KR102068108B1 - 전기 에너지 축적기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 특히 전기 차량용 전기 에너지 축적기에 관한 것으로, 이 전기 에너지 축적기는 전기적으로 서로 연결되는 복수의 배터리 전지(4a, 4b)를 가지며, 이들 전지는 특히 평평하고 본질적으로 판상이며 또한 서로 인접하여 또는 서로 상하로 적어도 하나의 적층체(3a, 3b)에 배치되며, 전기적으로 서로 연결되는 적어도 2개의 배터리 전지(4a, 4b)의 전지 폴(6)은 적어도 하나의 전지 커넥터(8a, 8b, 8c, 8d)에 의해 서로 연결되며, 적어도 하나의 전지 폴(6) 및 적어도 하나의 전지 커넥터(8a, 8b, 8c, 8d)는 특히 클린칭(clinching) 연결부(7)에 의해 서로 연결된다. 컴팩트한 에너지 축적기(1)를 간단하게 제조할 수 있도록, 적어도 하나의 전지 폴(6) 및 적어도 하나의 전지 커넥터(8a, 8b, 8c, 8d)는 특히 클린칭(clinching) 연결부(7)에 의해 서로 연결되고, 상기 전지 커넥터(8a, 8b, 8c, 8d)에 연결되는 적어도 전지 폴(6)은 배터리 전지(4a, 4b)의 전지 면(4', 4")에 수직하게 제 1 평면(ε) 내로 굽혀져 있다.

Description

전기 에너지 축적기{ELECTRICAL ENERGY ACCUMULATOR}
본 발명은 특히 전기 차량용 전기 에너지 축적기에 관한 것으로, 이 전기 에너지 축적기는 전기적으로 서로 연결되는 복수의 배터리 전지를 가지며, 이들 전지는 특히 평평하고 본질적으로 판상이며 또한 서로 인접하여 또는 서로 상하로 적어도 하나의 적층체에 배치되며, 전기적으로 서로 연결되는 적어도 2개의 배터리 전지의 전지 폴은 적어도 하나의 전지 커넥터에 의해 서로 연결되며, 적어도 하나의 전지 폴 및 적어도 하나의 전지 커넥터는 특히 클린칭(clinching) 연결부에 의해 서로 연결된다. 또한, 본 발명은 전기 에너지 축적기를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
본질적으로 판상인 평평한 복수의 배터리 단일 전지를 갖는 배터리가 DE 10 2009 035463 A1 에 알려져 있다. 배터리 단일 전지들은 전지 적층체로 적층되고 배터리 하우징을 사용하여 동봉된다. 배터리 단일 전지는 금속 시트 및 절연재로 만들어진 프레임을 갖는 평평한 프레임 구성으로 되어 있다.
적층체에서 서로 인접하여 배치되는 복수의 판상 배터리 전지(하우징 안에 수용됨)를 갖는 배터리 모듈이 또한 WO 2008/048751 A2 에 알려져 있다.
WO 2010/053689 A2 에는, 하우징 및 복수의 리튬 이온 전지를 갖는 배터리 구성체가 기재되어 있는데, 리튬 이온 전지들은 서로 인접하여 배치된다. 열전도성, 전기 전도성 유체가 냉각을 위해 상기 하우징을 관류하게 된다.
EP 1 530 247 A2 에는, 서로 적층되는 복수의 배터리 전지 적층체를 갖는 배터리가 기재되어 있는데, 교대 극성을 갖는 적층체의 서로 인접하는 두 배터리 전지는 서로 상하로 배치되며 구불구불한 방식으로 전기적으로 직렬로 연결된다. 각각의 적층체는 또한 인접한 적층체에 직결로 전기적으로 연결된다. 단점으로서, 전기적 연결부의 조립 및 제조를 위해 많은 개별적인 단계들이 필요하고 또한 배터리를 위해 많은 개별적인 부품들이 필요하다.
WO 2010/053689 A2 에는, 하우징 및 복수의 리튬 이온 전지를 갖는 배터리 구성체가 기재되어 있는데, 리튬 이온 전지들은 서로 인접하여 배치된다. 열전도성, 전기 전도성 유체가 냉각을 위해 상기 하우징을 관류하게 된다.
WO 2011/144372 A1 에는, 리튬 이온 배터리 전지 및 배터리 전지의 전기 전도성 접촉 단자를 제조하는 방법이 기재되어 있는데, 그 단자들은, 접합법, 예컨대 클린칭 법을 사용하여 서로 연결되어 전기 전도성 접촉자를 형성하게 된다.
제 1 배터리 전지의 배터리 폴을 제 2 배터리 전지의 배터리 폴에 연결하는 방법이 DE 10 2009 046 505 A1 에 기재되어 있는데, 배터리 폴은 조글링, 클린칭 또는 톡싱에 의해 마찰 고정 및 형상끼워맞춤 방식으로 연결되어 전기 전도성 접촉차를 형성하게 된다.
클린칭된 연결부는 플라이어형 클린칭 공구를 위한 자유로운 접근을 필요로 한다. 클린칭 공규가 방해를 받지 않고 접근하여 움직일 수 있도록, 클린치될 부분은 양측에서 노출되어야 한다. 클린치드 연결부는 연결 대상 부분에 열이 도입되지 않는다는 이점을 갖는다. 그러나, 클린칭 법을 위해서는 비교적 많은 양의 처리 공간이 제공되어야 한다는 단점이 있다 . 클린칭으로 연결되는 부분들은 가끔 돌출 가장자리를 형성하게 되는데, 이 가장자리는 구성품의 치수를 크게 하고 또한 냉각체에 의한 접촉 냉각을 더욱 어렵게 만든다.
서로 인접하여 배치되는 복수의 원통형 단일 전지(열전도성 판을 사용하여 열전도적으로 연결되고 정상측 및/또는 바닥측에서 열전도성 판에 체결됨)를 갖는 배터리가 DE 10 2009 035 458 A1 및 DE 10 2008 059 947 A1에 알려져 있다. 열전도성 판은 각각 폴 접촉자에서 오목부를 갖는다.
