KR102383975B1 - 배터리 버스바 장치, 이를 이용한 배터리 버스바 체결 구조 및 이를 구비한 배터리 팩 - Google Patents

배터리 버스바 장치, 이를 이용한 배터리 버스바 체결 구조 및 이를 구비한 배터리 팩 Download PDF

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Abstract

본 발명은 배터리 버스바 장치, 이를 이용한 배터리 버스바 체결 구조에 관한 것으로서, 배터리의 터미널에 체결 부재에 의해 조립되도록 이루어진 버스바와; 상기 버스바의 외부에 씌워져 버스바를 보호하거나 절연하는 바 하우징과; 상기 바 하우징과 버스바 사이에 구비되어, 상기 버스바가 상기 터미널에 체결 부재로 조립되기 전에는 상기 버스바가 상기 터미널 방향으로 이동하는 것을 제한하는 이격 수단을 포함하여 구성됨으로써, 조립 불량을 최소화할 수 있고, 이에 따라 배터리의 신뢰성을 높일 수 있다.

Description

배터리 버스바 장치, 이를 이용한 배터리 버스바 체결 구조 및 이를 구비한 배터리 팩{Busbar device of battery, structure for fastening the busbar using the same, and battery pack having the same}
본 발명은 배터리에 관한 것으로서, 특히 배터리 모듈의 터미널을 전기적으로 연결하는 버스바 및 버스바 체결 구조에 관한 것이다.
일반적으로 배터리 팩은 전기 자동차(EV), 하이브리드 자동차(HEV), 전기 자전거 등과 같이 전기를 필요로 하는 다양한 장치에 설치되어 전기를 공급할 수 있도록 구성된다.
배터리 팩은 내부에 여러 개의 배터리 모듈이 탑재되고, BMS(Battery Management System), 냉각 시스템 등 각종 제어 및 보호 시스템이 추가로 구성된다.
배터리 모듈은 배터리의 기본 단위인 배터리 셀들을 하나로 묶어서 구성하고, 여기서 배터리 셀은 일반적으로 충전이 가능한 2차 전지를 사용한다.
이러한 배터리 모듈들은 배터리 팩을 구성하기 위해 전기적으로 상호 연결되는데, 이를 위해 각 배터리에는 터미널이 구성되고, 이 터미널들은 모듈 버스바(busbar)에 의해 전기적으로 직렬 또는 병렬로 상호 연결된다.
배터리 모듈의 터미널과 모듈 버스바는 볼트를 이용하여 조립하게 되는데, 배터리 팩을 제조할 때, 관리 미흡 또는 작업자의 실수 등으로 볼트가 미체결된 상태로 제작되는 경우가 발생하고 있다.
이와 같이 볼트가 미체결된 경우에 접촉 저항이 증가하게 되므로 EOL(End-Of-Line) 등 제품 검사 장비에서 BMS(Battery Management System) 진단에 의해 일반적으로는 미체결 부위를 검출할 수 있게 된다.
하지만, 볼트가 제대로 체결되지 않은 상태에서 모듈 버스바와 터미널이 접촉된 상태로 있는 경우에는 EOL 검사시에는 검출되지 않지만, 추후 배터리 사용 중에 미체결 되거나 제대로 체결되지 않은 부분에 의해 배터리 불량이 발생하는 경우가 있다.
따라서, 볼트 미체결 등으로 인한 배터리 불량 발생을 방지할 수 있는 장치의 개발이 요구되고 있다.
