KR102413209B1 - 차량 배터리용 에어 덕트 시스템 및 제어방법 - Google Patents

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Abstract

배터리 내부 화재 발생시 배터리 냉각을 위한 통풍구를 차단함으로써, 배터리 화재로 인한 유독가스 및 화염의 실내 유입으로부터 차량 탑승객을 보호할 수 있는 차량 배터리용 에어 덕트 시스템 및 제어방법이 소개된다.

Description

차량 배터리용 에어 덕트 시스템 및 제어방법{AIR DUCT SYSTEM AND CONTROLLING METHOD FOR BATTERY OF VEHICLE}
본 발명은 차량 배터리용 에어 덕트 시스템 및 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리 내부 화재 발생시 배터리 냉각을 위한 통풍구를 차단함으로써, 배터리 화재로 인한 유독가스 및 화염의 실내 유입으로부터 차량 탑승객을 보호할 수 있는 차량 배터리용 에어 덕트 시스템 및 제어방법에 관한 것이다.
하이브리드 자동차 및 전기자동차 등의 친환경자동차는 전기에너지를 저장할 수 있는 고전압 배터리와 동력원인 전기모터 그리고 전기모터를 구동시키기 위한 인버터로 구성되어 있다.
친환경자동차는 혹서지 조건에서 고전압 배터리의 냉각을 위하여 별도의 블로워를 통해 실내 공기를 흡입하여 배터리 셀을 냉각시킨 후, 배터리 외부로 배출하는 구조로 되어 있는 인렛 덕트로 구성되어 있다.
하지만, 현재 차량의 인렛 덕트는 상시 OPEN 구조로 되어 있고, 승객석 직하단에 위치하고 있어서, 고전압 배터리의 화재 발생시 유독가스 및 화염이 그대로 실내에 유입되어 승객을 손상시킬 수 있는 문제점이 있었다.
따라서, 고전압 배터리의 화재 발생시 화재로 인한 유독가스 및 화염의 실내 유입을 방지할 수 있는 솔루션이 필요하였던 것이다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2013-0101889 A
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 배터리 내부 화재 발생시 배터리 냉각을 위한 통풍구를 차단함으로써, 배터리 화재로 인한 유독가스 및 화염의 실내 유입으로부터 차량 탑승객을 보호할 수 있는 차량 배터리용 에어 덕트 시스템 및 제어방법을 제공하고자 함이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량 배터리용 에어 덕트 시스템은, 배터리 수납 공간과 연통되는 통풍구를 갖는 베이스 바디; 통풍구를 선택적으로 개방 또는 차단하도록 베이스 바디에 설치된 플랩 도어; 및 작동 지령 인가 전 통풍구가 개방 상태를 유지하도록 플랩 도어를 지지하고, 작동 지령이 인가되면 지지 상태를 해제하여 플랩 도어에 의해 통풍구가 차단되게 하는 차단 스위치;를 포함한다.
셀 온도가 기준온도 이상이거나 또는 셀 전압이 기준전압 이상이거나 또는 충돌이 감지되거나 또는 화재가 발생한 경우 차단 스위치에 작동 지령을 인가하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
베이스 바디를 덮는 구조로 형성되어 있는 어퍼커버;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
배터리의 측방 또는 후방에 위치하며, 차량의 충돌을 감지하는 충돌감지 스위치;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
베이스 바디의 통풍구는 두 개로 형성되어 있고, 두 개의 통풍구 사이에 형성되어 있고, 플랩 도어의 개방 여부를 표시하는 포지션 스위치;를 더 포함한다.
본 발명에 따른 차량 배터리용 에어 덕트 시스템은, 배터리 수납 공간과 연통되는 통풍구와, 통풍구의 일측에 형성된 힌지부를 갖는 베이스 바디; 힌지부에 일단이 결합되는 플랩도어; 힌지부에 설치되어 외력이 작용하지 않는 경우 플랩도어가 통풍구를 차단한 상태를 유지하도록 탄성력을 제공하는 스프링; 및 외부 충격 인가 전 통풍구가 개방 상태를 유지하도록 플랩 도어의 타단에서 플랩 도어를 지지하고, 외부 충격이 인가되면 지지 상태를 해제하여 스프링의 탄성력에 의해 플랩 도어가 통풍구를 차단하게 하는 차단 스위치;를 포함한다.
