KR20210041285A - 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩 - Google Patents

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KR20210041285A
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장성환
이종영
오종렬
이백산
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주식회사 엘지화학
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Abstract

본 발명은 조립 방식을 간소화한 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것으로, 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체, 상기 전지셀 적층체를 수용하는 프레임, 상기 프레임의 전후면을 커버하는 엔드 플레이트, 상기 엔드 플레이트와 상기 전지셀 적층체 사이에 위치하고, 상기 전지셀 적층체를 커버하는 절연 커버 및 상기 절연 커버와 결합되는 터미널 너트를 포함하고, 상기 절연 커버와 상기 터미널 너트는 상기 절연 커버에 형성된 후크에 의해 결합된다.

Description

전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩{BATTERY MODULE AND BATTERY PACK INCLUDING THE SAME}
본 발명은 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 조립 방식을 간소화한 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩에 관한 것이다.
이차 전지는 모바일 기기 및 전기 자동차 등의 다양한 제품군에서 에너지원으로 많은 관심을 받고 있다. 이러한 이차 전지는 화석 연료를 사용하는 기존 제품의 사용을 대체할 수 있는 유력한 에너지 자원으로서, 에너지 사용에 따른 부산물이 발생하지 않아 친환경 에너지원으로서 각광받고 있다.
최근 이차 전지의 에너지 저장원으로서의 활용을 비롯하여 대용량 이차 전지 구조에 대한 필요성이 높아지면서, 다수의 이차 전지가 직렬/병렬로 연결된 전지 모듈을 집합시킨 멀티 모듈 구조의 전지팩에 대한 수요가 증가하고 있다.
한편, 복수개의 전지셀을 직렬/병렬로 연결하여 전지팩을 구성하는 경우, 적어도 하나의 전지셀로 이루어지는 전지 모듈을 구성하고, 이러한 적어도 하나의 전지 모듈을 이용하여 기타 구성 요소를 추가하여 전지팩을 구성하는 방법이 일반적이다.
이러한 전지 모듈은 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체, 전지셀 적층체를 수용하는 프레임, 프레임 전후면을 커버하는 엔드 플레이트, 엔드 플레이트와 전지셀 적층체 사이에 위치하고, 전지셀 적층체를 커버하는 절연 커버 및 절연 커버에 결합된 터미널 너트를 포함한다.
도 1은 종래 전지 모듈에서의 너트 어셈블리를 나타낸 사시도이다. 도 2는 도 1의 너트 어셈블리를 확대한 도면이다. 도 3은 절연 커버에 형성된 너트 어셈블리의 후면을 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 종래 전지 모듈에서는, 전지셀 적층체를 수용하는 프레임(10)이 형성되고, 전지셀 적층체의 전후면을 커버하는 엔드 플레이트(20), 엔드 플레이트의 내측에 형성된 절연 커버(30), 절연 커버(30)에 형성된 너트 어셈블리(40)가 형성되었다. 다만 너트 어셈블리(40)에 구비된 터미널 너트(41)가 너트 어셈블리(40)에 인서트 사출 방식으로 조립되었는데, 인서트 사출시 사출 불량에 따른 품질 저하의 문제가 있었다. 또한 절연 커버를 인서트 사출함에 있어서 사출 금형의 단가가 상승하는 문제가 있었다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는, 인서트 사출에 의한 품질 저하 현상이 발생하지 않도록 인서트 사출 외 새로운 방식을 통해 터미널 너트를 조립하는 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈 및 이를포함하는 전지팩은, 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체, 상기 전지셀 적층체를 수용하는 프레임, 상기 프레임의 전후면을 커버하는 엔드 플레이트, 상기 엔드 플레이트와 상기 전지셀 적층체 사이에 위치하고, 상기 전지셀 적층체를 커버하는 절연 커버 및 상기 절연 커버와 결합되는 터미널 너트를 포함하고, 상기 절연 커버와 상기 터미널 너트는 상기 절연 커버에 형성된 후크에 의해 결합된다.
상기 후크는 상기 절연 커버의 일측에 형성된 너트 어셈블리에 형성될 수 있다.
