KR102248596B1 - 배터리 모듈 - Google Patents

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Abstract

배터리 모듈이 개시된다. 개시된 배터리 모듈은 배터리 셀들; 상기 배터리 셀들 상부에 위치하고, 상기 배터리 셀들을 서로 전기적으로 연결하기 위한 다수의 버스바가 장착되는 버스바 홀더; 및 상기 버스바 홀더의 상부에 위치하고, 상기 배터리 셀들의 충방전 상태를 제어 및 모니터링하는 부품이 실장되는 회로기판;을 포함하되, 상기 회로기판은 주변부를 따라 형성되는 복수의 체결홀들을 포함하며, 상기 복수의 체결홀들 중 일부 체결홀들(제1 체결홀들)을 통하여 상기 버스바 홀더로 체결되는 다수의 체결부재에 의해 상기 버스바 홀더에 고정된다. 본 발명에 따르면, 배터리 모듈의 중요 부품이 실장되는 회로기판의 조립 후 임의 분리를 방지할 수 있는 장점이 있다.

Description

배터리 모듈{BATTERY MODULE}
본 발명은 배터리 모듈에 관한 것이다.
최근 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 고출력 배터리 모듈이 개발되고 있다. 이러한 고출력 배터리 모듈은 고전력을 필요로 하는 기기, 예를 들어, 전기 자동차 등의 모터 구동에 사용될 수 있도록 복수의 배터리 셀을 병렬 또는 직렬로 연결하여 고전압 또는 대용량으로 구현되고 있다.
이러한 배터리모듈을 채용하는 기기들이 늘어나면서 배터리 모듈의 생산성 향상에 대한 연구가 진행되고 있으며, 기기들의 외관이 다양해지면서 이에 대응하여 배터리 모듈의 형태도 다양할 것이 요구되고 있다.
단, 배터리 모듈은 기본적으로 안전성이 전제되어야 하는 바, 이를 모두 충족시킬 수 있는 배터리 모듈의 구조에 대한 연구가 다방면으로 진행되고 있다.
본 발명에서는 배터리 모듈의 중요 부품이 실장되는 회로기판의 조립 후 임의 분리를 방지할 수 있는 배터리 모듈을 제안하고자 한다.
본 발명의 다른 목적들은 하기의 실시예를 통해 당업자에 의해 도출될 수 있을 것이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 배터리 셀들; 상기 배터리 셀들 상부에 위치하고, 상기 배터리 셀들을 서로 전기적으로 연결하기 위한 다수의 버스바가 장착되는 버스바 홀더; 및 상기 버스바 홀더의 상부에 위치하고, 상기 배터리 셀들의 충방전 상태를 제어 및 모니터링하는 부품이 실장되는 회로기판;을 포함하되, 상기 회로기판은 주변부를 따라 형성되는 복수의 체결홀들을 포함하며, 상기 복수의 체결홀들 중 일부 체결홀들(제1 체결홀들)을 통하여 상기 버스바 홀더로 체결되는 다수의 체결부재에 의해 상기 버스바 홀더에 고정되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈이 제공된다.
상기 버스바 홀더는, 상기 제1 체결홀들과 상응하는 위치에 각각 형성되는 체결홈들을 포함하고, 상기 다수의 체결부재는 상기 제1 체결홀들을 통하여 상기 체결홈들로 각각 체결될 수 있다.
상기 버스바 홀더는, 상기 복수의 체결홀들 중 나머지 체결홀(제2 체결홀)과 상응하는 위치에 상부로 돌출 형성되는 체결돌기를 더 포함하고, 상기 회로기판의 제2 체결홀은 상기 체결돌기에 끼워맞춰질 수 있다.
상기 체결돌기는 후크 형상일 수 있다.
상기 다수의 체결부재와 상기 체결홈들은 볼트와 너트 구조일 수 있다.
상기 회로기판은, 상기 회로기판에서 상기 제2 체결홀이 형성된 영역을 상기 회로기판으로부터 분리하기 위한 취약부를 더 포함할 수 있다.
상기 회로기판의 상기 배터리 셀들의 충방전 상태를 제어 및 모니터링하기 위한 인쇄회로패턴은 상기 회로기판에서 상기 제2 체결홀이 형성된 영역을 지날 수 있다.
상기 취약부는 파선 형상의 홀로 이루어질 수 있다.
