FR3012192A1 - ENERGY STORAGE DEVICE COMPRISING A FLUID - Google Patents
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Abstract
Ce dispositif (4) de stockage d'énergie comporte un module (20) de stockage d'énergie, une chambre intérieure (13) contenant le module (20) de stockage, une chambre extérieure (15), un fluide (11) contenu dans les chambres intérieure (13) et extérieure (15), ces chambres (13, 15) étant délimitées par une paroi intermédiaire (24). En outre, la paroi intermédiaire (24) comporte un ou plusieurs orifices (25) pour le laminage du fluide (11).This energy storage device (4) comprises a module (20) for storing energy, an inner chamber (13) containing the storage module (20), an outer chamber (15) and a fluid (11) contained therein. in the inner (13) and outer (15) chambers, these chambers (13, 15) being delimited by an intermediate wall (24). In addition, the intermediate wall (24) has one or more orifices (25) for rolling the fluid (11).
Description
DISPOSITIF DE STOCKAGE D'ENERGIE COMPORTANT UN FLUIDE La présente invention concerne un dispositif de stockage d'énergie comportant un fluide, ainsi qu'un véhicule automobile comportant un tel dispositif. Des véhicules automobiles connus, dits véhicules hybrides, comportent un moteur thermique de traction qui peut être du type essence ou Diesel et au moins une machine électrique pour entraîner des roues motrices du véhicule. La machine électrique échange de l'énergie avec un dispositif de stockage d'énergie, également appelé batterie. Habituellement, le dispositif de stockage de l'énergie comporte des cellules électrochimiques comprenant tous types de technologies, ou encore des capacités électriques (ou condensateurs). Ces cellules ou capacités électriques sont regroupées en un ou plusieurs modules et connectées entre elles en série ou en parallèle. Le dispositif de stockage d'énergie est installé dans le véhicule et peut donc être soumis à des vibrations qui risquent de l'endommager.The present invention relates to an energy storage device comprising a fluid, as well as to a motor vehicle comprising such a device. BACKGROUND OF THE INVENTION Known motor vehicles, known as hybrid vehicles, comprise a traction engine that can be of the gasoline or diesel type and at least one electric machine for driving the driving wheels of the vehicle. The electric machine exchanges energy with an energy storage device, also called a battery. Usually, the energy storage device comprises electrochemical cells comprising all types of technologies, or electrical capacitors (or capacitors). These cells or electrical capacitors are grouped into one or more modules and connected together in series or in parallel. The energy storage device is installed in the vehicle and may therefore be subject to vibrations that may damage it.
On connaît du document US-A-4 538 697 un montage pour protéger des vibrations un dispositif de stockage d'énergie fixé sur un support. Ce support est lui-même fixé sur le châssis d'un véhicule par l'intermédiaire de moyens élastiques pour limiter la transmission des vibrations de la caisse vers le dispositif de stockage d'énergie et éviter de l'endommager.US-A-4,538,697 is known to mount a device for protecting vibrations from an energy storage device fixed on a support. This support is itself fixed to the chassis of a vehicle via elastic means to limit the transmission of vibration of the body to the energy storage device and avoid damage.
Cependant, du fait de la présence de moyens élastiques et de l'inertie du dispositif de stockage d'énergie, lors de l'accélération ou de la décélération du véhicule, ce dispositif subit des oscillations. L'amortissement des oscillations nécessite généralement l'ajout de moyens supplémentaires, qui ajoutent de la masse et du volume et augmentent le coût de l'ensemble.However, because of the presence of elastic means and the inertia of the energy storage device during acceleration or deceleration of the vehicle, this device undergoes oscillations. The damping of the oscillations generally requires the addition of additional means, which add mass and volume and increase the cost of the whole.
L'invention a pour but de remédier aux inconvénients de l'art antérieur. Dans ce but, la présente invention propose un dispositif de stockage d'énergie comportant un module de stockage d'énergie, remarquable en ce qu'il comporte en outre : - une chambre intérieure contenant le module de stockage ; une chambre extérieure ; un fluide contenu dans les chambres intérieure et extérieure ; - une paroi intermédiaire délimitant les chambres intérieure et extérieure ; - la paroi intermédiaire comportant un ou plusieurs orifices pour le laminage du fluide.The invention aims to overcome the disadvantages of the prior art. For this purpose, the present invention proposes an energy storage device comprising an energy storage module, remarkable in that it further comprises: an interior chamber containing the storage module; an outside room; a fluid contained in the inner and outer chambers; an intermediate wall delimiting the inner and outer chambers; the intermediate wall comprising one or more orifices for rolling the fluid.
