KR20200049123A - 온도측정부를 갖는 배터리 모듈 - Google Patents

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KR20200049123A
KR20200049123A KR1020180132020A KR20180132020A KR20200049123A KR 20200049123 A KR20200049123 A KR 20200049123A KR 1020180132020 A KR1020180132020 A KR 1020180132020A KR 20180132020 A KR20180132020 A KR 20180132020A KR 20200049123 A KR20200049123 A KR 20200049123A
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임지훈
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에스케이이노베이션 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 상호 적층되어 배치되는 복수의 배터리 셀, 상기 배터리 셀에 인접하게 배치되며 관통 구멍 형태의 센서 삽입부를 구비하는 구조물, 및 상기 센서 삽입부를 관통하며 상기 구조물에 결합되어 온도 측정 대상물의 온도를 측정하는 온도측정유닛을 포함하며, 상기 온도측정유닛은 제1 방향으로 상기 구조물에 삽입된 후 제2 방향으로 이동하여 상기 온도 측정 대상물에 접촉한다.

Description

온도측정부를 갖는 배터리 모듈{Battery module including Temperature Measurement Device}
본 발명은 온도측정부를 갖는 배터리 모듈에 관한 것이다.
이차전지는 일차전지와 달리 충전 및 방전이 가능하여 디지털 카메라, 휴대폰, 노트북, 하이브리드 자동차와 같은 다양한 분야에 적용될 수 있다. 이차전지로는 니켈-카드뮴 전지, 니켈-메탈 하이드라이드 전지, 니켈-수소 전지, 리튬 이차전지 등을 들 수 있다.
이러한 이차전지 중에서도 높은 에너지 밀도와 방전 전압을 가진 리튬 이차전지에 대한 많은 연구가 진행중이며, 최근 들어 리튬 이차전지는 유연성을 지닌 파우치형(pouched type)의 배터리 셀로 제조되어 다수개를 연결하여 모듈 형태로 구성하여 사용하고 있다.
이러한 배터리 모듈은 배터리 셀의 온도를 측정하기 위하여 온도 센서를 구비한다.
그런데 종래의 경우, 배터리 모듈 내부에 온도 센서가 장착되어 온도 센서에 이상이 발생하더라도 온도 센서의 교체가 어렵다는 문제가 있다. 또한 배터리 셀과 온도 센서의 접촉이 불량하여 온도 데이터의 신뢰도가 저하되는 문제가 있다.
따라서, 전술한 한계 내지 문제를 해소할 수 있는 배터리 모듈이 요구되고 있다.
본 발명은 상호 적층되어 배치되는 복수의 배터리 셀의 온도를 측정할 수 있는 배터리 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
다른 측면에서, 본 발명은 탈착 및 교체가 가능한 온도측정부를 구비하는 배터리 모듈을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈은, 상호 적층되어 배치되는 복수의 배터리 셀, 상기 배터리 셀에 인접하게 배치되며 관통 구멍 형태의 센서 삽입부를 구비하는 구조물, 및 상기 센서 삽입부를 관통하며 상기 구조물에 결합되어 온도 측정 대상물의 온도를 측정하는 온도측정유닛을 포함하며, 상기 온도측정유닛은 제1 방향으로 상기 구조물에 삽입된 후, 제2 방향으로 이동하여 상기 온도 측정 대상물에 접촉한다.
본 실시예에 있어서 온도측정유닛은, 상기 배터리 셀에 면접촉하여 상기 배터리 셀의 온도를 측정할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 배터리 셀들 사이에 배치되는 냉각 플레이트를 더 포함하며, 상기 온도측정유닛은 상기 냉각 플레이트에 면접촉하여 상기 배터리 셀의 온도를 간접적으로 측정할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 구조물은 냉각 플레이트의 둘레를 따라 배치되는 냉각 프레임으로 구성될 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 센서 삽입부는, 상대적으로 수직 폭이 큰 제1 영역과, 상기 제1 영역보다 수직 폭이 작은 제2 영역으로 구분될 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 온도측정유닛은, 상기 센서 삽입부에 결합되는 몸체부 및 일면이 상기 몸체부에 부착되고 타면이 상기 온도 측정 대상물에 면접촉하는 센싱부를 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 몸체부는, 상기 제2 영역의 수직 폭보다 넓은 폭을 구비하여 상기 제1 영역을 통해 상기 센서 삽입부를 통과하는 가압부 및 상기 가압부에서 연장되며 상기 센서 삽입부에 삽입되어 상기 가압부를 상기 제2 방향으로 이동시키는 결합부를 포함하며, 상기 센싱부는 상기 몸체부의 제1면에 부착될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 탄성 변형되는 재질로 형성되어 상기 센싱부와 상기 가압부 사이에 배치되는 가압 부재를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 가압 부재는 상기 몸체부에서 가해지는 힘에 의해 탄성 변형되며, 상기 센싱부는 상기 가압 부재의 복원력에 의해 상기 온도 측정 대상물에 밀착될 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 결합부는, 상기 몸체부의 제2면에서 돌출 배치되어 상기 결합부의 수평 폭을 확장하는 가압 블록을 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 센서 삽입부는, 상기 제1 영역의 둘레에 형성되며, 상기 온도측정유닛이 상기 센서 삽입부에 삽입될 때 상기 가압 블록과 면접촉하며 상기 가압 블록의 이동을 안내하는 안내 홈을 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 구조물과 상기 배터리 셀을 내부에 수용하는 케이스를 더 포함하고, 상기 케이스는, 상기 온도측정유닛이 삽입되는 삽입 구멍을 구비하며, 상기 온도측정유닛은 상기 케이스의 내부에서 상기 케이스의 내부면을 지지하며 상기 온도측정유닛이 상기 케이스로부터 분리되는 것을 억제하는 걸림 돌기를 구비할 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 온도측정유닛은, 탈착 가능하도록 상기 케이스에 고정 결합될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 배터리 셀은, 파우치형 이차전지를 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서 상기 배터리 셀은, 다수의 양극판과 다수의 음극판이 적층된 전극 조립체를 구비하며, 상기 전극 조립체의 최외측에는 음극판이 배치될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 전극 조립체의 최외측에는 배치되는 상기 음극판은, 다른 상기 음극판들 및 상기 양극판들보다 두껍게 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 구조물은, 상기 배터리 셀이 수용되는 내부 공간을 구비하는 프레임 구조로 형성될 수 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈은, 상호 적층되어 배치되는 복수의 배터리 셀, 상기 배터리 셀에 인접하게 배치되며 관통 구멍 형태의 센서 삽입부를 구비하는 구조물, 및 상기 센서 삽입부를 관통하여 상기 구조물에 결합되어 온도 측정 대상물의 온도를 측정하는 온도측정유닛을 포함하며, 상기 온도측정유닛은 제1 방향으로 상기 구조물에 삽입되는 몸체부, 상기 몸체부에 부착되어 상기 온도 측정 대상물의 온도를 측정하는 센싱부, 및 상기 몸체부에 부착된 센싱부를 제2 방향으로 가압하여 온도 측정 대상물에 밀착시키는 가압 부재를 포함할 수 있다.