상기 취약부는 비관통 형상의 오목부로 이루어질 수 있다.
상기 취약부는 파선 형상의 홀과 비관통 형상의 오목부로 이루어질 수 있다.
상기 버스바 홀더에 장착된 다수의 버스바는 상기 제1 체결홀들과 상응하는 위치에 각각 형성된 체결홈들을 포함하고, 상기 다수의 체결부재는 상기 제1 체결홀들 및 상기 다수의 버스바의 체결홈들을 통하여 상기 버스바 홀더의 체결홈들로 각각 체결될 수 있다.
본 발명에 따르면, 배터리 모듈의 중요 부품이 실장되는 회로기판의 조립 후 임의 분리를 방지할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 회로기판이 버스바 홀더에 체결되기 전 상태를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 회로기판이 버스바 홀더에 체결된 후 상태를 도시하는 도면이다.
도 3은 도 2의 AA선에 따른 단면도를 도시하는 도면이다.
도 4는 설명의 편의를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈에서 회로기판을 제외한 상태의 사시도를 도시하는 도면이다.
도 5는 도 4에서 제외된 본 발명의 일 실시예에 따른 회로기판에 관한 사시도를 도시하는 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
일반적으로, 배터리 셀의 작동 신호 및 상태 등을 제어 및 모니터링하는 부품이 실장되는 회로기판은 볼트(bolt)를 이용하여 배터리 모듈에 장착될 수 있다.
회로기판은 일례로, 셀 모듈 컨트롤(CMC, Cell Module Control) 기판일 수 있으며, 배터리 셀들의 전압과 온도를 측정하여 그 정보를 외부로 제공하고, 전압 밸런싱을 맞추는 기능을 수행할 수 있다.
이와 같이, 회로기판은 배터리의 상태를 제어 및 모니터링하는 중요 부품이 실장되어 있는 만큼 한번 조립된 이후에는 사용자에 의한 임의 분리를 방지할 필요가 있고, 양산시에도 조립자에 의한 불량품 임의 교체가 이루어지지 않도록 할 필요가 있다.
그러나, 기존의 체결 방식으로는 볼트만 풀어주면 언제든지 회로기판을 쉽게 분리할 수 있는 문제점을 갖고 있다.
본 발명에 따르면, 배터리 모듈의 중요 부품이 실장되는 회로기판의 조립 후 임의 분리를 방지할 수 있는 바, 이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 구조를 보다 상세하게 살펴본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100)에서 회로기판(130)이 버스바 홀더(120)에 체결되기 전 상태를 도시하는 도면이다.
그리고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100)에서 회로기판(130)이 버스바 홀더(120)에 체결된 후 상태를 도시하는 도면이다.
도 3은 도 2의 AA선에 따른 단면도를 도시하는 도면이다.
도 4는 설명의 편의를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100)에서 회로기판(130)을 제외한 상태의 사시도를 도시하는 도면이고, 도 5는 도 4에서 제외된 회로기판(130)에 관한 사시도를 도시한다.
도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100)은 배터리 셀들(미도시), 버스바 홀더(120), 회로기판(130) 및 다수의 체결부재(140)를 포함할 수 있다.
배터리 셀(미도시)은 에너지를 발생하는 장치로서, 도면에 도시되지는 아니하였으나, 복수개로 구성되어 일방향으로 배열될 수 있다.
배터리 셀은 상면이 개구된 전지 케이스와 전지 케이스 내에 수납되는 전극 조립체 및 전해액을 포함할 수 있다. 전극 조립체 및 전해액은 전기화학적으로 반응하여 에너지를 발생할 수 있고, 전지 케이스는 캡 조립체에 의해 밀폐될 수 있다. 그리고, 배터리 셀의 상면에는 서로 다른 극성을 전극 단자, 즉, 양극 단자와 음극 단자가 돌출 형성되며, 안전 수단으로서 내부에서 발생하는 기체를 외부로 방출하는 통로로 작용하는 벤트부를 포함할 수 있다.
이러한 배터리 셀들의 상부에는 버스바 홀더(120)가 위치하고, 버스바 홀더(120)는 배터리 셀들을 서로 전기적으로 연결하기 위한 다수의 버스바(110)가 장착된다.
버스바는 배터리 셀들 중 인접하는 배터리 셀간 전극 단자를 서로 연결함으로써 배터리 셀들을 직렬이나 병렬로 연결한다. 버스바는 용접 등의 공정에 의해 배터리 셀의 전극 단자에 고정될 수 있고, 버스바 홀더(120)에 의해 지지된다.