한국 공개특허 제10-2017-0028647호 한국 공개특허 제10-2017-0055719호 일본 특허공개 제2014-135163호
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 버스바를 체결 부재를 이용하여 체결할 때만 터미널에 접촉되도록 구성함으로써 조립 불량을 최소화하여 배터리의 신뢰성을 높일 수 있는 배터리 버스바 장치, 이를 이용한 배터리 버스바 체결 구조 및 이를 구비한 배터리 팩을 제공하는 데 목적이 있다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 배터리 버스바 장치는, 배터리의 터미널에 체결 부재에 의해 조립되도록 이루어진 버스바와; 상기 버스바의 외부에 씌워져 버스바를 보호하거나 절연하는 바 하우징과; 상기 바 하우징과 버스바 사이에 구비되어, 상기 버스바가 상기 터미널에 체결 부재로 조립되기 전에는 상기 버스바가 상기 터미널 방향으로 이동하는 것을 제한하는 이격 수단을 포함한 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 이격 수단은 상기 바 하우징의 내면에서 돌출되어 상기 버스바의 이동을 제한한 상태에서 일정 이상의 힘이 가해질 경우에 상기 버스바의 이동이 가능해지도록 하는 돌출부로 구성될 수 있다.
상기 돌출부는 상기 버스바가 상기 터미널과 조립되는 방향으로 점차 돌출되는 경사면으로 형성될 수 있다.
상기 버스바는 상기 돌출부에 접촉되는 면이 경사면으로 형성될 수 있다.
상기 바 하우징은 상기 돌출부가 형성된 부분을 중심으로 양쪽 부분이 절개된 구조로 형성될 수 있다.
상기 돌출부는 상기 버스바를 중심으로 상부와 하부에 각각 구성되어 상기 터미널과 조립되는 방향의 반대 방향으로도 상기 버스바의 이동을 제한하도록 구성될 수 있다.
상기 돌출부와 이와 접촉하는 버스바는 상기 버스바가 상기 터미널과 조립되는 방향으로만 이동하도록 하는 일방향 톱니 결합 구조로 형성될 수 있다.
상기 이격 수단은 상기 바 하우징의 일부가 절개되어 구성되고, 이 절개된 부분이 상기 버스바에 밀착된 상태에서 상기 버스바에 외력이 가해질 경우에 상기 바 하우징 바깥쪽으로 휘어지면서 상기 버스바의 이동이 가능하도록 구성될 수 있다.
상기 이격 수단은 상기 바 하우징과 상기 버스바 사이에 구비된 탄성 부재로 이루어질 수 있다.
또한, 상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 배터리 버스바 체결 구조는, 상기 배터리 버스바 장치와, 배터리에 구성되는 터미널과, 상기 버스바와 터미널에 체결되어 상기 버스바를 터미널에 밀착시키는 체결 부재를 포함하고; 상기 버스바는 상기 터미널로부터 이격된 이격 위치에 있다가 상기 체결 부재로 체결시에 상기 이격 수단을 극복하고 상기 터미널에 접촉되는 접촉 위치로 변경될 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 배터리 팩은, 상기한 배터리 버스바 체결 구조를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 주요한 과제 해결 수단들은, 아래에서 설명될 '발명의 실시를 위한 구체적인 내용', 또는 첨부된 '도면' 등의 예시를 통해 보다 구체적이고 명확하게 설명될 것이며, 이때 상기한 바와 같은 주요한 과제 해결 수단 외에도, 본 발명에 따른 다양한 과제 해결 수단들이 추가로 제시되어 설명될 것이다.
본 발명에 따른 배터리 버스바 장치, 이를 이용한 배터리 버스바 체결 구조 및 이를 구비한 배터리 팩은, 바 하우징 내에 이격 수단이 구성되어 체결 부재를 이용하여 버스바를 조립해야만 터미널에 접촉되도록 구성되기 때문에 버스바가 미체결 되는 문제를 해결하여 조립 불량을 최소화할 수 있고, 이에 따라 배터리의 신뢰성을 높일 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 제 1 실시예의 배터리 버스바 장치 및 이를 이용한 배터리 버스바 체결 구조가 도시된 평면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 제 1 실시예의 배터리 버스바 장치 및 이를 이용한 배터리 버스바 체결 구조가 도시된 정면도로서, 버스바 조립 전 상태의 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 제 1 실시예의 배터리 버스바 장치 및 이를 이용한 배터리 버스바 체결 구조가 도시된 정면 상세도로서, 버스바가 조립된 상태의 도면이다.
