專利名稱：模組化儲能裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電力儲存裝置，特別是涉及一種應(yīng)用磁性電容做為儲 能元件的模組化儲能裝置。
背景技術(shù)：
隨著科技愈來愈進(jìn)步，同時(shí)，隨著消費(fèi)者對造型精巧的小型(薄型)可 攜式電子設(shè)備的需求日益成長，因?yàn)榭蓴y式電子產(chǎn)品越來越精巧，正確地 選擇提供蓄電電能的電池是產(chǎn)品能否開發(fā)成功的重要關(guān)鍵，換言之，選用電
池的條件應(yīng)考慮到的諸如外型尺寸、電壓、能量密度、溫度性能、耗電 率及充放電次數(shù)等。
工作時(shí)間是設(shè)計(jì)筆記型電腦時(shí)首要考量的問題之一。由于筆記型電腦 工作溫度高、處理器速度快并具有CD-ROM和DVD等周邊配置，因此需要非 常強(qiáng)大的功率。鋰電池(18650)是目前市面上能量密度最高同時(shí)最為經(jīng)濟(jì)的 電池，它被應(yīng)用于多數(shù)筆記型電腦中。而隨著超薄筆記型電腦和次筆記型 電腦(sub-notebook)的日漸流行，棱柱形鋰離子電池也憑借其小巧的外形
轎身筆記型電腦設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)。
因此，電池對于筆記型電腦而言非常重要，若沒有電池，筆記型電腦很 難達(dá)到攜行移動運(yùn)作。然而過去筆記型電腦的電池常常因?yàn)轶w積太大、無 法標(biāo)準(zhǔn)化，因此需要針對不同的機(jī)構(gòu)及工業(yè)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)不同的電池包裝，導(dǎo) 致電池尺寸無法統(tǒng)一規(guī)格化，不但會使電池的制造成本相對增加，而且對 于消費(fèi)者而言，若是電池?fù)p壞要更新也很麻煩，因?yàn)榭赡苁袌錾显缫淹．a(chǎn) 該型電池，或是即使有存貨，取得該存貨也是非?；ㄙM(fèi)時(shí)間。
而除了電池外，一4殳的電容或超級電容(Super capacitor)也^皮用來作 為電能儲存元件。 一般的電容雖然在制程上較為簡單，但是因?yàn)槠鋬Υ嫒?量小，只能當(dāng)做短暫儲能使用。而電池主要是利用化學(xué)能的方式來進(jìn)行能 量儲存，因此其能量儲存密度明顯優(yōu)于一般電容，而可應(yīng)用于各種電力供 應(yīng)裝置，但是其缺點(diǎn)是其所能產(chǎn)生的瞬間電力輸出會受限于化學(xué)反應(yīng)速 率，而無法快速的充放電或進(jìn)行高功率輸出，而且充放電次數(shù)有限，過度充 放時(shí)容易滋生各種問題。例如目前所使用的蓄電池，雖然標(biāo)榜著可重復(fù) 使用，但是還是有其壽命的限制。在多次充放電或在長時(shí)間不使用的情況 下，蓄電池的容量會下降，且容易損壞，原因在于蓄電池是利用化學(xué)能轉(zhuǎn)換 為電能，化學(xué)物質(zhì)要常保其活性，才不至于失效變質(zhì)，當(dāng)原來的化合物活性都作用完或?qū)⒔猛陼r(shí)，便無法再進(jìn)行新的化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致蓄電池老 化而宣告壽終。
超級電容是一種介于電池與 一般電容間的元件，又稱雙電層電容
(Electrical Double—Layer Capaci tor)，其具有比普通電容更大的容量，{旦 其缺點(diǎn)是因?yàn)橛谢瘜W(xué)材料而具有化學(xué)特性，而容易存在有如電池的漏電缺 點(diǎn)，又加上因?yàn)檫€有部分是物理特性的放電速度快的現(xiàn)象，如此一來就產(chǎn)生 有很快就會沒電的現(xiàn)象，無法達(dá)到有效蓄電功能。甚至，超級電容的耐壓 度不高，內(nèi)阻較大，因此不可以用于交流電路，且如果使用不當(dāng)會造成電 解質(zhì)泄漏等現(xiàn)象。
所以，上述現(xiàn)有傳統(tǒng)的儲能元件并無法同時(shí)具備有壽命長(高充放電次 數(shù))、高能量儲存密度、瞬間高功率輸出及快速充放電等優(yōu)點(diǎn)。
由此可見，上述現(xiàn)有的儲能元件在結(jié)構(gòu)與使用上，顯然仍存在有不便 與缺陷，而亟待加以進(jìn)一步改進(jìn)。為了解決上述存在的問題，相關(guān)廠商莫 不費(fèi)盡心思來謀求解決之道，但是長久以來一直未見適用的設(shè)計(jì)被發(fā)展完 成，而一般產(chǎn)品又沒有適切結(jié)構(gòu)能夠解決上述問題，此顯然是相關(guān)業(yè)者急欲 解決的問題。因此如何能創(chuàng)設(shè)一種新型結(jié)構(gòu)的模組化儲能裝置，開發(fā)一種
具有標(biāo)準(zhǔn)化尺寸且同時(shí)倶備壽命長(高充放電次數(shù))、高能量儲存密度、瞬 間高功率輸出及快速充放電等優(yōu)點(diǎn)的儲能裝置供可攜式電子裝置使用確實(shí)
