KR102169001B1 - 배터리 모듈 및 이를 구비한 배터리 패키지 - Google Patents

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Abstract

배터리 모듈과, 복수의 배터리 모듈이 결합된 배터리 패키지가 개시된다. 개시된 배터리 모듈은, 행렬을 이루며 배열된 복수의 배터리 셀, 전기 절연성 플라스틱으로 형성되며, 복수의 배터리 셀의 하단부가 상측면에 안착되는 하단부 지지 부재, 전기 절연성 플라스틱으로 형성되며, 복수의 배터리 셀의 상단부가 하측면에 안착되는 상단부 지지 부재, 및 복수의 배터리 셀 주변에 이격되게 배치되며, 상단부 지지 부재에 상단이 고정 지지되고 하단부 지지 부재에 하단이 고정 지지되는 복수의 기둥을 구비한다. 하단부 지지 부재의 일 측면, 하단부 지지 부재의 타 측면, 상단부 지지 부재의 일 측면, 및 상단부 지지 부재의 타 측면에는 기둥에 접촉되도록 외측으로 돌출된 제1 브라켓이 구비된다. 하단부 지지 부재의 일 측면, 하단부 지지 부재의 타 측면, 상단부 지지 부재의 일 측면, 및 상단부 지지 부재의 타 측면 중 적어도 하나의 측면에는 외측으로 돌출되지만 기둥에 접촉되지 않는 제2 브라켓이 구비된다. 제2 브라켓은, 제2 브라켓이 형성된 측면 및 그 반대 측면에서 같은 거리만큼 이격된 중앙선을 중심으로 반대 측면에 형성된 제1 브라켓과 대칭되는 위치에 배치된다.

Description

배터리 모듈 및 이를 구비한 배터리 패키지{Battery module and battery package with the same}
본 발명은 전기적으로 연결된 복수의 배터리 셀을 구비한 배터리 모듈, 및 상기 배터리 모듈을 구비한 배터리 패키지에 관한 것이다.
모바일 폰(mobile phone)과 같은 소형 전자기기에서부터 자동차, 인공위성과 같은 장치, 및 에너지 저장 시스템(ESS: energy storage system)에 이르기까지, 전기 에너지를 공급하기 위하여 배터리(battery)가 사용된다. 구체적으로는, 충전과 방전이 가능한 2차 전지가 사용된다. 소형 전지기기를 제외하고, 자동차, 인공위성과 같은 장치, 및 에너지 저장 시스템에는 복수의 배터리 셀(battery cell)을 모으고 전기적으로 연결하여 배터리 패키지(battery package)를 구성함으로써, 높은 전압, 큰 전력, 및 긴 사용 시간을 충족시키려 하고 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2018-0083991호에 종래의 일 예에 따른 배터리 패키지가 개시되어 있다. 그런데, 상기 배터리 패키지는 전기 용량이 정해져 있고 변경이 어렵다는 문제가 있다. 부연하면, 상기 배터리 패키지는 복수의 배터리 셀, 상단부 지지 부재, 하단부 지지 부재, 상단부 고정층, 하단부 고정층, 커버, 및 베이스를 구비하는데, 상기한 구성 요소들 중 복수의 배터리 셀을 제외한 모든 구성 요소들이 모두 미리 정해진 개수의 배터리 셀을 고정 지지하도록 미리 정해진 형태 및 사이즈로 제작된다. 따라서, 배터리 셀의 개수를 늘려서 좀더 큰 전기 용량을 갖는 배터리 패키지를 제조하기를 원하면, 상단부 지지 부재, 하단부 지지 부재, 상단부 고정층, 하단부 고정층, 커버, 및 베이스를 다시 설계 및 제작해야 하므로, 전기 용량의 확장성이 떨어진다. 반면에, 다양한 전기 용량에 대응할 수 있게 부재들을 생산하는 경우 소량 생산이 되어서 생산 원가가 증대된다.
한편, 단일한 전기 용량을 갖는 배터리 패키지 복수 개를 전기적으로 연결하여 전기 용량을 증대시키는 방법이 적용될 수도 있으나, 설치 공간이 커지는 문제가 있고, 복수의 배터리 패키지를 전기적으로 연결하는 부품이 추가적으로 필요하므로 원가가 증대되고, 에너지 효율도 저하될 수 있다. 또한, 자동차, 인공 위성 등과 같은 움직이는 장치나 가혹한 환경에 전기적으로 연결된 복수의 배터리 패키지가 설치되어 있는 경우, 상기한 전기적 연결이 끊어져 안정적인 전기 에너지 공급이 어려울 수 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2018-0083991호
본 발명은, 서로 결합 및 분리하기 용이한 배터리 모듈과, 복수의 배터리 모듈이 결합된 배터리 패키지를 제공한다.
본 발명은, 행렬을 이루며 배열된 복수의 배터리 셀(battery cell), 전기 절연성 플라스틱으로 형성되며, 상기 복수의 배터리 셀의 하단부가 상측면에 안착되는 하단부 지지 부재, 전기 절연성 플라스틱으로 형성되며, 상기 복수의 배터리 셀의 상단부가 하측면에 안착되는 상단부 지지 부재, 및 상기 상단부 지지 부재 및 상기 하단부 지지 부재 사이를 결합 고정하는 복수의 기둥(pillar)를 구비하는 배터리 모듈로서, 상기 하단부 지지 부재는 자신의 일 측면 및 타 측면에 상기 기둥이 끼워지도록 돌출 배치된 복수의 제1 브라켓과, 상기 복수의 제1 브라켓과 다른 위치 및 높이에서 돌출 배치된 복수의 제2 브라켓을 구비하고, 상기 하단부 지지 부재 일 측면의 제1 브라켓과 타 측면의 제2 브라켓의 위치가 대향되고, 상기 하단부 지지 부재 일 측면의 제2 브라켓과 타 측면의 제1 브라켓의 위치가 대향되며, 상기 배터리 모듈의 양 측으로 다른 배터리 모듈이 결합 가능하도록 형성된 배터리 모듈을 제공한다.
