JP7369002B2

JP7369002B2 - 電池パック

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Publication number: JP7369002B2
Application number: JP2019187375A
Authority: JP
Inventors: 博竹内
Original assignee: Kawasaki Motors Ltd
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2019-10-11
Filing date: 2019-10-11
Publication date: 2023-10-25
Anticipated expiration: 2039-10-11
Also published as: US11398658B2; JP2021064476A; US20210111383A1; CN112736368B; CN112736368A

Description

本発明は、電池パックに関する。

特許文献１には、バッテリが搭載されたハイブリッド車両である自動二輪車が開示されている。当該バッテリは、ＥＶ走行用モータに供給される電力を蓄電する。

特開２０１５－７７８８７号公報

バッテリ等には、乗物走行時に発生する振動が伝達されることもあり、バッテリセルの端子と端子板との間の接触を安定させるために互いに溶接で接合することが考えられる。その場合、溶接がバッテリセルにダメージを与えるのを防ぐために低入熱で溶接できるように、端子板を十分に薄肉にする必要が生じる。しかし、端子板が薄肉であると、端子板の形状や電流が流れる向き等によっては発熱が生じやすくなる場合がある。

そこで本発明は、バッテリセルの端子と端子板との間の接触を安定化しながらも、端子板における発熱を抑制することを目的とする。

本発明の一態様に係る電池パックは、互いに平行配置された複数のバッテリセルを含むバッテリセル群と、前記複数のバッテリセルが挿入される挿入孔を有する第１面と、前記第１面に垂直な第２面と、前記第１面に被固定面が形成された複数の被固定部と、を有し、前記バッテリセル群を保持するホルダと、前記ホルダの前記第１面側に配置され、前記複数のバッテリセルの端子を互いに電気的に接続させる端子板と、前記端子板に電気的に接続されたバスバーと、前記端子板及び前記バスバーを前記ホルダに共締めし、前記端子板を前記バスバーに電気的に接続させる複数の締結具と、を備え、前記端子板は、前記バスバーよりも薄肉で、かつ、前記複数のバッテリセルの前記端子に溶接で接合されており、前記端子板は、前記複数のバッテリセルの配列方向に延びた長尺部と、前記長尺部の長辺側に互いに間隔をあけて配置された複数の固定部と、を有し、前記バスバーは、前記端子板の前記複数の固定部に夫々重ねられる複数の固定部を有し、前記締結具は、前記被固定部に対して前記端子板の前記固定部及び前記バスバーの前記固定部を締結している。

前記構成によれば、端子板を薄肉にしてバッテリセルの端子に溶接した構成において、長尺状の端子板は、その長辺側の複数の固定部においてバスバーに接続されるため、端子板の短辺側でバスバーに接続される場合に比べ、通電断面の局所的な狭小化が防がれ、端子板における局所的な発熱を抑制できる。

本発明によれば、バッテリセルの端子と端子板との間の接触を安定化しながらも、端子板における発熱を抑制する。

図１は、実施形態に係る自動二輪車の側面図である。図２は、図１に示す自動二輪車に搭載される電池パックの後上方から見た斜視図である。図３は、図２に示す電池パックの内部ユニットの前下方から見た斜視図である。図４は、図３に示す内部ユニットの側面図である。図５は、図３の内部ユニットの部分拡大図である。

以下、図面を参照して実施形態を説明する。

図１は、実施形態に係る自動二輪車１の側面図である。図１に示すように、自動二輪車１は、乗物の一例としてのハイブリッド車両である。自動二輪車１は、前輪２（従動輪）と、後輪３（駆動輪）と、車体フレーム４と、前輪２を車体フレーム４の前部に接続する前サスペンション５と、後輪３を車体フレーム４の後部に接続する後サスペンション（図示せず）とを備える。前サスペンション５が接続されたブラケット６には、ハンドル７に接続される操舵軸（図示せず）が接続される。当該操舵軸は、車体フレーム４の一部であるヘッドパイプ４ａに角変位可能に支持される。

