KR20160021325A - 차량용 배터리 인슐레이션 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 2매의 단열층 사이에 통기성 필름을 삽입하여 3층 구조로 배터리 인슐레이션을 제작함으로써, 엔진룸에서 배터리로 전해지는 열기를 차단하여 단열 효과를 얻으면서 겨울철에는 보온 효과를 통해 배터리 성능이 떨어지는 것을 막아 배터리를 보호할 수 있고, 특히 그 두께가 얇으면서도 원하는 단열과 보온 효과에 알맞은 두께로 인슐레이션을 제작하여 사용할 수 있게 한 차량용 배터리 인슐레이션을 제공하는 데 그 목적이 있다.
특히, 본 발명은 단열층으로 코튼 펠트를 이용하고, 통기성 필름으로서 접착성이 있는 폴리올레핀 필름과 폴리에틸렌 필름의 2층 구조로 제작함으로써, 코튼 펠트를 재활용할 수 있어 친환경적이면서 단열과 보온 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 폴리올레핀을 통해 구성요소 사이의 부착력을 향상하고, 폴리에틸렌 필름을 통해 내열성을 향상할 수 있으며, 통기 구멍의 크기 조절을 통해 통기량을 조절하여 흡음 성능과 차음성능을 얻을 수 있게 하여 차체를 통해 진동이나 소음 등이 배터리에 전달되더라도 이를 제거하여 배터리를 보호할 수 있게 한 차량용 배터리 인슐레이션을 제공하는 데 다른 목적이 있다.

Description

차량용 배터리 인슐레이션{BATTERY INSULATION FOR VEHICLE}
본 발명은 차량용 배터리 인슐레이션에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 폴리올레핀 필름과 폴리에틸렌 필름의 2층 구조로 통기성 필름을 제작하고, 이 통기성 필름을 2개의 코튼 펠트로 이루어진 2개의 단열층 사이에 삽입하여 제작함으로써, 엔진에서 발생한 열기가 배터리로 전달되지 않게 차단하면서 겨울철에는 보온 효과를 통해 배터리를 보호하며, 특히 이처럼 보온과 단열 작용을 하는 코튼 펠트를 재활용할 수 있어 친환경적인 배터리 인슐레이션에 관한 것이다.
일반적으로 자동차에서 엔진 구동·실내등과 헤드라이트와 같은 전등 장치·에어컨 등에는 전기에너지를 사용하며, 이때 사용하는 전기에너지는 발전기에서 얻은 것이나 배터리에 저장한 것을 사용한다. 여기서, 배터리는 엔진 회전으로 발생한 교류 전원을 직류로 저장하였다가 차량의 전기 장치에서 직류 전원을 공급하는 통상의 장치를 말한다.
한편, 배터리는 통상적으로 엔진룸에 장착하는 경우가 많은 데 엔진룸에서는 엔진에서 발생한 열기 때문에 배터리가 파손될 우려가 있고, 또한 엔진룸이 대기 상태에 노출되어 있으므로 겨울철에는 엔진룸 전체 온도가 낮아져 배터리액의 온도가 낮아져 그 성능이 떨어질 우려가 있다. 이에, 아래의 특허문헌 1 내지 특허문헌 3과 같이, 배터리 커버나 열자켓 또는 인슐레이션 등을 이용하여 배터리를 보호한다.
특허문헌 1은 차량용 배터리 커버에 관한 것으로서, 배터리를 주위의 열로부터 보호하기 위하여 배터리에 추가로 씌우는 배터리 커버가 3개의 층을 형성하는 대류열 차단 부재, 전도열 차단 부재, 복사열 차단 부재로 이루어지도록 함으로써 열차단 효과를 높일 수 있게 한 것이다.