상기 상단부 지지 부재는, 자신의 일 측면 및 타 측면에 상기 기둥의 끼워지도록 돌출 배치된 복수의 제1 브라켓을 구비하고, 자신의 일 측면 및 타 측면 중 적어도 하나의 측면에는 상기 상단부 지지 부재의 복수의 제1 브라켓과 다른 위치 및 높이에서 돌출 배치된 복수의 제2 브라켓을 구비하며, 상기 상단부 지지 부재의 제2 브라켓의 위치는, 자신이 돌출된 측면의 반대 측면에서 돌출된 제1 브라켓의 위치와 대향될 수 있다.
또한 본 발명은, 행렬을 이루며 배열된 복수의 배터리 셀(battery cell), 전기 절연성 플라스틱으로 형성되며, 상기 복수의 배터리 셀의 하단부가 상측면에 안착되는 하단부 지지 부재, 전기 절연성 플라스틱으로 형성되며, 상기 복수의 배터리 셀의 상단부가 하측면에 안착되는 상단부 지지 부재, 및 상기 복수의 배터리 셀 주변에 이격되게 배치되며, 상기 상단부 지지 부재에 상단이 고정 지지되고 상기 하단부 지지 부재에 하단이 고정 지지되는 복수의 기둥(pillar)을 구비하고, 상기 하단부 지지 부재의 일 측면, 상기 하단부 지지 부재의 타 측면, 상기 상단부 지지 부재의 일 측면, 및 상기 상단부 지지 부재의 타 측면에는 상기 기둥에 접촉되도록 외측으로 돌출된 제1 브라켓이 구비되고, 상기 하단부 지지 부재의 일 측면, 상기 하단부 지지 부재의 타 측면, 상기 상단부 지지 부재의 일 측면, 및 상기 상단부 지지 부재의 타 측면 중 적어도 하나의 측면에는 외측으로 돌출되지만 상기 기둥에 접촉되지 않는 제2 브라켓이 구비되고, 상기 제2 브라켓은, 상기 제2 브라켓이 형성된 측면 및 그 반대 측면에서 같은 거리만큼 이격된 중앙선을 중심으로 상기 반대 측면에 형성된 제1 브라켓과 대칭되는 위치에 배치되는 배터리 모듈을 제공한다.
상기 제2 브라켓은 상기 상단부 지지 부재에 형성되고, 상기 상단부 지지 부재에 형성된 제2 브라켓은, 상기 상단부 지지 부재에 형성된 제1 브라켓보다 높게 위치할 수 있다.
상기 제2 브라켓은 상기 하단부 지지 부재에 형성되고, 상기 하단부 지지 부재에 형성된 제2 브라켓은, 상기 하단부 지지 부재에 형성된 제1 브라켓보다 낮게 위치할 수 있다.
본 발명의 배터리 모듈은, 상기 복수의 배터리 셀의 상단부 및 하단부의 전극(electric pole)에 각각 일 측 단부가 통전(通電) 가능하게 연결되는, 절연 피복된 제1 전극 전선(electric wire) 및 제2 전극 전선, 및 상기 제1 전극 전선 및 제2 전극 전선의 타 측 단부와 통전 가능하게 연결되는 모듈 PCB(printed circuit board)를 더 구비할 수 있다.
상기 모듈 PCB는 상기 상단부 지지 부재에 고정 지지되고, 상기 상단부 지지 부재에는 상기 제1 전극 전선이 상기 배터리 셀의 상단부에 눌리지 않고, 상기 제1 전극 전선과 제2 전극 전선이 상기 상단부 지지 부재를 관통하도록 전선 관통공이 형성되고, 상기 하단부 지지 부재에는 상기 제2 전극 전선이 상기 배터리 셀의 하단부에 눌리지 않도록 전선 배치 홈(groove)이 형성될 수 있다.
상기 제1 전극 전선 및 제2 전극 전선의 타 측 단부와, 상기 모듈 PCB의 하측면은 커넥터(connector)에 의해 착탈 가능하게 연결될 수 있다.
또한 본 발명은, 상기한 배터리 모듈을 복수 개 구비하고, 상기 복수의 배터리 모듈이 일렬로 인접하여 배치된 배터리 패키지로서, 인접하여 배치된 한 쌍의 배터리 모듈 중에서 하나의 배터리 모듈에 구비된 제2 브라켓은, 다른 하나의 배터리 모듈에 구비된 제1 브라켓과 상하로 겹쳐지게 배치되고 서로 결합되는 배터리 패키지를 제공한다.
상기 상하로 겹쳐지게 배치된 제1 브라켓과 제2 브라켓은 볼트(bolt)에 의해 결합되고, 상기 볼트는 상기 제2 브라켓과 제1 브라켓을 관통하여 상기 기둥에 고정 결합될 수 있다.
본 발명의 배터리 패키지는 한 종류의 배터리 모듈 복수 개를 일렬로 배치하고 결합하여 구성된다. 따라서, 배터리 모듈의 개수를 가감하여 배터리 패키지의 전기 용량을 쉽게 변경할 수 있다. 다시 말해, 배터리 모듈을 구성하는 배터리 셀, 하단부 지지 부재, 상단부 지지 부재, 및 기둥을 각각 한 종류씩 설계 제작하고, 배터리 모듈의 개수를 가감하여 다양한 전기 용량의 배터리 패키지를 제조할 수 있으므로, 배터리 패키지의 생산 원가를 낮출 수 있고, 주문에 빠르게 대응하여 배터리 패키지를 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 패키지의 사시도이다.
도 2는 도 1를 II-II에 따라 절개 도시한 단면도이다.
도 3 및 도 4는 도 1의 배터리 모듈의 분해 사시도로서, 도 3은 위에서 본 도면이고, 도 4는 아래에서 본 도면이다.
