JP7268555B2 - battery cooler - Google Patents
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Description
本開示は、電池冷却装置に関する。 The present disclosure relates to battery cooling devices.
米国特許第7851080号明細書(特許文献1)には、電池冷却プレートが開示されている。この電池冷却プレートには、冷媒供給部および冷媒排出部が形成されており、さらに、冷媒が通流される流路が冷媒供給部と冷媒排出部とを接続するようにプレート内部にチャネル状に形成されている。このような電池冷却プレートは、複数の電池セルと共に交互に積層される。 US Pat. No. 7,851,080 discloses a battery cooling plate. A coolant supply portion and a coolant discharge portion are formed in the battery cooling plate, and a channel through which the coolant flows is formed inside the plate so as to connect the coolant supply portion and the coolant discharge portion. It is Such battery cooling plates are alternately stacked with a plurality of battery cells.
上記特許文献1に開示された構成は、複数の電池冷却プレートと、複数の電池セルとが交互に配置される。複数の電池冷却プレートは、互いに別個独立した物品であり、冷媒を複数の電池セルに対して効率よく供給するためには複数の電池冷却プレートを配管などで接続する必要がある。冷媒の漏液を防止または抑制するためには配管と電池冷却プレートとの間の確実なシール性を多数箇所で確保する必要がある。
In the configuration disclosed in
本開示は、配管と電池冷却プレートとの間のシール性を多数箇所で確保するといった構成を採用しなくても、複数の電池セルに対して組み付けられ冷却を行うことが可能な電池冷却装置を提供することを目的とする。 The present disclosure provides a battery cooling device that can be assembled and cooled for a plurality of battery cells without adopting a configuration that ensures sealing performance between pipes and battery cooling plates at multiple locations. intended to provide
本開示に基づく電池冷却装置は、積層された複数の電池セルを冷却するための電池冷却装置であって、一体成型された第1表面部材と、上記第1表面部材に接合された第2表面部材とを備え、上記第1表面部材と上記第2表面部材との間には、上記第1表面部材と上記第2表面部材とが相互に接合されている接合領域と、上記第1表面部材と上記第2表面部材とが相互に接合されておらず冷媒が通流される冷媒流路が形成されている非接合領域と、が設けられており、上記電池冷却装置が複数の上記電池セル間を縫うように複数の上記電池セル間に対して組み付けられた状態では、複数の上記電池セルの積層方向において、上記冷媒流路は上記電池冷却装置の一方側が上流となり上記電池冷却装置の他方側が下流となるように配置されている。 A battery cooling device according to the present disclosure is a battery cooling device for cooling a plurality of stacked battery cells, and includes an integrally molded first surface member and a second surface joined to the first surface member. a bonding region where the first surface member and the second surface member are bonded to each other; and the first surface member, between the first surface member and the second surface member. and a non-bonded region in which the second surface member is not bonded to each other and a coolant channel through which a coolant flows is formed, and the battery cooling device is provided between the plurality of battery cells in the stacking direction of the plurality of battery cells, one side of the battery cooling device is upstream of the coolant flow path, and the other side of the battery cooling device is the upstream side. placed downstream.
上記の電池冷却装置は、配管と電池冷却プレートとの間のシール性を多数箇所で確保するといった構成とは異なり、一体成型された第1表面部材と、第1表面部材に接合された第2表面部材とによって構成されており、この構成によって冷媒の漏液を抑制することが可能である。また、複数の電池セル間を縫うように電池冷却装置が複数の電池セル間に対して組み付けられた状態で電池を冷却することができる。 The battery cooling device described above differs from the configuration in which the sealing performance between the pipes and the battery cooling plate is ensured at multiple locations. It is possible to suppress leakage of the refrigerant with this configuration. Moreover, the battery can be cooled in a state in which the battery cooling device is assembled between the plurality of battery cells so as to weave between the plurality of battery cells.
上記の電池冷却装置によれば、配管と電池冷却プレートとの間のシール性を多数箇所で確保するといった構成を採用しなくても、複数の電池セルに対して組み付けられ冷却を行うことができる。 According to the battery cooling device described above, it is possible to mount and cool a plurality of battery cells without adopting a configuration in which sealing performance between the pipes and the battery cooling plate is ensured at multiple locations. .
