JP6393727B2 - ヒーターモジュール - Google Patents

Description

本発明は、バッテリモジュールの側面に配置されるヒーターモジュールに関する。

電動車両などに搭載されるバッテリモジュールを加温するためのヒーターモジュールが知られている。例えば、特許文献１には、バッテリモジュールの側面と対向するように配置されたヒーターモジュールが開示され、特許文献２には、バッテリモジュールの下面に固定されたヒーターモジュールが開示されている。

特開２０１２−１９０６９０号公報 特開２００８−１８６６２１号公報

しかしながら、特許文献１のヒーターモジュールは、バッテリモジュールの側面に対向して配置されるものであるが、バッテリモジュールと別体であるため、車両などへの設置に手間がかかるという課題がある。

特許文献２のヒーターモジュールは、バッテリモジュールと一体的に取り扱うことができるため、車両などへの設置が容易であるが、バッテリモジュールの下面に固定されるため高さ寸法が制限される空間への設置には不向きである。

ヒーターモジュールをバッテリモジュールと一体的に取り扱うことができるように、ヒーターモジュールをバッテリモジュールの側面に固定する場合、均熱板、ヒーター及びヒーターカバーからなるヒーターモジュールを金属ステーを介してバッテリモジュールの側面に締結することが考えられるが、比較的重量の大きいヒーターが取り付けられた均熱板が脱落しないようにヒーターカバーの剛性を高める必要がある。一方で、ヒーターカバーの剛性を高めるためにヒーターカバーの肉厚を厚くすると、サイズ、重量、及び製造コストが増加する要因となる。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ヒーターカバーの肉厚の増加を抑制しつつ、均熱板の脱落を防止できるヒーターモジュールを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、
複数のセル（例えば、後述の実施形態のセル１２１）を積層して構成されるバッテリモジュール（例えば、後述の実施形態のバッテリモジュール１０１）の側面に配置されるヒーターモジュール（例えば、後述の実施形態のヒーターモジュール１）であって、
均熱板（例えば、後述の実施形態の均熱板２）と、ヒーター（例えば、後述の実施形態のヒーター３）と、ヒーターカバー（例えば、後述の実施形態のヒーターカバー４）と、金属ステー（例えば、後述の実施形態の金属ステー５）とが前記バッテリモジュールの前記側面からこの順に配置され、
前記ヒーターは、前記均熱板に固定され、
前記ヒーターカバーは、前記均熱板を保持する均熱板保持部（例えば、後述の実施形態の均熱板保持部４２Ａ）と、前記金属ステーを保持するステー保持部（例えば、後述の実施形態のステー保持部４５）と、を有し、
前記金属ステーは、前記セルの積層方向において両端部に前記バッテリモジュールの前記側面に締結される締結部（例えば、後述の実施形態の締結部５２）と、前記ヒーターカバーの下面を覆う屈曲部（例えば、後述の実施形態の屈曲部５３）と、を有し、
前記金属ステーの前記屈曲部は、前記ヒーターカバーの前記均熱板保持部と前記積層方向でオーバーラップする位置に配置される。

請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載のヒーターモジュールであって、
前記金属ステーは、前記締結部がステー本体（例えば、後述の実施形態のステー本体５１）にクランク部（例えば、後述の実施形態のクランク部５５）を介して連結されている。

請求項３に記載の発明は、
請求項１又は２に記載のヒーターモジュールであって、
前記ヒーターカバーは、前記均熱板と前記側面との間に空気層（例えば、後述の実施形態の空気層Ｓ）を形成するように前記バッテリモジュールの前記側面に当接する突き当て部（例えば、後述の実施形態の突き当て部４７）を有し、
該突き当て部は、前記積層方向に複数形成されている。

請求項４に記載の発明は、
請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒーターモジュールであって、
前記ヒーターカバーの前記均熱板保持部は、前記均熱板の前記積層方向への移動を許容する。

