JP2002157982A - 電池モジュール - Google Patents

電池モジュール

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JP2002157982A JP2000353791A JP2000353791A JP2002157982A JP 2002157982 A JP2002157982 A JP 2002157982A JP 2000353791 A JP2000353791 A JP 2000353791A JP 2000353791 A JP2000353791 A JP 2000353791A JP 2002157982 A JP2002157982 A JP 2002157982A
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  • Battery Mounting, Suspending (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 バッテリセルの冷却性に優れると共にバッテ
リセルを確実に固定でき、作業性を向上させることがで
きる電池モジュールを提供する。 【解決手段】 下蓋ケース39は、組電池を収容する複
数の電池室及び上方に突出し背面側に空間が形成された
台部37を有している。組電池内のバッテリセル及びモ
ジュールを制御する制御ユニット42が、この空間に下
方側から収容され電池室に固定されている。組電池1と
底面部とに形成された隙間32に冷却風が流通する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電池モジュールに係
り、特に、上下一対の外装ケース内に複数個の組電池が
固定され電気的に接続された電池モジュールに関する。
【0002】
【従来の技術】近年、自動車業界では、資源・環境問題
に対応すべく、ガソリンエンジン車やディーゼルエンジ
ン車の代替として、バッテリセル(単電池)の集合体で
ある電池モジュールをモーターの電源とした電気自動車
が注目されている。1回の充電量で実用的な走行距離を
確保するには、電池モジュールの大型化・大重量化を招
くことから、近時、電池モジュールと従来のエンジンと
を走行条件によって適宜切り換えることにより、電池モ
ジュールの大型化を抑えると共に、省エネルギー化やク
リーン化を図ったハイブリッドカーが実用化されるに至
った。
【0003】電池モジュールには、リチウム酸化物等を
主要構成材料とした高性能バッテリセルが多数個収容さ
れている。このようなバッテリセルは、正極、負極共に
金属箔に活物質が塗布された帯状であり、正負極が直接
接しないようにセパレータを挟んで断面が渦巻状に捲回
された捲回式構造が採用されているので、放熱特性が低
く、電池モジュール使用時にはバッテリセルからの発熱
量も比較的大きい。また、バッテリセルの性能は温度変
化により大きく左右され、高温側では特性が低下するの
で、冷却しながら使用される。
【0004】電池モジュールの冷却技術として、例えば
特開平7-47892号公報には、バッテリセルを円筒
状に形成し、バッテリセルを熱伝導率の高い材料からな
る2枚のプレートで上下方向から挟み込み、該プレート
を介して車体に固定することによって上下プレート間に
通風路を形成し、バッテリセルの中空部とプレートとの
間の通風路に冷却風が流通し得るようにした技術が開示
されている。
【0005】また、従来の電池モジュールでは、コンパ
クト化のために、バッテリセルと、セルコントローラ、
バッテリーコントローラ、リレーユニット、ヒューズ等
の制御ユニットとが同じ空間を共有しているので、冷却
風の導入時に粉塵や湿気等が制御ユニットに入り込まな
いように気密性を保持した外装ケース(モジュールケー
ス)内に収容する必要がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開平7-47892号公報の技術では、上下2枚のプレ
ート間に通風路が形成されているので、通風路が狭く熱
がこもり易く、前後にバッテリセルを配置した場合には
それぞれのバッテリセルに冷却ムラを生じてしまう、と
いう問題点がある。また、バッテリセルが上下2枚のプ
レート間で軸方向にずれ易く、これを防止するために緩
衝材を介して挟むと、通風路が更に狭くなり冷却性が悪
化してしまうと共に、電池モジュールの組立作業性が低
下する、という問題点がある。
【0007】また、バッテリセルと制御ユニットとが同
じ空間を共有する場合には、湿気を帯びた冷却風により
基板内で錆や結露により回路短絡が発生することがある
ので、冷却風が制御ユニットに直接当たらないように制
御ユニットの配置を考慮しなければならず、かつ、電気
的に接続するための作業用空間が必要なので、電池モジ
ュールのコンパクト化が阻害される1つの要因となって
いた。
【0008】更に、従来の電池モジュールでは、多くの
バッテリセル又は組電池を電気的に直列に接続するため
に多くの作業工数及び作業時間を必要とすると共に、作
業工程数が多く部品が極性を有するために作業ミスも起
こりやすい、という問題点があった。
【0009】上記事案に鑑み、本発明の第1の課題は、
バッテリセルの冷却性に優れると共にバッテリセルを確
実に固定でき、作業性を向上させることができる電池モ
ジュールを提供することである。また、本発明の第2の
課題は、気密性を確保しつつデッドスペースがなく体積
効率の高い(コンパクトな)電池モジュールを提供する
ことである。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1に記載の発明では、下蓋ケースに複数個の
組電池を収容する電池室が複数存在している。また、該
電池室間に下方に開口した空間が形成されており、この
空間に組電池内のバッテリセル及び電池モジュールを制
御する制御ユニットが配置されている。請求項1の発明
によれば、デッドスペースとなる電池室間の空間に制御
ユニットが配置されるので、電池モジュールの体積効率
を向上させることができる。
【0011】請求項2に記載の発明では、制御ユニット
は、空間に下方側から収容され電池室間に固定されてい
る。請求項2の発明によれば、下蓋ケースは下方に開口
し該開口から制御ユニットが空間に収容されているの
で、制御ユニットは下蓋ケースの電池室に収容された組
電池とは別に組立、配線を行うことができ作業手順の自
由度が増加することから、電池モジュールの組立作業性