특허문헌 2는 열자켓에 관한 것으로, 열자켓은 자동차 엔진실 내부에 설치되는 충전용 배터리에 장착되고 이를 냉각하기에 적합하며 높은 온도의 엔진 방출열에 노출된다. 직사각형 자켓의 벽(wall)은 엔진으로부터 배터리를 열적으로 단열시키는 견고한 발포(foam) 플라스틱 물질로 제작된다. 열교환기는 자켓의 벽 속에 통합되어 자동차 안에 장착된 냉방장치로부터 얻어진 냉각수를 순환하게 된다. 열교환기는 배터리가 적절한 효율로 작동하는 수준에서 전해액의 온도를 유지하기 위해 배터리를 냉각시키는 역할을 한다.
특허문헌 3은 천연광물복합재료를 이용한 배터리 인슐레이션 패드에 관한 것으로, 팽창성 천연광물과 유/무기 바인더를 이용하여 제조된 자동차용 배터리 인슐레이션 패드에 관한 것이다.
하지만, 기존의 특허문헌 1 내지 특허문헌 3에 기재한 인슐레이션 패드나 열자켓 그리고 배터리 커버의 경우 다음과 같은 문제가 발생한다.
(1) 단열과 보온 효과를 얻기 위한 기존의 인슐레이션 패드이나 배터리 커버의 두께가 두껍다.
(2) 이는 단열과 보온을 통해 배터리를 보호할 수는 있으나, 한정된 공간에 장착하는 인슐레이션이나 배터리 커버의 전체 크기에 한계가 있고, 특히 그 중량 증가 때문에 차량의 연비를 떨어뜨리는 요인으로 작용한다.
(3) 특히, 소형차량일수록 배터리를 배치할 수 있는 공간 활용도가 좁아서 이러한 문제가 더 크게 작용한다.
(4) 두께가 두꺼운 만큼 인슐레이션 패드나 배터리 커버를 제작하기 위한 설계자유도에서 한계가 있으므로 배터리 표면 전체에 대하여 균일한 단열과 보온 효과를 기대하기 어렵다.
(5) 기존의 인슐레이션 패드와 배터리 커버는 단열과 보온 효과를 기대할 수 있으나, 배터리를 장착한 엔진룸 내에서 발생한 진동이나 충격 그리고 차체를 통해 배터리에 전달되는 진동이나 소음에 대해서는 흡차음 성능을 기대하기 어렵다.
(6) 이에 반복해서 진동이 배터리에 가해지는 경우 배터리를 파손시킬 우려가 있다.
한국등록특허 제0507651호 (등록일 : 2005.08.02) 한국공개특허 제10-2004-0072609호 (공개일 : 2004.08.18) 한국공개특허 제10-2013-0049088호 (공개일 : 2013.05.13)
본 발명은 이러한 점을 고려하여 발명한 것으로, 2매의 단열층 사이에 통기성 필름을 삽입하여 3층 구조로 배터리 인슐레이션을 제작함으로써, 엔진룸에서 배터리로 전해지는 열기를 차단하여 단열 효과를 얻으면서 겨울철에는 보온 효과를 통해 배터리 성능이 떨어지는 것을 막아 배터리를 보호할 수 있고, 특히 그 두께가 얇으면서도 원하는 단열과 보온 효과에 알맞은 두께로 인슐레이션을 제작하여 사용할 수 있게 한 차량용 배터리 인슐레이션을 제공하는 데 그 목적이 있다.