実施の形態について、以下、図面を参照しながら説明する。以下の説明において同一の部品および相当部品には同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。 Embodiments will be described below with reference to the drawings. In the following description, the same reference numerals are given to the same parts and equivalent parts, and redundant description may not be repeated.
[実施の形態1]
図1は、実施の形態1における蓄電装置10を示す側面図である。蓄電装置10は、電池冷却装置5および複数の電池セル8を備える。複数の電池セル8は、いずれも角型(扁平な直方体)の形状を有し、電池冷却装置5を介して積層方向ARに沿って積層されている。各々の電池セル8の上面には電極端子9が突出している。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a side view showing
図2は、電池冷却装置5の展開および分解した状態を示す平面図である。図3は、電池冷却装置5の展開した状態を示す平面図である。図1~図3を参照して、電池冷却装置5は、積層された電池セル8(図1)を冷却するための装置であり、一体成型された第1表面部材1と、第1表面部材1に接合された第2表面部材2とを備える。
FIG. 2 is a plan view showing an expanded and disassembled state of the
図2,図3では、第1表面部材1は紙面左右方向に帯状に延びる矩形状の形状を有している。第1表面部材1は実際には、金型および熱処理を用いた一体成型によって、図1に示す立体形状あるいは湾曲形状を有するように加工、曲げ加工される。第1表面部材1は、高い加工自由度あるいは成型自由度を備えたラミネート素材、あるいはシート状のラミネート部材を用いて作製できる。
2 and 3, the
本実施の形態の第1表面部材1は、底面部1a、側面部1b、上面部1cおよび側面部1dを有する。底面部1aは、電池セル8の底面に接するように配置される部位である。側面部1b,1dは、電池セル8の側面に接するように配置される部位(換言すると、側面部1b,1dはセル間に配置される部位)である。上面部1cは、電池セル8の上面側に配置される部位である。
The
上面部1cには、電極端子9を通過させるための貫通孔1h(図2)が形成されている。図2に示される第1表面部材1には、便宜上のため、電池セル8の大きさおよび形状を表すための点線を付している。1枚の第1表面部材1の中に、複数の底面部1a、複数の側面部1b、複数の上面部1cおよび複数の側面部1dが設けられる。1枚の第1表面部材1が、複数の電池セル8を冷却するという機能を発揮し得る。
A through
図2,図3では、第2表面部材2も紙面左右方向に帯状に延びる矩形状の形状を有している。第2表面部材2は実際には、金型および熱処理を用いた一体成型によって、図1に示す立体形状あるいは湾曲形状を有するように加工、曲げ加工される。第2表面部材2も、高い加工自由度あるいは成型自由度を備えたラミネート素材を用いて作製できる。
In FIGS. 2 and 3, the
本実施の形態の第2表面部材2は、底面部2a、側面部2b、上面部2cおよび側面部2dを有する。底面部2aは、電池セル8の底面側に配置される部位である。側面部2b,2dは、電池セル8の側面に接するように配置される部位(換言すると、側面部2b,2dはセル間に配置される部位)である。上面部2cは、電池セル8の上面に接するように配置される部位である。
The
上面部2cには、電極端子9を通過させるための貫通孔2h(図2)が形成されている。図2に示される第2表面部材2には、便宜上のため、冷媒流路3を表わすための点線を付している。1枚の第2表面部材2の中に、複数の底面部2a、複数の側面部2b、複数の上面部2cおよび複数の側面部2dが設けられる。1枚の第2表面部材2が、複数の電池セル8を冷却するという機能を発揮し得る。
A through
第1表面部材1と第2表面部材2とは、熱溶着によって部分的に貼り合わされ、一体化される。第1表面部材1を図1に示すような形状を有するように成型した後に、第2表面部材2を第1表面部材1に対して接合する。あるいは、第1表面部材1および第2表面部材2の双方を、図1に示すような形状を有するように成型した後に、第1表面部材1と第2表面部材2とを相互に接合してもよい。あるいは、第2表面部材2を、図1に示すような形状を有するように成型した後に、第1表面部材1を第2表面部材2に対して接合してもよい。
The
図3に示すように、第1表面部材1の貫通孔1hと第2表面部材2の貫通孔2hとは、一致して1つの貫通孔3hを形成する。貫通孔3hの存在により、電池冷却装置5が電極端子9に干渉することが避けられる。図示していないが、複数の電池セル8を拘束するための治具と電池冷却装置5の接触を回避するためにも、適宜、貫通孔や切り欠きが電池冷却装置5に設けられる。