도 4는 도 3의 A-A선 방향의 단면도로서, 버스바 조립 전 상태의 도면이다.
도 5는 도 3의 A-A선 방향의 단면도로서, 버스바가 조립된 상태의 도면이다.
도 6은 도 5의 "B" 방향에서 본 배터리 버스바 장치의 측면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 제 2 실시예의 배터리 버스바 장치가 도시된 측면도이다.
도 8은 도 7의 C-C선 방향의 단면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 제 3 실시예의 배터리 버스바 장치 및 이를 이용한 배터리 버스바 체결 구조가 도시된 단면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 제 4 실시예의 배터리 버스바 장치 및 이를 이용한 배터리 버스바 체결 구조가 도시된 단면도이다.
도 11은 본 발명에 따른 제 5 실시예의 배터리 버스바 장치 및 이를 이용한 배터리 버스바 체결 구조가 도시된 단면도이다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 6은 본 발명에 따른 제 1 실시예의 배터리 버스바 장치 및 이를 이용한 배터리 버스바 체결 구조가 도시된 도면들로서, 도 1은 배터리 팩의 평면도, 도 2는 배터리 팩의 버스바 조립 전 상태의 정면도, 도 3은 정면 상세도, 도 4 및 도 5는 도 3의 A-A선 단면도로서 도 4는 조립 전 상태, 도 5는 조립된 상태의 도면, 도 6은 도 5의 "B" 방향에서 본 배터리 버스바 장치의 측면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 복수개의 배터리 모듈(10)이 구비된다. 도면에서 2개의 배터리 모듈(11,12)만을 도시하였으나 실시 조건에 따라서는 그 이상의 개수로 배터리 모듈(10)을 구성하여 본 발명에 따른 배터리 팩을 구성할 수 있다.
각 배터리 모듈(10; 11)에는 다른 배터리 모듈(10; 12)과 전기적으로 연결될 수 있도록 터미널(15; 16,17)이 노출된다.
인접한 배터리 모듈(11)(12)의 터미널(16)(17)들은 버스바(21)를 통해 전기적으로 연결되도록 구성된다.
터미널(15)과 버스바(21)는 볼트와 같은 체결 부재(40; 41,42)를 이용하여 조립할 수 있다. 이에 따라 터미널(15)과 버스바(21)에는, 도 4를 참조하면, 체결 부재(40)가 체결될 수 있도록 볼트 홀(18)(22)이 각각 형성되는 것이 바람직하다. 여기서, 체결 부재(40)가 볼트가 아닌 경우, 예를 들면 리벳형 체결 부재, 집게형 체결 부재인 경우에는 각각의 체결 부재에 맞는 홀 또는 체결 구조가 버스바(21) 및 터미널(15)에 형성되는 것이 바람직하다.
참고로, 도 4 등에서 도면 부호 45는 체결 부재(40)가 볼트로 구성된 경우에 반대쪽에서 체결되는 너트 구조물을 나타낸 것으로, 반드시 필요한 구성은 아니다.
상기와 같은 버스바(21)는 외부에 씌워져 버스바(21)를 보호하거나 외부와 절연시키는 바 하우징(30)이 구비된다. 그리고 바 하우징(30)과 버스바(21) 사이에는 버스바(21)의 이동을 제한하는 이격 수단(예를 들면 32a)이 구비된다.
버스바(21), 바 하우징(30), 이격 수단은 본 발명에 따른 배터리 버스바 장치(20)를 구성하게 되는데, 주로 도 3 내지 도 6을 참조하여 각각의 구성에 대하여 상세히 설명한다.
버스바(21)는 긴 막대형 구조로 이루어져 양단부가 양쪽 터미널(16)(17)에 각각 조립되어 전기적으로 연결되게 하는 기능을 한다.
