JP6991748B2 - Battery module - Google Patents
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Description
本発明は、外装ケースの内圧上昇を抑制するための排出弁を備えた電池セルを備える電池モジュールに関し、とくに、外装ケースから排出される高温ガスや異物を排出ダクトから正常に排気する電池モジュールに関する。 The present invention relates to a battery module including a battery cell provided with a discharge valve for suppressing an increase in the internal pressure of the outer case, and more particularly to a battery module for normally exhausting high-temperature gas and foreign matter discharged from the outer case from a discharge duct. ..
二次電池は、使用時における充放電の電流値や外的条件によって内圧が異常に高くなることがある。内圧の異常な上昇は電池ケースを破壊する原因となるので、この弊害を防止するために、設定圧力で開弁する排出弁を備えた二次電池が開発されている。この排出弁を備える二次電池は、内圧が設定値より高くなると開弁して、外装ケースの内圧上昇を抑制し、外装ケースが異常な内圧で破壊されることを防止するように構成されている。この種の二次電池を備える電池モジュールは、開弁した排出弁から排出される高温・高圧の排出ガスを外部に排気するための排出ダクトを設けている。排出ダクトは、排出弁の開口部に連結されて開口部から排出される高温・高圧の排出ガスを外部に誘導して排気する。(特許文献1参照) The internal pressure of a secondary battery may become abnormally high depending on the charging / discharging current value and external conditions during use. An abnormal rise in internal pressure causes the battery case to be destroyed. To prevent this adverse effect, a secondary battery equipped with a discharge valve that opens at a set pressure has been developed. The secondary battery provided with this discharge valve is configured to open when the internal pressure becomes higher than the set value, suppress the increase in the internal pressure of the outer case, and prevent the outer case from being destroyed by the abnormal internal pressure. There is. The battery module provided with this type of secondary battery is provided with an exhaust duct for exhausting the high-temperature and high-pressure exhaust gas discharged from the opened exhaust valve to the outside. The exhaust duct is connected to the opening of the discharge valve and guides the high-temperature and high-pressure exhaust gas discharged from the opening to the outside to exhaust the gas. (See Patent Document 1)
さらに、近年、外装缶の底面に、局部的にリング状の薄肉部を設けて排出弁とする二次電池も開発されている(特許文献2参照)。以上の構成の二次電池は、排気弁の開口面積を比較的広くすることができる特徴がある。この種の二次電池を備える電池モジュールは、外装缶底面に設けた排出弁の開口部に排出ダクトを連結して、外装缶の底面側から排出される高温・高圧の排出ガスを外部に排気する構造として組み立てられる。 Further, in recent years, a secondary battery has been developed in which a ring-shaped thin-walled portion is locally provided on the bottom surface of an outer can to serve as a discharge valve (see Patent Document 2). The secondary battery having the above configuration has a feature that the opening area of the exhaust valve can be relatively widened. A battery module equipped with this type of secondary battery connects a discharge duct to the opening of a discharge valve provided on the bottom of the outer can to exhaust high-temperature and high-pressure exhaust gas discharged from the bottom side of the outer can to the outside. Assembled as a structure.
上述の通り、外装缶の底面に薄肉部を設けて排出弁としている二次電池は、排出弁が位置する面が「排気側端面」となり、封口板が位置する反対側の面が「非排気側端面」となる。このような二次電池を備える電池モジュールは、それぞれの二次電池が同一姿勢で配置され、電池モジュールの一面に排出弁が並ぶように構成することができる。この構成により、排出弁が並ぶ電池モジュールの一面に排出ダクトを配置することで、それぞれの二次電池の排気弁と排出ダクトを連結することができるようになっている。
一方で、二次電池の内圧が異常に高くなった際に、底面側に設けた排出弁が開弁する前に、非排気側端面に位置する封口板側が破壊されて、非排気側端面側から高温・高圧の排出ガスが噴出することがある。二次電池は、外装缶の開口部にカシメ構造やレーザー溶接して封口板を固定する構造とするので、金属板を絞り加工して製作される外装缶の底面に匹敵する強度の実現が難しく、内圧が異常に高くなる状態で封口板側である非排気側端面の破損を皆無にできない。とくに、充放電容量が大きい二次電池は、内部の電極密度が極めて高く、内圧の不均衡が生じるおそれがある。二次電池の内部で発生する内圧の不均衡は、内圧により排気弁が開弁するより前に、排出弁以外の部分を破損する原因となる。
As described above, in a secondary battery in which a thin-walled portion is provided on the bottom surface of the outer can to serve as an exhaust valve, the surface on which the exhaust valve is located is the "exhaust side end surface" and the surface on the opposite side where the sealing plate is located is "non-exhaust". It becomes "side end face". A battery module including such a secondary battery can be configured such that the secondary batteries are arranged in the same posture and the discharge valves are lined up on one surface of the battery module. With this configuration, by arranging the exhaust duct on one side of the battery module in which the exhaust valves are lined up, it is possible to connect the exhaust valve and the exhaust duct of each secondary battery.
On the other hand, when the internal pressure of the secondary battery becomes abnormally high, the sealing plate side located on the non-exhaust side end face is destroyed before the discharge valve provided on the bottom side opens, and the non-exhaust side end face side. High temperature and high pressure exhaust gas may be ejected from. Since the secondary battery has a caulking structure or a structure in which the sealing plate is fixed to the opening of the outer can by laser welding, it is difficult to achieve strength comparable to the bottom surface of the outer can manufactured by drawing a metal plate. When the internal pressure becomes abnormally high, the end face on the non-exhaust side, which is the sealing plate side, cannot be completely damaged. In particular, a secondary battery having a large charge / discharge capacity has an extremely high internal electrode density, which may cause an imbalance in internal pressure. The imbalance of the internal pressure generated inside the secondary battery causes damage to parts other than the exhaust valve before the exhaust valve is opened by the internal pressure.
以上の構成の電池モジュールは、非排気側端面には排出ダクトが設けられていないため、非排気側端面が破壊されると高温・高圧の排出ガスが電池モジュール内に噴射されて安全性を著しく低下させる原因となる。 Since the battery module having the above configuration does not have an exhaust duct on the non-exhaust side end face, if the non-exhaust side end face is destroyed, high temperature and high pressure exhaust gas is injected into the battery module, and the safety is remarkably improved. It causes a decrease.
