KR102204858B1 - 배터리 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 배터리 모듈은 배터리 하우징; 상기 배터리 하우징에 배치되고, 상기 배터리 하우징의 제1측면으로 노출되는 제1단자 및 상기 배터리 하우징의 제2측면으로 노출되는 제2단자를 포함하는 배터리 셀; 및 상기 제1단자 및 상기 제2단자와 연결되고, 상기 연성 재질로 이루어진 연결 부재;를 포함한다.

Description

배터리 모듈{Battery Module}
본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 단자가 몸체의 양 방향으로 배치된 배터리 모듈에 관한 것이다.
배터리 모듈은 외부 전원과 연결되는 단자를 포함한다. 단자는 외부 전원과 배터리 모듈 내부에 배치된 다수의 배터리 셀을 연결하여, 배터리의 충전을 가능케 한다. 이러한 단자는 각각의 배터리 셀과 대응되게 배치되므로, 상당한 공간을 차지하게 된다. 이러한 이유로 배터리 셀의 단자를 서로 다른 방향으로 배치하는 양방향 단자형 배터리 모듈이 개발되었다.
전압센싱모듈은 배터리 모듈의 충방전을 제어함은 물론, 이차전지 모듈의 과충전이나 고방전 시 회로를 차단함으로써 배터리 모듈의 수명을 연장하고 나아가 폭발이나 화재의 위험을 방지하는 역할을 한다. 따라서 배터리 셀의 전압이나 온도를 지속적으로 감지하는 회로의 적용이 반드시 필요하다.
아울러, 양방향 단자형 배터리 모듈은 양측에 배치된 각각의 셀 탭에 전기적으로 접속되어 있는 연결 단자를 통해 커넥터가 실장되어 있는 인쇄회로기판(PCB)으로 구성된 전압센싱모듈 통해 배터리 셀의 전압이나 온도 등을 외부로 알려준다.
그러나 위와 같이 구성된 양방향 단자형 배터리 모듈은 전술한 바와 같이 전압센싱모듈은 배터리 모듈의 제1측면에 배치되고, 제2측면에 배치된 배터리 셀 탭에 전기적으로 접속된 연결 단자가 전선을 통해 연결하는 구조이므로, 배터리 모듈의 내부 구조가 복잡해지고 커지는 단점이 있다.
아울러, 종래 기술에 따른 내부 커넥터는 플라스틱 재질의 틀에 복수의 전선을 배치하는 구조이므로, 배터리 모듈의 제작공정을 증가시킬 뿐만 아니라 배터리 모듈의 제작비용을 상승시키는 문제점이 있다.
따라서, 배터리 모듈의 크기를 증가시키지 않으면서 배터리 모듈의 제작비용 및 제작공정을 경감시킬 수 있는 배터리 모듈의 개발이 요청된다. 참고로, 본 발명과 관련된 선행기술로는 특허문헌 1 및 2가 있다.
KR 2011-0062284 A KR 2016-0061638 A
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 몸체의 양측으로 배치된 배터리 단자를 용이하게 연결할 수 있도록 구성된 배터리 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈은 배터리 하우징; 상기 배터리 하우징에 배치되고, 상기 배터리 하우징의 제1측면으로 노출되는 제1단자 및 상기 배터리 하우징의 제2측면으로 노출되는 제2단자를 포함하는 배터리 셀; 및 상기 제1단자 및 상기 제2단자와 연결되고, 연성 재질로 이루어진 연결 부재;를 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈에서 상기 연결 부재는 연성 기판으로 이루어진다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈은 상기 배터리 하우징의 제1측면에 배치되고, 상기 제1단자와 연결되는 제1센싱어셈블리; 및 상기 배터리 하우징의 제2측면에 배치되고, 상기 제2단자와 연결되는 제2센싱어셈블리;를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈에서 상기 연결 부재의 일단은 상기 제1센싱어셈블리와 연결되고, 상기 연결 부재의 타단은 상기 제2센싱어셈블리와 연결되도록 구성된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈에서 상기 연결 부재는 상기 제1센싱어셈블리 및 제2센싱어셈블리와 솔더링에 의해 결합하도록 구성된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈에서 상기 솔더링에는 절연 및 내습성을 향상시키기 위한 보호막(conformal coating)이 형성된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈에서 상기 제1센싱어셈블리 및 상기 제2센싱어셈블리에는 상기 배터리 셀의 과부하 전류를 차단하기 위한 퓨즈가 배치된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈에서 상기 제1센싱어셈블리 및 상기 제2센싱어셈블리에는 상기 연결 부재의 위치를 고정하기 위한 홀더 부재가 배치된다.