Ainsi, l'invention permet d'utiliser un fluide du dispositif de stockage d'énergie pour amortir les oscillations du module de stockage. Selon une caractéristique particulière, le dispositif comporte en outre des moyens élastiques liés au module de stockage. Ces moyens élastiques permettent de filtrer les vibrations au niveau 10 du module de stockage. Selon une caractéristique particulière, les moyens élastiques sont liés à la paroi intermédiaire. Selon une caractéristique particulière, les moyens élastiques consistent en une pluralité de cales souples et une pluralité de ressorts. 15 Selon une caractéristique particulière, les cales souples sont disposées sous le module de stockage et les ressorts sont disposés sur les côtés du module de stockage. Selon une caractéristique particulière, le dispositif comporte en outre une paroi externe entourant la paroi intermédiaire mentionnée plus haut et 20 des plots de fixation liant cette paroi intermédiaire et la paroi externe. Selon une caractéristique particulière, le dispositif présente une forme globalement parallélépipédique. Selon une caractéristique particulière, le fluide est un liquide. L'invention a également pour objet un véhicule automobile 25 comprenant un moteur thermique de traction, une machine électrique couplée à ce moteur, ce véhicule comportant en outre un dispositif de stockage d'énergie tel que brièvement décrit plus haut. Selon une caractéristique particulière, ce véhicule comporte en outre des moyens de fixation adaptés à lier le dispositif de stockage d'énergie et le 30 moteur thermique. L'invention sera mieux comprise et d'autres aspects et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit d'un mode particulier de réalisation, donné à titre d'exemple nullement limitatif et en référence aux dessins qui l'accompagnent, dans lesquels : 35 - la figure 1 illustre schématiquement un dispositif de stockage d'énergie selon l'invention, équipé d'un circuit de transport d'un fluide ; - la figure 2 est une vue agrandie de l'intérieur du dispositif de stockage de la figure 1, dans une position au repos ; - les figures 3A et 3B sont des vues agrandies de l'intérieur de ce dispositif de stockage lorsqu'il est soumis à une accélération ou à une décélération ; - la figure 4 est une vue de l'arrière d'un moteur thermique équipé d'une machine électrique et un démarreur, dans un agencement conforme à l'art antérieur ; et - la figure 5 est une vue partielle de la face arrière du moteur de la figure 4 recevant, à la place du démarreur, un dispositif de stockage d'énergie conforme à l'invention. La figure 1 illustre un dispositif 4 de stockage d'énergie conforme à l'invention, équipé d'un circuit de transport d'un fluide. Par exemple, ce dispositif 4 peut être fixé de manière rigide sur un moteur thermique 30. Un échangeur thermique 8 avec l'air ambiant est par exemple disposé sur l'avant du véhicule. L'échangeur 8 comporte une canalisation basse température 16 pour un fluide de refroidissement 11. Le fluide de refroidissement 11 traverse le dispositif 4 de stockage pour le refroidir et ressort par une canalisation haute température 18, afin de retourner dans l'échangeur thermique 8 pour être refroidi à son tour. Par exemple, le fluide de refroidissement 11 peut être un liquide. La canalisation basse température 16 comporte une pompe 10, par exemple électrique, pour activer le débit du fluide de refroidissement 11. Le 25 dispositif 4 de stockage d'énergie comporte en outre une sonde de température 12. La pompe 10 et la sonde 12 sont reliées à un calculateur de contrôle 14 qui régule la température du dispositif 4 de stockage en fonction des indications données par la sonde 12. En particulier, le calculateur de contrôle 30 14 peut maintenir le fluide de refroidissement 11 à une température de l'ordre de 40°C. Cette température est généralement bien adaptée aux technologies courantes de stockage d'énergie. La figure 2 présente le dispositif 4 de stockage d'énergie dans une position dite de repos. Le dispositif 4 de stockage d'énergie comporte un 35 module 20 de stockage d'énergie, délimité par une paroi étanche 21. Le module 20 de stockage contient des éléments de stockage d'énergie qui peuvent être des cellules électrochimiques ou des capacités électriques, réalisées suivant différentes technologies connues en soi. Par exemple, le dispositif 4 de stockage peut avoir une forme globalement parallélépipédique.Thus, the invention makes it possible to use a fluid of the energy storage device to damp the oscillations of the storage module. According to a particular characteristic, the device further comprises elastic means connected to the storage module. These elastic means make it possible to filter the vibrations