本発明は、以上の欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、簡単な構造で、二次電池の構造を変更することなく、二次電池の非排気側端面から排出される高温・高圧の排出ガスを外部に排気することができる電池モジュールを提供することにある。 The present invention has been developed for the purpose of solving the above drawbacks. An important object of the present invention is a simple structure capable of exhausting high-temperature and high-pressure exhaust gas discharged from the non-exhaust side end face of the secondary battery to the outside without changing the structure of the secondary battery. The purpose is to provide a battery module.
本発明のある態様にかかる電池モジュールは、設定圧力で開弁する排出弁の排出口を設けてなる端面を排気側端面として、排気側端面と反対側の端面を非排気側端面とする複数の電池セルと、各々の電池セルを定位置に配列している電池ホルダーと、電池ホルダーで定位置に配置している電池セルの排出口に連結している排出ダクトと、電池セルを内部に配置している耐圧ケースを備え、耐圧ケースは、非排気側端面から排出される漏れガスの温度と圧力に耐える強度を有し、かつ内蔵する電池セルの非排気側端面側を閉塞して、排気側端面側には漏れガスの排出開口を設けており、非排気側端面から排出される漏れガスを、耐圧ケースの排出開口から排出する構造としている。 A battery module according to an aspect of the present invention has a plurality of end faces having an exhaust port for a discharge valve that opens at a set pressure as an exhaust side end face and an end face opposite to the exhaust side end face as a non-exhaust side end face. The battery cell, the battery holder in which each battery cell is arranged in a fixed position, the discharge duct connected to the discharge port of the battery cell arranged in the fixed position in the battery holder, and the battery cell are arranged inside. The pressure-resistant case is equipped with a pressure-resistant case that has the strength to withstand the temperature and pressure of the leaked gas discharged from the non-exhaust side end face, and closes the non-exhaust side end face side of the built-in battery cell to exhaust. A leakage gas discharge opening is provided on the side end face side, and the structure is such that the leakage gas discharged from the non-exhaust side end face is discharged from the discharge opening of the pressure resistant case.
以上の電池モジュールは、簡単な構造としなから、電池セルの構造を変更することなく、電池セルの非排気側端面から排出される高温・高圧の排出ガスを排出ダクトに誘導することができ、高温・高圧の排出ガスを外部に排気することができる。それは、電池モジュールが、電池セルを内部に配置する耐圧ケースを備え、この耐圧ケースが電池セルの非排気側端面側を閉塞して、排気側端面側に排出開口を設けているので、電池セルの非排気側端面が破壊して漏れガスが排出されても、耐圧ケースが漏れガスを非排気側端面から排出することなく排気側端面に導いて排出開口から排出するからである。とくに、以上の電池モジュールは、電池セル自体の構造を変更することなく、電池セルを耐圧ケースに挿入して、非排気側端面から排出される漏れガスを排気側端面に案内して排出する簡単な構造で、非排気側端面が破壊して排出される漏れガスを、耐圧ケースでもって排気側端面に導いて漏れガスが内部に排出される弊害を防止する。 Since the above battery module has a simple structure, high-temperature and high-pressure exhaust gas discharged from the non-exhaust side end face of the battery cell can be guided to the exhaust duct without changing the structure of the battery cell. High temperature and high pressure exhaust gas can be exhausted to the outside. That is, since the battery module is provided with a pressure-resistant case for arranging the battery cell inside, the pressure-resistant case closes the non-exhaust side end face side of the battery cell and provides an exhaust opening on the exhaust side end face side. This is because even if the non-exhaust side end face is destroyed and the leaked gas is discharged, the pressure resistant case guides the leaked gas to the exhaust side end face and discharges it from the discharge opening without discharging the leaked gas from the non-exhaust side end face. In particular, the above battery module is easy to insert the battery cell into the pressure resistant case and guide the leaked gas discharged from the non-exhaust side end face to the exhaust side end face without changing the structure of the battery cell itself. With this structure, the leaked gas discharged due to the destruction of the non-exhaust side end face is guided to the exhaust side end face with a pressure resistant case to prevent the harmful effect of the leaked gas being discharged inside.
本発明のある態様にかかる電池モジュールは、電池セルの電池ケースを、一端を開口して底面を閉塞してなる外装缶と、外装缶の開口縁に気密に連結されて開口部を密閉し、かつ電極端子を設けてなる封口板とで構成し、外装缶の底面には、設定圧力で薄肉部を破壊する排出弁を設けて、外装缶の底面を排気側端面として、封口板側を非排気側端面とすることができる。 In a battery module according to an aspect of the present invention, a battery case of a battery cell is airtightly connected to an outer can having one end opened to close the bottom surface and an opening edge of the outer can to seal the opening. It is composed of a sealing plate provided with electrode terminals, and a discharge valve that destroys the thin part at a set pressure is provided on the bottom surface of the outer can, with the bottom surface of the outer can as the exhaust side end face and the sealing plate side not. It can be the end face on the exhaust side.
以上の電池モジュールは、電極端子を設けている封口板側を非排気側端面として、外装缶の底面に薄肉部を設けて排出弁とするので、排出弁の開口面積を大きくして、開弁した排出弁から速やかに高温・高圧の排出ガスを排気できる。さらに、封口板側を非排気側端面としてここに排出される漏れガスを排出ダクトに誘導して排出するので、外装缶と封口板との連結部があって、外装缶の底面側である排気側端面よりも強度が低下して、この部分が破壊されたとしても、耐圧ケースでもって漏れガスを排気側端面に排出することで高い安全性を実現する。 In the above battery module, the sealing plate side where the electrode terminals are provided is the non-exhaust side end face, and a thin wall portion is provided on the bottom surface of the outer can to serve as an exhaust valve. Therefore, the opening area of the exhaust valve is increased to open the valve. High-temperature and high-pressure exhaust gas can be quickly exhausted from the exhaust valve. Further, since the leaked gas discharged here is guided to the discharge duct with the sealing plate side as the non-exhaust side end surface and discharged, there is a connecting portion between the outer can and the sealing plate, and the exhaust is on the bottom side of the outer can. Even if the strength is lower than that of the side end face and this part is destroyed, high safety is realized by discharging the leaked gas to the exhaust side end face with the pressure resistant case.