본 발명의 배터리 모듈은, 케이스의 외부에서 온도측정유닛의 탈착이 가능하다. 따라서 온도측정유닛의 교체가 용이하며, 배터리 모듈 제조 과정에서 케이스 내부에 온도측정유닛을 설치할 필요가 없으므로 제조가 용이하다.
또한 온도측정유닛의 삽입 방향과 센싱부가 냉각 플레이트에 밀착되는 방향이 다르게 구성되므로, 온도측정유닛을 결합하는 과정에서 센싱부가 파손되는 것을 방지할 수 있다.
다만, 본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈을 도시한 사시도.
도 2는 도 1의 분해 사시도.
도 3은 도 1의 I-I'에 따른 단면도.
도 4는 도 2에 도시된 냉각부와 배터리 셀의 분해 사시도.
도 5는 도 4에 도시된 센서 삽입부의 정면도.
도 6은 도 1에 도시된 온도측정부의 사시도.
도 7은 도 6에 도시된 온도측정부를 다른 방향에서 도시한 사시도
도 8은 도 6의 III-III'에 다른 단면도.
도 9는 도 3의 II-II'에 따른 단면도.
도 10a 내지 도 11d는 도 1에 도시된 온도측정유닛이 냉각 프레임에 결합되는 과정을 설명하는 도면.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 도시한 부분 단면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함하며, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호 또는 유사한 방식으로 부여된 참조 부호는 동일 구성 요소 또는 대응하는 구성요소를 지칭하는 것으로 한다.
더하여, 본 명세서에서 수직 방향은 도 1의 z축 방향을 의미하고, 수평 방향은 x축 방향을 의미한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈을 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 분해 사시도이다. 또한 도 3은 도 1의 I-I'에 따른 단면도이며, 도 4는 도 2에 도시된 냉각부와 배터리 셀의 분해 사시도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 배터리 모듈(1)은 상호 적층되어 배치되는 복수의 배터리 셀(110), 복수의 배터리 셀(110)들 사이에 배치되는 냉각부(130), 배터리 셀(110)의 온도를 측정하는 온도측정부(120), 및 케이스(140)를 포함할 수 있다.
배터리 셀(110)은 충전 및 방전 용량을 증가시키기 위해서 복수 개가 구비될 수 있다.
복수의 배터리 셀(110)은 다른 면과 대비하여 비교적 넓은 면이 서로 대면하도록 나란하게 적층 배치된다.
본 실시예에서 배터리 셀(110)은 케이스(140) 내에 수직으로 세워져서 좌우 방향으로 적층 배치된다.
이러한 배터리 셀(110)은 도 4에 도시된 바와 같이 파우치(112) 내에 전극 조립체(미도시)가 수용된 파우치형(pouched type) 이차전지를 포함할 수 있다.. 전극 조립체는 다수의 전극판 및 전극 탭을 구비하며 파우치(112) 내에 수납된다. 여기서, 전극판은 양극판과 음극판으로 구성되며, 전극 조립체는 이러한 양극판과 음극판이 세퍼레이터를 사이에 두고 넓은 면이 서로 마주보는 형태가 되도록 적층된 형태로 구성될 수 있다.
전극 조립체는 다수의 양극판과 다수의 음극판이 상하 방향으로 적층된다. 이때, 다수의 양극판과 다수의 음극판에는 각각 전극 탭이 구비되며, 서로 동일한 극성끼리 접촉하여 동일한 전극리드(111)에 연결될 수 있다.
본 실시예에서 전극 조립체 중 최외측의 극판은 음극판일 수 있다. 일반적으로 양극판과 음극판 중 음극판에서 발열이 증가할 수 있다. 따라서 음극판을 전극 조립체의 가장 외측에 배치하는 경우, 배터리 셀(110)의 온도 측정에 유리할 수 있다.
또한 전극 조립체에서 최외측에는 배치되는 음극판은 다른 음극판들이나 양극판들보다 두껍게 형성될 수 있다. 이 경우, 상기한 음극판은 냉각 플레이트로 기능할 수 있다.
파우치(112)는 용기 형태로 형성되어 전극 조립체 및 전해액이 수용되는 내부 공간을 제공한다. 이때, 전극 조립체의 전극리드(111는 일부가 파우치(112)의 외부로 노출된다.
파우치(112)는 실링부(113)와 수용부(115)로 구분될 수 있다. 수용부(115)는 용기 형태로 형성되어 사각 형상의 내부 공간을 제공한다. 수용부(115)의 내부 공간에는 전극 조립체 및 전해액이 수용된다.