を向上させることができる。また、制御ユニットは電池
室間に固定されているので、下蓋ケース自体の剛性を向
上させることができる。
【0012】請求項3に記載の発明では、下蓋ケースが
上方に突出し背面側に空間が形成された台部を有してお
り、制御ユニットにより空間の下面が封止されている。
請求項3の発明によれば、下蓋ケースは台部を有してお
り、空間の下面は制御ユニットにより封止されているの
で、単なる箱状ケースよりも下蓋ケースの剛性を高める
ことができると共に、制御ユニットと組電池との電気的
接続に気密構造を別に設ける必要がなくなるので、コン
パクト化及び作業性の向上を図ることができる。また、
台部の隔壁により、組電池が収容される電池室同士を電
気的に遮断することが可能となると共に、組電池が収容
される電池室と制御ユニットが収容される空間とは別空
間となる。更に、台部に電気的接続用部材を配置するこ
とができるので、デッドスペースが減少し体積効率を高
めることができる。
【0013】請求項4に記載の発明では、下蓋ケースは
上方が開口し該開口周囲に外装ケース内部を気密化する
パッキンを保持するフランジ部が形成されていると共
に、電池室の側面に冷却風を導入、排出するためのダク
トを有する電気絶縁樹脂製であり、下蓋ケースを上方か
ら覆う電気絶縁樹脂製の上蓋ケースとボルト、ナットで
締結されている。請求項4の発明によれば、下蓋ケース
は上方が開口し該開口周囲に外装ケース内部を気密化す
るパッキンを保持するフランジ部が形成されているの
で、下蓋ケースのフランジ部にパッキンを安定して配置
することができ、外装ケース内部の気密性を確保するこ
とができると共に、上蓋ケースと下蓋ケースとがボル
ト、ナットで締結されているので、電池モジュール内部
の部品交換等が可能なことから、リビルト性及びリサイ
クル性を確保することができる。また、下蓋ケースは電
池室側面部に冷却風を導入、排出するためのダクトを有
しているので、各電池室毎に冷却風を流通させることに
より、電池室に収容された組電池を効率よく冷却するこ
とができる。
【0014】請求項5に記載の発明では、フランジ部の
四隅及びボルト穴が形成された部位に、パッキンの内側
への移動、変形を抑制するパッキン抑制突起が形成され
ている。請求項5の発明によれば、パッキン抑制突起に
より、上蓋ケースと下蓋ケースとをボルト、ナットで締
結したときに、パッキンの内側への移動、変形を防止す
ることができるので、外装ケース内の気密性確保が確実
となると共に、パッキン抑制突起によりパッキンの圧縮
率が制限されるので、パッキンが必要以上に圧縮されて
損傷することを防止することができる。
【0015】請求項6に記載の発明によれば、下蓋ケー
スと組電池との間、上蓋ケースと組電池との間に形状的
に段差を設けることによって隙間を確実に形成し、冷却
空気をその中に多量に流通せしめることで、熱交換を頻
繁に行わせることができる。このとき、段差が設けられ
ていない部分は、ホルダケースの厚み分が隙間となるの
で、隙間を確保するためには、下蓋ケースと組電池との
間、及び、上蓋ケースと組電池との間の両方に段差を設
けることが望ましい。また、電池室に、該電池室に収容
された組電池間に断面略山形状の突起を形成すること
で、該突起がルーバーとしての機能を有し冷却風を整流
又は流量を調節することができ、冷却効率を向上させる
ことができる。更に、断面略山形状の突起が組電池の長
手方向に所定幅を有して伸びているので、下蓋ケースの
構造強度を増加させると共に、組電池の位置決め及びス
トッパーとしても機能するので、組電池を下蓋ケースに
収容する際の作業性が向上する。
【0016】請求項7に記載の発明によれば、台部の突
出面側には組電池の外部出力端子の形状に対応したガイ
ド窪みが形成されているので、組電池を電池室内に配設
する際に、組電池の外部出力端子をガイド窪みに配置す
ることにより組電池の位置合わせが容易となる。また、
上蓋ケース及び下蓋ケースに組電池に当接するクッショ
ン材を配設し、上蓋ケースと下蓋ケースとをボルト、ナ
ットで締結することで、組電池がクッション材の圧縮に
より加圧固定されるので、組み付け時の作業を上方から
行うことができ、電池モジュールの組立作業性を向上さ
せることができると共に、組電池を確実に電池モジュー
ル内に固定することができる。また、クッション材を収
容するクッション材収容窪みはクッション材よりも大き
な幅を有するので、加圧固定によるクッション材の圧縮
時の逃げ代を確保することができると共に、振動等によ
る異音発生を防止することができる。
【0017】請求項8に記載の発明によれば、組電池の
外部出力端子にはボルト穴が形成されていると共に組電
池の一端面からバッテリセルの長手方向と同一方向に導
出され、台部の突出面側にはガイド窪みに加え、ナット
を収容保持するナット収容保持窪み及びボルト穴が形成
され組電池の外部出力端子間を接続する組電池接続ブス
バの形状に対応する形状の組電池接続ブスバ窪みが形成
されている。このため、これらの窪みに予めナット、組
電池接続ブスバ、組電池の外部出力端子を配設してボル
トで締結することにより複数の組電池間の直列接続が可
能であり、台部は上方に突出しているので、突出面側で
組電池に阻害されずに接続作業を行うことができ、接続
作業性を向上させることができる。
【0018】請求項9に記載の発明によれば、外部出力
端子は組電池の一端面からバッテリセルの長手方向と同
一方向に導出され該外部出力端子にはボルト穴が形成さ
れており、台部に組電池の外部出力端子に挿着される金
属製ポールが一体成形されているので、外部出力端子、
金属製ポール間の挿着で、ボルト、ナットを使用せずに
外部出力端子と金属製ポールとを接続することができる
ことから、部品数及び作業時間を低減させることができ
る。
【0019】請求項10に記載の発明によれば、台部に
金属製ポールを中心として組電池の外部出力端子の形状
に対応したガイド窪みが形成されているので、組電池を
電池室内に配設する際に位置合わせが容易であると共
に、位置合わせと同時に外部出力端子と金属製ポールと
の接続が完了するので、電池モジュールの組立・接続作
業性を著しく向上させることができる。
【0020】請求項11に記載の発明によれば、台部
に、金属製ポール間を直列に接続する金属ポール間接続
部材が埋設されているので、組電池間を直列に接続する
ための接続部材による接続作業が不要となると共に、部
品数を減少させることができる。
