JP2022523777A - 電池モジュール及び電池パック - Google Patents

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Abstract

【課題】本願は、電池モジュールに関する。【解決手段】電池セル配列構造(10)と、上蓋(13)と、下蓋(14)と、防火部材(17)と、を備え、電池セル配列構造(10)は、複数の電池セル(11)及び複数の電池セル(11)に電気的に接続される複数のバスバー(12)とを含み、電池セル配列構造(10)は上蓋(13)と下蓋(14)との間に設置されており、防火部材(17)は鉛直に設置され、そのうち、電池セル配列構造(10)の各電池セル(11)のいずれにも、防爆弁(116)が設けられており、電池セル配列構造(10)の防爆弁(116)はいずれも防火部材(17)に対向している。【選択図】図2

Description

クロス・リファレンス
本願は、2019年03月07日に出願された「電池モジュール及び電池パック」という名称の中国特許出願201910173449.0に基づくものであり、当該出願の開示全体は援用により本願に組み込まれるものとする。
本願は、エネルギー貯蔵機器の技術分野に関し、特に電池モジュール及び電池パックに関する。
近年、電池セルのエネルギー密度の向上に伴い、電気自動車の発展において安全性を向上させることが急務となっており、熱暴走は電池セルの安全性研究において1つの重要な課題となっている。電池パックは電気自動車の動力源として一般的に電気自動車のシャーシに設置されている。電池パックは、複数の電池モジュールを備え、電池モジュールは、配列して設置された複数の電池セル及び複数の電池セルに接続される複数のバスバーとを備える。
従来技術において、電池パックの電池モジュールには、防火部材が設置されておらず、電池セルに熱暴走が発生した場合、電池セルの防爆弁から火炎及び高温粒子が噴き出され、火炎及び高温粒子は隣接する電池セルを焼損しやすくなり、連鎖反応を起こし、電池パック全体により大きな安全事故を引き起こさせてしまうおそれがある。
このため、従来技術の技術的課題を解決するための電池モジュール及び電池パックを提供する必要がある。
上記の目的を実現するために、発明者は、電池モジュールを提供し、複数の電池セル及び複数の電池セルに電気的に接続される複数のバスバーとを含む電池セル配列構造と、上蓋と、下蓋と、鉛直に設置される防火部材と、を備え、電池セル配列構造は上蓋と下蓋との間に設置されており、そのうち、電池セル配列構造の各電池セルのいずれにも防爆弁が設けられており、電池セル配列構造の防爆弁はいずれも防火部材に対向している。
上記の目的を実現するために、発明者は、電池パックをさらに提供し、収容箱と、収容箱内に設置された複数の上記の発明者によって提供されたいずれかの電池モジュールとを備える。
また、電池モジュールは、2つ以上の電池セル配列構造を備え、そのうち、1つの電池セル配列構造は、第1電池セル配列構造であり、第1電池セル配列構造に隣接するもう一つの電池セル配列構造は、第2電池セル配列構造であり、第1電池セル配列構造の防爆弁と第2電池セル配列構造の防爆弁はいずれも防火部材に対向しており、防火部材は、第1電池セル配列構造の防爆弁と第2電池セル配列構造の防爆弁との間に位置する。
また、防火部材は、防火部材本体と、防火部材本体の上端に接続される第1延出部とを含み、第1延出部は第1電池セル配列構造に近い方向へ延びている。
また、防火部材は、第2延出部をさらに含み、第2延出部は、防火部材本体の上端に接続されており、第2延出部は第2電池セル配列構造に近い方向へ延びている。
また、電池モジュールは消火部材をさらに備え、消火部材は電池セル配列構造の下方に設置されており、消火部材には、消火剤を貯留することができる流体通路が設けられている。
また、防火部材本体、第1延出部及び第2延出部は、一体構造となっている。
また、防火部材は、防火部材本体と、防火部材本体の上端に接続される第3延出部とを含み、第3延出部は電池セルに近い方向へ延びており、及び/又は、防火部材は、防火部材本体と、防火部材本体の下端に接続される第4延出部とを含み、第4延出部は電池セルに近い方向へ延びている。
また、電池セル配列構造は、採集板をさらに含み、採集板は、電池セル配列構造の片側に位置し、採集板は、電池セル配列構造における電池セルに接続されている。
また、防火部材の融点は、500℃以上である。
