KR101108592B1 - 휴대 전자 디바이스용 확장가능 에너지 저장부 - Google Patents
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Abstract
휴대 전자 디바이스용 확장가능 에너지 저장부가 개시된다. 확장가능 에너지 저장부는 자기-캐패시터 (MCAP; plurality of magnetic-capacitor) 에너지 저장 스틱 및 제어기를 포함한다. MCAP 에너지 저장 스틱은 병렬로 배열되고 휴대 전자 디바이스에 전력을 공급한다. 각각의 MCAP 에너지 저장 스틱은 휴대 전자 디바이스와 커플링된 포지티브 단자, 네거티브 단자, 및 제어 단자를 가진다. 제어기는 MCAP 에너지 저장 스틱의 제어 단자를 시스템 데이터 단자에 커플링한다.
배터리, 자기 캐패시터, 에너지 저장
Description
본 발명은 휴대 전자 디바이스용 확장가능 에너지 저장부에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 자기-캐패시터 (MACP; magnetic-capacitor) 스틱을 가진 휴대 전자 디바이스용 확장가능 에너지 저장부에 관한 것이다.
이동 전화 및 MP3 플레이어와 같은 휴대 전자 디바이스는 다른 사람들과 통신하도록 허용하고, 오디오 또는 비디오 분야를 플레이 하는 등을 하도록 개인에 의해 점진적으로 대중화되었다. 대부분의 휴대 전자 디바이스는 단일 전원을 갖는 화학 기반 배터리 (단일 배터리 구조) 에 의해 전원이 공급된다. 더욱 더 신규한 "하이브리드" 구조는 중앙 전원으로서 화학 기반 배터리 및 상당히 짧은 지속시간에 걸쳐 피크 전력을 공급하는 울트라-캐패시터 또는 수퍼-캐패시터 (배터리-울트라캐시터 하이브리드 구조) 를 이용한다. 또한, 복수의 배터리를 이용하는 배터리 기반 구조 (복수의 배터리 구조) 가 존재한다.
그러나, 다수의 문제가 이들 구조에 관련된다. 단일의 배터리 구조에서, 배터리는 피크 전력 추출 및 지속적인 에너지 추출 모두를 지원하도록 사이즈가 맞 춰져야 한다. 그 결과, 배터리는 종종 상당한 크기가 되어 지속적인 동작에 최적화되지 않는다. 배터리와 고전력 추출 서브시스템 사이를 러닝하기 위해 큰 수치의 와이어가 필요로 되고, 그 결과 무게와 크기가 부가된다.
복수의 배터리를 갖는 구조는 상이한 서브시스템 부하를 지원하도록 상이한 사이즈의 배터리를 가진다. 이것은 단일 배터리 구조에 대해 효율성 및 리던던시를 개선하지만, 시스템에 크기 및 무게를 부가한다. 모든 배터리 중에서 충전 등화 (equalization) 를 취급하기 위해 복잡한 회로가 필요로 되며, 따라서, 가장 약한 배터리는 복수의 배터리 시스템의 성능을 제한하지 않는다. 이 문제는 상이한 화학 및 충전 및 방전 프로필을 갖는 배터리의 이용에 의해 혼합되어 서브시스템 요구를 더욱 양호하게 충족시킨다.
배터리-울트라캐패시터 하이브리드 구조에서는, 울트라-캐패시터는 가끔식만 피크 부하를 취급하도록 이용된다. 이 배터리는 여전히 시스템에 대한 주요 에너지 저장부이다. 그 결과, 시스템 응답 및 시스템 무게가 현저히 개선되지는 않는다. 더욱이, 울트라-캐패시터 뱅크에서 충전 등화를 유지하기 위해 복잡한 회로가 요구되며, 무게 및 전력 관리 오버헤드가 부가된다.
이들 구조 모두가 배터리의 전력/에너지/무게/사이즈 특징에 의해 제한된다.