請求項５に記載の発明は、
請求項１〜４のいずれか１項に記載のヒーターモジュールであって、
前記ヒーターカバーと前記均熱板とは、第１リベット（例えば、後述の実施形態の第１リベット６）により位置決めされ、
前記金属ステーと前記ヒーターカバーとは、第２リベット（例えば、後述の実施形態の第２リベット７）により位置決めされる。

請求項６に記載の発明は、
請求項５に記載のヒーターモジュールであって、
前記第１リベット及び前記第２リベットは、前記積層方向において前記バッテリモジュールの略中央部に位置する。

請求項７に記載の発明は、
請求項１〜６のいずれか１項に記載のヒーターモジュールであって、
前記ヒーターカバーには、結束バンド（例えば、後述の実施形態の結束バンド９）が挿通する貫通孔（例えば、後述の実施形態の結束バンド挿通孔４９Ａ、４９Ｂ）が設けられている。

請求項８に記載の発明は、
請求項７に記載のヒーターモジュールであって、
前記貫通孔は、前記積層方向において前記ヒーターカバーの両端部に設けられている。

請求項１の発明によれば、金属ステーの屈曲部は、ヒーターカバーの均熱板保持部を下方から抱え込むので、ヒーターカバーの肉厚を増加させなくても均熱板保持部の周辺の剛性が増加するので均熱板の脱落を防止できる。

請求項２の発明によれば、金属ステーの締結部は、ステー本体にクランク部を介して連結されているので、バッテリモジュールのセル積層方向の膨張に伴って締結部が移動しても、クランク部の変形で締結部の移動を吸収できる。

請求項３の発明によれば、ヒーターカバーは、均熱板とバッテリモジュールの側面との間に空気層を形成するようにバッテリモジュールの側面に当接する突き当て部を有し、該突き当て部は、セル積層方向に複数形成されているので、バッテリモジュールが膨張しても空気層を確保し、均熱板とバッテリモジュールとの接触による異音の発生や電食を防止できる。

請求項４の発明によれば、ヒーターカバーの均熱板保持部は、均熱板のセル積層方向への移動を許容するので、均熱板をヒーターカバーに対しスライドで挿入できるだけでなく、均熱板の熱膨張を吸収できる。

請求項５の発明によれば、ヒーターカバーと均熱板とは、第１リベットにより位置決めされ、金属ステーとヒーターカバーとは、第２リベットにより位置決めされるので、２つのリベットにより３部材の相対位置を規制できる。

請求項６の発明によれば、第１リベット及び第２リベットは、セル積層方向においてバッテリモジュールの略中央部に位置するので、バッテリモジュールが膨張してもバッテリモジュールに固定される金属ステーへの影響が最も小さい位置で３部材の相対位置を規制できる。

請求項７の発明によれば、ヒーターカバーには、結束バンドが挿通する貫通孔が設けられているので、ヒーターのハーネスを適切に配置できる。

請求項８の発明によれば、貫通孔は、セル積層方向においてヒーターカバーの両端部に設けられているので、ヒーターのハーネスをヒーターモジュールの両側から引出すことが可能となり、ハーネスのレイアウトの自由度を向上できる。

本発明の一実施形態に係るヒーターモジュール及びバッテリモジュールを示す概略斜視図である。 本発明の一実施形態に係るヒーターモジュール及びバッテリモジュールを示す要部斜視図である。 本発明の一実施形態に係るヒーターモジュールのヒーターカバー（バッテリモジュール対向面）を示す正面図である。 本発明の一実施形態に係るヒーターモジュール及びバッテリモジュールを示す断面図であり、（ａ）は図２及び図３のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は図２及び図３のＢ−Ｂ断面図、（ｃ）は図２及び図３のＣ−Ｃ断面図、（ｄ）は図２及び図３のＤ−Ｄ断面図、（ｅ）は図２及び図３のＥ−Ｅ断面図である。 図２のＥ−Ｅ下部拡大断面図である。 図２のＦ−Ｆ断面図である。 図２のＧ−Ｇ断面図である。 図２のＣ−Ｃ下部拡大断面図である。 図２のＢ−Ｂ上部拡大断面図である。 ヒーターモジュールのハーネス結束状態を示す要部斜視図である。