本発明のある態様にかかる電池モジュールは、電池セルを円筒形電池とすることができる。この電池モジュールは、電池セルを円筒形電池とすることで、電池セルの容積に対する充放電の容量を高くできる特徴を実現しながら、外装缶の底面に比較して高強度の実現が難しい封口板側の破断をストッパで確実に阻止して、高い安全性を実現できる特徴がある。円筒形電池がその形状から角形電池に比較して充放電容量を大きくできるのは、絶縁セパレータを介して積層した正負の電極板を渦巻き状に巻いて円柱状の電極とし、これを円筒状の外装缶に挿入して組み立てできるからである。積層した電極板を渦巻き状に巻いて製作される円柱状の電極は、巻回工程で電極密度を高くでき、さらに円柱状の電極を円筒状の外装缶に挿入することから電極を高密度な状態で挿入して組み立てして、充放電容量を大きくできる。ただ、円筒形電池は外装缶の開口縁と封口板とをカシメて連結するので、封口板側の強度を外装缶の底面に匹敵する強度とすることが難しく、異常な内圧で封口板側が破壊しやすくなるが、以上の電池モジュールは、底面側に比較して高強度化が難しい封口板側の内圧による破壊をストッパで確実に阻止するので、円筒形電池を使用して高容量化を実現しながら、封口板側の破壊を阻止して高い安全性も実現する特徴がある。 In the battery module according to an aspect of the present invention, the battery cell can be a cylindrical battery. By using a cylindrical battery as the battery cell, this battery module realizes the feature that the charge / discharge capacity can be increased with respect to the volume of the battery cell, and it is difficult to realize high strength compared to the bottom surface of the outer can. It has the feature that high safety can be realized by surely preventing the breakage on the side with a stopper. The reason why a cylindrical battery can have a larger charge / discharge capacity than a square battery because of its shape is that positive and negative electrode plates laminated via an insulating separator are spirally wound to form a cylindrical electrode, which is cylindrical. This is because it can be assembled by inserting it into an outer can. The cylindrical electrode manufactured by winding the laminated electrode plates in a spiral shape can increase the electrode density in the winding process, and since the cylindrical electrode is inserted into the cylindrical outer can, the electrode density is high. It can be inserted and assembled in a state to increase the charge / discharge capacity. However, since the cylindrical battery connects the opening edge of the outer can and the sealing plate by caulking, it is difficult to make the strength of the sealing plate side comparable to the bottom surface of the outer can, and the sealing plate side is destroyed by abnormal internal pressure. However, the above battery modules are difficult to increase in strength compared to the bottom side, and the stopper reliably prevents destruction due to internal pressure on the sealing plate side, so a cylindrical battery is used to achieve high capacity. On the other hand, it has the feature of preventing the destruction of the sealing plate side and realizing high safety.
本発明のある態様にかかる電池モジュールは、耐圧ケースの排出開口を排出ダクトに連結することができ、この構造によって、非排気側端面に排出される漏れガスを排出ダクトを利用して外部に排出できる特徴がある。 In the battery module according to an aspect of the present invention, the discharge opening of the pressure resistant case can be connected to the discharge duct, and by this structure, the leaked gas discharged to the non-exhaust side end face is discharged to the outside by using the discharge duct. There is a feature that can be done.
本発明のある態様にかかる電池モジュールは、耐圧ケースの形状を、非排気側端面を閉塞している金属筒とすることができる。さらに、本発明のある態様にかかる電池モジュールは、耐圧ケースを、非排気側端面に設けている電池セルの電極端子に接続してリード板に併用することができる。 In the battery module according to an aspect of the present invention, the shape of the pressure resistant case can be a metal cylinder that closes the end face on the non-exhaust side. Further, in the battery module according to an aspect of the present invention, the pressure resistant case can be connected to the electrode terminal of the battery cell provided on the non-exhaust side end face and used together with the lead plate.
さらにまた、本発明のある態様にかかる電池モジュールは、耐圧ケースをプラスチック製とすることができ、また、耐圧ケースを、プラスチック製の本体部と、この本体部に一体的に成形して固定してなる電池セルの電極端子に接続される金属製のリード端子とで構成し、本体部は、電池セルの外周面をカバーする筒状カバー部と、筒状カバー部の一端に連結されて、非排気側端面をカバーする端面カバー部とを有する形状として、リード端子は、筒部と、筒部の一端に連結されて電池セルの電極端子に溶接される溶接プレート部と、溶接プレート部の反対側で筒部に連結してなるバスバー接続部とからなる形状として、リード端子は、筒部がプラスチック製の本体部を内側と外側に貫通し、かつ、バスバー接続部を端面カバー部の外側に配置して、溶接プレート部が端面カバー部の内側に位置して、本体部に一体的に成形して固定し、耐圧ケースの本体部の内側に配置される電池セルの電極端子に、リード端子の溶接プレート部が溶接する構造とすることができる。 Furthermore, in the battery module according to an aspect of the present invention, the pressure resistant case can be made of plastic, and the pressure resistant case is integrally molded and fixed to the plastic main body portion and the main body portion. It is composed of a metal lead terminal connected to the electrode terminal of the battery cell, and the main body is connected to a tubular cover portion that covers the outer peripheral surface of the battery cell and one end of the tubular cover portion. The lead terminal has a tubular portion, a welded plate portion connected to one end of the tubular portion and welded to the electrode terminal of the battery cell, and a welded plate portion so as to have an end surface cover portion that covers the non-exhaust side end surface. The lead terminal has a shape consisting of a bus bar connection portion connected to the cylinder portion on the opposite side, and the cylinder portion penetrates the plastic main body portion inward and outward, and the bus bar connection portion is outside the end face cover portion. The welded plate part is located inside the end face cover part, integrally molded and fixed to the main body part, and leads to the electrode terminal of the battery cell arranged inside the main body part of the pressure resistant case. The structure may be such that the welded plate portion of the terminal is welded.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための構成を例示するものであって、本発明は以下のものに特定されない。また、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部材の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the embodiments shown below exemplify a configuration for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention is not specified as the following. Further, the member shown in the claims is by no means specified as the member of the embodiment. In particular, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the constituent members described in the embodiments are not intended to limit the scope of the present invention to the present invention unless otherwise specified. It is just an example of explanation. The size and positional relationship of the members shown in each drawing may be exaggerated for the sake of clarity. Further, in the following description, members of the same or the same quality are shown with the same name and reference numeral, and detailed description thereof will be omitted as appropriate. Further, each element constituting the present invention may be configured such that a plurality of elements are composed of the same member and the plurality of elements are combined with one member, or conversely, the function of one member is performed by the plurality of members. It can also be shared and realized. In addition, the contents described in some examples and embodiments can be used in other embodiments and embodiments.