【0021】請求項12に記載の発明によれば、台部に
は組電池を係止固定するためのストッパーが成形されて
いると共に、組電池にはストッパーに嵌合する嵌合突起
が形成されているので、組電池を台部に係止固定し、外
部出力端子と金属製ポールとの挿着を確実、かつ、短時
間で行うことができる。
【0022】請求項13に記載の発明によれば、組電池
の外部出力端子はブロック状の形状を有しており金属製
ポールが外部出力端子に当接する挿入方向の深さが十分
確保されるので、外部出力端子と金属製ポールとの電気
的接続を確実に行うことができると共に、外部出力端子
は正負極端子間で互いに形状が異なるので、挿着の際に
極性を間違えることなく金属製ポールに接続することが
できる。
【0023】
【発明の実施の形態】(第1実施形態)以下、図面を参
照して、本発明をハイブリッドカー搭載用電池モジュー
ルに適用した第1の実施の形態について説明する。
【0024】<構成>図1に示すように、本実施形態の
電池モジュール100は、外装ケースの一部を構成する
電気的絶縁性を有する樹脂製で箱状に成形された下蓋ケ
ース39と、外装ケースの一部を構成し電気的絶縁性を
有する樹脂製で下蓋ケース39を覆う上蓋ケース43
と、を備えている。下蓋ケース39内には、後述するよ
うに、複数個の組電池1が直列に接続され横置き状態で
収容されている(図12も参照)。
【0025】図2及び図3に示すように、組電池1は、
熱伝導性の高いケーシングで被覆された高性能の4個
(4本)のバッテリセル2と、バッテリセル2の下側に
配置され電気的絶縁性を有する樹脂製で外形平面が略正
方形状に成形されたホルダケースA3と、バッテリセル
2の上側に配置され電気的絶縁性を有する樹脂製で外形
平面が略正方形状に成形されたホルダケースB4と、を
有している。組電池1は、ホルダケースA3とホルダケ
ースB4とで、4個のバッテリセル2を隣接するバッテ
リセル2間で上下逆方向に挟み込むように構成されてお
り、これら4個のバッテリセル2は組電池1内で電気的
に直列に接続されている。
【0026】図4(A)(B)に示すように、バッテリ
セル2は、円筒状で負極側となる電池缶10内にマンガ
ン酸リチウム等を主要構成材料とした正極と炭素材を主
要構成材料とした負極とをセパレータを介して捲回した
捲回群が挿入されており、柱状の外形形状を有してい
る。電池缶10の開口端部と、安全弁等が配設され中央
に正極端子11が突設された電池蓋12とは、絶縁部材
を介してカシメ部10aの位置でカシメられており、こ
のカシメによって電池缶10の開口端部は正極端子11
側に折り曲げられ平面部16が形成されている。また、
絶縁部材の介在により、平面部16と電池蓋12との間
には段差が形成され、バッテリセル2の正極側には、こ
の段差、平面部16及び正極端子11で画定される円環
状溝が形成されている。
【0027】図3に示すように、ホルダケースB4に
は、バッテリセル2間を直列に接続するためのセル間接
続金属ブスバ6、正負外部出力端子となる組電池出力ブ
スバ7、及び、各バッテリセル2の端子間電圧を検出す
るための電圧検出ブスバ9がインサート成形によってケ
ース内に埋設固定されている。
【0028】また、ホルダケースB4には、バッテリセ
ル2が挿入される中心部にスポット溶接用の開口部とし
て溶接用貫通穴14が形成されている。この溶接用貫通
穴14が形成された位置には、セル間接続金属ブスバ6
の溶接部である端部が露出している。更に、セル間接続
金属ブスバ6の中央部には、セル間接続金属ブスバ6か
ら上部方向へ導出されバッテリセル2の電圧を検出する
ための電圧検出用金属片15がホルダケースB4の表面
に露出している。
【0029】ホルダケースB4に形成された残りの溶接
用貫通穴14には、外部出力端子の一部を構成する組電
池出力ブスバ7の一端部が露出している。外部出力端子
となる組電池出力ブスバ7の他端部はホルダケースB4
の側面からバッテリセル2の長手方向と同一方向に2本
平行に露出しており、これら組電池出力ブスバ7の他端
部中央にはボルト、ナット締結を可能とするための丸穴
17が形成されている。また、ホルダケースB4には、
バッテリセル2の平面部16に相当する位置にのみ電圧
検出ブスバ9が埋設されており、セル間接続金属ブスバ
6と同様に、電圧検出ブスバ9から導出された電圧検出
用金属片15がホルダケースB4の表面に露出してい
る。
【0030】図2及び図3に示すように、ホルダケース
B4の上には、各バッテリセル2の端子間検出電圧を集
結するための配線シート5が配置されている。この配線
シート5は、ホルダケースB4の中央部に形成された穴
状のネジ止め部18を避けるように形成されたパターン
状の金属シートを、シート端部36を除き樹脂シートで
被覆・絶縁化したフレキシブル基板であり、シート端部
36がホルダケースB4の表面に露出した各電圧検出用
金属片15にスポット溶接で固定されており、金属シー
トの他端部には電圧検出コネクタ19が接続されてい
る。
【0031】一方、図5に示すように、ホルダケースA
3には、ホルダケースB4と同様に、バッテリセル2が
挿入される中心部にスポット溶接用の開口部として溶接
用貫通穴14が形成されており、溶接用貫通穴14が形
成された位置にセル間接続金属ブスバ6の溶接部である
端部が露出するようにインサート成形によって2本平行
にケース内に埋設固定されている。
【0032】ホルダケースA3の基本形状は、上述した
ホルダケースB4と大差はないが、大きな違いはホルダ
ケースA3とホルダケースB4とを固定するための支柱
21がホルダケースA3の中央部からホルダケースB4
の中央部に向けて垂直方向に立設されていることであ
る。この支柱21の頂点(端部)にはタッピングネジ用
の通し穴22が形成されており、支柱21の左右には回
り止め防止及び誤挿入防止用のキー形状をしたキーリブ
23が形成されている。なお、ホルダケースB4には、
このキーリブ23に嵌合する図示しないキー溝が形成さ
れている。更に、支柱21には対角線状に4方向に伸び
る補強リブ24が形成されている。補強リブ24は支柱
21の補強のみならず、冷却風の整流機能も有してい
る。
【0033】図3に示すように、4個のバッテリセル2
はそれらの極性が上下方向で交互になるようにホルダケ
ースA3、B4内に配設され、対角線上のバッテリセル
2同士が同一極性になるように固定される。図5に示す
ように、ホルダケースA3のバッテリセル2の正極端子
11側が挿入される箇所には、溶接用貫通穴14の周り
