KR20140144941A - 배터리 모듈 - Google Patents

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KR20140144941A KR20130067185A KR20130067185A KR20140144941A KR 20140144941 A KR20140144941 A KR 20140144941A KR 20130067185 A KR20130067185 A KR 20130067185A KR 20130067185 A KR20130067185 A KR 20130067185A KR 20140144941 A KR20140144941 A KR 20140144941A
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오영수
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엘지전자 주식회사
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    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
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Abstract

단위전지의 조립 및 교환이 용이한 배터리 모듈이 제공된다.
이를 위해, 본 발명의 실시예에 의한 배터리 모듈은, 배터리 하우징과, 상기 배터리 하우징의 내부에 배치되어 전류를 생성하는 단위전지(Cell)와, 상기 단위전지가 생성한 전류를 출력하기 위해 상기 단위전지와 연결되어 상기 배터리 하우징의 외측에 배치되는 출력단자와, 양면이 마주보도록 가운데가 절곡되고, 일단은 상기 배터리 하우징의 내부에 배치되며, 타단은 상기 배터리 하우징의 외측에 배치되어, 상기 양면 사이에 상기 출력단자 및 배터리 하우징이 배치되는 클립과, 상기 클립, 출력단자 및 배터리 하우징을 관통하여 체결하는 체결부재를 포함한다.

Description

배터리 모듈{BATTERY MODULE}
본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기자동차에 설치되는 배터리 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 가솔린, 경유 등의 화석 연료를 사용하는 차량의 가장 큰 문제점 중의 하나는 대기오염을 유발한다는 점이다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방안으로서 차량의 동력원을 충방전이 가능한 이차전지로 사용하는 기술이 관심을 끌고 있다. 따라서, 배터리 만으로 운행될 수 있는 전기자동차(EV), 배터리와 기존 엔진을 병용하는 하이브리드 전기자동차(HEV) 등이 개발되었고, 일부는 상용화되어 있다. EV, HEV 등의 동력원으로서의 이차전지는 주로 니켈 금속수소(Ni-MH) 전지가 주로 사용되고 있지만, 최근에는 리튬 이온전지 등의 사용도 시도되고 있다.
EV, HEV 등의 동력원으로 사용되기 위해서는 고출력 대용량이 요구되므로, 다수의 소형 이차전지(단위전지)들을 직렬 및/또는 병렬로 연결한 구조의 중대형 배터리 모듈이 사용되고 있다.
본 발명이 해결하려는 과제는, 단위전지의 조립 및 교환이 용이한 배터리 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 의한 배터리 모듈은, 배터리 하우징과, 상기 배터리 하우징의 내부에 배치되어 전류를 생성하는 단위전지(Cell)와, 상기 단위전지가 생성한 전류를 출력하기 위해 상기 단위전지와 연결되어 상기 배터리 하우징의 외측에 배치되는 출력단자와, 양면이 마주보도록 가운데가 절곡되고, 일단은 상기 배터리 하우징의 내부에 배치되며, 타단은 상기 배터리 하우징의 외측에 배치되어, 상기 양면 사이에 상기 출력단자 및 배터리 하우징이 배치되는 클립과, 상기 클립, 출력단자 및 배터리 하우징을 관통하여 체결하는 체결부재를 포함한다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명에 따른 배터리 모듈은, 단위전지의 출력단자가 클립 및 체결부재를 통해 배터리 하우징에 결합되어 있기 때문에, 단위전지의 조립 및 교환이 용이해지는 효과가 있다.
또한, 복수의 단위전지들의 출력단자들을 직렬 또는 병렬로 연결하기 위한 연결부재가, 상기 클립 및 체결부재를 통해 상기 출력단자들과 결합되기 때문에, 기존의 용접방식에 비해, 조립시 불량률을 최소화 할 수 있고, 저렴한 가격으로 복수의 단위전지를 연결할 수 있는 효과도 있다.
