KR20150024560A - 배터리 모듈 - Google Patents

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KR20150024560A
KR20150024560A KR20130101587A KR20130101587A KR20150024560A KR 20150024560 A KR20150024560 A KR 20150024560A KR 20130101587 A KR20130101587 A KR 20130101587A KR 20130101587 A KR20130101587 A KR 20130101587A KR 20150024560 A KR20150024560 A KR 20150024560A
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bus bar
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battery cells
inclined portion
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박시동
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

본 발명은 배터리 모듈에 관한 것으로, 일 방향으로 정렬된 복수개의 배터리 셀; 및 상기 복수개의 배터리 셀의 제1 단자 및 상기 복수개의 배터리 셀의 제2 단자를 전기적으로 연결하는 버스바를 포함하되, 상기 버스바는 버스바 몸체 및 상기 버스바 몸체의 양 단부로부터 연장되어 형성되는 절곡부를 포함할 수 있다. 본 발명에 따르면, 배터리셀 간의 높이 단차가 있는 경우에도 배터리셀의 전극단자와 버스바가 안정적으로 밀착될 수 있다.

Description

배터리 모듈{Battery module}
본 발명은 배터리 모듈에 관한 것이다.
최근, 고에너지 밀도의 비수전해액을 이용한 고출력 배터리 모듈이 개발되고 있다. 이러한 고출력 배터리 모듈은 고전력을 필요로 하는 기기, 예를 들어 전기 자동차 등의 모터 구동에 사용될 수 있도록 복수의 배터리셀을 직렬로 연결하여 대용량으로 구현되고 있다.
이러한 배터리 모듈을 채용하는 기기들이 늘어나면서 배터리 모듈의 생산성 향상에 대한 연구가 진행되고 있으며, 기기들의 외관이 다양해지면서 이에 대응하여 배터리 모듈의 형태도 다양할 것이 요구되고 있다. 단, 배터리 모듈은 기본적으로 안전성이 전제되어야 하는바, 이를 모두 충족시킬 수 있는 배터리 모듈의 구조에 대한 연구가 다방면으로 진행되고 있다.
한편, 복수의 배터리셀을 연결하는 부재로서 버스바가 이용되고 있는데, 배터리셀 간의 높이 단차가 있는 경우 버스바와 배터리셀의 전극단자간의 정확한 밀착이 이루어지지 않는 문제점이 있다.
본 발명은 배터리셀 간의 높이 단차가 있는 경우에도 배터리셀의 전극단자와 정확한 밀착이 가능한 버스바를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 배터리 모듈은, 일 방향으로 정렬된 복수개의 배터리 셀; 및 상기 복수개의 배터리 셀의 제1 단자 및 상기 복수개의 배터리 셀의 제2 단자를 전기적으로 연결하는 버스바를 포함하되, 상기 버스바는 버스바 몸체 및 상기 버스바 몸체의 양 단부로부터 연장되어 형성되는 절곡부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 버스바 몸체는 판 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 절곡부는 반원형 또는 반타원 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 절곡부는 "V"자 형상으로 형성될 수 있다.
여기서, 상기 "V"자 형상으로 형성된 절곡부는 상기 버스바 몸체의 양 단부로부터 아래 방향으로 연장 형성된 제1 경사부 및 상기 제1 경사부로부터 윗 방향으로 연장 형성된 제2 경사부를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제2 경사부는 상기 제1 단자 또는 상기 제2 단자 방향으로 접힘에 의해 상기 제1 단자 또는 상기 제2 단자와 면 밀착할 수 있다.
또한, 상기 절곡부는 상기 제1 경사부와 상기 제2 경사부 사이에 절개홈을 더 형성할 수 있다.
상기 절곡부의 반경은 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자 중 높이가 높은 단자의 일면과 상기 버스바 끝단 간의 수직거리 보다 크게 형성될 수 있다.
상기 수직거리는 상기 높이가 높은 단자의 일면과 상기 절곡부가 접촉하는 지점부터 상기 높이가 높은 단자의 끝단 까지의 길이, 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자의 일면과 상기 절곡부가 각각 접촉하는 지점간의 거리, 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자간의 높이 단차, 상기 높이 단차에 의해 상기 버스바가 기울어지는 각도 및 상기 버스바의 두께 중 적어도 하나를 이용하여 결정되는 배터리 모듈.