DE 10 2007 067 178 B4 에는, 배터리 하우징 및 배터리의 온도 제어를 위한 열전도성 판을 갖는 배터리가 기재되어 있는데, 여기서 배터리는 병렬 및/또는 직렬로 연결되는 복수의 단일 전지를 가지며, 이들 전지는 열전도적으로 전도판에 연결되며, 열전도 판은 단일 전지의 폴의 영역에서 보어홀 및/또는 노치를 가지며, 폴이 그 보어홀이나 노치 안으로 또는 그를 통해 돌출된다. 열전도 판은 단일 전지의 단일측에 배치되며, 단일 전지는 체결 요소의 예인장된 연결부에 의해 관련 폴을 통해 열전도 판에 각각 체결되며, 체결 요소는 형상끼워맞춤 또는 마찰 고정 방식으로 폴 안에 또는 그 위에 배치된다.
WO 2011/145 542 A1 에는 3개의 배터리 전지 적층체를 갖는 에너지 축적기가 개시되어 있는데, 이는 전지 폴의 교대 극성을 가지면서 서로 인접하여 배치되며, 구불구불하게 직렬로 전기적으로 연결된다. JP 2010/113 888 A1 에는 2개의 배터리 전지 적층체를 갖는 에너지 축적기가 개시되어 있는데, 이는 전지 폴의 교대 극성을 가지면서 서로 인접하여 배치되며, 적층체들은 압축 판을 통해 함께 유지된다. 또한, 적층가능한 단일 전지(적층체에 결쳐 구불구불하게 전기적으로 직렬로 연결됨)를 갖는 에너지 축적기가 EP 2 144 324 A1 에 알려져 있다.
공지된 열전도부는 제조하기가 비교적 복잡하다.
본 발명의 목적은 제조 및 조립 비용이 낮은 컴팩트한 에너지 축적기를 제공하는 것이다.
이는 본 발명에 따라 바람직하게는 클린칭 연결부, 예컨대 클린치 연결에 의해 전지 커넥터에 연결되는 적어도 전지 폴이 배터리 전지의 전지 면에 수직하게 제 1 평면 위로 굽혀짐으로써 달성된다.
서로 인접하는 두 배터리 전지들이 본질적으로 서로 평행하게 배치되는 전지 면을 가지며 전지 폴의 교대 극성으로 적층되는 경우 매우 컴팩트한 에너지 축적기가 실현되며, 배터리 전지의 적어도 2개의 적층체는 서로 인접하여 배치되며, 제 1 적층체의 한 배터리 전지 및 제 2 적층체의 한 배터리 전지는 피공유 전지 면 내에 배치되고 전기적으로 직렬로 연결된다.
바람직하게는, 인접한 적층체의, 전지 면 내에 배치되는 각각의 두 서로 인접하는 배터리 전지의 전지 폴이 서로를 향하게 된다.
제 1 전지 면에 배치되는 적어도 하나의 제 1 배터리 전지 그룹이, 제 2 전지 면에 배치되는 적어도 하나의 제 2 배터리 전지 그룹에 직렬로 연결되는 것이 특히 유리하며, 제 2 전지 면은 제 1 전지 면에 평행하게, 바람직하게는 그에 인접하여 배치된다.
배터리 전지의 적어도 하나의 제 1 적층체 및 적어도 하나의 제 2 적층체는 조인트 배터리 모듈을 형성할 수 있는데, 바람직하게는, 그 조인트 배터리 모듈에 배치되는 적층체의 배터리 전지는 적층체를 위히 공유되는 두개의 압축 판(끝판) 사이에 배치된다. 적어도 2개의 인접하는 배터리 모듈은 전기 에너지 축적기 내에서 서로 긴기적으로 연결될 수 있다.
바람직하게는, 각각의 배터리 전지는 서로 병렬로 연결되는 적어도 2개의 베이스 전지로 이루어진다. 그러므로 각각의 배터리 전지는 예컨대 파우치(pouch) 전지 내에 배치되는 두 베이스 전지의 병렬 회로(2p 회로)를 가질 수 있다. 유사하게, 베터리 전지를 위해 베이스 전지의 3p 또는 4p 회로가 실현될 수 있는데, 이 경우 3개 또는 4개의 베이스 전지가 병렬로 연결된다.
그러므로, 전지들의 상호 연결은 단일 적층체 내에서, 그 적층체를 따라서 일어날 뿐만 아니라, 서로 인접하는 두 적층체 사이에서 앞뒤로 가로질러 가면서 구불구불한 방식으로도 일어난다. 이러한 종류의 회로 순서는, 파우치 전지로 된 배터리 전지의 전지 폴이 예컨대 클린칭 법을 사용하여 또는 전지 커넥터를 통해 서로 직접 연결되도록 먼저 조립 중에 서로 수직하게 정렬될 수 있다는 이점을 갖는다. 그리고 전지 폴은 미리 정해진 특정 방향(모든 전지 폴에 대해 같음)으로 회전되거나 굽혀지거나 또는 정렬될 수 있다.
적층 방향을 따라 서로 상하로 배치되는 적층체의 적어도 2개의 배터리 전지를 연결하기 위해, 제 1 전지 커넥터 및 제 2 전지 커넥터는 바람직하게는 클린칭 연결부에 의해 서로 연결되며, 바람직하게는 다른 클린칭 연결부에 의해 제 1 전지 커넥터는 한 배터리 전지의 전지 폴에 연결되고 제 2 전지 커넥터는 인접한 배터리 전지의 전지 폴에 연결되면, 특히 간단한 제조가 가능하게 된다. 적층 방향을 따라 서로 상하로 배치되는 배터리 전지의 적어도 2개의 적층체를 연결하기 위해 제 2 전지 커넥터 및 제 3 전지 커넥터는 바람직하게는 클린칭 연결부에 의해 서로 연결되며, 바람직하게는 다른 클린칭 연결부에 의해 제 2 전지 커넥터는 한 적층체의 전지 폴에 연결되고 제 3 전지 커넥터는 인접한 적층체의 전지 폴에 연결될 수 있다. 상기 적층 방향으로 고려할 때, 적어도 하나의 전지 커넥터, 바람직하게는 제 1, 2 및/또는 3 전지 커넥터는, 특히 바람직하게는 굽힘 작업으로 형성되는 제 1 L-형상을 갖는 것이, 클린칭 연결부의 자동화된 제조에 특히 유리하다. 또한, 상기 적층 방향에 대해 횡방향으로, 바람직하게는 에너지 축적기의 평면도에서 볼 때, 적어도 하나의 전지 커넥터, 바람직하게는 제 1 및/또는 3 전지 커넥터는 제 2 L-형상을 가지며, 특히 바람직하게는 그 제 2 L-형상은 일 평면 내에 배치되는 두 다리부를 갖는다.