또한, 상기 연결부재에 전압 측정용 돌기가 형성되어 있기 때문에, 상기 전압 측정용 돌기에 커넥터를 연결하여 단위전지들의 전압을 측정할 수 있는 효과도 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 배터리 모듈을 나타내는 분해 사시도,
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 배터리 모듈의 결합 상태를 나타내는 일부 사시도,
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 클립을 나타내는 사시도,
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 배터리 모듈의 결합 상태를 나타내는 평단면도,
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 배터리 모듈의 결합 상태를 나타내는 측단면도,
도 6은 도 1에 도시된 단위전지를 나타내는 사시도,
도 7은 도 6에 도시된 단위전지의 측면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 본 발명의 실시예에 의한 배터리 모듈을 도면들을 참고하여 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 배터리 모듈을 나타내는 분해 사시도, 도 2는 본 발명의 실시예에 의한 배터리 모듈의 결합 상태를 나타내는 일부 사시도, 도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 클립을 나타내는 사시도, 도 4는 본 발명의 실시예에 의한 배터리 모듈의 결합 상태를 나타내는 평단면도, 도 5는 본 발명의 실시예에 의한 배터리 모듈의 결합 상태를 나타내는 측단면도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 배터리 모듈(100)은, 외측을 구성하는 배터리 하우징(12,14)과, 배터리 하우징(12,14)의 내부에 배치되어 전류를 생성하는 단위전지(Cell;20)와, 단위전지(20)가 생성한 전류를 출력하기 위해 단위전지(20)와 연결되어 배터리 하우징(12,14)의 외측에 배치되는 출력단자(25,26)와, 출력단자(25,26)를 배터리 하우징(12,14)에 결합하는 클립(32,34) 및 체결부재(42,44)를 포함한다.
배터리 하우징(12,14)은 상측에 배치되는 상부 하우징(12)과, 상부 하우징(12)의 하측에 스크류(1)를 통해 결합되는 하부 하우징(14)을 포함한다.
단위전지(20)는 니켈 금속수소(Ni-MH) 전지 또는 리튬 이온(Li-ion) 전지로서 전류를 생성한다. 단위전지(20)는 복수로 구비되어 배터리 하우징(12,14) 내에 수직으로 세워져서 좌우로 적층되어 배치된다. 복수의 단위전지(20)들은 둘레는 서로 이격 배치되고, 둘레를 제외한 가운데는 서로 밀착된 상태로 배치된다.
배터리 하우징(12,14)의 내측면에는 복수의 단위전지(20)가 하나씩 삽입되는 슬롯(14a)이 복수 형성된다. 복수의 슬롯(14a)들 사이에는 절연돌기(14b)가 내측으로 돌출 형성된다. 각각의 단위전지(20)의 둘레가 슬롯(14a)에 삽입됨으로써, 복수의 단위전지(20)들 둘레 사이에 절연돌기(14b)가 삽입 배치되기 때문에, 복수의 단위전지(20)들은 절연돌기(14b)에 의해 둘레가 서로 절연된다.
상부 하우징(12) 및 하부 하우징(14)의 내측은 서로 동일한 구조로 형성된다. 즉, 슬롯(14a) 및 절연돌기(14b)는 상부 하우징(12) 및 하부 하우징(14)의 내측에 각각 형성되어, 상부 하우징(12) 및 하부 하우징(14)이 결합되는 경우, 단위전지(20)의 둘레가 슬롯(14a)에 삽입되고, 서로 이웃하여 배치되는 단위전지(20)들 사이에는 절연돌기(14b)가 삽입 배치된다.
배터리 하우징(12,14)에는 단위전지(20)의 출력단자(25,26)가 관통하는 슬릿(14c)이 형성된다. 슬릿(14c)은 출력단자(25,26)와 대응되는 개수로 형성된다. 슬릿(14c)은 상부 하우징(12) 및 하부 하우징(14)에 각각 형성된다.
하부 하우징(14)에 형성된 슬릿(14c)에 출력단자(25,26)의 하부가 삽입된 후, 상부 하우징(12)이 하부 하우징(14)에 결합되면, 상부 하우징(12)에 형성된 슬릿(14c)에 출력단자(25,26)의 상부가 삽입됨으로써, 출력단자(25,26)의 일부분은 배터리 하우징(12,14)의 내부에 배치되어 단위전지(20)와 연결되고, 출력단자(25,26)의 나머지 부분은 슬릿(14c)을 관통하여 배터리 하우징(12,14)의 외측에 배치된다.
배터리 하우징(12,14)에는 하부 하우징(14)에 클립(32,34)이 삽입되는 클립 삽입용 홀(14d)이 형성된다. 또한, 배터리 하우징(12,14)에는 클립 삽입용 홀(14d)을 통해 클립(32,34)의 삽입을 쉽게 하기 위해, 외측에 내측으로 함입된 오목부(14e)가 형성된다. 오목부(14e)는 클립 삽입용 홀(14d)의 하측에서 연장되어 형성됨이 바람직하다. 오목부(14e)는 두 개의 슬릿(14c) 사이와 대응되는 폭으로 형성된다.