또한, 상기 제1 단자 또는 상기 제2 단자의 상면과 상기 절곡부는 용접을 통해 결합될 수 있다.
여기서, 상기 용접은 레이저 용접 또는 초음파 용접일 수 있다.
또한, 상기 제1 단자의 상면은 상기 제2 단자의 상면과 다른 평면을 이룰 수 있다.
또한, 상기 버스바는 금, 은 구리, 니켈, 알루미늄, 구리합금 또는 알루미늄 합금일 수 있다.
본 발명에 따르면, 버스바의 양 단부에 절곡부를 구비함으로써 배터리셀 간의 높이 단차가 있는 경우에도 배터리셀의 전극단자와 버스바가 안정적으로 밀착될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈의 사시도.
도 2는 도 1에 도시한 배터리 모듈의 분해사시도.
도 3은 두 배터리셀간의 높이 단차가 있는 경우의 버스바가 단자부에 체결된 모습을 나타낸 단면도.
도 4는 도 2에 도시한 배터리 모듈의 버스바의 사시도.
도 5는 도 2에 도시한 배터리 모듈의 버스바의 단면도.
도 6은 도 2에 도시한 배터리 모듈의 버스바가 단자부에 체결된 모습을 나타낸 단면도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 버스바의 사시도.
도 8은 도 7에 도시한 배터리 모듈의 버스바의 단면도.
도 9는 도 7에 도시한 배터리 모듈의 버스바가 단자부에 체결된 모습을 나타낸 단면도.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 버스바의 사시도.
도 11은 도 10에 도시한 배터리 모듈의 버스바의 단면도.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 도면에서 본 발명과 관계없는 부분은 본 발명의 설명을 명확하게 하기 위하여 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
이하, 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배터리 모듈(100)의 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시한 배터리 모듈(100)의 분해사시도이다. 이하, 이를 참조하여, 본 실시예에 따른 배터리 모듈(100)에 대해 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 배터리 모듈(100)은 일 방향으로 정렬된 복수의 배터리셀(110), 서로 다른 배터리 셀(110)의 단자부(111)간을 전기적으로 연결하는 버스바(120) 및 단자부(111)가 구비된 배터리셀(110)의 상면(118)을 덮는 커버부재(150)를 포함할 수 있다.
배터리셀(110)은 에너지를 발생하는 부재로서, 복수로 구성되어 일 방향으로 정렬될 수 있다.
여기서, 각각의 배터리셀(110)은 일면이 개구된 전지케이스와 전지케이스 내에 수납된 전극조립체 및 전해액을 포함할 수 있다. 이때, 전극조립체 및 전해액은 전기화학적으로 반응하여 에너지를 발생할 수 있고, 이러한 전지케이스는 예를 들어 캡 조립체를 포함하는 배터리셀(110)의 상면(118)에 의하여 밀폐될 수 있다. 또한, 배터리셀(110)의 상면(118)에는 서로 다른 극성을 갖는 제1 단자(112, 양극 단자 또는 음극 단자)와 제2 단자(113, 양극 단자 또는 음극 단자)를 포함하는 단자부(111)가 돌출되어 구비될 수 있고, 배터리셀(110)의 안전수단으로서 내부에서 발생하는 기체를 외부로 방출하는 통로로 작용하는 벤트부(114)가 더 구비될 수 있다.
한편, 배터리 모듈(100)은 배터리셀(110)을 일 방향으로 정렬시키기 위하여 고정부(115)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 고정부(115)는 배터리셀(110)의 외측에 배치된 한 쌍의 엔드플레이트(116)와 엔드플레이트(116)간을 연결하는 연결플레이트(117)를 포함할 수 있고, 한 쌍의 엔드플레이트(116) 사이에는 복수의 배터리셀(110)이 정렬될 수 있다. 이때, 배터리셀(110)은 넓은 전면이 서로 대향하도록 나란하게 정렬될 수 있다. 한편, 이러한 고정부(115)는 배터리셀(110)을 안정적으로 고정하기 위함으로, 본 실시예의 형태에 제한되지 않고 다양하게 변형하여 실시할 수 있다. 예를 들어, 배터리셀(110)을 전체적으로 수용하는 하우징의 형태도 고정부(115)에 포함되는 것으로 볼 수 있다. 또한, 배터리셀(110)의 연결 구조 및 배터리셀(110)의 개수는 배터리 모듈(110a)의 설계에 따라 다양하게 변형될 수 있다. 또한, 도 1 및 도 2에서는 인접한 배터리셀(110)이 서로 접촉된 것으로 도시하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 배터리셀(110)이 이격되어 위치되거나, 이격된 공간에 스페이서가 구비된 경우도 본 발명에 포함된다 할 것이다.
