KR20220040168A - 전기자동차용 배터리케이스 장착 구조 - Google Patents

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KR20220040168A
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임준영
김진원
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송종섭
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명에서는 차체 플로어 하방에 배터리케이스가 마련되어 실내 공간이 확보되고, 실내 공기를 이용하여 배터리모듈을 냉각시킴에 따라 냉각 구조가 단순화되는 전기자동차용 배터리케이스 장착 구조가 소개된다.

Description

전기자동차용 배터리케이스 장착 구조 {BATTERY CASE MOUNTING STRUCTURE FOR ELECTRIC VEHICLE}
본 발명은 배터리모듈이 내장되고 배터리모듈을 냉각시키는 냉각장치가 구비된 전기자동차용 배터리케이스 장착 구조에 관한 것이다.
최근에는 환경문제, 고유가 등의 원인으로 환경 차량에 대한 관심이 높아지고 있으며, 전기 에너지를 이용하여 차량이 주행되도록 하는 전기차가 다양하게 개발되고 있다.
이러한 전기차로는 순수 전기차(battery powered EV), 연료 전지를 전동기로 사용하는 연료 전지 전기차(fuel cell EV), 전동기와 엔진(engine)을 함께 이용하는 하이브리드 전기차(hybrid EV) 등이 개발되고 있다.
특히, 전기차의 경우 전기 에너지를 저장하기 위한 배터리 모듈이 구비되며, 배터리 모듈은 배터리케이스 내부에 다수개의 배터리 셀 유닛이 수용된다. 이러한 배터리케이스는 부피와 중량이 크기 때문에 배터리케이스를 차체에 탑재하기 위해 차체에 탑재 공간을 확보하는 것이 중요하다. 아울러, 배터리 모듈은 구동시 고온의 열이 발생됨에 따라 배터리 모듈의 냉각이 요구되는데, 차체의 탑재 공간과 배터리 모듈의 냉각을 고려한 배터리 케이스의 최적 설계가 진행되지 않고 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2012-0094697 A (2012.08.27.)
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 차체 플로어 하방에 배터리케이스가 마련되어 실내 공간이 확보되고, 실내 공기를 이용하여 배터리모듈을 냉각시킴에 따라 냉각 구조가 단순화되는 전기자동차용 배터리케이스 장착 구조를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리케이스 장착 구조는 전후방향으로 복수의 시트가 설치되는 차체 플로어; 차체 플로어의 하부에 마련되고 배터리모듈이 내장되며, 공기가 흡입되는 공기유입구와 공기가 토출되는 공기배출구가 형성되되 공기유입구는 후방에 배치되고 공기배출구는 전방에 배치되는 배터리케이스; 차체 플로어의 상부에서 공기유입구에 연통되게 연결되어 실내의 공기를 배터리케이스 내부로 안내하는 흡입덕트; 및 차체 플로어의 상부에서 공기배출구에 연통되게 연결되고, 차체 플로어의 후방으로 연장되어 배터리모듈을 냉각시킨 공기가 외부로 토출되도록 하는 배출덕트;를 포함한다.
공기흡입구와 공기배출구는 배터리케이스에서 차체 플로어의 외측방향으로 치우쳐져 배치된 것을 특징으로 한다.
배터리케이스는 차체 플로어에서 전방 시트의 하측에 마련됨에 따라 흡입덕트가 전방 시트의 하측에 마련되고, 배출덕트는 전방 시트의 하측에서 흡입덕트보다 전방에 마련되며 전방 시트에서 후방 시트를 향해 연장된 것을 특징으로 한다.
흡입덕트는 상방으로 연장되게 형성되며, 연장된 끝단에는 실내의 공기가 흡입되는 흡입구가 형성된 것을 특징으로 한다.