車体フレーム４は、ヘッドパイプ４ａから後方に延びるメインフレーム４ｂと、メインフレーム４ｂの上後部から後方に延びるシート支持フレーム４ｃと、メインフレーム４ｂの下部からシート支持フレーム４ｃの中途部に向けて延びてシート支持フレーム４ｃを下方から支持する補助フレーム４ｄと、を有する。ハンドル７の後側には、燃料タンク８が設けられ、燃料タンク８の後側に運転者が着座するシート９が設けられている。シート９は、シート支持フレーム４ｃに支持されている。メインフレーム４ｂには、前輪２と後輪３と間において走行動力源となるエンジンＥが搭載されている。エンジンＥの近傍には、走行動力源となる電動モータＭが配置されている。

エンジンＥの気筒Ｅｂの下部から後方には、クランクケース１０が延びている。エンジンＥの気筒Ｅｂの後方で且つクランクケース１０の上方には、駆動輪に伝達される走行動力を発生する駆動用の電動モータＭが配置されている。電動モータＭは、クランクケース１０を介してメインフレーム４ｂに支持されている。電動モータＭには、一体的にインバータ１２が設けられているが、電動モータＭから離れた位置にインバータが配置されてもよい。

クランクケース１０の内部には、入力軸１１ａ及び出力軸１１ｂを備える変速機１１が配置されている。入力軸１１ａには、エンジンＥのクランク軸Ｅａからギヤ及びメインクラッチ（図示せず）を介して動力が伝達される。変速機１１の入力軸１１ａには、電動モータＭから図示しない動力伝達機構を介して動力が伝達される。即ち、エンジンＥ及び電動モータＭの両方の動力が入力軸１１ａに伝達される。なお、自動二輪車１は、パラレルハイブリッド方式に限られず、シリーズハイブリッド方式でもよい。車体フレーム４には、後輪３を支持して前後方向に延びるスイングアーム１３が角変位可能に支持されている。変速機１１の出力軸１１ｂの回転動力は、出力伝達部材１４（例えば、チェーン、ベルト等）を介して後輪３に伝達される。

電動モータＭの後方には、シート支持フレーム４ｃに支持された電池パック１５が配置されている。即ち、電池パック１５は、シート９の下側に配置されている。電動モータＭに供給される電力を蓄える駆動系の電池パック１５がシート９の下側に配置されることで、重量物である電池パック１５が自動二輪車１の重心近くに位置する。電池パック１５は、電動モータＭに供給される電力を蓄える。電池パック１５の後方には、シート支持フレーム４ｃに支持されたＤＣＤＣコンバータ１６が配置されている。ＤＣＤＣコンバータ１６は、電池パック１５から出力された電力の電圧を下げる。

ＤＣＤＣコンバータ１６の後方には、シート支持フレーム４ｃに支持された補助バッテリ１７が配置されている。補助バッテリ１７には、電池パック１５からの電力がＤＣＤＣコンバータ１６で降圧されて供給される。即ち、電池パック１５が走行駆動源である電動モータＭを駆動する高電圧の電力を出力する一方、補助バッテリ１７が電装品（例えば、ＥＣＵ等）に供給される低電圧の電力を出力する。

電池パック１５の下端は、後輪３の上端よりも下方かつ前方に位置する。電池パック１５の一部は、シート支持フレーム４ｃの下側に位置する。電池パック１５、ＤＣＤＣコンバータ１６及び補助バッテリ１７は、後輪３に対向するリアフェンダ１８で下方から覆われている。リアフェンダ１８は、シート支持フレーム４ｃに支持されている。リアフェンダ１８の前部は、電池パック１５の後面及び底面を覆っている。電池パック１５は、シート支持フレーム４ｃ及び補助フレーム４ｄの車幅方向内側に配置されている。電池パック１５の互いに車幅方向に対向する一対の両側面（左面及び右面）は、自動二輪車１の外部に露出している。即ち、電池パック１５の車幅方向の両側面は、自動二輪車１の側面視で露出しており、走行風が直接当たる。

図２は、図１の自動二輪車１に搭載される電池パック１５の後上方から見た斜視図である。なお、以下の説明では、電池パック１５が自動二輪車１に搭載された状態の向き（姿勢）で方向を定義するが、電池パック１５の向きはこれに限られない。図２に示すように、電池パック１５は、略直方体のケーシング２０を備える。ケーシング２０は、ケーシング本体２１及びカバー２２を有する。

