特表 2024-502238 無線電力伝送システムにおける熱管理のためのシステム及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-01-18

(54)【発明の名称】無線電力伝送システムにおける熱管理のためのシステム及び方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/204 20210101AFI20240111BHJP

   H01M 50/247 20210101ALI20240111BHJP

   H01M 50/284 20210101ALI20240111BHJP

   H01M 10/44 20060101ALI20240111BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20240111BHJP

   H01M 10/623 20140101ALI20240111BHJP

   H01M 10/6554 20140101ALI20240111BHJP

   H01M 10/6553 20140101ALI20240111BHJP

   H02J 50/10 20160101ALI20240111BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20240111BHJP

【ＦＩ】

H01M50/204 401H

H01M50/247

H01M50/284

H01M10/44 P

H01M10/613

H01M10/623

H01M10/6554

H01M10/6553

H02J50/10

H02J7/00 301A

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023537311

(86)(22)【出願日】2021-12-20

(85)【翻訳文提出日】2023-07-03

(86)【国際出願番号】 US2021064317

(87)【国際公開番号】W WO2022140242

(87)【国際公開日】2022-06-30

(31)【優先権主張番号】63/128,513

(32)【優先日】2020-12-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】517073591

【氏名又は名称】ティーシー１ エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】110001379

【氏名又は名称】弁理士法人大島特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ヴァルケラ、ジオナータ

(72)【発明者】

【氏名】ボール、エイドリアン

(72)【発明者】

【氏名】ラボルド、サイモン

【テーマコード（参考）】

5G503

5H030

5H031

5H040

【Ｆターム（参考）】

5G503AA01

5G503BA01

5G503BB02

5G503CA01

5G503CB13

5G503EA08

5G503FA01

5G503GB08

5G503GD03

5G503GD04

5H030AA10

5H030AS06

5H030AS11

5H030BB01

5H031EE01

5H031EE02

5H031KK01

5H040AA28

5H040AS18

5H040DD10

5H040LL01

5H040NN03

(57)【要約】

本開示によれば、植込み型電池パックが提供される。本開示の植込み型電池パックは、ハウジングと、ハウジング内に配置された複数の電池セルと、ハウジング内に配置された電子機器レイアウトとを備え、電子機器レイアウトは、複数の電池セルに電気的に接続されている。電子機器レイアウトは、電子機器を搭載した少なくとも１つのプリント回路基板と、少なくとも１つのプリント回路基板に接続され、該プリント回路基板から延びる少なくとも１つの熱伝導ウイングと、を含み、少なくとも１つの熱伝導ウイングは、電子機器で発生した熱を植込み型電池パック全体に拡散させるように構成されている。
【選択図】図３Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

植込み型電池パックであって、
ハウジングと、
前記ハウジング内に配置された複数の電池セルと、
前記ハウジング内に配置され、前記複数の電池セルに電気的に接続された電子機器レイアウトと、を備え、
前記電子機器レイアウトは、
電子機器を搭載した少なくとも１つのプリント回路基板と、
前記少なくとも１つのプリント回路基板に接続され、該プリント回路基板から延びる少なくとも１つの熱伝導ウイングと、を含み、
前記少なくとも１つの熱伝導ウイングは、前記電子機器で発生した熱を当該植込み型電池パック全体に拡散させるように構成されている、
植込み型電池パック。

【請求項2】

請求項１に記載の植込み型電池パックであって、
前記複数の電池セルは、複数のリチウムイオン電池セルを含む、電池パック。

【請求項3】

請求項１に記載の植込み型電池パックであって、
前記少なくとも１つのプリント回路基板は、電力変換装置及び電池充電装置を搭載した第１のプリント回路基板を含み、
前記第１のプリント回路基板は、当該植込み型電池パックの略中央に配置される、植込み型電池パック。

【請求項4】

請求項３に記載の植込み型電池パックであって、
前記少なくとも１つの熱伝導ウイングは、
前記第１のプリント回路基板の第１の縁部から延びる第１の熱伝導ウイングと、
前記第１のプリント回路基板の前記第１の縁部の反対側の第２の縁部から延びる第２の熱伝導ウイングと、を含む、植込み型電池パック。

【請求項5】

請求項１に記載の植込み型電池パックであって、
前記ハウジング内に配置された少なくとも１つのグラファイトシートをさらに備え、
前記１つのグラファイトシートは、前記電子機器で発生した熱をさらに拡散させるように構成されている、植込み型電池パック。

【請求項6】

請求項１に記載の植込み型電池パックであって、
前記少なくとも１つの熱伝導ウイングは、銅製である、植込み型電池パック。

【請求項7】

請求項１に記載の植込み型電池パックであって、
前記少なくとも１つの熱伝導ウイングは、前記少なくとも１つのプリント回路基板を前記複数の電池セルに電気的に接続するための少なくとも１つのはんだ接続部を含む、植込み型電池パック。

