TW201008074A - Electricity supply module and electricity supply apparatus - Google Patents

Description

201008074 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 —本發明係有_—種電力供應裝置，尤指—種將複數個儲能 元件整合至一機箱裡的電力供應裝置。 【先前技術】 、般說來傳統電力供應系統係由多個錯酸電池堆叠而成（串 ❹聯或並聯）安裝於機房内，由於錯酸電池具有重量重且體積大等 缺點，使得整個電力供應系統不僅笨重且佔空間。 【發明内容】 因此’本發明的目的之一在於提供一種將複數個儲能元件（磁 性電容電池）整合至一電力供應模組，以及將複數個電力供應模 組整合至一機箱裡的電力供應裝置，以解決上述問題。 依據本發明之申睛專利範圍，其係揭露一種電力供應模組。 該電力供應模組包含有：一母板（motherboard);至少一儲能元 件，文裝於該母板上；以及一連接埠，固定於該母板上並電連接 於該儲能元件；其中該儲能元件係透過該連接埠而輸出其所儲存 之電力。 依據本發明之申請專利範圍，其亦揭露一種電力供應裝置。 δ玄電力供應裝置包含有：一機箱（rackm〇Unt)，包含有一連接座； 201008074 以及至少-電力供應模組，以一可插拔之方式安裝於該連接座 上。該電力供應模組包含有：—母板；至少-儲能元件，安裝於 該母板上；以及一連接埠，固定於該母板上並電連接於該儲能元 件，其中該儲能元件係透過該連接槔而輸出其所儲存之電力。 【實施方式】 在本專利說明書及後續的申請專利範圍#中使用了某些詞棄 ❹來彳日稱特定的元件。所屬領域巾具有财知識者應可理解，硬體 製造商可能賴不_糊來稱销—個元件。本制書及後續 的巾料鄉圍並砂名稱縣異㈣為區分元件財式，而是 以元件在功上的差異來作為區分的物。在通篇綱書及後續 的請求項當中所提及的「包含」係為—開放式的用語，故應解釋 成「包含但不限定於」。此外，「柄接」—詞在此係包含任何直接 及間接的電氣連接手段。因此，若文中描述一第—裝置耗接於一 第—裝置’賊表該第_裝置可直接電氣連接於該第二裝置，或 透過其他裝置或連接手段間接地電氣連接至該第二裝置。 凊參考第1圖，第1圖為本發明電力供應模組1〇〇之一實施 例的示意圖。如第1圖所示，電力供應模組100包含有一母板11〇、 至少一儲能元件120以及一連接埠13〇。儲能元件12〇係安裝於母 板110之上；連接埠130係固定於母板11〇上並電連接於儲能元 件120;其中儲能元件120係透過連接埠13〇而輸出其所儲存之電 力，此外，儲能元件120亦可透過連接埠13()來進行充電。以下 201008074 將對電力供應模組100做進一步的說明，然而，此僅作為範例說 明，而並非為本發明之限制。 在電力供應模組100中，母板110係為一刀鋒板（b]ade)，儲 能兀件120係設置於一子板（daughterb〇ard)上，該子板係以一可 插拔的方式安褒於母板110上，因此，儲能元件120亦以一可插 拔的方式安裝於母板110上。此外，在電力供應模組1〇〇中儲 ❹能元件120係為-磁性電容電池，其包含有至少一磁性電容 (magnetic capacitor) ’以下將對磁性電容電池做進一步的說明。 w參閱第2圖’第2圖為本發明之—磁性電容2⑻的結構示 意圖。如第2圖所示，磁性電容綱包含有一第—磁性電極加、 一第二磁性電極22〇以及位於其間之一介電層23〇。第一磁性_ 210與第一磁性電極22〇均係由具有磁性的導電材料所構成，包含 有雖導電材質（例如：稀土元素），並藉由適當的外加電場對 第—、第二磁性電極21〇、22〇進行磁化使第一、第二磁性電極 210 220内分別形成磁偶極（magnetic dipole) 215、225，磁偶極 犯、225能於磁性電容2⑽内部形成一磁場，該磁場可影響帶電 =的移動，從而抑制磁性電容200之漏電流；介電層230係由 "電材質（例如·氧化欽(Ti〇3)、氧化舰伽了⑽）或一半導 體材料（例如·氧化石夕(siHc〇n〇xide))所構成，用來分隔第一磁性 電極210與第二磁性電極22〇，以於第一雜電極21〇與第二磁性 電極220處累積電荷而儲存電位能。