に円状リブ13がバッテリセル2側に突設されている。
この円状リブ13の先端が、上述したバッテリセル2正
極側の円環状溝内に挿入される。
【0034】図3に示すように、組電池1を製造するに
は、ホルダケースB4を、4個のバッテリセル2を上下
方向交互に挿入したホルダケースA3の上に配置し、ネ
ジ止め部18にタッピングネジを挿入して支柱21の頂
点に形成された通し穴22にネジ固定をした後、セル間
接続金属ブスバ6、組電池出力ブスバ7、電圧検出ブス
バ9とバッテリセル2とをスポット溶接で機械的、電気
的に接続する。次に、配線シート5をホルダケースB4
の表面に載置し、電圧検出用金属片15とシート端部3
6とをスポット溶接し、機械的、電気的に接続する。こ
れにより、各バッテリセル2の端子間検出電圧は電圧検
出コネクタ19の一箇所に集結される。
【0035】図6に示すように、スポット溶接により電
気的、機械的に接続された組電池1内の4個のバッテリ
セル2は、3本のセル間接続金属ブスバ6によって直列
に接続されており、最高電位側及び最低電位側がそれぞ
れ組電池出力ブスバ7に接続されている。また、各バッ
テリセル2の端子間電圧は電圧検出用金属片15により
配線シート5を介して電圧検出コネクタ19に集結され
ている。なお、組電池1の配線用部材は、ホルダケース
A3に埋設された2本のセル間接続金属ブスバ6を除
き、全てホルダケースB4側に埋設されている。
【0036】図7及び図8に示すように、下蓋ケース3
9は、断面形状が略W字状とされており、組電池1の収
容部と、この収容部を2分割して電池室とし、電池室に
収容された組電池1の組電池出力ブスバ7同士を直列接
続するために上部方向へ断面略コ字状に突出した台部3
7と、を有している。
【0037】下蓋ケース39の各電池室には、5個の組
電池1が収容されており、合計10個の組電池1(バッ
テリセル2としては40個)が横置きに、台部37に組
電池出力ブスバ7が向き合うように収容されている。台
部37の上部には、組電池出力ブスバ7の位置に対応す
る夫々の箇所に、四角形状のナットを収容・保持するナ
ット収容保持窪みとしてのナット状窪み38が形成され
ている。また、台部37の上部には、組電池出力ブスバ
7及び組電池出力ブスバ7間を直列に接続する組電池間
接続ブスバ49の配設位置にも、これら組電池出力ブス
バ7及び組電池間接続ブスバ49の形状に対応する形状
でナット状窪み38間に形成された窪み間溝40が夫々
形成されている。更に、台部37には、ナット状窪み3
8間に、組電池1のホルダケースB4上面に配された配
線シート5に付属する電圧検出コネクタ19を台部37
の背面側へ通すための長方形状の貫通穴70が形成され
ている。なお、本例では、ナット状窪み38に収容保持
するナットを四角形状のナットを使用したが、通常の六
角形のナットを使用するようにしてもよい。この場合に
は、ナットの形状に合わせてナット状窪みの形状を変更
すればよい。
【0038】接続作業手順としては、台部37に形成さ
れたナット状窪み38中にナットを配置し、窪み間溝4
0に組電池間接続ブスバ49を配置した後、組電池出力
ブスバ7が窪み間溝40に入るよう配置し、上方からボ
ルトで締結すればよい。組電池1の直列接続により、組
電池間接続ブスバ49が向かい合うように2列平行に配
設され、この2列を組電池間接続ブスバ49で接続する
ことで全体としてコ字状の接続となる。従って、強電両
端子は、台部37上面のコ字状の両端となり一側にまと
まった構造とされている。
【0039】一方、下蓋ケース39の電池室の平面な底
面部31の両側には、バッテリセル2のホルダケースA
3、B4の側面を支持するレール状の突起30が形成さ
れており、底面部31と組電池1との間には確実に隙間
32が形成された形状とされている。従って、下蓋ケー
ス39と組電池1との間には、この組電池1と底面部3
1とに形成された隙間32により、各バッテリセル2を
冷却するための冷却風が流れ込むバイパス経路35が形
成されている。また、下蓋ケース39の2列の電池室に
配置された組電池1を効率よく冷却するために、冷却風
の導入側となる冷却風導入口33と冷却風の排出側とな
る冷却風排出口34とが、下蓋ケース39の一側面及び
その対向側面に各列毎に1つずつ形成されている。
【0040】図8及び図9に示すように、下蓋ケース3
9の底面部31には、収容される組電池1間に所定幅で
下蓋ケース39の横方向に伸びた位置決め用の突起41
が上方向に突設されている。位置決め用突起41は、組
電池1のバッテリセル2の曲面に対応した形状を有して
おり、冷却風の整流、又は流量調節を行うルーバーとし
ての機能も有している。このため、位置決め用突起41
の形状は4種に分けられており、冷却風導入口33に最
も近い位置にあるルーバーA41aは、組電池1の曲面
に沿った台形状の断面形状とされているが、ルーバーB
41b、ルーバーC41cと冷却風導入口33から離れ
るにつれて、台形状の断面形状中央に上方に突出したリ
ブの高さが高くなるように形成されている。冷却風排出
口34に最も近いルーバーD41dは、リブの高さが大
きくなり、台形というより山形状に近い断面形状とされ
ている。
【0041】図7、図10及び図11に示すように、各
種電子部品が配設された制御ユニット42は台部37の
背面側の開口部57に挿入固定されている。制御ユニッ
ト42は、その底面側に下蓋ケース39の底面より一段
高いパッキン45を配設するためのフランジ部58を有
しており、気密を保持するためのパッキン45を介して
台部37の背面側(レール状突起30の背面側)に固定
されている。作業手順としては、制御ユニット42(ユ
ニットケース44)を、下蓋ケース39の背面からフラ
ンジ部58にパッキン45を配設して挿入し、タッピン
グネジ28で固定・締結する。
【0042】制御ユニット42は、フランジ部58を有
したユニットケース44と、プリント配線されその端部
に夫々コネクタ61がハンダ固定されており、強電出力
端子56が立設された基板63と、で構成されている。
ユニットケース44には、電流センサ及びヒューズを内
蔵したリレーユニット47と、電池モジュール100全
体の制御、各バッテリセル2の制御を行うコントロール
ユニット46と、が収容されている。一方、基板63に
は、コネクタ61がハンダ固定されている面の背面側に
コントロールユニット46と接続するためのコネクタ6
2が配置されており、組電池1の電圧検出コネクタ19
から送られてくる各バッテリセル2の全電圧が、コネク