As shown in FIG. 3, the through
第1表面部材1と第2表面部材2との間には、第1表面部材1と第2表面部材2とが相互に接合されている接合領域R1と、第1表面部材1と第2表面部材2とが相互に接合されておらず冷媒が通流される冷媒流路3が形成されている非接合領域R2と、が設けられている。図3には便宜上のため、非接合領域R2をハッチングを用いて表現している。
Between the
図1に示すように、電池冷却装置5が複数の電池セル8間を縫うように複数の電池セル8間に対して組み付けられた状態では、複数の電池セル8の積層方向ARにおいて、冷媒流路3は、電池冷却装置5の一方側が上流(上流部分3a)となり、電池冷却装置5の他方側が下流(下流部分3b)となるように配置されている。図示しない拘束治具によって、これらの積層状態および固定状態が保持される。上流および下流の関係は、図1~図3に示すものとは反対であってもよい。
As shown in FIG. 1, in a state in which the
図2に示すように、本実施の形態の冷媒流路3は、平行に延びる4本の流路3cと、4本の流路3cにおける上流部分3a側の端部を接続する流路3dと、4本の流路3cにおける下流部分3b側の端部を接続する流路3eと、側面部2b,2dに対応する箇所に設けられた流路3fと、を含む。上流部分3aから供給された冷媒はこれらの流路を流れながら各電池セル8を冷却し、その後、下流部分3bを通して電池冷却装置5から排出される。
As shown in FIG. 2, the
電池冷却装置5においては、配管と電池冷却プレートとの間のシール性を多数箇所で確保するといった構成を採用しなくても、複数の電池セル8に対して組み付けられ、複数の電池セル8を冷却することができる。
The
(比較例)
図4は、比較例における蓄電装置10Zを示す斜視図である。図5は、比較例における蓄電装置10Zの内部構造を示す断面図である。蓄電装置10Zは、エンドプレート11樹脂フレーム12、冷却プレート13、シート型電池セル14、およびセルダンパ15を備える。複数のシート型電池セル14が、複数の冷却プレート13および複数のセルダンパ15と共に積層され、積層構造が複数の樹脂フレーム12によって固定されている。
(Comparative example)
FIG. 4 is a perspective view showing a power storage device 10Z in a comparative example. FIG. 5 is a cross-sectional view showing the internal structure of a power storage device 10Z in a comparative example. The power storage device 10Z includes
図4に示すように、エンドプレート11には、冷媒供給部11a、冷媒排出部11bが形成されている。図示されていないが、樹脂フレーム12にも同様に、冷媒供給部および冷媒排出部が形成されている。冷却プレート13には冷媒供給部13a、冷媒排出部13bが形成されており、さらに、冷媒が通流される流路13cが冷媒供給部13aと冷媒排出部13bとを接続するようにプレート内部にチャネル状に形成されている。
As shown in FIG. 4, the
蓄電装置10Zに備えられている電池冷却装置においては、面積の大きな側面を利用して冷却を行うことが可能であり、シート型電池セル14と冷却プレート13との間に接着剤や熱伝導材が不要であり、高い冷却性能を発揮できる。しかし、パッキンや接着剤などを用いて複数の冷媒供給部および複数の冷媒排出部などを液密状に密閉する必要がある。冷媒の漏液を防止または抑制するためには、確実なシール性を多数箇所で確保する必要がある。 In the battery cooling device provided in the power storage device 10Z, it is possible to perform cooling by utilizing the side surface having a large area. is unnecessary, and high cooling performance can be exhibited. However, it is necessary to liquid-tightly seal the plurality of coolant supply portions and the plurality of coolant discharge portions using packing, adhesive, or the like. In order to prevent or suppress refrigerant leakage, it is necessary to ensure reliable sealing performance at many locations.