【請求項8】

ハウジングと複数の電池セルとを備えた植込み型電池パックで使用するための電子機器レイアウトであって、
電子機器を搭載した少なくとも１つのプリント回路基板と、
前記少なくとも１つのプリント回路基板に接続され、該プリント回路基板から延びる少なくとも１つの熱伝導ウイングと、を含み、
前記少なくとも１つの熱伝導ウイングは、前記電子機器で発生した熱を前記植込み型電池パック全体に拡散させるように構成されている、電子機器レイアウト。

【請求項9】

請求項８に記載の電子機器レイアウトであって、
前記少なくとも１つのプリント回路基板は、電力変換装置及び電池充電装置を搭載した第１のプリント回路基板を含み、
前記第１のプリント回路基板は、前記植込み型電池パックの略中央に配置される、電子機器レイアウト。

【請求項10】

請求項９に記載の電子機器レイアウトであって、
前記少なくとも１つの熱伝導ウイングは、
前記第１のプリント回路基板の第１の縁部から延びる第１の熱伝導ウイングと、
前記第１のプリント回路基板の前記第１の縁部の反対側の第２の縁部から延びる第２の熱伝導ウイングと、を含む、電子機器レイアウト。

【請求項11】

請求項８に記載の電子機器レイアウトであって、
前記少なくとも１つの熱伝導ウイングは、銅製である、電子機器レイアウト。

【請求項12】

請求項８に記載の電子機器レイアウトであって、
前記少なくとも１つの熱伝導ウイングは、前記少なくとも１つのプリント回路基板を前記複数の電池セルに電気的に接続するための少なくとも１つのはんだ接続部を含む、電子機器レイアウト。

【請求項13】

請求項８に記載の電子機器レイアウトであって、
前記少なくとも１つのプリント回路基板は、
第１のプリント回路基板と、
第１のフレキシブルな熱伝導コネクタによって前記第１のプリント回路基板に接続された第２のプリント回路基板と、
第２のフレキシブルな熱伝導コネクタによって前記第２のプリント回路基板に接続された第３のプリント回路基板と、
第３のフレキシブルな熱伝導コネクタによって前記第３のプリント回路基板に接続された第４のプリント回路基板と、を含み、
当該電子機器レイアウトは、前記第２のプリント回路基板が、前記第１のプリント回路基板と前記第４のプリント回路基板との間に積層される折り畳み状態で配置することができる、電子機器レイアウト。

【請求項14】

植込み型電池パックを組み立てる方法であって、
ハウジング内に複数の電池を配置するステップと、
前記ハウジング内に電子機器レイアウトを配置するとともに、前記電子機器レイアウトを前記複数の電池に電気的に接続するステップと、を含み、
前記電子機器レイアウトは、
電子機器を搭載した少なくとも１つのプリント回路基板と、
前記少なくとも１つのプリント回路基板に接続され、該プリント回路基板から延びる少なくとも１つの熱伝導ウイングと、を含み、
前記少なくとも１つの熱伝導ウイングは、前記電子機器で発生した熱を前記植込み型電池パック全体に拡散させるように構成されている、
方法。

【請求項15】

請求項１４に記載の方法であって、
前記複数の電池セルは、複数のリチウムイオン電池セルを含む、方法。

【請求項16】

請求項１４に記載の方法であって、
前記少なくとも１つのプリント回路基板は、電力変換装置及び電池充電装置を搭載した第１のプリント回路基板を含み、
前記第１のプリント回路基板は、前記植込み型電池パックの略中央に配置される、方法。

【請求項17】

請求項１６に記載の方法であって、
前記少なくとも１つの熱伝導ウイングは、
前記第１のプリント回路基板の第１の縁部から延びる第１の熱伝導ウイングと、
前記第１のプリント回路基板の前記第１の縁部の反対側の第２の縁部から延びる第２の熱伝導ウイングと、を含む、方法。

【請求項18】

請求項１４に記載の方法であって、
前記ハウジング内に少なくとも１つのグラファイトシートを配置するステップをされた含み、
前記１つのグラファイトシートは、前記電子機器で発生した熱をさらに拡散させるように構成されている、方法。

【請求項19】

請求項１４に記載の方法であって、
前記少なくとも１つの熱伝導ウイングは、銅製である、方法。

【請求項20】

請求項１４に記載の方法であって、
前記少なくとも１つの熱伝導ウイングは、前記少なくとも１つのプリント回路基板を前記複数の電池セルに電気的に接続するための少なくとも１つのはんだ接続部を含む、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０２０年１２月２１日出願の米国特許仮出願第６３／１２８、５１３号に基づく優先権を主張するものである。上記出願の開示内容の全体は、参照により本明細書中に援用される。