클립(32,34)은 양면이 마주보도록 가운데가 절곡되어, 양단이 서로 벌어져서 배치된다. 클립(32,34)은 가운데 절곡된 부분에 의해 양단이 서로 오므라드는 탄성력을 가지게 된다. 즉, 클립(32,34)은 양면이 마주보도록 가운데가 절곡된 절곡부(32a)와, 절곡부(32a)의 일단에서 연장된 외측부(32b)와, 절곡부(32a)의 타단에서 연장되어 외측부(32b)와 마주보고 배치되는 내측부(32c)를 포함한다.
클립 삽입용 홀(14e)을 통해 클립(32,34)의 내측부(32c) 일단을 배터리 하우징(12,14)의 외측에서 내부로 삽입함으로써, 클립(32,34)은 일단이 배터리 하우징(12,14)의 내부에 배치되고, 타단은 배터리 하우징(12,14)의 외측에 배치된다. 따라서, 클립(32,34)의 가운데인 절곡부(32a)는 하측을 향하게 되고, 서로 벌어진 양단은 상측을 향하게 된다. 그리고, 클립(32,34)의 내측부(32c)는 배터리 하우징(12,14)의 내측면에 밀착되고, 클립(32,34)의 외측부(32b)는 배터리 하우징(12,14)의 외측에서 출력단자(25,26)와 밀착되기 때문에, 클립(32,34)의 양면 사이에 출력단자(25,26) 및 배터리 하우징(12,14)이 배치되며, 체결부재(42,44)가 클립(32,34), 출력단자(25,26) 및 배터리 하우징(12,14)을 관통하여 체결함으로써, 단위전지(20)의 출력단자(25,26)는 배터리 하우징(12,14)에 고정될 수 있다.
또한, 클립(32,34)의 내측부(32c)의 끝단은, 외측부(32b)로부터 벌어지는 방향으로 절곡되며, 그 절곡된 내측부(32c)의 끝단 내면에는 배터리 하우징(12,14)의 내측면에 걸림되는 걸림돌기(32d)가 형성된다.
걸림돌기(32d)는 클립(32,34)이 배터리 하우징(12,14)으로부터 탈거되는 방향을 향해 돌출 형성되어서, 클립(32,34)을 배터리 하우징(12,14)에 조립 또는 분해시, 클립(32,34)이 배터리 하우징(12,14)으로부터 미끄러지는 것을 방지하여 자중에 의해 탈거되지 않도록 한다.
한편, 배터리 하우징(12,14)에는 상부 하우징(12)에 단위전지(20)의 전압을 특정하기 위한 장치의 커넥터(미도시)가 장착되는 커넥터 장착부(12a)가 형성된다. 커넥터 장착부(12a)에는 상기 커넥터가 삽입 장착되는 커넥터 삽입홀(12b)이 형성된다.
또한, 커넥터 삽입홀(12b) 내에는 저항 측정용 돌기(52)가 배치된다. 상기 커넥터를 커넥터 삽입홀(12b)에 삽입하면, 상기 커넥터는 저항 측정용 돌기(52)와 연결된다.
저항 측정용 돌기(52)는 연결부재(50)에 형성된다. 여기서, 연결부재(50)는 두 개의 단위전지(20)에 연결된 출력단자(25,26)들을 연결하여, 단위전지(20) 두 개를 전기적(직렬 또는 병렬)로 연결하기 위한 부재이다.
각각의 출력단자(25,26)에는 체결홀(25e)이 두 개씩 형성되고, 체결부재(42,44)도 체결홀(25e)의 개수에 대응되어 두 개씩 구비된다.
하나의 출력단자(25)를 배터리 하우징(12,14)에 결합하기 위해서는, 체결부재(42) 두 개와, 클립(32) 하나가 소요된다.
클립(32,34)에도 체결홀(32e)이 형성되고, 연결부재(50)에도 체결홀(50e)이 형성되며, 배터리 하우징(12,14)에도 체결홀(12e)이 형성된다. 체결부재(42,44)는 배터리 하우징(12,14)의 외측에서 체결홀들(32e)(50e)(25e)(12e)을 차례로 관통하여서, 클립(32,34), 출력단자(25,26), 연결부재(50) 및 배터리 하우징(12,14)을 체결한다.
