CN101656333A

CN101656333A - 放电装置及放电方法

Info

Publication number: CN101656333A
Application number: CN200810134698A
Authority: CN
Inventors: 曹旭明; 郑宇竣
Original assignee: Lite On Technology Corp
Current assignee: Lite On Technology Corp
Priority date: 2008-08-19
Filing date: 2008-08-19
Publication date: 2010-02-24

Abstract

本发明公开了一种放电装置及放电方法，该装置包括：一蓄电单元，具有至少一磁性电容，并用以输出一蓄电电压；一直流电源转换器，耦接于该蓄电单元，并用以将该蓄电电压转换输出成一放电电压；一输入接口，用以输入一设定信号；以及一控制单元，耦接于该直流电源转换器与该输入接口，该控制单元并根据该设定信号来控制该直流电源转换器以调整该放电电压的输出大小。本发明可根据设定信号调整放电电压的输出大小，以使蓄电单元可以广泛满足各种电子产品的供电需求。

Description

放电装置及放电方法

技术领域

本发明涉及一种放电装置，特别是涉及一种可动态控制放电电压输出大小的放电装置及放电方法。

背景技术

随着科技的进步，一般生活中已处处看到使用电池的相关产品，例如玩具、电气产品、3C产品及运输工具等，都可在其中看到电池所提供能源供应的重要角色。而目前现有电池种类繁多，可分成“化学电池”与“物理电池”，而若再根据是否可以重复使用作为分类，则电池又可分为“一次电池”与“二次电池”。

电池的组成主要分为：正极，负极及电解液而成，不同的化学成份，所表现出的特性及应用领域亦不同，因应各种电子产品的需求，电池工业发展至今，亦衍生出各种不同应用范围的电池种类。因此在众多的电池种类及电子产品中，电子产品要搭配使用那一种电池种类是有一定的使用方式，例如，家用电器，如：收音机，时钟，玩具，遥控器等，大多用一次电池，而至于可以随身携带式的电子产品，如：Notebook，PDA，手机等，则采用二次电池，但有些电子产品也设计成可使用一次或二次电池，电池的应用端视电子产品的工作电压，电池室空间及放电特性，而来选择最适用电池。

然而也因各式电子产品的多样化，而需要相对提供可以兼容于这些电子产品使用的电池供使用。因此对于目前电池而言受限于本身的电池种类及电池特性，大多只能搭配于特定的某些电子产品来使用，而无法广泛供给各式电子产品使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，在于提供一种可控制电力输出特性的放电装置及放电方法，以解决现有技术中电池只能使用于与电池本身供电特性相符的电子产品。本发明的另一目的在于提供一蓄电单元，并使蓄电单元可以根据负载端不同，而相对输出符合负载端用电规格的一放电电压来供此负载端使用。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种放电装置，包括：一蓄电单元，具有至少一磁性电容，并用以输出一蓄电电压；一直流电源转换器，耦接于该蓄电单元，并用以将该蓄电电压转换输出成一放电电压；一输入接口，用以输入一设定信号；以及一控制单元，耦接于该直流电源转换器与该输入接口，该控制单元并根据该设定信号来控制该直流电源转换器以调整该放电电压的输出大小。

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。

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。

该直流电源转换器为升降压电源转换器、升压电源转换器或降压电源转换器。

该输入接口为键盘、鼠标、手写板、触控板、声音辨识装置及计算机装置的其中一种。

其中该输入接口所输入的该设定信号为可供该控制单元辨识的信号，该控制单元根据接收到的该设定信号决定一放电曲线。

该控制单元控制该直流电源转换器根据所决定出的该放电曲线来调整该放电电压的输出大小。

所述放电装置进一步包括：一反馈单元，耦接于该直流电源转换器输出端，并用以反馈与该放电电压成比例的一参考电压给该控制单元，以使该控制单元根据该参考电压来控制该直流电源转换器修正调整该放电电压的电压大小。

所述放电装置进一步包括：一电压检测器，用以检测该蓄电电压，并输出检测结果给该控制单元，以使该控制单元根据该检测结果来控制该直流电源转换器调整该放电电压的输出大小。