상술한 이유로 인해, 휴대 전자 디바이스를 위한 새로운 에너지 저장 구조를 제공할 필요가 있다.
본 발명은 자기-캐패시터 (MCAP) 에너지 저장 스틱을 이용하는 휴대 전자 디바이스용 확장가능 에너지 저장부에 관한 것이다.
상술한 목표를 달성하고, 본 명세서에서 광범위하게 설명되는 바와 같은 본 발명의 목적에 따르는 경우, 본 발명은 배터리 충전 및 에너지 저장 디바이스를 포함하는 에너지 저장 시스템을 제공한다. MCAP 에너지 저장 스틱은 병렬로 배열되어 휴대 전자 디바이스에 전력을 공급한다. MCAP에너지 저장 스틱 각각은 휴대 전자 디바이스와 커플링하는 포지티브 단자, 네거티브 단자, 및 제어 단자를 갖는다. 제어기는 MCAP 에너지 저장 스틱의 제어 단자를 시스템 데이터 단자에 커플링한다.
본 발명은 종래 시스템보다 더 긴 동작 기간을 제공하고 휴대 전자 디바이스의 물리적 사이즈를 감소시킨다.
상술한 일반적인 설명 및 다음의 상세한 설명 모두 예시적이며, 청구항보다 본 발명의 더 많은 설명을 제공하도록 의도된다.
첨부된 도면은 본 발명의 더 많은 이해를 제공하도록 포함되고, 이러한 사양의 일부를 구성하고 포함된다. 도면은 본 발명의 실시형태를 설명하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 원리를 설명하도록 서빙한다.
본 발명의 선호된 실시형태에 대한 참조가 상세히 이루어질 것이며, 참조의 예는 첨부된 도면에서 설명된다. 사용가능한 곳 어디에서도, 동일한 참조 부호는 도면 및 상세한 설명에서 동일한 부분을 언급하도록 이용된다.
모든 도면은 본 발명만의 기본 교시의 설명의 용이함을 위해 도시되며, 본 발명을 형성하는 부분의 부호, 위치, 관계, 및 차원에 관한 도면의 확장이 설명될 것이고 다음의 설명이 판독되어 이해된 이후에는 이 분야의 기술에 속하게 될 것이다.
도 1 은 본 발명의 일 바람직한 실시형태에 따른 하우징/슬롯에서 적층된 MCAP 스틱의 간략도이다. 휴대 전자 디바이스용 확장가능 에너지 저장부는 복수의 자기-캐패시터 (MCAP) 에너지 저장 스틱을 포함한다. 이러한 구조는 설명을 위해 에너지 저장 스틱 (110, 120, 130, 및 140) 을 이용한다. 하우징 (150)은 MCAP 스틱 (110, 120, 130, 및 140)을 홀딩한다. 휴대 전자 디바이스의 시스템 요구조건에 따르는 경우, 다양한 수 및 사이즈의 MCAP 에너지 저장 스틱이 적층되어 효율적인 전력을 공급할 수 있다.
도 2 는 본 발명의 일 바람직한 실시형태에 따른 디멘젼을 나타내는 MCAP 에너지 저장 스틱의 도면이다. 도 1 에 도시된 MCAP 스틱 각각은 MCAP 저장 스틱 (200) 과 동일한 디멘젼을 가진다. MCAC 에너지 저장 스틱 (200)은 50mm 의 길 이, 20mm 의 폭, 및 2mm 의 두께를 가진다. 또한, MCAP 에너지 저장 스틱 (200) 은 전자 디바이스와 커플링하는 포지티브 단자 (210), 네거티브 단자 (220), 및 제어 단자 (230)를 갖는다. MCAP 에너지 저장 스틱 (200) 은 복수의 자기 캐패시터를 포함하며, 종래의 배터리에 비해 더 가볍고 작은 전자 디바이스에 더 많은 양의 에너지를 제공한다.