차체 플로어에는 전방 시트가 설치되는 복수의 크로스멤버가 구비되고, 흡입덕트는 전방 시트가 설치된 크로스멤버 사이에서 전방 시트의 하측에 마련되며, 배출덕트는 전방 시트가 설치된 크로스멤버 중 전방측 크로스멤버의 전방에 마련되고 후방으로 연장되되 후방측 크로스멤버를 지나 후방으로 연장된 것을 특징으로 한다.
배출덕트는 후방으로 연장되어 복수의 크로스멤버를 지나감에 따라 상하로 단차를 가지도록 형성되어 각 크로스멤버를 지나는 상부연장부와 차체 플로어를 따라 연장되는 하부연장부로 구분되는 것을 특징으로 한다.
배출덕트의 하부연장부에는 일부 구간에 수분이 외부로 배출되도록 하는 수분배출부가 형성된 것을 특징으로 한다.
수분배출부는 하부연장부에서 단차가 가장 낮은 위치에 형성된 것을 특징으로 한다.
배출덕트에는 배출구에 설치되고 배출구를 상하로 가로지르는 다수의 리브에 의해 다수의 홀을 가지는 그릴부가 마련된 것을 특징으로 한다.
차체 플로어에는 복수의 크로스멤버를 포함한 복수의 연결멤버들이 구비되되 배터리케이스가 장착되는 부위에는 연결멤버가 존재하지 않고 배터리케이스가 마련되는 공간을 형성하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 전기자동차용 배터리케이스 장착 구조는 차체 플로어 하방에 배터리케이스가 마련되어 실내 공간이 확보되고, 실내 공기를 이용하여 배터리모듈을 냉각시킴에 따라 냉각 구조가 단순화된다.
도 1은 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리케이스 장착 구조를 나타낸 도면.
도 2는 도 1에 도시된 전기자동차용 배터리케이스 장착 구조의 단면도.
도 3 내지 8은 도 1에 도시된 전기자동차용 배터리케이스 장착 구조를 설명하기 위한 도면.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기자동차용 배터리케이스 장착 구조에 대하여 살펴본다.
도 1은 본 발명에 따른 전기자동차용 배터리케이스 장착 구조를 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 전기자동차용 배터리케이스 장착 구조의 단면도이며, 도 3 내지 8은 도 1에 도시된 전기자동차용 배터리케이스 장착 구조를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명에 따른 전기자동차용 배터리케이스 장착 구조는 도 1 내지 2에 도시된 바와 같이, 전후방향으로 복수의 시트가 설치되는 차체 플로어(100); 차체 플로어(100)의 하부에서 시트의 하측에 마련되고 배터리모듈(210)이 내장되며, 공기가 흡입되는 공기유입구(220)와 공기가 토출되는 공기배출구(230)가 형성되되 공기유입구는 후방에 배치되고 공기배출구(230)는 전방에 배치되는 배터리케이스(200); 차체 플로어(100)의 상부에서 공기유입구(220)에 연통되게 연결되어 실내의 공기를 배터리케이스(200) 내부로 안내하는 흡입덕트(300); 및 차체 플로어(100)의 상부에서 공기배출구(230)에 연통되게 연결되고, 차체 플로어(100)의 후방으로 연장되어 배터리모듈(210)을 냉각시킨 공기가 외부로 토출되도록 하는 배출덕트(400);를 포함한다.
배터리케이스(200)는 전원 공급을 위한 배터리모듈(210)이 내장되고, 차체 플로어(100)의 하부에 장착될 수 있다. 이러한 배터리케이스(200)의 내부에는 배터리모듈(210) 이외에 각종 전장부품의 냉각 및 공기의 순환을 위한 송풍장치(C)가 마련된다. 또한, 배터리케이스(200)에는 배터리모듈(210)을 냉각시키기 위한 공기가 유입되는 공기유입구(220)와 배터리모듈(210)을 냉각시킨 공기가 토출되는 공기배출구(230)가 형성된다. 이로 인해, 송풍장치(C)의 구동시, 공기유입구(220)를 통해 유입된 공기가 배터리모듈(210)을 냉각 후 공기배출구(230)로 토출된다.