실링부(113)는 용기 형태로 형성되는 수용부(115)에서 외부로 확장되는 플랜지 형태로 형성된다. 따라서 실링부(113)는 수용부(115)의 외곽을 따라 테두리 형태로 배치된다. 실링부(113) 간의 접합은 열융착 방식이 이용될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
이와 같이 구성되는 배터리 셀(110)은 충전 및 방전이 가능한 니켈 금속수소(Ni-MH) 전지 또는 리튬 이온(Li-ion) 전지로서 전류를 생성한다.
냉각부(130)는 배터리 셀들(110) 사이에 배치되어 배터리 셀(110)로부터 발생되는 열을 외부로 방출한다.
본 실시예에 따른 냉각부(130)는 냉각 플레이트(132)와 냉각 프레임(134)을 포함한다.
냉각 플레이트(132)는 배터리 셀(110)과 접촉하도록 배치되며, 냉각 프레임(134)의 내부에 배치된다.
냉각 플레이트(132)는 열 전도도가 높은 금속 재질로 형성되며, 배터리 셀(110)과의 접촉면적을 최대한 확보하기 위해, 돌출된 영역이 없는 편평한 면으로 형성된다.
냉각 프레임(134)은 전술한 냉각 플레이트(132)의 둘레를 따라 배치된다. 즉, 냉각 프레임(134)은 내부가 빈 사각의 틀로 형성되며, 냉각 프레임(134)의 내부에는 냉각 플레이트(132)가 배치된다.
냉각 프레임(134)은 수지와 같은 절연성 재질로 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 인서트 사출 방식을 통해 냉각 플레이트(132)와 냉각 프레임(134)이 일체로 형성된다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며 나사나 리벳과 같은 별도의 체결 부재를 통해 냉각 플레이트(132)와 일체로 결합하는 등 다양한 변형이 가능하다.
본 실시예에서 배터리 셀들(110)은 적어도 한 면이 냉각 플레이트(132)에 접촉하도록 구성된다. 따라서 냉각 프레임(134)은 배터리 셀(110)이 수용되는 내부 공간을 구비하는 프레임 구조로 구성될 수 있다. 이러한 냉각부(130)는 배터리 셀(110)의 개수에 따라 다수개가 구비될 수 있다.
한편, 본 발명의 배터리 모듈(1)은 후술되는 온도측정유닛(123)이 배터리 모듈(1)에 구비되는 구조물(132, 140)에 결합되어 온도 측정 대상물의 온도를 측정한다. 따라서 구조물에는 온도 측정 대상물이 결합되는 센서 삽입부(136)가 구비된다.
본 실시예의 경우, 구조물로 냉각 프레임(134)이 이용되며 온도 측정 대상물로는 냉각 플레이트(132)가 이용된다.
그러나 본 발명의 구성이 이에 한정되는 것은 아니며, 센서 삽입부(134)가 케이스(140)에 구비되는 경우에는 케이스(140)가 구조물로 이용될 수 있다. 또한 온도측정유닛(123)이 배터리 셀(110)에 직접 접촉하도록 구성되는 경우, 배터리 셀(110)이 온도 측정 대상물로 규정된다.
본 실시예의 냉각 프레임(134)에는 적어도 하나의 센서 삽입부(136)가 구비된다.
센서 삽입부(136)는 후술되는 온도측정유닛(123)이 삽입되는 구멍이다. 따라서 센서 삽입부(136)는 온도측정유닛(123)에 대응하는 형상의 관통 구멍으로 형성된다.
센서 삽입부(136)는 모든 냉각 프레임(134)에 구비될 수 있으나, 온도측정유닛(123)이 배치되는 특정 냉각 프레임(134)에만 형성하는 것도 가능하다.
도 5는 도 4에 도시된 센서 삽입부의 정면도로, 이를 함께 참조하면, 본 실시예의 센서 삽입부(136)는 수직 방향으로 구멍의 크기를 확장하는 가이드 홈(S1a)을 구비한다.
이에 따라 센서 삽입부(136)는 수직 방향을 기준으로 상대적으로 폭이 큰 제1 영역(S1), 그리고 제1 영역(S1)에 비해 상대적으로 좁은 폭을 갖는 제2 영역(S2)으로 구분될 수 있다.
제1 영역(S1)과 제2 영역(S2)은 서로 연결된다. 따라서 제1 영역(S1)은 제2 영역(S2)이 연결되는 테두리 부분에는 폭의 차이로 인해 단차가 형성된다.
제1 영역(S1)은 후술되는 가압부(121a)가 삽입되는 영역이다. 따라서 가압부(121a)의 단면에 대응하는 형상으로 형성된다.
그리고 제2 영역(S2)은 제1 영역(S1)을 수평 방향으로 확장한다. 결합부(121b)는 제1 영역(S1)과 제2 영역(S2)을 모두 이용하여 센서 삽입부(136)에 삽입된다. 따라서 센서 삽입부(136)의 전체 영역은 결합부(121b)의 단면에 대응하는 형상을 포함한다.
또한 센서 삽입부(136)는 제1 영역(S1)의 둘레에 형성되는 안내 홈(S3)을 포함한다.
안내 홈(S3)은 제1 영역(S1)의 입구를 확장하는 형태의 홈으로 형성되며, 후술되는 온도측정유닛(123)이 센서 삽입부(136)에 삽입될 때, 온도측정유닛(123)의 가압 블록(121b1)이 삽입되어 이동하는 공간이다. 따라서 가압 블록(121b1)의 이동을 안내하는 공간으로 이해될 수 있다.
안내 홈(S3)은 바닥이 경사면의 형태로 형성되어 외측으로 갈수록 제1 영역(S1)의 입구를 확장한다. 상기한 경사면의 경사각은 가압 블록(121b1)의 일면(S)과 대응하는 각도로 구성될 수 있다. 여기서 가압 블록(121b1)의 일면(S)이란 온도측정부(120)가 센서 삽입부(136)에 삽입될 때, 안내 홈(S3)의 경사면에 면접촉하는 면을 의미한다.