以下に示す電池モジュールは、主として、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド車や、モータのみで走行する電気自動車などの電動車両の駆動用電源に適用する例を説明する。なお本発明の電池モジュールを、ハイブリッド車や電気自動車以外の車両に使用したり、電動車両以外の大出力が要求される用途、例えば家庭用、工場用の蓄電装置等に使用してもよい。 An example in which the battery module shown below is mainly applied to a power source for driving an electric vehicle such as a hybrid vehicle that runs on both an engine and a motor and an electric vehicle that runs only on a motor will be described. The battery module of the present invention may be used for vehicles other than hybrid vehicles and electric vehicles, and may be used for applications other than electric vehicles that require high output, such as power storage devices for homes and factories.
図1ないし図3に示す電池モジュールは、複数の電池セル1と、電池セル1を内側に配置している耐圧ケース2と、耐圧ケース2でカバーしている各々の電池セル1を定位置に配置する電池ホルダー3と、電池ホルダー3で定位置に配置している電池セル1の電極端子5にリード板を介して接続している厚い金属板のバスバー6と、電池セル1に設けている排出弁7の排出口8に連結している排出ダクト9と、以上のパーツを内蔵している筐体4とを備える。
In the battery module shown in FIGS. 1 to 3, a plurality of
電池セル1は、リチウムイオン二次電池の円筒形電池である。ただ、本発明は電池セルをリチウムイオン二次電池には特定せず、充電できる他の全ての二次電池、たとえばリチウムイオン二次電池以外の非水系電解液二次電池やその他の二次電池とすることができる。電池セル1である円筒形電池は、底を閉塞する円筒状の外装缶10の開口部を封口板11で気密に密閉して電池ケース12としている。外装缶10は金属板を深絞り加工して製作される。封口板11は円盤状で、中心部に凸部の電極端子5を設けている。封口板11は、外装缶10の外周縁に、絶縁材を介してカシメ構造で絶縁して気密構造に固定される。
The
電池セル1は、外装缶10の底面に排出弁7を設けている。排出弁7は電池セル1の内圧が設定圧力よりも高くなると開弁して、内部のガスを外部に排気して電池ケース12の破壊を防止する。電池セル1の内圧は、電池の過充電、過放電、過大電流、物理的衝撃、内部短絡、外部短絡、異常高温などの過酷な条件下において発生する。電池セル1は、内圧が異常に高くなる状態で排出弁7を開弁することで、電池ケース12の破裂などを防止している。
The
排出弁7は、電池セル1の一方の端面に設けられる。図に示す電池セル1は、底面に排出弁7を設けて、上端には排出弁7を設けない。排出弁7を設けた底面は、排出ガスを排出する排気側端面T1となり、排出弁7を設けない上端面は非排気側端面T2として排出ガスを排出しない。
The
図の電池セル1は、外装缶10の底面にリング状に薄肉部を設けて排出弁7としている。この構造の排出弁7は、薄肉部の厚さを調製して開弁する設定圧力をコントロールできる。薄肉部を薄くして開弁する設定圧力を低く、厚くして開弁する設定圧力を高くできる。この排出弁7は、電池セル1の内圧が設定圧力よりも高くなると薄肉部が破断して開弁する。リング状の薄肉部13で構成される排出弁7は、開弁状態で薄肉部13が破断されるので、薄肉部13の内側に排出口8が開口される。
The
電池セル1は、排気側端面T1にのみ排出弁7を設けて、内圧上昇時には排出弁7を開いて高温・高圧の排出ガスを排気側端面T1から電池ケース12の外部に排出する。電池セル1は、排気側端面T1にのみ排出弁7を設けて、反対側の端面を非排気側端面T2として排出弁7を設けない。この電池セル1を使用して、膨大な個数の電池モジュールを多量生産し、さらに各々の電池モジュールが、充放電の条件や外的環境が著しく異なる状態で使用される状態で、全ての電池セル1が非排気側端面T2から漏れガスの排出を皆無にするのは極めて難しい。とくに、電池セル1は、軽量化と大容量化が要求されることから、電池ケースを薄い金属板として軽量化する必要があって、非排気側端面T2からのガス漏れを皆無にするのは極めて難しい。
The
図1ないし図3の電池モジュールは、電池セル1を耐圧ケース2の内側に配置して電池ホルダー3で定位置に配置する。耐圧ケース2は、電池セル1の非排気側端面T2から排出される漏れガスを排気側端面T1に導いて排出する。耐圧ケース2の内側に配置する電池セル1は、仮に非排気側端面T2が破損して漏れガスが噴出されたとしても、耐圧ケース2によって、非排気側端面T2に噴出される漏れガスを排気側端面T1に導いて排出する。
In the battery modules of FIGS. 1 to 3, the
耐圧ケース2は、非排気側端面T2から排出される漏れガスの温度と圧力に耐え、非排気側端面T2から噴出される漏れガスを排気側端面T1から排出する。耐圧ケース2は、電池セル1の非排気側端面T2を閉塞する。電池セル1が非排気側端面T2に排出する漏れガスを排出するために、耐圧ケース2は、排出開口14を排気側端面T1に設けている。この耐圧ケース2は、非排気側端面T2から排出される漏れガスを排気側端面T1に導いて排出する。耐圧ケース2は金属板をプレス加工して製作され、あるいは絶縁材のプラスチックを成形して製作される。金属製の耐圧ケース2は、内部に配置する電池セル1の電極端子5に接続するリード板に併用できる。金属製の耐圧ケース2は、内面に絶縁材を配置して外装缶10から絶縁して配置される。耐圧ケース2と内部の電池セル1の外装缶10とに電圧差があるからである。
The pressure
プラスチック製の耐圧ケース2は、一端を電極端子5に接続している引き引出線15を外装缶10と絶縁して配置し、あるいは電極端子5との対向位置に金属端子23を気密に固定して、この金属端子23を介して電極端子5を介してバスバー6に電気接続する。
In the pressure