상기 너트 어셈블리는 상기 터미널 너트가 삽입되는 너트 삽입구가 형성되고, 상기 후크는 상기 너트 삽입구 내부에 형성되며, 상기 터미널 너트는 상기 너트 삽입구 내부로 삽입되고, 상기 후크에 의해 상기 너트 어셈블리와 결합될 수 있다.
상기 너트 삽입구는, 상기 전지셀 적층체가 위치한 방향으로 개방부가 형성되고, 상기 개방부를 통해 상기 너트의 결합 여부를 확인 가능할 수 있다.
상기 후크는 상기 개방부의 반대편에 형성될 수 있다.
상기 너트 삽입구는 두개의 제1,2 너트 삽입구로 형성되고, 상기 후크는 상기 제1,2 너트 삽입구의 내부에 각각 형성되는 제1,2 후크를 포함하며, 상기 터미널 너트는 두개의 제1,2 터미널 너트로 형성되고, 상기 제1,2 터미널 너트는 상기 제1,2 너트 삽입구 내부로 각각 삽입되고, 상기 제1,2 후크를 통해 각각 상기 너트 어셈블리와 결합될 수 있다.
상기 제1,2 너트 삽입구는 상기 엔드 플레이트의 플레이트면과 평행한 방향으로 배열될 수 있다.
상기 너트 어셈블리에는, 상기 엔드 플레이트의 플레이트면과 동일면상에 형성되어 상기 후크가 장착되는 후크 장착면이 형성되고, 상기 제1 후크는, 상기 제1 너트 삽입구와 연결된 상기 후크 장착면 중 상기 제2 너트 삽입구와 가장 가까운 부분에 배치되고, 상기 제2 후크는, 상기 제2 너트 삽입구와 연결된 상기 후크 장착면 중 상기 제1 너트 삽입구와 가장 가까운 부분에 배치될 수 있다.
상기 터미널 너트의 허리부는 상기 터미널 너트의 상하단보다 잘록하게 형성되고, 상기 후크는 상기 허리부에 걸림 결합할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈 및 이를 포함하는 전지팩은, 후크 조립 구조를 통하여 부품간 조립 방식을 간소화하고, 사출 불량을 방지하며 레진 사용량 감소를 통한 원가 절감 및 단품 품질을 개선할 수 있는 효과를 제공한다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래 전지 모듈에서의 너트 어셈블리를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 너트 어셈블리를 확대한 도면이다.
도 3은 절연 커버에 형성된 너트 어셈블리의 후면을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 너트 어셈블리를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 너트 어셈블리가 장착된 전지 모듈을 나타낸 정면도이다.
도 7은 도 6의 A-A' 부분을 나타낸 도면이다.
도 8은 도 6의 B-B' 부분을 나타낸 도면이다.
도 9는 도 6의 엔드 플레이트, 절연 커버 및 너트 어셈블리를 뒤집어 나타낸 후면도이다.
이하에서 설명되는 실시 예는 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위하여 실제 축척대로 도시된 것이 아니라 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.
본 출원에서 사용되는 제1, 제2 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
또한, 본 출원에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 권리범위를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다", "이루어진다" 또는 "구성되다" 등의 용어는 명세서상 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 도 4 및 도 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 터미널 너트에 대해 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 사시도이다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 너트 어셈블리를 나타낸 도면이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체, 전지셀 적층체를 수용하는 프레임(200), 프레임의 전후면을 커버하는 엔드 플레이트(300), 엔드 플레이트와 전지셀 적층체 사이에 위치하고, 전지셀 적층체를 커버하는 절연 커버(400) 및 절연 커버와 결합되는 터미널 너트(510)를 포함하고, 절연 커버(400)와 터미널 너트(510)는 절연 커버(400)에 형성된 후크(540)에 결합된다.
전지셀은 이차 전지로서, 파우치형 이차 전지로 구성될 수 있다. 이러한 전지셀은 복수개로 구성될 수 있으며, 복수의 전지셀은 상호 전기적으로 연결될 수 있도록 상호 적층되어 전지셀 적층체를 형성할 수 있다. 이러한 복수개의 전지셀은 각각 전극 조립체, 전지 케이스 및 전극 조립체로부터 돌출된 전극 리드를 포함할 수 있다.
