KR20130054715A - 전지팩 케이스 - Google Patents

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KR20130054715A
KR20130054715A KR20110120269A KR20110120269A KR20130054715A KR 20130054715 A KR20130054715 A KR 20130054715A KR 20110120269 A KR20110120269 A KR 20110120269A KR 20110120269 A KR20110120269 A KR 20110120269A KR 20130054715 A KR20130054715 A KR 20130054715A
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cooling
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battery
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battery pack
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윤찬
정영학
정현철
김배균
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삼성전기주식회사
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Abstract

본 발명은 전지팩 케이스에 관한 것으로, 적어도 하나 이상의 전지셀과, 상기 전지셀이 삽입되는 삽입부가 경사지게 형성된 냉각케이스 및 상기 냉각케이스에 구비되며, 전지셀 사이로 냉각 매체가 유동되도록 경사지게 형성된 냉각유로를 포함한다.
본 발명에 따르면, 접속단자를 제외한 전지셀의 전면이 냉각유로에 접촉되고, 각 전지셀에 냉각 매체의 양이 균일하게 공급됨으로써, 전지셀에 대한 냉각 효율을 높일 수 있고, 전지셀의 수명을 늘릴수 있는 효과으며, 냉각유로가 경사지게 형성되어 공급되는 냉각 매체가 높이차로 인해 자동으로 유동되므로, 냉각 매체의 유동을 위한 동력원을 삭제할 수 있고, 전지셀을 슬라이드 방식으로 삽입하므로, 제조과정이 간단하고, 전지셀의 교체시 해당 전지셀만 교체가 가능하므로 유지보수를 간편하게 할 수 있는 효과가 있다.

Description

전지팩 케이스{BATTERY PACK CASE}
본 발명은 전지팩 케이스에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 넓은 면적에서 셀의 냉각이 일어나게 함으로써, 전지의 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 전지팩 케이스에 관한 것이다.
일반적으로 이차전지(secondary battery)는 충전이 불가능한 일차전지와는 달리 충전 및 방전할 수 있는 전지로써, 휴대 전화, 노트북 컴퓨터, 디지털 카메라, MP3 플레이어 등 각종 휴대용 전자기기를 구동하는 전원으로 널리 이용되고 있다.
또한, 이차전지는 화석 연료를 사용하는 기존의 가솔린 차량, 디젤 차량 등의 대기오염 등을 해결하기 위한 방안으로 제시되고 있는 전기자동차(EV), 하이브리드 전기자동차(HEV) 등의 동력원으로서도 주목받고 있다.
이러한 이차전지로 형성된 전지 모듈은 소형 모바일 기기들에 디바이스 1대당 하나 또는 두서너 개의 전지셀들이 사용됨에 반하여, 자동차 등과 같은 중대형 디바이스에는 고출력 대용량의 필요성으로 인해, 다수의 전지셀을 전기적으로 연결한 중대형 전지 모듈이 사용된다.
상기 전지 모듈은 여러 가지 형상으로 제조되고 있는데, 대전력을 필요로 하는 기기 예컨대, 전기 자동차 등의 모터 구동에 사용될 수 있도록 상기한 고출력 전지셀을 복수개 직렬로 연결하여 중대형의 전지 모듈을 구성하게 된다.
여기서, 중대형 전지 모듈은 가능하면 작은 크기와 중량으로 제조되는 것이 바람직하므로, 높은 집적도로 충적될 수 있고 용량 대비 중량이 작은 각형 전지, 파우치형 전지 등이 중대형 전지 모듈의 전지셀로서 주로 사용되고 있다.
한편, 중대형 전지 모듈을 구성하는 전지셀들은 충방전이 가능한 이차전지로 구성되어 있으므로 충방전 과정에서 다량의 열이 발생하게 된다. 이때, 충방전 과정에서 발생하는 전지셀의 열이 효과적으로 제거되지 못하게 되면, 열축적이 일어나고 결과적으로 전지셀의 열화를 촉진하여 충방전의 효율을 저하시키며, 경우에 따라서는 발화 또는 폭발의 위험성도 존재한다. 따라서, 고출력 대용량의 전지인 중대형 전지 모듈에는 내장되는 전지셀들을 냉각시킬 수 있는 냉각 시스템이 형성된 전지팩 케이스가 필요하다.