図1の断面図に示す電池モジュールは、耐圧ケース2を金属ケースとする。この耐圧ケース2は、電池セル1の電極端子5である凸部電極をバスバー6に接続するリード板に併用する。この耐圧ケース2は、金属板を深絞り加工して、非排気側端面T2を閉塞プレート部2Aで閉塞する筒状にプレスして製作される。閉塞プレート部2Aは、筒体の内側に配置する電池セル1の電極端子5に溶接されて、電池セル1に固定される。閉塞プレート部2Aは、レーザー溶接、抵抗溶接、超音波溶着されて電極端子5に固定される。リード板に併用される図1の耐圧ケース2は、閉塞プレート部2Aの内面を電極端子5に接続して、外面をバスバー6に接続する。
In the battery module shown in the cross-sectional view of FIG. 1, the pressure
金属製の耐圧ケース2は、電池セル1の外装缶10との間に絶縁材17を配置する。図4の耐圧ケース2は、電池セル1の外装缶10と絶縁するために、円筒状の絶縁材17を配置している。絶縁材17はプラスチックを成形して製作される。この絶縁材17は、内径を電池セル1の外形にほぼ等しく、外径を耐圧ケース2の内形にほぼ等しくする筒状にプラスチックを成形して製作され、内側に電池セル1を、外側に耐圧ケース2を配置する。絶縁材17は、非排気側端面T2に排出される漏れガスを排気側端面T1に流動させるために内面にガス溝17Aを設けている。図5は、内面にガス溝17Aを設けた絶縁材17の一部横断面図を示す。この図に示す絶縁材17は、内面に複数列のガス溝17Aを筒の軸方向に延びるように設けている。図4の絶縁材17は、外装缶10の底面の外周部までカバーする。この絶縁材17は、外装缶10の底面までカバーするが、絶縁材は必ずしも外装缶の底面までカバーする必要はなく、また、外装缶の全体をカバーすることなく、外装缶の非排気側端面側の一部(図4において外装缶10の上部)をカバーすることもできる。外装缶10の一部をカバーする絶縁材17は、ガス溝17Aの端部から排出する漏れガスを、電池ホルダー3の内面に設けたガス溝17Aで排出ダクト9に案内する。
In the metal pressure
図1と図4の電池モジュールは、仮に電池セル1の非排気側端面T2が破壊されて内部から漏れガスが噴出されても、漏れガスは耐圧ケース2の内側、正確には絶縁材17のガス溝17Aを通過して排出開口14に導かれて、排出ダクト9から外部に排出される。したがって、仮に非排気側端面T2が内圧で破壊されても、漏れガスを電池モジュール内に噴出することがなく、漏れガスによる弊害を防止できる。
In the battery modules of FIGS. 1 and 4, even if the non-exhaust side end surface T2 of the
金属製の耐圧ケース2は、内面に設ける絶縁材17を熱収縮チューブとすることもできる。熱収縮チューブを内側に配置する耐圧ケース2は、プラスチックを成形した絶縁材を使用することなく、電池セル1と絶縁できる。熱収縮チューブが絶縁材となって、耐圧ケース2と外装缶10とを絶縁するからである。この構造の電池モジュールは、図6の一部断面図に示すように、耐圧ケース2にガス溝17Aを設ける。非排気側端面T2に噴出される漏れガスを排気側端面T1に導くためである。この構造の耐圧ケース2は、金属板をプレス加工する工程で、軸方向に延びるガス溝17Aを設けた形状、すなわち筒部を波形に成形してガス溝17Aを設ける。
In the metal pressure
図1と図4の電池モジュールは、金属製の耐圧ケース2の内側に、絶縁材17を介して電池セル1を挿入し、耐圧ケース2の閉塞プレート部2Aを電極端子5に溶接して電池ユニットUとして組み立て、この電池ユニットUを電池ホルダー3の電池収納部に配置して、各電池セル1を定位置に配置する。
In the battery modules of FIGS. 1 and 4, the
図2の電池モジュールは耐圧ケース2を絶縁材のプラスチック製とする。プラスチック製の耐圧ケース2は、電極端子5に接続している引出線15を外装缶10との間に配置する。図7は図2の詳細な断面図を示す。この図の電池モジュールは、耐圧ケース2の内側に外装缶10から絶縁して引出線15を配置する。図2と図7の耐圧ケース2は、筒体の一端を閉塞プレート部2Aで閉塞する形状にプラスチックを成形している。引出線15は一端を電極端子5に接続して他端を排気側端面T1に配置するバスバー6に接続している。引出線15は、電池セル1の外装缶10から絶縁するために、外装缶10との間にプラスチック製の絶縁材17を配置している。絶縁材17は、プラスチックを筒状に成形している。この絶縁材17は、図1の絶縁材17と同様に、内形を電池セル1の外形にほぼ等しく、外形を耐圧ケース2の内形にほぼ等しくして内側に電池セル1を、外側に耐圧ケース2を配置する。またこの絶縁材17は、耐圧ケース2との間にリード板を配置するので、外側面には、引出線15を配置する配線溝を設けている。引出線15は配線溝に配置されて、耐圧ケース2との間に配置される。さらに絶縁材17は、図4の絶縁材17と同様に内面にガス溝17Aを設けている。
In the battery module of FIG. 2, the pressure
図8の耐圧ケース2の横断面図に示す電池モジュールは、図7に示す筒状の絶縁材17に代わって、電池セル1と引出線15との間に、引出線15を電池セル1の外装缶10から絶縁する部分にのみ絶縁ガイド21を配置する。絶縁ガイド21は、引出線15を案内する配線溝21Aを耐圧ケース側に設けた溝形にプラスチックを成形している。絶縁ガイド21は、引出線15の引き出し方向に延長して、電池セル1の外装缶10と耐圧ケース2との間に配置される。プラスチック製の耐圧ケース2は、絶縁ガイド21を定位置に配置する嵌合凹部22と、ガス溝17Aの両方を内面に設けている。
In the battery module shown in the cross-sectional view of the pressure
図9の電池モジュールは、引出線15を被覆線として耐圧ケース2の内面に配置する。表面に絶縁被覆のある引出線15は、電池セル1の外装缶10との間に絶縁材や絶縁ガイドを設ける必要がない。絶縁被覆が電池セル1の外装缶10と絶縁するからである。この電池モジュールは、図10の一部横断面図に示すように、耐圧ケース2の内面に、被覆線を配置する配線溝20を筒体の内面に設けて、ここに引出線15を配置する。
The battery module of FIG. 9 is arranged on the inner surface of the pressure
図7ないし図10の電池モジュールは、電池セル1の電極端子5に引出線15を接続し、引出線15を耐圧ケース2の内面に配置して排出開口14まで引き出して、耐圧ケース2の内側に電池セル1を挿入して電池ユニットUとする。電池ユニットUが、電池ホルダー3の定位置に配置されて電池モジュールとして組み立てられる。