여기서, 커버부재(150)는 배터리셀(110)의 상면(118), 즉 단자부(111)가 인출되는 배터리셀(110)의 면을 덮도록 위치할 수 있으며, 이에 따라 단자부(111) 또는 버스바(120)가 외부 전도체와 단락되는 것을 방지할 수 있다.
버스바(120)는 서로 다른 배터리셀(110)의 단자부(111)를 상호 전기적으로 연결하는 부재이다.
여기서, 버스바(120)는 도 2에 도시한 바와 같이 어느 하나의 배터리셀(110)의 제1 단자(112)와 인접한 다른 배터리셀(110)의 제2 단자(113)를 상호 전기적으로 연결함으로써, 두 배터리셀(110)을 직렬 연결할 수 있다. 또는, 버스바(120)는 어느 하나의 배터리셀(110)의 제1 단자(112)와 인접한 다른 배터리셀(110)의 제1 단자(112)를, 또는 어느 하나의 배터리셀(110)의 제2 단자(113)와 인접한 다른 배터리셀(110)의 제2 단자(113)를 상호 전기적으로 연결함으로써, 두 배터리셀(110)을 병렬 연결할 수도 있다. 따라서, 버스바(120)는 단자부(111)간을 전기적으로 연결할 수 있도록 금, 은, 구리, 니켈, 알루미늄, 구리합금 또는 알루미늄 합금 등의 전기전도성 금속으로 구성될 수 있다. 또한, 버스바(120)는 단자부(111)에 용접되어 접합될 수 있다. 여기서, 버스바(120)와 단자부(111) 사이의 용접은 레이저 용접 또는 초음파 용접일 수 있다.
단자부(111)와 버스바(120)의 용접을 위해서는 단자부(111)와 버스바(120)간의 정확한 밀착을 확보해야 한다.
도 3은 두 배터리셀(110)간의 높이 단차가 있는 경우의 버스바가 단자부(111)에 체결된 모습을 나타낸 단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이 두 배터리셀(110)간의 높이 단차가 있는 경우, 제1 단자(112)와 제2 단자가(113)가 서로 다른 평면을 이룸으로써, A 영역과 같이 제2 단자(113)와 버스바(320)가 면 밀착이 되지 않고, 버스바(320)의 일 단부가 들뜨는 문제가 발생한다. 따라서, 이러한 문제를 해결하기 위해서는 두 배터리셀(110)간의 높이 단차가 없도록 배터리셀(110)을 정밀하게 제조하거나, 버스바(120)를 구리 이외의 유연한 재질을 사용하여 버스바(320)를 제조하여야 한다. 그러나, 제조 공정상 두 배터리셀(110)간의 높이 단차를 "0"으로 하거나, 유연성 있는 전도성 질로 버스바(320)를 제조하는 것은 비용 상승 및 배터리 모듈(100)의 제조, 조립 공정의 복잡성을 야기하며, 품질의 확보 또한 어려움이 있다.
따라서, 본 발명에서는 버스바(120)의 양 단부에 절곡지게 형성된 절곡부를 형성함으로써, 두 배터리셀(110)간의 높이 단차에 따른 문제를 해결하도록 한다.
도 4는 도 2에 도시한 배터리 모듈의 버스바의 사시도 이고, 도 5는 도 2에 도시한 배터리 모듈의 버스바의 단면도이며, 도 6은 도 2에 도시한 배터리 모듈의 버스바가 단자부에 체결된 모습을 나타낸 단면도이다. 이하, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 버스바(120)에 대해 상세하게 설명하기로 한다.