본 발명은 앙방향 단자형 배터리 모듈의 크기를 축소시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 배터리 모듈의 제작비용을 경감시키고 배터리 모듈의 제작공정을 간소화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 배터리 모듈의 분리 사시도
도 2는 도 1에 도시된 제1센싱어셈블리의 정면도
도 3은 도 2에 도시된 A 부분의 확대도 및 단면도
도 4는 도 1에 도시된 제2센싱어셈블리의 정면도
도 5 및 도 6은 커넥터와 연결 부재 간의 결합구조를 나타낸 측면도
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.
아래에서 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 구성요소를 지칭하는 용어들은 각각의 구성요소들의 기능을 고려하여 명명된 것이므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 안 될 것이다.
아울러, 명세서 전체에서, 어떤 구성이 다른 구성과 '연결'되어 있다 함은 이들 구성들이 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 다른 구성을 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함하는 것을 의미한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1을 참조하여 일 실시 예에 따른 배터리 모듈을 설명한다.
본 실시 예에 따른 배터리 모듈(100)은 외부 전류에 의해 충전될 수 있는 형태일 수 있다. 즉, 본 실시 예에 따른 배터리 모듈(100)은 2차 전지 형태일 수 있다.
본 실시 예에 따른 배터리 모듈(100)은 자동차 등의 연료전지로 사용될 수 있다. 그러나 본 실시 예에 따른 배터리 모듈(100)의 사용 예가 자동차로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 본 실시 예에 따른 배터리 모듈(100)은 통신장비 또는 기타 설비의 연료전지로 사용될 수 있다.
본 실시 예에 다른 배터리 모듈(100)은 배터리 하우징(110), 배터리 셀(120), 및 연결 부재(130)를 포함한다. 그러나 배터리 모듈(100)의 구성요소가 전술된 구성요소들로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 배터리 모듈(100)은 커넥터(140, 150) 및 홀더 부재(180)를 더 포함할 수 있다.
배터리 하우징(110)은 배터리 셀(120)을 수용할 수 있도록 구성된다. 예를 들어, 배터리 하우징(110)은 병렬로 배치된 다수의 배터리 셀(120)을 수용할 수 있도록 대체로 직육면체 형태로 형성될 수 있다. 그러나 배터리 하우징(110)의 형태가 직육면체로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 배터리 하우징(110)은 배터리 셀(120)의 형태에 따라 정육면체를 포함한 다른 형태로 변경될 수 있다.
배터리 하우징(110)은 배터리 셀(120)을 보호하도록 구성된다. 예를 들어, 배터리 하우징(110)은 외부로부터 가해지는 충격으로부터 배터리 셀(120)을 보호할 수 있도록 상당한 강도 및 강성을 갖는 금속 재질로 제작될 수 있다. 그러나 배터리 하우징(110)의 재질이 금속으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 배터리 하우징(110)은 외부의 유해 전자파로부터 내부의 배터리 셀(120)을 보호할 수 있도록 플라스틱과 같은 절연성 재질로 제작될 수 있다.
배터리 하우징(110)은 배터리 셀(120)의 장착이 용이하도록 구성된다. 예를 들어, 배터리 하우징(110)은 도 1에 도시된 바와 같이 전후면 및 상면이 개방된 형태로 구성될 수 있다. 이와 같이 형성된 배터리 하우징(110)은 배터리 셀(120)을 전후방향 및 상방에서 투입할 수 있으므로, 다수의 배터리 셀(120)을 장착하는데 유리할 수 있다.
배터리 하우징(110)은 덮개(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 배터리 하우징(110)은 개방된 전후면 및 상면을 덮는 덮개를 포함할 수 있다. 그러나 덮개가 하우징(110)의 전후면 및 상면만을 덮는 형태로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 덮개는 하우징(110)의 하면을 제외한 모든 면을 덮는 형태로 제작될 수도 있다.
배터리 셀(120)은 소정의 전류를 저장할 수 있도록 구성된다. 예를 들어, 배터리 셀(120)은 유전체와 전극을 포함하는 형태로 구성될 수 있다. 그러나 배터리 셀(120)의 구조가 전술된 형태로 한정되는 것은 아니다.