또한, 적층 방향에 대해 횡방향으로 서로 인접하여 배치되는 적어도 2개의 배터리 전지를 연결하기 위해, 바람직하게는 평평한 제 4 전지 커넥터는 바람직하게는 클린칭 연결부에 의해 한 적층체의 배터리 전지의 전지 폴에 연결되고 또한 바람직하게는 다른 클린칭 방법에 의해서는 인접 적층체의 배터리 전지의 전지 폴에 연결된다.
적층 방향을 따라 서로 상하로 배치되는 적층체의 적어도 2개의 배터리 전지를 전기적으로 연결하기 위해, 바람직하게는 클린칭 작업에 의해 L-형의 제 1 전지 커넥터의 제 1 다리부가 한 배터리 전지의 전지 폴에 연결되고 L-형의 제 2 전지 커넥터의 제 1 다리부는 인접 배터리 전지의 전지 폴에 연결되며, 상기 결합 작업 전에, 전지 폴 및 제 1 다리부는 전지 면에 평행하게 정렬되고 또한 적어도 부분적으로 서로 겹친다. 제 1 및 2 전지 커넥터의 제 2 다리부가 서로 겹치도록 전지 폴은 전지 커넥터와 함께 전지 면에 수직인 평면 내로 동일한 방향으로 대략 90°로 굽힌다. 마지막으로, 전지 면에 수직하게 위쪽으로 돌출하는 제 1 및 2 전지 커넥터의 제 2 다리부는 바람직하게는 다른 클린칭 연결부에 의해 서로 연결된다.
유사하게, 적층 방향을 따라 서로 앞뒤로 배치되는, 배터리 전지의 적어도 2개의 배터리 모듈을 연결하기 위해, 바람직하게는 클린칭 연결부에 의해 L-형의 제 3 전지 커넥터의 제 1 다리부가 한 배터리 모듈의 전지 폴에 연결되고 L-형의 제 2 전지 커넥터의 제 1 다리부는 인접 모듈의 전지 폴에 연결되며, 상기 클린칭 작업 전에, 전지 폴 및 제 1 다리부는 전지 면에 평행하게 정렬되고 또한 적어도 부분적으로 서로 겹친다. 제 3 및 2 전지 커넥터의 제 2 다리부가 서로 겹치도록 전지 폴은 전지 커넥터와 함께 전지 면에 수직인 평면 내로 동일한 방향으로 대략 90°로 굽힌다. 마지막으로, 전지 면에 수직한 평면 내에서 배터리 전지로부터 수직하게 위쪽으로 돌출하는 제 3 및 2 전지 커넥터의 제 2 다리부는 바람직하게는 다른 클린칭 연결부에 의해 서로 연결된다.
적층 방향에 대해 횡방향으로 서로 인접하여 배치되는 적어도 2개의 배터리 전지를 연결하기 위해, 바람직하게는 평평한 제 4 전지 커넥터는 클린칭 연결부에 의해 한 적층체의 배터리 전지의 전지 폴에 연결되고 또한 바람직하게는 다른 클린칭 연결부에 의해서는 인접 적층체의 배터리 전지의 전지 폴에 연결되며, 상기 클린칭 작업 전에, 전지 폴 및 제 4 전지 커넥터는 전지 면에 평행하게 정렬되고 또한 적어도 부분적으로 서로 겹친다. 클린칭 작업 후에, 전지 폴은 제 4 전지 커넥터와 함께 전지 면에 수직인 평면 내로 동일한 방향으로 대략 90°로 굽힌다.
모든 전지 폴은 그에 연결되어 있는 전지 커넥터와 함께 바람직하게는 적층 방향을 따라 동일한 방향으로 굽혀지며, 따라서 굽혀진 전지 커넥터의 정상측은 본질적으로 적층 방향에 평행한 평면 내에 배치되는 접촉 표면을 형성하게 된다. 상기 굽혀진 전지 커넥터의 정상측에 의해 형성된 접촉 표면에는 적어도 하나의 열전도부가 배치되어 있고, 이 열전도부는 특히 바람직하게는 접착에 의해 바람직하게는 열적으로 전지 커넥터에 고정되어 연결된다.
상기 열전도부는 적어도 하나의 열전도 표면을 가지며, 이 표면은 배터리 전지 쪽을 향하고 바람직하게는 평평하며 또한 상기 접촉 표면에 평행하게 되어 있고, 상기 열전도 표면은 열적으로 상기 전지 커넥터에 고정되어 연결된다. 바람직하게는 평평하게 되어 있는 상기 열전도 표면은 피공유 면에 배치된다.
따라서, 전기 에너지 축적기의 가능한 최선의 온도 제어가 제조가 간단한 방식으로 달성된다.
제 1 실시 형태에서, 상기 열전도부는 열전도 매체가 관류하는 적어도 2개의, 바람직하게는 적어도 4개의 채널을 가지며, 이들 채널은 특히 바람직하게는 배터리 전지의 전지 면에 수직하게 그 배터리 전지를 가로질러 있다.
접촉점과 열전도부 사이의 양호한 열적 연결이 가능하도록 하기 위해서는, 열전도부의 열전도 표면을 사용하여 그 열전도부를 접촉점에 접착하는 것이 유리하다. 추가적으로 또는 대안적으로, 열전도부는 예컨대 나사를 사용하여 배터리 모듈에 제거가능하게 체결될 수 있다. 예컨대, 열전부는 적어도 2개의 채널 사이에서, 바람직하게는 체결 나사에 의해 형성되는 체결 수단을 위한 체결 영역을 가질 수 있다.
상기 채널은 열전도 매체를 위한 입구 영역과 출구 영역 사이에서 본질적으로 일정한 단면을 가질 수 있다. 이에 대한 대안으로, 각 경우를 위해 배터리 전지의 최적의 냉각 또는 가열을 이루기 위해, 다른 단면 프로파일을 갖는 채널을 형성하는 것도 생각할 수 있다.