タ61、基板63上のプリント配線及びこのプリント配
線からのリード線によりコネクタ62に集結されてい
る。また、強電出力端子56はM6のタップを立てた銅
製のポールを基板63に対して突設したものであり、強
電出力端子56にはリレーユニット47から導出された
ケーブル55が接続されている。従って、各部品をユニ
ットケース44に収納固定した後、基板63背面の強電
出力端子56とリレーユニット47を締結固定し、同背
面側のコネクタ62をコントロールユニット46に接続
し、上述したように、ユニットケース44をタッピング
ネジ28で台部37の背面側に固定する。
【0043】図11に示すように、制御ユニット42を
下蓋ケース39の下方から収納固定する訳であるが、下
蓋ケース39の台部37には、制御ユニット42の基板
63上に配置されたコネクタ61と強電出力端子56と
の位置に対応して、上述した長方形状貫通穴70、及
び、丸穴が形成されている。このため、図12に示すよ
うに、強電出力端子56は、制御ユニット42固定時に
は台部37から飛び出す構造とされている。作業手順と
しては、下蓋ケース39に制御ユニット42を下方から
収納固定した後、下蓋ケース39の台部37にナットと
組電池間接続ブスバ49を配設し各組電池1を挿入し組
電池1と制御ユニット42のコネクタ同士を接続したの
ちにボルトで締結する。このとき、強電出力端子56に
はM6のタップが立ててあるため、組電池1の組電池出
力ブスバ7に形成されたボルト穴に挿入してナットで締
結する。
【0044】図7及び図8に示すように、組電池1のホ
ルダケースA3、B4が下蓋ケース39と接触するレー
ル状突起30の位置には、クッション材としてのEPD
Mゴム製の防振ゴム27を収容するための防振ゴム配置
溝53が形成されている。防振ゴム配置溝53の幅は防
振ゴム27の幅よりも広く圧縮時の逃げ代が確保されて
いる。一方、上蓋ケース43にも組電池1と接触する箇
所には防振ゴム27を収容するための防振ゴム配置溝が
形成されており、その幅は防振ゴム27の幅よりも広く
圧縮時の逃げ代が確保されている。このため、上蓋ケー
ス43を下蓋ケース39に固定するときには、上蓋ケー
ス43で夫々の組電池1を押さえつけるように加圧す
る。なお、組電池1は、上下方向に対しては、下蓋ケー
ス39と上蓋ケース43とによって防振ゴム27の圧縮
(圧縮率20%)による反発力で加圧固定され、水平方
向に対しては、組電池1に収容されたバッテリセル2の
曲面に対応し下蓋ケース39に形成された位置決め用突
起41と、下蓋ケース39の長手方向(冷却風の流通方
向)に形成されたストッパとして機能するストッパリブ
48で固定されている。また、防振ゴム27が潰れる
(圧縮される)ことにより、組電池1と中板42との隙
間が埋められる。
【0045】図7〜9及び図12に示すように、下蓋ケ
ース39には、上部方向に開口した開口周囲にボルト・
ナット締結穴を有する下蓋フランジ部51が形成されて
いる。また、上蓋ケース43には、下部方向に開口した
開口周囲にボルト・ナット締結穴を有する上蓋フランジ
部が形成されている。電池モジュール100では、上蓋
フランジ部と下蓋フランジ部51との間に、EPDMゴ
ム製のパッキン59を介在させ、上蓋フランジ部と下蓋
フランジ部51とをボルト、ナットにより締結する加圧
方式が採用されており、冷却風導入口33、冷却風排出
口34以外の気密性が保持されている(図1も参照)。
更に、上蓋ケース43には、上部方向からの衝撃を分散
して破損を免れるために上部方向縦横に上蓋補強リブ2
5が立設されている。
【0046】下蓋フランジ部51には、パッキン59を
配置する際のストッパとして機能し下蓋フランジ部51
の内側方向への移動や変形を抑制すると共に、パッキン
59の圧縮率を制限するパッキンストッパ54が下蓋フ
ランジ部51の四隅及びボルト・ナット締結穴の部位に
形成されている。また、下蓋フランジ部51にはボル
ト、ナット締結により応力が集中するので、下蓋フラン
ジ部51の変形を防止するためのフランジ部補強リブと
しての変形防止リブ52が下蓋フランジ部51を支える
ようにボルト・ナット締結穴の部位に形成されており、
変形防止リブ52のリブ間距離はナットの幅よりもやや
大き目に設定することで、ナットの回り止めとしての機
能も有している。
【0047】<作用等>次に、第1実施形態の電池モジ
ュール100の作用・効果について説明する。
【0048】本実施形態では、組電池1を収納するため
の空間部が下蓋ケース39に複数個存在しており、該空
間部間にも組電池1間を銅バーでボルト・ナット締結し
電気的に接続するための作業用空間が存在しているが、
この作業空間内に電池モジュール100の制御部品、単
電池の制御部品、リレースイッチ、各種センサーからな
る制御ユニット42を配置することによってデッドスペ
ースが減少し体積効率を向上させることができる。ま
た、各種電子部品がパッケージ化されたユニットケース
44を下蓋ケース39に固定することで、下蓋ケース3
9自体の剛性も向上する。また、電子部品等を電池モジ
ュール100とは別にパッケージ化することで、配線作
業が容易になり作業性も向上する。
【0049】また、本実施形態の電池モジュール100
では、電池室間の作業用空間を下蓋ケース39の下方に
開口させることで該開口部からユニットケース44を収
納固定するようにしたので、作業手順の自由度が増すた
め作業性が向上する。
【0050】更に、本実施形態の電池モジュール100
では、組電池1を収納する下蓋ケース39の電池室同士
が互いに該ケース自体で連結されているので、単なる箱
状ケースよりも剛性が高い。また、組電池1を収納する
電池室同士を電気的に遮断する必要性からそれらを隔壁
で区画し、かつ、組電池1間の電気的接続をするための
作業空間を該隔壁部に設定することで、デッドスペース
を減少させることができ体積効率が向上する。また、制
御ユニット42(ユニットケース44)により、下蓋ケ
ース39の台部37の裏面側に形成された開口部を封止
する構造が採られているので、制御ユニット42と組電
池1との電気的接続に気密構造を設ける必要性がなくな
り、作業性が向上する。更に、台部37に電気的接続用
部材を配設したので、配線用空間を別に設けなくてもよ
いことから、デッドスペースが更に減少し体積効率をよ
り高めることができる。
【0051】また、本実施形態のモジュール電池100
では、冷却風をケース内部に導入、排出する冷却風導入