특히, 본 발명은 단열층으로 코튼 펠트를 이용하고, 통기성 필름으로서 접착성이 있는 폴리올레핀 필름과 폴리에틸렌 필름의 2층 구조로 제작함으로써, 코튼 펠트를 재활용할 수 있어 친환경적이면서 단열과 보온 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 폴리올레핀을 통해 구성요소 사이의 부착력을 향상하고, 폴리에틸렌 필름을 통해 내열성을 향상할 수 있으며, 통기 구멍의 크기 조절을 통해 통기량을 조절하여 흡음 성능과 차음성능을 얻을 수 있게 하여 차체를 통해 진동이나 소음 등이 배터리에 전달되더라도 이를 제거하여 배터리를 보호할 수 있게 한 차량용 배터리 인슐레이션을 제공하는 데 다른 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 배터리 인슐레이션은, 차량에 장착한 배터리를 감싸 엔진에서 발생한 열이 배터리로 전해지는 것을 차단하고 겨울철에는 배터리를 보온하는 배터리 인슐레이션에 있어서, 제1 단열층(10)과 제2 단열층(20) 사이에 통기성 필름(30)을 적층한 다음 열 압착하여 형성한 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 제1 단열층(10)과 제2 단열층(20)은 각각, 면 밀도가 1,000~1,500g/㎡이고, 그 재질이 2~5㎜ 두께의 소프트 코튼 펠트 또는 하드 코튼 펠트로 이루어진 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 통기성 필름(30)은 폴리올레핀 필름(31)과 폴리에틸렌 필름(32)을 적층하여 구성한다. 이때, 이 통기성 필름(30)의 전체 두께가 30~50㎛인 것을 특징으로 한다.
마지막으로, 상기 통기성 필름(30)은 열 용융하여 통기 구멍(30')을 형성한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 차량용 배터리 인슐레이션은 다음과 같은 효과가 있다.
(1) 2개의 단열층 사이에 통기성 필름을 삽입하여 일체로 구성하므로, 이들 단열층이 단열 성능과 더불어 보온 성능을 갖게 하여 엔진룸에서 발생한 열기로 배터리 성능이 떨어지거나 겨울철에 냉기로 배터리 성능이 떨어지는 것을 방지할 수 있다.
(2) 특히, 단열층은 하드 코튼 펠트나 소프트 코튼 펠트를 이용하므로 이러한 단열 효과와 보온 효과를 동시에 기대할 수 있다.
(3) 폴리올레핀 필름과 폴리에틸렌 필름으로 통기성 필름을 얇게 제작하므로 인슐레이션 자체의 두께와 중량을 줄일 수 있다. 이처럼 통기성 필름의 중량 감소는 배터리 인슐레이션의 전체 중량의 증가량을 최소화하여 차량의 에너지 효율을 높일 수 있다.
(4) 특히, 두께를 줄일 수 있으므로 한정된 공간에서 설계해야 하는 배터리 인슐레이션의 설계 자유도를 높일 뿐만 아니라 배터리나 장착 위치에 알맞게 그 형상을 원하는 대로 제작할 수 있다. 이에 단열과 보온 성능에서 충분한 효과를 기대할 수 있다.
(5) 한편, 단열층으로 사용하는 하드 코튼 펠트나 소프트 코튼 펠트는 단열과 보온 효과 외에도 흡음과 차음 성능이 있다. 이에 차체나 엔진룸에서 배터리 측으로 전달되는 소음과 진동 등에 대해서도 어느 정도 차단하여 배터리를 보호하는 부수적인 효과를 기대할 수 있다.
(6) 또한, 단열층으로 사용하는 하드 코튼 펠트나 소프트 코튼 펠트는 재활용할 수 있어 친환경적이다.
(7) 통기성 필름은 폴리올레핀 필름과 폴리에틸렌 필름의 2층 구조로 구성하므로, 폴리올레핀의 부착 성능을 통해 접착제와 같은 별도의 구성 요소가 없이도 배터리 인슐레이션을 구성하는 구성요소 사이의 부착력을 향상하고, 폴리에틸렌의 내열성을 통해 통기성 필름의 내열 성능을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 배터리 인슐레이션의 전체적인 형상을 보여주기 위한 이미지.
도 2는 본 발명에 따른 배터리 인슐레이션의 적층 구조를 설명하기 위하여 층 구조를 확대한 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 배터리 인슐레이션을 장착한 배터리의 열해 차단 성능을 시험하기 위한 시험기의 사진.