본 실시예의 도면에서 버스바(21)는 두께가 일정한 판형 구조인 것을 예시하고 있으나 이에 한정되지 않고, 전기적 연결이 가능한 다양한 구조로 변경하여 실시할 수 있다. 예를 들면 터미널(15)과 체결 부재(40)로 조립되는 부분은 도전성 금속판으로 구성하고, 그 외의 부분은 케이블을 연결하여 구성하는 것도 가능하다.
바 하우징(30)은 버스바(21)가 외부로 노출되지 않도록 하여 절연하는 기능을 수행할 수 있도록 구성된다.
참고로, 도 3 등에서 도면 부호 14는 배터리 모듈(10) 쪽에 구비되어 바 하우징(30)을 지지하거나 고정하는 구조물로서, 반드시 필요한 구성은 아니다.
이러한 바 하우징(30)은 도면에서와 같이 상부와 하부가 개방된 육면체 박스형으로 구성될 수 있고, 상부는 뚜껑(35)이 결합되도록 구성될 수 있다.
특히, 바 하우징(30)의 적어도 내측 일면, 예를 들면 안쪽 측면(32) 쪽에는 상기 이격 수단이 구성된다. 바람직하게는 이격 수단이 바 하우징(30)의 내부 양측면에 구성된다.
이격 수단은 바 하우징(30)과 버스바(21) 사이에서 작용하도록 구성되는데, 버스바(21)가 터미널(15)에 체결 부재(40)로 조립되기 전에는 버스바(21)가 터미널(15) 방향으로 이동하는 것을 제한하도록 구성된다.
즉, 이격 수단은 버스바(21)를 터미널(15)에 조립하기 전에 버스바(21)가 터미널(15)로부터 이격된 이격 위치에 있다가 체결 부재(40)로 체결하여 조립하게 되면 체결 부재(40)의 체결력에 의해 터미널(15) 쪽으로 이동하여 터미널(15)에 접촉되는 접촉 위치로 변경이 가능하도록 구성된다.
이와 같은 이격 수단은 다양하게 구성될 수 있는데, 본 실시예의 이격 수단은 바 하우징(30)의 측면(32) 내부에서 돌출되는 돌출부(32a)로 구성되고, 이 돌출부(32a)가 버스바(21)의 이동을 제한한 상태에서 체결 부재(40)의 체결력 등 일정 이상의 힘이 가해질 경우에 버스바(21)의 이동이 가능해지도록 구성된다.
이때, 돌출부(32a)는 버스바(21)가 터미널(15)과 조립되는 방향으로 점차 돌출되는 경사면(32b)이 포함되게 구성될 수 있다.
또한, 버스바(21)도 돌출부(32a)에 접촉되는 면이 경사면(25)으로 형성될 수 있다.
그리고, 바 하우징(30)은 도 6에 도시된 바와 같이 측면(32)의 일부가 절개된 절개부(32c)가 형성될 수 있다. 즉, 도 6에서와 같이 돌출부(32a)가 형성된 부분을 중심으로 양쪽 부분에 절개부(32c)가 형성되어 체결 부재(40)에 의해 버스바(21)가 접촉 위치로 이동할 때 바깥쪽으로 용이하게 젖혀지도록 구성된다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 버스바(21)를 조립하기 전에는 도 4와 같이 돌출부(32a)에 의해 버스바(21)가 이격 위치에 있게 되므로, 버스바(21)와 터미널(15)의 접촉은 이루어지지 않게 된다.
이후, 도 5에서와 같이 체결 부재(40)를 체결하게 되면, 볼트의 체결력에 의해 버스바(21)가 터미널(15) 방향으로 이동하게 되고, 이때 이격 수단을 구성하는 돌출부(32a) 및 바 하우징(30)의 측면(32) 일부가 바깥쪽으로 젖혀지고, 완전히 체결되면, 버스바(21)가 접촉 위치로 이동하여 버스바(21)가 터미널(15)에 밀착되어 전기적으로 연결된 상태가 된다.