프레임(200)은 전지셀 적층체를 수용할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 프레임(200)은 상하좌우면으로 형성되어, 전지셀 적층체의 상하좌우면을 커버할 수 있다.
버스바 프레임(210)은 전지셀 적층체의 전후면에 각각 형성된다. 버스바 프레임(210)은 복수개의 전지셀의 전극 리드들을 전기적으로 연결할 수 있도록 상기 전지셀 적층체의 전후면을 커버할 수 있다.
단자 버스바(220)는 전지셀 적층체를 기준으로 버스바 프레임(210)의 외측에 형성된다. 단자 버스바(220)는 버스바 프레임(210)의 양측에 각각 형성되어, 전지셀과 연결된 버스바 프레임(210)과 외부의 전원을 전기적으로 연결한다.
엔드 플레이트(300)는 전지셀 적층체 기준 버스바 프레임(210)의 전후면에 형성되어, 전지셀 적층체 및 버스바 프레임(210)을 커버하도록 형성될 수 있다. 엔드 플레이트(300)는 외부의 충격으로부터 버스바 프레임(210) 및 이와 연결된 여러 전장품을 보호하고, 프레임의 구성 요소로서 전지 모듈 마운팅 구조를 가질 수 있다.
절연 커버(400)는 엔드 플레이트(300)와 버스바 프레임(210) 사이에 위치하고, 전지셀 적층체 및 버스바 프레임을 커버하도록 형성될 수 있다. 이를 통해 버스바 프레임(210)과 전지 모듈의 외부 전장품 간의 불필요한 전기적 연결을 차단할 수 있다.
너트 어셈블리(500)는 절연 커버(400)의 일측에 형성되어 절연 커버(400)와 결합될 수 있다. 터미널 너트(510)는 너트 어셈블리(500)와 결합될 수 있다. 너트 어셈블리(500)에 결합된 터미널 너트(510)는 단자 버스바(220)와 연결되어, 버스바 프레임(210)과 외부 전원을 전기적으로 연결시킬 수 있다.
너트 어셈블리(500)에는 터미널 너트(510)가 삽입되는 너트 삽입구(520)가 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 터미널 너트(510)는 두개의 제1,2 터미널 너트(511, 512)로 형성되고, 너트 삽입구(520) 또한 두개의 제1,2 너트 삽입구(521, 522)로 형성되며, 제1,2 터미널 너트(511, 512)는 제1,2 너트 삽입구(521, 522)에 각각 삽입될 수 있다.
제1,2 너트 삽입구(521, 522)는 엔드 플레이트(300)의 플레이트면(300a)과 평행한 방향으로 배열될 수 있다. 이를 통해, 두개의 제1,2 터미널 너트(511, 512) 모두 단자 버스바(220)와 보다 가까운 위치에서 용이하게 연결될 수 있다.
이하, 도 5 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 후크에 대해 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 너트 어셈블리를 나타낸 도면이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 너트 어셈블리가 장착된 전지 모듈을 나타낸 정면도이다. 도 7은 도 6의 A-A' 부분을 나타낸 도면이다. 도 8은 도 6의 B-B' 부분을 나타낸 도면이다.
도 5 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈은, 절연 커버(400)에 후크(540)가 형성된다. 보다 상세하게는, 절연 커버(400)의 일측에 형성된 너트 어셈블리(500)의 너트 삽입구(520) 내부에 형성될 수 있다. 이때 너트 삽입구(520)를 통해 삽입된 터미널 너트(510)를 후크(540)를 이용하여 너트 어셈블리(500)와 결합할 수 있다. 보다 상세하게는, 터미널 너트(510)의 가운데 부분에는 허리부(510a)가 형성될 수 있다. 허리부(510a)는 터미널 너트(510)의 상하단보다 잘록하게 형성되고, 후크(540)는 허리부(510a)에 체결될 수 있다.