at the level of the storage module. According to a particular characteristic, the elastic means are connected to the intermediate wall. According to one particular characteristic, the elastic means consist of a plurality of flexible wedges and a plurality of springs. According to one particular characteristic, the flexible shims are arranged under the storage module and the springs are arranged on the sides of the storage module. According to a particular feature, the device further comprises an outer wall surrounding the intermediate wall mentioned above and fixing studs linking this intermediate wall and the outer wall. According to a particular characteristic, the device has a generally parallelepiped shape. According to a particular characteristic, the fluid is a liquid. The invention also relates to a motor vehicle comprising a traction engine, an electric machine coupled to the engine, the vehicle further comprising an energy storage device as briefly described above. According to a particular characteristic, this vehicle further comprises fastening means adapted to link the energy storage device and the heat engine. The invention will be better understood and other aspects and advantages will appear more clearly on reading the following description of a particular embodiment, given by way of non-limiting example and with reference to the accompanying drawings. wherein: - Figure 1 schematically illustrates a power storage device according to the invention, equipped with a fluid transport circuit; FIG. 2 is an enlarged view of the inside of the storage device of FIG. 1, in a rest position; FIGS. 3A and 3B are enlarged views of the interior of this storage device when it is subjected to acceleration or deceleration; - Figure 4 is a rear view of a heat engine equipped with an electric machine and a starter, in an arrangement according to the prior art; and FIG. 5 is a partial view of the rear face of the motor of FIG. 4 receiving, in place of the starter, a device for storing energy in accordance with the invention. FIG. 1 illustrates a device 4 for storing energy according to the invention, equipped with a fluid transport circuit. For example, this device 4 can be fixed rigidly on a heat engine 30. A heat exchanger 8 with the ambient air is for example disposed on the front of the vehicle. The exchanger 8 comprises a low-temperature pipe 16 for a cooling fluid 11. The cooling fluid 11 passes through the storage device 4 to cool it and leaves it through a high-temperature pipe 18, in order to return to the heat exchanger 8 for to be cooled in turn. For example, the coolant 11 may be a liquid. The low-temperature pipe 16 comprises a pump 10, for example an electric pump, for activating the flow rate of the cooling fluid 11. The energy storage device 4 further comprises a temperature probe 12. The pump 10 and the probe 12 are connected to a control computer 14 which regulates the temperature of the storage device 4 according to the indications given by the probe 12. In particular, the control computer 14 can maintain the cooling fluid 11 at a temperature of the order of 40 ° C. This temperature is generally well suited to common energy storage technologies. FIG. 2 shows the device 4 for storing energy in a so-called rest position. The energy storage device 4 comprises an energy storage module 20 delimited by a leaktight wall 21. The storage module 20 contains energy storage elements which may be electrochemical cells or electrical capacitors, realized according to different technologies known per se. For example, the storage device 4 may have a generally parallelepiped shape.
Une paroi externe étanche 22 entoure complètement le module 20 de stockage. Le dispositif 4 de stockage d'énergie comporte en outre une paroi intermédiaire 24 disposée entre le module 20 de stockage et la paroi externe 22. La paroi externe étanche 22 entoure donc complètement la paroi intermédiaire 24. La paroi intermédiaire 24 délimite une chambre intérieure 13 et une chambre extérieure 15. La chambre intérieure 13 est comprise entre le module 20 de stockage et la paroi intermédiaire 24. La chambre extérieure 15 est comprise entre la paroi intermédiaire 24 et la paroi externe 22.A sealed outer wall 22 completely surrounds the storage module 20. The energy storage device 4 further comprises an intermediate wall 24 disposed between the storage module 20 and the outer wall 22. The sealed outer wall 22 thus completely surrounds the intermediate wall 24. The intermediate wall 24 defines an inner chamber 13 and an outer chamber 15. The inner chamber 13 is between the storage module 20 and the intermediate wall 24. The outer chamber 15 is between the intermediate wall 24 and the outer wall 22.