该控制单元储存有多组不同的该放电曲线，且该控制单元以查表方式来决定出该设定信号所代表的该放电曲线。

本发明还公开了一种放电方法，包括：提供具有至少一磁性电容的一蓄电单元，该蓄电单元用以输出一蓄电电压；使一控制单元接收一设定信号的输入，并根据该设定信号来选定一放电曲线；以及该控制单元控制一直流电源转换器将该蓄电电压转换成一放电电压输出，且该放电电压的输出根据该放电曲线来进行放电。

该直流电源转换器至少提供有升压及/或降压的电压调整。

该设定信号通过一输入接口输入且该设定信号为可供该控制单元辨识的信号。

本发明的控制单元根据设定信号来使蓄电单元可以根据负载的不同而来调整放电电压的输出大小，而在调整放电电压的输出是通过直流电源转换器提供升/降压的处理，因此通过本发明此种方式即可让蓄电单元的电力输出可以被控制，以使蓄电单元可以广泛运用于供各种电子产品的供电需求。

附图说明

图1为本发明实施例的一放电装置的功能方块图；

图2为本发明蓄电单元的示意图；

图3为本发明实施例的一磁性电容的示意图；

图4为本发明另一实施例的一磁性电容的示意图；以及

图5为各种不同电池放电曲线的曲线图。

其中，附图说明：

10蓄电单元 101蓄电组件

12直流电源转换器 14电压检测器

16控制单元 17输入接口

18反馈单元 19负载

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 C1、C2、C3、C4放电曲线

具体实施方式

本发明提供了一种放电装置，主要是可以根据负载端需求来提供各种不同的放电曲线，且本发明特别采用磁性电容(Magnetic Capacitor)来作为能量储存组件，并以此磁性电容所提供的电源经由调整输出电压的方式来形成各种不同的放电曲线。而本发明所指的磁性电容相较于一般电容是通过上、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及具高功率输出的效果。

接下来请参阅图1，其为本发明实施例的一放电装置的示意图。本实施例所述的放电装置包括有一蓄电单元10、一直流电源转换器12(DC/DCconverter)、一电压检测器14、一控制单元16、一输入接口17及一反馈单元18，并通过来自外部的设定信号，控制放电装置产生不同的放电曲线。在本发明的一实施例中，更可利用此种可控制放电曲线的方法，来仿真各种不同规格的电池，以满足各种不同电子产品的需求。为方便说明起见，以下就以模拟各种不同放电特性的电池为例，来进一步说明本发明的特点。

接下来请参阅图2，并一并参阅图1，蓄电单元10在本实施例中提供对负载端19放电所需的供电来源，而蓄电单元10中由多个蓄电组件101以串联及/或并联的方式来提供一蓄电电压Vbat，而此蓄电组件101的数量及连接方式并不以图2所示为限，蓄电单元10中的蓄电组件101可以是一个或是一个以上，蓄电组件101的数量是取决于所欲模拟电池的特性来决定。另蓄电单元10中的蓄电组件101采用磁性电容来实施，而至于磁性电容的具体构造将于后面说明中有详细介绍，在此先不予以说明。

直流电源转换器12耦接于蓄电单元10的输出端，并根据控制单元12的控制用来将蓄电电压Vbat转换输出成一放电电压Vout。此直流电源转换器12在本实施例以升降压电源转换器(Boost-buck converter)作为举例说明，因此蓄电电压Vbat经过直流电源转换器12的电压调整的后所输出的放电电压Vout可以是高于或低于蓄电电压Vbat。但本实施例的直流电源转换器12亦可以是升压电源转换器(Boost converter)或降压电源转换器(Buck converter)，以使放电电压Vout可以被进行升压或降压的放电处理。

电压检测器14耦接于蓄电单元10，其主要是用来检测蓄电电压Vbat的电压状况，并且将检测结果输出给控制单元16。

控制单元16分别耦接于直流电源转换器12、电压检测器14、反馈单元18及输入接口17，并用来对放电装置的整体进行放电的控制，以使蓄电单元10可以经过适当的放电控制，而来模拟出各种不同电池的放电曲线供负载19使用。其中控制单元16的放电控制方式从输入接口17取得一设定信号，此设定信号用来选定让蓄电单元10所欲仿真电池的放电曲线，而当放电曲线选定之后，控制单元16即对直流电源转换器12做升压或降压的控制，以使放电电压Vout能根据此选定的放电曲线来做放电输出的调整。