버스바(120)는 버스바 몸체(131) 및 절곡부(132)를 포함할 수 있다.
버스바 몸체(131)는 판형상이며, 버스바 몸체(131)의 양 단부에는 절곡된 형태의 절곡부(132)가 형성된다. 절곡부(132)는 "U"자형의 반원형 또는 반타원 형상일 수 있다.
절곡부(132)는 제1 단자(112) 및 제2 단자(113)의 상면에 접촉된다. 따라서, 두 배터리셀(110)간의 높이 단차가 있더라도, 절곡부(132)의 절곡된 형상으로 인해 버스바(120)가 단자부(111)에 안정적으로 밀착될 수 있다.
따라서, 제1 단자(112)와 제2 단자(113)는 버스바(120)에 의해 안정적으로 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 단자(112)와 제2 단자(113)의 상면은 절곡부(132)와 용접되어 접합될 수 있으며 상기 용접은 레이저 용접 또는 초음파 용접일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 절곡부(132)의 반경은 제1 단자(112) 및 제2 단자(113) 중 높이가 높은 단자의 일면과 버스바(120) 끝단 간의 수직거리(K)보다 크게 형성될 수 있다.
이때, 상기 수직 거리(K)는 하기의 수학식으로부터 도출될 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
여기서,
Figure pat00002
는 상기 높이가 높은 단자의 일면과 절곡부가 접촉하는 지점부터 상기 높이가 높은 단자의 끝단까지의 길이,
Figure pat00003
는 제1 단자(112) 및 제2 단자(113)의 일면과 절곡부(132)가 각각 접촉하는 지점간의 거리, d는 제1 단자(112) 및 제2 단자(113)간의 높이 단차,
Figure pat00004
는 상기 높이 단차에 의해 버스바(120)가 기울어지는 각도,
Figure pat00005
는 버스바(120)의 두께를 각각 의미한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 버스바의 사시도 이고, 도 8은 도 7에 도시한 배터리 모듈의 버스바의 단면도이며, 도 9는 도 7에 도시한 배터리 모듈의 버스바가 단자부에 체결된 모습을 나타낸 단면도이다. 이하, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 버스바에 대해 설명하기로 한다. 여기서, 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 도면부호로 지칭되며, 이전 실시예와 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 7 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 버스바(720)는 버스바(720) 버스바 몸체(731) 및 절곡부(732)를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 버스바 몸체(731)는 판형상이며, 버스바 몸체(731)의 양 단부에는 절곡된 형태의 절곡부(732)가 형성된다. 이때, 절곡부(732)는 "V"자 형상일 수 있다.
절곡부(732)는 버스바 몸체(731)의 양 단부로부터 아래 방향으로 연장 형성된 제1 경사부(732a) 및 제1 경사부(732a)로부터 윗 방향으로 연장 형성된 제2 경사부(732b)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 절곡부(732)의 제2 경사부(732b)는 접힘 가능하도록 형성될 수 있다.
도 9a는 제2 경사부가 접히기 전의 버스바가 단자부에 체결된 모습을 나타낸 단면도이며, 도 9b는 제2 경사부가 접힌 후의 버스바가 단자부에 체결된 모습을 나타낸 단면도이다.
즉, 도 9b에 도시된 바와 같이 제2 경사부(732b)는 제1 단자(112) 또는 제2 단자(113) 방향으로 접힘에 의해 제1 단자(112) 또는 제2 단자(113)와 면 밀착하게 된다. 따라서, 두 배터리셀(110)간의 높이 단차가 있는 경우에도, 버스바(720)를 단자부(111)에 안정적으로 밀착시킬 수 있다.
이 경우, 제1 단자(112) 및 제2 단자(113)의 상면은 제2 경사부(732b)와 용접되어 접합될 수 있다. 상기 용접은 레이저 용접 또는 초음파 용접일 수 있다
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 배터리 모듈의 버스바의 사시도 이고, 도 11은 도 10에 도시한 배터리 모듈의 버스바의 단면도이다. 이하, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 버스바에 대해 설명하기로 한다. 여기서, 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 도면부호로 지칭되며, 이전 실시예와 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 10 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 버스바(1120)는 버스바 몸체(1031) 및 절곡부(1032)를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 버스바 몸체(1031)는 판형상이며, 버스바 몸체(1031)의 양단부에는 "V"자 형상의 절곡부(1032)가 형성된다.