도 5는 도 3의 배터리 셀과, 배터리 셀에 연결된 전선과, 전선에 연결된 커넥터를 도시한 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈 및 이를 구비한 배터리 패키지를 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 패키지의 사시도이고, 도 2는 도 1를 II-II에 따라 절개 도시한 단면도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 패키지(1)는 X축과 평행한 방향으로 일렬로 인접하여 배치된 복수의 배터리 모듈(10A,10B,10C,10D,10E)를 구비하며, 예컨대, 인공위성, 자동차와 같은 장치에 전기 에너지를 공급하기 위해 사용될 수 있다. 또는, 상기 배터리 패키지(1)는 에너지 저장 시스템(ESS)에 사용될 수도 있다. 도 1에 도시되진 않았으나, 배터리 패키지(1)는 상기 복수의 배터리 모듈(10A,10B,10C,10D,10E)이 수용되는 배터리 박스(box)를 더 구비할 수 있다. 상기 배터리 박스는 착탈 가능하게 결합되는 베이스(base)(미도시)와 커버(cover)(미도시)를 구비할 수 있다.
도 3 및 도 4는 도 1의 배터리 모듈의 분해 사시도로서, 도 3은 위에서 본 도면이고, 도 4는 아래에서 본 도면이고, 도 5는 도 3의 배터리 셀과, 배터리 셀에 연결된 전선과, 전선에 연결된 커넥터를 도시한 사시도이다. 도 1에 도시된 복수의 배터리 모듈(10A,10B,10C,10D,10E) 각각은 모두 동일한 구성을 갖는다. 도 3 및 도 4에서 참조번호 '10'이 부여된 배터리 모듈(10)은 도 1에 도시된 각각의 배터리 모듈(10A,10B,10C,10D,10E)과 동일하다. 도 3 및 도 4를 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈(10)은, 복수의 배터리 셀(battery cell)(11), 하단부 지지 부재(20), 상단부 지지 부재(50), 복수의 기둥(pillar)(73), 및 모듈 PCB(printed circuit board)(80)를 구비한다.
도 5를 참조하면, 각각의 배터리 셀(11)은 방전과 충전이 가능한 2차 전지일 수 있다. 배터리 셀(11)은 원통형으로 상단부(12) 및 하단부(13)(도 4 참조)에 전극(electric pole)이 형성된다. 도 5에 도시된 실시예에서는 상기 상단부(12)에 양극(anode)이 형성되고 하단부(13)에 음극(cathode)가 형성되나, 이와 반대로 전극이 형성될 수도 있다. 상기 상단부(12)의 전극에는 제1 전극 전선(electric wire)(14)의 일 측 단부가 연결되고, 상기 하단부(13)의 전극에는 제2 전극 전선(15)의 일 측 단부가 연결된다. 제1 전극 전선(14)과 제2 전극 전선(15)은 각각, 예컨대, 구리(Cu) 소재로 형성되어 일 방향으로 연장된 금속 코어(core)(미도시)와, 상기 금속 코어의 외주면을 감싸는 절연 피복을 구비한다.
제1 전극 전선(14) 일 측 단부 및 제2 전극 전선(15) 일 측 단부의 금속 코어는 상기 배터리 셀(11)의 상단부(12) 전극 및 하단부(13) 전극에 납땜(soldering)(14w)에 의해 접합될 수 있다. 상기 제1 전극 전선(14) 타 측 단부 및 제2 전극 전선(15) 타 측 단부의 금속 코어에는 후술할 모듈 PCB(80)(도 4 참조)에 착탈 가능하게 연결될 수 있게 커넥터(connector)(16)가 결합된다. 상기 커넥터(16)는 수형 커넥터(male connector) 및 암형 커넥터(female connector) 중 하나의 커넥터이다. 도 5에는 제1 전극 전선(14) 및 제2 전극 전선(15)이 배터리 셀(11)의 표면에 접촉된 상태로 연장되는 것으로 도시되어 있으나 이는 예시적인 것에 불과하다. 또한, 도 5에는 제1 전극 전선(14) 및 제2 전극 전선(15)의 일 부분이 서로 접촉된 상태로 같은 방향으로 연장되는 것으로 도시되어 있으나 이는 예시적인 것에 불과하다.
도 3 및 도 4를 함께 참조하면, 배터리 모듈(10)에 구비된 복수의 배터리 셀(11)은 각각 세워진 상태로 행렬을 이루며 배열된다. 도 3 및 도 4에 도시된 실시예에서는, 39개의 배터리 셀(11)이 11×3 행렬을 이루며 배열된다. 여기서 X축과 평행하게 배열된 11개씩의 배터리 셀(11)이 행(行)을 형성하고, Y축과 평행하게 배열된 3개씩의 배터리 셀(11)이 열(列)을 형성한다. 다만, 상기한 11×3 행렬로 배열된 배터리 셀(11)은 예시적인 것으로서, 본 발명이 상기한 11×3 행렬에 한정되지는 않는다.
하단부 지지 부재(20)는 상기 복수의 배터리 셀(11)의 하단부가 상측면에 안착되어 상기 복수의 배터리 셀(11) 하단부를 지지하는 부재이고, 상단부 지지 부재(50)는 상기 복수의 배터리 셀(11)의 상단부가 하측면에 안착되어 상기 복수의 배터리 셀(11) 상단부를 지지하는 부재이다. 하단부 지지 부재(20)는 대체로 직사각형 보드(board) 형상의 부재로서, 상측면에 복수의 배터리 셀(11) 하단부가 서로 이격된 상태로 안착되는 하단부 안착 홈(21)과, 배터리 셀 하단부(13)의 전극에 연결된 제2 전극 전선(15)(도 5 참조)이 상기 하단부 안착 홈(21)에 안착된 배터리 셀(11)의 하단부(13)에 눌리지 않도록 상기 하단부 안착 홈(21)보다 더 깊게 파여진 전선 배치 홈(groove)(22)이 형성된다.
하단부 안착 홈(21)은 복수의 배터리 셀(11)의 행렬에 대응되게 39개의 하단부 안착 홈(21)이 11×3 행렬로 배열되게 형성된다. 전선 배치 홈(22)은 동일한 행을 따라 배열된 11개의 하단부 안착 홈(21)을 연결하도록 X축과 평행하게 연장된다.
하단부 지지 부재(20)와 마찬가지로 상단부 지지 부재(50)도 대체로 직사각형 보드(board) 형상의 부재이며, 하측면에 복수의 배터리 셀(11) 상단부가 서로 이격된 상태로 안착되는 상단부 안착 홈(51)이 형성된다. 상단부 안착 홈(51)은 복수의 배터리 셀(11)의 행렬에 대응되게 39개의 상단부 안착 홈(51)이 11×3 행렬로 배열되게 형성된다.