口33、冷却風排出口34を側面に形成した下蓋ケース
39の電池室に、複数個の組電池1を横置きに配設収容
している。このため、バッテリセル2は冷却風の流通方
向に対して垂直となり冷却効果を高めることができる。
また、冷却風導入口33側と冷却風排出口34側とでは
熱交換によって冷却風の温度が異なるので、通常冷却風
を流しただけでは入口側と出口側との冷却風温度が異な
るため、バッテリセル2の温度バラツキが大きくなって
しまう。そのため、組電池1と底面部31とに形成され
た隙間32を、各バッテリセル2を冷却するための冷却
風が流れ込むバイパス経路35としたので、冷却風導入
口33側、冷却風排出口34側に拘わらず各バッテリセ
ル2を同一温度の冷却風で冷却できることから、バッテ
リセル2の温度バラツキを最小限に抑えることができ
る。
【0052】更にまた、本実施形態の電池モジュール1
00では、下蓋ケース39と組電池1との間に段差を形
成し隙間を形成したので、冷却風をその間に多量に流通
せしめることで、熱交換を頻繁に行わせることができ、
各バッテリセル2の冷却効果を更に高めることができ
る。また、下蓋ケース39に横置きに収容された組電池
1間の箇所に山形状の位置決め用突起41をリブとして
形成したので、位置決め用突起41がルーバーとして機
能し冷却風を整流、流量調節をすることができることか
ら、冷却効率が向上する。しかも、冷却風導入口33側
から冷却風排出口34側に行くにつれて、断面台形状の
ルーバーの中央上方にリブを高く突出形成するようにし
たので、冷却風排出口34側に近づくにつれて上昇する
冷却風の温度を、冷却風の流速の平方根に比例して冷却
効果が増大するという冷却原理を利用して、冷却風の流
路を絞ることによって冷却風の流速を増大させ、バッテ
リセル2の冷却を均一にしている。なお、位置決め用突
起41は山形状を呈して下蓋ケース39の横方向に伸び
ているので、下蓋ケース39の構造強度を増加させると
共に組電池1の位置決め及びストッパとしても機能する
ので、組立作業性も向上する。
【0053】更に、本実施形態の電池モジュール100
では、下蓋フランジ部51を形成することによって、パ
ッキン59を安定して配置することができ、かつ、ボル
ト、ナットで締結することで電池モジュール100内部
の部品交換等の作業性を向上させることができると共
に、上蓋ケース43や下蓋ケース39を破壊することな
く部品交換等が可能なので、リサイクル性、リビルト性
を確保することができる。また、組電池1をユニット化
したので、万一バッテリセル2に不良が生じたとして
も、組電池1毎交換することが可能であり、高いリビル
ト性と交換作業性を有している。また、下蓋フランジ部
51の四隅及びボルト・ナット締結穴の部位にパッキン
ストッパ54を形成したので、ボルト・ナット締結によ
り潰されるパッキン59の圧縮代が画定されると共に、
パッキン59が収縮して下蓋フランジ部51から外れる
ことがないようにガイドとしても機能している。更に、
下蓋フランジ部51を支える変形防止リブ52を有する
ので、下蓋フランジ部51に集中する応力を下蓋ケース
39の側面に分散させることができる。また、変形防止
リブ52の幅をナットの幅よりもやや大き目に設定した
ので、ナットの回り止めとなり、組立作業性の向上を図
ることができる。
【0054】また、本実施形態の電池モジュール100
では、組電池1から組電池出力ブスバ7を水平方向に2
本導出し、下蓋ケース39の電池室に横置きに配置した
ときに組電池1から突出するようにし、下蓋ケース39
の台部37を断面略コ字状に上部へ突出するように形成
した。このため、組電池1を電気的に直列接続する際
に、組電池間接続ブスバ49を取り付ける作業が組電池
1により阻害されることなく行え、接続作業性が向上す
る。更に、台部37にナット状窪み38及び窪み間溝4
0を形成したので、予めナットと組電池間接続ブスバ4
9とを配置し、組電池1をケース内に配置しボルト、ナ
ットで締結することにより、10個の組電池1の直列接
続を行うことができ、電気接続の作業性を著しく向上さ
せることができると共に、直列接続作業工程では、全て
上方からの一方向作業であるため、作業自体も容易であ
る。また、組電池1を配置する際にも、組電池出力ブス
バ7が配置される位置にその形状に対応した窪みが台部
37に形成されているので、組電池1の位置決めを容易
に行うことができる。
【0055】また更に、本実施形態の電池モジュール1
00では、台部37により、制御ユニット42と電池室
とを区画したので、制御ユニット42には冷却風が流れ
込まず、粉塵や湿気等による制御ユニットの機能低下を
招くこともない。従って、信頼性の低下を懸念すること
のない電池モジュールとすることができる。
【0056】更にまた、本実施形態の電池モジュール1
00では、下蓋ケース39及び上蓋ケース43には防振
ゴム27が防振ゴム配置溝内に設置されており、その幅
はゴム幅よりも大き目で圧縮時の逃げ代が確保されてい
る。上蓋ケース43の固定は、上蓋ケース43を押し付
けて下蓋ケース39にボルト、ナット締結で固定すれば
よく、組み付け時の作業は常に上方向から行うことが可
能となるので、電池モジュール100の組立て作業性が
極めて向上する。しかも、下蓋ケース39の電池室に収
容された組電池1は上下方向から加圧固定され、水平方
向から位置決め用突起41とストッパリブ48で固定さ
れているので、ハイブリッドカーに搭載されても遊動す
ることはない。更に、EPDM製の防振ゴム27を使用
しているので、低コストかつ耐老化性、耐熱性を有し、
防振ゴム27の圧縮率を20%ととなるようにしたの
で、上蓋ケース43側からの衝撃、振動等による組電池
1の揺れを生じさせることなく、防振ゴム27、組電池
1間の異音の発生も防止することができる。
【0057】(第2実施形態)次に、本発明をハイブリ
ッドカー搭載用電池モジュールに適用した第2の実施の
形態について説明する。なお、本実施形態において、第
1実施形態と同一の部材には同一の符号、名称を付して
その説明を省略し、異なる箇所のみ説明する。
【0058】<構成>図13及び図14に示すように、
本実施形態の電池モジュール200では、第1実施形態
の組電池1とは異なる組電池101が使用されている。
組電池101の組電池1に対する主要相違点は次の2点
である。
【0059】まず、第1の相違点は、ホルダケースB1
04から導出された正極外部出力端子107A及び負極
外部出力端子107Bの形状が平板状ではなく、ネジ止