버스바 홀더(120)는 버스바를 지지하고, 배터리 셀과 단락되지 않도록 절연물질로 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 버스바 홀더(120)는 배터리 셀들(미도시)의 상부 전체를 커버할 수 있는 크기로 형성될 수 있고, 버스바 홀더에는 배터리 셀의 벤트부로부터 가스가 인출되는 가스 통로가 형성될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100)은 엔드 플레이트(102), 엔드 블록(104) 및 사이드 플레이트(106)을 더 포함할 수 있다.
엔드 플레이트(102)는 배터리 셀들(미도시) 중 최외곽 배터리 셀 외부에 배치되는 부재로서, 엔드 블록(104)과 함께 배터리 셀을 다수의 배터리 셀들의 배열 방향으로 잡아줄 수 있다.
여기서, 엔드 플레이트(102)는 배터리 모듈(100)의 강성을 충분히 확보할 수 있도록, 일례로, 금속으로 이루어질 수 있다. 또한, 양측 최외곽 배터리 셀의 넓은 면의 외부에 각각 배치되어 한 쌍으로 구성될 수 있고, 한 쌍의 엔드 플레이트(102)를 연결하는 사이드 플레이트(106)과 함께 배터리 모듈(100)의 하우징을 이루어 내부에 위치하는 배터리 셀들(미도시)을 보호한다.
또한, 엔드 플레이트(102)와 최외곽 배터리 셀 간에는 엔드 블록(104)이 위치되는 바, 엔드 플레이트(102)는 엔드 블록(104)을 보호할 수 있도록 절곡된 형상을 가질 수 있으며, 절곡된 부분을 통하여 사이드 플레이트(106)와 용접 등의 공정으로 결합될 수 있다.
엔드 블록(104)은 엔드 플레이트(102)와 최외곽 배터리 셀 사이에 위치하는 부재로서, 엔드 플레이트(102)와 함께 다수의 배터리 셀들을 배열 방향으로 잡아줄 수 있다.
엔드 블록(104)은 엔드 플레이트(102)와는 상이한 물성을 갖는 물질로 구성될 수 있고, 최외곽 배터리 셀과 맞닿을 수 있으므로 단락 등의 위험이 없는 절연물질로 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 엔드 블록(104)은 한 쌍의 엔드 플레이트(102)에 대응되도록 한 쌍으로 구성될 수 있다.
계속하여, 도 1 내지 도 5를 참조하면, 회로기판(130)은 버스바 홀더(120)의 상부에 위치하고, 배터리 셀들(미도시)의 충방전 상태를 제어 및 모니터링하는 부품이 실장된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 회로기판(130)은 주변부를 따라 형성되는 복수의 체결홀들(132, 134)을 포함하며, 복수의 체결홀들(132, 134) 중 일부 체결홀들, 즉, 제1 체결홀들(132)을 통하여 버스바 홀더(120)로 체결되는 다수의 체결부재(140)에 의해 버스바 홀더(120)에 고정된다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바 홀더(120)는 회로기판의 제1 체결홀들(132)과 상응하는 위치에 각각 형성되는 체결홈들(122)을 포함할 수 있다.
즉, 다수의 체결부재(140)는 제1 체결홀들(132)을 통하여 버스바 홀더의 체결홈들(122)로 각각 체결되고, 이에 의해, 회로기판(130)은 버스바 홀더(120)에 고정될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 버스바 홀더(120)에 장착된 다수의 버스바(110)도 제1 체결홀들(132)과 상응하는 위치에 각각 형성된 체결홈들(112)을 포함할 수 있으며, 이 경우, 다수의 체결부재(140)는 제1 체결홀들(132) 및 다수의 버스바의 체결홈들(112)을 통하여 버스바 홀더의 체결홈들(122)로 각각 체결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다수의 체결부재(140)와 체결홈들(122)은 볼트와 너트 구조일 수 있다.
한편, 버스바 홀더(120)의 복수의 체결홀들(132, 134) 중 나머지 체결홀, 즉, 제2 체결홀(134)와 관련하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바 홀더(120)는 제2 체결홀(134)과 상응하는 위치에 상부로 돌출 형성되는 체결돌기(124)를 더 포함할 수 있다.