ケーシング本体２１は、六面体の後面側が開放された形状を有する。カバー２２は、ケーシング本体２１の後開口を後方から閉鎖し、ケーシング２０の後壁を構成する。カバー２２は、凹形状を有する。ケーシング２０には、後述の内部ユニット３０（図３参照）が出し入れ可能に収容されている。カバー２２には、その内部ユニット３０に電気的に接続された正極側コネクタ２３及び負極側コネクタ２４が設けられている。なお、ケーシング本体２１の両側壁には放熱フィンが設けられると好適である。

図３は、図２に示す電池パック１５の内部ユニット３０の前下方から見た斜視図である。図４は、図３に示す内部ユニット３０の側面図である。図５は、図３の内部ユニットの部分拡大図である。図３乃至５に示すように、電池パック１５（図２参照）は、ケーシング２０に収容される内部ユニット３０を備える。内部ユニット３０は、バッテリ集合体３１及び電装品集合体３２を備える。電装品集合体３２は、バッテリ集合体３１の側方（例えば、後方）に配置されている。これにより内部ユニット３０の高さ寸法の増大が抑制されている。バッテリ集合体３１は、ケーシング本体２１（図２参照）の内部空間に配置され、バッテリ集合体３１はカバー２２の内部空間に配置される。

電装品集合体３２は、プラットフォーム３３及び複数の電装品３４を備える。プラットフォーム３２は、各電装品３３が設置される台である。複数の電装品３４は、例えば、ＢＭＳ、リレー装置、ヒューズ装置、電流センサ等を含む。プラットフォーム３３は、後述のホルダ３６に接続されている。

バッテリ集合体３１は、バッテリセル群３５及びホルダ３６を備える。バッテリ集合体３１は、全体として略直方体形状を有する。バッテリセル群３５は、複数のバッテリセル３７を含む。各バッテリセル３７は、略円柱形状を有し、略直方体状の群を形成するように並べられて互いに導通している。各バッテリセル３７は、互いに平行配置され、バッテリセル３７の端子３７ａは、左右方向外方を向いている。具体的には、バッテリセル３７は、左右方向に二列に配置されている。

ホルダ３６は、バッテリセル３７を保持している。ホルダ３６は、中央ホルダ３８及び一対の端ホルダ３９を含む。二列のバッテリセル３７の各列は、中央ホルダ３８で仕切られるが、その一部で中央ホルダ３８を迂回して互いに導通している。二列のバッテリセル３７は、その中央ホルダ３８側の端部が中央ホルダ３８に保持され、その端ホルダ３９側の端部が端ホルダ３９に保持されている。端ホルダ３９は、バッテリセル３７の端子３７ａを左右方向外方に露出させる挿入孔５０を有する。一対の端ホルダ３９のうち一方には、バッテリセル群３５の正極側の端子が配置され、一対の端ホルダ３９のうち他方には、バッテリセル群３５の負極側の端子が配置される。以下に説明する構造は、正極側と負極側とで共通しているため、以下では正極側又は負極側の一方について代表して説明する。

端ホルダ３９は、バッテリセル３７が挿入される挿入孔５０を有して左右方向外方に向いた側面５１（第１面）と、側面５１に垂直で下方に向いた底面５２とを有する。端ホルダ３９は、底面３９側において前後方向に間隔をあけて複数の被固定部５３を有する。被固定部５３は、側面５１側において形成された平坦な被固定面５３ａを有する。被固定面５３ａには、左右方向外方に向いたナットＮがインサートされており、当該ナットが被固定面５３ａにおいて露出している。被固定部５３ａは、底面５２側において隆起した形状を有する。

並設された各バッテリセル３７の端子３７ａは、前後方向に延びた端子板４０を介して互いに導通している。端ホルダ３９の側面５１及び底面５２には、バスバー４１が敷設されている。端子板４０及びバスバー４１は、複数のボルトＢ（締結具）により端ホルダ３９の被固定面５３ａに共締めされている。これにより、端子板４０がバスバー４１に当接して電気的に接続させられる。バスバー４１は、電装品集合体３２の電気回路にも電気的に接続されている。即ち、電装品集合体３２の電気回路は、バスバー４１を介して端子板４０に導通している。