온도측정부(120)는 배터리 셀(110)의 온도를 간접적으로 측정한다.
도 6은 도 1에 도시된 온도측정부의 사시도이고, 도 7은 도 6에 도시된 온도측정부를 다른 방향에서 도시한 사시도이다. 또한 도 8은 도 6의 III-III'에 다른 단면도이고 도 9는 도 3의 II-II'에 따른 단면도이다.
도 6 내지 도 9를 함께 참조하면, 본 실시예에 따른 배터리 모듈(1)의 온도측정부(120)는 온도측정유닛(123)과 연결부(125)를 포함할 수 있다.
온도측정유닛(123)은 케이스(140)의 삽입 공간과 냉각 프레임(134)에 형성된 센서 삽입부(136)를 통과하여 케이스(140) 내부에 배치된 온도 측정 대상물(예컨대 냉각 플레이트)에 접촉하여 온도를 측정한다.
이를 위해, 온도측정유닛(123)은 온도를 센싱하는 센싱부(150), 냉각 프레임(134)의 센서 삽입부(136)에 결합되는 몸체부(121), 그리고 센싱부(150)를 가압하는 가압 부재(129)를 포함할 수 있다.
센싱부(150)는 일면이 몸체부(121)에 부착되고 타면이 온도 측정 대상물인 냉각 플레이트(132)에 면접촉하여 냉각 플레이트(132)의 온도를 측정한다. 따라서 본 실시예에서 센싱부(150)는 편평한 필름 타입으로 형성될 수 있다. 예컨대, 센싱부(150)는 절연 필름 사이에 온도 센서가 배치되는 형태로 구성될 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 센싱부(150)는 후술되는 몸체부(121)의 제1면 측에 배치되며, 적어도 일부가 몸체부(121) 제1면에서 돌출되도록 배치된다. 본 실시예서는 센싱부(150)는 일부가 후술되는 수용 공간(128) 내에 배치되고 나머지 일부가 몸체부(121) 제1면에서 돌출되도록 배치된다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 센싱부(150) 전체를 수용 공간(128)의 외부에 배치하여 센싱부(150) 전체가 몸체부(121)의 제1면에서 돌출 배치되도록 구성하는 것도 가능하다.
몸체부(121)는 수지와 같은 절연성 재질로 형성되며, 센싱부(150)가 배치되는 제1면과, 제1면의 반대면인 제2면을 갖는다.
몸체부(121)는 센싱부(150)가 결합되는 가압부(121a)와, 냉각 프레임(134)에 결합되는 결합부(121b), 및 고정부(121c)를 포함할 수 있다.
가압부(121a)는 전체적으로 납작하고 편평한 형상으로 구성되며, 제1면에 센싱부(150)가 배치된다
가압부(121a)와 센싱부(150) 사이에는 센싱부(150)를 탄성적으로 가압할 수 있는 가압 부재(129)가 배치된다. 가압 부재(129)는 복원력을 통해 센싱부(150)를 제2 방향(도 1의 x축 방향)으로 가압하여 온도 측정 대상물에 밀착시킨다.
따라서 가압 부재(129)는 스펀지나 폼(foam) 등과 같이 탄성 변형이 가능하고, 복원력을 이용하여 센싱부(150)를 가압할 수 있는 재질이라면 다양하게 이용될 수 있다.
가압부(121a)에는 가압 부재(129)가 배치될 수 있는 수용 공간(128)이 구비될 수 있다. 수용 공간(128)은 가압부(121a)의 제1면에서 홈의 형태로 형성되며, 가압 부재(129)는 수용 공간(128) 내에 완전히 수용되도록 배치된다. 따라서 수용 공간(128)의 깊이는 가압 부재(129)의 두께와 동일하거나 유사하게 구성될 수 있다.
또한 본 실시예의 가압부(121a)에는 가압부(121a)의 폭을 확장하는 가이드 블록(121a1)이 구비된다.
가이드 블록(121a1)은 긴 블록 형태로 돌출 형성되며, 가압부(121a)가 센서 삽입부(136)에 삽입될 때, 가이드 홈(S1a)에 삽입된다. 따라서 가이드 블록(121a1)은 가이드 홈(S1a)의 크기와 형상에 대응하는 형태로 형성된다.
가이드 블록(121a1)을 구비함에 따라, 가압부(121a)의 수직 폭은 제1 영역(S1)의 수직 폭보다는 작고 제2 영역(S2)의 수직 폭보다는 넓은 폭으로 형성된다. 따라서, 가압부(121a)는 센서 삽입부(136)의 제1 영역(S1)을 통해서만 센서 삽입부(136)를 통과하여 냉각 프레임(134)의 내부에 삽입될 수 있다.
결합부(121b)는 가압부(121a)에서 연장되는 부분으로, 온도측정유닛(123)이 센서 삽입부(136)에 삽입되었을 때, 센서 삽입부(136) 내에 배치되는 영역을 포함한다.
결합부(121b)는 가이드 블록(121a1)을 구비하지 않는다. 따라서 결합부(121b)의 수직 폭은 가압부(121a)의 수직 폭보다 작게 구성된다.
또한 결합부(121b)에는 가압 블록(121b1)이 구비된다.
가압 블록(121b1)은 몸체부(121)의 제2면에서 돌출 배치되며, 결합부(121b)의 수평 폭을 점차적으로 확장한다. 가압 블록(121b1)에 의해 확장된 결합부(121b)의 최대 수평 폭은 센서 삽입부(136)의 수평 방향의 크기보다 크게 형성된다. 따라서 결합부(121b)는 가압부(121a)보다 좁은 수직 폭을 가지며, 가압부(121a)보다 넓은 수평 폭을 갖는다.