以下將針對磁性電容之操作 201008074 原理作進一步說明。 磁性電容200主要利用整齊排列的磁偶極犯、225來形成磁 場，使第-磁性電極⑽與第二雜電極挪内部所儲存的電子 各自朝-自旋方向轉動而整齊排列，故可儲存大量的電荷進而 大幅增加能量儲存密度。請注意，第2圖所示之磁偶極犯、奶 係分別指向相反的方向，然而，此並非為本發明之限制，實作上， ❹磁偶極215與225的方向並無限定，舉例來說，磁偶極215與奶 亦可指向一相同方向。 習知電容之電容值C係由f容之面積a、介電層之介電常數 e〇、er及厚度d決定，請參考下式： (1) Q _ £g£jr^ ~~d~ 相較於習知電容，磁性電容200相當於藉由磁場之作用來改 變介電層23G之介電常數以提升其電容值；此外，在本發明之一 實施例t，第-磁性電極2iG與介電層⑽間之—第—介面祝 以及第二磁性電極220與介電層23〇間之一第二介面232均為一 不平:L·的表面’ gj而藉由增加表面積A的來進—步提升磁性電容 200之電容值。 π參閱第3圖’第3圖為本發明之磁性電容與其他習知能量 201008074 儲存媒介的味圖。由帛3 ®可知，相較於傳統電容與超級電容， 磁性電容具有相當高的能量儲存密度。 請參閱第4圖，第4圖為第2圖所示之第一磁性電極21〇之 一實施例的結構示意圖。如第4圖所示，第一磁性電極21〇係為 一二層結構，包含有一第一磁性層412、一隔離層414以及一第二 磁性層416 ’其中，_層414係由非磁性材料所構成，而第一磁 ❹性㉟412與第二磁性層416則包含有具磁性的導電材料，並藉由 不同的外加電場對第一、第二磁性層412、416進行磁化使其第 一、第二磁性層412、416内分別形成磁偶極413、417，磁偶極 413、417—起構成第一磁性電極21〇之磁偶極215。在本發明之 -較佳實施例中’磁偶極413、417係分別指向減之方向（如第 4圖所示），以抑制磁性電容2〇〇之漏電流。 ⑩ 凊注意，第一磁性電極210之結構並不限於前述之三層結構 (第一、第二磁性層412、416與一隔離層414)，在本發明其他實 施例中’第一磁性電極21〇可係為一多層結構，更明確地說，第 磁性電極21G可由複數個雜層與複數個隔離層不斷交錯堆疊 而組成，再藉由調整各磁性層之磁偶極方向來抑制磁性電容200 之漏電流，甚至達到幾乎無漏電流的效果，而此一設計變化亦隸 屬於本發明的料。此外’第二磁性電極22()之結構可採用上述 任何第一磁性電極210之結構，因此為求說明書内容簡潔起見， 第二磁性電極220之結構的詳細說明便在此省略。 201008074 明參閱第5 ® ’第5圖為本發明之磁性電容電池$⑻之一實 施例的示忍圖。如第5圖所不，磁性電容電池包含有複數個 磁性電容200 ’其係以一陣列的方式而互相電連接，然而，此並非 為本發明之限制，實作上’複數個磁性電容可以串聯或並聯的方 式來互相電連接’以滿足各種的電力供應需求。在本實施例中， 磁性電容電池郷係利用半導體製程於一錄板上製作複數個小 ❹尺寸的磁性電容200’並藉由適當的金屬化製程來電連接複數個磁 性電容200所構成。 請參閱第6圖，第6圖為本發明電力供應模組6〇〇之另一實 施例的示意圖，如第6圖所示，電力供應模組6〇〇包含有一母板 610、至少一儲能元件620、一連接埠630、一監測器（monit〇r) 640以及一控制器（c〇ntr〇Uer) 65〇。由於第6圖之電力供應模組 600與第1圖之電力供應模組1〇〇中具有相同名稱之元件具有類似 ® 的·枝與舰，因此為求制書嶋_起見，詳細說明便 在此省略。第6圖之電力供應模組6〇〇與第1圖之電力供應模組 1 〇〇的主要不同之處在於電力供應模組600另具有監測器64〇與控 制器650 ’其均安裝於母板61〇之上’監測器64〇用來監測儲能元 件620之狀態’控制器650用來控制儲能元件620之運作。舉例 來說，監測器640可監測儲能元件620的剩餘能量，而控制器65〇 可控制讓儲能元件620放電或對儲能元件620充電。 201008074 士請注意’在本發财，監測咖㈣均係騎必要(_nal) 70件’換句雜，在本翻魏實施射1力供賴組可包含 監測器而不包含控制器，或包含控制器而不包含監測器，而此設 計變化亦隸屬於本發明之範疇。 ❹ ❹ 請參閱第7圖，第7圖為本發明電力供應裝置700之-實施 例的示意圖。如第7圖所示’電力供應裝置7⑻包含有一機箱顶 以及至少-電力供應模組72〇。機箱71〇 (例如：一刀鋒式機箱 ⑽deraClon〇unt))包含有一連接座711 ;電力供應模組72〇包 含有（但不限於）-母板721 (例如：—刀鋒板）、至少一儲能元 件722以及-連接蟑（未顯示於第7圖中），實作上，電力供應模 組720可採用任何上述電力供應模組之結構（例如：電力供應模 組1〇〇或電力供應歡_)。電力供應模組72〇係以一可插拔的 方式安裝於連接座711上，因此，若電力供應模組72〇發生問題 時’可獨立_並更換電力供賴組72G，而不會影響電力供絲 置700之正常運作。以下將對電力供應系统7〇〇做進一步的說明， 然而，此僅作為範例說明，而並非為本發明之限制。 在電力供應裝置700中，電力供應模組72〇之連接埠係以一 可插拔的方式將電力供應模組720安裝於連接座711上，連接座 711係用以輸出儲能元件722所儲存之電力，換句話說儲能元件 722係透過電力供應模組72〇之連接埠與連接座711而輸出其所儲 存之電力，然而本發明並不以此為限，亦即，電力供應模組72〇 12 201008074 僅以一可插拔的方式安裝於連接座711上，但連接座711並不輸 出儲能兀件722儲存之電力，舉例來說，儲能元件722可能透過 電力供應裝置700之其他接頭或接口來輸出其所儲存之電力，此 外’儲能兀件722亦可透過連接座711與電力供應模組72〇之連 接埠進行充電。電力供應裝置7〇〇另包含有一監測單元(咖加麵 unit)以及-㈣單元（⑺咖㈣她），該監醇元與該控制單 疋均搞接於電力供應模組720’該監測單元係用以監測電力供應模 ❹組720之狀態，該控制單元則用以控制電力供應模組72〇之運作， 舉例來說，該監測單元可監測電力供應裝置7〇〇中之電力供應模 組（例如：電力供應模組72〇)的剩餘電量，該控制單元可控制電 力供應裝置700中之電力供應模組（例如：電力供應模組72〇)來 輸出其所儲存之電力，該控制單元亦可控制—充電電路來對電力 供應裝置700中之電力供應模組（例如：電力供應模組72〇)充電， 其中，該充電電路可設置於電力供應裝置7〇〇内或外接於電力供 ❹應裝置7〇0。請參閲第8圖，第8圖為本發明電力供應裝置700 的另-示意圖。如第8圓所示，該監測單元與該控制單元係由一 =碟730、-中央處理單元（cpu) 以及至少一隨機存取記憶 體（麵）750戶斤組成’並均設置於另一_±，亦以可插拔的 方式安裝於機箱710之中。 在電力供應裝置中，該監測單元與該控制單元均係 於機箱彻t，細’此麟為本發明之_。在本發明電评 應裝置的另〜實_巾，監測單元與控鮮元可經由—網路來分 201008074 別=與控制電力供應模組之狀態與運作，而不需與該電力供應 T組設置於同-機箱中。此外’在本實施例中，電力供應模組顶 係以-直插的方式設置於鋪彻巾，然而，本發明並不僅限於 此丄舉例來說’電力供應模組72〇係亦可以—橫插的方式設置於 機箱no中，而此-設計變化亦隸屬於本發明之範嘴。 相較於習知技術，由於磁性電容電池具有能量密度大、體積 〇小與«輕等特性’耻可賴數個雜電容電雜合至一母板 (例如：刀鋒板），成為—電力供賴組，再將複數㈣力供應模 整口至勸目中，成為-電力供應裝置，進而有效減少電力供 應襄置之體積並w會犧牲其供魏力，以解決習知鑛電池的 問題。 以上所述僅為本發明之較佳實關，凡依本發日种請專利範 圍所做之均特化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。 【圖式簡單說明】 第1圖為本發明電力供麵組之—實施綱示意圖。 第2圖為本發明之—磁性電容的結構示意圖。 第3圖為本發明之磁性電容與其他習知能量儲存齡的比較圖。 第4圖為第2圖所不之第—磁性電極之_實施例的結構示意圖。 第5圖為本發明之磁性電容電池之—實施例的示意圖。 第6圖為本發明電力供應模組之另—實施例的示意圖。 201008074 第7圖為本發明電力供應裝置之一實施例的示意圖。 第8圖為第7圖所示之電力供應裝置的另一示意圖。