非常必要，實(shí)屬當(dāng)前重要研發(fā)課題之一，亦成為當(dāng)前業(yè)界極需改進(jìn)的目標(biāo)。
有鑒于上述現(xiàn)有的儲能元件存在的缺陷，本發(fā)明人基于從事此類產(chǎn)品
設(shè)計(jì)制造多年豐富的實(shí)務(wù)經(jīng)驗(yàn)及專業(yè)知識，并配合學(xué)理的運(yùn)用，積極加以
研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種新型結(jié)構(gòu)的模組化儲能裝置，能夠改進(jìn)一般現(xiàn)有
的儲能元件，使其更具有實(shí)用性。經(jīng)過不斷的研究、設(shè)計(jì)，并經(jīng)過反復(fù)試作
樣品及改進(jìn)后，終于創(chuàng)設(shè)出確具實(shí)用價(jià)值的本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，克服現(xiàn)有的儲能元件存在的缺陷，而提供一種新 型結(jié)構(gòu)的模組化儲能裝置，所要解決的技術(shù)問題是提供一種具有標(biāo)準(zhǔn)化尺 寸且同時(shí)具備壽命長(高充放電次數(shù))、高能量儲存密度、瞬間高功率輸出 及快速充放電等優(yōu)點(diǎn)的具有磁性電容(magnetic capacitor)模組化儲能裝
置，非常適于實(shí)用。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。依據(jù) 本發(fā)明提出的一種模組化儲能裝置，該模組化儲能裝置包括 一外殼； 一導(dǎo) 接介面，外露于該外殼； 一磁性電容單元，設(shè)置于該外殼內(nèi)； 一充電單元，設(shè) 置于該外殼內(nèi)并電性連接該導(dǎo)接介面及^t性電容單元； 一電壓調(diào)節(jié)單元，設(shè)
置于該外殼內(nèi)并電性連接該導(dǎo)接介面及磁性電容單元；以及一控制單元，與該磁性電容單元、該充電單元及該電壓調(diào)節(jié)單元電性連接，以適時(shí)控制該 充電單元根據(jù)由該導(dǎo)接介面的訊號而對該^茲性電容單元充電，或控制該電 壓調(diào)節(jié)單元對該磁性電容單元進(jìn)行升壓或降壓轉(zhuǎn)換，以輸出一定電壓至該 導(dǎo)接介面。
本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。 較佳地，前述的模組化儲能裝置，其中所述的磁性電容單元包含至少一 個(gè)》茲性電容。
較佳地，前述的模組化儲能裝置，其中所述的磁性電容單元包含由復(fù)數(shù) 個(gè)磁性電容以串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)方式組成的一磁性電容組。
較佳地，前述的模組化儲能裝置，其中所述的磁性電容包含有一第一磁 性電極、 一第二磁性電極以及設(shè)置于其間的一介電層，其中該第一磁性電極 與第二磁性電極內(nèi)具有磁偶極以抑制該磁性電容的漏電流。
較佳地，前述的模組化儲能裝置，其中所述的第 一磁性電極包含有一 第一磁性層，具有排列成第一方向的磁偶極； 一第二磁性層，具有排列成 第二方向的磁偶極；以及一隔離層，包含有非磁性材料，設(shè)置于該第一磁性 層與該第二磁性層之間；其中該第一方向與該第二方向互為反向，以抑制
該/磁性電容的漏電流。
較佳地，前述的模組化儲能裝置，其中所述的第一磁性電極與第二磁性
電極是包含有稀土元素，該介電層是由氧化鈦(Ti03)、氧化鋇鈦(BaTiO》或
一半導(dǎo)體層所構(gòu)成。
較佳地，前述的模組化儲能裝置，其中所述的半導(dǎo)體層為氧化硅。 較佳地，前述的模組化儲能裝置，其中所述的模組化儲能裝置還包括一
設(shè)置于該外殼且可滑動地覆蓋于該導(dǎo)接介面上方的蓋體，當(dāng)該儲能裝置置
入該存取裝置的容置空間時(shí)，該蓋體會被推開以便該存取裝置對該導(dǎo)接介
面進(jìn)行存取動作。
較佳地，前述的模組化儲能裝置，其中所述的控制單元在判斷該磁性電 容單元的電量低于一臨界值且確定該電源訊號輸入該充電單元，令該充電 單元對該磁性電容單元進(jìn)行充電。
較佳地，前述的模組化儲能裝置，其中所述的控制單元在判斷該磁性電 容單元的電量高于 一 臨界值且確定該導(dǎo)接介面連接一 負(fù)載時(shí)，令該電壓調(diào) 節(jié)單元對該磁性電容單元的輸出電壓進(jìn)行升/降壓轉(zhuǎn)換，以輸出該定電壓至 該導(dǎo)接介面以供給該負(fù)載。
較佳地，前述的模組化儲能裝置，其中所述的導(dǎo)接介面的訊號是為電源 所產(chǎn)的訊號，是一直流電壓。