상단부 지지 부재(50)에는 배터리 셀 상단부(12)의 전극에 연결된 제1 전극 전선(14)(도 5 참조)이 상기 상단부 안착 홈(25)에 안착된 배터리 셀(11)의 상단부(12)에 눌리지 않고, 제1 전극 전선(14)과 제2 전극 전선(15)이 상단부 지지 부재(50)를 관통하도록 전선 관통공(52)이 형성된다. 전선 관통공(52)은 동일한 행을 따라 배열된 11개의 상단부 안착 홈(51)을 연결하도록 X축과 평행하게 연장된다.
하단부 지지 부재(20)와 상단부 지지 부재(50)는 배터리 셀(11)의 상단부(12) 및 하단부(13) 전극과의 누전이나 합선을 예방할 수 있도록 전기 절연성 플라스틱(plastic)으로 형성된다. 바람직하게는, 외부 충격 및 진동으로부터 배터리 셀(11)을 보호하도록 하단부 지지 부재(20)와 상단부 지지 부재(50)는 강성이 우수하고 전기 절연성도 우수한 유리섬유강화플라스틱(GFRP: glass fiber reinforced plastic)으로 이루어질 수 있다.
모듈 PCB(80)는 도 5를 참조하여 설명한 제1 전극 전선(14)과 제2 전극 전선(15)의 타 측 단부와 통전 가능하게 연결된다. 구체적으로, 모듈 PCB(80)의 하측면에는 제1 및 제2 전극 전선(14, 15)의 타 측 단부에 결합된 커넥터(16)가 착탈 가능하게 연결되는 커넥터(82)가 탑재된다. 제1 및 제2 전극 전선(14, 15)의 타 측 단부에 결합된 커넥터(16)가 수형 커넥터이면 상기 모듈 PCB(80)에 탑재된 커넥터(82)는 암형 커넥터이고, 제1 및 제2 전극 전선(14, 15)의 타 측 단부에 결합된 커넥터(16)가 암형 커넥터이면 상기 모듈 PCB(80)에 탑재된 커넥터(82)는 수형 커넥터이다. 상기 모듈 PCB(80)에 탑재된 커넥터(82)는 행렬을 이루며 배열된 배터리 셀(11)에 대응되게 39개가 11×3 행렬을 이루며 배열될 수 있다.
모듈 PCB(80)는 도 2에 도시된 바와 같이 상단부 지지 부재(50)에 복수의 볼트(bolt)(미도시)에 의해 고정 지지된다. 상기 모듈 PCB(80)의 외주 모서리 부분에는 상기 복수의 볼트가 관통하는 복수의 볼트 통공(81)이 형성되고, 상단부 지지 부재(50)의 상측면에는 상기 복수의 볼트가 끼워지도록 상기 복수의 볼트 통공(81)에 정렬되는 복수의 볼트 체결공(71)이 형성된다.
각 배터리 셀(11)의 커넥터(16)와 모듈 PCB(80)의 커넥터(82)가 일대일로 착탈 가능하게 연결되므로, 복수의 배터리 셀(11) 중에서 일부의 배터리 셀(11)에 방전 및 충전 불능이 발생한다 하더라도 배터리 모듈(10) 전체의 방전 및 충전이 불가능해지지는 않는다. 또한, 모든 배터리 셀(11)을 반드시 양극(anode)을 위로, 음극을 아래로 향하도록 세우지 않더라도 각 배터리 셀(11)의 커넥터(16)와 모듈 PCB(80)의 커넥터(82)가 일대일로 연결되기만 하면 배터리 모듈(10)은 올바르게 작동한다. 따라서, 배터리 모듈(10) 및 이를 구비한 배터리 패키지(1)(도 1 참조)의 조립이 용이하여 조립 생산성이 향상되고, 미숙련 작업자에 의한 조립 불량이 감소될 수 있다.
복수의 기둥(73)은 상하 방향으로 연장된 부재로서, 복수의 배터리 셀(11) 주변에 이격되게 배치된다. 각각의 기둥(73)은 예컨대, 알루미늄 합금과 같은 금속 소재로 형성되고, 각 기둥(73)의 하단 및 상단은 하단부 지지 부재(20) 및 상단부 지지 부재(50)에 고정 지지된다.
하단부 지지 부재(20)는 대체로 직사각형 보드 형상으로 Y축과 평행하게 연장되는 제1 및 제2 측면(24, 31)와, X축과 평행하게 연장되는 제3 및 제4 측면(38, 39)를 구비한다. 제1 및 제2 측면(24, 31)가 Y축과 평행한 방향으로 연장된 길이가, 제3 및 제4 측면(38, 39)가 X축과 평행한 방향으로 연장된 길이보다 길다. 제1 및 제2 측면(24, 31)는 Y축 방향과 평행한 하단부 지지 부재(20)의 가상의 중앙선(ML1)을 중심으로 같은 거리만큼 이격된다.
하단부 지지 부재(20)와 마찬가지로 상단부 지지 부재(50)도 대체로 직사각형 보드 형상으로 Y축과 평행하게 연장되는 제1 및 제2 측면(54, 61)와, X축과 평행하게 연장되는 제3 및 제4 측면(65, 66)를 구비한다. 제1 및 제2 측면(54, 61)가 Y축과 평행한 방향으로 연장된 길이가, 제3 및 제4 측면(65, 66)가 X축과 평행한 방향으로 연장된 길이보다 길다. 제1 및 제2 측면(54, 61)는 Y축 방향과 평행한 상단부 지지 부재(50)의 가상의 중앙선(ML2)을 중심으로 같은 거리만큼 이격된다.