而在本实施例中的控制单元16内部的内存单元(图略)是预设有多组不同电池的放电曲线以供设定信号可以对其进行选取，并且对于每一组的电池曲线均赋予一代码，以供控制单元16于收到输入接口17输入的设定信号，可以通过查表方式找出此设定信号所对应的代码，进而决定出一放电曲线。然而在此控制单元16虽然是以查表方式找出设定信号所选定的放电曲线，但本发明并不以此为限，也可以配合输入接口17的设计，以按钮、触控显示或是声音输入的方式来指定所欲选定的放电曲线，而这些方式均是属于本发明的实施态样。

另外控制单元16可以从电压检测器14的检测结果来得知蓄电单元10提供的蓄电电压Vbat，而来控制直流电源转换器12根据选定的放电曲线来对放电电压Vout作升压或降压的电压调整，而为了让放电电压Vout可以精准依照选定放电曲线进行放电，本实施例特别在直流电源转换器12的输出端耦接有反馈单元18，此反馈单元18可以将此放电电压Vout以一定比例的方式反馈输出一参考电压Vref给控制单元16，使得控制单元16可以通过接收此参考电压Vref而得知放电电压Vout的电压状况，并可进一步知道放电电压Vout是否依照选定的放电曲线进行放电。例如若此时的放电电压Vout小于放电曲线中应对应输出的电压时，则控制单元16即令直流电源转换器12将放电电压Vout进行升压调整；反之若此时的放电电压大于放电曲线中应对应输出的电压时，则控制单元16即令直流电源转换器12将放电电压Vout进行降压调整。

输入接口17则是用来供输入设定信号，且此设定信号为输入接口17与控制单元16两者之间定义好可供辨识的信号，此输入接口17的实施方式可以是通过键盘、鼠标、手写板、触控板、声音辨识装置或是计算机装置等，但本发明输入接口17并不以此为限，凡是可以通过一装置来输入设定信号给控制单元16且此设定信号能被控制单元16辨识均属于本发明的实施态样。

接下来将具体说明磁性电容的构成，并请参阅图3，其为本发明实施例的一磁性电容示意图。如图3所示磁性电容2(magnetic capacitor)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之间，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，并可通过对第一磁性电极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、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利用磁偶极26、28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(siliconoxide)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3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，然而对于本领域的技术人员而言，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3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26、28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。由于公知电容中，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)，因此模拟于公知电容，本实施例的磁性电容2相当于利用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{ϵ_{0} 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，相对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。且由于公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。相比之下，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，故可利用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，其应为本领域的技术人员所熟知，故在此不予赘述。

请参阅图4，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4所示的磁性电容3的操作原理与图3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，可以通过不同的外加电场，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。同样本实施例对于磁偶极31、33、35、36的形成方向并无限定，如可以指向同一方向或不同方向。

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，再通过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。

接下来请继续参阅图5所示，其为各种不同放电曲线的曲线图。图5用来说明控制单元16中所储存的放电曲线，其中放电曲线C1~C4分别用来模拟电池1~4的放电特性，在此放电曲线的数量及曲线构成用来举例说明，而并非用以限制本发明的范围。因此若要让蓄电单元10的放电输出可以模拟电池1的输出特性，则可以通过输入接口17来输入用来指定电池1的设定信号，使控制单元16可以根据此设定信号来控制直流电源转换器12根据放电曲线C1来调整放电电压Vout，而若要让蓄电单元10可以仿真电池2~4的输出特性，则依此方式类推。

以上虽以模拟各种不同放电特性的电池为例，来说明本发明的各项特点，然而本发明的应用并不限于此，而可根据使用者的需求，对放电装置的输出电压进行动态的调整，以满足各种使用状态的需求。举例来说，可于输入接口17处定义适当的协议(protocol)，再由其它的外部装置或程序，根据此一协议输入适当的指令，以对放电装置的放电电压Vout进行可程序化的动态控制。