이하, 본 발명에 따른 다른 여러 실시예들을 설명한다. 다만, 앞서 설명한 본 발명에 따른 제 1 실시예의 구성과 동일 유사한 구성 부분에 대해서는 도면에 동일한 도면 부호를 부여하고 그에 대한 반복 설명은 생략한다.
도 7은 본 발명에 따른 제 2 실시예의 배터리 버스바 장치가 도시된 측면도이고, 도 8은 도 7의 C-C선 방향의 단면도이다.
본 발명에 따른 제 2 실시예의 배터리 버스바 장치(20A)는, 이격 수단이 바 하우징(30)의 일부가 절개된 후크부(32d)로 구성된다.
본 실시예에서는 바 하우징(30)의 측면(32)에 3개의 후크부(32d)가 구성된 것을 예시하고 있으나, 후크부(32d)의 개수는 실시 조건에 따라 적절한 개수로 설계하여 구성할 수 있다.
이러한 후크부(32d)는 안쪽면에 앞서 설명한 제 1 실시예에서와 같은 돌출부(32a)가 형성되는 것이 바람직하다.
복수의 후크부(32d)로 이루어진 이격 수단은 버스바(21)의 측면에 밀착된 상태에서 체결 부재(40)가 체결되어 외력이 가해질 경우에 후크부(32d)가 바 하우징(30) 바깥쪽으로 휘어지면서 버스바(21)가 터미널(15) 방향으로 이동하여 터미널에 밀착될 수 있도록 구성된다.
도 9는 본 발명에 따른 제 3 실시예의 배터리 버스바 장치 및 이를 이용한 배터리 버스바 체결 구조가 도시된 단면도이다.
본 발명에 따른 제 3 실시예의 배터리 버스바 장치(20B)는, 이격 수단을 구성하는 돌출부(32e)가 바 하우징(30)의 측면(32) 내부에서 반원형 구조로 돌출된다.
그리고 돌출부(32e)는 버스바(21) 이동 방향으로 복수개, 도면에서는 상하로 3개가 나란히 구성된다. 그리고 버스바(21)의 측면도 반원형 구조로 형성되는 것이 바람직하다.
이와 같은 돌출부(32e)는 버스바(21)를 중심으로 상부와 하부에 각각 구성되므로 버스바(21)가 터미널(15)과 조립되는 방향은 물론 터미널(15)과 조립되는 방향의 반대 방향으로도 버스바(21)의 이동을 제한할 수 있게 된다.
물론, 돌출부(32e)를 버스바(21)가 터미널(15)과 조립되는 방향인 아래쪽에만 하나만 구성하는 것도 가능하다.
도 10은 본 발명에 따른 제 4 실시예의 배터리 버스바 장치 및 이를 이용한 배터리 버스바 체결 구조가 도시된 단면도이다.
본 발명에 따른 제 4 실시예의 배터리 버스바 장치(20C)는, 이격 수단을 구성하는 바 하우징(30)의 돌출부(32f)와 이와 접촉하는 버스바(21)의 측면이 버스바(21)가 터미널(15)과 조립되는 방향으로만 이동하도록 하는 일방향 톱니 결합 구조로 형성된다.
이와 같이 이격 수단이 일방향 톱니 결합 구조로 구성된 경우에 체결 부재(40)에 의해 버스바(21)가 터미널(15)에 밀착된 후에는 일방향 톱니 결합 구조에 의해 버스바(21)가 뒤쪽으로 이동이 제한되므로 안정된 접촉 상태를 유지할 수 있게 된다.
도 11은 본 발명에 따른 제 5 실시예의 배터리 버스바 장치 및 이를 이용한 배터리 버스바 체결 구조가 도시된 단면도이다.
본 발명에 따른 제 5 실시예의 배터리 버스바 장치(20D)는, 이격 수단이 바 하우징(30)과 버스바(21) 사이에 구비된 탄성 부재(34)로 이루어진다.