以下、本発明のヒーターモジュールの一実施形態を、添付図面に基づいて説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

図１に示すように、本発明の一実施形態に係るヒーターモジュール１は、ハイブリッド車、電気自動車などの電動車両に搭載されるバッテリモジュール１０１を加温するためのものであり、バッテリモジュール１０１の一方側の側面に配置される。

［バッテリモジュール］
図１に示すように、バッテリモジュール１０１は、セル積層体１０２と、トップカバー１０３と、エンドプレート１０４と、サイドプレート１０５と、を備える。

セル積層体１０２は、複数のセル１２１を積層して構成される。このように構成されるセル積層体１０２は、温度変化や経年劣化によるセル１２１の膨張に起因し、形状が変化する。特に、セル１２１の積層方向においては、複数のセル１２１の膨張量が蓄積され、大きな形状変化が生じる可能性がある。

セル積層体１０２の上面には、複数のセル１２１を電気的に接続するバスバー（図示せず）や、該バスバーなどを上方から覆うトップカバー１０３が配置される。また、セル積層体１０２のセル積層方向の両端面には、それぞれエンドプレート１０４が配置され、セル積層体１０２のセル積層方向に沿う両側面には、それぞれサイドプレート１０５が配置される。

サイドプレート１０５は、金属製の板材から構成されており、セル積層体１０２のセル積層方向に沿う側面を支持するサイドプレート本体１５１と、サイドプレート本体１５１のセル積層方向の両端からエンドプレート１０４の外側面に延設され、複数のボルト１０６を介してエンドプレート１０４に締結される固定片１５２と、を備える。

サイドプレート１０５は、セル積層体１０２の膨張変形に伴うエンドプレート１０４のセル積層方向の移動を許容する。その際、サイドプレート１０５も変形するので、バッテリモジュール１０１の側面にヒーターモジュール１を固定する場合は、バッテリモジュール１０１の膨張を考慮する必要がある。

［ヒーターモジュール］
図６に示すように、ヒーターモジュール１には、均熱板２と、ヒーター３と、ヒーターカバー４と、金属ステー５とが、バッテリモジュール１０１の側面からこの順に配置されている。

ヒーター３は、薄板形状を有する。本実施形態では、ヒーター３として正温度係数（ＰＴＣ：Positive Temperature Coefficient）特性を有するＰＴＣヒーターが用いられるが、ヒーター３の発熱方式はこれに限定されない。

均熱板２は、熱伝導率が高い金属製の板材から構成されており、バッテリモジュール１０１の側面と空気層Ｓを介して対向する均熱板本体２１と、均熱板本体２１の裏面側でヒーター３を収容する収容凹部２２と、収容凹部２２の周縁部から上下方向及びセル積層方向に延設されるフランジ部２３と、を有する。均熱板２とバッテリモジュール１０１の側面との間に形成される空気層Ｓは、ヒーター３の発熱を均熱する上で重要なだけでなく、均熱板２とバッテリモジュール１０１との接触による異音の発生や電食を防止する上でも必要である。

ヒーターカバー４は、樹脂製の板状部材から構成されており、図３に示すように、均熱板２の収容凹部２２に収容されたヒーター３の外面側を覆うヒーターカバー本体４１の他に、均熱板保持部４２Ａ、４２Ｂと、均熱板差込部４３と、第１位置決め孔４４と、ステー保持部４５と、第２位置決め孔４６と、突き当て部４７と、ハーネス引出部４８（図１及び図２参照）と、結束バンド挿通孔４９Ａ、４９Ｂと、を備える。