결합부(121b)의 최대 수평 폭이 센서 삽입부(136)의 최대 수평 폭보다 크게 형성되므로, 몸체부(121)가 배터리 셀(110) 측으로 최대한 가압되더라도 결합부(121b)는 센서 삽입부(136)를 통과하지 않고 대부분이 센서 삽입부(136) 내에 위치하게 된다.
전술한 바와 같이, 가압 블록(121b1)은 결합부(121b)의 두께를 점차적으로 확장한다. 이를 위해, 가압 블록(121b1)의 일면(S)은 경사면이나 곡면으로 구성된다. 여기서 가압 블록(121b1)의 일면(S)은 몸체부(121)가 센서 삽입부(136)에 삽입될 때, 가압 블록(121b1)의 전방에 배치되는 면으로, 전술한 안내 홈(S3)에 삽입되어 안내 홈(S3)의 경사면을 지지하는 면을 의미한다.
가압 블록(121b1)이 센서 삽입부(136)에 삽입됨에 따라, 가압 블록(121b1)의 두께에 대응하여 가압부(121a)는 제2 방향(x축 방향)으로 이동하게 된다.
고정부(121c)는 결합부(121b)에서 연장되는 부분으로, 온도측정유닛(123)이 센서 삽입부(136)에 결합되었을 때, 냉각 프레임(134)의 외부에 배치되는 부분으로 정의될 수 있다.
본 실시예에서 몸체부(121)는 후술되는 제2 케이스(144)의 삽입 구멍(145)을 통과하여 냉각 프레임(134)의 센서 삽입부(136)에 삽입된다. 따라서 온도측정유닛(123)이 센서 삽입부(136)에 결합되었을 때 고정부(121c)는 적어도 일부가 후술되는 제2 케이스(144)의 삽입 구멍(145) 내에 위치한다.
또한 고정부(121c)는 온도측정유닛(123)을 제2 케이스(144)에 결합시키기 위해 걸림 돌기(122)를 구비한다. 걸림 돌기(122)는 고정부(121c)의 외측으로 돌출 형성되며, 외력에 의해 탄성 변형되며 몸체부(121)와 가까워지는 방향으로 이동하도록 구성된다.
온도측정유닛(123)을 배터리 셀(110) 측으로 최대한 밀어 넣은 경우, 걸림 돌기(122)는 탄성 변형되며 삽입 구멍(145)을 통해 제2 케이스(144)의 내부로 삽입된다. 이에 따라 걸림 돌기(122)는 제2 케이스(144)의 내부면을 지지하게 되고, 이에 온도측정유닛(123)은 제2 케이스(144)에 고정 결합된다.
온도측정유닛(123)이 제2 케이스(144)에 완전하게 결합된 경우, 외력을 이용하여 걸림 돌기(122)를 탄성 변형시키지 않는 한 온도측정유닛(123)은 배터리 모듈(1)로부터 쉽게 분리되지 않는다.
연결부(125)는 센싱부(150)와 외부를 전기적으로 연결한다. 여기서 외부는 배터리 모듈(1)에 구비되는 회로부(미도시)나, 배터리 모듈(1)이 탑재되는 장치의 제어부(미도시)를 포함할 수 있다.
연결부(125)는 케이블의 형태로 구성될 수 있다. 연결부(125)의 일단은 고정부(121c)에 고정되며, 센싱부(150)와 연결된다. 그리고 연결부(125)의 타단에는 외부와의 연결을 위한 커넥터(127)가 배치될 수 있다.
본 실시예에서 커넥터(127)는 제2 케이스(144)에 결합되어 제2 케이스(144) 내에 배치되는 회로부(미도시)와 전기적으로 연결된다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다.
케이스(140)는 배터리 모듈(1)의 외형을 규정하며, 복수의 배터리 셀들(110)의 외부에 배치되어 외부 환경으로부터 배터리 셀들(110)을 보호한다. 동시에 케이스(140)는 배터리 모듈(1)의 냉각 부재로도 기능한다.
본 실시예의 케이스(140)는 배터리 셀들(110)을 둘러 싸는 제1 케이스(142)와, 배터리 셀(110)들의 전극 리드들(111)이 배치되는 측면에 결합되는 제2 케이스(144)를 포함할 수 있다.
제1 케이스(142)는 배터리 셀들(110)의 하부면과 측면을 지지한다. 배터리 셀(110)을 견고하게 지지하기 위해, 제1 케이스(142)는 배터리 셀(110)의 수용부(115)와 접촉하도록 구성될 수 있다. 그러나 이에 한정되지 않으며, 제1 케이스(142)와 수용부(115) 사이에 방열 패드나 완충 부재 등을 개재하는 등 필요에 따라 다양한 변형이 가능하다.
제1 케이스(142)는 금속과 같은 열 전도성이 높은 재질로 구성될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 금속이 아니더라도 유사한 강도와 열 전도성을 갖는 재질이라면 다양한 재질이 이용될 수 있다.
제2 케이스(144)는 배터리 셀들(110)의 전극 리드들(111)이 배치되는 양 측면에 각각 결합될 수 있다.
제2 케이스(144)는 제1 케이스(142)에 결합되어 배터리 모듈(1)의 외형을 완성한다.
제2 케이스(144)는 수지와 같은 절연성 재질로 형성될 수 있으며, 외부와 전기적으로 연결되는 외부 접속 단자(146)를 구비할 수 있다.
또한 제2 케이스(144)에는 온도측정유닛(123)이 삽입되는 삽입 구멍(145)이 구비된다.
삽입 구멍(145)은 센서 삽입부(136)와 일직선 상에 배치되며, 온도측정유닛(123) 중 가압부(121a)와 결합부(121b)가 통과할 수 있는 크기로 형성된다. 또한 고정부(121c)의 걸림 돌기(122)가 탄성 변형되어 삽입될 수 있는 크기로 형성된다.