従来技術と比べて、本願の実施例において、防火部材、電池セル配列構造における複数の電池セルの防爆弁をいずれも防火部材に対向させることで、電池セルに熱暴走が発生した場合、電池セルの防爆弁から噴き出される火炎及び高温粒子は防火部材によって遮断され、噴き出された火炎及び高温粒子が隣接する電池セルを焼損することを防止し、熱暴走が発生した電池セルに起因して他の電池セルにも熱暴走が発生することを防止する。
一つ又は複数の実施例は、対応する添付の図面における図で例示的に説明されるが、これらの例示的な説明は、実施例を限定するものではなく、添付の図面における同じ参照番号を持つ部品は類似の部品を表し、特に断りのない限り、添付の図面における図は比例上の制限を形成しない。
図1は、本願の実施例に係る電池パックの分解図である。
図2は、本願の実施例に係る電池モジュールの分解図である。
図3は、本願の実施例に係る電池モジュールの断面図である。
図4は、本願の実施例に係る電池セル配列構造の分解図である。
図5は、本願の実施例に係る電池セル配列構造の構成を示す図である。
図6は、本願の実施例に係る防火部材の構成を示す図である。
図7は、本願の他の実施例に係る防火部材の構成を示す図である。
図8は、本願の実施例に係る電池セルの分解図である。
図9は、本願の実施例に係る電極ユニットが巻回型構造である断面図である。
図10は、本願の実施例に係る電極ユニットが積層シート型構造である断面図である。
本願の目的、技術考案及び利点をより明確にするために、以下、図面及び実施例を組み合わせて本願の一部の実施例をさらに詳しく説明する。ここで記載される具体的な実施例は、本願を解釈するためのものであり、本願を限定するものではないと理解すべきである。
図1を参照すると、本実施例は、電池パックに関し、当該電池パックは、収容箱と、収容箱内に設置された複数の電池モジュール1とを備え、複数の電池モジュール1は、水平方向(矢印xで示される長手方向又は矢印yで示される幅方向)に沿って配列されてもよいし、鉛直方向(矢印zで示される方向)に沿って配列されてもよい。
例えば、収容箱は、箱蓋2及び箱体3を含み、箱体3に複数の固定ビーム31が設けられている。また、他の実施例において、固定ビーム31は箱蓋2に設けられてもよい。本実施例において、固定ビーム31は、箱体3の底部から上方へ突出する突起ビームであってもよいし、単独で部品として箱体3の底部に溶接されてもよい。
電池パックは、ビード4をさらに備え、ビード4は、電池モジュール1の両端を固定ビーム31に押し付けることで電池モジュール1を箱体3に固定する。この場合、ビード4によって電池モジュール1を固定する。
図2に示されるように、本実施例では、電池モジュール1は、上蓋13、下蓋14、防火部材17、消火部材18及び2つの電池セル配列構造10(3つ以上の電池セル配列構造10であってもよい)を備え、そのうち、1つの電池セル配列構造10は、第1電池セル配列構造101であり、第1電池セル配列構造101に隣接するもう一つの電池セル配列構造10は、第2電池セル配列構造102である。第1電池セル配列構造101と第2電池セル配列構造102とはいずれも上蓋13と下蓋14との間に設置されている。
本実施例では、第1電池セル配列構造101と第2電池セル配列構造102はいずれも長手方向(矢印xで示される長手方向)に沿って配列された14個の電池セル11を含む。勿論、必要に応じて電池セル11の数、長さ、高さ、体積等を調整することができる。
他の実施例では、電池モジュール1には、1つの電池セル配列構造10のみが設けられてもよく、電池セル配列構造10において、各電池セル11のいずれにも防爆弁116が設けられており、電池セル配列構造10の防爆弁116はいずれも防火部材17に対向している。
防火部材17は鉛直に設置され、第1電池セル配列構造101の防爆弁116と第2電池セル配列構造102の防爆弁116はいずれも防火部材17に対向しており、防火部材17は、第1電池セル配列構造101の防爆弁116と第2電池セル配列構造102の防爆弁116との間に位置する。
この場合、防火部材17は第1電池セル配列構造101の防爆弁116と第2電池セル配列構造102の防爆弁116との間に設置されており、防火部材17は、第1電池セル配列構造101の電池セル11と第2電池セル配列構造102の電池セル11を離間させ、熱暴走が発生した電池セル11に起因して隣接する電池セル11にも熱暴走が発生することを防止する。
