CN101626168A - 可携式供电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可携式供电装置，包括有一电源输入接口、一充电单元、一电源供应单元、一放电单元及一电源输出接口。其中电源供应单元具有至少一磁性电容，充电单元是通过电源输入接口取得一外部电源来对电源供应单元进行充电，放电单元是控制电源控制单元放电输出至电源输出接口。藉此，本发明可携式供电装置可以快速来对一装置进行供电。

Description

可携式供电装置

技术领域

本发明关于一种供电装置，特别是关于一种可以储存电能的可携式供电装置。

背景技术

对于可携式电子装置的产品而言，由于此种电子装置本身强调可以随身携带，因此其内部通常安装有一充电电池，以供随时可以供电给电子装置，而让可携式电子装置本身可以通过内部电源的供电来运作。然而当此可携式电子装置的内部电源供电耗尽时，则必须对其进行一充电动作。在此可携式电子装置以移动电话来举例说明其充电方式，以移动电话而言其充电可以有两种方式进行，第一种为直接以电源转接器连接于移动电话对其充电，第二种为将移动电话内部的充电电池取出，并将充电电池置放于电池充电座，然而前述这两种充电方式都必需从市电插座处取得一充电来源，因此若是在户外使用移动电话没电时，均无法通过这两种方式来对移动电话立即充电。

因此目前已有相关的业者开发出一种可携式供电装置，而可供使用者随身携带，并可以在可携式电子装置的电力不足时，直接通过此可携式供电装置对可携式电子装置进行充电。而目前可携式供电装置主要是在内部提供有蓄电组件，例如是二次电池或是电容等组件均可提供此种蓄电效果，并于平常预先将此可携式供电装置中的蓄电组件充饱，而当有需要对可携式电子装置进行充电时，即可将已充电充饱的可携式供电装置连接在可携式电子装置的一充电接口进行充电。因此通过此种充电方式即使在户外遇到可携式电子装置没电时，仍可以马上对此可携式电子装置进行充电。

而以前述可携式供电装置的充电方式而言，由于其是采用二次电池或是电容作为主要的蓄电组件，然而对于二次电池而言起所需的充/放电时间存有时间过久的问题，且无论是二次电池或是电容也均有能量体积比过小的问题，因此若要对可携式电子装置提供足够的充电电力，则势必得加大二次电池或是电容的体积，但却会另外衍生出可携式供电装置体积过大的问题，而不便于随身携带。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，在于提供一种可携式供电装置，以解决现有可携式供电装置的内部蓄电组件的能量体积比过小的问题。因此本发明的目的是使可携式供电装置的蓄电组件具有能量体积比大的特点，以使可携式电子装置可以具有更快速的充/放电效果及高功率输出的能量。

为了解决上述技术问题，根据本发明的一种方案，提供一种可携式供电装置，适用于对一电源接收装置进行供电，包括：一电源输入接口、一电源供应单元、一充电单元、一电源输出接口及一放电单元。其中电源供应单元具有至少一磁性电容。充电单元耦接电源输入接口与电源供应单元之间，充电单元通过电源输入接口取得一外部电源，并以此外部电源来对电源供应单元进行充电。放电单元耦接电源供应单元与电源输出接口之间，放电单元控制电源供应单元放电输出至该电源输出接口。

在本发明的实施例中，磁性电容包括：一第一磁性电极、一第二磁性电极及一介电层，其中介电层是设置于第一磁性电极与第二磁性电极之间，且介电层是用以储存电能，以及第一磁性电极与第二磁性电极是分别具有多个磁偶极以避免储存于介电层中的电能漏电。

因此通过上述实施方式，本发明可携式供电装置是通过磁性电容来达成能量体积比极大的技术特点，并藉由磁性电容具有电容的特点而使得可携式供电装置可以具有快速执行充放电的优点。

以上的概述与接下来的详细说明及附图，皆是为了能进一步说明本发明为达成预定目的所采取的方式、手段及功效。而有关本发明的其它目的及优点，将在后续的说明及图式中加以阐述。