均熱板保持部４２Ａ、４２Ｂは、均熱板２のフランジ部２３を保持するためのものであり、ヒーターカバー４の上端部及び下端部にセル積層方向に並んで複数形成される均熱板保持部４２Ａと、ヒーターカバー４のセル積層方向の一端部に形成される均熱板保持部４２Ｂと、が含まれる。本実施形態の均熱板保持部４２Ａ、４２Ｂは、ヒーターカバー４に一体形成される係止爪の弾性を利用して均熱板２のフランジ部２３を係止状態で保持するスナップフィット構造を有する。スナップフィット構造の均熱板保持部４２Ａによれば、均熱板２のフランジ部２３を係止（上下方向及びバッテリモジュール１０１側への脱落規制）しつつ、組立時における均熱板２のセル積層方向の移動（スライド）が許容される。

図６に示すように、均熱板差込部４３は、ヒーターカバー４のセル積層方向の他端部に形成され、均熱板２のフランジ部２３がセル積層方向から差し込まれる。つまり、均熱板２のセル積層方向の一端側は、ヒーターカバー４のセル積層方向の一端部に形成される均熱板保持部４２Ｂで保持され、均熱板２のセル積層方向の他端側は、ヒーターカバー４のセル積層方向の他端部に形成される均熱板差込部４３で保持される。

均熱板差込部４３に対する均熱板２の差込代は、差し込まれる均熱板２の掛かり代よりも余裕をもって確保される。つまり、ヒーターカバー４に均熱板２を取り付ける際には、均熱板２のセル積層方向の他端側を均熱板差込部４３に深く差し込んだ後、均熱板２の上端部及び下端部を均熱板保持部４２Ａに係止させてから、均熱板２をセル積層方向の一端側方向にスライドさせ、均熱板２の一端側を均熱板保持部４２Ｂに係止させる。

図３及び図７に示すように、第１位置決め孔４４は、均熱板２とヒーターカバー４との相対位置を規制するためのものであり、ヒーターカバー４に形成される第１位置決め孔４４と、均熱板２に形成される位置決め孔２４とを位置合わせし、第１位置決め孔４４及び位置決め孔２４に第１リベット６を挿通することで、均熱板２とヒーターカバー４との相対位置が規制される。

第１リベット６は、セル積層方向においてバッテリモジュール１０１の略中央部に位置する。このようにすると、セル積層方向においてバッテリモジュール１０１の両端部に金属ステー５を締結する場合に、バッテリモジュール１０１との締結位置から最も遠く、バッテリモジュール１０１の膨張による影響が最も小さい位置で均熱板２とヒーターカバー４との相対位置を規制することが可能になる。

ステー保持部４５は、図３に示すように、金属ステー５の上端部及び下端部を保持するためのものであり、ヒーターカバー４の上端部及び下端部にセル積層方向に並んで複数形成されている。本実施形態のステー保持部４５は、図８に示すように、ヒーターカバー４に一体形成される係止爪の弾性を利用して金属ステー５の上端部及び下端部を係止状態で保持するスナップフィット構造を有する。

図３及び図７に示すように、第２位置決め孔４６は、ヒーターカバー４と金属ステー５との相対位置を規制するためのものであり、ヒーターカバー４に形成される第２位置決め孔４６と、金属ステー５に形成される位置決め孔５４とを位置合わせし、第２位置決め孔４６及び位置決め孔５４に第２リベット７を挿通することで、ヒーターカバー４と金属ステー５との相対位置が規制される。

第２リベット７は、セル積層方向においてバッテリモジュール１０１の略中央部に位置する。このようにすると、セル積層方向においてバッテリモジュール１０１の両端部に金属ステー５を締結する場合に、バッテリモジュール１０１との締結位置から最も遠く、バッテリモジュール１０１の膨張による影響が最も小さい位置でヒーターカバー４と金属ステー５との相対位置を規制することが可能になる。

突き当て部４７は、図９に示すように、ヒーターカバー４のバッテリモジュール１０１と対向する面に突設される突起であり、バッテリモジュール１０１の側面に当接することで、均熱板２とバッテリモジュール１０１の側面との間に空気層Ｓを形成する。図３に示すように、突き当て部４７は、ヒーターカバー４の上端部及び下端部に、セル積層方向に並んで複数形成され、均熱板２のセル積層方向の全域で空気層Ｓを形成する。