【0002】

（技術分野）
本開示は、一般に、無線電力伝送システムに関し、より詳細には、無線電力伝送システムにおける熱管理に関する。

【背景技術】

【0003】

ＶＡＤ（Ventricular assist device）として知られている心室補助装置（補助人工心臓）は、植込み型の血液ポンプであり、一般に心不全またはうっ血性心不全と呼ばれる心臓が十分な循環を提供することができない症状を患っている患者において、短期（すなわち、数日または数か月）及び長期（すなわち、数年または生涯）の両方で使用される。心不全を患っている患者は、心臓移植を待つ間に、または、長期のＤＴ治療（destination therapy）として、ＶＡＤを使用することができる。別の例では、患者は、心臓手術後の回復期に、ＶＡＤを使用することができる。このように、ＶＡＤは、弱った心臓を補助したり（すなわち、部分的に補助したり）、自然の心臓の機能を効果的に代替したりすることができる。

【0004】

ＶＡＤへの電力供給には、無線電力伝送システムを使用することができる。無線電力伝送システムは、一般に、外部送信共振器と、患者の体内に植え込まれるように構成された植込み型受信共振器とを備える。このような無線電力伝送システムは、経皮エネルギ伝送システム（ＴＥＴＳ）とも呼ばれている。

【0005】

このような無線電力伝送システムでは、ＶＡＤへの電力供給及び制御を容易にするために、植込み型電池パックが使用される。植込み型電池パックは、例えば、比較的高い電流で比較的早く充電することができるリチウムイオン電池セルを含む。しかしながら、リチウムイオン電池セル、並びに、それの充電及び放電に必要な電子機器は、かなりの量の熱を発生する。したがって、リチウムイオン電池セルを含む植込み型電池パックにおいては、植込み型電池パックで発生した熱を効果的に管理することが重要である。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示は、植込み型電池パックに関する。本開示の植込み型電池パックは、ハウジングと、ハウジング内に配置された複数の電池セルと、ハウジング内に配置され、複数の電池セルに電気的に接続された電子機器レイアウトと、を備え、電子機器レイアウトは、電子機器を搭載した少なくとも１つのプリント回路基板と、少なくとも１つのプリント回路基板に接続され、該プリント回路基板から延びる少なくとも１つの熱伝導ウイングと、を含み、少なくとも１つの熱伝導ウイングは、電子機器で発生した熱を植込み型電池パック全体に拡散させるように構成されている。

【0007】

また、本開示は、ハウジングと複数の電池セルとを備えた植込み型電池パックで使用するための電子機器レイアウトに関する。本開示の電子機器レイアウトは、電子機器を搭載した少なくとも１つのプリント回路基板と、少なくとも１つのプリント回路基板に接続され、該プリント回路基板から延びる少なくとも１つの熱伝導ウイングと、を含み、少なくとも１つの熱伝導ウイングは、電子機器で発生した熱を植込み型電池パック全体に拡散させるように構成されている。

【0008】

また、本開示は、植込み型電池パックを組み立てる方法に関する。本開示の方法は、ハウジング内に複数の電池を配置するステップと、ハウジング内に電子機器レイアウトを配置するとともに、電子機器レイアウトを複数の電池に電気的に接続するステップと、を含み、電子機器レイアウトは、電子機器を搭載した少なくとも１つのプリント回路基板と、少なくとも１つのプリント回路基板に接続され、該プリント回路基板から延びる少なくとも１つの熱伝導ウイングと、を含み、少なくとも１つの熱伝導ウイングは、電子機器で発生した熱を植込み型電池パック全体に拡散させるように構成されている。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】図１は、本開示の無線電力伝送システムの一実施形態の簡略化された電気回路図である。