端子板４０は、端ホルダ３９の側面５１側に配置されている。端子板４０の法線は、左右方向外方を向いている。端子板４０は、一方向（前後方向）に並んだ複数のバッテリセル３７の端子３７ａを互いに電気的に接続させる。端子板４０は、バスバー４１よりも薄肉の金属板である。端子板４０の肉厚は、例えば、０．０５～０．２５ｍｍの範囲内の厚みである。端子板４０は、長尺部６０及び複数の固定部６１を有する。

長尺部６０は、バッテリセル３４の配列方向となる一方向に延びている。長尺部６０は、一方向に並んだ複数のバッテリセル３７の各端子３７ａを覆っている。複数の固定部６１は、下方（長尺部６０の短手方向）に長尺部６０からそれぞれ突出している。固定部６１には、ボルト挿通孔Ｈ１が形成されている。複数の固定部６１は、長尺部６０の長辺側に互いに間隔をあけて配置されている。端子板４０の長尺部６０は、複数のバッテリセル３７の各端子３７ａに溶接で接合されている。

バスバー４１は、略帯状の金属板である。バスバー４１は、第１バー部７１、第２バー部７２及び連結バー部７３を有する。第１バー部７１は、端ホルダ３９の側面５１側に配置され、端子板４０の長尺部６０の下側において長尺部６０の長辺に沿って延びている。第１バー部７１は、複数の５３ａを覆っている。第１バー部７１は、被固定面５３ａに対向する固定部７１ａを有する。

バスバー４１の固定部７１ａと端子板４０の固定部６１とは、端ホルダ３９の被固定面５３ａ上において互いに重ねられている。固定部７１ａには、ボルト挿通孔Ｈ２が形成されている。ボルト挿通孔Ｈ１，Ｈ２は、ナットＮと同軸上に配置されている。ボルトＢは、ボルト挿通孔Ｈ１，Ｈ２を挿通して被固定部５３のナットＮに螺合している。即ち、ボルトＢは、被固定部５３に対して端子板４０の固定部６１及びバスバー４１の固定部７１ａを締結している。

第２バー部７２は、底面５２側に配置されている。第２バー部７２は、第１バー部７１と略平行に延びている。第２バー部７２は、端ホルダ３９の底面５２から隆起した被固定部５３と異なる位置に配置されている。複数の連結バー部７３は、Ｌ字状の屈曲形状を有する。各連結バー部７３は、第１バー部７１を第２バー部７２に接続している。各連結バー部７３は、第１バー部７１の長手方向において端ホルダ３９の被固定部５３と異なる位置に分散配置されている。

第２バー部７２及び連結バー部７３は、被固定部５３を迂回した形状を有する。第２バー部７２は、端ホルダ３９の底面５２と平行である。連結バー部７３は、第２バー部７２よりも下方（即ち、被固定部５３が隆起する向き）に位置していない。第２バー部７２及び連結バー部７３は、底面５２の法線方向において被固定部５３と重なる高さに配置されている。バスバー４１の下面は、被固定部５３の最下点の高さと同じ、又は、被固定部５３の最下点より上方（底面５２側）に位置している。

端ホルダ３９の側面５１は、端子板設置面５１ａ、バー設置面５１ｂ及び主表面５１ｃを含む。端子板設置面５１ａには、端子板４０が設置されている。バー設置面５１ｂには、バスバー４１の第１バー部７１が設置されている。主表面５１ｃは、側面５１のうち端子板設置面５１ａ及びバー設置面５１ｂ以外の領域である。端子板設置面５１ａは、主表面５１ｃよりも凹んでいる。バー設置面５１ｂは、端子板設置面５１ａよりも凹んでいる。

端子板４０の長尺部６０の下端縁（第１バー部７１に隣接する端縁）は、バスバー４１の第１バー部７１から離れる側（即ち、上方）に窪んだ凹部６０ａを有する。バスバー４１の第１バー部７１は、凹部６０ａに向けてずれたオフセット部７１ｂを有する。オフセット部７１ｂの下端は、第１バー部７１のうちオフセット部７１ｂ以外の部分の下端よりも上方に位置している。連結バー部７３は、第１バー部７１のうちオフセット部７１ｂの下端に接続されている。端ホルダ３９の被固定部５３及び端子板４０の凹部６０ａの各々は、バッテリセル３７の配列方向（前後方向）において、互いに隣接するバッテリセル３７の間に配置されている。端ホルダ３９の被固定部５３と端子板４０の凹部６０ａとは、交互に並んでいる。