ハーネス引出部４８（図１及び図２参照）は、ヒーター３のハーネス８をヒーターカバー４の上端部から引き出すための開口であり、その近傍に結束バンド挿通孔４９Ａ、４９Ｂが設けられている。図１０に示すように、結束バンド挿通孔４９Ａ、４９Ｂは、ハーネス８をヒーターカバー４に結束する結束バンド９が挿通される貫通孔であり、あらかじめ所定の位置に設けられた結束バンド挿通孔４９Ａ、４９Ｂを利用してハーネス８をヒーターカバー４に結束することで、ハーネス８が所定のレイアウト（本実施形態では、ヒーターカバー４から上方に垂直に引出した後、ヒーターカバー４の上端に沿わせるＬ字レイアウト）で適切に配置される。

ハーネス引出部４８及び結束バンド挿通孔４９Ａ、４９Ｂは、セル積層方向においてヒーターカバー４の両端部に設けられている。これにより、ヒーター３のハーネス８をヒーターモジュール１のセル積層方向の両側から引出すことが可能となり、バッテリモジュール１０１やヒーターモジュール１の配置に応じてハーネス８の引出し位置を選択的に変更することが可能になる。

金属ステー５は、図１及び図２に示すように、金属製の板材から構成されており、ステー本体５１と、締結部５２と、屈曲部５３と、クランク部５５と、を備える。

ステー本体５１は、ヒーターカバー４の外面側を覆うとともに、ヒーターカバー４のステー保持部４５で保持される。

締結部５２は、セル積層方向においてステー本体５１の両端部から延設され、バッテリモジュール１０１の側面にボルト１０を介して締結される。締結部５２は、ステー本体５１とクランク状に屈曲したクランク部５５を介して連結されており、バッテリモジュール１０１のセル積層方向の膨張に伴って締結部５２が移動したとしても、その移動がクランク部５５の変形で吸収される。

屈曲部５３は、ステー本体５１の下端部から屈曲してヒーターカバー４の下面に沿って延設され、ヒーターカバー４の下面を覆う。屈曲部５３は、図４（ｅ）に示すように、ヒーターカバー４の下端部に設けられる均熱板保持部４２Ａとセル積層方向でオーバーラップする位置に配置されており、均熱板保持部４２Ａを構成する係止爪の下方への弾性変形を規制している。これにより、均熱板保持部４２Ａの周辺の剛性が高められ、均熱板２の脱落が防止される。なお、屈曲部５３は均熱板保持部４２Ａとセル積層方向でオーバーラップする位置のみならず、図４（ｄ）に示すように、他の部分にも設けられていてもよい。

以上説明したように、本実施形態のヒーターモジュール１によれば、金属ステー５の屈曲部５３は、ヒーターカバー４の均熱板保持部４２Ａを下方から抱え込むので、ヒーターカバー４の肉厚を増加させなくても均熱板保持部４２Ａの周辺の剛性が増加するので均熱板２の脱落を防止できる。

また、金属ステー５の締結部５２は、ステー本体５１にクランク部５５を介して連結されているので、バッテリモジュール１０１のセル積層方向の膨張に伴って締結部５２が移動しても、クランク部５５の変形で締結部５２の移動を吸収できる。

また、ヒーターカバー４は、均熱板２とバッテリモジュール１０１の側面との間に空気層Ｓを形成するようにバッテリモジュール１０１の側面に当接する突き当て部４７を有し、該突き当て部４７は、セル積層方向に複数形成されているので、バッテリモジュール１０１が膨張しても空気層Ｓを確保し、均熱板２とバッテリモジュール１０１との接触による異音の発生や電食を防止できる。