【図2】図２は、図１の無線電力伝送システムを心室補助装置（ＶＡＤ）への電力の供給に使用した様子を示す図である。

【図3A】図３Ａは、図２に示した植込み型装置と共に使用される電子機器レイアウトの一実施形態の上面図である。

【図3B】図３Ｂは、図３Ａに示した電子機器レイアウトの底面図である。

【図4】図４は、図３Ａ及び図３Ｂに示した電子機器レイアウトの折り畳んだ状態を示す斜視図である。

【図5】図５は、図３Ａ、図３Ｂ、図４Ｂに示した電子機器レイアウトを含む植込み型電池パックを通る熱流を示す概略図である。

【図6】図６は、図５に示した植込み型電池パックの熱シミュレーションを示す図である。

【図7】図７は、別の電子機器レイアウト７００の平面図である。

【図8】図８は、図７に示した電子機器レイアウトを含む植込み型電池パックの分解図である。

【図9】図９は、図８に示した植込み型電池パックを通る熱流を示す概略図である。

【図10】図１０は、植込み型電池パックの熱シミュレーションを示す図である。

【図11】図１１は、植込み型電池パックの熱シミュレーションを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本開示は、無線電力伝送システムにおける熱を管理するためのシステム及び方法に関する。本開示の植込み型電池パックは、ハウジングと、ハウジング内に配置された複数の電池セルと、ハウジング内に配置された電子機器レイアウトとを備え、電子機器レイアウトは、複数の電池セルに電気的に接続されている。電子機器レイアウトは、電子機器を搭載した少なくとも１つのプリント回路基板と、少なくとも１つのプリント回路基板に接続され、該プリント回路基板から延びる少なくとも１つの熱伝導ウイングと、を含み、少なくとも１つの熱伝導ウイングは、電子機器で発生した熱を植込み型電池パック全体に拡散させるように構成されている。

【0011】

次に図面を参照すると、図１は、例示的な無線電力伝送システム１００の簡略化された電気回路を示す。本システム１００は、外部送信共振器１０２と、植込み型受信共振器１０４とを備える。図１に示すシステムでは、電源Ｖｓが送信共振器１０２に電気的に接続されており、電源Ｖｓは送信共振器１０２に電力を供給する。受信共振器１０４は、負荷１０６（例えば、植込み型医療機器）に接続されている。受信共振器１０４及び負荷１０６は、スイッチングまたは整流デバイス（図示せず）に電気的に接続されてもよい。

【0012】

例示的な本実施形態では、送信共振器１０２は、コンデンサＣｘによって電源Ｖｓに接続されたコイルＬｘを含む。さらに、受信共振器１０４は、コンデンサＣｙによって負荷１０６に接続されたコイルＬｙを含む。コイルＬｘ（インダクタＬｘ）とコイルＬｙ（インダクタＬｙ）とは、結合係数ｋで接続される。Ｍｘｙは、２つのコイル間の相互インダクタンスである。相互インダクタンスＭｘｙは、結合係数ｋと下記の式（１）に示すような関係にある。

【0013】

【数1】

【0014】

動作中、送信共振器１０２は、電源Ｖｓから供給された電力を無線送信する。受信共振器１０４は、送信共振器１０２から無線送信された電力を受信し、受信した電力を負荷１０６に供給する。

【0015】

図２は、外部コイル２０２（例えば、図１に示す送信共振器１０２）を使用して、患者２００の体内に植え込まれた植込み型コイル２０４（例えば、図１に示す受信共振器１０４）に電力を無線送信する一実施形態を示す。植込み型コイル２０４は、受信した電力を使用して植込み型装置２０６に電力を供給する。例えば、植込み型装置２０６としては、ペースメーカまたは心臓ポンプ（例えば、左心室補助装置（ＬＶＡＤ））が挙げられる。いくつかの実施形態では、植込み型コイル２０４及び／または植込み型装置２０６は、電池を備えてもよいし、または電池２０７に接続されてもよい。例えば、図２に示すように、電池２０７は、植込み型コイル２０４と植込み型装置２０６との間に接続されている。

【0016】

一実施形態では、外部コイル２０２は、コンピュータ装置２１０との間で信号を送受信できるように、例えば有線接続または無線接続を介してコンピュータ装置２１０に通信可能に接続されている。いくつかの実施形態では、コンピュータ装置２１０は、外部コイル２０２の電源としての役割も果たす。他の実施形態では、外部コイル２０２は、別の電源（図示せず）に接続される。コンピュータ装置２１０は、メモリ装置２１４と、メモリ装置２１４に通信可能に接続されたプロセッサ２１２とを備える。いくつかの実施形態では、コンピュータ実行可能命令がメモリ装置２１４に格納されている。

【0017】

コンピュータ装置２１０は、ユーザインターフェース（ＵＩ）２１６をさらに備える。ユーザインターフェース（ＵＩ）２１６は、ユーザ（例えば、患者２００）に情報を提示する。ユーザインターフェース（ＵＩ）２１６としては、例えば、陰極線管（ＣＲＴ）、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）ディスプレイ、及び／または、「電子インク」ディスプレイなどのディスプレイ装置に接続されるディスプレイアダプタ（図示せず）が挙げられる。いくつかの実施形態では、ユーザインターフェース（ＵＩ）２１６は、１以上の表示装置を含む。さらに、いくつかの実施形態では、プレゼンテーションインターフェースは、視覚的コンテンツを生成せずに、可聴及び／またはコンピュータで生成された音声コンテンツを生成する。例示的な実施形態では、ユーザインターフェース（ＵＩ）２１６は、外部コイル２０２と植込み型コイル２０４との間の接続が最適になるように、患者２００が外部コイル２０２を配置するのを支援するよう作られた１以上の表現または画像を表示する。いくつかの実施形態では、コンピュータ装置２１０は、ウェアラブルデバイスであってもよい。例えば、一実施形態では、コンピュータ装置２１０は腕時計であり、ユーザインターフェース（ＵＩ）２１６は腕時計に表示される。