較佳地，前述的模組化儲能裝置，其中所述的導(dǎo)接介面包括一正極接點(diǎn) 及一負(fù)極接點(diǎn)。較佳地，前述的模組化儲能裝置，其中所述的模組化儲能裝置還包括 一偵測該磁性電容單元的溫度的溫度感測器，且該溫度感測器可輸出 一 溫 度資訊給該控制單元，使根據(jù)該溫度資訊控制該充電單元的充電電流大小。
較佳地，前述的模組化儲能裝置，其中所述的磁性電容單元還包括一過 電流保護(hù)電路，其連接在該^茲性電容組的正、負(fù)極兩端之間，用以保護(hù)該 磁性電容組不致因充/放電電流過大而燒毀。
較佳地，前述的模組化儲能裝置，其中所述的過電流保護(hù)電路包含一與 磁性電容組的正極端連接的保險(xiǎn)絲及一保護(hù)電路， 一 串接在磁性電容組的 負(fù)極端并受該保護(hù)電路控制的開關(guān)，以及一連接在該保護(hù)電路與磁性電容 組的負(fù)極端之間的電阻，該電阻偵測該磁性電容組的輸出電流并送給該保 護(hù)電路，該保護(hù)電路可根據(jù)該輸出電流決定是否切斷該開矢，使該磁性電 容組停止供電。
較佳地，前述的模組化儲能裝置，其中所述的模組化儲能裝置是可抽離 地容置于一可攜式電子裝置內(nèi)部，以供電給該可攜式電子裝置。
較佳地，前述的模組化儲能裝置，其中所述的控制單元還將該磁性電容 單元的使用狀態(tài)及儲存電力送至該電子裝置的一顯示器顯示。
較佳地，前述的模組化儲能裝置，其中所述的外殼是呈薄型或卡片型。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)和有益效果。借由上述技術(shù)方
案，本發(fā)明模組化儲能裝置至少具有下列優(yōu)點(diǎn)及有益效果
1、 本發(fā)明的模組化儲能裝置，可以被設(shè)計(jì)成單一尺寸(標(biāo)準(zhǔn)化、薄型 化)，其厚度可以設(shè)計(jì)成像3.5吋軟碟片一樣或者更薄，因此生產(chǎn)者不只可 標(biāo)準(zhǔn)化大量生產(chǎn)，而且消費(fèi)者可以輕易地更換，出門時(shí)也可以多帶幾片薄 型的模組化儲能裝置在身上，如此不但使得制造成本下降，更增加實(shí)際使 用的便利性。甚至，可以將單一尺寸(標(biāo)準(zhǔn)化、薄型化)的模組化儲能裝置 在便利商店、超商、專賣店進(jìn)行回收、販?zhǔn)?，以增加其普及使用性?br> 2、 另外，由于模組化儲能裝置的體積小，更適合諸如筆記型電腦、手 機(jī)、PDA之類的可攜式電子產(chǎn)品使用，因此，可攜式電子產(chǎn)品中甚至可以容 置多個(gè)模組化儲能裝置以同時(shí)或輪流使用多個(gè)模組化儲能裝置所提供的電 力。
綜上所述，本發(fā)明是有關(guān)于一種模組化儲能裝置，是為磁性電容儲能 卡設(shè)計(jì)，具有一組裝于外殼內(nèi)的磁性電容單元， 一與該磁性電容單元電連接 且外露于該外殼的導(dǎo)接介面， 一與該導(dǎo)接介面電性連接的充電單元， 一與 該導(dǎo)接介面電性連接的電壓調(diào)節(jié)單元，及一與該導(dǎo)接介面、該充電單元及 該電壓調(diào)節(jié)單元電性連接的控制單元，其可適時(shí)控制該充電單元根據(jù)由該 導(dǎo)接介面輸入的一電源訊號對該磁性電容單元充電，或控制該電壓調(diào)節(jié)單 元對該磁性電容單元的輸出電壓進(jìn)行升壓或降壓轉(zhuǎn)換，以輸出 一定電壓至該導(dǎo)接介面。本發(fā)明提供一種具有標(biāo)準(zhǔn)化尺寸且同時(shí)具備壽命長(高充放電 次數(shù))、高能量儲存密度、瞬間高功率輸出及快速充放電等優(yōu)點(diǎn)的具有磁性
電容(magnetic capacitor)模組化儲能裝置，非常適于實(shí)用。其具有上述諸 多優(yōu)點(diǎn)及實(shí)用價(jià)值，不論在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)或功能上皆有較大改進(jìn)，在技術(shù)上有 顯著的進(jìn)步，并產(chǎn)生了好用及實(shí)用的效果，且較現(xiàn)有的儲能元件具有增進(jìn) 的突出功效，從而更加適于實(shí)用，誠為一新穎、進(jìn)步、實(shí)用的新設(shè)計(jì)。
上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的 技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本發(fā)明的上述和 其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉較佳實(shí)施例，并配合附 圖，詳細(xì)i兌明如下。


圖1是繪示本發(fā)明模組化儲能裝置一較佳實(shí)施例的外觀及使用狀態(tài)立 體示意圖。
圖2是繪示本較佳實(shí)施例的模組化儲能裝置的內(nèi)部電路方塊圖。
圖3是繪示本較佳實(shí)施例的模組化儲能裝置的殼體表面具有一可滑動
地蓋設(shè)置于導(dǎo)接介面上的蓋體的示意圖。