배터리 전지의 균일한 온도 제어를 위해서는, 입구 영역과 출구 영역이 에너지 축적기의 다른 끝면에 배치되는 것이 바람직하다.
대형 에너지 축적기는 용도에 따라 다수의 배터리 모듈을 갖는다. 열전도부는 적어도 2개의 배터리 모듈의 접촉점(배터리 전지의 적층 방향으로 서로 앞뒤로 배치됨)에 열적으로 연결되며 또한 두 배터리 모듈의 냉각 또는 가열을 위해 설계되어 있다.
열전도부가 적어도 2개의 부분, 바람직하게는 바닥 쉘 및 정상 쉘에서 고정적으로, 바람직하게는 분리불가능하게 함께 결합되면 간단한 제조가 이루어질 수 있다. 열전도부는 플락스틱 또는 금속, 예컨대 강 또는 알루미늄으로 제조될 수 있다. 열전도부의 정상 쉘 및 바닥 쉘은, 예컨대 열 및/또는 압력을 가하면서 하는 다른 비탈착형 결합법, 예컨대 레이저 용접 또는 접착에 의해 서로 마찰 용접되거나 연결될 수 있으며, 그래서 컴팩트한 부품이 얻어진다.
본 발명에 따른 다른 특별한 실시 형태에서, 열전도부는 플라스틱으로 이루어지며 또한 바람직하게는 압출법으로 제조된다. 이러한 제조법에서는, 열전도부의 정상 쉘 및 바닥 쉘의 후속 연결이 생략되는 것이 유리하다.
열전도부의 자세는 배터리 모듈의 정렬에 따라 수직 방향, 수평 방향이거나 또는 이들 방향에 대해 특정한 각도를 이룰 수 있다.
복수의 채널을 갖는 모든 배터리 전지를 위한 피공유 열전도부에 대한 대안으로, 단일 채널을 갖는 별도의 열전도부가 각각의 채널을 위해 제공될 수 있는데, 이 채널은 적층 방향으로 서로 앞뒤로 배치되는 접촉점을 지나 전지 면에 대해 횡방향으로 연장되어 있다. 이 열전도부는 단일체로 구현될 수 있고 또한 압출법으로 제조될 수 있다.
이제 본 발명을 도면을 참조하여 더 자세히 설명하도록 한다.
도 1 은 본 발명에 따른 에너지 축적기의 배터리 모듈을 위에서 비스듬히 본 것을 나타낸다.
도 2 는 도 1 의 배터리 모듈의 상세Ⅱ를 나타낸다.
도 3 ∼ 5 는 클린칭 작업 중에 있는 배터리 모듈을 정면도로 나타낸 것이다.
도 6 은 제 1 전지 커넥터를 대각선 방향으로 본 것을 나타낸다.
도 7 은 제 2 전지 커넥터를 대각선 방향으로 본 것을 나타낸다.
도 8 은 제 3 전지 커넥터를 대각선 방향으로 본 것을 나타낸다.
도 9 는 제 4 전지 커넥터를 나타낸다.
도 10 은 배터리 모듈을 평면도로 나타낸 것이다.
도 11 은 열전도부를 포함하는 배터리 모듈을 측면도로 나타낸 것이다.
도 12 는 열전도부를 포함하는 에너지 축적기를 정면도로 나타낸 것이다.
도 13 은 이 에너지 축적기를 평면도로 나타낸 것이다.
도 14 는 에너지 축적기를 대각선 방향으로 본 것을 나타낸다.
도 15 는 제 1 실시 형태의 열전도부를 대각선 방향으로 본 것을 나타낸 것이다.
도 16 은 열전도부를 정면도로 나타낸 것이다.
도 17 은 열전도부를 도 16 의 선 ⅩⅦ-ⅩⅦ를 따른 단면으로 나타낸 것이다.
도 18 은 제 2 실시 형태의 열전도부를 대각선 방향으로 본 것을 나타낸 것이다.
도 19 는 도 18 의 상세 ⅩⅨ를 나타낸다.
도 20 은 도 18 의 열전도부를 정면도로 나타낸 것이다.
도 21 은 열전도부를 도 20 의 선 ⅩⅩⅠ- ⅩⅩⅠ을 다른 단면으로 나타낸 것이다.
도 22 는 제 3 실시 형태의 열전도부를 대각선 방향으로 본 것을 나타낸 것이다.
도 23 은 도 22 의 상세 ⅩⅩⅢ를 나타낸 것이다.
도 24 는 도 22 의 열전도부를 정면도로 나타낸 것이다.
도 25 는 열전도부를 도 24 의 선 ⅩⅩⅤ- ⅩⅩⅤ를 따른 단면으로 나타낸 것이다.
도 26 은 제 4 실시 형태의 열전도부를 대각선 방향으로 본 것을 나타낸 것이다.
도 27 은 이 열전도부를 평면도로 나타낸 것이다.
실시 형태에서 기능적으로 동일한 부분에는 동일한 참조 부호가 제공되어 있다.
재충전형 배터리로 형성되는 에너지 축적기(1)는 적어도 하나의 배터리 모듈(2)을 갖는다. 각각의 배터리 모듈(2)은 연결된 판상 배터리 전지(4a, 4b)(예컨대, 파우치(pouch) 전지)로 된 적어도 2개의 적층체(3a, 3b, 3c)를 내부에서 갖고 있고 그 판상 배터리 전지는 압축판(5)에 의해 서로에 가압된다. 각각의 배터리 전지(4a, 4b)는 이중 전지로 되어 있는데, 2p 회로(두 베이스 전지의 전지 폴(6)의 병렬 회로)가 이중 전지 내부에 제공될 수 있다.
각 적층체(3a 또는 3b)의 각각의 2개의 배터리 전지(4a, 4b)(적층 방향(3')으로 서로 상하로 또는 서로 인접하여 배치됨)는 전지 면(4', 4")(본질적으로 서로 병렬로 배치됨)을 가지며 또한 교번 극성(++/- -)으로 적층된다. 전지 면(4', 4")은 에너지 축적기(1)의 수직 축선(1a)에 평행하게 배치된다.