例えば、消火部材18は電池セル配列構造10の下方に設置されており、消火部材18には、消火剤を貯留することができる流体通路が設けられている。消火部材18は、電池セル11の配列方向に沿って延在し、長手方向(矢印xで示される長手方向)において電池セル配列構造10の長さと略同じであり、勿論、異なってもよい。
本実施例では、消火部材18は、下蓋14の下方に設置されており、消火部材18内に消火剤を設けることができ、電池モジュール1が正常に作動している時に、消火剤は冷却液として電池セル配列構造10の電池セル11を冷却することに用いられることができ、一方、電池セル11に熱暴走が発生して火災が起こる場合、消火部材18は、火炎を消すように消火剤を溶融して放出し、電池セル11の熱暴走による危険性を低減する。
図3に示されるように、電池セル11(第1電池セル配列構造101の電池セル11又は第2電池セル配列構造102の電池セル11であってもよい)に熱暴走が発生した時に、防爆弁116は破裂して火炎及び高温粒子5を噴き出す。この場合、電池セル11は水平方向(矢印xで示される長手方向又は矢印yで示される幅方向)に沿って火炎及び高温粒子5を噴き出し、火炎及び高温粒子5は防火部材17によって遮断され、高温粒子5は、下向きに下蓋14及び消火部材18を貫通するように燃やし、これによって、消火部材18内の消火剤は高温粒子1の温度を下げ、電池セル11の熱暴走による危険性を低減する。
図4及び図5に示されるように、本実施例において、電池セル配列構造10は、複数の電池セル11と、複数の電池セル11に電気的に接続される複数のバスバー12とを含み、複数の電池セル11は、水平方向(矢印xで示される長手方向又は矢印yで示される幅方向)に沿って配列されている。採集板15は電池セル配列構造10の片側に位置しかつ鉛直に設置され、採集板15は電池セル配列構造10における電池セル11に接続されている。
本実施例では、電池セル配列構造10は、2つのエンドプレート16をさらに含み、2つのエンドプレート16は、複数の電池セル11が水平方向(矢印xで示される長手方向又は矢印yで示される幅方向)に沿って配列された両端にそれぞれ配置されている。
具体的な実施例では、電池セル11はその側面に接着剤を塗布することで隣接する電池セル11に接着され、複数の電池セル11の両端にエンドプレート16を設置することにより、電池セル配列構造10を形成する。電池セル11と電池セル11との間は、バスバー12により電気的に接続されており、電池セル配列構造10のバスバー12の箇所に採集板15が設置されている。電池セル配列構造10を下蓋14に平らに置き、電池セル配列構造10の下面は構造用接着剤により下蓋14に固定され、電池セル配列構造10の上面は構造用接着剤により上蓋13に固定されている。
図6に示されるように、本実施例において、防火部材17は、防火部材本体171と、防火部材本体171の上端に接続される第1延出部172とを含み、第1延出部172は第1電池セル配列構造101に近い方向へ延びている。
防火部材17は、第2延出部173をさらに含み、第2延出部173は、防火部材本体171の上端に接続されており、第2延出部173は第2電池セル配列構造102に近い方向へ延びている。本実施例において、第1延出部172が第1電池セル配列構造101に近い方向へ延びており、かつ、第2延出部173が第2電池セル配列構造102に近い方向へ延びているが、図6における、第1延出部172と第2延出部173が水平方向(印xで示される長手方向又は矢印yで示される幅方向)に沿う実施例に限定されず、第1延出部172と第2延出部173は上向きに又は下向きに斜めに延びたり、円弧状に延びたりしてもよい。
また、本実施例では、防火部材17の形状はT字状であり、T字状の防火部材17と消火部材18とを合わせることで、火炎及び高温粒子5が鉛直方向(矢印zで示される方向)に沿って上に噴き出されて乗客室に危険を及ぼすことを防止できると共に、火炎及び高温粒子5を下に噴き出して消火部材18を溶融させ、電池セル11の熱暴走による危険性をさらに低減することができる。
例えば、防火部材本体171、第1延出部172及び第2延出部173は、一体構造となっている。これにより、防火部材17の加工が容易になる。
図7に示されるように、他の実施例において、防火部材17は、防火部材本体171と、防火部材本体171の上端に接続される第3延出部174とを含み、第3延出部174は電池セル11に近い方向へ延びており、及び/又は、防火部材17は、防火部材本体171と、防火部材本体171の下端に接続される第4延出部175とを含み、第4延出部175は電池セル11に近い方向へ延びている。