종래의 전지팩 케이스는 냉각 효율을 향상시키기 위하여, 전지팩 케이스의 외면을 통과하고 내부를 관통하는 구조로 냉각유로가 형성되어 있다. 이러한 냉각 유로는 구조가 복잡할 뿐만 아니라, 전지팩 케이스의 부피를 증가시키는 원인이 되기도 한다. 따라서, 냉매유입부와 냉매배출구가 상호 반대 방향으로 전지팩 케이스의 상부 및 하부에 위치하고, 냉매유입부로부터 전지 전지셀에 이르는 유동 공간의 상면과 하면이 평행한 구조로 형성되어 있는 전지팩 케이스를 사용하였으나, 이러한 구조에서는 유량이 냉매배출구 근처의 전지셀들 사이의 유로에 많이 유입되고, 냉매유입부 근처의 유로에는 유량이 많이 감소하여 전지셀들 간의 균일한 냉각이 어렵다는 문제점이 있다.
또한, 전지팩 케이스의 각 전지셀에 냉각 매체가 균일하게 접촉하도록 하기 위하여 냉각 매체를 유동시키는 동력원이 사용되는데, 이러한 동력원을 통한 냉각 매체의 유동을 위해 추가적인 전력이 소모되는 문제점이 있다.
KR 10-2006-0037601 A KR 10-2006-0037627 A
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 본 발명은 전지셀의 전면에서 방열이 일어나고, 각 전지셀에 공급되는 냉각 매체의 양을 균일하게 하여 냉각 효율을 높일 수 있는 전지팩 케이스를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 냉각 매체를 유동시키기 위한 동력원 없이 자동적으로 냉각 매체가 유동할 수 있는 전지팩 케이스를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 전지팩 케이스에 내장되는 전지셀을 간편하게 교체할 수 있는 전지팩 케이스를 제공하기 위한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 전지팩 케이스는 적어도 하나 이상의 전지셀과, 상기 전지셀이 삽입되는 삽입부가 경사지게 형성된 냉각케이스 및 상기 냉각케이스에 구비되며, 전지셀 사이로 냉각 매체가 유동되도록 경사지게 형성된 냉각유로를 포함한다.
여기서, 상기 냉각케이스는 상기 냉각유로의 일측에 형성되어 냉각 매체가 유입되는 냉매유입부 및 상기 냉각유로의 타측에 형성되어 전지셀을 통과한 냉각 매체가 배출되는 냉매배출부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 냉매유입부는 냉매배출부에 비해 상부에 형성될 수 있다.
또한, 상기 냉각케이스는 알루미늄, 구리, 철, 스텐레스 스틸, 세라믹, 폴리머 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
한편, 상기 전지셀은 양측 방향으로 단자가 돌출 형성될 수 있다.
그리고 상기 전지셀은 각형으로 형성될 수 있다.
아울러, 상기 냉각 매체는 냉각수일 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지팩 케이스는 적어도 하나 이상의 전지셀과, 상기 전지셀이 삽입되는 삽입부가 경사지게 형성된 냉각케이스와, 상기 삽입부에 형성되어 전지셀을 고정시키는 고정부 및 상기 냉각케이스에 구비되며, 전지셀 사이로 냉각 매체가 유동되도록 경사지게 형성된 냉각유로를 포함한다.
여기서, 상기 냉각케이스는 상기 냉각유로의 일측에 형성되어 냉각 매체가 유입되는 냉매유입부 및 상기 냉각유로의 타측에 형성되어 전지셀을 통과한 냉각 매체가 배출되는 냉매배출부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 냉매유입부는 냉매배출부에 비해 상부에 형성될 수 있다.
이때, 상기 냉각케이스는 알루미늄, 구리, 철, 스텐레스 스틸, 세라믹, 폴리머 중 어느 하나로 형성될 수 있다.
한편, 상기 전지셀은 양측 방향으로 단자가 돌출 형성될 수 있다.
또한, 상기 전지셀은 각형으로 형성될 수 있다.
아울러, 상기 냉각 매체는 냉각수일 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 전지팩 케이스는 접속단자를 제외한 전지셀의 전면이 냉각유로에 접촉되고, 각 전지셀에 냉각 매체의 양이 균일하게 공급됨으로써, 전지셀에 대한 냉각 효율을 높일 수 있고, 전지셀의 수명을 늘릴수 있는 효과가 있다.