도 4는 본 발명에 따라 제작한 배터리 인슐레이션을 장착한 배터리(실시예)와 장착하지 않은 배터리(비교예)를 각각 수열실에 장착하여 열해 차단을 시험한 결과를 보여주는 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최고의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 따라 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형례가 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
(배터리 인슐레이션의 구조)
본 발명에 따른 배터리 인슐레이션은, 차량의 엔진룸에 장착하여 엔진 구동으로 발생한 전기에너지를 저장하였다가 차량에 장착한 전기장치에 전기에너지를 제공하는 배터리에 대하여 단열과 보온 효과를 얻을 수 있게 하기 위한 것으로, 도 1 및 도 2와 같이, 제1 단열층(10)과 제2 단열층(20) 사이에 통기성 필름(30)을 적층한 다음 열 압착하여 3층 구조로 제작한 것이다.
특히, 본 발명은 상기 제1 단열층(10)과 제2 단열층(20)을 각각 소프트 코튼 펠트나 하드 코튼 펠트로 구성함으로써, 배터리에 대한 보온과 단열 효과를 얻을 수 있으면서도 그 두께를 얇게 제작할 수 있어 종류와 크기에 따라 다양한 형태로 제작하는 배터리 형상에 알맞게 쉽게 제작하여 사용할 수 있을 뿐만 아니라 재활용할 수 있게 한 것이다.
그리고, 본 발명은 상기 통기성 필름(30)을 폴리올레핀 필름(31)과 폴리에틸렌 필름(32)의 2층 구조로 형성함으로써, 접착성과 더불어 내열성을 향상할 수 있게 한 것이다.
이하, 이러한 구성에 대하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
제1 단열층(10)과 제2 단열층(20)은, 도 2와 같이, 통기성 필름(30)의 양면에 각각 적층하여 구성한다. 이러한 제1 단열층(10)과 제2 단열층(20)은 차량의 인슐레이션 재질로서 단열과 보온 성능을 가진 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 제1 단열층(10)과 제2 단열층(20)은 각각 코튼 펠트로 제작하는 것이 바람직하다. 이는 코튼 펠트의 경우 이를 다시 재활용할 수 있으므로 친환경적일 뿐만 아니라 배터리 보호를 위한 단열재와 보온재로도 활용할 수 있는 단열층을 제작할 수 있기 때문이다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 제1 단열층(10)과 제2 단열층(20)은 소프트 코튼 펠트나 하드 코튼 펠트로 제작하여 사용할 수 있는 데, 이때 이들 제1 단열층(10)과 제2 단열층(20)은 같은 펠트로 제작한 것을 사용할 수도 있으나, 바람직하게는 서로 다른 코튼 펠트를 이용하는 것이 좋다. 이는 하드 코튼 펠트와 소프트 코튼 펠트가 각각 단열 성능과 보온 성능이 다르고, 특히 후술할 통기성 필름(30)을 통과하기 전과 후의 단열과 보온 상태가 다르므로 이에 알맞게 단열과 보온 성능이 다른 하드 코튼 펠트와 소프트 코튼 펠트를 선택하여 배터리 인슐레이션의 전체 단열 성능과 보온 성능을 높이기 위한 것이다.
그리고, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에서, 상기 제1 단열층(10)과 제2 단열층(20)은 면 밀도가 1,000~1,500g/㎡인 것을 사용하는 것이 좋다. 이는 면 밀도가 이보다 크면 단열층의 자체 중량이 많이 나갈 뿐만 아니라 단열 성능이 떨어질 우려가 있기 때문이다. 이때의 상기 제1 단열층(10)과 제2 단열층(20)은 각각 소프트 코튼 펠트 또는 하드 코튼 펠트의 두께를 2~5㎜로 형성하여 중량 증가를 최소화하면서도 단열 성능과 보온 성능을 가장 높일 수 있게 하는 것이 좋다.