他の実施例では、防火部材17は、防火部材本体171、第3延出部174及び第4延出部175を含むが、第3延出部174及び第4延出部175の位置及び形状が限定されておらず、第3延出部174は、火炎及び高温粒子5が鉛直方向(矢印zで示される方向)に沿って上に噴き出されることを防止することに用いられ、第4延出部17は、火炎及び高温粒子5が鉛直方向(矢印zで示される方向)に沿って下に噴き出されることを防止することに用いられ、同様に保護の作用を果たす。火炎及び高温粒子5を遮断し、火炎及び高温粒子5が隣接する電池セルを焼損することを防止できれば、いずれも本実施例の保護範囲内に含まれる。
しかしながら、上記の防火部材17には、種々の第1延出部172、第2延出部173、第3延出部174、第4延出部175の任意の組み合わせの可能性が排除されない。実際の応用において、最良の効果を得るように、実際の状況に応じて防火部材17の形状、態様を調整することができ、防火部材17は、本実施例における形状、態様に限定されない。
また、防火部材17の融点は、500℃以上であり、これにより、火炎は防火部材17を溶融させることなく、防火の作用を果たす。具体的に、本実施例における防火部材17の材質として、マイカ板が用いられ、マイカ板の融点が高い(約1723℃である)ため、防火部材17の耐火需要を満足することができ、また、マイカ板は、優れた加工性能を有する。ただし、マイカ板の実施例に限定されない。
図8に示されるように、電池セル11は、電極ユニット111、電池ケース112、電極端子接続部材113、カバープレート114及び電極端子115を備える。電池ケース112は、六面体形状又は他の形状を有してもよい。電池ケース112は、電極ユニット111及び電解液を収容する内部空間を有し、かつ、電池ケース112は開口を有する。電極ユニット111は電池ケース112内に収容され、カバープレート114は、開口を覆い、かつ電極ユニット111を電池ケース112内に封止することに用いられ、電極ユニット111と電極端子115との間は、電極端子接続部材113により電気的に接続されている。本実施例において、電極端子接続部材113は、2つあり、即ち、それぞれ正極端子接続部材113と負極端子接続部材113である。電池ケース112は、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、又はプラスチック等の材料で製造されることができる。
電極ユニット111は電池ケース112内に収容され、電極ユニット111は、第1極シート1111と、第2極シート1112と、第1極シート1111と第2極シート1112との間に設けられるセパレータ1113とを含む。第1極シート1111は正極シート又は負極シートであってもよく、第2極シート1112の極性は第1極シート1111の極性と正反対であり、それに対応して、第2極シート1112は、負極シート又は正極シートである。そのうち、セパレータ1113は、第1極シート1111と第2極シート1112との間に介在する絶縁体である。電極ユニット111は、巻回型構造であってもよいし(図9に示されるように)、積層シート型構造であってもよい(図10に示されるように)。
第1極シート1111を正極シートとし、第2極シート1112を負極シートとして例示的に説明する。同様に、他の実施例において、第1極シート1111は負極シートであり、第2極シート1112は正極シートであってもよい。また、正極活物質は、正極シートの塗布領域に塗布され、負極活物質は、負極シートの塗布領域に塗布されている。塗布領域から延出した未塗布領域をタブとし、電極ユニット111は2つのタブを含み、即ち正極タブ及び負極タブであり、正極タブは正極シートの塗布領域から延出し、負極タブは負極シートの塗布領域から延出する。正極タブと正電極端子115との間は正極端子接続部材113により電気的に接続されており、負極タブと負電極端子115との間は負極端子接続部材113により電気的に接続されている。
電池ケース112は、略六面体構造であり、電池ケース112は、2つの第1表面1121と2つの第2表面1122とを含み、第1表面1121の面積は、第2表面1122の面積よりも大きい。電池モジュール1において、各電池セル11の2つの第2表面1122は水平方向(例えば、矢印xで示される方向の長手方向)に互いに対向し、各電池セル11の2つの第1表面1121は鉛直方向(矢印zで示される方向)に互いに対向している。