요컨대, 제1 체결홀들(132)과 관련하여 버스바 홀더(120)는 제1 체결홀들과 상응하는 위치에 형성되는 체결홈들(122)을 포함하고, 제2 체결홀(134)과 관련하여 버스바 홀더(120)는 제2 체결홀과 상응하는 위치에 형성되는 체결돌기(124)를 포함한다.
이때, 이하 설명하는 바와 같이, 제2 체결홀(134)과 체결돌기(124)는 조립 후 분리 시도에 의해 쉽게 파손되는 기능을 수행하도록 구성될 수 있으므로, 제2 체결홀(134)과 체결돌기(124)는 한 쌍만 구비될 수 있다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 제2 체결홀과 체결돌기가 두 쌍 이상으로도 구비될 수 있다.
이러한 체결돌기(124)에 회로기판(130)의 제2 체결홀(134)가 끼워맞춰질 수 있고, 이로써, 회로기판(130)은 버스바 홀더(120)에 고정되기 위한 추가적인 고정력을 확보할 수 있다.
이때, 배터리 모듈의 중요 부품이 실장되게 되는 회로기판(130)의 특성상, 조립 후 사용자에 의한 임의 분리를 방지할 수 있도록, 본 발명의 일 실시예에 따른 버스바 홀더(120)의 체결돌기(124)는 도 4에 도시된 바와 같이, 후크 형상일 수 있다.
즉, 버스바 홀더(120)의 후크 형상의 체결돌기(124)와 회로기판(130)의 제2 체결홀(134)가 상호간에 체결됨으로써, 체결돌기에 제2 체결홀이 걸린 상태로 고정되게 되며, 이에 따라, 체결돌기나 제2 체결홀이 파손되지 않고는 버스바 홀더(120)로부터 회로기판(130)을 분리할 수 없는 구조를 확보한다.
체결돌기(124)의 후크 형상은, 도 4에 도시된 바와 같이, 버스바 홀더의 상면에서 상부로 돌출되는 기둥부, 기둥부의 상단에 기둥부보다 크게 형성되는 헤드부를 통하여 구현될 수 있고, 체결을 위한 탄성 구조를 확보할 수 있도록 다수의 기둥부가 소정의 간격으로 이격된 상태로 존재할 수 있다.
그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 체결돌기(124)의 후크 형상은 제2 체결홀(134)과 한번 체결된 이후에는 분리가 어려운 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 조립 후 회로기판의 분리 시도가 있을 경우, 체결돌기(124)나 제2 체결홀(134)이 쉽게 파손될 수 있도록, 본 발명의 일 실시예에 따른 회로기판(130)은 회로기판에서 제2 체결홀(134)이 형성된 영역(A)을 회로기판으로부터 분리하기 위한 취약부(136)를 더 포함할 수 있다.
취약부(136)는 일정 이상의 외력이 가해질 때 파손될 수 있는 구조로서, 도 5에 도시된 바와 같이, 회로기판에서 제2 체결홀(134)이 형성된 영역(A)을 나머지 영역과 구분하는 파선을 따라 형성되는 다수의 홀(즉, 파선 형상의 홀)로 이루어질 수 있다.
이에 한정되지 않고, 취약부(136)는 비관통 형상의 오목부로 이루어질 수 있고, 파선 형상의 홀과 비관통 형상의 오목부의 조합으로도 이루어질 수 있다.
한편, 조립 후 분리 시도에 의해 체결돌기(124)나 제2 체결홀(134)에 일정 이상의 외력이 가해지고, 이에 따라, 회로기판에서 제2 체결홀이 형성된 영역(A)이 분리된 경우, 배터리 모듈(100)의 정상적인 작동이 방해될 수 있도록, 회로기판의 인쇄회로패턴은 제2 체결홀이 형성된 영역(A)을 지나가도록 형성될 수 있다.
즉, 배터리 셀들의 충방전 상태를 제어 및 모니터링하기 위한 인쇄회로패턴은 회로기판(130)에서 제2 체결홀(134)이 형성된 영역(A)을 지나도록 형성될 수 있다. 일례로, 배터리 셀 전압 측정 센서와 연결되는 패턴이 제2 체결홀(134)이 형성된 영역(A)을 지나도록 형성될 수 있다.