In the battery module of FIGS. 7 to 10, the
図3に示す電池モジュールは、プラスチック製の耐圧ケース2に金属端子23を固定している。この電池モジュールは、図11の詳細図に示すように、金属端子23を介して電極端子5をバスバー6に接続する。金属端子23は金属板をプレス加工して製作される。図12は金属端子23の斜視図を示す。この図の金属端子23は、筒体の一端(図において下端)を接続プレート23Aで閉塞する形状に金属板を加工している。筒体の開口端には接続片23Bを突起して設けている。筒体の外側には、プラスチックケースとの連結強度を向上するために、突出部23Cを設けている。突出部23Cは固定されるプラスチックケースとの連結強度を強くして、金属端子23を位置ずれしないようにプラスチック製の耐圧ケース2に固定する。したがって、噴出される漏れガスを確実に排気側端面T1に排出する。金属端子23は、プラスチックケースを成形する工程でプラスチックに一体的に成形して固定される。金属端子23は、プラスチックケースの内側に接続プレート23Aを、外側に接続片23Bを配置するように、プラスチックケースに固定されて、プラスチックケースの非排気側端面T2を気密に閉塞する。耐圧ケース2に一体的に成形して固定される金属端子23は、プラスチック製耐圧ケース2の非排気側端面T2を理想的な状態で密閉してガス漏れを確実に阻止する。プラスチック製の耐圧ケース2は、内面に複数列のガス溝17Aを設けている。ガス溝17Aは、非排気側端面T2側に排出される漏れガスを排気側端面T1に流動して排出ダクト9に案内する。
In the battery module shown in FIG. 3, the
以上の電池モジュールは、耐圧ケース2に電池セル1を挿入し、耐圧ケース2の金属端子23を電池セル1の電極端子5に接続して電池ユニットUとし、この電池ユニットUを電池ホルダー3の定位置に配置して組み立てられる。
In the above battery module, the
電池ホルダー3は、絶縁材料である熱可塑性樹脂等の樹脂を成形して製作される。電池ホルダー3は、好ましくは難燃性と耐熱性に優れた樹脂製とする。このような樹脂として、例えば、PC(ポリカーボネート)やPP(ポリプロピレン)やナイロンなどが使用できる。
The
図1ないし図3に示す電池ホルダー2は、電池ユニットUを電池収納部3Aに配置して、定位置に配置する。図1ないし図3の電池ホルダー3は、電池ユニットUを平行な姿勢であって、耐圧ケース2の開口端側をほぼ同一平面に配置して、電池セル1の排出弁7の排出口8に排出ダクト9を連結する位置に配置する。電池ホルダー2は、複数の電池収納部3Aを有し、電池収納部3Aに電池ユニットUを配置する。電池収納部3Aは、電池ユニットUを配置できる内形として、内側に電池ユニットUを挿入して定位置に配置する。電池ホルダー3は、電池収納部3Aの間に隔壁を有し、隔壁の両側に電池ユニットUを絶縁状態に配置する。
In the
図1ないし図3の電池ホルダー3は、電極端子5をバスバー6に接続するための溶接開口3Bを上端に開口している。図の電池ホルダー3は、電池ユニットUの長手方向の中央部で、図において上下のホルダーユニットに分割している。ホルダーユニットは、上下に分割する状態で電池収納部3Aに電池を挿入し、その後連結して電池ユニットUを定位置に配置する。上下に分割して電池ユニットUを電池収納部に配置できる電池ホルダー3は、電池収納部3Aの上下両端に設けている開口部を電池ユニットUの外形よりも小さくして、電池ユニットUを電池収納部3Aから外部に移動しない状態、すなわち電池ユニットUを縦方向に位置ずれしないように保持できる。ただ、図示しないが、電池ホルダーは、端部に電池ユニットを挿入できる開口部を設けて、開口部から電池ユニットを挿入して定位置に配置することもできる。
The
電池ホルダー3は、金属板のバスバー6を定位置に配置している。図1と図3の電池モジュールは、電池ホルダー3に設けた電池収納部3Aの両端部に正負のバスバー6を配置する。正負のバスバー6は、矢印で示すリード板を介して電極端子5に接続される。図1と図3の電池モジュールは、一方のバスバー6を凸部電極に、他方のバスバー6を外装缶の底面側に接続している。図2の電池モジュールは、電極端子5に接続している引出線15を耐圧ケース2の排出開口14側に引き出しているので、耐圧ケース2の排出開口側に正負のバスバー6を絶縁して配置して、一方のバスバー6には引出線15を、他方のバスバーには外装缶10の底面を接続している。図1ないし図3の電池モジュールは、バスバー6で隣接する電池セル1を並列に接続しているが、本発明の電池モジュールは、バスバーを介して隣接する電池セルを直列に接続することもできる。
The
排出ダクト9は、各々の電池セル1の排出弁7から排出される高温・高圧の排出ガスを筐体4の外部に排出する。排出ダクト9は、電池セル1の排気側端面T1に設けている排出弁7の開口部に連結して配置される。排出ダクト9は、各々の電池セル1の排出弁7の排出口8に連結される複数の開口窓24を有し、先端の開口部を電池モジュールの筐体4の外部に配置している。
The
筐体4は金属ケースで、電池ホルダー3とバスバー6と排出ダクト9とを定位置に固定して配置する。電池ホルダー3と排出ダクト9は、一体構造に連結されて、筐体4の定位置に固定される。バスバー6は、電池ホルダー3の定位置に固定される。排出ダクト9は、図示しないが、電池ホルダーに固定され、あるいは電池ホルダーと筐体に挟まれて定位置に配置される。筐体4は、ネジ止め、嵌合構造などで、電池ホルダー3と排出ダクト9を内部の定位置に固定する。筐体4が電池ホルダー3を定位置に固定し、定位置に固定される電池ホルダー3が耐圧ケース2と電池セル1を定位置に固定する。電池セル1と耐圧ケース2が定位置に固定される電池モジュールは、非排気側端面T2から噴出される漏れガスで耐圧ケース2と電池セル1とが相対運動しない。電池セル1に対して相対運動しない耐圧ケース2は、非排気側端面T2に噴出される漏れガスを排気側端面T1に流動させる。耐圧ケース2と電池セル1との相対運動は、筐体4が電池ホルダー3を定位置に固定して、電池ホルダー3を定位置に配置して、電池ホルダー3が耐圧ケース2と電池セル1とを定位置に固定する構造のみでなく、電池ホルダー3が耐圧ケース2と電池セル1とを定位置に固定する構造によっても実現できる。電池ホルダー3が耐圧ケース2と電池セル1を定位置に固定する構造は、図4に示すように、一対のホルダーユニットに分割された電池ホルダー3内に、電池ユニットUが軸方向に位置ずれしない状態で配置して、一対のホルダーユニットを分離しない構造に連結しても実現できる。電池ユニットUが軸方向に位置ずれしない状態は、電池収納部3Aの両端開口部を電池セル1の外径よりも小さくして実現する。一対のホルダーユニットを分離しない状態に連結する構造は、図示しないが、一方のホルダーユニットに係止アームを設け、この係止アームを他方のホルダーユニットに係止構造で連結し、あるいは一対のホルダーユニットを両端から筐体4で押圧する構造で実現できる。