하단부 지지 부재(20)는 제1, 제2, 제3, 및 제4 측면(24, 31, 38, 39)에서 외측으로 돌출된 제1 브라켓(bracket)(25, 32, 40)을 구비한다. 하단부 지지 부재(20)의 제1 브라켓(25, 32, 40)에는 기둥(73)의 하단부가 끼워져서 접촉 지지된다. 상기 하단부 지지 부재(20)의 제1 브라켓(25, 32, 40)에는 상기 기둥(73)의 하단부가 끼워지도록 상측면에서 아래로 파여진 기둥 끼움 홈(groove)(26, 33, 41), 및 상기 기둥 끼움 홈(26, 33, 41)과 상하로 정렬되는 볼트 통공(27, 34, 42)이 형성된다. 기둥(73)의 하단부에는 상기 제1 브라켓(25, 32, 40)의 볼트 통공(27, 34, 42)을 관통한 볼트(미도시)가 끼워져 체결되는 볼트 체결공(74)이 형성된다.
하단부 지지 부재(20)는 제3 및 제4 측면(38, 39)에서 외측으로 돌출된 플랜지(flange)(43)를 더 구비하고, 상기 플랜지(43)에는 플랜지(43)를 상하 방향으로 관통하는 복수의 볼트 통공(44)이 형성된다. 복수의 볼트(미도시)가 상기 플랜지(43)의 볼트 통공(44)을 통해 배터리 패키지(1)(도 1 참조)의 베이스(미도시)에 체결됨으로써, 배터리 모듈(10)이 상기 베이스에 고정 지지된다.
하단부 지지 부재(20)와 마찬가지로 상단부 지지 부재(50)도 제1, 제2, 제3, 및 제4 측면(54, 61, 65, 66)에서 외측으로 돌출된 제1 브라켓(55, 62, 67)을 구비한다. 상단부 지지 부재(50)의 제1 브라켓(55, 62, 67)에는 기둥(73)의 상단부가 끼워져서 접촉 지지된다. 상기 상단부 지지 부재(50)의 제1 브라켓(55, 62, 67)에는 기둥(73)의 상단부가 끼워지도록 하측면에서 위로 파여진 기둥 끼움 홈(56, 63, 68), 및 상기 기둥 끼움 홈(56, 63, 68)과 상하로 정렬되는 볼트 통공(57, 64, 69)이 형성된다. 기둥(73)의 상단부에는 상기 제1 브라켓(55, 62, 67)의 볼트 통공(57, 64, 69)을 관통한 볼트(미도시)가 끼워져 체결되는 볼트 체결공(75)이 형성된다.
하단부 지지 부재(20)는 제1 측면(24)와 제2 측면(31)에서 외측으로 돌출된 제2 브라켓(28, 35)을 더 구비한다. 하단부 지지 부재(20)의 제2 브라켓(28, 35)에는 제2 브라켓(28, 35)을 상하 방향으로 관통하는 볼트 통공(29, 36)이 형성된다. 하단부 지지 부재(20)의 제2 브라켓(28, 35)에는 기둥(73)이 접촉되지 않는다.
하단부 지지 부재(20)에 구비된 복수의 제1 브라켓(25, 32, 40)은 서로 같은 높이에 형성된다. 즉, 하단부 지지 부재(20)에 구비된 복수의 제1 브라켓(25, 32, 40)은 서로 같은 Z축 좌표값을 갖는다. 하단부 지지 부재(20)에 구비된 복수의 제2 브라켓(28, 35)은 서로 같은 높이에 형성된다. 즉, 하단부 지지 부재(20)에 구비된 복수의 제2 브라켓(28, 35)은 서로 같은 Z축 좌표값을 갖는다. 한편, 하단부 지지 부재(20)에 구비된 복수의 제2 브라켓(28, 35)은 하단부 지지 부재(20)에 구비된 복수의 제1 브라켓(25, 32, 40)보다 낮게 위치한다. 즉, 하단부 지지 부재(20)에 구비된 복수의 제2 브라켓(28, 35)의 Z축 좌표값이 하단부 지지 부재(20)에 구비된 복수의 제1 브라켓(25, 32, 40)의 Z축 좌표값보다 작다.
하단부 지지 부재(20)의 제2 브라켓(28, 35)은 하단부 지지 부재(20)의 중앙선(ML1)을 중심으로 자신이 돌출된 측면(24, 31)의 반대 측면(24, 31)에 형성된 제1 브라켓(25, 32)과 대칭되는 위치에 배치된다. 부연하면, 하단부 지지 부재(20)의 제1 측면(24)에서 외측으로 돌출된 제2 브라켓(28)은, 하단부 지지 부재(20)의 제2 측면(31)에서 외측으로 돌출된 제1 브라켓(32)과 상기 중앙선(ML1)을 중심으로 대칭되는 위치에 배치된다. 하단부 지지 부재(20)의 제2 측면(31)에서 외측으로 돌출된 제2 브라켓(35)은, 하단부 지지 부재(20)의 제1 측면(24)에서 외측으로 돌출된 제1 브라켓(25)과 상기 중앙선(ML1)을 중심으로 대칭되는 위치에 배치된다.
다시 말해, 하단부 지지 부재(20)의 제1 측면(24)에서 외측으로 돌출된 복수의 제2 브라켓(28)의 Y축 좌표값은, 하단부 지지 부재(20)의 제2 측면(31)에서 외측으로 돌출된 복수의 제1 브라켓(32)의 Y축 좌표값과 일대일 대응되며 서로 같다. 또한, 하단부 지지 부재(20)의 제2 측면(31)에서 외측으로 돌출된 복수의 제2 브라켓(35)의 Y축 좌표값은, 하단부 지지 부재(20)의 제1 측면(24)에서 외측으로 돌출된 복수의 제1 브라켓(25)의 Y축 좌표값과 일대일 대응되며 서로 같다.
상단부 지지 부재(50)는 제1 측면(54)에서 외측으로 돌출된 제2 브라켓(58)을 더 구비한다. 상단부 지지 부재(50)의 제2 브라켓(58)에는 제2 브라켓(58)을 상하 방향으로 관통하는 볼트 통공(59)이 형성된다. 상단부 지지 부재(50)의 제2 브라켓(58)에는 기둥(73)이 접촉되지 않는다.