두 적층체(3a, 3b)는 서로 인접하여 배치되고, 제 1 적층체(3a)의 한 배터리 전지(4a) 및 제 2 적층체(3b)의 한 배터리 전지(4b)는 피공유 전지 면(4')에 배치된다. 서로 인접하는 적층체(3a, 3b)의 두 배터리 전지(4a, 4b)(전지 판(4')에서 서로 인접하여 배치됨)는 동일한 방향으로 배향되어 배치되며(즉, 모든 전지 폴(6)들이 한 방향으로 향함)(서로 인접하는 배터리 전지(4a, 4b)의 극성 "++" 또는 "- -,"와는 달리 한 방향으로 향함) 또한 전기적으로 직렬로 연결된다.
제 1 전지 면(4')에 배치되어 있는 배터리 전지(4a, 4b)의 적어도 하나의 제 1 그룹(A)은, 인접하는 제 2 전지 면(4")에 배치되어 있는 배터리 전지(4a, 4b)의 적어도 하나의 제 2 그룹(B)에 전기적으로 직렬로 연결되고, 제 2 전지 면(4")은 제 1 전지 면(4')에 인접하여 그에 병렬로 배치된다.
에너지 축적기(1)는 다수의 배터리 모듈(2)을 가질 수 있으며, 서로 인접하는 배터리 모듈(2)은 전지 커넥터(8a, 8b, 8c, 8d)를 통해 전기적으로 서로 직렬 또는 병렬로 연결된다. 4개의 다른 전지 커넥터(8a, 8b, 8c, 8d)가 사용되는데, 이들 커넥터는 도 6 ∼ 9 에 자세히 나타나 있다. 배터리 전지(4a, 4b)의 적어도 하나의 제 1 적층체(3a) 및 적어도 하나의 제 2 적층체(3b)는 피공유 배터리 모듈(2)과 관련될 수 있다.
제 1 전지 커넥터(8a) 및 제 2 전지 커넥터(8b)는, 적층체(3a, 3b)의 두 배터리 전지(4a, 4b)(적층 방향(3')으로 서로 인접해 있음)의 전지 폴(6)을 전기적으로 서로 연결하기 위해 사용된다. 제 2 전지 커넥터(8b)와 조합되는 제 3 전지 커넥터(8c)를 사용하여, 배터리 전지(4a, 4b)의 적층체(3a, 3b)는 적층 방항(3')으로 전기적으로 서로 연결된다. 제 1, 2 및 3 전지 커넥터(8a, 8b, 8c)는 제 1 L-형상 (8a1, 8b1m, 8c1)을 가지며, 이는 굽힘 작업으로 형성되며 제 1 및 2 다리부(8a1', 8a1", 8b1', 8b1", 8c1', 8c1")를 갖는다. 제 1 및 3 전지 커넥터(8a, 8c)는 일 평면내에 배치되는 제 1 및 2 다리부(8a2', 8a2", 8c2', 8c2")를 갖는 제 2 L-형상(8a2, 8b2)을 갖는다 .
본질적으로 평평하게 되어 있는 제 4 전지 커넥터(8d)는 그룹(A, B) 내의 배터리 전지(4a, 4b)를 서로 전기적으로 연결하는데 사용된다.
서로 연결되는 배터리 전지(4a, 4b)의 전기적 연결은 유리하게는 클린칭(clinching) 연결부(7), 예컨대 클린치드 연결부에 의해 이루어진다.
그러므로, 배터리 전지(4a, 4b)의 상호 연결은 단일 적층체(3a, 3b) 내에서는, 즉 적층체(3a, 3b)를 따라서는 일어나지 않고, 서로 인접하는 두 적층체(3a, 3b) 사이에서 앞뒤로 가로질러 가면서 구불구불한 방식으로 수행된다. 이러한 종류의 회로 순서는, 파우치 전지(4a, 4b)의 극성(++, - -)의 전지 폴(6)이 먼저 조립 중에 수직 방향으로 정렬될 수 있어 서로 직접 연결되거나 또는 클린칭 법을 사용하여 전지 커넥터(8a, 8b, 8c, 8d)를 통해 연결될 수 있다는 이점을 갖는다. 그리고 전지 폴(6)은 미리 정해진 특정 방향(모든 전지 폴(6)에 대해 같음)으로 회전되거나 굽혀지거나 또는 정렬될 수 있다. 따라서, 예컨대 가능한 최대의 표면 또는 가능한 최대의 단면을 사용하여 열전도부(10)를 배터리 전지(4a, 4b)의 전지 폴(6)에 고정, 예컨대 접착시킬 수 있다.
대표적인 실시 형태에서, 본 발명은 2p 회로를 기초로 하여 나타나 있는데, 이는 두 적층체(3a, 3b) 사이에서 앞뒤로 가로질러 수행된다. 유사하게, 소위 3p 또는 4p 회로를 2개의 적층체(3a)를 통해 실현할 수 있고, 여기서는 적층체(3a)의 배터리 전지(4a, 4b)에 있는 두 인접하는 베이스 전지 대신에, 3개 또는 4개의 베이스 전지가 병렬로 연결되며, 직렬 연결은 제 2 적층체(3b)에 대해 이루어진다.
도 3 ∼ 5 는 클린칭 연결부(7)를 3 단계로 제조하는 것을 보여준다. 도 3 에 나타나 있는 제 1 단계에서, 한 이중 전지의 전지 폴(6)들이 서로를 향하여 굽혀지고 에너지 축적기(1)의 수직 축선(1a)에 평행하게 정렬된다. 전지 커넥터(8a, 8b, 8c, 8d)는 인접 위치로 가고, 전지 커넥터(8a, 8b, 8c)의 제 1 L-형상 (8a1, 8b1, 8c1)의 제 1 다리부(8a1', 8b1'', 8c1')는 전지 면(4', 4")에 평행하게 배치되고 각 전지 폴(6)에 직접 인접하게 되며, 제 2 다리부(8a1", 8b1"', 8c2")는 수직 축선(1a) 및 적층 방향(3')에 평행하게 정렬된다. 제 4 전지 커넥터(8d)는 다른 적층체(3a, 3b)의 두 배터리 전지(4a, 4b)의 다른 극성(++/- -)의 연결될 각 전지 폴(6)에 직접 인접하는 전지 판(4', 4")에 평행하게 정렬된다.
도 4 에 나타나 있는 제 2 단계에서, 전지 커넥터(8a, 8b, 8c) 및 제 4 전지 커넥터(8d)의 제 1 L-형상(8a1, 8b1, 8c1)의 제 1 다리부(8a1', 8b1'', 8c1')는 클린칭 공구(20)를 사용하여 각각의 인접하는 전지 폴(6)에 연결된다.