본 발명에 따른 차량 배터리용 에어 덕트 시스템의 제어방법은, 차단 스위치 작동 조건 만족 여부를 판단하는 단계; 및 차단 스위치 작동 조건 만족시 차단 스위치를 동작시키는 단계;를 포함하고, 상기 차단 스위치 작동 조건은, 셀 온도가 기준온도 이상이거나 또는 셀 전압이 기준전압 이상이거나 또는 충돌이 감지되거나 또는 화재가 감지되는 경우인 것을 특징으로 한다.
차단 스위치 작동 조건 중 셀 온도가 기준온도 이상인 경우는, 셀 온도가 기준온도 이상인 경우 셀 온도가 일정 온도인지 판단하고, 일정 온도가 아닌 경우 일정 시간이 지난 후 다시 셀 온도가 기준온도 이상인지 판단하는 것을 특징으로 한다.
차단 스위치 작동 조건 중 셀 전압이 기준전압 이상인 경우는, 셀 전압이 기준전압 이상인 경우 일정 시간이 지난 후 셀 간 전압 편차가 기준 전압 편차 이상인지 판단하는 것을 특징으로 한다.
차단 스위치 작동 조건 중 충돌이 감지되는 경우는, 온 되어 있는 충돌 스위치가 충돌에 의해 오프되거나 또는 충돌에 의해 에어백 신호가 발생하는 경우인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 차량 배터리용 에어 덕트 시스템 및 제어방법에 따르면, 배터리 내부 화재 발생시 배터리 냉각을 위한 통풍구를 차단함으로써, 배터리 화재로 인한 유독가스 및 화염의 실내 유입으로부터 차량 탑승객을 보호할 수 있다.
또한, 현재 차량의 레이아웃 제약을 극복할 수 있다. 즉, 현재 덕트 내부에 설치가 가능하다.
또한, 차단 스위치는 화약식 스위치를 사용함으로써, 보조 배터리 파손 등에 의한 전원 차단 조건에서도 작동할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플랩 도어가 개방상태일 때의 차량 배터리용 에어 덕트 시스템의 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차단상태일 때의 차량 배터리용 에어 덕트 시스템의 분해도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차단상태일 때의 차량 배터리용 에어 덕트 시스템의 측면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차단상태일 때의 차량 배터리용 에어 덕트 시스템의 플랩 도어를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 플랩 도어가 차단상태일 때의 차량 배터리용 에어 덕트 시스템의 구성도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차단상태일 때의 차량 배터리용 에어 덕트 시스템을 설명하기 위한 구성도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차단상태일 때의 차량 배터리용 에어 덕트 시스템의 제어방법의 순서도.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시형태에 따른 차량 배터리용 에어 덕트 시스템 및 제어방법에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플랩 도어가 개방상태일 때의 차량 배터리용 에어 덕트 시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차단상태일 때의 차량 배터리용 에어 덕트 시스템의 분해도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차단상태일 때의 차량 배터리용 에어 덕트 시스템의 측면도이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차단상태일 때의 차량 배터리용 에어 덕트 시스템의 플랩 도어를 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 플랩 도어가 차단상태일 때의 차량 배터리용 에어 덕트 시스템의 구성도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 차단상태일 때의 차량 배터리용 에어 덕트 시스템을 설명하기 위한 구성도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차단상태일 때의 차량 배터리용 에어 덕트 시스템의 제어방법의 순서도이다.
먼저 도 1 및 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 배터리용 에어 덕트 시스템은, 배터리 수납 공간과 연통되는 통풍구를 갖는 베이스 바디(10); 통풍구를 선택적으로 개방 또는 차단하도록 베이스 바디(10)에 설치된 플랩 도어(20); 및 작동 지령 인가 전 통풍구가 개방 상태를 유지하도록 플랩 도어(20)를 지지하고, 작동 지령이 인가되면 지지 상태를 해제하여 플랩 도어(20)에 의해 통풍구가 차단되게 하는 차단 스위치(50);를 포함할 수 있다.
여기서, 베이스 바디(10)는 배터리 냉각을 위한 통풍구를 가지며, 본 발명의 일 실시예로서 통풍구는 두 개로 형성될 수 있다. 그리고, 베이스 바디(10)는 플랩 도어와 결합되는 결합부와 차단 스위치(50)를 지지하는 지지부로 구성될 수 있다.
플랩 도어(20)는 일단이 베이스 바디(10) 통풍구의 일단에 힌지(31), 스프링(41)과 결합되어 외력이 작용하지 않는 경우 스프링(41)의 탄성력에 의해 베이스 바디(10)의 통풍구를 차단할 수 있다. 그리고, 베이스 바디(10)의 통풍구를 차단하는 플랩 도어(20)의 통풍구 차단 부분은 차단시 통풍구를 충분히 밀폐시킬 수 있는 크기를 가질 것이다.