附图说明

【图式简单说明】

图1为本发明实施例的一可携式供电装置的示意图；

图2为本发明实施例的一可携式供电装置的功能方块图；

图3为本发明电源输入接口的功能方块图；

图4为本发明电源输出接口的功能方块图；

图5为本发明实施例的一磁性电容的示意图；

图6为本发明另一实施例的一磁性电容的示意图；

图7为电子装置对可携式供电装置进行充电的示意图；

图8为可携式供电装置对移动电话进行充电的示意图；

图9为本发明另一实施例的一可携式供电装置的示意图；

图10为以图9中可携式供电装置对充电电池进行充电的示意图；以及

图11为将磁性电容与其它能量储存媒介作比较的示意图。

【主要组件符号说明】

1、1’可携式供电装置

10、10’壳体

121容置部

11电源输入接口

111交流电源输入接口  113直流电源输入接口

115电源转换模块      117切换开关

119检测模块

13充电单元

14按钮

15电源供应单元

16电量指示单元

17放电单元

19、19’电源输出接口

191DC/DC转换器       193直流电源输出接口

195DC/AC转换器       197交流电源输出接口

2磁性电容

20介电层             22第一磁性电极

24第二磁性电极       26、28磁偶极

3磁性电容

30介电层         31、33磁偶极

32第一磁性电极

320第一隔离层    322第一磁性层

324第二磁性层

34第二磁性电极

340第二隔离层    342第三磁性层

344第四磁性层

35、36磁偶极

4电子装置

5传输线

6移动电话

61充电界面

7充电电池

71充电端子界面

具体实施方式

本发明提供一种可携式供电装置，并藉由采用磁性电容(MagneticCapacitor)来作为能量储存组件及电力供应来源，而此磁性电容相较于一般电容是藉由上、下电极处形成的磁场，来抑制漏电流，以达大幅提升能量储存密度的效果。因此通过本发明的可携式供电装置可以快速对一电源接收装置进行供电及提供足够的供电能量。

接下来请同时参阅图1及图2，其分别为本发明实施例的一可携式供电装置的示意图及功能方块图。本实施例所述的可携式供电装置1是在一壳体10中设置有一电源输入接口11、一充电单元13、一电源供应单元15、一电量指示单元16、一放电单元17及一电源输出接口19。其中电源输入接口11及电源输出接口19设于壳体10的外侧，且电源输入接口11可以接收从外部输入的一外部电源而来对可携式供电装置1本身进行充电，以及电源输出接口19可以输出电源来对一电源接收装置进行供电。前述电源输入接口11及电源输出接口19通过连接器的方式来与外部做连接，但本发明并不以此为限，例如电源输入接口11或是电源输出接口19均可通过设置传输线的方式来分别接收电源或是输出电源，而此传输线可以是通过插头或是插座的方式来与外部连接。而本实施例所指的电源接收装置是指其内部具有储存能量的装置或者是可以通过接收电源的供电而来动作的电子产品。

充电单元13则是耦接于电源输入接口11与电源供应单元15之间，充电单元13主要是用来对电源供应单元15进行充电，而电源供应单元15之中是具有可以进行充电或放电的至少一磁性电容，而此磁性电容的具体构造将于后面有详细说明及解释。因此当充电单元13通过电源输入接口11取得外部电源时，即以此外部电源来对磁性电容进行充电，而至于本实施例所述的充电单元13其内部所使用的充电电路可以是属于本领域技术人员所知悉的技术，因此在此不予以赘述。放电单元17则是耦接于电源供应单元15与电源输出接口19之间，放电单元17主要是用来对电源供应单元15进行放电。因此当电源输出接口19的输出端连接有一负载时，此负载即前述的电源接收装置，放电单元17即对电源供应单元15中的磁性电容进行放电，并且将放电输出的能量输出至电源输出接口19。而至于本实施例所述的放电单元17其内部所使用的放电电路可以是属于本领域技术人员所知悉的技术，因此在此亦不予以赘述。