제2 케이스(144)는 나사나 볼트와 같은 고정 부재를 통해 제1 케이스(142)에 결합될 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 제2 케이스(144)와 배터리 셀들(110) 사이에는 회로부(미도시)가 개재될 수 있다.
회로부는 회로 기판(예컨대 PCB)과, 회로 기판에 실장되는 다수의 전자 소자(미도시)를 포함할 수 있으며, 배터리 셀(110)의 전압이나 온도를 센싱하는 기능을 수행할 수 있다.
회로부는 커넥터(127)를 통해 온도측정유닛(123)의 센싱부(150)와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한 외부 접속 단자들(146)과도 전기적으로 연결될 수 있다.
이와 같이 구성되는 배터리 모듈(1)은 온도측정유닛(123)이 센서 삽입부(136)에 삽입되어 냉각 플레이트(132)에 면접촉하도록 배치되며, 이에 배터리 셀(110)에서 냉각 플레이트(132)로 전달된 온도를 측정한다.
따라서 본 실시예의 온도측정유닛(123)은 배터리 셀(110)의 온도를 간접적으로 측정한다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며 후술되는 실시예와 같이 배터리 셀(110)의 온도를 직접 측정하도록 구성될 수도 있다.
본 발명의 온도측정유닛(123)은 제1 방향(예컨대 y축 방향)으로 케이스(140) 내부에 삽입된 후, 제2 방향(예컨대 x축 방향)으로 이동하여 온도 측정 대상물인 냉각 플레이트(132)에 접촉한다.
또한 본 실시예의 배터리 모듈(1)은, 온도측정유닛(123)이 센서 삽입부(136)에 완전히 결합되었을 때, 센싱부(150)가 최대한 냉각 플레이트(132)에 밀착되도록 구성된다.
여기서, 온도측정유닛(123)이 센서 삽입부(136)에 완전히 결합되었다는 것은 걸림 돌기(122)가 제2 케이스(144)의 내부로 삽입되어 몸체부(121)가 제2 케이스(144)에 고정된 상태를 의미한다.
센서 삽입부(136)에 완전히 결합된 몸체부(121)의 제1면은 적어도 일부가 냉각 플레이트(132)의 일면과 접촉할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 실시예의 센싱부(150)는 적어도 일부가 몸체부(121)의 제1면에서 돌출되도록 배치된다. 따라서 몸체부(121)의 제1면이 냉각 플레이트(132)의 일면과 접촉하기 위해서는 몸체부(121)에서 가해지는 힘에 의해 가압 부재(129)가 탄성 변형되며 압축되고, 센싱부(150)는 적어도 일부가 수용 공간(128) 내부로 수용되어야 한다.
이 경우, 가압 부재(129)의 복원력에 의해 센싱부(150)는 냉각 플레이트(132)의 일면을 지속적으로 가압한다. 이에 센싱부(150)와 냉각 플레이트(132)는 서로 밀착된 접촉 상태가 유지되므로, 센싱부(150)와 냉각 플레이트(132) 간의 접촉 신뢰성을 확보할 수 있다.
한편, 본 발명은 상기한 구성으로 한정되지 않으며, 센서 삽입부(136)에 완전히 결합된 몸체부(121)의 제1면과 냉각 플레이트(132)의 일면을 일정 거리 이격 배치하는 것도 가능하다.
이 경우, 센싱부(150)에 가압 부재(129)의 복원력을 제공하기 위해, 몸체부(121)의 제1면과 냉각 플레이트(132)의 일면의 이격 가능한 범위는 센싱부(150)가 몸체부(121)의 제1면에서 돌출된 돌출 거리보다 작은 거리로 규정된다.
이어서, 온도측정유닛(123)이 냉각 프레임(134)에 결합되는 과정을 설명한다.
도 10a 내지 도 11d는 도 1에 도시된 온도측정유닛이 냉각 프레임에 결합되는 과정을 설명하는 도면이다. 여기서 도 11b 내지 도 11d는 이해의 편의를 위해 냉각부를 부분적으로 절단한 단면으로 도시하였다.
먼저 도 10a, 도 11a, 및 도 11b에 도시된 바와 같이, 온도측정유닛(123)의 가압부(121a)를 센서 삽입부(136)에 삽입한다.
가압부(121a)는 제2 케이스(144)의 삽입 구멍(145)을 통과한 후, 냉각 프레임(134)의 센서 삽입부(136)에 삽입된다.
전술한 바와 같이, 가압부(121a)의 최대 수직 폭은 센서 삽입부(136)의 제2 영역(S2)보다 크므로, 가압부(121a)는 제1 영역(S1)을 통해서만 냉각 프레임(134)의 내부로 삽입된다. 이 과정에서 가이드 블록(121a1)은 도 11a, 도 11b에 도시된 바와 같이 가이드 홈(S1a)을 통해 센서 삽입부(136) 내부로 삽입된다.
따라서, 본 단계에서 센싱부(150)와 냉각 플레이트(132)는 제2 영역(도 5의 S2)의 수평 폭만큼 이격된 상태가 유지된다.
가압부(121a)가 냉각 프레임(134) 내에 완전히 삽입되면, 이어서 도 10b 및 도 11c에 도시된 바와 같이 결합부(121b)가 센서 삽입부(136)에 삽입된다.
이때, 결합부(121b)에 배치된 가압 블록(121b1)은 안내 홈(S3)에 삽입되어 안내 홈(S3)의 경사면과 면접촉한다.
결합부(121b)에는 가이드 블록(121a1)이 없으므로, 결합부(121b)가 센서 삽입부(136)에 위치하게 되면 결합부(121b)는 제2 영역(도 5의 S2) 측으로 이동이 가능하다.