The
筐体4の内部に配置される金属製のバスバー6は、金属製の筐体4から絶縁して配置される。バスバー6と筐体4との絶縁は、隙間を設け、絶縁性のセパレータ25を配置し、あるいは排出ダクトなどの絶縁材で構成されるパーツを配置して実現される。図1ないし図3の電池モジュールは、非排気側端面T2に配置するバスバー6と筐体4とを対向して配置するので、セパレータ25を電池ホルダー3に一体的に成形して設けている。セパレータ25は、筐体4と対向面に部分的に設けられて、先端面を筐体4の内面まで突起して、筐体4とバスバー6との間に隙間を設けている。この隙間にバスバー6が配置されてバスバー6は筐体4から絶縁して配置される。また、セパレータ25は、筐体4の内面に接触して電池ホルダー3を定位置に配置して、電池ホルダー3の位置ずれを防止する。セパレータ25は筐体4を貫通する止ネジ26で筐体4に固定されて、筐体4と電池ホルダー3とを確実に定位置に固定できる。
The
以上の電池モジュールは、仮に非排気側端面の内圧が上昇して破壊しても、耐圧ケースが漏れガスを排気側端面に導いて排出する。電池セルは、電池ケースをできる限り薄くして、単位重量と単位容積に対する充放電容量を増加できるが、このことは薄い電池ケースの強度が低下するため、非排気側端面の破壊強度を低下させる原因となる。以上の電池モジュールは電池セルの非排気側端面が仮に破壊しても、漏れガスを非排気側端面から排出することなく、排気側端面に導いて排出できるので、このタイプの電池セルを使用する電池モジュールにおいては、高容量化しながら高い安全性を実現することができる。 In the above battery module, even if the internal pressure of the non-exhaust side end face rises and is destroyed, the pressure resistant case guides the leaking gas to the exhaust side end face and discharges it. The battery cell can make the battery case as thin as possible to increase the charge / discharge capacity with respect to the unit weight and unit volume, but this reduces the strength of the thin battery case and thus the fracture strength of the non-exhaust side end face. It causes. In the above battery module, even if the non-exhaust side end face of the battery cell is destroyed, the leaked gas can be guided to the exhaust side end face and discharged without being discharged from the non-exhaust side end face, so this type of battery cell is used. In the battery module, high safety can be realized while increasing the capacity.
本発明の電池モジュールは、電池セルの内圧が上昇する状態で、高温・高圧の排出ガスを排気側端面から排出する構造の電源モジュールに有効に使用できる。 The battery module of the present invention can be effectively used for a power supply module having a structure in which high-temperature and high-pressure exhaust gas is discharged from the exhaust side end face in a state where the internal pressure of the battery cell rises.
1…電池セル
2…耐圧ケース
2A…閉塞プレート部
3…電池ホルダー
3A…電池収納部
3B…溶接開口
4…筐体
5…電極端子
6…バスバー
7…排出弁
8…排出口
9…排出ダクト
10…外装缶
11…封口板
12…電池ケース
13…薄肉部
14…排出開口
15…引出線
17…絶縁材
17A…ガス溝
20…配線溝
21…絶縁ガイド
21A…配線溝
22…嵌合凹部
23…金属端子
23A…接続プレート
23B…接続片
23C…突出部
24…開口窓
25…セパレータ
26…止ネジ
T1…排気側端面
T2…非排気側端面
U…電池ユニット
1 ...
Claims (6)
前記電池セルを定位置に配列してなる電池ホルダーと、
前記電池ホルダーで定位置に配置してなる前記電池セルの前記排出口に連結してなる排出ダクトとを備える電池モジュールであって、
前記電池セルを内部に配置してなる耐圧ケースを備え、
前記耐圧ケースは、前記非排気側端面から排出される漏れガスの温度と圧力に耐える強度を有すると共に、
内蔵する前記電池セルの非排気側端面側を閉塞して、
前記排気側端面側に漏れガスの排出開口を設けており、
前記非排気側端面から排出される漏れガスが、前記耐圧ケースの前記排出開口から排出される構造としてなり、
前記電池セルが、
一端を開口して底面を閉塞してなる外装缶と、
前記外装缶の開口縁に気密に連結されて開口部を密閉し、かつ電極端子を設けてなる封口板とからなる電池ケースを備え、
前記電池セルは、前記外装缶の底面に、設定圧力で薄肉部を破壊する前記排出弁を設けており、
前記外装缶の底面を排気側端面として、前記封口板側を非排気側端面としてなることを特徴とする電池モジュール。 A plurality of battery cells having an exhaust valve end face provided with an exhaust valve opening at a set pressure as an exhaust side end face and an end face opposite to the exhaust side end face as a non-exhaust side end face.