한편, 복수의 단위전지(20)에는 각각 출력단자(25,26)가 연결되는 데, 연결부재(50)는 두 개의 단위전지(20)에 각각 연결된 출력단자(25,26)들을 직렬 또는 병렬로 연결함으로써, 배터리 모듈(100)이 요구되는 전류량을 출력할 수 있도록 한다. 이하, 설명의 이해를 위해 출력단자(25,26)는, 복수의 단위전지(20) 중 어느 하나의 단위전지(20)에 연결되는 것을 제1 출력단자(25)라하고, 상기 어느 하나의 단위전지(20)와 이웃하여 배치되는 단위전지(20)에 연결되는 것을 제2 출력단자(26)라 하여 설명하기로 한다.
연결부재(50)는, 제1 출력단자(25) 및 제2 출력단자(26)를 직렬 또는 병렬로 연결한다. 연결부재(50)는 클립(32,34)의 양면 사이에 배치되어 체결부재(42,44)에 의해 체결될 수 있다.
연결부재(50)는 배터리 하우징(12,14)의 외측에 배치된다. 연결부재(50)의 일단은 배터리 하우징(12,14) 및 제1 출력단자(25) 사이로 삽입 배치되고, 연결부재(50)의 타단은 배터리 하우징(12,14) 및 제2 출력단자(26) 사이로 삽입 배치된다.
클립(32,34)은 하나로 구비되어, 외측부(32b)가 제1 출력단자(25) 및 제2 출력단자(26)의 외측에 배치되고, 내측부(32c)는 배터리 하우징(12,14)의 내측에 배치될 수도 있겠으나, 본 실시예에서는 두 개의 클립(32,34)으로 구비된다.
즉, 클립(32,34)은, 양면 사이에 제1 출력단자(25)와 연결부재(50)와 배터리 하우징(12,14)이 배치되는 제1 클립(32)과, 양면 사이에 제2 출력단자(26)와 연결부재(50)와 배터리 하우징(12,14)이 배치되는 제2 클립(34)을 포함한다.
또한, 체결부재(42,44)는, 제1 클립(32)과 제1 출력단자(25)와 연결부재(50)와 배터리 하우징(12,14)을 관통하여 체결하는 제1 체결부재(42)와, 제2 클립(34)과 제2 출력단자(26)와 연결부재(50)와 배터리 하우징(12,14)을 관통하여 체결하는 제2 체결부재(44)를 포함한다.
도 6은 도 1에 도시된 단위전지를 나타내는 사시도, 도 7은 도 6에 도시된 단위전지의 측면도이다.
도 1, 도 6 및 도 7을 참조하면, 단위전지(20)는 제1 단위전지(21)와 제2 단위전지(22)가 밀착 결합되어 하나의 세트로 이루어진다. 다만, 배터리 모듈(100)의 필요한 출력 전류량에 따라 단위전지(20)는 다양한 개수로 변경될 수 있다.
제1 단위전지(21) 및 제2 단위전지(22)는 출력단자(25,26)에 의해 전기적(직렬 또는 병렬)로 연결될 수 있다. 본 실시예에서 제1 단위전지(21) 및 제2 단위전지(22)는 출력단자(25,26)에 의해 병렬로 연결된다. 즉, 제1 단위전지(21)의 양극(+) 및 제2 단위전지(22)의 양극(+)을 출력단자(25)를 통해 병렬로 연결하고, 제1 단위전지(21)의 음극(-) 및 제2 단위전지(22)의 음극(-)을 출력단자(26)를 통해 병렬로 연결한다.
이와 같이 병렬로 연결된 단위전지(20)는, 배터리 하우징(12,14)에 조립될 때, 출력단자(25,26)를 배터리 하우징(12,14)의 일측에 나란하게 배치한 후, 출력단자(25,26)를 연결부재(50)를 통해 직렬로 연결할 수 있다. 다만, 배터리 모듈(100)의 필요한 출력 전류량에 따라 연결 구조 병렬로 변경하거나, 직렬 및 병렬 조합으로 변경할 수 있다.
출력단자(25,26)는, 배터리 하우징(12,14) 내에 배치되어 제1 단위전지(21) 및 제2 단위전지(22)를 연결하고 배터리 하우징(12,14)에 형성된 슬릿(14c)에 삽입되는 단위전지 연결부(25a)와, 단위전지 연결부(25a)로부터 절곡되어 배터리 하우징(12,14)의 외측에 배치되며 체결홀(25e)이 형성되어 배터리 하우징(12,14)에 체결되는 하우징 체결부(25b)를 포함한다.