도 3 은 본 발명의 일 바람직한 실시형태에 따른 MCAP 및 제어기를 나타내는 시스템도이다. 확장 가능 에너지 저장 시스템은 복수의 MCAP 에너지 저장 스틱 (110, 120, 130, 및 140) 및 제어기 (160)를 포함한다. MCAP 에너지 저장 스틱 (110, 120, 130, 및 140) 은 병렬로 배열되어 휴대 전자 디바이스에 전력을 제공한다. MCAP 에너지 저장 스틱 각각은 포지티브 단자, 네거티브 단자, 및 제어 단자를 갖는다. 제어기 (160) 는 MCAP 에너지 저장 스틱의 제어 단자를 시스템 데이터 단자 (182)에 커플링한다. 제어기 (160) 는 MCAP 에너지 저장 스틱 각각의 상태를 시스템 데이터 단자 (182)에 전송하여 전력 레벨을 모니터링하고 이에 따라 휴대 전자 디바이스를 조정한다. 예를 들어, 배터리 상태 표시는 MCAP 에너지 스틱이 충전되었던 최종 시간 이래로 이용된 토크 (talk) 시간 및 스탠바이 (standby) 시간의 표시, 또는 MCAP 에너지 저장 스틱이 방전되기 전 이용가능한 남은 토크 시간 및 스탠바이 시간의 표시를 포함한다. 따라서, 시스템은 배터리 상태 표시 기능을 수행하기 위해 MCAP 에너지 저장 스틱의 상태를 인지할 필요가 있고, 이 정보는 제어기 (160)에 의해 시스템 데이터 단자 (182)을 통해 전송된다.
도 4 는 본 발명의 일 바람직한 실시형태에 따른 시스템 회로도이다. MCAP 에너지 저장 스틱 (110, 120, 130, 및 140) 은 병렬로 배열되어 부하에 전력을 공급한다. 시스템 회로는 MCAP 에너지 저장 스틱에 각각 커플링된 복수의 스위치를 더 포함한다. 부하의 요구조건에 의존하여, MCAP 에너지 저장 스틱 각각에 대한 스위치는 선택적으로 턴온 또는 턴오프될 수 있다. 또한, 시스템 설계에 의존하여, MCAP 에너지 저장 스틱은 방전되는 동안 충전될 수도 있다.
도 5 는 본 발명의 일 바람직한 실시형태에 따른 휴대 에너지 저장부를 패키징하는 방법을 나타낸다. MCAP 에너지 저장 스틱 (110 및 120) 은 그 사이 배치된 시스템 데이터 (510)와 함께 패키징될 수 있다. MCAP 에너지 저장 스틱의 패키지는 와이어링을 위한 외부로의 포지티브 단자, 네거티브 단자, 및 제어 단자를 가질 것이다.