연결되어 있는 전지 폴(6)과 함께 전지 커넥터(8a, 8b, 8c, 8d)는 적층 방향(3')으로 동일한 방향으로 90°의 굽힘각으로 굽혀지며, 그래서 제 1 다리부(8a1', 8b1'', 8c1') 및 제 2 L-형상(8a2)는 이제 수직 축선(1a)에서 수직 면 안으로 접혀 있다. 이러한 접힘으로, 제 1 L-형상(8a1)의 제 2 다리부(8a1")는 인접한 제 2 전지 커넥터(8b)의 제 2 다리부(8b1")에 인접하여 겹쳐 놓이게 되고, 제 2 다리부(8a1", 8b1")은 수직 축선(1a) 및 적층 방향(3')에 평행하게 배치된다. 다른 단계에서, 위쪽으로 돌출하는 제 2 다리부(8a1", 8b1")는 이제 클린칭 공구(20)를 사용하여 서로 연결된다.
전지 커넥터(8a, 8b, 8c, 8d)의 굽힘으로 인해, 그의 정상측 및 특히 제 1, 2 및 3 전지 커넥터(8a, 8b, 8c)의 제 1 다리부(8a1', 8b1'', 8c1') 및 또한 제 4 전지 커넥터(8d)의 정상측은 평평한 접촉 표면(8)을 형성하게 되는데, 이 표면은 전지 면(4', 4")에 수직하게 또한 적층 방향(3')에 평행하게 또는 수직 축선(1a)에 수직하게 배치된다. 접촉 표면(8)은 본질적으로 동일한 면(ε) 내에 위치된다.
접촉 표면(8)은 배터리 전지(4a, 4b)에 배치되는 본질적으로 판상인 적어도 하나의 열전도부(10)를 수용하기 위해 사용된다.
열전도부(10)는 배터리 전지(4a, 4b)를 냉각 또는 가열하기 위해 사용되며, 열전도부(10)는 접촉 표면(8)의 영역에 있는 본질적으로 평평한 하나 이상의 열전도 표면(14)을 사용하여 배터리 전지(4a, 4b)에 고정 연결된다.
도 12 ∼ 25 에 나타나 있는 실시 형태에서, 열전도부(10)는 기체 또는 액체 열전도 매체를 위한 복수의 채널(11a, 11b, 11c, 11d)을 갖고 있으며, 이들 채널(11a, 11b, 11c, 11d)은 서로 인접하여 또한 배터리 전지(4a, 4b)와 전지 면(4')에 대해 횡으로 배치된다. 채널(11a, 11b, 11c, 11d)은 열전도 매체를 위한 입구 영역(12) 및 출구 영역(13) 사이에서 배터리 전지(4a, 4b)의 적층체(3a, 3b)의 방향으로 연장되어 있고, 입구 및 출구 영역12, 13)은 에너지 축적기((1)의 다양한 끝면(1b, 1c)의 영역에 배치된다. 채널(11a, 11b, 11c, 11d)은 열전도 매체를 위한 입구 영역(12) 및 출구 영역(13) 사이에서 본질적으로 일정한 단면을 가질 수 있다. 열전도부(10)의 채널(11a, 11b, 11c, 11d)의 외측(배터리 전지(4a, 4b) 쪽을 향함)(열전도부(10)의 바닥측)에는, 평평한 열전도 표면(14)이 있다.
적층 방향으로 서로 앞뒤로 배치되는 적어도 2개의 배터리 모듈(2)의 경우에, 적어도 하나의 피공유 열전도부(10)가 두 배터리 모듈(2)의 접촉 표면(8)에 열적으로 연결될 수 있고 또한 배터리 모듈(2)의 온도 제어를 위해 구성될 수 있다.
열전도 표면(14)은 전지 커넥터(8a, 8b, 8c, 8d)의 접촉 표면(8)에 납작하게 놓이며, 그래서 양호한 열전도가 보장된다. 열전도 표면(14)은 예컨대 접착으로 분리불가능하게 접촉 표면(8)에 연결될 수 있다. 접촉 표면(8) 상의 접착점은 도 10 에서 참조 번호 "19"로 표시되어 있다.
대안적으로 또는 추가적으로, 열전도부(10)는 탈착가능한 체결 수단, 예컨대 체결 나사를 통해 배터리 모듈(2)에 연결될 수 있다. 이러한 목적으로, 열전도부(10)는 두 중간 채널(11b, 11c) 사이에서, 바람직하게는 체결 나사(16)로 형성되는 체결 수단을 위한 체결 영역(15)을 갖는다.
도 12 ∼ 25 에 나타나 있는 복수의 채널(11a, 11b, 11c, 11d)을 갖는 열전부(10)의 실시 형태에서, 열전도부(10)는 바닥 쉘(10a) 및 정상 쉘(10b)로 형성될 수 있고, 이들 쉘은 예컨대 용접(마찰 용접, 레이저 용접) 또는 접착으로 분리불가능하게 함께 결합된다. 열전도부(10)는 플라스틱으로 이루어질 수 있고, 압출법으로 제조될 수 있다. 그러나, 열전도부(10)는 또한 금속, 예컨대 알루미늄이나 강으로도 이루어질 수 있다. 금속 재료의 경우에는, 접촉 표면(8)에 대한 적절한 전기적 절연이 제공된다.
도 12 ∼ 17 은, 입구 및 출구 영역(12, 13)이 에너지 축적기(1)의 장변의 코너에 배치되어 있는 실시 형태를 나타낸다. 도 18 ∼ 25 에 나타나 있는 실시예에서, 대조적으로, 열전도 매체를 위한 입구 및 출구 영역(12, 13)은 열전도부(10)의 길이 방향 중심 면(β)의 영역에 위치되어 있다. 도 18 ∼ 21 및 도 22 ∼ 25 의 실시 형태는, 열전도부(10)의 입구 및 출구 영역(12, 13)에 있는 연결 파이프(12a, 13a)의 배향에 있어서만 본질적으로 서로 다르다.