Dans la position de repos présentée, le module 20 de stockage et la paroi intermédiaire 24 présentent un jeu qui permet un mouvement du module 20 de stockage dans toutes les directions. Le module 20 de stockage est relié à la paroi intermédiaire 24 par des moyens élastiques permettant de réduire les vibrations subies par le module 20 20 de stockage d'énergie. Ces moyens élastiques comprennent des cales souples 26 et des ressorts 28. Par exemple, les cales souples peuvent être réalisées en caoutchouc, dans un matériau thermoplastique, ou tout autre matériau résistant à la macération dans un fluide tel que l'eau. 25 Par exemple, les cales souples 26 peuvent être disposées sous le module 20 de stockage et les ressorts 28 peuvent être disposés entre la paroi intermédiaire 24 et le module 20 de stockage, sur les côtés du module 20 de stockage. Ces ressorts 28 permettent un mouvement latéral du module 20 de stockage par rapport à la paroi intermédiaire 24, tout en générant une 30 force de rappel vers la position de repos. Les ressorts 28 sont par exemple des ressorts hélicoïdaux. Le module 20 de stockage est relié à un circuit électrique externe par des fils non représentés, qui traversent successivement sa paroi 21, puis la paroi intermédiaire 24 et enfin la paroi externe 22, pour réaliser des 35 échanges d'énergie électrique. La paroi externe 22 comporte une entrée de fluide reliée à la canalisation basse température 16, et une sortie reliée à la canalisation 3012 192 5 haute température 18. Le fluide de refroidissement 11 remplit une grande partie du volume de la chambre intérieure 13 et de la chambre extérieure 15. La paroi intermédiaire 24 est liée à la paroi externe 22 au moyen de plots 27 de fixation et n'est pas en contact direct avec cette paroi externe 22. 5 Le fluide de refroidissement 11 peut donc circuler dans la chambre extérieure 15. La paroi intermédiaire 24 comporte un ou plusieurs orifices 25 pour permettre au fluide de refroidissement de circuler au travers de cette paroi 24. 10 La paroi externe 22 du dispositif 4 de stockage est fixée à un support générant de fortes vibrations et subit donc directement ces vibrations. La paroi intermédiaire 24 subit également ces vibrations par l'intermédiaire des plots 27 de fixation. Les figures 3A et 3B présentent le dispositif 4 de stockage lorsqu'il est 15 soumis à une accélération ou à une décélération, par exemple lorsqu'il est installé dans un véhicule en mouvement. Du fait de l'inertie du module 20 de stockage, ce dernier tend à osciller par rapport à la paroi intermédiaire 24. Cette oscillation entraîne un déplacement du fluide de refroidissement 11, notamment au travers des orifices 25 de la paroi intermédiaire 24 entre les chambres intérieure et extérieure 13 et 15. Conformément à l'invention, le fluide 11 présentant une certaine viscosité, son passage au travers du ou des orifices 25 réalise un amortissement hydraulique des oscillations du module 20 de stockage.In the rest position shown, the storage module 20 and the intermediate wall 24 have a clearance which allows movement of the storage module 20 in all directions. The storage module 20 is connected to the intermediate wall 24 by elastic means making it possible to reduce the vibrations experienced by the energy storage module 20. These resilient means comprise flexible wedges 26 and springs 28. For example, the flexible wedges may be made of rubber, a thermoplastic material, or any other material resistant to maceration in a fluid such as water. For example, the soft shims 26 may be disposed below the storage module 20 and the springs 28 may be disposed between the intermediate wall 24 and the storage module 20, on the sides of the storage module 20. These springs 28 allow lateral movement of the storage module 20 with respect to the intermediate wall 24, while generating a restoring force towards the rest position. The springs 28 are for example helical springs. The storage module 20 is connected to an external electrical circuit by unrepresented wires, which successively pass through its wall 21, then the intermediate wall 24 and finally the outer wall 22, to perform electrical energy exchanges. The outer wall 22 has a fluid inlet connected to the low temperature pipe 16, and an outlet connected to the high temperature pipe 18. The cooling fluid 11 fills a large part of the volume of the inner chamber 13 and the external chamber 15. The intermediate wall 24 is connected to the outer wall 22 by means of fixing studs 27 and is not in direct contact with this outer wall 22. The cooling fluid 11 can therefore flow in the outer chamber 15 The intermediate wall 24 has one or more orifices 25 to allow the cooling fluid to circulate through this wall 24. The outer wall 22 of the storage device 4 is fixed to a support that generates strong vibrations and is thus directly subjected to vibration. The intermediate wall 24 also undergoes these vibrations via the fixing studs 27. FIGS. 3A and 3B show the storage device 4 when it is subjected to acceleration or deceleration, for example when installed in a moving vehicle. Due to the inertia of the storage module 20, the latter tends to oscillate relative to the intermediate wall 24. This oscillation causes a displacement of the cooling fluid 11, in particular through the orifices 25 of the intermediate wall 24 between the chambers. In accordance with the invention, the fluid 11 having a certain viscosity, its passage through the orifice (s) 25 performs a hydraulic damping of the oscillations of the storage module 20.