이로써, 한번 조립된 이후, 사용자에 의한 분리 시도가 있을 경우, 회로기판에서 제2 체결홀이 형성된 영역(A)이 쉽게 파손될 수 있도록 하고, 파손에 따라 배터리 셀 전압 측정 센서와 연결되는 패턴 또한 끊어지게 함으로써, 결과적으로, 배터리 모듈의 정상적인 동작을 방해함으로써, 조립 후 사용자에 의한 임의 분리 시도를 원천적으로 차단할 수 있도록 한다.
요컨대, 회로기판(130)이 버스바 홀더(120)에 고정됨에 있어서, 회로기판(130)의 복수의 체결홀들(132, 134) 중 제1 체결홀들(132)에는 외부로부터 제공되는 다수의 체결부재(140)가 관여하고, 제2 체결홀(134)에는 버스바 홀더(120)에서 상부로 돌출 형성되는 체결돌기(124)가 관여한다.
또한, 제2 체결홀(134)과 체결돌기(124)는 후크 결합 방식에 따라 체결되어 사용자에 의해 쉽게 분리되지 않도록 구성되며, 일정 이상의 외력이 가해지는 경우에는 취약부(136)을 따라 회로기판의 파손을 유도함으로써, 버스바 홀더로부터 회로기판을 분리하고자 하는 시도가 있었다는 흔적이 남을 수 있도록 한다.
또한, 회로기판에서 제2 체결홀이 형성된 영역(A)에는 배터리 모듈의 제어 관여하는 인쇄회로패턴이 지나가도록 구성하여, 취약부(136)를 따라 회로기판에서 제2 체결홀이 형성된 영역(A)이 파손된 경우 배터리 모듈이 정상 작동되지 않도록 한다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 배터리 모듈의 중요 부품이 실장되는 회로기판의 조립 후 임의 분리를 방지할 수 있는 장점이 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100 : 배터리 모듈 110 : 버스바
112 : 버스바의 체결홈들 120 : 버스바 홀더
122 : 체결홈들 124 : 체결돌기
130 : 회로기판 132 : 제1 체결홀들
134 : 제2 체결홀 136 : 취약부
140 : 다수의 체결부재

Claims (11)

  1. 배터리 셀들;
    상기 배터리 셀들 상부에 위치하고, 상기 배터리 셀들을 서로 전기적으로 연결하기 위한 다수의 버스바가 장착되는 버스바 홀더; 및
    상기 버스바 홀더의 상부에 위치하고, 상기 배터리 셀들의 충방전 상태를 제어 및 모니터링하는 부품이 실장되는 회로기판;을 포함하되,
    상기 회로기판은 주변부를 따라 형성되는 복수의 체결홀들을 포함하며, 상기 복수의 체결홀들 중 제1 체결홀들을 통하여 상기 버스바 홀더로 체결되는 다수의 체결부재에 의해 상기 버스바 홀더에 고정되며,
    상기 회로기판은, 상기 회로기판에서 상기 복수의 체결홀들 중 제2 체결홀이 형성된 영역을 상기 회로기판으로부터 분리하기 위한 취약부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 버스바 홀더는, 상기 제1 체결홀들과 상응하는 위치에 각각 형성되는 체결홈들을 포함하고,
    상기 다수의 체결부재는 상기 제1 체결홀들을 통하여 상기 체결홈들로 각각 체결되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 버스바 홀더는, 상기 제2 체결홀과 상응하는 위치에 상부로 돌출 형성되는 체결돌기를 더 포함하고,
    상기 회로기판의 제2 체결홀은 상기 체결돌기에 끼워맞춰지는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 체결돌기는 후크 형상인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 다수의 체결부재와 상기 체결홈들은 볼트와 너트 구조인 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 회로기판의 상기 배터리 셀들의 충방전 상태를 제어 및 모니터링하기 위한 인쇄회로패턴은 상기 회로기판에서 상기 제2 체결홀이 형성된 영역을 지나는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 취약부는 파선 형상의 홀로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 취약부는 비관통 형상의 오목부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 취약부는 파선 형상의 홀과 비관통 형상의 오목부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
  11. 제3항에 있어서,
    상기 버스바 홀더에 장착된 다수의 버스바는 상기 제1 체결홀들과 상응하는 위치에 각각 형성된 체결홈들을 포함하고,
    상기 다수의 체결부재는 상기 제1 체결홀들 및 상기 다수의 버스바의 체결홈들을 통하여 상기 버스바 홀더의 체결홈들로 각각 체결되는 것을 특징으로 하는 배터리 모듈.
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