종래에는 절연 커버와 터미널 너트 간 인서트 사출 방식을 이용하여 터미널 너트를 조립하였으나, 인서트 사출 불량으로 인한 품질 저하 가능성이 있었으며, 절연 커버의 사출에 따른 금형의 단가가 상승되는 문제가 있었다.
그러나 본 발명의 일 실시예에 따르면, 후크(540)를 이용하여 터미널 너트(510)를 절연 커버(400)에 형성된 너트 어셈블리(500)에 결합시킴으로써, 인서트 사출 불량에 따른 품질 저하 가능성을 미연에 차단하여 사출 성형성을 향상시㎍ 수 있다. 또한 후크를 이용하여 터미널 너트와 절연 커버 간의 조립 방식을 단순화시㎍ 수 있다.
후크(540)는 제1,2 너트 삽입구(521, 522)의 내부에 각각 형성되는 제1,2 후크(541, 542)를 포함할 수 있다. 이때 제1,2 터미널 너트(511, 512)는 제1,2 너트 삽입구(521, 522) 내부로 각각 삽입되고, 제1,2 후크(541, 542)를 통해 각각 절연 커버(400) 및 절연 커버(400)의 일측에 형성된 너트 어셈블리(500)와 결합할 수 있다.
이때, 제1,2 터미널 너트(511, 512)의 가운데 부분에는 허리부(511a, 512a)가 형성될 수 있다. 허리부(511a, 512a)는 제1,2 터미널 너트(511, 512)의 상하단보다 잘록하게 형성되고, 제1,2 후크(541, 542)는 허리부(511a, 512a)에 체결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 너트 어셈블리(500)에는 엔드 플레이트(300)의 플레이트면(300a)과 동일면상에 형성되어 후크(540)가 장착되는 후크 장착면(550)이 형성될 수 있다.
이때, 제1 후크(541)는 제1 너트 삽입구(521)와 연결된 후크 장착면(550) 중 제2 너트 삽입구(522)와 가장 가까운 부분에 배치되고, 제2 후크(542)는 제2 너트 삽입구(522)와 연결된 후크 장착면(550) 중 제1 너트 삽입구(521)와 가장 가까운 부분에 배치될 수 있다.
이하, 도 4 및 도 9를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 개방부에 대해 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전지 모듈을 나타낸 사시도이다. 도 9는 도 6의 엔드 플레이트, 절연 커버 및 너트 어셈블리를 뒤집어 나타낸 후면도이다.
도 4 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 너트 삽입구(520)에는, 버스바 프레임(210)이 위치한 방향으로 개방부(530)가 형성되고, 조립 과정에서 개방부(530)를 통해 터미널 너트(510)의 결합 여부를 확인할 수 있다.
종래에는 터미널 너트의 인서트 사출을 위해, 너트 삽입구가 상측을 제외하고는 모두 폐쇄된 상태에서 사출 성형을 진행하였다. 그러나 본 발명의 일 실시예에 따르면, 너트 삽입구(520)의 버스바 프레임(210) 방향에는 개방부(530)가 형성되고, 후크(540)는 개방부(530)의 반대편에 형성되어, 후크(540)를 통해 터미널 너트(510)를 고정함과 동시에 개방부(530)를 통해 터미널 너트(510)의 장착 여부를 조립 과정에서 확인할 수 있다.
이에 따라 개방부(530) 부분에는 사출 성형을 할 필요가 없게 되어, 사출시 개방부(530)에서 터미널 너트(510)를 고정하기 위한 추가적인 레진 사용이 불필요하여 레진 사용량 감소에 따른 원가 절감에 기여할 수 있다.
앞에서 설명한 전지 모듈은 전지팩에 포함될 수 있다. 전지팩은, 본 실시예에 따른 전지 모듈을 하나 이상 모아서 전지의 온도나 전압 등을 관리해 주는 전지 관리시스템(Battery Management System; BMS)과 냉각 장치 등을 추가하여 패킹한 구조일 수 있다.