【0018】

植込み型装置２０６は、外部コイル２０２と植込み型コイル２０４との間の電力伝送によって再充電される電池セルを含む植込み型電池パックを使用して電力供給を受けることができる。植込み型電池パックは植込み型装置であるため、植込み型電池パックで発生した熱エネルギを管理することが重要である。例えば、適切な動作を確保するために、少なくともいくつかの規則では、植込み型装置の外面が、その周囲組織の温度（すなわち、３７℃）よりも２°Ｃ以上高くならないように定められている。

【0019】

リチウムイオン電池セルを含む植込み型電池パックは、（他の種類の電池セルを含む植込み型電池パックと比較して）より多くの熱エネルギを発生させる。したがって、このような植込み型電池パックの外面を許容可能な温度に維持することを容易にするために、効果的な熱管理ソリューションが必要とされる。熱管理が効果的であればあるほど、リチウムイオン電池をより速く充電することができる。

【0020】

本開示のシステム及び方法は、植込み型電池パック内で発生した熱を、植込み型電池パックの外面（例えば、チタンハウジング）上に実質的に均一に拡散させることを容易にする。すなわち、本開示のシステム及び方法は、植込み型電池パックの外面上のホットスポットの低減を容易にする。

【0021】

本明細書で説明するように、植込み型電池パック内でより多くの熱を発生させる電子部品（例えば、電力変換装置）は、植込み型電池パックの略中央に配置されたプリント回路基板（ＰＣＢ）に搭載される。さらに、プリント回路基板（ＰＣＢ）は、熱を電池パック全体に拡散させるのを容易にするために、１以上の熱伝導ウイングに接続されている。また、熱拡散を容易にするために、グラファイトフォイル（グラファイトシート）を植込み型電池パック内に配置してもよい。

【0022】

熱放散に関しては、均質な材料の球体で、球体の中央に熱源があれば、球体の外面を均一な熱流束が通る。しかし、植込み型電池パックは、明らかに、球体とは異なる形状、及び、異なる材料の組み合わせを有している。したがって、本明細書で説明するように、本開示の技術では、植込み型電池パックの比較的均一な熱放散を容易にするために、熱絶縁性材料と導電性材料とを組み合わせることにより、電池パックの外面の特定の場所に熱を伝導する。さらに、本開示の技術では、発熱及び放熱に寄与する電子部品は、電池パック内の特定の場所に配置する。例えば、本開示の実施形態では、電力変換回路は、一般的に、電池パックの中央に配置される。

【0023】

図３Ａは、植込み型装置２０６（図２に示した）と共に使用される電子機器レイアウト３００の一実施形態の上面図である。図３Ｂは、電子機器レイアウト３００の底面図である。電子機器レイアウト３００は、植込み型装置２０６への電力供給を容易にする植込み型電池パックに含まれる。植込み型電池パックは、植込み型装置２０６内に組み込んでもよいし、植込み型装置２０６に接続してもよい。

【0024】

図３Ａ及び図３Ｂでは、電子機器レイアウト３００は、平坦な、すなわち、展開された構成で示されている。本明細書で説明するように、電子機器レイアウト３００は、植込み型電池パック内に配置するときは、折り畳んだ状態（図４に示す）で配置される。電子機器レイアウト３００は、本明細書で説明するように、植込み型電池パック内の電池セルで発生した熱を均一に拡散させることを容易にする。

【0025】

図３Ａ、図３Ｂ、及び図４に示すように、電子機器レイアウト３００は、第１のプリント回路基板（ＰＣＢ）３０２、第２のＰＣＢ３０４、第３のＰＣＢ３０６、及び第４のＰＣＢ３０８を含む。この実施形態では、マイクロコントローラ及びデジタル信号処理装置が第１のＰＣＢ３０２に搭載されており、電力変換装置及びバッテリ充電装置が第２のＰＣＢ３０４に搭載されており、フィルタリング装置（例えば、静電放電装置）が第３のＰＣＢ３０６に搭載されており、ブースト装置（例えば、ＤＣ－ＤＣステップアップコンバータ装置）が第４のＰＣＢ３０８に搭載されている。あるいは、他の適切な電子機器を、ＰＣＢ３０２、３０４、３０６、及び３０８に搭載してもよい。