以上に説明した構成によれば、端子板４０を薄肉にしてバッテリセル３７の端子３７ａに溶接した構成において、長尺状の端子板４０は、その長辺側の複数の固定部６１においてバスバー４１に接続されるため、端子板４０の短辺側でバスバー４１に接続される場合に比べ、通電断面の局所的な狭小化が防がれ、端子板４０における局所的な発熱を抑制できる。

また、バスバー４１は、第２バー部７２及び連結バー部７３においてホルダ３６の被固定部５３を迂回した形状を有し、第２バー部７２及び連結バー部７３は、上下方向において被固定部５３と重なる高さに配置されているので、バスバー４１が被固定部５３よりも突出することが抑制され、電池パック１５の小型化に寄与できる。

また、バスバー４１において、連結バー部７３が第１バー部７１のオフセット部７１ｂに接続されているので、電池パック１５の大型化を防ぎながらも連結バー部７３を長くできるため、連結バー部７３を屈曲形状にしやすくできる。

また、被固定部５３及び凹部６０ａの各々は、バッテリセル３７の配列方向において隣接するバッテリセル３７の間に配置されて交互に並んでいるので、端子板４０とバスバー４１との間の通電経路が、端子板４０の長尺部６０の長手方向に分散されるため、局所的な発熱を好適に抑制できる。

また、端ホルダ３９の側面５１において、バー設置面５１ｂが端子板設置面５１ａよりも凹んでいるので、端ホルダ３９の側面５１側におけるバスバー４１の突出を抑制でき、電池パック１５の小型化に寄与できる。また、端ホルダ３９の側面５１において、端子板設置面５１ａが主表面５１ｃよりも凹んでいるので、端ホルダ３９の主表面５１ｃが何らかの物体に不意に接触しても、端子板４０やバスバー４１が当該物体に当たることを防止できる。

なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、その構成を変更、追加、又は削除することができる。例えば、乗物は、自動二輪車に限られず、他の車両（例えば、自動三輪車等のようなライダーが跨って乗る鞍乗車両）でもよい。また、乗物は、ハイブリッド車両の代わりに、内燃機関を搭載せずに電動モータの駆動力で走行する電動車両としてもよい。電池パックの姿勢（向き）は、前述した形態とは異ならせてもよい。電池パックは、乗物の電動モータの電源として用いる以外に他の用途（例えば、定置デバイス等）の電源として用いられてもよい。

１５電池パック
３０内部ユニット
３１バッテリ集合体
３５バッテリセル群
３６ホルダ
３７バッテリセル
３７ａ端子
４０端子板
４１バスバー
５０挿入孔
５１側面（第１面）
５１ａ端子板設置面
５１ｂバー設置面
５１ｃ主表面
５２底面（第２面）
５３被固定部
５３ａ被固定面
６０長尺部
６０ａ凹部
６１固定部
７１第１バー部
７１ａ固定部
７１ｂオフセット部
７２第２バー部
７３連結バー部
Ｂボルト（締結具）