따라서, 몸체부(121)를 배터리 셀(110) 측으로 더 밀어 넣으면, 도 10b에 도시된 바와 같이 안내 홈(S3)의 경사면과, 가압 블록(121b1)의 일면에 의해, 몸체부(121)는 제2 영역(S2) 측으로 이동하며 전진하게 된다.
몸체부(121)가 제2 영역(S2) 측으로 이동함에 따라, 가압부(121a)와 냉각 플레이트(132) 간의 거리가 축소되어 센싱부(150)는 냉각 플레이트(132)와 면접촉하게 된다.
이어서, 도 10c 및 도 11d에 도시된 바와 같이, 몸체부(121)를 냉각 프레임(134) 내부에 완전히 밀어 넣어 몸체부(121)를 케이스(140)에 완전히 결합한다. 이 과정에서 가압부(121a)는 냉각 플레이트(132) 측으로 더 이동하게 되고, 가압부(121a)의 제1면은 냉각 프레임(134)의 일면에 접촉하거나 매우 인접하게 배치된다. 그리고 센싱부(150)는 가압 부재(129)는 탄성 변형시키며 적어도 일부가 수용 공간(128) 내부에 수용된다.
이에 가압 부재(129)의 복원력에 의해 센싱부(150)는 냉각 플레이트(132)의 일면을 지속적으로 가압하게 되어 센싱부(150)와 냉각 플레이트(132) 간의 접촉 신뢰성이 확보된다.
이와 같이 구성되는 본 실시예에 따른 배터리 모듈(1)은, 온도측정유닛(123)이 탈착 가능하도록 케이스(140)에 고정 결합된다. 따라서 온도측정부(120)의 교체가 용이하며, 배터리 모듈 제조 과정에서 케이스(140) 내부에 온도 센서를 설치할 필요가 없으므로 제조가 용이하다.
또한 온도측정유닛(123)의 삽입 방향과 센싱부(150)가 냉각 플레이트(132)에 밀착되는 방향이 다르게 구성되므로, 온도측정유닛(123)을 결합하는 과정에서 센싱부(150)가 파손되는 것을 방지할 수 있다.
한편 본 발명의 배터리 모듈은 전술한 실시예에 한정되지 않으며 다양한 변형이 가능하다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈을 개략적으로 도시한 부분 단면도로, 도 1의 I-I'에 대응하는 단면을 부분적으로 도시하고 있다.
도 11을 참조하면, 본 실시예에 따른 배터리 모듈(1)은 전술한 실시예와 유사하게 구성되나, 온도측정유닛(123)의 센싱부(150)가 냉각 플레이트(132)가 아닌, 배터리 셀(110)의 실링부(113)와 면접촉하며 배터리 셀(110)의 온도를 측정한다.
따라서 센싱부(150)는 배터리 셀(110)의 실링부(113)와 마주보도록 배치되며, 가압부(121a)는 냉각 플레이트(132)가 아닌 배터리 셀(110)의 실링부(113) 측으로 이동하도록 구성된다.
또한 센싱부(150)가 냉각 플레이트(132)와 접촉할 필요가 없으므로, 배터리 모듈(1)에 별도의 방열 경로를 구비되는 경우, 냉각부(130)는 생략될 수도 있다.
한편 본 실시예에서는 센싱부(150)가 실링부(113)의 온도를 측정하는 경우를 예로 들고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 배터리 셀(110)의 배치 형태에 따라 수용부(115)의 온도를 직접 측정하도록 구성하는 것도 가능하다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
예를 들어 전술한 실시예들에서, 온도측정유닛은 배터리 모듈에 구비되는 구조물에 결합되어 온도를 측정한다. 전술한 실시예들의 경우, 구조물은 냉각 프레임으로 구성된다. 그리고 온도측정유닛의 고정을 위해 케이스가 이용된다. 따라서 온도측정유닛은 냉각 프레임과 케이스에 동시에 결합된다.
그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 냉각 프레임이나 케이스 중 어느 하나에만 결합되도록 구성하는 것도 가능하다.
예컨대, 온도측정유닛이 냉각 프레임에만 결합되도록 구성할 수 있다.
이 경우 온도측정유닛은 케이스 내부에 배치되며, 필요에 따라 연결부만이 케이스를 관통하여 케이스의 외부로 인출되도록 구성될 수 있다. 따라서 케이스에는 온도측정유닛이 삽입되는 삽입 구멍이 구비되지 않는다.
또한 이 경우 냉각 프레임에는 온도측정유닛의 걸림 돌기과 결합되어 온도측정유닛을 고정시키는 돌기가 구비될 수 있다. 결합 고리는 냉각 프레임에서 케이스 측으로 돌출된 갈고리 형태로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
다른 실시예로, 온도측정유닛이 케이스에만 결합되도록 구성할 수도 있다. 이 경우, 냉각 프레임이 아닌 케이스가 구조물로 이용되며, 따라서 센서 삽입부는 전술한 실시예와 동일한 구조로 케이스에 구비된다.
케이스에 센서 삽입부가 구비되는 경우, 전술한 삽입 구멍은 케이스에서 생략될 수 있으며, 이에 따라 온도측정유닛을 고정시키기 위해, 케이스에는 온도측정유닛의 걸림 돌기가 결합되는 결합 고리가 별도로 구비될 수 있다. 결합 고리는 케이스에서 외부로 돌출된 갈고리 형태로 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
케이스가 구조물로 이용되는 경우, 온도측정유닛은 냉각 프레임에 결합되지 않으므로, 냉각 프레임이나 냉각 플레이트는 필요에 따라 생략될 수 있다. 또한 냉각부가 생략된 경우, 온도측정유닛은 냉각 플레이트가 아닌 배터리 셀의 실링부와 면접촉하도록 배치되어 배터리 셀의 온도를 측정할 수 있다.