【0026】

さらに、第１のフレキシブルな熱伝導コネクタ３１０が第１のＰＣＢ３０２と第２のＰＣＢ３０４との間に延在しており、第２のフレキシブルな熱伝導コネクタ３１２が第２のＰＣＢ３０４と第３のＰＣＢ３０６との間に延在しており、第３のフレキシブルな熱伝導コネクタ３１４が第３のＰＣＢ３０６と第４のＰＣＢ３０８との間に延在している。熱伝導コネクタ３１０、３１２、及び３１４は、例えば、比較的硬いＰＣＢ３０２、３０４、３０６、及び３０８の各ＰＣＢ間に延在するフレキシブルなＰＣＢであり得る。

【0027】

熱拡散を容易にするために、電子機器レイアウト３００は、比較的硬いＰＣＢ３０２、３０４、３０６、及び３０８に接続（結合）された１つ以上の熱伝導ウイングを含む。図３Ａ、図３Ｂ、及び図４に示す実施形態では、第１の熱伝導ウイング３２０が第１のＰＣＢ３０２の第１の縁部３２２に接続されており、第２の熱伝導ウイング３２４が第１のＰＣＢ３０２の第１の縁部３２２の反対側の第２の縁部３２６に接続されている。同様に、第３の熱伝導ウイング３３０が第２のＰＣＢ３０４の第１の縁部３３２に接続されており、第４の熱伝導ウイング３３４が第２のＰＣＢ３０４の第１の縁部３３２の反対側の第２の縁部３３６に接続されている。さらに、第５の熱伝導ウイング３４０が第３のＰＣＢ３０６の第１の縁部３４２に接続されており、第６の熱伝導ウイング３４４が第３のＰＣＢ３０６の第１の縁部３４２の反対側の第２の縁部３４６に接続されている。第５の熱伝導ウイング３４０及び第６の熱伝導ウイング３４４は、例えば、気密性フィードスルーへの接続を可能にする。加えて、第７の熱伝導ウイング３５０が第４のＰＣＢ３０８の第１の縁部３５２に接続されており、第８の熱伝導ウイング３５４が第４のＰＣＢ３０８の第１の縁部３５２の反対側の第２の縁部３５６に接続されている。熱伝導ウイング３２０、３２４、３３０、３３４、３４０、３４４、３５０、３５４は、例えば銅製であってよく、また、ある程度柔軟であってもよい。あるいは、熱伝導ウイング３２０、３２４、３３０、３３４、３４０、３４４、３５０、３５４は、比較的高い熱伝達係数を有する任意の適切な材料から作製してもよい。

【0028】

いくつかの実施形態では、熱伝導ウイングは、ＰＣＢ３０２、３０４、３０６、及び３０８のうちのいくつかにのみ接続されている。例えば、一実施形態では、電子機器レイアウト３００は、第３の熱伝導ウイング３３０及び第４の熱伝導ウイング３３４（両方とも第２のＰＣＢ３０４に接続される）のみを含む。

【0029】

注目すべきは、熱流束（ｑ）は、熱抵抗が最も低い経路に沿って流れることである。
具体的には、熱流束は、ｑ＝（ΔＴ＊Ａ＊λ）／Ｌで表される。式中、ΔＴは温度変化、Ａは熱が流れる断面積、Ｌは熱が流れる距離、λは熱伝達係数である。

【0030】

電子機器レイアウト３００は、図４に示すように、植込み型電池パックの内部に配置するときは、折り畳んだ状態で配置される。図４に示すように、折り畳んだ状態では、第１のＰＣＢ３０２、第２のＰＣＢ３０４、及び第４のＰＣＢ３０８は垂直方向に積層され、第２のＰＣＢ３０４は第１のＰＣＢ３０２と第４のＰＣＢ３０８との間に配置される。一般に、第２のＰＣＢ３０４（電力変換装置及び電池充電装置が搭載されている）が最も多くの熱を発生させる。したがって、第２のＰＣＢ３０４は、折り畳んだ状態の電子機器レイアウト３００（及び植込み型電池パック）内の中央に配置される。第３のＰＣＢ３０６は、折り畳んだ状態の電子機器レイアウト３００の側部（側面）に配置され、第１のＰＣＢ３０２、第２のＰＣＢ３０４、及び第４のＰＣＢ３０８に対して略垂直に（直交して）配向される。

【0031】

熱伝導ウイングが設けられていない場合、熱は、植込み型電池パックの上部及び下部の中央（すなわち、第１のＰＣＢ３０２の中央の上側、第４のＰＣＢ３０８の中央の下側）に向かって流れるであろう。空気の熱伝達係数（λ）が比較的小さいにもかかわらず、距離（Ｌ）が小さく、断面積（Ａ）が大きいため、熱は、このように流れるであろう。