め部18側に所定厚を有するブロック状とされており、
正極外部出力端子107Aと負極外部出力端子107B
とではその形状が異なっていることである。なお、正極
外部出力端子107A及び負極外部出力端子107Bの
中心部には貫通穴が形成されている。第2の相違点は、
組電池101を電池モジュール200の台部137に係
止固定するための嵌合突起としてのストッパ110がホ
ルダケースB104に形成されていることである(図1
6も参照)。ストッパ110は、ホルダケースB104
面に対して垂直方向に弾性変形する曲面部と台部137
に固定するための爪部とを有している。
【0060】図15及び図16に示すように、台部13
7には上方に突設された金属製ポール111が埋設され
ており、金属製ポール111を中心として組電池101
の正極外部出力端子107A及び負極外部出力端子10
7Bのそれぞれの形状に対応したガイド窪み112が形
成されている。また、金属製ポール111間は、第1実
施形態の組電池間接続ブスバ49に代えて、台部137
に埋設され図示を省略した導電性の金属ポール間接続部
材で接続されている。更に、台部137には、ホルダケ
ースB104に形成されたストッパ110を係止固定す
る係止固定窪み120が形成されている。
【0061】従って、組立作業では、組電池101を台
部137に形成されたガイド窪み112に上方からホル
ダケースB104の側端面が台部137の上面と同じ高
さとなるまで挿入するだけでよい。なお、ホルダケース
A103側は、第1実施形態と同様に、位置決め用突起
41及びストッパリブ48により位置決めがなされる。
このとき、ストッパ110の曲面部が弾性変形して係止
固定窪み120に挿入され、組電池101の配置終了と
同時に弾性変形が戻り、爪部が係止固定窪み120内で
固定される。
【0062】<作用等>次に、第2実施形態の電池モジ
ュール200の作用・効果について説明する。
【0063】本実施形態の電池モジュール200では、
台部137に金属製ポール111が立設されており、貫
通穴が形成された正負極外部出力端子107A、107
Bを金属製ポール111に挿着することで、ボルト、ナ
ットを使用せずに組電池101の正負極外部出力端子1
07A、107Bと金属製ポール111とを接続するこ
とができるので、部品数及び作業時間を低減させること
ができる。また、台部137に金属製ポール111を中
心として組電池101の正負極外部出力端子107A、
107Bの形状に対応したガイド窪み112が形成され
ているので、組電池101の位置合わせが容易であると
共に、位置合わせと同時に正負極外部出力端子107
A、107Bと金属製ポール111との接続が完了する
ので、電池モジュール200の組立・接続作業性を著し
く向上させることができる。更に、台部137に、金属
製ポール111間を直列に接続する金属ポール間接続部
材が埋設されているので、組電池101間を直列に接続
するための接続部材による接続作業が不要となり、部品
数を減少させることができる。更にまた、組電池101
には弾性変形するストッパ110が形成されており、台
部137にはストッパ110に係合し組電池101を係
止固定する係止固定窪み120が成形されているので、
組電池101の下蓋ケース39の電池室内への固定を位
置合わせと同一作業で行うことができ、短時間で電池モ
ジュール200の組立を行うことができる。
【0064】また、第2実施形態の組電池101では、
正負極外部出力端子107A、107Bをブロック状の
形状としたので、金属製ポール111が正負極外部出力
端子107A、107Bに当接挿入される際に深さが十
分確保されるので、電気的接続を確実に行うことがで
き、正負極外部出力端子107A、108Bは形状が異
なっているので、挿着の際に極性を間違えることなく金
属製ポール111に接続することができる。
【0065】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
デッドスペースとなる電池室間の空間に制御ユニットが
配置されるので、電池モジュールの体積効率を向上させ
ることができる、という効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用可能な第1実施形態の電池モジュ
ールの外観斜視図である。
【図2】第1実施形態の電池モジュールに使用される組
電池の外観斜視図である。
【図3】第1実施形態の電池モジュールに使用される組
電池の分解斜視図である。
【図4】第1実施形態の電池モジュールに使用される組
電池を構成するバッテリセルを示し、(A)は外観斜視
図、(B)は正極端子近傍の部分拡大側面図である。
【図5】第1実施形態の電池モジュールに使用される組
電池のホルダケースBの外観斜視図である。
【図6】第1実施形態の電池モジュールに使用される組
電池の配線を模式的に示す配線図である。
【図7】第1実施形態の電池モジュールの横断面図であ
る。
【図8】第1実施形態の電池モジュールを構成する下蓋
ケースの電池室に組電池を一列分収容した状態を示す下
蓋ケースの外観斜視図である。
【図9】第1実施形態の電池モジュールの縦断面図であ
る。
【図10】第1実施形態の電池モジュールの制御ユニッ
トの分解斜視図である。
【図11】第1実施形態の電池モジュールの制御ユニッ
トを取り付ける状態を示す外観斜視図である。
【図12】第1実施形態の電池モジュールの上蓋ケース
を取り付ける直前の状態を示す外観斜視図である。
【図13】第2実施形態の電池モジュールに使用される
組電池の外観斜視図である。
【図14】第2実施形態の電池モジュールに使用される
組電池の分解斜視図である。
【図15】第2実施形態の電池モジュールの横断面図で
ある。
【図16】第2実施形態の電池モジュールを構成する下
蓋ケースの電池室に組電池を一列分収容した状態を示す
下蓋ケースの外観斜視図である。
【符号の説明】
1、101 組電池 2 バッテリセル 7 組電池出力ブスバ(外部出力端子) 17 丸穴 27 防振ゴム(クッション材) 32 隙間 33 冷却風導入口(ダクト) 34 冷却風排出口(ダクト) 35 バイパス経路 37、137 台部 38 ナット状窪み(ナット収容保持窪み、ガイド窪