【主要元件符號說明】 100、600、720 電力供應模組 110、210、721 母板 120、620、722 儲能元件 130、630 連接埠 200 磁性電容 210、220 磁性電極 215、225、413、417 磁偶極 230 介電層 412、416 磁性層 414 隔離層 500 磁性電容電池 640 監測器 650 控制器 700 電力供應裝置 710 機箱 711 連接座 730 硬碟 740 中央處理單元 750 隨機存取記憶體 15

Claims (1)

1. 201008074 十、申請專利範圍： 1. 一種電力供應模組，包含有： 一母板（motherboard); 至少一儲能元件，安裝於該母板上；以及 一連接埠，固定於該母板上並電連接於該儲能元件； 其中該儲能元件係透過該連接埠而輸出其所儲存之電力。 〇 2.如申請專利範圍第1項所述之電力供應模組，其中該儲能元件 另透過該連接埠來進行充電。 3.如申請專利範圍第1項所述之電力供應模組，另包含有至少一 子板（daughterboard) ’安裝於該母板上，用以設置該儲能元 件。 4_如申請專利範圍第3項所述之電力供應裝置，其中該子板係以 一可插拔之方式安裝於該母板上。 5. 如申請專利範圍第1項所述之電力供應模組，另包含有一的測 器（monitor)’用以監測該儲能元件之狀態。 6. 如申請專利範圍帛1項所述之電力供·莫組，3包含有一控制 單元（controller) ’用以控制該儲能元件之運作。 16 201008074 項所述之電力供應模組，其中該儲能元件 ’其包含有至少—雖f容（magnetic 7.如申請專利範圍第1 係為一磁性電容電池 capacitor) ° 7項所_力供應模組’其中該磁性電容 包含有： ❹ 1-雜雜，其係由具有雜之魏娜顧用以形成 一第一磁偶極(magnetic dipole); -第二磁性電極’其係由具有磁性之導電材料構成用以形成 具有一第二磁偶極；以及 一介電層，安裝於該第-磁性電極與該第二磁性電極之間。 9. 如申請專利範圍第8項所述之電力供應模組，其巾該第一磁偶 極之方向係相異於該第二磁偶極之方向。 10. 如申請專利範圍第8項所述之電力供應模組，其中該第一磁性 電極係包含有： —第-磁性層，其係、由具磁性的導電材料構成，用以形成具有 一第三磁偶極； 第二磁性層，其係由具磁性的導電材料構成，用以形成一第 四磁偶極；以及 隔離層，其係由非磁性物質所構成並安裝於該第一磁性層與 該第二磁性層之間，其中該第一磁偶極係由該第三磁偶極與 17 201008074 該第四磁偶極所構成。 11. 如申請專利範圍第10項所述之電力供應模組，其中該第三磁 偶極之方向係相異於該第四磁偶極之方向。 12. —種電力供應裝置，包含有： 一機箱（rackmount)，包含有一連接座；以及 ❹ 至少一電力供應模組，以一可插拔之方式安裝於該連接座上， 該電力供應模組包含有： 一母板； 至少一儲能元件，安裝於該母板上；以及 一連接埠’固定於該母板上並電連接於該儲能元件； 其中該儲能元件係透過該連接埠而輸出其所儲存之電力。 13. 如申請專利範圍第12項所述之電力供應裝置，其中該連接埠 ❹ 係以一可插拔之方式將該電力供應模組安裝於該連接座上該 連接座係用以輸出該儲能元件所儲存之電力。 14. 如申請專利範圍第13項所述之電力供應裝置，其中該儲能元 件另透過該連接埠與該連接座來進行充電。 15.如申請專利範圍第12項所述之電力供應裝置，其中該電力供 應权組另包含有至少一子板，安裝於該母板上，用以設置該儲 18 201008074 能元件。 ❹ 16. 如申請專利範圍第15項所述之電力供應裝置，其中該子板係 以可插拔之方式安裝於該母板上。 ’、17. 如申請專利範圍第13項所述之電力供應裝置，另包含有. 一監測單元—讀），_於該電力供應模組，用以 監測該電力供應模組之狀態。 =申請專利_ 17項所述之電力供應裝置，其中該監測單 疋係安裝於該機箱中。 19.一如申請專利範圍第12項所述之電力供應裝置，另包含有： 一控制單元(controHingunit)，耗接於該電力供應模组用以控 制該電力供應模組之運作。 ❹ 2〇,如申請專利範圍第19項所述之電力供應裝置 元係安裝於該機箱中。 其中該控制單 十一、囷式：