図9及び図10に示されるように、電極ユニット111が巻回型構造である場合、電極ユニット111は扁平状をなし、電極ユニット111の外面は、2つの扁平面1114を含み、2つの扁平面1114はいずれも鉛直方向(矢印zで示される方向)に互いに対向しており、即ち、扁平面1114は第1表面1121と互いに対向している。電極ユニット111は略六面体構造であり、扁平面1114は、巻回軸線に略平行であり、かつ面積が最も大きい外面である。扁平面1114は、相対的に平坦な表面であってもよく、純粋な平面である必要がない。
図10に示されるように、電極ユニット111が積層シート型構造である場合、第1極シート1111、セパレータ1113及び第2極シート1112は鉛直方向(矢印zで示される方向)に積層され、即ち、第1極シート1111の表面は第1表面1121と互いに対向している。
電極ユニット111は、充放電過程において必ず第1極シート1111の厚さ方向に沿って膨張する(巻回型構造の電極ユニット111では、扁平面1114に垂直な方向に沿う膨張力が最大である。積層シート型構造の電極ユニット111では、第1極シート1111及び第2極シート1112の積み重ね方向に沿う膨張力が最大である)。
本実施例では、電極ユニット111として、巻回型構造又は積層シート型構造を選択してもよい。電極ユニット111が巻回型構造である場合、扁平面1114は鉛直方向(矢印zで示される方向)に向けられる。電極ユニット111が積層シート型構造である場合、第1極シート1111及び第2極シート1112は鉛直方向(矢印zで示される方向)に積層される。これから分かるように、電極ユニット111には巻回型構造が採用されても積層シート型構造が採用されても、電極ユニット111が電池ケース112に印加する最大膨張力の方向は、いずれも鉛直方向に向けられている。
従来技術では、電池モジュール1の電池セル11では、電極ユニット111が電池ケース112に印加する最大膨張力の方向は、いずれも水平方向に向けられている。電池モジュール1の水平方向に沿うサイズが鉛直方向のサイズよりもはるかに大きいため(例えば、車両のシャーシの高さのサイズの制限により、より多くの電池セル11を水平方向に沿って積み重ねる必要があり、膨張力が大きく累積する)、従来の電池モジュール1が水平方向において受ける膨張力が非常に大きい。そのため、電池モジュール1の水平方向の両側に非常に厚いエンドプレートを設けて膨張力に抵抗する必要がある。しかし、エンドプレートを厚くすると、電池モジュール1のエネルギー密度が低下してしまう。これに対して、本実施例では、電極ユニット111が電池ケース112に印加する最大膨張力の方向は、鉛直方向に向けられており、鉛直方向において積み重ねられる電池セル11の個数が少なく、そのため、従来技術と比べて、電池モジュール1の最大膨張力を大幅に低減することができる。
また、電池セル11では、充放電過程において電池ケース112の内部にもガスを発生させるため、発生したガスは電池ケース112に作用力を印加して、電池ケース112の外への膨張を激化させる。本願の第1表面1121の面積が第2表面1122の面積よりも大きく、電池セル11における2つの第1表面1121が鉛直方向に互いに対向するため、発生したガスが電池ケース112に印加する最大作用力の方向も鉛直方向に向けられている。従来技術と比べて、電池モジュール1の最大膨張力をさらに低減する。
一つ又は複数の実施例は、対応する添付の図面における図で例示的に説明されるが、これらの例示的な説明は、実施形態を限定するものではなく、添付の図面における同じ参照番号を持つ部品は類似の部品を表し、特に断りのない限り、添付の図面における図は比例上の制限を形成しない。
従来技術と比べて、本願の実施例において、電池セル配列構造における複数の電池セルの防爆弁をいずれも防火部材に対向させることで、電池セルに熱暴走が発生した場合、電池セルの防爆弁から噴き出される火炎及び高温粒子は防火部材によって遮断され、噴き出された火炎及び高温粒子が隣接する電池セルを焼損することを防止し、熱暴走が発生した電池セルに起因して他の電池セルにも熱暴走が発生することを防止する。