由于电源供应单元15具有蓄电功能，而为了让使用者可以知道此可携式供电装置1目前仍可以提供多少电能输出供应，本实施例以电量指示单元16耦接于电源供应单元15，并由电量指示单元16输出一电量指示信号来表示此电源供应单元15目前的蓄电电力。而此电量指示信号较佳为通过发光组件表示的光源信号(如以LED不同的发光颜色来代表不同的蓄电电力)或是通过显示组件表示的显示信号(如显示不同的条状长度来代表不同的蓄电电力)。

请参阅图3所示，电源输入接口11包括有：一交流电源输入接口111、一直流电源输入界面113、一电源转换模块115、一切换开关117及一检测模块119。其中交流电源输入接口111可以直接接收交流电源输入，并由耦接于交流电源输入接口111的电源转换模块115将此交流电源转换成直流电源输出。直流电源输入接口113则是可以直接接收直流电源输入，而切换开关117则是用来切换电源转换模块115或是直流电源输入接口113的其中一个可以输出直流电源给充电单元13。检测模块119则是用来检测此交流电源输入接口111及直流电源输入接口113何者有输入电源信号，并相对控制切换开关117以使有输入电源信号的交流电源输入接口111或直流电源输入接口113可以输出电源给充电单元13。另外假设交流电源输入接口111及直流电源输入接口113同时输入电源信号，则检测模块119可以预设其中一个可以输出电源给充电单元13。

前述电源转换模块115的实施是属于本领域技术人员所知悉的技术，因此在此不予以赘述，例如此电源转换模块115中可以包括有整流模块、滤波模块、稳压模块等组件组成。而前述切换开关117的切换方式是可以通过检测模块119的控制来自动执行切换，然而对于本领域技术人员而言，亦可进一步将检测模块119的组件省略，而由使用者以手动方式来控制此切换开关117，或者是可以再进一步将切换开关117一并省略，以使电路架构更精简，而由使用者直接选择要将电源信号通过交流电源输入接口111或直流电源输入界面113输入给充电单元13。电源输入接口11中虽然是整合有交流电源输入接口111及直流电源输入界面113两种不同电源接口，但也可以根据实际需求仅使用其中一种接口。

请参阅图4所示，电源输出接口19包括有：一DC/DC转换器191、一直流电源输出接口193、一DC/AC转换器195、一交流电源输出接口197。放电单元17输出的电源属于直流电源，且可通过DC/DC转换器191或是DC/AC转换器195将直流电源转换成符合电源接收装置所需的电源规格。以DC/DC转换器191而言可将放电单元17所输出的直流电源进行升压或降压的处理，并通过直流电源输出接口193输出给可接收直流电源的电源接收装置；而至于DC/AC转换器195则是将放电单元17所输出的直流电源转换成交流电源，并通过交流电源输出接口197输出给可接收交流电源的电源接收装置。电源输出接口19中虽然是整合有直流电源输出接口193及交流电源输出界面197两种不同电源接口，但也可以根据实际需求仅使用其中一种接口。

接下来将具体说明磁性电容的构成，并请参阅图5，其为本发明实施例的一磁性电容示意图。如图5所示磁性电容2，此磁性电容2包括一介电层20、一第一磁性电极22及一第二磁性电极24，其中介电层20设置于第一磁性电极22与第二磁性电极24的间，以于在第一磁性电极22与第二磁性电极24处累积电荷以储存电位能，且第一磁性电极22与第二磁性电极24由具有磁性导电材料所构成，并可藉由对第一磁性电极22与第二磁性电极24外加电场进行磁化，而使第一磁性电极22与第二磁性电极24内分别形成磁偶极(magnetic dipole)26及28，如此可以在磁性电容2中构成一磁场而来对带电粒子的移动造成影响，因此使得磁性电容2中的介电层20可以用来储存电能及藉由磁偶极形成的磁场来避免电能漏电。