본 발명의 일 실시예로서, 차량 배터리용 에어 덕트 시스템은 베이스 바디(10)를 덮는 구조로 형성되어 있는 어퍼커버(60)를 포함할 수 있다.
차단 스위치(50)는 베이스 바디(10)의 차단 스위치(50) 지지부에 의해 지지되고, 고정 클립 등에 의해 베이스 바디(10)의 지지부에 결합될 수 있다.
차단 스위치(50)는 본 발명의 일 실시예로서 화약식 스위치일 수 있다. 그리고, 차단 스위치(50)는 작동 전에는 스위치의 내부 피스톤이 전진 상태로 고정될 수 있고, 작동 시에는 내부 화약 폭발에 의해 피스톤이 후진 상태가 될 수 있다.
차단 스위치(50)는 화약식 스위치를 사용함으로써, 보조 배터리 파손 등에 의한 전원 차단 조건에서도 작동할 수 있다.
도 3을 참조하면, 차단 스위치(50)가 작동 전에는 스프링(41)에 의한 탄성력에 의해 플랩 도어(20)가 차단되지 않도록 차단 스위치(50)의 내부 피스톤이 플랩 도어(20)를 지지할 수 있다. 도 4를 참조하면, 플랩 도어(20)는 차단 스위치(50) 작동 전 전진상태의 피스톤과 결합되어 개방 상태를 유지할 수 있는 홈(21)을 형성할 수 있다. 플랩 도어(20)는 버킷 형태를 가지며, 이는 배터리 냉각을 위한 개방상태에서 냉각 통로의 단면적을 최대한 확보할 수 있기 위함이다.
도 5를 참조하면, 차단 스위치(50)가 작동되면 내부 화약 폭발에 의해 피스톤이 전진 상태에서 후진 상태가 되므로, 차단 스위치(50)의 피스톤에 의해 결합 되어 있던 플랩 도어(20)는 스프링(41a, 41b)의 탄성력에 의해 베이스 바디(10)의 통풍구를 차단하게 된다.
본 발명의 일 실시예로서, 차량 배터리용 에어 덕트 시스템은 배터리의 측방 또는 후방에 위치하며, 차량의 충돌을 감지하는 충돌감지 스위치(70)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 충돌감지 스위치(70)는 충돌 변형에 의해 작동될 수 있으며, 작동 전에는 ON상태를 유지하고, 충돌로 인한 작동 시에는 OFF상태가 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예로서, 차량 배터리용 에어 덕트 시스템은 베이스 바디(10)의 두 개의 통풍구 사이에 부착되어 있는 포지션 스위치(70)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 플랩 도어(20)가 차단되는 경우 포지션 스위치(70)는 OFF되고, 플랩 도어(20)가 개방상태인 경우에는 포지션 스위치(70)는 ON 상태를 유지하게 된다. 이로써, 포지션 스위치(70)는 플랩 도어(20)의 개방상태를 상시 모니터링 하고, 차단 스위치(50) 작동에 의해 플랩 도어(20)가 차단되는 경우 포지션 스위치(70)는 DTC 코드 및 클러스터에 위험 메시지를 전송하게 된다.
본 발명의 일 실시예로서, 차량 배터리용 에어 덕트 시스템은 셀 온도가 기준온도 이상이거나 또는 셀 전압이 기준전압 이상이거나 또는 충돌이 감지되거나 또는 화재가 발생한 경우 차단 스위치(50)에 작동 지령을 인가하는 제어부(200);를 더 포함할 수 있다.
여기서, 본 발명의 일 실시예로서 기준온도는 70도일 수 있고, 셀 전압은 4.8V일 수 있다. 충돌이 감지되는 경우는 본 발명의 일 실시예로서 충돌에 의해 충돌감지 스위치가 OFF되거나 또는 충돌에 의해 에어백 전개신호가 발생하는 경우일 수 있다. 또한, 화재가 발생하는 경우는 본 발명의 일 실시예로서 배터리에 화재가 발생하여 써멀 휴즈가 OFF되는 경우일 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예로서 차량 배터리용 에어 덕트 시스템은, 플랩 도어 컨트롤러(300)를 더 포함할 수 있다. 플랩 도어 컨트롤러(300)는 제어부(200)로부터 작동 지령을 인가받으면 차단 스위치(50)를 작동시킬 수 있다.