圖4是繪示本較佳實(shí)施例的磁性電容單元的充放電特性曲線圖。
圖5是繪示本較佳實(shí)施例的磁性電容與其他傳統(tǒng)能量儲存媒介的比較
示意圖。
圖6是繪示本較佳實(shí)施例中的磁性電容的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖7是繪示本較佳實(shí)施例的磁性電容另一實(shí)施例中第一磁性電極的結(jié) 構(gòu)示意圖。
圖8是繪示本發(fā)明另 一較佳實(shí)施例中 一磁性電容組的示意圖。 圖9是繪示本較佳實(shí)施例的一過電流保護(hù)電路的詳細(xì)電路圖。
具體實(shí)施例方式
為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功 效，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的模組化儲能裝置其具 體實(shí)施方式、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。
有關(guān)本發(fā)明的前述及其他技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)與功效，在以下配合參考圖 式的一個(gè)較佳實(shí)施例的詳細(xì)說明中，將可清楚的呈現(xiàn)。
請參閱圖1及圖2所示，圖1是本發(fā)明模組化儲能裝置一較佳實(shí)施例 的外觀及使用狀態(tài)立體示意圖，圖2是本較佳實(shí)施例的模組化儲能裝置的 內(nèi)部電路方塊圖。本發(fā)明較佳實(shí)施例的模組化儲能裝置1,可為磁性電容儲 能卡設(shè)計(jì)，供可抽離地容置于一可攜式電子裝置2內(nèi)部，例如圖1所示的筆記型電腦，或其它諸如移動電話、數(shù)字相機(jī)、PDA等，以供電給該等可攜式電
子裝置2。
磁性電容儲能卡1，包括一殼體10， 一外露于該殼體10的導(dǎo)接介面 11，以及容置于殼體10內(nèi)部的一磁性電容單元12， 一分別與磁性電容單元 l2及導(dǎo)接介面11電連接的充電單元13， 一分別與磁性電容單元12及導(dǎo)接 介面11電連接的電壓調(diào)節(jié)單元14，以及一分別與磁性電容單元12、充電 單元13及電壓調(diào)節(jié)單元14電連接，以適時(shí)控制充電單元13及電壓調(diào)節(jié)單 元14作動的控制單元15。
并且如圖3所示，是本較佳實(shí)施例的模組化儲能裝置的殼體表面具有 一可滑動地蓋設(shè)置于導(dǎo)接介面上的蓋體的示意圖，導(dǎo)接介面11包括用以與 可攜式電子裝置2電性連接的一正極接點(diǎn)111及一負(fù)電極接點(diǎn)112。
充電單元13通過導(dǎo)接介面11獲得來自外部，即所連接的可攜式電子 裝置2的一直流電壓(電源訊號)，以根據(jù)該直流電壓產(chǎn)生一充電電壓對磁 性電容單元12充電。關(guān)于充電單元12的實(shí)體電路，例如可以利用LINEAR TECHNOLOGY生產(chǎn)的型號為LTC1325 (電池管理元件)的元件規(guī)格書中揭露的 一電池充電電3各來實(shí)現(xiàn)。
電壓調(diào)節(jié)單元14用以對磁性電容單元12輸出的電壓(放電電壓)進(jìn)行 升/降壓轉(zhuǎn)換，以產(chǎn)生一定電壓并輸出至導(dǎo)接介面11。請參閱圖4所示，是 繪示本較佳實(shí)施例的磁性電容單元12的充放電特性曲線圖，由圖中顯示的 放電曲線可知，磁性電容單元12放電時(shí)的電壓并非如同一般蓄電池維持在 一定值，而是呈現(xiàn)隨著放電時(shí)間迅速遞減的趨勢。因此，在本實(shí)施例中，必 須通過電壓調(diào)節(jié)單元14對磁性電容單元12的放電電壓進(jìn)行適當(dāng)?shù)纳?降壓 轉(zhuǎn)換，以由電壓調(diào)節(jié)單元14輸出維持在一定值的定電壓(直流電壓)輸出至 導(dǎo)接介面11。
控制單元15連接充電單元13及電壓調(diào)節(jié)單元l4，用以適時(shí)地控制充 電單元13對石茲性電容單元12充電，或控制該電壓調(diào)節(jié)單元l4對磁性電容 單元12的輸出電壓進(jìn)行升/降壓轉(zhuǎn)換。
此外，模組化儲能裝置1內(nèi)部還設(shè)有一溫度感測器17，用以感測磁性電 容單元12的溫度并將所感測的溫度資訊送給控制單元15。
且如圖3所示，在模組化儲能裝置1的外殼10上還設(shè)有一可滑動地覆 蓋導(dǎo)接介面11的蓋體16，當(dāng)模組化儲能裝置1置入于可攜式電子裝置2內(nèi) 時(shí)，蓋體16會被可攜式電子裝置2推開，使導(dǎo)接介面ll外露而可以與可攜 式電子裝置2的內(nèi)部電路電連接，以供可攜式電子裝置2進(jìn)行存取動作。