【0032】

したがって、熱を効果的に管理するために、熱伝導性材料（例えば、熱伝導ウイング）を使用して、電子機器レイアウト３００（及び植込み型電池パック）の側部に向かう熱流束を増加させる。さらに、熱伝導ウイングは、サーマルビア（図示せず）によって、比較的大きな熱を発生する電子部品に接続されている。熱放散をさらに向上させるために、サーマルビアに銅を充填してもよい。

【0033】

図３Ａ、図３Ｂ、図４に示すように、第３の熱伝導ウイング３３０及び第４の熱伝導ウイング３３４は、電池セル（例えば、リチウムイオン電池セル）を第３の熱伝導ウイング３３０及び第４の熱伝導ウイング３３４に接続するためのはんだ接続部３６０を含む。電池セルは、図５及び図６（後述）に示すように、熱伝導ウイング間に配置される。

【0034】

熱を拡散させるために、熱伝導ウイングは、電池、及び、植込み型電池パックのハウジングに熱を伝導する。また、放熱性を高めるために、ハウジングの内側にグラファイトフォイル（グラファイトシート）をラミネート（配置）してもよい。グラファイトフォイルは、異方性の熱伝導性を有し、面内では、面外の約８００倍の熱を伝導する。

【0035】

図５は、電子機器レイアウト３００を含む植込み型電池パック５００を通る熱流を示す概略図である。図５に示すように、植込み型電池パックは、外側ハウジング５０２内に配置された電子部品アセンブリ３００（電子機器レイアウト３００）を含む。図５中の矢印は、植込み型電池パック５００を通る熱流を表している。

【0036】

上述のように、植込み型電池パック５００では、電池セル５０４は、熱伝導ウイング３２０、３２４、３３０、３３４、３５０、及び３５４間に配置される。さらに、プラスチック製の固定具５０８が、電池セル５０４と外側ハウジング５０２との間に配置されている。図５に示すように、第２のＰＣＢ３０４上の回路５１０で発生した熱は、第２のＰＣＢ３０４から熱伝導ウイング３３０、３３４を通ってＰＣＢ外部の電池セル５０４及びプラスチック製の固定具５０８に流れ、その後、外側ハウジング５０２に流れる。熱拡散をさらに向上させるために、プラスチック製の固定具５０８は、望ましい熱伝導率を有する材料から作製するとよい。同様に、第１のＰＣＢ３０２及び第４のＰＣＢ３０８で発生した熱は、熱伝導ウイング３２０、３２４、３５０と３５４を通ってＰＣＢ外部に流れる。このような熱流は、熱が、外側ハウジング５０２上のいくつかのスポットだけに集中するのではなく、外側ハウジング５０２上にはるかに均一に拡散するという結果をもたらす。

【0037】

図６は、植込み型電池パック５００の熱流密度［Ｗ／ｍｍ^２］の熱シミュレーション６００を示す。熱シミュレーション６００に示すように、回路５１０で発生した熱は、植込み型電池パック全体に比較的均一に分散して分布する。図６では、外側ハウジング５０２の内面に配置されたグラファイトフォイル６０２も示されている。上述のように、グラファイトフォイル６０２は、植込み型電池パック５００全体の熱拡散をさらに改善する。

【0038】

図７は、展開した状態の別の電子機器レイアウト７００の平面図である。電子機器レイアウト７００は、第１のＰＣＢ７０２、第２のＰＣＢ７０４、第３のＰＣＢ７０６、及び第４のＰＣＢ７０８を含む。この実施形態では、マイクロコントローラ及びデジタル信号処理装置が第１のＰＣＢ７０２に搭載されており、電力変換装置及びバッテリ充電装置が第２のＰＣＢ７０４に搭載されており、ブースト装置（例えば、ＤＣ－ＤＣステップアップコンバータ装置）が第４のＰＣＢ７０８に搭載されている。あるいは、他の適切な電子機器を、ＰＣＢ７０２、７０４、７０６、及び７０８に搭載してもよい。

【0039】

さらに、第１の熱伝導コネクタ７１０が第１のＰＣＢ７０２と第２のＰＣＢ７０４の間に延在しており、第２の熱伝導コネクタ７１２が第２のＰＣＢ７０４と第４のＰＣＢ７０８との間に延在しており、第３の熱伝導コネクタ７１４が第１のＰＣＢ７０２と第３のＰＣＢ７０６との間に延在している。熱伝導コネクタ７１０、７１２、及び７１４は、例えば、比較的硬いＰＣＢ７０２、７０４、７０６、及び７０８の各ＰＣＢ間に延在するフレキシブルなＰＣＢである。