冷却プレート13は、一般的には金属等の剛体であり、各冷却プレート13を個々に製造し、冷却プレート13間を別部品で接続することで冷媒流路が形成される。セル温度等によりセル間距離が増減したり、外部(たとえば車両)からの振動が発生したり、厳しい環境下に置かれることも想定され、確実なシール性を多数箇所で得るのは容易ではない。また、蓄電装置10Zに備えられている電池冷却装置は、上述の実施の形態1における電池冷却装置5に比べて多くの部品点数を有しており、製造費用を削減することも容易ではない。
The cooling
これに対して上述の実施の形態1における電池冷却装置5によれば、第1表面部材1および第2表面部材2(たとえば2枚のラミネートシート)を貼り合せることで冷媒流路3がこれらの内側に液密状に容易に形成される。たとえば、少なくとも1枚のラミネートシートを予め型で熱処理し、必要な湾曲部を形成の後、対となるもう1枚のラミネートシートを型で熱溶着して貼合せ、これらを一体化することで冷却液流路を持った電池冷却装置を作製可能である。部品点数が上記比較例の場合に比べて少なく、製造費用の削減を図りやすい。
In contrast, according to the
また、上記実施の形態1によれば、ラミネートシート等、加工自由度の高い材料でセル間冷却プレート(側面部1b,1d,2b,2d)を形成でき、複数のプレート部と複数のプレート部との間の流路(底面部1a,2aおよび上面部1c,2c)を一体的に作製可能である。ラミネートシートに限られず、膨管流路を容易に形成可能な、ロールボンド製(ロールボンドは登録商標)のアルミニウム薄板等を用いてもよい。また、側面部1b,1d,2b,2dに冷媒流路3の一部を配置することによって、電池セル8の広い側面(いわゆる腹面)を利用した冷却を行なうことが可能となり、電池冷却装置5の冷却能力を向上させることができる。冷却能力が向上することによって、熱伝導材の存在が必須ではなくなり、製造費用の削減および質量の軽減をより一層企図しやすくなる。
In addition, according to the first embodiment, the inter-cell cooling plates (
(変形例1,2)
図6および図7は、それぞれ、実施の形態1における電池冷却装置の変形例1を説明するための平面図および断面図である。図6に例示される第1表面部材1Mのように、第1表面部材は複数のフィン部6aを有していてもよい。複数のフィン部6aはたとえば、第1表面部材の側面部1b,1d(図2)に櫛歯状に設けられ得る。第1表面部材に限られず、第2表面部材2にも同様に複数のフィン部が設けられていてもよい。複数のフィン部が電池冷却装置5に設けられていることによって、強度および熱伝導率を向上させることが可能となる。
(
6 and 7 are a plan view and a cross-sectional view, respectively, for explaining
図8に例示される第1表面部材1N(変形例2)のように、強度および熱伝導率を向上させるという目的のためには、複数のフィン部に代えて、あるいは複数のフィン部に加えて、蛇腹状の湾曲部6bが第1表面部材に設けられていてもよい。蛇腹状の湾曲部6bについては、第2表面部材2に設けられていてもよい。
Like the
[実施の形態2]
図9は、実施の形態2における蓄電装置10Aを示す平面図である。上述の実施の形態1(図1に示す蓄電装置10)においては、電池冷却装置5が高さ方向に蛇行するように、複数の電池セル8に組み付けられている。実施の形態2の蓄電装置10Aにおいては、電池冷却装置5Aが左右方向に蛇行するように複数の電池セル8に組み付けられている。
[Embodiment 2]
FIG. 9 is a plan view showing
本実施の形態においても、電池冷却装置5Aが複数の電池セル8間を縫うように複数の電池セル8間に対して組み付けられた状態では、複数の電池セル8の積層方向ARにおいて、冷媒流路3は、電池冷却装置5Aの一方側が上流(上流部分3a)となり、電池冷却装置5Aの他方側が下流(下流部分3b)となるように配置されている。
In the present embodiment as well, when the
[実施の形態3]
図10は、実施の形態3における蓄電装置10Bを示す側面図である。実施の形態3の蓄電装置10Bにおいては、電池冷却装置5Bがセル間において折り返すように構成されている。当該構成においても、電池冷却装置5Bが複数の電池セル8間を縫うように複数の電池セル8間に対して組み付けられた状態では、複数の電池セル8の積層方向ARにおいて、冷媒流路3は、電池冷却装置5Bの一方側が上流(上流部分3a)となり、電池冷却装置5Aの他方側が下流(下流部分3b)となるように配置されている。
[Embodiment 3]
FIG. 10 is a side view showing
[実施の形態4]
図11は、実施の形態4における蓄電装置10Cを示す側面図である。蓄電装置10Cは、高温連鎖防止用の隔壁7をさらに備えている。複数のうちの1つの隔壁7は、電池セル8の側面と第1表面部材1の側面部1bとの間に配置される。複数のうちの他の1つの隔壁7は、電池セル8の側面と側面部2dとの間にも配置される。
[Embodiment 4]
FIG. 11 is a side view showing