本實(shí)施例的磁性電容單元12的容量可以視模組化儲能裝置1的應(yīng)用領(lǐng) 域或使用對象所需電力來設(shè)計(jì)，它可以只由單一個(gè)/f茲性電容(magnetic capacitor)構(gòu)成或由復(fù)數(shù)個(gè)磁性電容以串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)方式組成一磁性電容組。
并且磁性電容(magnetic capacitor)具有輸出電流大、體積小、重量 輕、超長使用壽命、充放電能力佳以及沒有充電記憶效應(yīng)等特性，因此非 常適于做為儲能元件以取代傳統(tǒng)電池。所以，本發(fā)明的一特征在于使用石茲 性電容作為能量儲存裝置以及電力來源。值得注意的是，相較于一般的電 容，磁性電容可借由于上、下電極處形成的磁場，來抑制漏電流，并能大幅 提升能量儲存密度，故可作為 一極佳的能量儲存裝置或電力供應(yīng)來源。
請參閱圖5所示，是本較佳實(shí)施例的磁性電容與其他傳統(tǒng)的能量儲存 媒介的比較示意圖。如圖5所示，由于傳統(tǒng)能量儲存媒介(例如傳統(tǒng)電池或 超級電容)主要是利用化學(xué)能的方式來進(jìn)行能量儲存，因此其能量儲存密度 將會明顯優(yōu)于一般電容，而可應(yīng)用于各種電力供應(yīng)裝置，但在此同時(shí)，其所 能產(chǎn)生的瞬間電力輸出亦會受限于化學(xué)反應(yīng)速率，而無法快速的充放電或 進(jìn)行高功率輸出，且充放電次數(shù)有限，過度充放時(shí)容易滋生各種問題。相 較于此，由于磁性電容中儲存的能量全部是以電位能的方式進(jìn)行儲存，因 此，除了具有可與一般電池或超級電容匹配的能量儲存密度外，更因充分保 有電容的特性，而具有壽命長(高充放電次數(shù))、無記憶效應(yīng)、可進(jìn)行高功 率輸出、快速充放電等特點(diǎn)，故可有效解決當(dāng)前電池所遇到的各種問題。
請參閱圖6所示，是本發(fā)明一較佳實(shí)施例中的磁性電容400的結(jié)構(gòu)示 意圖。磁性電容400包含有一第一磁性電極110、 一第二磁性電極120,以 及位于其間的一介電層130。其中第一磁性電極110與第二磁性電極是 由具有磁性的導(dǎo)電材料所構(gòu)成，并借由適當(dāng)?shù)耐饧与妶鲞M(jìn)行磁化，使第 一磁 性電極110與第二磁性電極120內(nèi)分別形成磁偶極(magenetic dipole)115 與磁偶極125，以在》茲性電容400內(nèi)部構(gòu)成一》茲場，對帶電粒子的移動造成 影響，乂人而抑制；茲性電容400的漏電流。
需要特別強(qiáng)調(diào)的是，圖6中的磁偶極115與磁偶極I"的箭頭方向只 為一示意圖。對熟習(xí)該項(xiàng)技藝的技術(shù)人員而言，應(yīng)可了解到磁偶極115與 磁偶極125實(shí)際上是由多個(gè)整齊排列的微小磁偶極所疊加而成，且在本發(fā) 明中，磁偶極115與磁偶極125最后形成的方向并無限定，例如可指向同 一方向或不同方向。介電層130則是用來分隔第一磁性電極110與第二磁 性電極120,以在第一磁性電極110與第二磁性電極120處累積電荷，儲存 電位能。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，第一磁性電極110與第二磁性電極 是包含有磁性導(dǎo)電材質(zhì)，例如稀土元素，介電層130是由氧化鈦(Ti03)、氧 化鋇鈥(BaTiO》或一半導(dǎo)體層，例如氧化硅(silicon oxide)所構(gòu)成，然而 本發(fā)明并不限于此，第一磁性電極110、第二磁性電極與介電層130均 可視產(chǎn)品的需求而選用適當(dāng)?shù)钠渌牧稀?br> 現(xiàn)比喻說明本發(fā)明的磁性電容的操作原理如下。物質(zhì)在一定磁場下電阻改變的現(xiàn)象，稱為"磁阻效應(yīng)"，磁性金屬和合金材料一般都有這種磁電 阻現(xiàn)象，在通常情況下，物質(zhì)的電阻率在磁場中只產(chǎn)生輕微的減小；在某
種條件下，電阻率減小的幅度相當(dāng)大，比通常磁性金屬與合金材料的磁電
阻值高出10倍以上，而能夠產(chǎn)生很龐大的磁阻效應(yīng)。若是進(jìn)一步結(jié)合 Maxwell-Wagner電路模型，磁性顆粒復(fù)合介質(zhì)中也可能會產(chǎn)生很龐大的磁 電容效應(yīng)。
在傳統(tǒng)的一般電容中，電容值C是由電容的面積A、介電層的介電常數(shù) s。^及厚度d決定，如下式一。然而在本發(fā)明中，磁性電容400主要利用第 一磁性電極110與第二磁性電極120中整齊排列的磁偶極來形成磁場來，使 內(nèi)部儲存的電子朝同一自旋方向轉(zhuǎn)動，進(jìn)行整齊的排列，故可在同樣條件 下，容納更多的電荷，進(jìn)而增加能量的儲存密度。類比于傳統(tǒng)電容，磁性電 容400的運(yùn)作原理相當(dāng)于借由磁場的作用來改變介電層130的介電常數(shù)，故 而造成電容值的大幅提升。
一 J