도 26 및 27 은 예시적인 열전도부(10)의 다른 실시 형태를 나타내는데, 그러나 이 열전도부는 단일 채널(11)만 갖는다. 열전도부(10)는 단일체로 될 수 있고, 입구 및 출구 영역(12a, 13a)에서 그들 연결부를 갖는 코너 커넥터를 제외하고는, 압출 작업으로 제조될 수 있다. 채널(11)은 전지 패널(4', 4")에 대해 횡으로 연장되어 있고 적층체(3a, 3b)의 접촉 표면(8) 위에 배치되며, 적층체는 적층 방향(3')으로 서로 인접한다. 접촉 표면(8)의 일 그룹에 대해 복수의 열전도부가 서로 평행하게 배치될 수 있고, 이는 적층 방향(3')으로 서로 인접한다.

Claims (19)

  1. 전기 에너지 축적기(1)로서,
    이 전기 에너지 축적기는 전기적으로 서로 연결되는 복수의 배터리 전지(4a, 4b)를 가지며, 이들 전지는 평평하고 본질적으로 판상이며 또한 서로 인접하여 또는 서로 상하로 적어도 하나의 적층체(3a, 3b)에 배치되며, 전기적으로 서로 연결되는 적어도 2개의 배터리 전지(4a, 4b)의 전지 폴(6)은 적어도 하나의 전지 커넥터(8a, 8b, 8c, 8d)에 의해 서로 연결되며, 적어도 하나의 전지 폴(6) 및 적어도 하나의 전지 커넥터(8a, 8b, 8c, 8d)는 서로 연결되고, 상기 전지 커넥터(8a, 8b, 8c, 8d)에 연결되는 적어도 전지 폴(6)은 배터리 전지(4a, 4b)의 전지 면(4', 4")에 수직하게 제 1 평면(ε) 내로 굽혀져 있고, 적층 방향(3')으로 고려할 때, 적어도 하나의 전지 커넥터는 제 1 L-형상(8a1, 8b1, 8c1)을 갖는, 전기 에너지 축적기(1).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전지 폴(6) 및 상기 적어도 하나의 전지 커넥터(8a, 8b, 8c, 8d)는 클린칭(clinching) 연결부(7)에 의해 서로 연결되는, 전기 에너지 축적기(1).
  3. 제 1 항에 있어서,
    적층 방향(3')을 따라 서로 상하로 배치되는, 적층체(3a, 3b)의 적어도 2개의 배터리 전지(4a, 4b)를 연결하기 위해, 제 1 전지 커넥터(8a) 및 제 2 전지 커넥터(8b)는 클린칭 연결부(7)에 의해 서로 연결되며, 각 경우 다른 클린칭 연결부(7)에 의해, 제 1 전지 커넥터(8a)는 한 배터리 전지(4a, 4b)의 전지 폴(6)에 연결되고 제 2 전지 커넥터(8b)는 인접한 배터리 전지(4a, 4b)의 전지 폴(6)에 연결되는, 전기 에너지 축적기(1).
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    적층 방향(3')을 따라 서로 앞뒤로 배치되는, 배터리 전지(4a, 4b)의 적어도 2개의 배터리 모듈(2)을 연결하기 위해, 제 2 전지 커넥터(8b) 및 제 3 전지 커넥터(8c)는 클린칭 연결부(7)에 의해 서로 연결되며, 각 경우 다른 클린칭 연결부(7)에 의해, 제 2 전지 커넥터(8b)는 한 모듈(2)의 전지 폴(6)에 연결되고 제 3 전지 커넥터(8c)는 인접한 배터리 모듈(2)의 전지 폴(6)에 연결되는, 전기 에너지 축적기(1).
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1, 2 및/또는 3 전지 커넥터(8a, 8b, 8c)는 제 1 L-형상(8a1, 8b1, 8c1)을 갖는, 전기 에너지 축적기(1).
  6. 제 1 항에 있어서,
    적층 방향(3')에 대해 횡방향으로 서로 인접하여 배치되는 적어도 2개의 배터리 전지(4a, 4b)를 연결하기 위해, 평평한 제 4 전지 커넥터(8d)는 클린칭 연결부(7)에 의해 한 적층체(3a; 3b)의 배터리 전지(4a; 4b)의 전지 폴(6)에 연결되고 또한 다른 클린칭 방법(7)에 의해서는 인접 적층체(3b; 3a)의 배터리 전지(4b; 4a)의 전지 폴(6)에 연결되는, 전기 에너지 축적기(1).
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 적층 방향(3')에 대해 횡방향으로, 에너지 축적기(1)의 평면도에서 볼 때, 적어도 하나의 전지 커넥터는 제 2 L-형상(8a2, 8c2)을 가지며, 그 제 2 L-형상(8a2, 8c2)은 일 평면 내에 배치되는 두 다리부(8a2', 8a2")를 갖는, 전기 에너지 축적기(1).
  8. 제 1 항에 있어서,
    모든 전지 폴(6)은 그에 연결되어 있는 전지 커넥터(8a, 8b, 8c, 8d)와 함께 동일한 방향으로 굽혀지며, 따라서 굽혀진 전지 커넥터(8a, 8b, 8c, 8d)의 정상측은 본질적으로 상기 제 1 평면(ε) 내에 배치되는 접촉 표면(8)을 형성하는, 전기 에너지 축적기(1).
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 굽혀진 전지 커넥터(8a, 8b, 8c, 8d)의 정상측에 의해 형성된 접촉 표면(8)에는 적어도 하나의 열전도부(10)가 배치되어 있고, 이 열전도부는 열적으로 전지 커넥터(8a, 8b, 8c, 8d)에 고정되어 연결되는, 전기 에너지 축적기(1).
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 열전도부(10)는 적어도 하나의 열전도 표면(14)을 가지며, 이 표면은 배터리 전지(4a, 4b) 쪽을 향하고 평평하며 또한 상기 접촉 표면(8)에 평행하게 되어 있고, 상기 열전도 표면(14)은 열적으로 상기 전지 커넥터(8a, 8b, 8c, 8d)에 고정되어 연결되어 있는, 전기 에너지 축적기(1).
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 열전도부(10)는 적어도 2개 또는 적어도 4개의 채널(11a, 11b, 11c, 11d)을 가지며, 열전도 매체가 배터리 전지(4)의 전지 면(4')에 수직하게 상기 채널을 관류하며, 예컨대 체결 나사(16)로 형성되는 체결 수단을 위해, 적어도 하나의 체결 영역(15)이 적어도 2개의 채널(11b, 11c) 사이에 배치되어 있는, 전기 에너지 축적기(1).