図12は、蓄電装置10Cに備えられる電池冷却装置5Cを部分的に示す正面図である。図13は、電池冷却装置5Cの展開および分解した状態を示す平面図である。図14は、電池冷却装置5Cの展開した状態を示す平面図である。電池冷却装置5Cにおいては、側面部1b,2bが枠状の形状を有しており、これらの内側には開口1k,2k(図13)がそれぞれ形成されている。第1表面部材1の開口1kと第2表面部材2の開口2kとは、一致して1つの開口5k(図12)を形成する。開口5kの周囲に冷媒流路3(流路3n)が配置されている。
FIG. 12 is a front view partially showing a
本実施の形態の冷媒流路3は、矩形環状の形状を有する流路3m,3nと、これらを接続する流路3jとを含んでいる。上流部分3aから供給された冷媒はこれらの流路を流れながら各電池セル8を冷却し、その後、下流部分3bを通して電池冷却装置5Cから排出される。
The
流路3nは、隔壁7の外周部に対応する位置に設けられる(図12)。同様に、流路3mは、電池セル8の側面の外周部に対応する位置に設けられる(図12)。電池セル8の腹面上には流路をほとんどまたは全く設けておらず、隔壁7や電池冷却装置5(ラミネート材の部分)を介して、流路と電池セル8との間の熱伝導が行なわれる。
3 n of flow paths are provided in the position corresponding to the outer peripheral part of the partition 7 (FIG. 12). Similarly, the
たとえば、異方性の連鎖隔壁が隔壁7として用いられる。異方性素材の連鎖隔壁によって面方向の熱伝導を十分に得ることが可能な場合には、セル腹面のラミネートシート部分(側面部1b,2b)を削除することができ、隔壁の追加が可能となる。あるいは、断熱連鎖隔壁も隔壁7として用いることができる。断熱隔壁によっては面方向の十分な熱伝導を得ることが難しい場合には、側面部1b,2bに開口1k,2kを設けないようにすると良い。側面部1b,2bに冷媒流路3の流路を配置しないようにしてもよい。さらに、側面部1b,2bを厚肉化して、流路3nと電池セル8との間の熱伝導を促進するようにしてもよい。
For example, anisotropic chain diaphragms are used as
実施の形態1,4を概括すると、実施の形態1の電池冷却装置5は、セル間挿入型のラミネート冷却器であって、実施の形態4においては、全セル間に断熱隔壁(隔壁7)が挿入されたモジュールに対してこのような電池冷却装置5(実施の形態4では電池冷却装置5C)を設置することができる。
Summarizing
電池冷却装置5Cにおいて採り得る構成としては、冷媒流路3の流路をセル腹面の位置(すなわち側面部1b,2b,1d,2d)の中央領域に設けないようにしてもよい。一方で、冷媒流路3の流路を断熱隔壁(隔壁7)の周囲に位置するように設定できる。電池冷却装置5Cのうちの電池セル8の腹面に挟まれる部位に冷媒流路3を持たないことで、省スペース化が図れ、薄型にできたり、積層数を増やしたり、より厚い高温連鎖防止用の隔壁7が設置可能となる。
As a configuration that can be adopted in the
被冷却側である電池セル8の腹面と断熱隔壁(隔壁7)との間には、電池冷却装置5Cのうちの冷媒流路3の無い部分(ラミネート材のみの部分)を挿入できる。断熱隔壁(隔壁7)の両側に位置する電池セル8の2つ共を冷却する場合には、図10と類似するような構成を採用して、電池冷却装置5Cを折返す形で断熱隔壁(隔壁7)の両側に電池冷却装置5Cを挿入してもよい。
A portion of the
必要な冷却性能が得られるようにするためには、電池冷却装置5Cの熱伝導をアルミ膜厚増加などにて調整してもよい。不要な場合は、電池セル8の腹面に位置するラミネートを削除してもよい。電池セル8の腹面に電池冷却装置5Cの一部が接触するため、熱伝導剤を用いなくても高い効率で熱交換が可能となる。ラミネート構成部材のアルミ薄膜等の厚みを変更することによって冷却性能を調整することも可能となる。
In order to obtain the necessary cooling performance, the heat conduction of the
隔壁7に異方性素材を使用するとともに、電池セル8の腹面部に位置する電池冷却装置5Cのラミネート材を、薄肉化したり、削除したりして、省スペース化を図ってもよい。異方性材料との組合せにより、冷却性能向上と同時に高温連鎖防止性能も強化できる。
An anisotropic material may be used for the
以上、実施の形態について説明したが、上記の開示内容はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 Although the embodiments have been described above, the above disclosure is illustrative in all respects and is not restrictive. The technical scope of the present invention is indicated by the scope of claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope of equivalence to the scope of claims.