此外，在本實(shí)施例中，第一磁性電極110與介電層130之間的介面131 以及第二磁性電極120與介電層130之間的介面132均是為一不平坦的表 面，以借由增加表面積A的方式，進(jìn)一步提升磁性電容400的電容值C。
請參閱圖7所示，是本發(fā)明另一較佳實(shí)施例中第一磁性電極110的結(jié) 構(gòu)示意圖。第一磁性電極110為一多層結(jié)構(gòu)，包含有一第一磁性層ll2、 一 隔離層114以及一第二磁性層116。其中，隔離層114是由非磁性材料所構(gòu) 成，而第一磁性層112與第二磁性層116則包含有具有磁性的導(dǎo)電材料，并 在磁化時(shí)，借由不同的外加電場，使得第一磁性層112與第二磁性層114 中的磁偶極113與117分別具有不同的方向，例如在本發(fā)明的一較佳實(shí)施 例中，磁偶極113與磁偶極117的方向?yàn)榉聪?，而能進(jìn)一步抑制磁性電容 400的漏電流。此外，需要強(qiáng)調(diào)的是，磁性電極110的結(jié)構(gòu)并不限于前述的 三層結(jié)構(gòu)，而可以類似的方式，以復(fù)數(shù)個(gè)磁性層與非磁性層不斷交錯的堆 疊，再借由各磁性層內(nèi)磁偶極方向的調(diào)整來進(jìn)一步抑制磁性電容400的漏電 流，甚至可以達(dá)到幾乎無漏電流的效果。
此外，由于傳統(tǒng)儲能元件多半以化學(xué)能的方式進(jìn)行儲存，因此都需要 有一定的尺寸，否則往往會造成效率的大幅下降。相較于此，本發(fā)明的磁 性電容400是以電位能的方式進(jìn)行儲存，且因所使用的材料可適用于半導(dǎo) 體制程，故可借由適當(dāng)?shù)陌雽?dǎo)體制程來形成^f茲性電容400以及周邊電路連 接，進(jìn)而可以縮小磁性電容400的體積與重量，由于此制作方法可使用一般 的半導(dǎo)體制程，其應(yīng)為熟習(xí)該項(xiàng)技藝的技術(shù)人員所熟知，故在此不再予以贅述。
請參閱圖8所示，是本發(fā)明另一實(shí)施例中一磁性電容組500的結(jié)構(gòu)示 意圖。承前所述，在本實(shí)施例中，是利用半導(dǎo)體制程在一硅基板上制作復(fù)
數(shù)個(gè)小尺寸的磁性電容400,并借由適當(dāng)?shù)慕饘倩瞥?，在該?fù)數(shù)個(gè)磁性電 容400間形成電連接，從而構(gòu)成一個(gè)包含有多個(gè)磁性電容400的磁性電容 組500，再以該磁性電容組500作為能量儲存裝置或外部裝置的電力供應(yīng)來 源。在本實(shí)施例中，磁性電容組500內(nèi)的復(fù)數(shù)個(gè)磁性電容400是以類似陣 列的方式電連接，然而本發(fā)明并不限于此，而可根據(jù)不同的電壓或電容值 需求，進(jìn)行適當(dāng)?shù)拇?lián)或并聯(lián)，以滿足各種不同裝置的電力供應(yīng)需求。
并且儲能裝置1由于體體小，可以被設(shè)計(jì)成單一尺寸，其厚度可以設(shè) 計(jì)成像3. 5吋軟碟片一樣或者更薄，因此生產(chǎn)者不只可標(biāo)準(zhǔn)化大量生產(chǎn)，而 且消費(fèi)者可以輕易地更換電池，出門時(shí)也可以多帶幾片儲能卡在身上，如此 不但使電池制造成本下降，更增加了實(shí)際使用的便利性。
再者，可以將單一尺寸(標(biāo)準(zhǔn)化、薄型化)的磁性電容儲能卡在便利商 店、超商、專賣店進(jìn)行回收、販?zhǔn)?，以增加其普及使用性。并且由于儲?裝置1的體積小更適合諸如筆記型電腦、手機(jī)、PDA之類的可攜式電子產(chǎn)品 使用，因此，可攜式電子產(chǎn)品中甚至可以容置多顆儲能裝置1,以同時(shí)或輪 流使用多顆儲能裝置1所提供的電力。
所以，請參閱圖2所示，當(dāng)模組化儲能裝置1置入可攜式電子裝置2 內(nèi)時(shí)，其導(dǎo)接介面11會與可攜式電子裝置2電連接，此時(shí)，設(shè)若模組化儲 能裝置1的磁性電容單元12仍存有部分電力，磁性電容單元12會輸出電 壓給電壓調(diào)節(jié)單元14，使電壓調(diào)節(jié)單元14輸出一定電壓給控制單元l5，讓 控制單元15可以開始運(yùn)作，并偵測磁性電容單元12的電量是否低于一臨 界值(例如低于總電量的25%),若是，則判斷此時(shí)可攜式電子裝置2是否經(jīng) 由導(dǎo)接介面11提供一直流電壓給充電單元13,若是，則令充電單元l3工 作，以對磁性電容單元12進(jìn)行充電，并提供電力給控制單元13。同時(shí)，控制 單元15并根據(jù)溫度感測器17傳來的磁性電容單元12的溫度資訊，控制充 電單元13輸出的充電電流大小，使磁性電容單元12不致在充電過程中因 充電電流太大而過熱而燒毀。而且在充電過程中，控制單元15會提供一充 電訊息給可攜式電子裝置2，并顯示在其顯示器上。
并且當(dāng)控制單元15偵測磁性電容單元l2已充飽電，即令充電單元13 停止工作，并送出一充電完畢訊息給可攜式電子裝置2。