他の実施例では、防火部材17は、防火部材本体171、第3延出部174及び第4延出部175を含むが、第3延出部174及び第4延出部175の位置及び形状が限定されておらず、第3延出部174は、火炎及び高温粒子5が鉛直方向(矢印zで示される方向)に沿って上に噴き出されることを防止することに用いられ、第4延出部175は、火炎及び高温粒子5が鉛直方向(矢印zで示される方向)に沿って下に噴き出されることを防止することに用いられ、同様に保護の作用を果たす。火炎及び高温粒子5を遮断し、火炎及び高温粒子5が隣接する電池セルを焼損することを防止できれば、いずれも本実施例の保護範囲内に含まれる。

Claims (10)

  1. 電池モジュールであって、
    複数の電池セル(11)及び前記複数の電池セル(11)に電気的に接続される複数のバスバー(12)とを含む電池セル配列構造(10)と、
    上蓋(13)と、
    下蓋(14)と、
    鉛直に設置される防火部材(17)と、を備え、
    前記電池セル配列構造(10)は前記上蓋(13)と前記下蓋(14)との間に設置されており、そのうち、前記電池セル配列構造(10)の各前記電池セル(11)のいずれにも防爆弁(116)が設けられており、前記電池セル配列構造(10)の前記防爆弁(116)はいずれも前記防火部材(17)に対向している、
    電池モジュール。
  2. 前記電池モジュール(1)は、2つ以上の前記電池セル配列構造(10)を備え、そのうち、1つの前記電池セル配列構造(10)は、第1電池セル配列構造(101)であり、前記第1電池セル配列構造(101)に隣接するもう一つの前記電池セル配列構造(10)は、第2電池セル配列構造(102)であり、
    前記第1電池セル配列構造(101)の前記防爆弁(116)と前記第2電池セル配列構造(102)の前記防爆弁(116)はいずれも前記防火部材(17)に対向しており、前記防火部材(17)は、前記第1電池セル配列構造(101)の前記防爆弁(116)と前記第2電池セル配列構造(102)の前記防爆弁(116)との間に位置する、
    請求項1に記載の電池モジュール。
  3. 前記防火部材(17)は、防火部材本体(171)と、前記防火部材本体(171)の上端に接続される第1延出部(172)とを含み、前記第1延出部(172)は前記第1電池セル配列構造(101)に近い方向へ延びている、
    請求項2に記載の電池モジュール。
  4. 前記防火部材(17)は、第2延出部(173)をさらに含み、前記第2延出部(173)は、前記防火部材本体(171)の上端に接続されており、前記第2延出部(173)は前記第2電池セル配列構造(102)に近い方向へ延びている、
    請求項3に記載の電池モジュール。
  5. 前記電池モジュール(1)は消火部材(18)をさらに備え、前記消火部材(18)は前記電池セル配列構造(10)の下方に設置されており、前記消火部材(18)には、消火剤を貯留することができる流体通路が設けられている、
    請求項3又は4に記載の電池モジュール。
  6. 前記防火部材本体(171)、前記第1延出部(172)及び前記第2延出部(173)は、一体構造となっている、
    請求項4に記載の電池モジュール。
  7. 前記防火部材(17)は、防火部材本体(171)と、前記防火部材本体(171)の上端に接続される第3延出部(174)とを含み、前記第3延出部(174)は前記電池セル(11)に近い方向へ延びており、及び/又は、
    前記防火部材(17)は、防火部材本体(171)と、前記防火部材本体(171)の下端に接続される第4延出部(175)とを含み、前記第4延出部(175)は前記電池セル(11)に近い方向へ延びている、
    請求項1乃至6のいずれか一項に記載の電池モジュール。
  8. 前記電池セル配列構造(10)は、採集板(15)をさらに含み、前記採集板(15)は、前記電池セル配列構造(10)の片側に位置し、前記採集板(15)は、前記電池セル配列構造(10)における前記電池セル(11)に接続されている、
    請求項1乃至7のいずれか一項に記載の電池モジュール。
  9. 前記防火部材(17)の融点は、500℃以上である、
    請求項1乃至8のいずれか一項に記載の電池モジュール。
  10. 電池パックであって、
    収容箱と、
    前記収容箱内に設置された複数の請求項1乃至9のいずれか一項に記載の電池モジュール(1)と、を備える、
    電池パック。
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