본 실시예의 도면에서는 탄성 부재(34)가 스프링으로 구성된 것을 예시하고 있으나, 이에 한정되지 않고, 버스바(21)를 터미널(15)로부터 이격시킬 수 있는 탄성을 갖는 부재라면, 공지의 여러 탄성 부재(34)를 적용하여 구성할 수 있다. 예를 들면, 스펀지와 같은 절연성 다공 부재, 실리콘 부재 등을 이용하여 구성하는 것도 가능하다.
도 11에서 도면 부호 33은 탄성 부재(34)를 지지하는 지지부를 나타낸다.
한편, 본 발명에 따른 배터리 버스바 장치(20)는 배터리 모듈(10)에 구성되는 터미널(15)을 전기적으로 상호 연결되는데 한정되지 않고, 배터리 팩에 구성되는 여러 전기적 연결 요소들에도 앞서 설명한 본 발명의 여러 실시예의 구성을 동일 또는 유사하게 적용하여 구성하는 것이 가능하다.
상기한 바와 같은, 본 발명의 실시예들에서 설명한 기술적 사상들은 각각 독립적으로 실시될 수 있으며, 서로 조합되어 실시될 수 있다. 또한, 본 발명은 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 실시예를 통하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
10, 11, 12 : 배터리 모듈 15, 16, 17 : 터미널
20 : 배터리 버스바 장치 21 : 버스바
25 : 경사면 30 : 바 하우징
32 : 측면 32a : 돌출부
32b : 경사면 32c : 절개부
32d : 후크부 32e : 돌출부
32f : 돌출부 34 : 탄성 부재
35 : 뚜껑 40, 41, 42 : 체결 부재

Claims (11)

  1. 배터리의 터미널에 체결 부재에 의해 조립되도록 이루어진 버스바와;
    상기 버스바의 외부에 씌워져 버스바를 보호하거나 절연하는 상부와 하부가 개방된 박스형 바 하우징과;
    상기 바 하우징의 내측에 구비되어, 상기 버스바가 상기 터미널에 체결 부재로 조립되기 전에는 상기 버스바가 상기 터미널 방향으로 이동하는 것을 제한하는 이격 수단을 포함한 것을 특징으로 하는 배터리 버스바 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 이격 수단은 상기 바 하우징의 내면에서 돌출되어 상기 버스바의 이동을 제한한 상태에서 일정 이상의 힘이 가해질 경우에 상기 버스바의 이동이 가능해지도록 하는 돌출부로 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 버스바 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 버스바가 상기 터미널과 조립되는 방향으로 점차 돌출되는 경사면으로 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 버스바 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 버스바는 상기 돌출부에 접촉되는 면이 경사면으로 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 버스바 장치.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 바 하우징은 상기 돌출부가 형성된 부분을 중심으로 양쪽 부분이 절개된 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 버스바 장치.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 버스바를 중심으로 상부와 하부에 각각 구성되어 상기 터미널과 조립되는 방향의 반대 방향으로도 상기 버스바의 이동을 제한하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 버스바 장치.
  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 돌출부와 이와 접촉하는 버스바는 상기 버스바가 상기 터미널과 조립되는 방향으로만 이동하도록 하는 일방향 톱니 결합 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 배터리 버스바 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 이격 수단은 상기 바 하우징의 일부가 절개되어 구성되고, 이 절개된 부분이 상기 버스바에 밀착된 상태에서 상기 버스바에 외력이 가해질 경우에 상기 바 하우징 바깥쪽으로 휘어지면서 상기 버스바의 이동이 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 배터리 버스바 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 이격 수단은 상기 바 하우징과 상기 버스바 사이에 구비된 탄성 부재로 이루어진 것을 특징으로 하는 배터리 버스바 장치.
  10. 삭제
  11. 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항에 기재된 배터리 버스바 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 배터리 팩.
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