而且控制單元15偵測磁性電容單元12的電力并提供一電力訊息給可 攜式電子裝置2，并在偵測磁性電容單元12的電力高于臨界值時(shí)，令電壓 調(diào)節(jié)單元14將^f茲性電容單元12的輸出電壓轉(zhuǎn)換成一定電壓后輸出給可攜 式電子裝置2使用。再者，為了保護(hù)模組化儲能裝置1中的磁性電容單元12，使其不致因
輸出/入電流過大而燒毀，如圖9所示，是本較佳實(shí)施例的一過電流保護(hù)電 路的詳細(xì)電路圖，本實(shí)施例的磁性電容單元12中除了磁性電容(組)121之 外，還包括一過電流保護(hù)電路122。過電流保護(hù)電路122中包含一串接在磁 性電容(組)121的正極端的保險(xiǎn)絲123,以及一與磁性電容(組)121的正極 端連接的保護(hù)電路124， 一串接在磁性電容(組)121的負(fù)極端并受保護(hù)電路 124控制的開關(guān)125，以及一連接在保護(hù)電路124與磁性電容(組)121的負(fù) 極端之間的電阻126。
其中保險(xiǎn)絲123在磁性電容(組)121充/放電過程中，當(dāng)流經(jīng)電流過大 時(shí)會過熱燒斷，以保護(hù)^t性電容(組)121;電阻126偵測磁性電容(組)121 的輸出(放電)電流并送給保護(hù)電路124，使保護(hù)電路124發(fā)現(xiàn)輸出電流突然 變大時(shí)可以立即切斷開關(guān)125，使磁性電容(組)121停止供電，以保護(hù)磁性 電容(組)121不致因輸出電流過大而燒毀。
綜上所述，上述實(shí)施例借由在模組化儲能裝置1中設(shè)置充電單元13對 磁性電容單元12充電，并設(shè)置電壓調(diào)節(jié)單元14對/F茲性電容單元12的放電 電壓進(jìn)行穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換，且借由控制單元15根據(jù)磁性電容單元12的電力及溫 度狀態(tài)，適時(shí)地控制充電單元13或電壓調(diào)節(jié)單元14作動，以對磁性電容 單元12進(jìn)行適當(dāng)?shù)某?放電作業(yè)。而且本發(fā)明的磁性電容因?yàn)樗褂玫牟?料可適用于半導(dǎo)體制程，故可借由適當(dāng)?shù)陌雽?dǎo)體制程來形成磁性電容以及 周邊電路連接，進(jìn)而可以縮小模組化儲能裝置1的體積與重量，并使模組 化儲能裝置1可以標(biāo)準(zhǔn)化為單一尺寸。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式 上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā) 明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)，當(dāng)可利 用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但 凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例 所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍 內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種模組化儲能裝置，其特征在于該模組化儲能裝置包括一外殼；一導(dǎo)接介面，外露于該外殼；一磁性電容單元，設(shè)置于該外殼內(nèi)；一充電單元，設(shè)置于該外殼內(nèi)并電性連接該導(dǎo)接介面及該磁性電容單元；一電壓調(diào)節(jié)單元，設(shè)置于該外殼內(nèi)并電性連接該導(dǎo)接介面及該磁性電容單元；以及一控制單元，與該磁性電容單元、該充電單元及該電壓調(diào)節(jié)單元電性連接，以適時(shí)控制該充電單元根據(jù)由該導(dǎo)接介面的訊號而對該磁性電容單元充電，或控制該電壓調(diào)節(jié)單元對該磁性電容單元進(jìn)行升壓或降壓轉(zhuǎn)換，以輸出一定電壓至該導(dǎo)接介面。
2、 如權(quán)利要求1所述的模組化儲能裝置，其特征在于其中所述的^f茲性 電容單元包含至少 一個(gè)磁性電容。
3、 如權(quán)利要求1所述的模組化儲能裝置，其特征在于其中所述的磁性 電容單元包含由復(fù)數(shù)個(gè)磁性電容以串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)方式組成的一磁性 電容組。
4、 如權(quán)利要求3所述的模組化儲能裝置，其特征在于其中所述的磁性電容包含有一第一磁性電極、 一第二磁性電極以及設(shè)置于其間的一介電 層，其中該第 一磁性電極與第二磁性電極內(nèi)具有磁偶極以抑制該磁性電容的漏電5充。