상단부 지지 부재(50)에 구비된 복수의 제1 브라켓(55, 62, 67)은 서로 같은 높이에 형성된다. 즉, 상단부 지지 부재(50)에 구비된 복수의 제1 브라켓(55, 62, 67)은 서로 같은 Z축 좌표값을 갖는다. 상단부 지지 부재(50)에 구비된 복수의 제2 브라켓(58)은 서로 같은 높이에 형성된다. 즉, 상단부 지지 부재(50)에 구비된 복수의 제2 브라켓(58)은 서로 같은 Z축 좌표값을 갖는다. 한편, 상단부 지지 부재(50)에 구비된 복수의 제2 브라켓(58)은 상단부 지지 부재(50)에 구비된 복수의 제1 브라켓(55, 62, 67)보다 높게 위치한다. 즉, 상단부 지지 부재(50)에 구비된 복수의 제2 브라켓(58)의 Z축 좌표값이 상단부 지지 부재(50)에 구비된 복수의 제1 브라켓(55, 62, 67)의 Z축 좌표값보다 크다.
상단부 지지 부재(50)의 제2 브라켓(58)은 상단부 지지 부재(50)의 중앙선(ML2)을 중심으로 자신이 돌출된 측면(54)의 반대 측면(61)에 형성된 제1 브라켓(62)과 대칭되는 위치에 배치된다. 부연하면, 상단부 지지 부재(50)의 제1 측면(54)에서 외측으로 돌출된 제2 브라켓(58)은, 상단부 지지 부재(50)의 제2 측면(61)에서 외측으로 돌출된 제1 브라켓(62)과 상기 중앙선(ML2)을 중심으로 대칭되는 위치에 배치된다. 다시 말해, 상단부 지지 부재(50)의 제1 측면(54)에서 외측으로 돌출된 복수의 제2 브라켓(58)의 Y축 좌표값은, 상단부 지지 부재(50)의 제2 측면(61)에서 외측으로 돌출된 복수의 제1 브라켓(62)의 Y축 좌표값과 일대일 대응되며 서로 같다.
도 3 및 도 4에 도시된 배터리 모듈(10)은 하단부 지지 부재(20)의 제1 및 제2 측면(24, 31)와 상단부 지지 부재(50)의 제1 측면(54)에 제2 브라켓(28, 35, 58)을 구비하고, 상단부 지지 부재(50)의 제2 측면(61)에는 제2 브라켓을 구비하지 않는다. 그러나, 본 발명의 배터리 모듈은 도 3 및 도 4에 도시된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 하단부 지지 부재(20)의 제1 및 제2 측면(24, 31)와 상단부 지지 부재(50)의 제1 및 제2 측면(54, 61) 중 적어도 하나의 측면에 외측으로 돌출된 제2 브라켓을 구비하면 본 발명에 포함된다.
도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 배터리 패키지(1)는 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한 배터리 모듈(10)과 같은 구성을 갖는 복수의 배터리 모듈(10A,10B,10C,10D,10E)을 구비한다. 상기 복수의 배터리 모듈(10A,10B,10C,10D,10E)은 X축과 평행한 방향을 따라 일렬로 인접하여 배치된다. 구체적으로, 제1 배터리 모듈(10A)의 하단부 지지 부재(20)와 상단부 지지 부재(50)의 제1 측면(24, 54)는 제2 배터리 모듈(10B)의 하단부 지지 부재(20)와 상단부 지지 부재(50)의 제2 측면(31, 61)와 마주보게 배치되고, 제2 배터리 모듈(10B)의 하단부 지지 부재(20)와 상단부 지지 부재(50)의 제1 측면(24, 54)는 제3 배터리 모듈(10C)의 하단부 지지 부재(20)와 상단부 지지 부재(50)의 제2 측면(31, 61)와 마주보게 배치되고, 제3 배터리 모듈(10C)의 하단부 지지 부재(20)와 상단부 지지 부재(50)의 제1 측면(24, 54)는 제4 배터리 모듈(10D)의 하단부 지지 부재(20)와 상단부 지지 부재(50)의 제2 측면(31, 61)와 마주보게 배치되며, 제4 배터리 모듈(10D)의 하단부 지지 부재(20)와 상단부 지지 부재(50)의 제1 측면(24, 54)는 제5 배터리 모듈(10E)의 하단부 지지 부재(20)와 상단부 지지 부재(50)의 제2 측면(31, 61)와 마주보게 배치된다.
배터리 패키지(1)에서, 인접하여 배치된 한 쌍의 배터리 모듈(10A,10B,10C,10D,10E) 중에서 하나의 배터리 모듈에 구비된 제2 브라켓(28, 35, 58)은, 다른 하나의 배터리 모듈에 구비된 제1 브라켓(25, 32, 55, 62)과 상하로 겹쳐지게 배치되고 서로 결합된다. 도 2를 참조하여 예를 들면, 제1 배터리 모듈(10A)의 하단부 지지 부재(20)의 제1 측면(24)에 구비된 제2 브라켓(28_A)은 제2 배터리 모듈(10B)의 하단부 지지 부재(20)의 제2 측면(31)에 구비된 제1 브라켓(32_B)과 상하로 겹쳐지게 배치된다. 그리고, 제2 배터리 모듈(10B)의 하단부 지지 부재(20)의 제2 측면(31)에 구비된 제2 브라켓(35_B)은 제1 배터리 모듈(10A)의 하단부 지지 부재(20)의 제1 측면(24)에 구비된 제1 브라켓(25_A)과 상하로 겹쳐지게 배치된다. 그리고, 제1 배터리 모듈(10A)의 상단부 지지 부재(50)의 제1 측면(54)에 구비된 제2 브라켓(58_A)은 제2 배터리 모듈(10B)의 상단부 지지 부재(50)의 제2 측면(61)에 구비된 제1 브라켓(62_B)과 상하로 겹쳐지게 배치된다.
하단부 지지 부재(20)와 상단부 지지 부재(50)의 제1 브라켓(25,32,40,55,62, 67)의 기둥 끼움 홈(26,33,41,56,63,68)에는 기둥(73)의 하단부와 상단부가 끼워진다. 배터리 패키지(1)의 인접한 배터리 모듈(10A,10B,10C,10D,10E)에서 상하로 겹쳐지게 배치된 제1 브라켓과 제2 브라켓은 볼트(미도시)에 의해 결합되고, 상기 볼트는 상기 제2 브라켓과 제1 브라켓을 관통하여 기둥에 고정 결합된다.