前述第一磁性电极22与第二磁性电极24的材质可以为稀土元素，介电层20由氧化钛(TiO3)、氧化钡钛(BaTiO3)或一半导体层，例如氧化硅(silicon oxide)所构成，然而本发明并不限于此，第一磁性电极22、第二磁性电极24与介电层20均可视产品的需求而选用适当的其它材料。另外图5中第一磁性电极22与第二磁性电极24中的箭头用来表示磁偶极26、28，磁偶极26、28实际上由多个整齐排列的微小磁偶极所迭加成，然而对于本领域技术人员而言，本实施例对于磁偶极26、28的形成方向并无限定，如可以指向同一方向或不同方向。

根据前述说明，前述图5所示的磁性电容2，其原理主要是利用第一磁性电极22与第二磁性电极24中整齐排列的磁偶极来形成磁场，以使得介电层20中储存的电荷朝同一自旋方向转动，而进行整齐且紧密的排列，因此在介电层20中即可以容纳更多的电荷，进而增加磁性电容2的电能储存密度。由于现有技术的电容中，电容值C由电容的面积A、介电层的介质常数ε₀ε_r及厚度d决定，如下公式(一)，因此模拟于习知电容，本实施例的磁性电容2相当于藉由磁场的作用来改变介电层的介电常数，故而造成电容值的大幅提升。

$C=\frac{{\mathrm{\ϵ}}_0{\mathrm{\ϵ}}_{r}A}{d}......$  公式(一)

在此要特别强调，本实施例的磁性电容2储存的能量全部以电位能的方式进行储存，相较于主要以化学能储存的其它能量储存媒介(例如传统电池或超级电容)，本实施例所述的磁性电容2除了具有可匹配的能量储存密度外，更因充分保有电容的特性，而具有寿命长(高充放电次数)、无记忆效应、可进行高功率输出、快速充放电等特点，故可有效解决当前电池所遇到的各种问题。且由于习知储能组件多半以化学能的方式进行储存，因此都需要有一定的尺寸，否则往往会造成效率的大幅下降。相较于此，本实施例的磁性电容2以电位能的方式进行储存，且因所使用的材料可适用于半导体制程，故可藉由适当的半导体制程来形成磁性电容2以及周边电路连接，进而缩小磁性电容2的体积与重量，由于此制作方法可使用一般半导体制程，其应为熟习该项技艺者所熟知，故在此不予赘述。

请参阅图6，其为本发明另一实施例的一磁性电容的示意图。磁性电容3包括一介电层30、一第一磁性电极32与一第二磁性电极34，其中介电层30设置于第一磁性电极32与第二磁性电极34之间。第一磁性电极32更包括有一第一隔离层320、一第一磁性层322及一第二磁性层324，第一隔离层320是设置于第一磁性层322与第二磁性层324之间。第二磁性电极34更包括一第二隔离层340、一第三磁性层342及一第四磁性层344，第二隔离层340是设置于第三磁性层342与第四磁性层344之间。第一隔离层320与第二隔离层340均是由非磁性材料所构成。

图6所示的磁性电容3的操作原理与图5所示的磁性电容2相同，一样是通过外加电场于第一磁性层322、第二磁性层324、第三磁性层342与第四磁性层344，而使第一磁性层322、第二磁性层324、第三磁性层342与第四磁性层344中分别形成磁偶极(magnetic dipole)31、33、35、36。因此磁性电容3在磁化过程中，可以藉由不同的外加电场，例如使第一磁性层322与第二磁性层324中的磁偶极31、33分别具有不同的方向，以及使第三磁性层342与第四磁性层344中的磁偶极35、36分别具有不同的方向，如此能进一步抑制磁性电容3的漏电流。

在此特别强调，前述的第一磁性电极32及第二磁性电极34的结构并不限于前述的三层结构，而可以类似的方式，以多个磁性层与非磁性层不断交错堆栈，再藉由各磁性层内磁偶极方向的调整来进一步抑制磁性电容3的漏电流，以达到几乎无漏电流的效果。