배터리 셀(120)은 복수의 단자를 포함한다. 예를 들어, 배터리 셀(120)은 제1단자(122)와 제2단자(124)를 포함할 수 있다. 제1단자(122) 및 제2단자(124)는 상호 다른 방향을 향하도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1단자(122)는 배터리 셀(120)의 일 측에 형성되고, 제2단자(124)는 배터리 셀(120)의 타 측에 형성될 수 있다. 이와 같이 구성된 배터리 셀(120)은 2개의 단자(122, 124)가 서로 다른 측면에 형성되므로, 제1단자(122)와 제2단자(124)의 합선으로 인해 야기될 수 있는 문제점들을 사전에 예방할 수 있다. 아울러, 배터리 셀(120)이 배터리 하우징(110)에 장착된 상태에서, 동일 극성의 단자들이 배터리 하우징(110)의 제1면 및 제2면에 각각 배치되므로, 단자(122, 124)의 연결구조를 간소화시킬 수 있다.
연결 부재(130)는 배터리 셀(120)의 단자(122, 124)와 연결되도록 구성된다. 예를 들어, 연결 부재(130)의 일 측은 제1단자(122)와 연결되고, 연결 부재(130)의 타 측은 제2단자(124)와 연결될 수 있다.
연결 부재(130)는 배터리 모듈(100)의 크기를 최소화시킬 수 있도록 구성된다. 예를 들어, 연결 부재(130)는 다수의 도선이 일체로 형성된 연성 기판 형태일 수 있다. 부연 설명하면, 연결 부재(130)는 연성필름에 금속재질의 도선이 일체로 형성된 FCCL(Flexible Copper Clad Laminated), FFC(Flexible Flat Cable) 등의 형태로 제작될 수 있다. 그러나 연결 부재(130)의 형태가 예시된 유형으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 연결 부재(130)는 배터리 하우징(110) 또는 배터리 셀(120)의 표면에 밀착 배치될 수 있는 형태에서 변경될 수 있다.
연결 부재(130)는 대체로 얇은 형태로 제작된다. 예를 들어, 연결 부재(130)의 두께(t)는 0.3 ㎜ 이하일 수 있다. 그러나 연결 부재(130)의 두께(t)가 0.3 ㎜로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 연결 부재(130)의 두께(t)는 배터리 모듈(100)의 규격에 따라 다소 증감될 수 있다.
연결 부재(130)는 배터리 셀(120)의 충전을 위한 전류의 전송을 위한 도선을 포함한다. 예를 들어, 연결 부재(130)에 형성되는 도선의 대부분은 각각의 배터리 셀(120)에 전류를 공급하도록 이용될 수 있다.
연결 부재(130)는 배터리 셀(120)의 이상 유무를 감지하기 위한 신호의 전송을 위한 도선을 포함한다. 예를 들어, 연결 부재(130)에 형성되는 도선의 나머지는 각각의 배터리 셀(120)에서 발생하는 전압신호 또는 온도신호를 송출하도록 이용될 수 있다.
위와 같이 구성된 배터리 모듈(100)은 다수의 단자들(122, 124)과 연결되는 연결 부재(130)가 배터리 하우징(110)의 표면에 밀착될 수 있으므로, 배터리 하우징(110) 내부의 공간효율을 향상시킬 수 있다.
본 실시 예에 따른 배터리 모듈(100)은 조립성을 향상시키기 위한 구성을 더 포함한다. 예를 들어, 배터리 모듈(100)은 앞서 언급된 제1센싱어셈블리(140) 및 제2센싱어셈블리(150)를 더 포함한다.
제1센싱어셈블리(140)는 배터리 셀(120)의 제1단자(122)와 연결되도록 구성된다. 예를 들어, 제1센싱어셈블리(140)는 배터리 하우징(110)의 제1면으로 노출된 다수의 제1단자(122)와 연결될 수 있다. 제1센싱어셈블리(140)는 배터리 하우징(110)의 제1면과 결합하도록 구성된다. 예를 들어, 제1센싱어셈블리(140)는 끼움 결합 방식 등을 통해 배터리 하우징(110)의 제1면에 고정될 수 있다. 제1센싱어셈블리(140)는 연결 부재(130)와 결합하도록 구성된다. 예를 들어, 제1센싱어셈블리(140)는 솔더링 등의 방법에 의해 연결 부재(130)의 일 측과 전기적으로 연결될 수 있다.
제1센싱어셈블리(140)는 하나 이상의 전자부품이 탑재된 PCB 조립체 형태일 수 있다. 예를 들어, 제1센싱어셈블리(140)는 하나 이상의 센서부품이 탑재된 기판 형태일 수 있다.