또한, 냉각유로가 경사지게 형성되어 공급되는 냉각 매체가 높이차로 인해 자동으로 유동됨으로써, 냉각 매체의 유동을 위한 동력원을 삭제할 수 있으므로, 냉각 매체의 유동을 위한 추가 전력의 소모를 줄일 수 있고, 생산 비용 및 유지 보수 비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.
그리고 전지셀을 슬라이드 방법으로 삽입되므로, 제조과정이 간단하고, 전지셀의 교체시 해당 전지셀만 교체가 가능하므로 유지보수를 간편하게 할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전지팩 케이스를 개략적으로 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전지팩 케이스를 개략적으로 나타낸 부분 절개 사시도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전지팩 케이스를 개략적으로 나타낸 단면도.
도 4는 전지팩 케이스에서 전지셀을 제거한 모습을 나타낸 사시도.
도 5는 전지셀을 개략적으로 나타낸 사시도.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지팩 케이스를 개략적으로 나타낸 사시도.
도 7은 도 6의 전지팩 케이스를 나타낸 단면도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 기술적 사상은 청구범위에 의해 결정되며, 이하의 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 효율적으로 설명하기 위한 일 수단일 뿐이다.
이하, 첨부된 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 전지팩 케이스의 실시예를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전지팩 케이스를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 전지팩 케이스를 개략적으로 나타낸 부분 절개 사시도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 전지팩 케이스를 개략적으로 나타낸 단면도이고, 도 4는 전지팩 케이스에서 전지셀을 제거한 모습을 나타낸 사시도이며, 도 5는 전지셀을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 1 내지 도 5에서 보는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 전지팩 케이스는 하나 이상의 전지셀(110)과, 상기 전지셀(110)이 삽입되는 삽입부(121)가 경사지게 형성된 냉각케이스(120) 및 상기 냉각케이스(120)에 구비되며, 전지셀(110) 사이로 냉각 매체가 유동되도록 경사지게 형성된 냉각유로(122)를 포함한다.
또한, 상기 냉각케이스(120)는 냉각유로(122)의 일측에 형성되어 냉각 매체가 유입되는 냉매유입부(123) 및 상기 냉각유로(122)의 타측에 형성되어 냉각유로(122)를 통과한 냉각 매체가 배출되는 냉매배출부(124)를 포함할 수 있다.
상기 전지셀(110)은 양극판과 음극판이 격리판을 사이에 두고 위치하는 전극 조립체와, 전극 조립체가 내장되는 케이스와, 케이스에 결합되어 이를 밀폐하는 캡 조립체, 캡 조립체로 돌출되고 전극 조립체에 구비된 양극판과 음극판의 집전체와 전기적으로 연결되는 양극 및 음극 단자로 구성되어 기 설정된 양의 전력을 충방전 시키는 통상적인 구조의 이차 전지로 구성될 수 있다.
본 실시예에서는 상기와 같은 구조의 이차 전지에서 양극과 음극의 단자(111)가 양측으로 돌출되도록 형성된 각형의 전지셀(110)로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 냉각케이스(120)에는 전지셀(110)이 삽입되는 삽입부(121)가 형성되어 삽입되는 전지셀(110)을 냉각시키게 된다.
이때, 상기 냉각케이스(120) 알루미늄(Al), 구리(Cu), 철(Fe), 스텐레스 스틸(SUS), 세라믹, 폴리머 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나로 형성될 수 있다.
여기서, 상기 삽입부(121)는 냉각케이스(120)의 측면을 관통하여 형성된 것으로, 삽입되는 전지셀(110)이 수직 적층 형태로 삽입될 수 있도록 다수개의 삽입부(121)가 수직 방향으로 일정간격 이격되어 관통형성될 수 있다. 또한, 상기 전지셀(110)이 기울어져 삽입되도록 삽입부(121)가 소정각도 기울어지게 형성될 수 있다.
이때, 상기 삽입부(121)의 크기는 전지셀(110)의 크기와 동일한 크기로 형성되어 전지셀(110)의 삽입시 삽입부(121)의 내측면에 전지셀(110)이 접하도록 형성될 수 있다.
즉, 상기 전시셀(110)이 단자(111)가 형성된 양측면을 제외한 전면이 삽입부(121)의 내측면과 접하도록 삽입됨으로써, 넓은 면적에서 동시에 냉각이 일어나므로 전지셀(110)에 대한 냉각 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 삽입부(121)에 전지셀(110)을 결합할 시 전지셀(110)의 양측에 형성된 단자(111)가 냉각케이스(120)의 외부로 돌출되도록 냉각케이스(120)의 측면에 슬라이드 방식으로 삽입되므로, 제조과정이 간단하고, 전지셀(110)의 교체시 교체하려는 해당 전지셀(110)만 슬라이드 방식으로 분리가 가능하여 손쉽게 교체할 수 있는 효과가 있다.
