이 더 구비된다.
로드몸체(4420)는 가이드레일(4411)에 장착되어 가이드레일(4411)을 따라 Y축방향으로 이동한다. 로드몸체(4420)의 일측에는 제1 정렬로드(4300)가 장착된다.
제1 구동부(4430)는 프레임(4410)에 고정되며, 로드몸체(4420)를 Y축방향으로 이동시키는 목적을 갖는다.
이때, 제1 구동부(4430)는 프레임(4410)의 상측에 위치한 제1 브라켓(4431)과 제1 브라켓(4431)과 일정간격 이격되는 제2 브라켓(4432)을 포함한다. 이때. 제1 브라켓(4431)과 제2 브라켓(4432) 사이에는 회전봉(4433)이 회전가능하도록 설치된다. 회전봉(4433)의 외측면에는 나사산이 형성되며, 로드몸체(4420)는 회전봉(4433)과 결합되어 회전봉(4433)의 회전에 따라 가이드레일(4411)에 안내되면서 상하이동할 수 있다.
즉, 회전봉(4433)의 나사산과 대응하는 나사산이 형성된 관통홀이 로드몸체(4420)에 형성되고, 관통홀에 회전봉(4433)이 체결되면서 회전봉(4433)과 로드몸체(4420)는 상호 결합될 수 있는 것이다. 이때, 회전봉(4433)에는 회전봉(4433)을 회전시키기 위해 외부로부터 전력을 인가받아 작동하는 회전모터(4434)가 더 구비된다.
제2 구동부(4440)는 로드몸체(4420)와 제1 정렬로드(4300) 사이에 장착되어 제1 정렬로드(4300)가 2차전지셀(S)을 가압할 수 있도록 제1 정렬로드(4300)를 X축방향으로 이동시킨다.
도 1 내지 도 3 을 참조하면, 본 발명은 제2 정렬로드(4600)와 제2 구동모듈(4700)을 포함한다.
제2 정렬로드(4600)는 X축 방향으로 이동하면서 2차전지셀(S)의 측면을 동시에 가압하여 정렬하기 위한 목적으로 구비된다. 즉, 제1 정렬로드(4300)가 최상단에 적층된 2차전지셀(S)을 가압한 경우 제1 정렬로드(4300)로부터 정렬이 완료된 다른 2차전지셀(S)의 측면을 제2 구동모듈(4700)이 이동하면서 가압하여 2차전지셀(S)의 측면 전체를 정렬해준다.
제2 정렬로드(4600)는 고정지지대(4200)와 유사한 형상으로 형성되며, 고정지지대(4200)와 마주보도록 위치한다. 따라서, 제2 정렬로드(4600)가 2차전지셀(S)을 가압할 때, 2차전지셀(S)이 부러지거나 파손되는 현상을 방지해줄 수 있다. 그리고, 제2 정렬로드(4600) 및 고정지지대(4200)의 마주보는 각각의 면에는 2차전지셀(S)이 파손되는 것을 방지하기 위한 고무 및 우레탄재질의 완충부가 더 구비될 수 있다.
제2 구동모듈(4700)은 일측에 제2 정렬로드(4600)가 장착되며, 제2 정렬로드(4600)를 이동시킨다. 제2 구동부(4440) 및 제2 구동모듈(4700)은 유압 또는 공압으로 작동하는 엑츄에이터일 수 있다.
제2 구동모듈(4700)의 일실시예에 대해 설명한다. 제2 구동모듈(4600)은 정렬이 완료된 2차전지셀(S)의 상측에 다른 2차전지셀(S)이 적층되기 전 다른 2차전지셀(S)의 측면을 가압하는 가압력이 해제되도록 제2 정렬로드(4600)를 이동시킨다. 즉, 제2 정렬로드(4600)의 가압력이 해제되도록 이동함으로 인해 2차전지셀(S)의 적층이 보다 수월하게 진행될 수 있다.
제2 정렬로드(4600) 및 제2 구동모듈(4700)은 사용자의 선택에 따라 가감하여 설치될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 2차전지셀 정렬지그를 포함하는 2차전지셀 적층 시스템에 대해 설명한다. 본 발명의 2차전지셀 적층 시스템은 2차전지셀을 별도의 케이스에 삽입하여 모듈화시키는 전체적인 공정중 2차전지셀을 적층 및 정렬시키는 하나의 공정에 해당한다.
도 5 를 참조하면, 본 발명은 공급부(1000), 셀이동부(2000), 접착제 도포부(3000), 정렬지그(4000) 및 이송부(5000)를 포함한다. 본 발명의 시스템은 2차전지셀(S)을 별도의 케이스에 삽입하여 모듈화시키는 전체적인 공정중 중 어느 하나의 공정이며, 공급부(1000)는 본 발명의 공정과 이웃한 다른 공정으로부터 2차전지셀(S)을 전달받아 공급한다. 공급부(1000)를 통해 공급되는 2차전지셀(S)은 적어도 1개 이상의 다수개가 일괄적으로 공급된다.
셀이동부(2000)는 공급부(1000)로부터 공급되는 2차전지셀(S)을 파지하여 반복적으로 이송시킴으로 인해 2차전지셀(S)은 정렬지그(4000)에 적층될 수 있다. 셀이동부(2000)는 별도의 레일을 통해 X축, Y축, Z축방향으로 움직일 수 있다.