도 6 은 본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에 따른 시스템도이다. 휴대 전자 디바이스용 확장가능 에너지 저장부는 자기-캐패시터 (MCAP) 에너지 저장 스틱 (610), 제어 스위치 (620), 전력 관리 모듈 (630), 제어기 (640), 및 과전류 보호 디바이스 (OCPD) (650)를 포함한다. MCAP 에너지 저장 스틱 (610)은 복수의 자기 캐패시터를 포함한다. 과전류 보호 디바이스 (OCPD)는 리세팅이 가능한 퓨즈일 수 있다. MCAP 에너지 저장 스틱 (610)은 휴대 전자 디바이스에 전력을 공급하고 포지티브 단자 (612) 및 네거티브 단자 (614)를 갖는다. 제어 스위치 (620)는 MCAP 에너지 저장 스틱 (610) 의 네거티브 단자 (614)에 커플링된다. 전력 관리 모듈 (630)은 제어 스위치 (620)에 커플링된다. 과전류 보호 디바이스 (OCPD) (650)는 전력 관리 모듈 (630) 및 휴대 전자 디바이스와 접속 된 네거티브 단자에 커플링되어 전압의 과전류로부터 디바이스를 보호한다. 제어기 (640)는 MCAP 에너지 저장 스틱 (610), 제어 스위치 (620), 전력 관리 모듈 (630), 및 OCPD (650)를 시스템 데이터 단자 (642)에 커플링한다. 제어기 (640)는 MCAP 에너지 저장 스틱 (610), 제어 스위치 (620), 전력 관리 모듈 (630), 및 과전류 보호 디바이스 (OCPD) (650) 로부터 신호를 수신하고 상태 정보를 시스템 데이터 단자 (642) 에 전송하여, 전력 레벨을 모니터링하고 이에 따라 휴대 전자 디바이스를 조정한다. 예를 들어, 배터리 상태 표시는 MCAP 에너지 스틱이 충전되었던 최종 시간 이래로 이용된 토크 (talk) 시간 및 스탠바이 (standby) 시간의 표시, 또는 MCAP 에너지 저장 스틱이 방전되기 전 이용가능한 남은 토크 시간 및 스탠바이 시간의 표시를 포함한다. 따라서, 시스템은 배터리 상태 표시 기능을 수행하기 위해 상태 정보를 인지할 필요가 있고, 이 정보는 제어기 (640)에 의해 시스템 데이터 단자 (642)를 통해 전송된다.
일반적인 전자 디바이스에서 MCAP 를 이용하기 위해서는 시스템의 근본적인 재설계가 요구될 수도 있다. 그러나, 대부분의 경우에, 이러한 재설계 및 갱신은 기술적으로도 경제적으로도 실용적이지 않다. 전기 장난감 및 mp3 플레이어와 같이 휴대 전자 디바이스의 많은 부분이 AA, AAA, C, D, 리튬 프리스매틱, 원통형 리튬이온, 및 리튬 폴리머와 같은 현존하는 배터리 포맷으로 설계되었기 때문에, 확장가능 MCAP 에너지 저장부는 표준 배터리 포맷의 물리적 형태 요소들로 패키징될 수 있다. 도 7 은 단일의 배터리 슬롯을 가진 현존하는 배터리 포맷으로, 확장가능 에너지 저장부를 패키징하는 첫번째 방법을 도시한다. 이 패키지 는 배터리 포맷 AA, AAA, C, 및 D 에 부합한다. MCAP 에너지 저장부는 자기-캐패시터 (MCAP) 에너지 저장 스틱 (710) 제어 스위치 (720), 전력 관리 칩 (730), DC-DC 조정기 (740), 및 리셋가능 퓨즈 (750) 를 포함한다. MCAP 배터리는 슬롯과, 제 1 접촉으로서 포지티브 단자 (712) 및 제 2 접촉으로서 네거티브 단자 (714) 를 가진다. 필러 (filler) 재료는 공간을 채우도록 이용된다. 유사하게, 도 8 은 복수의 배터리 슬롯을 가진 현존하는 배터리 포맷으로, 확장가능 에너지 저장부를 패키징하는 두번째 방법을 도시한다. 도 9 는 리튬 이온 프리스매틱 및 리튬 폴리머 배터리 포맷으로, 확장가능 에너지 저장부를 패키징하는 세번째 방법을 도시한다. 표준 배터리 대신에 (주요 및 보조로) MCAP 배터리를 배치하는 것은 시스템의 전력 저장 효율 및 전체 에너지 및 동작 기간을 증가시킨다.
결과적으로, 이 발명은 자기 캐패시터 (새로운 에너지 저장 기술) 의 이용을 나타낸다. 이 기술은 종래의 캐패시터에 비해 동일한 부피 및 무게에 있어서, 10 억배 이상 에너지 저장 용량을 증가시킨다. 표준 이용 기술보다 이 기술을 이용하는 것이 이동 전화, 랩탑, mp3 플레이어, 및 PDA (개인 휴대 정보 단말기) 와 같은 휴대 전자 디바이스에 상당한 효과를 가져올 수도 있다.