특히, 본 발명에서 배터리케이스(200)에는 공기유입구(220)가 후방에 배치되고 공기배출구(230)가 전방에 배치되며, 송풍장치(C)가 배터리케이스(200)의 내부에서 공기배출구(230)측에 설치될 수 있다. 이로 인해, 배터리케이스(200) 내부에 유통되는 공기는 공기유입구(220)를 통해 유입되어 배터리케이스(200)의 후방에서 전방으로 이동되고, 공기배출구(230)를 통해 배출되는 흐름을 가질 수 있다. 또한, 도 3 내지 4에서 볼 수 있듯이, 공기유입구(220)와 공기배출구(230)는 배터리케이스(200)에서 차체 플로어(100)의 외측방향으로 치우쳐져 배치됨으로써, 공조덕트 또는 연결멤버와의 간섭이 최대한 회피되도록 한다.
한편, 배터리케이스(200)의 공기유입구(220)에는 흡입덕트(300)가 연통되게 연결되어 실내의 공기가 배터리케이스(200) 내부로 유통되도록 한다. 물론, 흡입덕트(300)는 실외 공기를 배터리케이스(200) 내부로 유통되도록 할 수 있으나 실외 공기의 경우 오염도가 높고 외기온도가 다양하게 변화되는 바, 흡입덕트(300)는 오염도가 적고 적정 수준의 온도를 유지하는 실내의 공기가 배터리케이스(200)의 내부로 유통되도록 한다.
배터리케이스(200)의 공기배출구(230)에는 배출덕트(400)가 연통되게 연결되고, 차체 플로어(100)의 후방으로 연장되어 배터리모듈(210)을 냉각시킨 공기가 외부로 토출되도록 한다. 즉, 배출덕트(400)의 경우 차체 플로어(100)의 상부에서 바닥면을 따라 연장되며, 전방에서 후방으로 연장되는 토출 경로를 형성함에 따라 설치 공간이 최소화된다. 이러한 배출덕트(400)는 실내 바닥면에 매립될 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 배터리케이스(200)에 장착된 흡입덕트(300)와 배출덕트(400)를 통해 실내의 공기가 배터리케이스(200) 내부를 유통함에 따라 배터리모듈(210)이 공랭식으로 냉각된다. 또한, 배터리케이스(200)가 시트의 하측에 마련되더라도, 흡입덕트(300)가 배터리케이스(200)의 후방에 배치됨에 따라 탑승자의 발에 간섭되지 않고, 배출덕트(400)의 경우 배터리케이스(200)의 전방에서 후방으로 연장되되 차체 플로어(100)의 상부에서 바닥면을 따라 연장되어 시트에 착좌하는 탑승자의 발에 간섭되지 않는다.
상술한 본 발명에 대해서 구체적으로 설명하면, 도 2에 도시된 바와 같이, 배터리케이스(200)는 차체 플로어(100)에서 전방 시트의 하측에 마련됨에 따라 흡입덕트(300)가 전방 시트의 하측에 마련되고, 배출덕트(400)는 전방 시트의 하측에서 흡입덕트(300)보다 전방에 마련되며 전방 시트에서 후방 시트를 향해 연장될 수 있다. 도면에서는 시트의 레일(S)로 도식되어 있다
차체 플로어(100)에 설치되는 시트는 전방 시트와 후방 시트로 구분될 수 있으며, 전방측 시트는 1열 시트에 해당되고 후방측 시트는 2열 시트에 해당될 수 있다. 여기서, 배터리케이스(200)는 차체 플로어(100)에서 전방 시트의 하측에 마련될 수 있으며, 이는 조수석이 될 수 있다.