접착제 도포부(3000)는 셀이동부(2000)에 파지된 상기 2차전지셀(S)의 상면 또는 하면에 접착테이프 또는 접착액을 부착하는 장치에 해당한다. 셀이동부(2000)가 2차전지셀(S)의 상면을 파지하고, 접척제 도포부(3000)로 이동하면 2차전지셀(S)의 하면에는 접착액 또는 접착테이프가 부착될 수 있다.
정렬지그(4000)는 셀이동부(2000)로부터 접착제가 도포된 2차전지셀(S)을 전달받아 셀이송부(2000)가 반복적으로 이동함에 따라 2차전지셀(S)이 순차적으로 적층된다. 이후 정렬지그(400)는 적층되는 2차전지셀(S)이 기울어지는 것을 방지하고 동시에 2차전지셀(S)이 수직을 유지하며 적층될 수 있도록 한다. 정렬지그(4000)는 상기 2차전지셀 정렬지그와 동일한 구성이므로 상세한 설명은 상기에 준한다.
정렬지그(4000)에서 정렬이 완료되면 이송부(5000)가 적층된 2차전지셀(S)을 견인하여 이웃한 다음 공정으로 2차전지셀(S)을 이송시킨다.
이와 같은 구성에 의한 본 발명은 2차전지셀 하면의 형상으로 인해 2차전지셀이 적층되면서 기울어지는 현상을 정렬지그(4000)를 통해 정렬해줌으로써 2차전지셀을 안정적으로 적층시킬 수 있는 장점이 있다.
1000 : 공급부 2000 : 셀이송부
3000 : 접착제 도포부 4000 : 정렬지그
4100 : 안착플레이트 4200 : 고정지지대
4300 : 제1 정렬로드 4400 : 제1 구동모듈
4500 : 고정수단 4600 : 제2 정렬로드
4700 : 제2 구동모듈 5000 : 이송부

Claims (5)

  1. 적어도 2개 이상의 2차전지셀(S) 또는 전극조립체가 적층되는 안착플레이트(4100);
    상기 안착플레이트(4100)에 안착된 2차전지셀(S)의 일측과 접촉되며, 상기 안착플레이트(4100)와 일체를 이루는 고정지지대(4200);
    상기 2차전지셀(S)의 일측이 상기 고정지지대(4200)와 접촉되도록 하며, 상기 2차전지셀(S)이 상기 안착플레이트(4100)에 순차적으로 안착될 때 최상단에 위치한 2차전지셀(S)을 적층되어 아래에 위치한 2차전지셀(S)의 위치와 어긋남을 방지하도록 상기 최상단에 위치한 2차전지셀(S)의 타측을 순차적으로 각각 가압하며 정렬시키는 제1 정렬로드(4300); 및
    상기 제1 정렬로드(4300)를 X축, Y축방향으로 이동시키는 제1 구동모듈 (4400);
    상기 고정지지대(4200)와 마주보도록 위치하며, 상기 제1정렬로드(4300)가 상기 최상단에 위치한 2차전지셀(S)을 가압할 때, 상기 제1 정렬로드(4300)로부터 정렬이 완료된 다른 2차전지셀(S)의 측면을 동시에 가압하여 측면 전체를 정렬하는 제2 정렬로드(4600);와
    상기 제2 정렬로드(4600)를 이동시키는 제2 구동모듈(4700);을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 2차전지셀 정렬지그.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 안착플레이트(4100)에는 상기 안착플레이트(4100)에 안착된 최초의 상기 2차전지셀(S)의 양단을 가압하여 상기 최초의 2차전지셀(S)을 상기 안착플레이트(4100)의 상면에 고정시키는 한쌍의 고정수단(4500);이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 2차전지셀 정렬지그.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 구동모듈(4400)은
    상하방향으로 세워지며, 상하방향으로 연장되는 가이드레일(4411)을 포함하는 프레임(4410);
    일측에 상기 제1 정렬로드(4300)가 장착되며, 상기 가이드레일(4411)을 따라 Y축방향으로 이동하는 로드몸체(4420);
    상기 프레임(4410)에 고정되며 상기 로드몸체(4420)를 Y축방향으로 이동시키는 제1 구동부(4430); 및
    상기 로드몸체(4420)와 상기 제1 정렬로드(4300) 사이에 장착되어 상기 제1 정렬로드(4300)를 X축방향으로 이동시키는 제2 구동부(4440);를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차전지셀 정렬지그.
  4. 삭제
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항의 2차전지셀 정렬지그를 포함하는 2차전지셀 적층 시스템에 있어서,
    적어도 1개 이상의 2차전지셀(S)이 공급되는 공급부(1000);
    상기 공급부(1000)로부터 공급되는 상기 2차전지셀(S)을 반복적으로 이송시키는 셀이동부(2000);
    상기 셀이동부(2000)에 파지된 상기 2차전지셀(S)의 상면 또는 하면에 접착액 또는 접착테이프를 부착하는 접착제 도포부(3000);
    상기 셀이동부(2000)로부터 접착제가 도포된 상기 2차전지셀(S)을 전달받아 상기 2차전지셀(S)이 순차적으로 적층되되, 적층되는 상기 2차전지셀(S)을 정렬하는 정렬지그(4000);
    상기 정렬이 완료된 상기 2차전지셀(S)을 견인하여 이동시키는 이송부(5000);를 포함하는 것을 특징으로 하는 2차전지셀 적층 시스템.
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