제2센싱어셈블리(150)는 배터리 셀(120)의 제2단자(124)와 연결되도록 구성된다. 예를 들어, 제2센싱어셈블리(150)는 배터리 하우징(110)의 제2면으로 노출된 다수의 제2단자(124)와 연결될 수 있다. 제2센싱어셈블리(150)는 배터리 하우징(110)의 제2면과 결합하도록 구성된다. 예를 들어, 제2센싱어셈블리(150)는 끼움 결합 방식 등을 통해 배터리 하우징(110)의 제2면에 고정될 수 있다. 제2센싱어셈블리(150)는 연결 부재(130)와 결합하도록 구성된다. 예를 들어, 제2센싱어셈블리(150)는 솔더링 등의 방법에 의해 연결 부재(130)의 타 측과 전기적으로 연결될 수 있다.
제2센싱어셈블리(150)는 하나 이상의 전자부품이 탑재된 PCB 조립체 형태일 수 있다. 예를 들어, 제2센싱어셈블리(150)는 하나 이상의 센서부품이 탑재된 기판 형태일 수 있다.
위와 같은 추가구성을 포함하는 배터리 모듈(100)은 연결 부재(130) 및 커넥터(130, 140)에 의해 배터리 셀(120)의 단자(122, 124)의 전기적 연결이 신속하게 이루어지므로, 배터리 모듈(100)의 제작공정을 간소화시키고 배터리 모듈(100)의 제작비용을 경감시킬 수 있다.
다음에서는 커넥터의 세부 구조를 설명한다.
먼저, 도 2 및 도 3을 참조하여 제1센싱어셈블리를 설명한다.
제1센싱어셈블리(140)는 다수의 배터리 셀(120)과 연결되도록 구성된다. 예를 들어, 제1센싱어셈블리(140)는 각각의 배터리 셀(120)과 연결되는 다수의 연결 단자(142)를 포함할 수 있다.
제1센싱어셈블리(140)는 배터리 셀(120)의 과충전을 방지하도록 구성된다. 예를 들어, 제1센싱어셈블리(140)는 각각의 배터리 셀(120)과 대응되는 복수의 퓨즈(170)를 포함할 수 있다. 여기서, 퓨즈(170)는 외부 전류와 배터리 셀(120)을 연결하는 회로에 배치되어, 배터리 셀(120)로 공급되는 과부하 전류를 차단할 수 있다.
제1센싱어셈블리(140)는 외부 전원과 연결되도록 구성된다. 예를 들어, 제1센싱어셈블리(140)는 외부 커넥터와 결합하도록 구성된 연결 소켓(144)을 포함한다.
제1센싱어셈블리(140)는 연결 부재(130)와 연결되도록 구성된다. 예를 들어, 제1센싱어셈블리(140)는 도 3에 도시된 바와 같이 솔더링(160)에 의해 연결 부재(130)의 도선(132)과 연결될 수 있다. 제1센싱어셈블리(140)는 연결 부재(130)와 연결된 부분을 보호하도록 구성된다. 예를 들어, 보호막(162: conformal coating)은 도선(132) 및 솔더링(160)을 포함하는 제1센싱어셈블리(140)의 표면 전체에 형성되어, 절연 및 내습성을 향상시킬 수 있다. 도선(132)은 소정을 간격을 두고 제1센싱어셈블리(140)에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도선(132)과 도선(132) 간의 간격(P)은 도선(132) 두께의 2.5 이상일 수 있다.
다음으로, 도 4를 참조하여 제2센싱어셈블리를 설명한다.
제2센싱어셈블리(150)는 다수의 배터리 셀(120)과 연결되도록 구성된다. 예를 들어, 제2센싱어셈블리(150)는 각각의 배터리 셀(120)과 연결되는 다수의 연결 단자(152)를 포함할 수 있다.
제2센싱어셈블리(150)는 배터리 셀(120)의 과충전을 방지하도록 구성된다. 예를 들어, 제2센싱어셈블리(150)는 각각의 배터리 셀(120)과 대응되는 복수의 퓨즈(172)를 포함할 수 있다. 여기서, 퓨즈(172)는 외부 전류와 배터리 셀(120)을 연결하는 회로에 배치되어, 배터리 셀(120)로 공급되는 과부하 전류를 차단할 수 있다.
제2센싱어셈블리(150)는 연결 부재(130)와 연결되도록 구성된다. 예를 들어, 제2센싱어셈블리(150)는 전술된 제1센싱어셈블리(140)와 마찬가지로 솔더링에 의해 연결 부재(130)의 도선(134)과 연결될 수 있다. 제2센싱어셈블리(150)는 연결 부재(130)와 연결된 부분을 보호하도록 구성된다. 예를 들어, 보호막(1conformal coating)은 도선(134) 및 솔더링을 포함하는 제2센싱어셈블리(150)의 표면 전체에 형성되어, 절연 및 내습성을 향상시킬 수 있다.