み) 39、139 下蓋ケース 40 窪み間溝(組電池接続ブスバ窪み) 41 位置決め用突起(突起) 41a ルーバーA 41b ルーバーB 41c ルーバーC 41d ルーバーD 43、143 上蓋ケース 45、59 パッキン 46 コントロールユニット(制御ユニットの一部) 47 リレーユニット(制御ユニットの一部) 49 組電池間接続ブスバ(組電池接続ブスバ) 51 下蓋フランジ部 53 防振ゴム配置溝(クッション材収容窪み) 54 パッキンストッパ(パッキン抑制突起) 56 強電出力端子 57 開口部(空間) 100、200 電池モジュール 107A、107B 外部出力端子 110 ストッパ(嵌合突起) 111 金属製ポール 112 ガイド窪み 120 係止固定窪み(ストッパー)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小貫 利明 東京都中央区日本橋本町二丁目8番7号 新神戸電機株式会社内 (72)発明者 池田 幸太郎 東京都中央区日本橋本町二丁目8番7号 新神戸電機株式会社内 (72)発明者 中野 剛 東京都中央区日本橋本町二丁目8番7号 新神戸電機株式会社内 (72)発明者 橋本 修一 東京都中央区日本橋本町二丁目8番7号 新神戸電機株式会社内 Fターム(参考) 5H031 AA09 CC09 KK08 5H040 AA02 AA28 AS07 AT01 AT06 AY05 AY10 CC05 CC20 CC32 DD06 DD10

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 上下一対の外装ケース内に複数個の組電
    池が固定され電気的に接続された電池モジュールにおい
    て、前記組電池を収容する複数の電池室を有し、該電池
    室間に下方に開口した空間が形成された下蓋ケースと、
    前記空間に配置され前記組電池内のバッテリセル及び前
    記モジュールを制御する制御ユニットと、を備えたこと
    を特徴とする電池モジュール。
  2. 【請求項2】 前記制御ユニットは、前記空間に下方側
    から収容され前記電池室間に固定されていることを特徴
    とする請求項1に記載の電池モジュール。
  3. 【請求項3】 前記下蓋ケースは上方に突出し背面側に
    前記空間が形成された台部を有しており、前記制御ユニ
    ットにより前記空間の下面が封止されていることを特徴
    とする請求項1又は請求項2に記載の電池モジュール。
  4. 【請求項4】 前記下蓋ケースは、上方が開口し該開口
    周囲に前記外装ケース内部を気密化するためのパッキン
    を保持するフランジ部が形成されていると共に、前記電
    池室の側面に冷却風を導入、排出するためのダクトを有
    する電気絶縁樹脂製であり、該下蓋ケースを上方から覆
    う電気絶縁樹脂製の上蓋ケースとボルト、ナットで締結
    されていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のい
    ずれか1項に記載の電池モジュール。
  5. 【請求項5】 前記フランジ部の四隅及びボルト穴が形
    成された部位に、前記パッキンの内側への移動、変形を
    抑制するパッキン抑制突起が形成されていることを特徴
    とする請求項4に記載の電池モジュール。
  6. 【請求項6】 前記下蓋ケースと前記組電池との間、前
    記上蓋ケースと前記組電池との間、又はこれら両方の接
    触部以外の個所に設けられた段差によって隙間が形成さ
    れており、かつ、前記電池室に、前記収容された組電池
    間に断面略山形状で前記組電池の長手方向に所定幅を有
    する突起が形成されたことを特徴とする請求項4又は請
    求項5に記載の電池モジュール。
  7. 【請求項7】 前記台部の突出面側には前記組電池の外
    部出力端子の形状に対応したガイド窪みが形成されてい
    ると共に、前記上蓋ケース及び下蓋ケースには前記組電
    池に当接するクッション材を収容し該クッション材の幅
    よりも大きな幅を有するクッション材収容窪みが形成さ
    れており、前記上蓋ケースと下蓋ケースとをボルト、ナ
    ットで締結することで、前記組電池が前記クッション材
    の圧縮により加圧固定されたことを特徴とする請求項4
    乃至請求項6のいずれか1項に記載の電池モジュール。
  8. 【請求項8】 前記外部出力端子は前記組電池の一端面
    から前記バッテリセルの長手方向と同一方向に導出され
    該外部出力端子にはボルト穴が形成されており、前記台
    部の突出面側には更にナットを収容保持するナット収容
    保持窪み及びボルト穴が形成され前記外部出力端子間を
    接続する組電池接続ブスバの形状に対応する形状の組電
    池接続ブスバ窪みが形成されており、前記組電池は組電
    池間接続ブスバを介してボルト、ナットで締結され互い
    に電気的に直列に接続されたことを特徴とする請求項7
    に記載の電池モジュール。
  9. 【請求項9】 前記外部出力端子は前記組電池の一端面
    から前記バッテリセルの長手方向と同一方向に導出され
    該外部出力端子にはボルト穴が形成されており、前記台
    部には、前記外部出力端子に挿着される金属製ポールが
    一体成形されていることを特徴とする請求項3乃至請求
    項7のいずれか1項に記載の電池モジュール。
  10. 【請求項10】 前記台部には、前記金属製ポールを中
    心として前記組電池の外部出力端子の形状に対応したガ
    イド窪みが形成されていることを特徴とする請求項9に
    記載の電池モジュール。
  11. 【請求項11】 前記台部には、前記金属製ポール間を
    直列に接続する金属ポール間接続部材が埋設されたこと
    を特徴とする請求項9又は請求項10に記載の電池モジ
    ュール。
  12. 【請求項12】 前記台部には前記組電池を係止固定す
    るためのストッパーが成形されていると共に、前記組電
    池には前記ストッパーに嵌合する嵌合突起が形成されて
    いることを特徴とする請求項9乃至請求項11のいずれ
    か1項に記載の電池モジュール。
  13. 【請求項13】 前記組電池の外部出力端子は前記金属
    製ポールが挿入接続可能なブロック状の形状を有し、正
    負極端子間で互いに形状が異なることを特徴とする請求
    項9乃至請求項12のいずれか1項に記載の電池モジュ
    ール。
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