상기 전지팩은 다양한 디바이스에 적용될 수 있다. 이러한 디바이스에는, 전기 자전거, 전기 자동차, 하이브리드 자동차 등의 운송 수단에 적용될 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않고 전지 모듈을 사용할 수 있는 다양한 디바이스에 적용 가능하며, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
200: 프레임
210: 버스바 프레임
220: 단자 버스바
300: 엔드 플레이트
300a: 플레이트면
400: 절연 커버
500: 너트 어셈블리
510: 터미널 너트
511, 512: 제1,2 터미널 너트
510a: 허리부
511a, 512a: 제1,2 허리부
520: 너트 삽입구
521, 522: 제1,2 너트 삽입구
530: 개방부
540: 후크
541, 542: 제1,2 후크
550: 후크 장착면

Claims (10)

  1. 복수의 전지셀이 적층되어 있는 전지셀 적층체;
    상기 전지셀 적층체를 수용하는 프레임;
    상기 프레임의 전후면을 커버하는 엔드 플레이트;
    상기 엔드 플레이트와 상기 전지셀 적층체 사이에 위치하고, 상기 전지셀 적층체를 커버하는 절연 커버; 및
    상기 절연 커버와 결합되는 터미널 너트를 포함하고,
    상기 절연 커버와 상기 터미널 너트는 상기 절연 커버에 형성된 후크에 의해 결합되는 전지 모듈.
  2. 제1항에서,
    상기 후크는 상기 절연 커버의 일측에 형성된 너트 어셈블리에 형성되는 전지 모듈.
  3. 제2항에서,
    상기 너트 어셈블리는 상기 터미널 너트가 삽입되는 너트 삽입구가 형성되고,
    상기 후크는 상기 너트 삽입구 내부에 형성되며,
    상기 터미널 너트는 상기 너트 삽입구 내부로 삽입되고, 상기 후크에 의해 상기 너트 어셈블리와 결합되는 전지 모듈.
  4. 제3항에서,
    상기 너트 삽입구에는, 상기 전지셀 적층체가 위치한 방향으로 개방부가 형성되고, 상기 개방부를 통해 상기 터미널 너트의 결합 여부를 확인할 수 있는 전지 모듈.
  5. 제4항에서,
    상기 후크는 상기 개방부의 반대편에 형성되는 전지 모듈.
  6. 제3항에서,
    상기 너트 삽입구는 두개의 제1,2 너트 삽입구로 형성되고,
    상기 후크는 상기 제1,2 너트 삽입구의 내부에 각각 형성되는 제1,2 후크를 포함하며,
    상기 터미널 너트는 두개의 제1,2 터미널 너트로 형성되고, 상기 제1,2 터미널 너트는 상기 제1,2 너트 삽입구 내부로 각각 삽입되고, 상기 제1,2 후크를 통해 각각 상기 너트 어셈블리와 결합되는 전지 모듈.
  7. 제6항에서,
    상기 제1,2 너트 삽입구는 상기 엔드 플레이트의 플레이트면과 평행한 방향으로 배열되는 전지 모듈.
  8. 제7항에서,
    상기 너트 어셈블리에는, 상기 엔드 플레이트의 플레이트면과 동일면상에 형성되어 상기 후크가 장착되는 후크 장착면이 형성되고,
    상기 제1 후크는, 상기 제1 너트 삽입구와 연결된 상기 후크 장착면 중 상기 제2 너트 삽입구와 가장 가까운 부분에 배치되고,
    상기 제2 후크는, 상기 제2 너트 삽입구와 연결된 상기 후크 장착면 중 상기 제1 너트 삽입구와 가장 가까운 부분에 배치되는 전지 모듈.
  9. 제1항에서,
    상기 터미널 너트의 가운데 부분에는 허리부가 형성되고, 상기 허리부는 상기 터미널 너트의 상하단보다 잘록하게 형성되고, 상기 후크는 상기 허리부에 체결되는 전지 모듈.
  10. 제1항에 따른 전지 모듈을 포함하는 전지팩.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2023033424A1 (ko) * 2021-08-30 2023-03-09 주식회사 엘지에너지솔루션 내부 발화시 커넥터를 통한 가스 내지 화염 방출을 억제할 수 있는 배터리 모듈

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