De plus, la flexibilité des moyens élastiques 26 et 28 permet une certaine compensation de l'inclinaison du support du dispositif 4 de stockage. Le dispositif 4 de stockage d'énergie permet donc d'amortir les oscillations et de refroidir efficacement le module 20 de stockage de l'énergie.In addition, the flexibility of the elastic means 26 and 28 allows some compensation of the inclination of the support of the storage device 4. The energy storage device 4 thus makes it possible to damp the oscillations and to effectively cool the energy storage module 20.
La figure 4 présente, dans un agencement conforme à l'art antérieur, la face arrière d'un moteur thermique 30 prévu pour être accouplé à une transmission non représentée. Cette transmission entraîne les roues avant du véhicule par des arbres de roue 32. Un démarreur 36, présentant une forme globalement cylindrique disposée horizontalement, est fixé par une bride sur une face transversale du carter 42 du moteur thermique 30. Ce carter 42 comprend, d'une part, un perçage central de centrage laissant passer le nez du démarreur 36 contenant un pignon de lancement du moteur 30 et d'autre part, des perçages latéraux recevant des vis de serrage sur le carter 42. La face latérale droite du moteur thermique 30, comporte des courroies pour l'entraînement de l'arbre à cames ainsi que des différents accessoires. En particulier, le vilebrequin du moteur thermique 30 entraîne une machine électrique 34 disposée sur la face avant de ce moteur. Cette machine 34 remplace l'alternateur habituellement monté sur ce type de moteur. Cette machine 34 échange de l'énergie avec un dispositif de stockage d'énergie, non représenté. Le dispositif de stockage est généralement fixé sur la caisse du véhicule, afin de disposer d'un support comportant de faibles vibrations et de l'éloigner du moteur thermique qui peut rayonner une quantité de chaleur importante. Cela permet de protéger le dispositif de stockage et d'assurer sa longévité.Figure 4 shows, in an arrangement according to the prior art, the rear face of a heat engine 30 provided to be coupled to a transmission not shown. This transmission drives the front wheels of the vehicle by wheel shafts 32. A starter 36, having a globally cylindrical shape disposed horizontally, is fixed by a flange on a transverse face of the casing 42 of the heat engine 30. This casing 42 comprises, on the one hand, a central centering bore allowing the nose of the starter 36 containing a throwing pinion of the motor 30 to pass and, on the other hand, lateral holes receiving clamping screws on the casing 42. The right side face of the heat engine 30, includes belts for driving the camshaft and various accessories. In particular, the crankshaft of the heat engine 30 drives an electric machine 34 disposed on the front face of this engine. This machine 34 replaces the alternator usually mounted on this type of engine. This machine 34 exchanges energy with an energy storage device, not shown. The storage device is generally attached to the vehicle body, in order to have a carrier with low vibration and away from the engine that can radiate a large amount of heat. This helps protect the storage device and ensure its longevity.