이렇게, 배터리케이스(200)는 전방 시트에서 조수석 하측에 장착됨에 따라, 트렁크 공간, 스페어타이어 공간 등이 여유공간으로 확보되고, 다른 부품의 설치에도 영향이 최소화된다. 또한, 배터리케이스(200)에 연결되는 흡입덕트(300)는 전방 시트의 하측에 마련되고, 배출덕트(400)는 전방 시트의 하측에서 흡입덕트(300)보다 전방에 마련되며, 배출덕트(400)의 경우 전방 시트의 후방으로 연장되도록 형성된다. 이로 인해, 흡입덕트(300)가 전방 시트의 하측에 마련되더라도 탑승자의 발에 간섭되지 않고, 배출덕트(400)가 전방 시트의 하측에서 흡입덕트(300)보다 전방에 위치되더라도 바닥면을 따라 후방으로 연장됨으로써 탑승자의 발에 간섭이 회피된다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 흡입덕트(300)는 상방으로 연장되게 형성되며, 연장된 끝단에는 실내의 공기가 흡입되는 흡입구(310)가 형성될 수 있다.
즉, 배터리케이스(200)는 차체 플로어(100)의 하부에 위치됨에 따라 공기유입구(220)를 통해 수분이 유입될 수 있다. 따라서, 차체 플로어(100)의 상부에서 공기유입구(220)에 연통되게 연결되는 흡입덕트(300)는 상방으로 연장되게 형성되고 연장된 끝단에 실내의 공기가 흡입되는 흡입구(310)가 형성됨으로써, 실내 바닥에 수분이 발생되더라도 공기유입구(220)를 통해 배터리모듈(210)측으로 수분 유입이 방지된다.
또한, 흡입덕트(300)의 경우 상방으로 연장되게 형성되더라도, 시트의 하측에 마련됨에 따라 탑승자의 발에 간섭이 발생되지 않는다.
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 차체 플로어(100)에는 전방 시트가 설치되는 복수의 크로스멤버(500)가 구비되고, 흡입덕트(300)는 전방 시트가 설치된 크로스멤버(500) 사이에서 전방 시트의 하측에 마련되며, 배출덕트(400)는 전방 시트가 설치된 크로스멤버(500) 중 전방측 크로스멤버(510)의 전방에 마련되고 후방으로 연장되되 후방측 크로스멤버(520)를 지나 후방으로 연장될 수 있다.
차체 플로어(100)에는 강성 확보 및 시트의 설치를 위한 크로스멤버(500)가 구비된다. 이러한 크로스멤버(500)를 통해 전방 시트가 설치되고, 전방 시트의 하측으로 크로스멤버(500) 사이에 흡입덕트(300)가 마련됨으로써, 전방 시트에 착좌한 탑승자의 발이 흡입덕트(300)에 간섭되지 않는다. 배출덕트(400)의 경우 전방 시트가 설치된 크로스멤버(500) 중 전방측 크로스멤버(510)의 전방에 마련되지만, 차체 플로어(100)의 상부에서 실내 바닥면에 매립됨으로써 탑승자의 발에 간섭되지 않는다.
이를 통해, 차체 플로어(100)의 하부에서 전방 시트에 하측으로 배터리케이스(200)가 마련됨에 따른 설치공간이 축소됨과 더불어 배터리케이스(200)에 연결되는 흡입덕트(300)와 배출덕트(400)가 시트에 착좌한 탑승자의 발에 간섭되지 않는다.
한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 배출덕트(400)는 후방으로 연장되어 복수의 크로스멤버(500)를 지나감에 따라 상하로 단차를 가지도록 형성되어 각 크로스멤버(500)를 지나는 상부연장부(410)와 차체 플로어(100)를 따라 연장되는 하부연장부(420)로 구분될 수 있다.
도 2 및 도 6에 도시된 바와 같이, 배출덕트(400)는 후방으로 연장됨에 따라 복수의 크로스멤버(500)를 지나도록 형성된다. 이때, 차체 플로어(100)의 상부에서 크로스멤버(500)가 마련되는 부분에는 상하로 단차가 발생됨에 따라 배출덕트(400)는 크로스멤버(500)를 지나는 상부연장부(410)와 차체 플로어(100)를 따라 연장되는 하부연장부(420)로 구분된다. 이렇게, 배출덕트(400)는 상부연장부(410)와 하부연장부(420)로 상하로 단차를 가지도록 형성됨으로써, 크로스멤버(500)를 지나 후방으로 연장되는 형태를 가질 수 있다.