因此经由前述实施例说明，当可知悉本发明主要是利用磁性电容具有高能量密度及高功率输出的技术特点，而使得蓄电单元10可以用来形成各种不同的放电电压，例如对于车用蓄电池而言在车辆启动瞬间会产生大电流输出，而若是蓄电单元采用磁性电容以外的能量储存组件(如传统二次电池)，则难以模拟出车用蓄电池的放电曲线。

再者，本发明提供一输入接口17的方式来供输入设定信号，因此使得相关人员得以根据负载19的需求而选择合适的设定信号输入以使蓄电单元10仿真出所需电池的放电曲线。本发明所提供的放电装置可以被广泛应用于各种不同的电子产品中，且无须更改放电装置本身的电路设计，即可符合各种所种电子产品的用电所需。

上述所公开的附图、说明，仅为本发明的实施例而已，凡本领域的技术人员当可依据上述的说明作其它种种的改良，而这些改变仍属于本发明的专利保护范围中。

Claims

1、一种放电装置，其特征在于，包括：

一蓄电单元，具有至少一磁性电容，并用以输出一蓄电电压；

一直流电源转换器，耦接于该蓄电单元，并用以将该蓄电电压转换输出成一放电电压；

一输入接口，用以输入一设定信号；以及

一控制单元，耦接于该直流电源转换器与该输入接口，该控制单元并根据该设定信号来控制该直流电源转换器以调整该放电电压的输出大小。

2、如权利要求1所述的放电装置，其特征在于，其中该磁性电容包括：

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。

3、如权利要求2所述的放电装置，其特征在于，其中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。

4、如权利要求1所述的放电装置，其特征在于，其中该直流电源转换器为升降压电源转换器、升压电源转换器或降压电源转换器。

5、如权利要求1所述的放电装置，其特征在于，其中该输入接口为键盘、鼠标、手写板、触控板、声音辨识装置及计算机装置的其中一种。

6、如权利要求1所述的放电装置，其特征在于，其中该输入接口所输入的该设定信号为可供该控制单元辨识的信号，该控制单元根据接收到的该设定信号决定一放电曲线。

7、如权利要求6所述的放电装置，其特征在于，其中该控制单元控制该直流电源转换器根据所决定出的该放电曲线来调整该放电电压的输出大小。

8、如权利要求7所述的放电装置，其特征在于，进一步包括：

一反馈单元，耦接于该直流电源转换器输出端，并用以反馈与该放电电压成比例的一参考电压给该控制单元，以使该控制单元根据该参考电压来控制该直流电源转换器修正调整该放电电压的电压大小。

9、如权利要求7所述的放电装置，其特征在于，进一步包括：

一电压检测器，用以检测该蓄电电压，并输出检测结果给该控制单元，以使该控制单元根据该检测结果来控制该直流电源转换器调整该放电电压的输出大小。

10、如权利要求7所述的放电装置，其特征在于，其中该控制单元储存有多组不同的该放电曲线，且该控制单元以查表方式来决定出该设定信号所代表的该放电曲线。

11、一种放电方法，其特征在于，包括：

提供具有至少一磁性电容的一蓄电单元，该蓄电单元用以输出一蓄电电压；

使一控制单元接收一设定信号的输入，并根据该设定信号来选定一放电曲线；以及

该控制单元控制一直流电源转换器将该蓄电电压转换成一放电电压输出，且该放电电压的输出根据该放电曲线来进行放电。

12、如权利要求11所述的放电方法，其特征在于，其中该磁性电容包括：

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；

13、如权利要求11所述的放电方法，其特征在于，其中该控制单元储存有多组不同的该放电曲线，且该控制单元以查表方式来决定出该设定信号所代表的该放电曲线。

14、如权利要求11所述的放电方法，其特征在于，其中该直流电源转换器至少提供有升压及/或降压的电压调整。

15、如权利要求11所述的放电方法，其特征在于，其中该设定信号通过一输入接口输入且该设定信号为可供该控制单元辨识的信号。