La figure 5 illustre le même moteur thermique 30 recevant un dispositif 4 de stockage d'énergie conforme à l'invention. La machine électrique 34 couplée à ce moteur permet d'assurer son démarrage dans toutes les conditions, notamment pour les températures les plus basses ou les plus élevées. Il n'est donc pas nécessaire d'installer un démarreur sur le moteur 30. Le dispositif 4 de stockage peut avoir une forme globalement parallélépipédique, d'encombrement sensiblement équivalent à celui d'un démarreur. Le dispositif 4 peut être disposé suivant un axe horizontal et être monté à la place de ce démarreur. Le dispositif 4 de stockage est alors fixé par des oreilles 40 formant une bride, recevant des vis de fixation qui viennent les serrer sur la face transversale du carter 42 du moteur thermique 30. On peut donc reprendre un carter moteur 42 identique à celui du moteur 30 de la figure 4, ce qui permet d'utiliser des moteurs thermiques 30 déjà en production.FIG. 5 illustrates the same heat engine 30 receiving a device 4 for storing energy according to the invention. The electric machine 34 coupled to this engine ensures its startup in all conditions, especially for the lowest or highest temperatures. It is therefore not necessary to install a starter motor 30. The storage device 4 may have a generally parallelepiped shape, space substantially equivalent to that of a starter. The device 4 may be arranged along a horizontal axis and be mounted in place of this starter. The storage device 4 is then fixed by lugs 40 forming a flange, receiving fastening screws which tighten them on the transverse face of the casing 42 of the heat engine 30. It is therefore possible to use a motor casing 42 identical to that of the motor. 30 of Figure 4, which allows to use thermal engines 30 already in production.
Le dispositif 4 de stockage est relié au réseau électrique du véhicule, en particulier à la machine électrique 34, par un câble 44 et à un circuit de refroidissement par des canalisations 46 d'entrée et de sortie de fluide de refroidissement. Grâce aux systèmes d'isolation des vibrations, d'amortissement des oscillations et de refroidissement du dispositif 4 de stockage selon l'invention, qui est compact, celui-ci est particulièrement adapté pour une fixation directe sur le moteur thermique 30 qui génère de fortes vibrations et dégage une chaleur importante. On peut ainsi utiliser une place disponible sur le moteur thermique 30 ne comportant pas de démarreur, ce qui permet de libérer des volumes sur le véhicule. De plus, le dispositif 4 de stockage se trouvant à proximité de la machine électrique 34, la longueur des câbles d'alimentation électrique les reliant est raccourcie. Lors de la préparation du groupe motopropulseur avant son assemblage sur la caisse du véhicule, le montage du dispositif 4 de stockage sur le carter 36 du moteur thermique 30 permet d'accéder facilement à la zone de montage et au câblage, ce qui facilite cette opération. On notera de plus que le dispositif 4 de stockage prenant la place du démarreur 36 avec un encombrement similaire, ne remet pas en cause les différentes dispositions prises pour protéger les passagers en cas d'accident et de choc important sur le véhicule. En variante, le dispositif 4 de stockage pourrait être fixé sur le moteur thermique à d'autres endroits, en particulier sur la face avant dans le cas où ce moteur comporte habituellement un démarreur sur cette face. Le dispositif 4 de stockage peut notamment avec son système de refroidissement, être fixé sur le même côté que la sortie des gaz d'échappement.The storage device 4 is connected to the electrical network of the vehicle, in particular to the electric machine 34, by a cable 44 and to a cooling circuit by conduits 46 for entering and leaving cooling fluid. Thanks to the vibration isolation, vibration damping and cooling systems of the storage device 4 according to the invention, which is compact, it is particularly suitable for direct attachment to the heat engine 30 which generates strong vibrations and gives off a lot of heat. It is thus possible to use an available space on the heat engine 30 that does not include a starter, which makes it possible to release volumes on the vehicle. In addition, the storage device 4 located near the electric machine 34, the length of the power supply cables connecting them is shortened. During the preparation of the powertrain before assembly on the vehicle body, the mounting of the storage device 4 on the housing 36 of the heat engine 30 provides easy access to the mounting area and wiring, which facilitates this operation . Note further that the storage device 4 taking the place of the starter 36 with a similar size, does not question the various arrangements made to protect the passengers in case of accident and significant impact on the vehicle. Alternatively, the storage device 4 could be attached to the engine in other places, especially on the front in the case where the engine usually has a starter on this face. The storage device 4 can in particular with its cooling system, be fixed on the same side as the exhaust gas outlet.
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Legal Events
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