A battery holder in which the battery cells are arranged in a fixed position,
A battery module including a discharge duct connected to the discharge port of the battery cell arranged at a fixed position in the battery holder.
It is equipped with a pressure resistant case in which the battery cell is arranged inside.
The pressure-resistant case has the strength to withstand the temperature and pressure of the leaked gas discharged from the non-exhaust side end face, and also
By closing the non-exhaust side end face side of the built-in battery cell,
An exhaust gas discharge opening is provided on the exhaust side end face side.
The structure is such that the leaked gas discharged from the non-exhaust side end face is discharged from the discharge opening of the pressure resistant case.
The battery cell
An exterior can that opens one end and closes the bottom,
The battery case is provided with a sealing plate that is airtightly connected to the opening edge of the outer can, seals the opening, and is provided with an electrode terminal.
The battery cell is provided with the discharge valve on the bottom surface of the outer can, which destroys a thin portion at a set pressure.
A battery module characterized in that the bottom surface of the outer can is an exhaust side end face and the sealing plate side is a non-exhaust side end face.
前記電池セルが円筒形電池であることを特徴とする電池モジュール。 The battery module according to claim 1 .
A battery module characterized in that the battery cell is a cylindrical battery.
前記耐圧ケースの前記排出開口が前記排出ダクトに連結されてなることを特徴とする電池モジュール。 The battery module according to claim 1 or 2 .
A battery module characterized in that the discharge opening of the pressure resistant case is connected to the discharge duct.
前記耐圧ケースが、非排気側端面を閉塞してなる金属筒としてなることを特徴とする電池モジュール。 The battery module according to any one of claims 1 to 3 .
A battery module characterized in that the pressure-resistant case is a metal cylinder having a non-exhaust side end face closed.
前記耐圧ケースが非排気側端面に設けてなる前記電池セルの電極端子に接続されてリード板に併用されてなることを特徴とする電池モジュール。 The battery module according to claim 4 .
A battery module characterized in that the pressure resistant case is connected to an electrode terminal of the battery cell provided on a non-exhaust side end surface and used in combination with a lead plate.
前記電池セルを定位置に配列してなる電池ホルダーと、
前記電池ホルダーで定位置に配置してなる前記電池セルの前記排出口に連結してなる排出ダクトとを備える電池モジュールであって、
前記電池セルを内部に配置してなる耐圧ケースを備え、
前記耐圧ケースは、前記非排気側端面から排出される漏れガスの温度と圧力に耐える強度を有すると共に、
内蔵する前記電池セルの非排気側端面側を閉塞して、
前記排気側端面側に漏れガスの排出開口を設けており、
前記非排気側端面から排出される漏れガスが、前記耐圧ケースの前記排出開口から排出される構造としてなり、
前記耐圧ケースがプラスチック製としてなり、
前記耐圧ケースが、プラスチック製の本体部と、この本体部に一体的に成形して固定してなる前記電池セルの電極端子に接続される金属製のリード端子とを備え、
前記本体部は、前記電池セルの外周面をカバーする筒状カバー部と、前記筒状カバー部の一端に連結されて、前記非排気側端面をカバーする端面カバー部とを有し、
前記リード端子は、筒部と、筒部の一端に連結されて前記電池セルの電極端子に溶接される溶接プレート部と、溶接プレート部の反対側で前記筒部に連結してなるバスバー接続部とからなり、
前記リード端子は、前記筒部がプラスチック製の前記本体部を内側と外側に貫通し、かつ、前記バスバー接続部を前記端面カバー部の外側に配置して、前記溶接プレート部が前記端面カバー部の内側に位置して、前記本体部に一体的に成形して固定され、
前記耐圧ケースの前記本体部の内側に配置される前記電池セルの電極端子に、前記リード端子の前記溶接プレート部が溶接されてなる電池モジュール。 A plurality of battery cells having an exhaust valve end face provided with an exhaust valve opening at a set pressure as an exhaust side end face and an end face opposite to the exhaust side end face as a non-exhaust side end face.
A battery holder in which the battery cells are arranged in a fixed position,
A battery module including a discharge duct connected to the discharge port of the battery cell arranged at a fixed position in the battery holder.
It is equipped with a pressure resistant case in which the battery cell is arranged inside.
The pressure-resistant case has the strength to withstand the temperature and pressure of the leaked gas discharged from the non-exhaust side end face, and also
By closing the non-exhaust side end face side of the built-in battery cell,
An exhaust gas discharge opening is provided on the exhaust side end face side.
The structure is such that the leaked gas discharged from the non-exhaust side end face is discharged from the discharge opening of the pressure resistant case.
The pressure resistant case is made of plastic
The pressure-resistant case includes a plastic main body and a metal lead terminal connected to an electrode terminal of the battery cell integrally molded and fixed to the main body.
The main body portion has a tubular cover portion that covers the outer peripheral surface of the battery cell, and an end face cover portion that is connected to one end of the tubular cover portion and covers the non-exhaust side end surface.
The lead terminal has a cylinder portion, a welded plate portion connected to one end of the cylinder portion and welded to the electrode terminal of the battery cell, and a bus bar connection portion connected to the cylinder portion on the opposite side of the welded plate portion. It consists of
In the lead terminal, the tubular portion penetrates the main body portion made of plastic inward and outward, the bus bar connection portion is arranged outside the end face cover portion, and the weld plate portion is the end face cover portion. It is located inside the main body and is integrally molded and fixed to the main body.
A battery module in which the welded plate portion of the lead terminal is welded to the electrode terminal of the battery cell arranged inside the main body portion of the pressure resistant case.
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