【0040】

熱拡散を容易にするために、この実施形態では、電子機器レイアウト７００は、第２のＰＣＢ７０４に接続された２つの熱伝導ウイング７３０を含む。電子機器レイアウト３００（図３Ａ、図３Ｂ、図４に示す）とは対照的に、第２のＰＣＢ７０４以外のＰＣＢ７０２、７０６、及び７０８には熱伝導ウイングが接続されていない。熱伝導ウイング７３０は、例えば銅製であってよく、また、ある程度柔軟であってもよい。あるいは、熱伝導ウイング７３０は、比較的高い熱伝達係数を有する任意の適切な材料から作製してもよい。

【0041】

図８は、電子機器レイアウト７００を含む別の植込み型電池パック８００の分解図である。電子機器レイアウト３００と同様に、電子機器レイアウト７００は、植込み型電池パック８００内に配置するときは、折り畳んだ状態で配置される。図８に示すように、植込み型電池パック８００は、電子機器レイアウト７００、電池セル８０２（例えば、リチウムイオン電池セル）、プラスチック製の固定具８０４、及び、チタン製の外側ハウジング８０６を含む。植込み型電池パック８００は、グラファイトフォイル８１０（グラファイトシート）をさらに含む。２つのグラファイトフォイル８１０が示されているが、追加のグラファイトフォイルを含んでもよい（例えば、電子機器レイアウト３００の上側及び下側に配置される）。

【0042】

図９は、電子機器レイアウト７００を含む植込み型電池パック８００を通る熱流を示す概略図である。図９中の矢印は、植込み型電池パック８００を通る熱流を表している。図９に示すように、熱伝導ウイング７３０は、第２のＰＣＢ７０４のみから延びているが、それでも熱は第２のＰＣＢ７０４から電池セル８０２を通ってチタン製の外側ハウジング８０６に実質的に均一に拡散する。

【0043】

上述のように、本開示のシステム及び方法は、植込み型電池パック全体に熱をはるかに均一に拡散させることを容易にする。例えば、図１０は、本開示のシステム及び方法を実施していない植込み型電池パック１００２の熱シミュレーション１０００を示しており、図１１は、本開示のシステム及び方法を実施した植込み型電池パック１１０２の熱シミュレーション１１００を示している。図１０に示すように、植込み型電池パック１００２の熱シミュレーション１０００では、熱エネルギは、植込み型電池パック１００２の外面上の一箇所に集中している。一方、図１１に示すように、植込み型電池パック１１０２の熱シミュレーション１１００では、熱エネルギは、植込み型電池パック１１０２の外面により均一に拡散している。さらに、図１１の植込み型電池パック１１０２の外面の最高温度は、図１０の植込み型電池パック１００２の外面の最高温度と比べて０．５°Ｃ低い。

【0044】

本開示は、無線電力伝送システムにおける熱を管理するためのシステム及び方法に関する。本開示の植込み型電池パックは、ハウジングと、ハウジング内に配置された複数の電池セルと、ハウジング内に配置された電子機器レイアウトとを備え、電子機器レイアウトは、複数の電池セルに電気的に接続されている。電子機器レイアウトは、電子機器を搭載した少なくとも１つのプリント回路基板と、少なくとも１つのプリント回路基板に接続され、該プリント回路基板から延びる少なくとも１つの熱伝導ウイングと、を含み、少なくとも１つの熱伝導ウイングは、電子機器で発生した熱を植込み型電池パック全体に拡散させるように構成されている。

【0045】

本開示の実施形態及び実施例を、特定の実施形態を参照して説明したが、これらの実施形態及び実施例は、本開示の原理及び適用の単なる例示であることを理解されたい。したがって、特許請求の範囲によって定義される本開示の精神及び範囲から逸脱することなく、例示的な実施形態及び実施例に対して様々な変更を加えたり、他の構成を考案したりすることができることを理解されたい。したがって、本出願は、それらの実施形態の改変例や変形例、及びそれらの均等物を包含することを意図している。

【0046】

本明細書は、実施例を用いて、最良の実施の形態（ベストモード）を含む本発明の内容を開示し、かつ、本開示を当業者が実施（任意の装置またはシステムの作製及び使用、並びに組み込まれた任意の方法の実施を含む）することを可能にする。本発明の特許される技術範囲は、特許請求の範囲の請求項の記載によって定義され、当業者が想到可能な別の実施例も包含する。そのような別の実施例は、請求項の文言と相違しない構成要素を含む場合、または、請求項の文言とは実質的に相違しない均等な構成要素を含む場合、その請求項の範囲内に含まれるものとする。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【国際調査報告】