Claims

同一極の端子を同じ側に向けて互いに平行配置された複数のバッテリセルを含むバッテリセル群と、
前記複数のバッテリセルが挿入される挿入孔を有する第１面と、前記第１面に垂直な第２面と、前記第１面に被固定面が形成された複数の被固定部と、を有し、前記バッテリセル群を保持するホルダと、
前記ホルダの前記第１面側に配置され、前記複数のバッテリセルの隣接する同一極の前記端子を互いに電気的に接続させる端子板と、
前記端子板に電気的に接続されたバスバーと、
前記端子板及び前記バスバーを前記ホルダに共締めし、前記端子板を前記バスバーに電気的に接続させる複数の締結具と、を備え、
前記端子板は、前記バスバーよりも薄肉で、かつ、前記複数のバッテリセルの前記端子に溶接で接合されており、
前記端子板は、前記複数のバッテリセルの配列方向に延びた長尺部と、前記長尺部の長辺側に互いに間隔をあけて配置された複数の固定部と、を有し、
前記バスバーは、前記端子板の前記複数の固定部に夫々重ねられる複数の固定部を有し、
前記締結具は、前記被固定部に対して前記端子板の前記固定部及び前記バスバーの前記固定部を締結している、電池パック。
互いに平行配置された複数のバッテリセルを含むバッテリセル群と、
前記複数のバッテリセルが挿入される挿入孔を有する第１面と、前記第１面に垂直な第２面と、前記第１面に被固定面が形成された複数の被固定部と、を有し、前記バッテリセル群を保持するホルダと、
前記ホルダの前記第１面側に配置され、前記複数のバッテリセルの端子を互いに電気的に接続させる端子板と、
前記端子板に電気的に接続されたバスバーと、
前記端子板及び前記バスバーを前記ホルダに共締めし、前記端子板を前記バスバーに電気的に接続させる複数の締結具と、を備え、
前記端子板は、前記バスバーよりも薄肉で、かつ、前記複数のバッテリセルの前記端子に溶接で接合されており、
前記端子板は、前記複数のバッテリセルの配列方向に延びた長尺部と、前記長尺部の長辺側に互いに間隔をあけて配置された複数の固定部と、を有し、
前記バスバーは、前記端子板の前記複数の固定部に夫々重ねられる複数の固定部を有し、
前記締結具は、前記被固定部に対して前記端子板の前記固定部及び前記バスバーの前記固定部を締結しており、
前記被固定部は、前記第２面において隆起した形状を有し、
前記バスバーは、前記長尺部の長辺に沿って前記第１面側に配置され且つ前記固定部を含む第１バー部と、前記第２面側に配置された第２バー部と、前記第１バー部を前記第２バー部に接続する屈曲形状の複数の連結バー部と、を有し、
前記複数の固定部は、前記長尺部の短手方向に前記長尺部からそれぞれ突出し、
前記複数の連結バー部は、前記第１バー部の長手方向において前記被固定部と異なる位置に分散配置され、
前記第２バー部及び前記連結バー部は、前記被固定部を迂回した形状を有し、
前記第２バー部及び前記連結バー部は、前記第２面の法線方向において前記被固定部と重なる高さに配置されている、電池パック。
前記端子板のうち第１バー部に隣接する端縁は、前記第１バー部から離れる側に窪んだ凹部を有し、
前記第１バー部は、前記凹部に向けてずれたオフセット部を有し、
前記連結バー部は、前記オフセット部に接続されている、請求項２に記載の電池パック。
前記被固定部及び前記凹部の各々は、前記配列方向において隣接する前記バッテリセルの間に配置され、
前記被固定部及び前記凹部は、前記配列方向に交互に並んでいる、請求項３に記載の電池パック。
互いに平行配置された複数のバッテリセルを含むバッテリセル群と、
前記複数のバッテリセルが挿入される挿入孔を有する第１面と、前記第１面に垂直な第２面と、前記第１面に被固定面が形成された複数の被固定部と、を有し、前記バッテリセル群を保持するホルダと、
前記ホルダの前記第１面側に配置され、前記複数のバッテリセルの端子を互いに電気的に接続させる端子板と、
前記端子板に電気的に接続されたバスバーと、
前記端子板及び前記バスバーを前記ホルダに共締めし、前記端子板を前記バスバーに電気的に接続させる複数の締結具と、を備え、
前記端子板は、前記バスバーよりも薄肉で、かつ、前記複数のバッテリセルの前記端子に溶接で接合されており、
前記端子板は、前記複数のバッテリセルの配列方向に延びた長尺部と、前記長尺部の長辺側に互いに間隔をあけて配置された複数の固定部と、を有し、
前記バスバーは、前記端子板の前記複数の固定部に夫々重ねられる複数の固定部を有し、
前記締結具は、前記被固定部に対して前記端子板の前記固定部及び前記バスバーの前記固定部を締結しており、
前記第１面は、前記端子板が設置される端子板設置面と、前記バスバーが設置されるバスバー設置面と、を含み、
前記バスバー設置面は、前記端子板設置面よりも凹んでいる、電池パック。
前記第１面は、前記端子板設置面及び前記バスバー設置面とは異なる主表面を含み、
前記端子板設置面は、前記主表面よりも凹んでいる、請求項５に記載の電池パック。
前記被固定部は、前記端子板の長手方向において、互いに隣接する前記バッテリセルの間に配置されている、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の電池パック。