특히, 배출덕트(400)의 하부연장부(420)에는 일부 구간에 수분이 외부로 배출되도록 하는 수분배출부(430)가 형성될 수 있다. 또한, 수분배출부(430)는 하부연장부(420)에서 단차가 가장 낮은 위치에 형성될 수 있다.
이렇게, 배출덕트(400)에는 하부연장부(420)에서 일부 구간에 수분배출부(430)가 형성됨으로써, 배출덕트(400)에 수분유입시 배터리모듈(210)측으로 수분의 유입이 방지된다. 특히, 수분배출부(430)의 경우 하부연장부(420)에서 단차가 가장 낮음에 따라 수분이 고이는 곳에 형성됨으로써, 배출덕트(400)에 발생되는 수분이 효율적으로 배출되도록 한다.
이러한 수분배출부(430)는 하부연장부(420)에서 내외로 관통되는 홀로 구성될 수 있다. 또한, 해당 홀에는 덕트의 기밀 유지 및 수분 배출이 가능하도록 스폰지가 부착될 수 있다. 다른 실시예로, 수분배출부(430)는 원웨이플러그로 구성되어 배출덕트(400)에 발생되는 수분은 외부로 배출되고, 외부의 수분은 배출덕트(400)로 유입되지 않도록 할 수 있다. 이러한 수분배출부(420)는 이외에 다양한 실시 형태로 적용 가능하다.
이로 인해, 배출덕트(400)를 통해 유입된 수분은 배터리모듈(210)측으로 이동되는 것이 방지됨으로써, 수분에 의한 배터리모듈(210)의 손상을 방지할 수 있다.
한편, 도 7에 도시된 바와 같이, 배출덕트(400)에는 배출구에 설치되고 배출구를 상하로 가로지르는 다수의 리브에 의해 다수의 홀을 가지는 그릴부(440)가 마련될 수 있다.
이러한 그릴부(440)는 다수의 리브에 의해 다수의 홀을 가짐에 따라 메쉬 구조를 이루어짐으로써, 배출구를 통해 토출되는 공기의 흐름을 방해하지 않고 배출구로 유입되는 이물질을 차단할 수 있다. 이로 인해, 배출덕트(400)를 통해 유통되는 공기가 배출구를 통해 원활히 토출됨으로써, 배터리모듈(210)의 냉각을 안정적으로 유지할 수 있다.
한편, 도 8에 도시된 바와 같이, 차체 플로어(100)에는 복수의 크로스멤버(500)를 포함한 복수의 연결멤버(M)들이 구비되되 배터리케이스(200)가 장착되는 부위에는 연결멤버(M)가 존재하지 않고 배터리케이스(200)가 마련되는 공간을 형성할 수 있다.
즉, 차체 플로어(100)에는 강성 확보 및 부품의 설치를 위한 복수의 연결멤버(M)들이 구비되며, 연결멤버(M)는 프론트멤버(M1), 사이드멤버(M2), 크로스멤버(500) 등으로 구성될 수 있다. 여기서, 차체 플로어(100)의 하부에는 배터리케이스(200)가 마련됨에 따라 해당 부분에는 연결멤버(M)가 존재하지 않고 배터리케이스(200)가 마련되도록 하여 배터리케이스(200)가 설치됨에 따른 공간이 축소되도록 한다. 여기서, 연결멤버(M)는 차체 플로어(100) 하부에 마련되는 배터리케이스(200)를 감싸도록 형성될 수 있다.