예를 들면, 상하로 겹쳐진 제1 배터리 모듈(10A)의 하단부 지지 부재(20)의 제2 브라켓(28_A), 제2 배터리 모듈(10B)의 하단부 지지 부재(20)의 제1 브라켓(32_B), 및 기둥(73)의 하단부는 볼트(미도시)에 의해 결합된다. 구체적으로, 상기 볼트는 상기 제2 브라켓(28_A)의 볼트 통공(29), 및 상기 제1 브라켓(32_B)의 볼트 통공(34)을 관통하고 상기 기둥(73) 하단부의 볼트 체결공(74)에 끼워져 스크류(screw) 체결됨으로써 상기 기둥(73) 하단부에 고정 결합된다.
상하로 겹쳐진 제2 배터리 모듈(10B)의 하단부 지지 부재(20)의 제2 브라켓(35_B), 제1 배터리 모듈(10A)의 하단부 지지 부재(20)의 제1 브라켓(25_A), 및 기둥(73)의 하단부도 볼트(미도시)에 의해 결합된다. 구체적으로, 상기 볼트는 상기 제2 브라켓(35_B)의 볼트 통공(36), 및 상기 제1 브라켓(25_A)의 볼트 통공(27)을 관통하고 상기 기둥(73) 하단부의 볼트 체결공(74)에 끼워져 스크류 체결됨으로써 상기 기둥(73) 하단부에 고정 결합된다.
상하로 겹쳐진 제1 배터리 모듈(10A)의 상단부 지지 부재(50)의 제2 브라켓(58_A), 제2 배터리 모듈(10B)의 상단부 지지 부재(50)의 제1 브라켓(62_B), 및 기둥(73)의 상단부도 볼트(미도시)에 의해 결합된다. 구체적으로, 상기 볼트는 상기 제2 브라켓(58_A)의 볼트 통공(59), 및 상기 제1 브라켓(62_B)의 볼트 통공(64)을 관통하고 상기 기둥(73) 상단부의 볼트 체결공(75)에 끼워져 스크류 체결됨으로써 상기 기둥(73) 상단부에 고정 결합된다.
그 외에, 제2 브라켓과는 겹쳐지지 않은 상단부 지지 부재(50)의 제1 브라켓(55_A, 67_A)과, 상기 제1 브라켓(55_A, 67_A)에 끼워진 기둥(73)의 상단부는 볼트(미도시)에 의해 결합된다. 구체적으로, 상기 볼트는 상기 제1 브라켓(55_A, 67_A)의 볼트 통공(57)을 관통하고 상기 기둥(73) 상단부의 볼트 체결공(75)에 끼워져 스크류 체결됨으로써 상기 기둥(73) 상단부에 고정 결합된다. 또한, 제2 브라켓과는 겹쳐지지 않은 하단부 지지 부재(20)의 제1 브라켓(40_A)과, 상기 제1 브라켓(40_A)에 끼워진 기둥(73)의 하단부는 볼트에 의해 결합된다. 구체적으로, 상기 볼트는 상기 제1 브라켓(40_A)의 볼트 통공(41)을 관통하고 상기 기둥(73) 하단부의 볼트 체결공(74)에 끼워져 스크류 체결됨으로써 상기 기둥(73) 하단부에 고정 결합된다.
한편, 도 3 및 도 4를 다시 참조하면, 단일의 배터리 모듈(10)을 구비하는 배터리 패키지의 경우에는 인접한 한 쌍의 배터리 모듈(10)의 제2 브라켓과 제1 브라켓은 겹쳐지지 않는다. 따라서, 이 경우에, 하단부 지지 부재(20)의 제1 브라켓(25, 32, 40)과 상기 제1 브라켓(25, 32, 40)에 끼워지는 기둥(73)의 하단부는, 상기 제1 브라켓(25, 32, 40)의 볼트 통공(27, 34, 42)을 관통하고 상기 기둥(73) 하단부의 볼트 체결공(74)에 끼워져 스크류 체결되는 볼트(미도시)에 의해 결합될 수 있다. 그리고, 상단부 지지 부재(50)의 제1 브라켓(55, 62, 67)과 상기 제1 브라켓(55, 62, 67)에 끼워지는 기둥(73)의 상단부는, 상기 제1 브라켓(55, 62, 67)의 볼트 통공(57, 64, 69)을 관통하고 상기 기둥(73) 상단부의 볼트 체결공(75)에 끼워져 스크류 체결되는 볼트(미도시)에 의해 결합될 수 있다.