前述说明已对可携式供电装置1的构成及功能提出完整说明，接下来将更进一步解释可携式供电装置1的使用状况。由于可携式供电装置1内部具有电源供应单元15，而此电源供应单元15必需预先对其进行充电，如图7所示，可携式供电装置1的电源输入接口11中的直流电源输入接口113通过传输线5与一电源供应端进行连结，此电供应端是指具有电源输出能力的电子装置而言，如图7所示的电源供应端以一笔记型计算机4来作为举例说明，然而此笔记型计算机4并非用以限制电子装置的种类，只要具有电源输出能力的电子装置均是本发明所界定的保护范围，如桌上型计算机或电源转接器(power adapter)。因此可携式供电装置1可通过传输线5而从笔记型计算机4取得一外部电源来对电源供应单元15进行充电，且电源输入接口11中的直流电源输入接口113可以为USB连接器，传输线5可以为USB传输线，而此USB传输线一端则连接于笔记型计算机4的USB端口。

图7以笔记型计算机4所提供的直流电源来输入至电源输入接口11中的直流电源输入接口113，然而本实施例也可是从市电插座端直接输入交流电源给电源输入接口11中的交流电源输入接口111而来对电源供应单元15进行充电，而此交流电源输入接口111为具有插头的传输线，且传输线一端的插头插接于市电插座处以取得交流电源。

而当可携式供电装置1通过图7所示方式充电完成后，即可对一电源接收装置的负载端进行放电，以供应电源给电源接收装置使用。如图8所示，可携式供电装置1的电源输出接口19直接与负载端进行连结，此负载端是指其内部具有储存能量的电源接收装置而言，而图8所示的电源接收装置以一移动电话6作为举例说明，因此可携式供电装置1可以通过电源输出接口19中的直流电源输出接口193与移动电话6的充电接口61连接，例如直流电源输出接口193可以是充电插头，充电接口61可以是与充电插头19兼容的充电插座，以供可携式供电装置1可以经由此充电插头插接于移动电话6的一端，并对移动电话6内部的电池进行充电。其中图8中的电源接收装置亦可以是收音机，并由电源输出接口19中的交流电源输出接口197与收音机的供电接口连接，而此交流电源输出接口197为具有插座的传输线，且传输线一端的插座插接于收音机的供电接口，以使得收音机可以通过可携式供电装置1取得交流电源而来启动拨放。

而前述图8中用来表示电源接收装置所示的移动电话亦可是其它的可携式电子装置，如个人数字助理、数字相机、掌上型游乐器或可携式视听产品，然而本发明的精神在于强调只要此可携式电子装置中具有充电电池或是通过外接电源工作，均可通过可携式供电装置1来对可携式电子装置的充电电池进行充电或是直接供电给可携式电子装置使用，且可携式供电装置1的电源输出接口19可视不同产品的可携式电子装置的充电接口或供电接口而设计成各种不同的连接器接口、插头或是插座来与其相互结合及兼容。

接下来请再参阅图9所示，其为本发明另一实施例的一可携式供电装置的示意图。如图9所示，可携式供电装置1’是在外观结构设计上做改变，其在壳体10’中设置有一容置部121，此容置部121较佳是以凹设方式设置于壳体10’内，且可携式供电装置1’的电源输出接口19’设在此容置部121的一侧边，另外此壳体10’一侧亦设置有一按钮14。而至于可携式供电装置1’的其它部分均与前述图2所示的功能方块相同，在此即不予以赘述。

因此通过图9所示的可携式供电装置1’可以用来充电的电源接收装置的对象可以如图10所示为一充电电池7，其充电方式是将充电电池7直接置放于容置部121中，并使充电电池7的充电端子接口71与可携式供电装置1’的电源输出接口19’以接触的方式连接，之后于可携式供电装置1’对充电电池7完成充电的后，可以通过按压按钮14来退出此充电电池7。

因此经由前述实施例说明，当可知悉本发明的可携式供电装置具有快速充/放电及高能量密度的技术特点，更具体来说可携式供电装置中的电源供应单元15使用前述的磁性电容来作为主要的蓄电组件，且磁性电容的数量可以视电源接收装置端的充电规定，而以串联及/或并联的数组连接方式来提供一符合电源接收装置端所需的充电电源。