절곡부(1032)는 버스바 몸체(1031)의 일단으로부터 아래 방향으로 연장 형성된 제1 경사부(1032a), 제1 경사부(1032a)부터 윗 방향으로 연장 형성된 제2 경사부(1032b), 제1 경사부(1032a) 및 제2 경사부(1032b) 사이에 형성된 절개홈(1032c)을 포함할 수 있다
본 발명의 일 실시예에 따르면 절곡부(1032)의 제2 경사부(1032b)는 접힘 가능하도록 형성될 수 있다.
도 11a는 제2 경사부가 접히기 전의 버스바의 단면도이며, 도 11b는 제2 경사부가 접힌 후의 버스바의 단면도이다.
도 11b에 도시된 바와 같이 제2 경사부(1032b)는 제1 단자(112) 또는 제2 단자(113) 방향으로 접힘에 의해 제1 단자(112) 또는 제2 단자(113)와 면 밀착하게 된다. 여기서, 절개홈(1032c)은 제2 경사부(1032b)의 접힙이 용이하도록 하는 역할을 수행할 수 있다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 버스바(120, 720, 1120)의 양 단부에 절곡부(132, 732, 1132)가 형성됨으로써, 두 배터리셀(110)간의 높이 단차가 있는 경우에도, 본 발명의 버스바(720)는 단자부(111)에 안정적으로 밀착될 수 있는 효과가 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100: 배터리 모듈 110: 배터리셀
111: 단자부 112: 제1 단자
113: 제2 단자
120, 320, 720, 1020: 버스바
131, 731, 1031: 버스바 몸체
132, 732, 1032: 절곡부 732a, 1032a: 제1 경사부
732b, 1032b: 제2 경사부 1032c: 절개홈

Claims (13)

  1. 일 방향으로 정렬된 복수개의 배터리 셀; 및
    상기 복수개의 배터리 셀의 제1 단자 및 상기 복수개의 배터리 셀의 제2 단자를 전기적으로 연결하는 버스바를 포함하되,
    상기 버스바는 버스바 몸체 및 상기 버스바 몸체의 양 단부로부터 연장되어 형성되는 절곡부를 포함하는 배터리 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기 버스바 몸체는 판 형상으로 형성된 배터리 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 절곡부는 반원형 또는 반타원 형상으로 형성된 배터리 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 절곡부는 "V"자 형상으로 형성된 배터리 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 "V"자 형상으로 형성된 절곡부는 상기 버스바 몸체의 양 단부로부터 아래 방향으로 연장 형성된 제1 경사부 및 상기 제1 경사부로부터 윗 방향으로 연장 형성된 제2 경사부를 포함하는 배터리 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2 경사부는 상기 제1 단자 또는 상기 제2 단자 방향으로 접힘에 의해 상기 제1 단자 또는 상기 제2 단자와 면 밀착하는 배터리 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 절곡부는 상기 제1 경사부와 상기 제2 경사부 사이에 절개홈을 더 형성하는 배터리 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 절곡부의 반경은 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자 중 높이가 높은 단자의 일면과 상기 버스바 끝단 간의 수직거리 보다 크게 형성되는 배터리 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 수직거리는 상기 높이가 높은 단자의 일면과 상기 절곡부가 접촉하는 지점부터 상기 높이가 높은 단자의 끝단 까지의 길이, 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자의 일면과 상기 절곡부가 각각 접촉하는 지점간의 거리, 상기 제1 단자 및 상기 제2 단자간의 높이 단차, 상기 높이 단차에 의해 상기 버스바가 기울어지는 각도 및 상기 버스바의 두께 중 적어도 하나를 이용하여 결정되는 배터리 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단자 또는 상기 제2 단자의 상면과 상기 절곡부는 용접을 통해 결합되는 배터리 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 용접은 레이저 용접 또는 초음파 용접인 배터리 모듈.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단자의 상면은 상기 제2 단자의 상면과 다른 평면을 이루는 배터리 모듈.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 버스바는 금, 은 구리, 니켈, 알루미늄, 구리합금 또는 알루미늄 합금인 배터리 모듈.
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