통기성 필름(30)은, 도 2와 같이, 상술한 제1 단열층(10)과 제2 단열층(20) 사이에 구성한다. 이때, 통기성 필름(30)은 2층 구조로 제작한 것을 사용하는 데, 본 발명에 따른 배터리 인슐레이션을 구성하는 각 층을 강력하게 부착할 수 있게 접착력이 우수한 폴리올레핀 필름(31)과 내열성이 우수하여 열 압착하더라도 쉽게 변형 등이 오지 않도록 폴리에틸렌 필름(32)으로 구성한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 통기성 필름(30)은, 그 전체 두께가 30~50㎛로 제작하는 것이 바람직하다. 이는 두께가 두꺼울수록 단열 효과를 높일 수는 있으나 그만큼 배터리 인슐레이션의 중량이 무거워지기 때문이다. 이에, 통기성 필름(30)의 두께를 이처럼 얇게 제작하여 그 중량 증가를 최소화하면서도 단열을 얻을 수 있게 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에서, 상기 통기성 필름(30)은 열 용융 방식으로 통기 구멍(30')을 형성함으로써, 원하는 크기로 통기 구멍(30')을 형성할 수 있게 하는 것이 바람직하다. 여기서, 열 용융 방식은 크게 추출법·발포법·연신법 그리고 전자선 조사법이 있는데, 여기서는 연신법에 대해서 간략하게 설명한다. 연신법을 통한 통기성 필름의 제작은 펠릿 등을 압출 성형하여 시트 형태로 제작한 다음, 이 시트에 연신 공정을 가함에 따라 수지와 무기 충진제 등의 계면 사이에서 균열을 일으켜 연속적이고 균일한 통기 구멍을 형성하는 통상의 기술을 말한다.
그리고, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에서, 상기 통기성 필름(30)은 통기 구멍(30')이 물 입자가 투과하지 않고 공기와 수증기를 통과하는 투습성을 갖게 하여 투습성과 더불어 방수성을 갖게 하는 것이 바람직하다.
이처럼 이루어진 통기성 필름(30)은 통기 구멍(30')이 형성되지 않은 부분에서는 단열성능을 얻을 수 있고, 통기 구멍(30')을 통해서는 배터리에서 발생한 열 등이 인슐레이션 외부로 배출할 수 있는 배출통로로 활용한다.
( 열해 차단 성능 시험 )
본 발명에 따른 배터리 인슐레이션을 밀폐된 시험기 내에 삽입하여 열해 차단성능을 시험한 결과는 다음과 같다. 이때 사용한 배터리 인슐레이션은, 도 1과 같이, 배터리의 윗면을 제외한 나머지 부분을 감싸도록 제작한 것을 사용한다.
한편, 열해 차단 시험은, 도 3과 같이, 서로 통하게 구성한 수열실(왼쪽 사진에서 앞쪽, 중간 사진에서 왼쪽)과 발열실(왼쪽 사진에서 뒤쪽, 중간 사진에서 오른쪽)을 가진 시험기를 밀폐형으로 구성하고, 수열실에 본 발명에 따른 배터리 인슐레이션에 집어넣은 배터리를 장착하였다.
이때, 시험기는 발열실과 수열실이 서로 통하게 구성하였으며 내벽은 글라스 울과 석고보드로 단열 처리하였고, 발열실은 0~250℃ 범위에서 발열이 가능하며, 배터리 온도는 0.1℃ 단위로 감지하였다.
[측정 방법]
1. 배터리에서 배터리 인슐레이션을 탈거하고 배터리의 내부 온도(배터리 셀의 내부 온도)를 30℃로 항온 유지한다.
2. 발열실의 내부 온도를 100℃로 가열하여 유지하고, 본 발명에 따른 배터리 인슐레이션에 집어넣은 배터리(실시예)와 집어넣지 않은 배터리(비교예)를 각각 따로 시험기에 설치하여 시험기를 밀폐시킨다.
3. 시험기 밀폐와 함께 1분 단위로 6시간 동안 발열실과 배터리(실시예와 비교예)의 내부 온도를 검출하였다.