  12. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 에너지 축적기(1)는 다수의 열전도부(10)를 가지며, 단일체로 된 각각의 열전도부(10)는, 배터리 전지(4)의 전지 면(4')에 수직하게 배터리 전지(4a, 4b)를 가로질러 열전도부가 관류하기 위한 단일 채널(11)을 가지며, 이는 적층 방향(3')으로 서로 앞뒤로 배치되는 복수의 배터리 전지(4a, 4b)의 접촉 표면(8) 위에서 전지 면(4', 4")에 수직하게 연장되어 있는, 전기 에너지 축적기(1).
  13. 전기 에너지 축적기(1)를 제조하기 위한 방법으로서,
    상기 전기 에너지 축적기는 전기적으로 서로 연결되는 복수의 배터리 전지(4a, 4b)를 가지며, 이들 전지는 평평하고 본질적으로 판상이며 또한 서로 인접하여 또는 서로 상하로 적어도 하나의 적층체(3a, 3b)에 배치되며, 전기적으로 서로 연결되는 적어도 2개의 배터리 전지(4a, 4b)의 전지 폴(6)은 적어도 하나의 전지 커넥터(8a, 8b, 8c, 8d)에 의해 서로 연결되며, 적어도 하나의 전지 폴(6) 및 적어도 하나의 전지 커넥터(8a, 8b, 8c, 8d)는 결합 작업으로 서로 연결되고,
    결합 작업 후에, 상기 전지 커넥터(8a, 8b, 8c, 8d)에 연결된 적어도 전지 폴(6)은 배터리 전지(4a, 4b)의 전지 면(4', 4")에 수직하게 제 1 평면(ε) 내로 굽혀지며, 적층 방향(3')을 따라 서로 상하로 배치되는, 적층체(3a; 3b)의 적어도 2개의 배터리 전지(4a, 4b)를 전기적으로 연결하기 위해, 결합 작업에서 L-형의 제 1 전지 커넥터(8a)의 제 1 다리부(8a1')가 한 배터리 전지(4a; 4b)의 전지 폴(6)에 연결되고 L-형의 제 2 전지 커넥터(8b)의 제 1 다리부(8b1')는 인접 배터리 전지(4b; 4a)의 전지 폴(6)에 연결되며, 상기 결합 작업 전에, 전지 폴(6) 및 제 1 다리부(8a1', 8b1')는 전지 면(4', 4")에 평행하게 정렬되고 또한 적어도 부분적으로 서로 겹치며, 제 1 및 2 전지 커넥터(8a, 8b)의 제 2 다리부(8a1", 8b1")가 서로 겹치도록 전지 폴(6)은 전지 커넥터(8a, 8b)와 함께 전지 면(4', 4")에 수직인 평면(ε) 내로 동일한 방향으로 90°로 굽혀지는, 전기 에너지 축적기(1)를 제조하기 위한 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 전지 폴(6) 및 상기 적어도 하나의 전지 커넥터(8a, 8b, 8c, 8d)는 클린칭(clinching) 작업으로 서로 연결되는, 전기 에너지 축적기(1)를 제조하기 위한 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 및 2 전지 커넥터(8a, 8b)의 제 2 다리부(8a1", 8b1")는 다른 클린칭 작업으로 서로 연결되는, 전기 에너지 축적기(1)를 제조하기 위한 방법.
  16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
    적층 방향(3')을 따라 서로 상하로 배치되는, 배터리 모듈(4a, 4b)의 적어도 2개의 배터리 모듈(2)을 전기적으로 연결하기 위해, 결합 작업에서 L-형의 제 3 전지 커넥터(8c)의 제 1 다리부(8c1')가 한 모듈(2)의 전지 폴(6)에 연결되고 L-형의 제 2 전지 커넥터(8b)의 제 1 다리부(8b1')는 인접 배터리 모듈(2)의 전지 폴(6)에 연결되며, 상기 결합 작업 전에, 전지 폴(6) 및 제 1 다리부(8a1', 8b1')는 전지 면(4', 4")에 평행하게 정렬되고 또한 적어도 부분적으로 서로 겹치며, 제 1 및 2 전지 커넥터(8a, 8b)의 제 2 다리부(8a1", 8b1")가 서로 겹치도록 전지 폴(6)은 전지 커넥터(8a, 8b)와 함께 전지 면(4', 4")에 수직인 평면(ε) 내로 동일한 방향으로 90°로 굽혀지는, 전기 에너지 축적기(1)를 제조하기 위한 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 제 3 및 2 전지 커넥터(8c, 8b)의 제 2 다리부(8c1", 8b1")는 다른 클린칭 작업으로 서로 연결되는, 전기 에너지 축적기(1)를 제조하기 위한 방법.
  18. 제 13 항에 있어서,
    적층 방향(3')에 대해 횡방향으로 서로 인접하여 배치되는 적어도 2개의 배터리 전지(4a, 4b)를 연결하기 위해, 평평한 제 4 전지 커넥터(8d)가 결합 작업으로 일 적층체(3a; 3b)의 배터리 전지(4a, 4b)의 전지 폴(6)에 연결되며, 또한 다른 결합 작업으로 인접 적층체(3b; 3a)의 배터리 전지(4b; 4a)의 전지 폴(6)에 연결되며, 상기 결합 작업 전에, 전지 폴(6) 및 제 4 전지 커넥터(8d)는 전지 면(4', 4")에 평행하게 정렬되고 또한 적어도 부분적으로 서로 겹치며, 전지 폴(6)은 전지 커넥터(8d)와 함께 전지 면(4', 4")에 수직인 평면(ε) 내로 동일한 방향으로 90°로 굽혀지는, 전기 에너지 축적기(1)를 제조하기 위한 방법.
  19. 제 13 항에 있어서,
    적어도 하나의 열전도부(10)가 굽혀진 전지 커넥터(8a, 8b, 8c, 8d)에 의해 형성된 접촉 표면(8)에 배치되고 열전도적인 방식으로 전지 커넥터(8a, 8b, 8c, 8d)에 연결되는, 전기 에너지 축적기(1)를 제조하기 위한 방법.
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