再者为了更突显本发明所述的磁性电容具有高能量储存密度，请参阅图11所示，其主要是将磁性电容与与其它能量储存媒介作比较，从图11中可以清楚得知磁性电容相对于一般电容(Capacitors)、电化学超级电容(electrochemicalsupercapacitors)、电池(Batteries)、燃料电池(fuel cells)是具有较佳的能量储存密度，并藉由此磁性电容的技术特点，而得以让本发明的可携式供电装置可以具有高功率输出及快速充放电的技术效果。

综上所述，本发明的确能解决传统的可携式供电装置内部使用二次电池或电容所衍生出充放电时间过久或能量储存密度低的问题。

虽然本发明已以一较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1、一种可携式供电装置，其特征在于，适用于对一电源接收装置进行供电，包括：

一电源输入接口，用以接收一外部电源；

一电源供应单元，具有至少一磁性电容；

一充电单元，耦接于该电源输入接口与该电源供应单元，其中该充电单元通过该外部电源来对该电源供应单元进行充电；

一电源输出接口，用以连接于该电源接收装置；以及

一放电单元，耦接于该电源供应单元与该电源输出接口，其中该放电单元控制该电源供应单元放电输出至该电源输出接口；

其中该磁性电容通过该充电单元的控制来充电以及通过该放电单元的控制来放电。

2、如权利要求1所述的可携式供电装置，其特征在于，该电源输入接口为一交流电源输入接口或一直流电源输入接口。

3、如权利要求1所述的可携式供电装置，其特征在于，该电源输入接口包括一交流电源输入接口及一直流电源输入接口，其中该电源输入接口更包括一电源转换模块、一切换开关及一检测模块，该电源转换模块耦接于该交流电源输入接口，并用以将交流电源转换成直流电源，该切换开关用以切换该电源转换模块与该直流电源输入接口的其中之一输出至该充电单元，该检测模块是用以检测该交流电源输入接口及该直流电源输入接口是否有电源输入，并根据检测结果来控制该切换开关。

4、如权利要求1所述的可携式供电装置，其特征在于，该电源输出接口包括一DC/DC转换器、一直流电源输出接口、一DC/AC转换器及一交流电源输出接口，该直流电源输出接口耦接于该DC/DC转换器且用以输出一直流电源给该电源接收装置，该交流电源输出接口耦接于该DC/AC转换器且用以输出一交流电源给该电源接收装置。

5、如权利要求1所述的可携式供电装置，其特征在于，其中该电源输入接口及该电源输出接口为连接器或传输线的接口，且该电源输入接口连结至一电源供电端来接收该外部电源，该电源接收装置为可携式电子装置。

6、如权利要求1所述的可携式供电装置，其特征在于，该磁性电容包括：

一第一磁性电极；

一第二磁性电极；以及

一介电层，设置于该第一磁性电极与该第二磁性电极之间；

其中该介电层用以储存电能，以及该第一磁性电极与该第二磁性电极分别具有多个磁偶极以避免储存于该介电层中的电能漏电。

7、如权利要求第6项所述的可携式供电装置，其特征在于，该第一磁性电极包括：

一第一磁性层；

一第二磁性层；以及

一第一隔离层，包含有非磁性材料，设置于该第一磁性层与该第二磁性层之间；

其中该第二磁性电极包括：

一第三磁性层；

一第四磁性层；以及

一第二隔离层，包含有非磁性材料，设置于该第三磁性层与该第四磁性层之间。

8、如权利要求1所述的可携式供电装置，其特征在于，该电源接收装置为充电电池，且该电源输出接口与该充电电池的一充电端子接口连接。

9、如权利要求第8项所述的可携式供电装置，其特征在于，更进一步包括：

一壳体，用以设置该电源输入接口、该充电单元、该电源供应单元、该放电单元与该电源输出接口，且该壳体具有一容置部，以供容置该充电电池。

10、如权利要求1所述的可携式供电装置，其特征在于，更进一步包括：

一电量指示单元，耦接于该电源供应单元，用以输出一电量指示信号来表示该电源供应单元的蓄电电力。

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