[시험 결과]
도 4는 본 발명에 따라 제작한 배터리 인슐레이션을 장착한 배터리(실시예)와 장착하지 않은 배터리(비교예)를 각각 수열실에 장착하여 열해 차단을 시험한 결과를 보여주는 그래프이다.
그래프에서, 파란색 가는 선은 발열실의 온도 변화를, 파란색 굵은 선은 배터리 인슐레이션을 장착하지 않은 배터리(비교예)의 내부 온도를, 하늘색 굵은 선은 배터리 인슐레이션을 장착한 배터리(실시예)의 내부 온도를 각각 나타낸다. 그리고, "X"축은 6시간의 시간 변화(0~360분)를, "Y"축은 온도 변화(0~110℃)를 보여준다
열해 차단 시험 결과는, 도 4와 같이, 시험이 이루어진 6시간 동안 계속해서 굵은 파란색 선이 굵은 하늘색 선보다 높은 온도를 유지하고 있음을 알 수 있다. 이는 실시예(하늘색 선)의 경우 발열실에서 100℃로 유지한 열기가 본 발명에 따른 배터리 인슐레이션을 통해 차단한 결과 차단 효과가 커서 그만큼 배터리 온도가 상승하지 않았음을 의미하는 이다.
결과적으로, 본 발명에 따른 배터리 인슐레이션을 착용하면, 도 4와 같이, 시간 변화에 따라 파란색과 하늘색의 온도차이인 약 5℃ 정도의 열해 차단 효과를 얻을 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 단열 기능을 가진 배터리 인슐레이션을 통해 엔진룸에서 발생한 열기 등으로 배터리가 파손되는 것을 방지하고, 특히 이 배터리 인슐레이션이 가진 보온 효과를 통해 겨울철에는 배터리액의 온도가 낮아져서 배터리 충전 상태가 나빠지는 것을 방지하여 배터리를 보호할 수 있다.
또한, 재활용할 수 있는 두 개의 단열층 차이에 통기성 필름을 삽입하여 일체로 배터리 인슐레이션을 제작하고, 이때 통기성 필름은 접착성이 우수한 폴리올레핀 필름과 내열성이 우수한 폴리에틸렌 필름으로 제작함으로써, 배터리 인슐레이션의 품질을 높이면서도 중량 증가를 최소화하면서도 차종에 따라 달라지는 배터리 인슐레이션을 쉽게 제작하여 사용할 수 있다.
그리고, 차체에서 배터리로 전달되는 진동이나 소음을 배터리 인슐레이션에서 흡수할 수 있게 하여 진동 및 흡차음 성능도 함께 얻을 수 있다.
10 : 제1 단열층
20 : 제2 단열층
30 : 통기성 필름
30' : 통기 구멍
31 : 폴리올레핀 필름
32 : 폴리에틸렌 필름

Claims (5)

  1. 차량에 장착한 배터리를 감싸 엔진에서 발생한 열이 배터리로 전해지는 것을 차단하고 겨울철에는 배터리를 보온하는 배터리 인슐레이션에 있어서,
    제1 단열층(10)과 제2 단열층(20) 사이에 통기성 필름(30)을 적층한 다음 열 압착하여 형성한 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 인슐레이션.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단열층(10)과 제2 단열층(20)은 각각,
    면 밀도가 1,000~1,500g/㎡이고,
    그 재질이 2~5㎜ 두께의 소프트 코튼 펠트 또는 하드 코튼 펠트로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 인슐레이션.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 통기성 필름(30)은 폴리올레핀 필름(31)과 폴리에틸렌 필름(32)을 적층하여 이루어진 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 인슐레이션.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 통기성 필름(30)은 그 전체 두께가 30~50㎛인 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 인슐레이션.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 통기성 필름(30)은 열 용융하여 통기 구멍(30')을 형성한 것을 특징으로 하는 차량용 배터리 인슐레이션.
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