이상에서 설명한 배터리 패키지(1)는 한 종류의 배터리 모듈(10) 복수 개를 일렬로 배치하고 결합하여 구성된다. 따라서, 배터리 모듈(10)의 개수를 가감하여 배터리 패키지(1)의 전기 용량을 쉽게 변경할 수 있다. 다시 말해, 배터리 모듈(10)을 구성하는 배터리 셀(11), 하단부 지지 부재(20), 상단부 지지 부재(50), 및 기둥(73)을 각각 한 종류씩 설계 제작하고, 배터리 모듈(10)의 개수를 가감하여 다양한 전기 용량의 배터리 패키지(1)를 제조할 수 있으므로, 배터리 패키지(1)의 생산 원가를 낮출 수 있고, 주문에 빠르게 대응하여 배터리 패키지(1)를 공급할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
1: 배터리 패키지 10: 배터리 모듈
11: 배터리 셀 20: 하단부 지지 부재
25,28,32,35,55,58,62: 브라켓 50: 상단부 지지 부재
73: 기둥 80: 모듈 PCB

Claims (10)

  1. 행렬을 이루며 배열된 복수의 배터리 셀(battery cell); 전기 절연성 플라스틱으로 형성되며, 상기 복수의 배터리 셀의 하단부가 상측면에 안착되는 하단부 지지 부재; 전기 절연성 플라스틱으로 형성되며, 상기 복수의 배터리 셀의 상단부가 하측면에 안착되는 상단부 지지 부재; 상기 상단부 지지 부재 및 상기 하단부 지지 부재 사이를 결합 고정하는 복수의 기둥(pillar); 및 상기 복수의 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 모듈 PCB(printed circuit board);를 구비하는 배터리 모듈로서,
    상기 하단부 지지 부재는 자신의 일 측면 및 타 측면에 상기 기둥이 끼워지도록 돌출 배치된 복수의 제1 브라켓과, 상기 복수의 제1 브라켓과 다른 위치 및 높이에서 돌출 배치된 복수의 제2 브라켓을 구비하고,
    상기 하단부 지지 부재 일 측면의 제1 브라켓과 타 측면의 제2 브라켓의 위치가 대향되고, 상기 하단부 지지 부재 일 측면의 제2 브라켓과 타 측면의 제1 브라켓의 위치가 대향되고,
    상기 배터리 모듈의 양 측으로 다른 배터리 모듈이 결합 가능하도록 형성되고,
    상기 복수의 배터리 셀 각각의 상단부 및 하단부의 전극(electric pole)에 각각 일 측 단부가 통전(通電) 가능하게 연결되는 제1 전극 전선(electric wire) 및 제2 전극 전선이 상호 인접하도록 연장되고,
    상기 제1 전극 전선 및 제2 전극 전선의 서로 연장된 단부가 커넥터에 의하여 서로 결합되고,
    상기 커넥터가 상기 모듈 PCB(printed circuit board)에 분리가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 상단부 지지 부재는, 자신의 일 측면 및 타 측면에 상기 기둥의 끼워지도록 돌출 배치된 복수의 제1 브라켓을 구비하고, 자신의 일 측면 및 타 측면 중 적어도 하나의 측면에는 상기 상단부 지지 부재의 복수의 제1 브라켓과 다른 위치 및 높이에서 돌출 배치된 복수의 제2 브라켓을 구비하며,
    상기 상단부 지지 부재의 제2 브라켓의 위치는, 자신이 돌출된 측면의 반대 측면에서 돌출된 제1 브라켓의 위치와 대향되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 행렬을 이루며 배열된 복수의 배터리 셀(battery cell); 전기 절연성 플라스틱으로 형성되며, 상기 복수의 배터리 셀의 하단부가 상측면에 안착되는 하단부 지지 부재; 전기 절연성 플라스틱으로 형성되며, 상기 복수의 배터리 셀의 상단부가 하측면에 안착되는 상단부 지지 부재; 상기 복수의 배터리 셀 주변에 이격되게 배치되며, 상기 상단부 지지 부재에 상단이 고정 지지되고 상기 하단부 지지 부재에 하단이 고정 지지되는 복수의 기둥(pillar); 및 상기 복수의 배터리 셀과 전기적으로 연결되는 모듈 PCB(printed circuit board)을 구비하는 배터리 모듈로서,
    상기 하단부 지지 부재의 일 측면, 상기 하단부 지지 부재의 타 측면, 상기 상단부 지지 부재의 일 측면, 및 상기 상단부 지지 부재의 타 측면에는 상기 기둥에 접촉되도록 외측으로 돌출된 제1 브라켓이 구비되고,
    상기 하단부 지지 부재의 일 측면, 상기 하단부 지지 부재의 타 측면, 상기 상단부 지지 부재의 일 측면, 및 상기 상단부 지지 부재의 타 측면 중 적어도 하나의 측면에는 외측으로 돌출되지만 상기 기둥에 접촉되지 않는 제2 브라켓이 구비되고,
    상기 제2 브라켓은, 상기 제2 브라켓이 형성된 측면 및 그 반대 측면에서 같은 거리만큼 이격된 중앙선을 중심으로 상기 반대 측면에 형성된 제1 브라켓과 대칭되는 위치에 배치되고,
    상기 복수의 배터리 셀 각각의 상단부 및 하단부의 전극(electric pole)에 각각 일 측 단부가 통전(通電) 가능하게 연결되는 제1 전극 전선(electric wire) 및 제2 전극 전선이 상호 인접하도록 연장되고,
    상기 제1 전극 전선 및 제2 전극 전선의 서로 연장된 단부는 커넥터에 의하여 결합되고,
    상기 커넥터가 상기 모듈 PCB(printed circuit board)에 분리가능하게 결합되는 것
    는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제2 브라켓은 상기 상단부 지지 부재에 형성되고,
    상기 상단부 지지 부재에 형성된 제2 브라켓은, 상기 상단부 지지 부재에 형성된 제1 브라켓보다 높게 위치한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 제2 브라켓은 상기 하단부 지지 부재에 형성되고,
    상기 하단부 지지 부재에 형성된 제2 브라켓은, 상기 하단부 지지 부재에 형성된 제1 브라켓보다 낮게 위치한 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 삭제
  7. 제1 항 또는 제3 항에 있어서,
    상기 모듈 PCB는 상기 상단부 지지 부재에 고정 지지되고,
    상기 상단부 지지 부재에는 상기 제1 전극 전선이 상기 배터리 셀의 상단부에 눌리지 않고, 상기 제1 전극 전선과 제2 전극 전선이 상기 상단부 지지 부재를 관통하도록 전선 관통공이 형성되고,
    상기 하단부 지지 부재에는 상기 제2 전극 전선이 상기 배터리 셀의 하단부에 눌리지 않도록 전선 배치 홈(groove)이 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 삭제
  9. 제1 항 또는 제3 항의 배터리 모듈을 복수 개 구비하고, 상기 복수의 배터리 모듈이 일렬로 인접하여 배치된 배터리 패키지로서,
    인접하여 배치된 한 쌍의 배터리 모듈 중에서 하나의 배터리 모듈에 구비된 제2 브라켓은, 다른 하나의 배터리 모듈에 구비된 제1 브라켓과 상하로 겹쳐지게 배치되고 서로 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 패키지.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 상하로 겹쳐지게 배치된 제1 브라켓과 제2 브라켓은 볼트(bolt)에 의해 결합되고,
    상기 볼트는 상기 제2 브라켓과 제1 브라켓을 관통하여 상기 기둥에 고정 결합되는 것을 특징으로 하는 배터리 패키지.
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