また、ヒーターカバー４の均熱板保持部４２Ａは、均熱板２のセル積層方向への移動を許容するので、均熱板２をヒーターカバー４に対しスライドで挿入できるだけでなく、均熱板２の熱膨張を吸収できる。

また、ヒーターカバー４と均熱板２とは、第１リベット６により位置決めされ、金属ステー５とヒーターカバー４とは、第２リベット７により位置決めされるので、２つのリベット６、７により３部材の相対位置を規制できる。

また、第１リベット６及び第２リベット７は、セル積層方向においてバッテリモジュール１０１の略中央部に位置するので、バッテリモジュール１０１が膨張してもバッテリモジュール１０１に固定される金属ステー５への影響が最も小さい位置で３部材の相対位置を規制できる。

また、ヒーターカバー４には、結束バンド９が挿通する結束バンド挿通孔４９Ａ、４９Ｂが設けられているので、ヒーター３のハーネス８を適切に配置できる。

また、結束バンド挿通孔４９Ａ、４９Ｂは、セル積層方向においてヒーターカバー４の両端部に設けられているので、ヒーター３のハーネス８をヒーターモジュール１の両側から引出すことが可能となり、ハーネス８のレイアウトの自由度を向上できる。

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、適宜、変形、改良、等が可能である。

１ ヒーターモジュール
２ 均熱板
３ ヒーター
４ ヒーターカバー
５ 金属ステー
６ 第１リベット
７ 第２リベット
９ 結束バンド
４２Ａ 均熱板保持部
４５ ステー保持部
４７ 突き当て部
４９Ａ、４９Ｂ 結束バンド挿通孔（貫通孔）
５１ ステー本体
５２ 締結部
５３ 屈曲部
５５ クランク部
１０１ バッテリモジュール
１２１ セル
Ｓ 空気層

Claims (8)

1. 複数のセルを積層して構成されるバッテリモジュールの側面に配置されるヒーターモジュールであって、
   均熱板と、ヒーターと、ヒーターカバーと、金属ステーとが前記バッテリモジュールの前記側面からこの順に配置され、
   前記ヒーターは、前記均熱板に固定され、
   前記ヒーターカバーは、前記均熱板を保持する均熱板保持部と、前記金属ステーを保持するステー保持部と、を有し、
   前記金属ステーは、前記セルの積層方向において両端部に前記バッテリモジュールの前記側面に締結される締結部と、前記ヒーターカバーの下面を覆う屈曲部と、を有し、
   前記金属ステーの前記屈曲部は、前記ヒーターカバーの前記均熱板保持部と前記積層方向でオーバーラップする位置に配置される、ヒーターモジュール。
2. 請求項１に記載のヒーターモジュールであって、
   前記金属ステーは、前記締結部がステー本体にクランク部を介して連結されている、ヒーターモジュール。
3. 請求項１又は２に記載のヒーターモジュールであって、
   前記ヒーターカバーは、前記均熱板と前記側面との間に空気層を形成するように前記バッテリモジュールの前記側面に当接する突き当て部を有し、
   該突き当て部は、前記積層方向に複数形成されている、ヒーターモジュール。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒーターモジュールであって、
   前記ヒーターカバーの前記均熱板保持部は、前記均熱板の前記積層方向への移動を許容する、ヒーターモジュール。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のヒーターモジュールであって、
   前記ヒーターカバーと前記均熱板とは、第１リベットにより位置決めされ、
   前記金属ステーと前記ヒーターカバーとは、第２リベットにより位置決めされる、ヒーターモジュール。
6. 請求項５に記載のヒーターモジュールであって、
   前記第１リベット及び前記第２リベットは、前記積層方向において前記バッテリモジュールの略中央部に位置する、ヒーターモジュール。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のヒーターモジュールであって、
   前記ヒーターカバーには、結束バンドが挿通する貫通孔が設けられている、ヒーターモジュール。
8. 請求項７に記載のヒーターモジュールであって、
   前記貫通孔は、前記積層方向において前記ヒーターカバーの両端部に設けられている、ヒーターモジュール。

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