플랩 도어 컨트롤러(300)는 내부에 커패시터(310)를 포함할 수 있다. 이를 통해, 12V 보조 배터리의 파손 등에 의한 전원 차단 조건에서도 플랩 도어(50)를 차단할 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 차량 배터리용 에어 덕트 시스템은, 배터리 수납 공간과 연통되는 통풍구와, 통풍구의 일측에 형성된 힌지부(13)를 갖는 베이스 바디(10); 힌지부(13)에 일단이 결합되는 플랩도어(20); 힌지부(13)에 설치되어 외력이 작용하지 않는 경우 플랩도어(20)가 통풍구를 차단한 상태를 유지하도록 탄성력을 제공하는 스프링(41); 및 외부 충격 인가 전 통풍구가 개방 상태를 유지하도록 플랩 도어(20)의 타단에서 플랩 도어(20)를 지지하고, 외부 충격이 인가되면 지지 상태를 해제하여 스프링(41)의 탄성력에 의해 플랩 도어(20)가 통풍구를 차단하게 하는 차단 스위치(50);를 포함할 수 있다.
여기서, 베이스 바디(10)의 힌지부(13)에는 힌지(31), 스프링(41)이 결합될 수 있다.
본 발명에 따른 차량 배터리용 에어 덕트 시스템의 제어방법은, 차단 스위치 작동 조건 만족 여부를 판단하는 단계(S100); 및 차단 스위치 작동 조건 만족시 차단 스위치를 동작시키는 단계(S700);를 포함하고, 상기 차단 스위치 작동 조건은, 셀 온도가 기준온도 이상이거나(S200) 또는 셀 전압이 기준전압 이상이거나(S300) 또는 충돌이 감지되거나(S400, S430) 또는 화재가 감지되는 경우(S500)일 수 있다.
차단 스위치 작동 조건 만족 여부를 판단하는 단계(S100)에서, 차단 스위치 작동 조건 중 셀 온도가 기준온도 이상인 경우는, 셀 온도가 기준온도 이상인 경우 셀 온도가 일정 온도인지 판단하고, 일정 온도가 아닌 경우 일정 시간이 지난 후 다시 셀 온도가 기준온도 이상인지 판단할 수 있다(S200, S230, S250).
여기서, 기준온도는 상술한 바와 같이 75도일 수 있고, 본 발명의 일 실시예로서 일정 온도는 120도일 수 있으며, 일정 시간은 5초일 수 있다. 셀 온도가 75도 이상인지 판단한 후에 120도인지 판단하는 이유는 배터리 셀 단선시 120도의 온도가 측정되므로 과온에 의한 차단 스위치 오작동을 방지하기 위함이다.
차단 스위치 작동 조건 만족 여부를 판단하는 단계(S100)에서, 차단 스위치 작동 조건 중 셀 전압이 기준전압 이상인 경우는, 셀 전압이 기준전압 이상인 경우 일정 시간이 지난 후 셀 간 전압 편차가 기준 전압 편차 이상인지 판단할 수 있다(S300, S330, S350).
여기서, 기준전압은 상술한 바와 같이 4.8V일 수 있고, 본 발명의 일 실시예로서 일정 시간은 5초일 수 있으며, 기준 전압 편차는 0.5V일 수 있다. 셀 간 전압 편차를 판단하는 이유는 셀 간 전압 편차가 기준 전압 편차 이상인 경우는 센싱라인 불량에 해당하므로, 이로인한 차단 스위치 오작동을 방지하기 위함이다.
차단 스위치 작동 조건 만족 여부를 판단하는 단계(S100)에서, 차단 스위치 작동 조건 중 충돌이 감지되는 경우는, 온 되어 있는 충돌 스위치가 충돌에 의해 오프되거나 또는 충돌에 의해 에어백 신호가 발생하는 경우일 수 있다(S400, SS430).
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 여러 실시형태에 따른 차량 배터리용 에어 덕트 시스템 및 제어방법은, 배터리 화재로 인한 유독가스 및 화염의 실내 유입으로부터 차량 탑승객을 보호할 수 있다.
또한, 현재 차량의 레이아웃 제약을 극복할 수 있다. 즉, 현재 덕트 내부에 설치가 가능하다.
또한, 차단 스위치는 화약식 스위치를 사용함으로써, 보조 배터리 파손 등에 의한 전원 차단 조건에서도 작동할 수 있다.