5、 如權(quán)利要求4所述的模組化儲能裝置，其特征在于其中所述的第一 磁性電極包含有 一第一磁性層，具有排列成第一方向的磁偶極； 一第二 磁性層，具有排列成第二方向的磁偶極；以及一隔離層，包含有非磁性材 料，設(shè)置于該第一磁性層與該第二磁性層之間；其中該第一方向與該第二方 向互為反向，以抑制該^茲性電容的漏電流。
6、 如權(quán)利要求4所述的模組化儲能裝置，其特征在于其中所述的第一 磁性電極與第二磁性電極是包含有稀土元素，該介電層是由氧化鈦、氧化 鋇鈦或一半導(dǎo)體層所構(gòu)成。
7、 如權(quán)利要求6所述的模組化儲能裝置，其特征在于其中所述的半導(dǎo) 體層為氧化硅。
8、 如權(quán)利要求1所述的模組化儲能裝置，其特征在于其中所述的模組 化儲能裝置還包括一設(shè)置于該外殼且可滑動地覆蓋于該導(dǎo)接介面上方的蓋 體，當(dāng)該儲能裝置置入該存取裝置的容置空間時(shí)，該蓋體會被推開以便該存取裝置對該導(dǎo)接介面進(jìn)行存取動作。
9、 如權(quán)利要求1所述的模組化儲能裝置，其特征在于其中所述的控制 單元在判斷該磁性電容單元的電量低于一臨界值且確定該電源訊號輸入該 充電單元，令該充電單元對該磁性電容單元進(jìn)行充電。
10、 如權(quán)利要求1所述的模組化儲能裝置，其特征在于其中所述的控制 單元在判斷該磁性電容單元的電量高于一臨界值且確定該導(dǎo)接介面連接一 負(fù)載時(shí)，令該電壓調(diào)節(jié)單元對該磁性電容單元的輸出電壓進(jìn)行升/降壓轉(zhuǎn) 換，以輸出該定電壓至該導(dǎo)接介面以供給該負(fù)載。
11、 如權(quán)利要求1所述的模組化儲能裝置，其特征在于其中所述的導(dǎo)接 介面的訊號是為電源所產(chǎn)的訊號，是一直流電壓。
12、 如權(quán)利要求1所述的模組化儲能裝置，其特征在于其中所述的導(dǎo)接 介面包括一正極接點(diǎn)及一負(fù)極接點(diǎn)。
13、 如權(quán)利要求1所述的模組化儲能裝置，其特征在于其中所述的模組 化儲能裝置還包括一偵測該磁性電容單元的溫度的溫度感測器，且該溫度 感測器可輸出一溫度資訊給該控制單元，使根據(jù)該溫度資訊控制該充電單 元的充電電流大小。
14、 如權(quán)利要求3所述的模組化儲能裝置，其特征在于其中所述的磁性 電容單元還包括一過電流保護(hù)電路，其連接在該磁性電容組的正、負(fù)極兩 端之間，用以保護(hù)該磁性電容組不致因充/放電電流過大而燒毀。
15、 如權(quán)利要求14所述的模組化儲能裝置，其特征在于其中所述的過電流保護(hù)電路包含一與磁性電容組的正極端連接的保險(xiǎn)絲及一保護(hù)電 路， 一串接在磁性電容組的負(fù)極端并受該保護(hù)電路控制的開關(guān)，以及一連接在該保護(hù)電路與磁性電容組的負(fù)極端之間的電阻，該電阻偵測該磁性電容 組的輸出電流并送給該保護(hù)電路，該保護(hù)電路可根據(jù)該輸出電流決定是否 切斷該開關(guān)，使該磁性電容組停止供電。
16、 如權(quán)利要求1所述的模組化儲能裝置，其特征在于其中所述的模組 化儲能裝置是可抽離地容置于一可攜式電子裝置內(nèi)部，以供電給該可攜式 電子裝置。
17、 如權(quán)利要求16所述的模組化儲能裝置，其特征在于其中所述的控 制單元還將該磁性電容單元的使用狀態(tài)及儲存電力送至該電子裝置的一顯 示器顯示。
18、 如權(quán)利要求1所述的模組化儲能裝置，其特征在于其中所述的外殼 是呈薄型或卡片型。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)于一種模組化儲能裝置，是為磁性電容儲能卡設(shè)計(jì)，具有一組裝于外殼內(nèi)的磁性電容單元，一與該磁性電容單元電連接且外露于該外殼的導(dǎo)接介面，一與該導(dǎo)接介面電性連接的充電單元，一與該導(dǎo)接介面電性連接的電壓調(diào)節(jié)單元，及一與該導(dǎo)接介面、該充電單元及該電壓調(diào)節(jié)單元電性連接的控制單元，其可適時(shí)控制該充電單元根據(jù)由該導(dǎo)接介面輸入的一電源訊號對該磁性電容單元充電，或控制該電壓調(diào)節(jié)單元對該磁性電容單元的輸出電壓進(jìn)行升壓或降壓轉(zhuǎn)換，以輸出一定電壓至該導(dǎo)接介面。本發(fā)明具有標(biāo)準(zhǔn)化尺寸，且同時(shí)具備壽命長(高充放電次數(shù))、高能量儲存密度、瞬間高功率輸出及快速充放電等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H02J15/00GK101626170SQ200810133509
公開日2010年1月13日 申請日期2008年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月11日
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