더하여, 전술한 실시예들에서는 냉각 프레임을 구조물로 이용하는 경우를 예로 들었으나, 이에 한정되지 않으며, 냉각 프레임이 아닌 별도의 부재를 구조물로 이용하는 것도 가능하다. 즉, 센서 삽입부가 형성된 격벽이나 막대형 프레임을 케이스와 배터리 셀 사이에 배치하여 구조물로 이용하는 등 다양한 변형이 가능하다.
1: 배터리 모듈
110: 배터리 셀
120: 온도측정부
123: 온도측정유닛
125: 연결부
129: 가압 부재
130: 냉각부
132: 냉각 플레이트
134: 냉각 프레임
136: 센서 삽입부
140: 케이스
150: 센싱부

Claims (18)

  1. 상호 적층되어 배치되는 복수의 배터리 셀;
    상기 배터리 셀에 인접하게 배치되며 관통 구멍 형태의 센서 삽입부를 구비하는 구조물; 및
    상기 센서 삽입부를 관통하며 상기 구조물에 결합되어 온도 측정 대상물의 온도를 측정하는 온도측정유닛;
    을 포함하며,
    상기 온도측정유닛은,
    제1 방향으로 상기 구조물에 삽입된 후, 제2 방향으로 이동하여 상기 온도 측정 대상물에 접촉하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 온도측정유닛은,
    상기 배터리 셀에 면접촉하여 상기 배터리 셀의 온도를 측정하는 배터리 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 배터리 셀들 사이에 배치되는 냉각 플레이트를 더 포함하며,
    상기 온도측정유닛은 상기 냉각 플레이트에 면접촉하여 상기 배터리 셀의 온도를 간접적으로 측정하는 배터리 모듈.
  4. 제3항에 있어서 상기 구조물은, 상기 냉각 플레이트의 둘레를 따라 배치되는 냉각 프레임으로 구성되는 배터리 모듈.
  5. 제1항에 있어서, 상기 센서 삽입부는,
    상대적으로 수직 폭이 큰 제1 영역과, 상기 제1 영역보다 수직 폭이 작은 제2 영역으로 구분되는 배터리 모듈.
  6. 제1항에 있어서, 상기 온도측정유닛은,
    상기 센서 삽입부에 결합되는 몸체부; 및
    일면이 상기 몸체부에 부착되고 타면이 상기 온도 측정 대상물에 면접촉하는 센싱부;
    를 포함하는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서, 상기 몸체부는,
    상기 제2 영역의 수직 폭보다 넓은 폭을 구비하여 상기 제1 영역을 통해 상기 센서 삽입부를 통과하는 가압부; 및
    상기 가압부에서 연장되며 상기 센서 삽입부에 삽입되어 상기 가압부를 상기 제2 방향으로 이동시키는 결합부;
    를 포함하며,
    상기 센싱부는 상기 몸체부의 제1면에 부착되는 배터리 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    탄성 변형되는 재질로 형성되어 상기 센싱부와 상기 가압부 사이에 배치되는 가압 부재를 더 포함하는 배터리 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 가압 부재는 상기 몸체부에서 가해지는 힘에 의해 탄성 변형되며,
    상기 센싱부는 상기 가압 부재의 복원력에 의해 상기 온도 측정 대상물에 밀착되는 배터리 모듈.
  10. 제7항에 있어서, 상기 결합부는,
    상기 몸체부의 제2면에서 돌출 배치되어 상기 결합부의 수평 폭을 확장하는 가압 블록을 포함하는 배터리 모듈.
  11. 제10항에 있어서, 상기 센서 삽입부는,
    상기 제1 영역의 둘레에 형성되며, 상기 온도측정유닛이 상기 센서 삽입부에 삽입될 때 상기 가압 블록과 면접촉하며 상기 가압 블록의 이동을 안내하는 안내 홈을 더 포함하는 배터리 모듈.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 구조물과 상기 배터리 셀을 내부에 수용하는 케이스를 더 포함하고,
    상기 케이스는,
    상기 온도측정유닛이 삽입되는 삽입 구멍을 구비하며,
    상기 온도측정유닛은 상기 케이스의 내부에서 상기 케이스의 내부면을 지지하며 상기 온도측정유닛이 상기 케이스로부터 분리되는 것을 억제하는 걸림 돌기를 구비하는 배터리 모듈.
  13. 제12항에 있어서, 상기 온도측정유닛은,
    탈착 가능하도록 상기 케이스에 고정 결합되는 배터리 모듈.
  14. 제1항에 있어서, 상기 배터리 셀은,
    파우치형 이차전지를 포함하는 배터리 모듈.
  15. 제1항에 있어서, 상기 배터리 셀은,
    다수의 양극판과 다수의 음극판이 적층된 전극 조립체를 구비하며,
    상기 전극 조립체의 최외측에는 음극판이 배치되는 배터리 모듈.
  16. 제15항에 있어서, 상기 전극 조립체의 최외측에는 배치되는 상기 음극판은,
    다른 상기 음극판들 및 상기 양극판들보다 두껍게 형성되는 배터리 모듈.
  17. 제1항에 있어서, 상기 구조물은,
    상기 배터리 셀이 수용되는 내부 공간을 구비하는 프레임 구조로 형성되는 배터리 모듈.
  18. 상호 적층되어 배치되는 복수의 배터리 셀;
    상기 배터리 셀에 인접하게 배치되며 관통 구멍 형태의 센서 삽입부를 구비하는 구조물; 및
    상기 센서 삽입부를 관통하여 상기 구조물에 결합되어 온도 측정 대상물의 온도를 측정하는 온도측정유닛;
    을 포함하며,
    상기 온도측정유닛은,
    제1 방향으로 상기 구조물에 삽입되는 몸체부;
    상기 몸체부에 부착되어 상기 온도 측정 대상물의 온도를 측정하는 센싱부; 및
    상기 몸체부에 부착된 센싱부를 제2 방향으로 가압하여 온도 측정 대상물에 밀착시키는 가압 부재;
    를 포함하는 배터리 모듈.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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