1,1M,1N 第1表面部材、1a,2a 底面部、1b,1d,2b,2d 側面部、1c,2c 上面部、1h,2h,3h 貫通孔、1k,2k,5k 開口、2 第2表面部材、3 冷媒流路、3a 上流部分、3b 下流部分、3c,3d,3e,3f,3j,3m,3n,13c 流路、5,5A,5B,5C 電池冷却装置、6a フィン部、6b 湾曲部、7 隔壁、8 電池セル、9 電極端子、10,10A,10B,10C,10Z 蓄電装置、11 エンドプレート、11a,13a 冷媒供給部、11b,13b 冷媒排出部、12 樹脂フレーム、13 冷却プレート、14 シート型電池セル、15 セルダンパ、AR 積層方向、R1 接合領域、R2 非接合領域。
1, 1M, 1N
Claims (1)
一体成型された第1表面部材と、
前記第1表面部材に接合された第2表面部材とを備え、
前記第1表面部材と前記第2表面部材は、
前記電池セルの底面に接するように配置される底面部と、
前記電池セルの側面に接するように配置される側面部と、
前記電池セルの上面側に配置される上面部と、有し、
前記上面部には、前記電池セルの電極端子を通過させるための貫通孔が形成されており、
前記第1表面部材と前記第2表面部材との間には、前記第1表面部材と前記第2表面部材とが相互に接合されている接合領域と、前記第1表面部材と前記第2表面部材とが相互に接合されておらず冷媒が通流される冷媒流路が形成されている非接合領域と、が設けられており、
前記電池冷却装置が複数の前記電池セル間を高さ方向に上下しながら縫うように複数の前記電池セル間に対して組み付けられた状態では、複数の前記電池セルの積層方向において、前記冷媒流路は前記電池冷却装置の一方側が上流となり前記電池冷却装置の他方側が下流となるように配置されている、電池冷却装置。 A battery cooling device for cooling a plurality of stacked battery cells,
an integrally molded first surface member;
a second surface member joined to the first surface member;
The first surface member and the second surface member are
a bottom portion arranged to be in contact with the bottom surface of the battery cell;
a side portion arranged to be in contact with the side surface of the battery cell;
and an upper surface portion arranged on the upper surface side of the battery cell,
A through hole is formed in the upper surface portion for passing the electrode terminal of the battery cell,
Between the first surface member and the second surface member, a joint region where the first surface member and the second surface member are jointed to each other, and the first surface member and the second surface a non-bonded area in which the members are not bonded to each other and a coolant channel through which the coolant flows is formed;
In a state in which the battery cooling device is assembled between the plurality of battery cells so as to weave between the plurality of battery cells while moving up and down in the height direction , the coolant flow is prevented in the stacking direction of the plurality of battery cells. A battery cooling device, wherein the passages are arranged so that one side of the battery cooling device is upstream and the other side of the battery cooling device is downstream.
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