여기서, 상기 냉각케이스(120)의 삽입부(121)에 삽입된 전지셀(110)은 적층배열되며, 상호 인접하도록 직렬 배열된 상태의 단자(111)들이 서로 직렬 및/또는 병렬 방식으로 결합 될 수 있다.
이때, 상기 단자(111)들의 결합은 용접, 솔더링, 볼트 및 너트를 이용한 기계적 체결 등 다양한 방식으로 구현될 수 있으며, 바람직하게는 용접으로 달성될 수 있다.
또한, 상기 냉각케이스(120)의 삽입부(121) 사이의 이격공간에는 냉각 매체가 유동하는 공간인 냉각유로(122)가 형성될 수 있다.
여기서, 상기 냉각유로(122)는 삽입부(121) 사이의 격벽에 형성된 것으로, 전지셀(110)의 사이를 통과하는 냉각 매체의 원활한 유동이 이루어지는 정도의 각도로 경사지게 형성되며, 상기한 작용을 만족하는 한 상기 경사진 각도가 어느 특정 값으로 특별히 한정되지 않는다.
그리고 상기 냉각케이스(120)는 상기 냉각유로(122)의 일측에 형성되어 유입구(123a)를 통해 공급되는 냉각 매체가 잠시 저장되었다가 냉각유로(122)로 유입되기까지의 유동 공간인 냉매유입부(123)와, 상기 냉각유로(122)의 타측에 형성되어 냉각유로(122)를 통과한 냉각 매체가 배출구(124a)로 배출되기까지 유동 공간인 냉매배출부(124)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 유입구(123a)는 냉각케이스(120)의 냉매유입부(123)로 냉각 매체를 공급하기 위하여 냉각케이스(120)의 일측 상부에 일체로 형성되고, 타측 하부에는 냉각유로(122)를 통과한 냉각 매체를 외부로 배출시키기 위한 배출구(124a)가 일체로 형성될 수 있다.
이때, 상기 냉매유입부(123)는 냉매배출부(124)에 비해 상부에 형성되고, 상기 삽입부(121) 및 냉각유로(122)가 냉매유입부(123)에서 냉매배출부(124)로 하향 경사지도록 형성될 수 있다.
따라서, 상기 냉각 매체는 유입구(123a)를 통해 냉매유입부(123)로 공급되고, 냉각유입부(123)에 비해 하부에 형성된 냉매배출부(124)로 유동하게 된다. 이때, 냉매유입부(123)로 공급된 냉각 매체는 전지셀(110) 사이에 형성되어, 냉매유입부(123)와 냉매배출부(124)가 연통되도록 하향 경사지게 형성된 냉각유로(122)를 통과하면서 전지셀(110)을 냉각시키고, 냉매배출부(124)를 통해 배출구(124a)로 배출될 수 있다.
즉, 서로 다른 높이로 형성된 냉매유입부(123)와, 냉매배출부(124) 및 경사지게 형성되어 냉매유입부(123)와 냉매배출부(124)를 연결하는 냉각유로(122)를 통하여 냉각 매체가 자연적으로 유동되므로, 냉각 매체 유동을 위한 별로의 동력원이 필요하지 않아 냉각 매체의 유동을 위한 추가 전력의 소모를 줄일 수 있고, 생산 비용 및 유지 보수 비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지팩 케이스를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 7은 도 6의 전지팩 케이스를 나타낸 단면도이다.
도 6 내지 도 7에서 보는 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 전지팩 케이스는 냉각케이스(120)에 삽입되는 전지셀(110)의 크기가 작을 경우의 실시예로, 적어도 하나 이상의 전지셀(110)과, 상기 전지셀(110)이 삽입되는 삽입부(121)가 경사지게 형성된 냉각케이스(120)와, 상기 삽입부(121)에 형성되어 전지셀(110)을 고정시키는 고정부(225) 및 상기 냉각케이스(120)에 구비되며, 전지셀(110) 사이로 냉각 매체가 유동되도록 경사지게 형성된 냉각유로(121)를 포함하되, 상기 냉각케이스(120)는 상기 냉각유로(121)의 일측에 형성되어 냉각 매체가 유입되는 냉매유입부(123) 및 상기 냉각유로(121)의 타측에 형성되어 전지셀(110)을 통과한 냉각 매체가 배출되는 냉매배출부(124)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 고정부(225)가 형성된 삽입부(121)를 제외한 나머지 구성은 상기에서 설명한 실시예와 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 고정부(225)는 전지셀(110)이 삽입되는 삽입부(121)의 내측 하면에 형성되어 전지셀(110)의 일측 및 타측을 지지하여 고정하도록 형성될 수 있다.