다음에서는, 도 5 및 도 6을 참조하여 커넥터와 연결 부재 간의 결합구조를 설명한다.
본 실시 예에 따른 배터리 모듈(100)은 연결 부재(130)와 커넥터(140, 150) 간의 결합신뢰성을 향상시킬 수 있도록 구성된다. 예를 들어, 각각의 커넥터(140, 150)는 연결 부재(130)를 고정하도록 구성된 홀더 부재(180)를 포함한다. 홀더 부재(180)는 고정부(182)와 덮개부(184)를 포함한다.
고정부(182)는 커넥터(140, 150)에 고정되며, 연결 부재(130)의 일 부분을 수용하도록 구성된다. 예를 들어, 연결 부재(130)의 일 부분은 고정부(182)와 커넥터(140, 150)의 몸체 사이에는 배치될 수 있다. 이와 같이 구성된 고정부(182)는 연결 부재(130)를 커넥터(140, 150)의 몸체에 밀착시키는 구실을 할 수 있다.
덮개부(184)는 고정부(182)와 연결되며, 연결 부재(130)의 장력을 증가시키도록 구성된다. 예를 들어, 덮개부(184)는 도 6에 도시된 바와 같이 고정부(182)와 결합하면서, 연결 부재(130)를 커넥터(140, 150)의 몸체 쪽으로 당기는 구실을 할 수 있다. 이에 따라 연결 부재(130)는 2개의 커넥터(140, 150) 쪽으로 팽팽히 당겨지면서 배터리 하우징(110) 또는 배터리 셀(120)의 표면에 밀착될 수 있다.
따라서, 본 실시 예에 따르면 연결 부재(130)의 길이를 배터리 하우징(110)의 길이보다 크게 하더라도, 배터리 모듈(100)의 제작과정에서 배터리 하우징(110)의 표면에 밀착되도록 조정할 수 있다.
본 발명은 이상에서 설명되는 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 얼마든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있을 것이다. 예를 들어, 전술된 실시형태에 기재된 다양한 특징사항은 그와 반대되는 설명이 명시적으로 기재되지 않는 한 다른 실시형태에 결합하여 적용될 수 있다.
100 배터리 모듈
110 배터리 하우징
120 배터리 셀
122 제1단자
124 제2단자
130 연결 부재
140 제1센싱어셈블리
142 제1연결 단자
144 연결 소켓
150 제2센싱어셈블리
152 제2연결 단자
160 솔더링
162 보호막(conformal coating)
170, 172 퓨즈
180 홀더 부재
182 고정부
184 덮개부

Claims (8)

  1. 배터리 하우징;
    상기 배터리 하우징에 배치되고, 상기 배터리 하우징의 제1측면으로 배치되는 제1단자 및 상기 배터리 하우징의 제2측면으로 배치되는 제2단자를 포함하는 배터리 셀;
    상기 제1단자 및 상기 제2단자와 연결되고, 연성 재질로 이루어진 연결 부재; 및
    상기 배터리 하우징의 제1측면에 배치되고, 상기 제1단자와 연결되는 제1센싱어셈블리;
    를 포함하고,
    상기 연결 부재의 도선은 상기 제1센싱어셈블리와 솔더링에 의해 결합되며,
    상기 도선과 상기 솔더링을 포함하는 상기 제1센싱어셈블리의 표면에는 절연 및 내습성을 향상시키기 위한 보호막이 형성되는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연결 부재는 연성 기판으로 이루어지는 배터리 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 하우징의 제2측면에 배치되고, 상기 제2단자와 연결되는 제2센싱어셈블리를 더 포함하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 연결 부재의 일단은 상기 제1센싱어셈블리와 연결되고,
    상기 연결 부재의 타단은 상기 제2센싱어셈블리와 연결되도록 구성되는 배터리 모듈.
  5. 제1항에 있어서, 상기 연결 부재의 단부에 배치되는 상기 도선은,
    다수 개가 이격 배치되며, 상기 도선들 사이의 간격은 상기 도선 두께의 2.5배 이상인 배터리 모듈.
  6. 삭제
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제1센싱어셈블리 및 상기 제2센싱어셈블리에는 상기 배터리 셀의 과부하 전류를 차단하기 위한 퓨즈가 배치되는 배터리 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1센싱어셈블리에는 상기 연결 부재의 위치를 고정하기 위한 홀더 부재가 배치되고,
    상기 홀더 부재는 상기 제1센싱어셈블리에 고정되는 고정부와, 상기 고정부에 결합되어 상기 연결 부재의 장력을 증가시키는 덮개부를 포함하는 배터리 모듈.
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