상기와 같이, 본 발명에 따른 배터리 모듈(100)은, 단위전지(20)의 출력단자(25,26)가 클립(32,34) 및 체결부재(42,44)를 통해 배터리 하우징(12,14)에 결합되어 있기 때문에, 배터리 모듈(100)의 조립 및 단위전지의 교환이 용이해진다.
또한, 복수의 단위전지(20)들의 출력단자(25,26)들을 직렬 또는 병렬로 연결하기 위한 연결부재(50)가, 클립(32,34) 및 체결부재(50)를 통해 출력단자(25,26)들과 결합되기 때문에, 기존의 용접방식에 비해, 조립시 불량률을 최소화 할 수 있고, 저렴한 가격으로 복수의 단위전지(20)를 연결할 수 있다.
또한, 연결부재(50)에 전압 측정용 돌기(52)가 형성되어 있기 때문에, 전압 측정용 돌기(52)에, 단위전지(50)들의 전압을 측정하기 위한 장치의 커넥터를 연결하여, 단위전지(50)들의 전압을 측정할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
12,14: 배터리 하우징 12b: 커넥터 삽입홀
14c: 슬릿 14d: 클립 삽입용 홀
14e: 오목부 20: 단위전지
25,26: 출력단자 32,34: 클립
32d: 걸림돌기 42,44: 체결부재

Claims (10)

  1. 배터리 하우징;
    상기 배터리 하우징의 내부에 배치되어 전류를 생성하는 단위전지(Cell);
    상기 단위전지가 생성한 전류를 출력하기 위해 상기 단위전지와 연결되어 상기 배터리 하우징의 외측에 배치되는 출력단자;
    양면이 마주보도록 가운데가 절곡되고, 일단은 상기 배터리 하우징의 내부에 배치되며, 타단은 상기 배터리 하우징의 외측에 배치되어, 상기 양면 사이에 상기 출력단자 및 배터리 하우징이 배치되는 클립; 및
    상기 클립, 출력단자 및 배터리 하우징을 관통하여 체결하는 체결부재;를 포함하는 배터리 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 단위전지는 복수로 구비되고,
    상기 출력단자는 상기 복수의 단위전지에 각각 연결되는 제1 출력단자와 제2 출력단자를 포함하고,
    상기 제1 출력단자 및 제2 출력단자를 전기적으로 연결하고, 상기 클립의 양면 사이에 배치되어 상기 체결부재에 의해 체결되는 연결부재;를 더 포함하는 배터리 모듈.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 연결부재는 상기 하우징의 외측에 배치되는 배터리 모듈.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 연결부재에는 전압 측정용 돌기가 형성된 배터리 모듈.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 배터리 하우징에는 상기 전압 측정용 돌기와 연결되기 위한 커넥터가 삽입되는 커넥터 삽입홀이 형성되고,
    상기 전압 측정용 돌기는 상기 커넥터 삽입홀 내에 배치되는 배터리 모듈.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 클립은,
    상기 양면 사이에 상기 제1 출력단자, 연결부재 및 배터리 하우징이 배치되는 제1 클립과,
    상기 양면 사이에 상기 제2 출력단자, 연결부재 및 배터리 하우징이 배치되는 제2 클립을 포함하고,
    상기 체결부재는,
    상기 제1 클립, 제1 출력단자, 연결부재 및 배터리 하우징을 관통하여 체결하는 제1 체결부재와,
    상기 제2 클립, 제2 출력단자, 연결부재 및 배터리 하우징을 관통하여 체결하는 제2 체결부재;를 포함하는 배터리 모듈.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 단위전지는 상기 출력단자에 의해 전기적으로 연결되는 제1 단위전지와 제2 단위전지를 포함하는 배터리 모듈.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 출력단자가 상기 단위전지와 연결되어 상기 배터리 하우징의 외측에 배치될 수 있도록, 상기 배터리 하우징에는 상기 출력단자가 관통하는 슬릿이 형성되는 배터리 모듈.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 클립의 양면 사이에 상기 출력단자 및 배터리 하우징이 배치될 수 있도록, 상기 배터리 하우징에는 상기 클립이 삽입되는 클립 삽입용 홀이 형성되는 배터리 모듈.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 배터리 하우징의 외측에는, 내측으로 함입되고 상기 클립 삽입용 홀에서 연장되는 오목부가 더 형성된 배터리 모듈.
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