즉, 상기 삽입부(121)에 삽입되는 전지셀(110)의 크기가 작을 경우 전지셀(110)의 너비에 맞춰 삽입부(121)의 내측 하면에 고정부(225)를 형성하고, 고정부(225)의 사이로 전지셀(110)을 삽입하여 전지셀(110)의 일측 및 타측을 고정함으로써, 전지셀(110)의 유동을 방지할 수 있으며, 전지셀(110)의 일측 및 타측에 공기가 유동할 수 있는 공간을 형성하여 전지셀(110)을 보다 효율적으로 냉각시킬 수 있는 효과가 있다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다.
그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
110 : 전지셀
111 : 단자
120 : 냉각케이스
121 : 삽입부
122 : 냉각유로
123 : 냉매유입부
123a: 유입구
124 : 냉매배출부
124a: 배출구

Claims (14)

  1. 적어도 하나 이상의 전지셀;
    상기 전지셀이 삽입되는 삽입부가 경사지게 형성된 냉각케이스; 및
    상기 냉각케이스에 구비되며, 전지셀 사이로 냉각 매체가 유동되도록 경사지게 형성된 냉각유로;
    를 포함하는 전지팩 케이스;
  2. 청구항 1항에 있어서,
    상기 냉각케이스는
    상기 냉각유로의 일측에 형성되어 냉각 매체가 유입되는 냉매유입부; 및
    상기 냉각유로의 타측에 형성되어 전지셀을 통과한 냉각 매체가 배출되는 냉매배출부;
    를 포함하는 전지팩 케이스.
  3. 청구항 2항에 있어서,
    상기 냉매유입부는 냉매배출부에 비해 상부에 형성되는 전지팩 케이스.
  4. 청구항 1항에 있어서,
    상기 냉각케이스는
    알루미늄, 구리, 철, 스텐레스 스틸, 세라믹, 폴리머 중 어느 하나로 형성되는 전지팩 케이스.
  5. 청구항 1항에 있어서,
    상기 전지셀은 양측 방향으로 단자가 돌출 형성된 전지팩 케이스.
  6. 청구항 1항에 있어서,
    상기 전지셀은 각형인 전지팩 케이스.
  7. 청구항 1항에 있어서,
    상기 냉각 매체는 냉각수인 전지팩 케이스.
  8. 적어도 하나 이상의 전지셀;
    상기 전지셀이 삽입되는 삽입부가 경사지게 형성된 냉각케이스;
    상기 삽입부에 형성되어 전지셀을 고정시키는 고정부; 및
    상기 냉각케이스에 구비되며, 전지셀 사이로 냉각 매체가 유동되도록 경사지게 형성된 냉각유로;
    를 포함하는 전지팩 케이스;
  9. 청구항 8항에 있어서,
    상기 냉각케이스는
    상기 냉각유로의 일측에 형성되어 냉각 매체가 유입되는 냉매유입부; 및
    상기 냉각유로의 타측에 형성되어 전지셀을 통과한 냉각 매체가 배출되는 냉매배출부;
    를 포함하는 전지팩 케이스.
  10. 청구항 9항에 있어서,
    상기 냉매유입부는 냉매배출부에 비해 상부에 형성되는 전지팩 케이스.
  11. 청구항 8항에 있어서,
    상기 냉각케이스는
    알루미늄, 구리, 철, 스텐레스 스틸, 세라믹, 폴리머 중 어느 하나로 형성되는 전지팩 케이스.
  12. 청구항 8항에 있어서,
    상기 전지셀은 양측 방향으로 단자가 돌출 형성된 전지팩 케이스.
  13. 청구항 8항에 있어서,
    상기 전지셀은 각형인 전지팩 케이스.
  14. 청구항 8항에 있어서,
    상기 냉각 매체는 냉각수인 전지팩 케이스.
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