본 발명의 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10: 베이스 바디 13: 힌지부
20: 플랩 도어
31a, 31b, 31: 힌지 41a, 41b, 41: 스프링
50: 차단 스위치 60: 어퍼커버
70: 포지션 스위치

Claims (10)

  1. 배터리 수납 공간과 연통되는 통풍구를 갖는 베이스 바디;
    통풍구를 선택적으로 개방 또는 차단하도록 베이스 바디에 설치된 플랩 도어; 및
    작동 지령 인가 전 통풍구가 개방 상태를 유지하도록 플랩 도어를 지지하고, 작동 지령이 인가되면 지지 상태를 해제하여 플랩 도어에 의해 통풍구가 차단되게 하는 차단 스위치;를 포함하며,
    베이스 바디의 통풍구는 두 개로 형성되어 있고,
    두 개의 통풍구 사이에 마련되며 플랩 도어의 개방 여부를 표시하는 포지션 스위치;를 더 포함함으로써 차단 스위치 작동에 의해 플랩 도어가 차단되는 경우 포지션 스위치가 DTC 코드 및 클러스터에 위험 메시지를 전송하는 것을 특징으로 하는 차량 배터리용 에어 덕트 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    셀 온도가 기준온도 이상이거나 또는 셀 전압이 기준전압 이상이거나 또는 충돌이 감지되거나 또는 화재가 발생한 경우 차단 스위치에 작동 지령을 인가하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 배터리용 에어 덕트 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    베이스 바디를 덮는 구조로 형성되어 있는 어퍼커버;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 배터리용 에어 덕트 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    배터리의 측방 또는 후방에 위치하며, 차량의 충돌을 감지하는 충돌감지 스위치;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 배터리용 에어 덕트 시스템.
  5. 삭제
  6. 배터리 수납 공간과 연통되는 통풍구와, 통풍구의 일측에 형성된 힌지부를 갖는 베이스 바디;
    힌지부에 일단이 결합되는 플랩도어;
    힌지부에 설치되어 외력이 작용하지 않는 경우 플랩도어가 통풍구를 차단한 상태를 유지하도록 탄성력을 제공하는 스프링; 및
    외부 충격 인가 전 통풍구가 개방 상태를 유지하도록 플랩 도어의 타단에서 플랩 도어를 지지하고, 외부 충격이 인가되면 지지 상태를 해제하여 스프링의 탄성력에 의해 플랩 도어가 통풍구를 차단하게 하는 차단 스위치;를 포함하며,
    베이스 바디의 통풍구는 두 개로 형성되어 있고,
    두 개의 통풍구 사이에 마련되며 플랩 도어의 개방 여부를 표시하는 포지션 스위치;를 더 포함함으로써 차단 스위치 작동에 의해 플랩 도어가 차단되는 경우 포지션 스위치가 DTC 코드 및 클러스터에 위험 메시지를 전송하는 것을 특징으로 하는 차량 배터리용 에어 덕트 시스템.
  7. 청구항 2의 차량 배터리용 에어 덕트 시스템을 제어하는 제어방법에 있어서,
    차단 스위치 작동 조건 만족 여부를 판단하는 단계; 및
    차단 스위치 작동 조건 만족시 차단 스위치를 동작시키는 단계;를 포함하고,
    상기 차단 스위치 작동 조건은,
    셀 온도가 기준온도 이상이거나 또는 셀 전압이 기준전압 이상이거나 또는 충돌이 감지되거나 또는 화재가 감지되는 경우이며,
    플랩 도어의 개방 여부를 표시하는 포지션 스위치를 통해 차단 스위치가 동작되어 플랩 도어가 차단되는 경우 DTC 코드 및 클러스터에 위험 메시지를 전송하는 것을 특징으로 하는 차량 배터리용 에어 덕트 시스템의 제어방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    차단 스위치 작동 조건 중 셀 온도가 기준온도 이상인 경우는,
    셀 온도가 기준온도 이상인 경우 셀 온도가 일정 온도인지 판단하고, 일정 온도가 아닌 경우 일정 시간이 지난 후 다시 셀 온도가 기준온도 이상인지 판단하는 것을 특징으로 하는 차량 배터리용 에어 덕트 시스템의 제어방법.
  9. 청구항 7에 있어서,
    차단 스위치 작동 조건 중 셀 전압이 기준전압 이상인 경우는,
    셀 전압이 기준전압 이상인 경우 일정 시간이 지난 후 셀 간 전압 편차가 기준 전압 편차 이상인지 판단하는 것을 특징으로 하는 차량 배터리용 에어 덕트 시스템의 제어방법.
  10. 청구항 7에 있어서,
    차단 스위치 작동 조건 중 충돌이 감지되는 경우는,
    온 되어 있는 충돌 스위치가 충돌에 의해 오프되거나 또는 충돌에 의해 에어백 신호가 발생하는 경우인 것을 특징으로 하는 차량 배터리용 에어 덕트 시스템의 제어방법.
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