상술한 바와 같은 구조로 이루어진 전기자동차용 배터리케이스(200) 장착 구조는 차체 플로어 하방에 배터리케이스(200)가 마련되어 실내 공간이 확보되고, 실내 공기를 이용하여 배터리모듈(210)을 냉각시킴에 따라 냉각 구조가 단순화된다
본 발명은 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100:차체 플로어 200:배터리케이스
210:배터리모듈 220:공기유입구
230:공기배출구 300:흡입덕트
310:흡입구 400:배출덕트
410:상부연장부 420:하부연장부
430:수분배출부 440:그릴부
500:크로스멤버

Claims (10)

  1. 전후방향으로 복수의 시트가 설치되는 차체 플로어;
    차체 플로어의 하부에 마련되고 배터리모듈이 내장되며, 공기가 흡입되는 공기유입구와 공기가 토출되는 공기배출구가 형성되되 공기유입구는 후방에 배치되고 공기배출구는 전방에 배치되는 배터리케이스;
    차체 플로어의 상부에서 공기유입구에 연통되게 연결되어 실내의 공기를 배터리케이스 내부로 안내하는 흡입덕트; 및
    차체 플로어의 상부에서 공기배출구에 연통되게 연결되고, 차체 플로어의 후방으로 연장되어 배터리모듈을 냉각시킨 공기가 외부로 토출되도록 하는 배출덕트;를 포함하는 전기자동차용 배터리케이스 장착 구조.
  2. 청구항 1에 있어서,
    공기흡입구와 공기배출구는 배터리케이스에서 차체 플로어의 외측방향으로 치우쳐져 배치된 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리케이스 장착 구조.
  3. 청구항 1에 있어서,
    배터리케이스는 차체 플로어에서 전방 시트의 하측에 마련됨에 따라 흡입덕트가 전방 시트의 하측에 마련되고, 배출덕트는 전방 시트의 하측에서 흡입덕트보다 전방에 마련되며 전방 시트에서 후방 시트를 향해 연장된 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리케이스 장착 구조.
  4. 청구항 1에 있어서,
    흡입덕트는 상방으로 연장되게 형성되며, 연장된 끝단에는 실내의 공기가 흡입되는 흡입구가 형성된 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리케이스 장착 구조.
  5. 청구항 1에 있어서,
    차체 플로어에는 전방 시트가 설치되는 복수의 크로스멤버가 구비되고,
    흡입덕트는 전방 시트가 설치된 크로스멤버 사이에서 전방 시트의 하측에 마련되며,
    배출덕트는 전방 시트가 설치된 크로스멤버 중 전방측 크로스멤버의 전방에 마련되고 후방으로 연장되되 후방측 크로스멤버를 지나 후방으로 연장된 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리케이스 장착 구조.
  6. 청구항 5에 있어서,
    배출덕트는 후방으로 연장되어 복수의 크로스멤버를 지나감에 따라 상하로 단차를 가지도록 형성되어 각 크로스멤버를 지나는 상부연장부와 차체 플로어를 따라 연장되는 하부연장부로 구분되는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리케이스 장착 구조.
  7. 청구항 6에 있어서,
    배출덕트의 하부연장부에는 일부 구간에 수분이 외부로 배출되도록 하는 수분배출부가 형성된 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리케이스 장착 구조.
  8. 청구항 7에 있어서,
    수분배출부는 하부연장부에서 단차가 가장 낮은 위치에 형성된 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리케이스 장착 구조.
  9. 청구항 1에 있어서,
    배출덕트에는 배출구에 설치되고 배출구를 상하로 가로지르는 다수의 리브에 의해 다수의 홀을 가지는 그릴부가 마련된 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리케이스 장착 구조.
  10. 청구항 1에 있어서,
    차체 플로어에는 복수의 크로스멤버를 포함한 복수의 연결멤버들이 구비되되 배터리케이스가 장착되는 부위에는 연결멤버가 존재하지 않고 배터리케이스가 마련되는 공간을 형성하는 것을 특징으로 하는 전기자동차용 배터리케이스 장착 구조.
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