본 명세서에 구현되고 광범위하게 설명된 바와 같이, 실시형태들은 종래 시스템보다 더 긴 동작 시간 및 외부 MCAP 에너지 저장부의 용이한 부가를 제공한다. 또한, 실시형태는 전기 시스템의 무게 및 물리적 사이즈를 감소시킨다.
본 발명이 특정 선호된 실시형태를 참조하여 상당히 상세히 설명되었지만 다른 실시형태도 가능하다. 따라서, 첨부된 청구항의 사상 및 범위는 상세한 설 명의 선호된 실시형태의 설명으로 제한되어서는 안된다.
본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고 본 발명의 구조에 다양한 수정 및 변경이 이루어질 수 있음이 이 분야의 당업자에게 명백할 것이다. 전술한 관점에서, 이 발명의 수정 및 변경이 본 발명의 청구항 및 그 균등물의 범위에 포함되는 경우 본 발명은 이 수정 및 변경을 커버하도록 의도된다.
도 1 은 본 발명의 일 바람직한 실시형태에 따른 하우징/슬롯에서 적층된 MCAP 스틱의 간략도이다.
도 2 는 본 발명의 일 바람직한 실시형태에 따른 디멘젼을 나타내는 MCAP 에너지 저장 스틱의 도면이다.
도 3 은 본 발명의 일 바람직한 실시형태에 따른 MCAP 및 제어기를 나타내는 시스템도이다.
도 4 는 본 발명의 일 바람직한 실시형태에 따른 시스템 회로도이다.
도 5 는 본 발명의 일 바람직한 실시형태에 따른 휴대 에너지 저장부를 패키징하는 방법을 나타낸다.
도 6 은 본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에 따른 시스템도이다.
도 7 은 단일 배터리 슬롯을 가진 현존하는 배터리 포맷으로 휴대 에너지 저장부를 패키징하는 제 1 방법을 나타낸다.
도 8 은 복수의 배터리 슬롯을 가진 현존하는 배터리 포맷으로 휴대 에너지 저장부를 패키징하는 제 2 방법을 나타낸다.
도 9 는 리튬 이온 프리스매틱 및 리튬 폴리머 배터리 포맷으로 휴대 에너지 저장부를 패키징하는 제 3 방법을 나타낸다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
110, 120, 130, 140, 610, 710: 에너지 저장 스틱
150: 하우징 160. 640: 제어기
210, 712: 포지티브 단자 220, 714: 네거티브 단자
230: 제어 단자 510: 시스템 데이터
620, 720: 제어 스위치 630: 전력 관리 모듈
650: 과전류 보호 디바이스 730: 전력 관리 칩
740: DC-DC 조정기 750: 리셋가능 퓨즈
Claims (11)
- 병렬로 배열되고 휴대 전자 디바이스에 전력을 공급하며, 각각 상기 휴대 전자 디바이스와 커플링하는 포지티브 단자, 네거티브 단자, 및 제어 단자를 갖는 복수의 자기 캐패시터 (MCAP; magnetic-capacitor) 에너지 저장 스틱으로서, 상기 MCAP 에너지 저장 스틱 각각은 50mm 의 길이, 20mm 의 폭, 및 2mm 의 두께를 가지며, 상기 MCAP 에너지 저장 스틱들은 그 사이에 배치된 시스템 데이터와 함께 패키징되는, 복수의 MCAP 에너지 저장 스틱;상기 MCAP 에너지 저장 스틱들의 제어 단자들을 시스템 데이터 단자에 커플링하는 제어기;상기 MCAP 에너지 저장 스틱 각각에 커플링된 복수의 스위치를 포함하는 휴대 전자 디바이스용 에너지 저장 장치.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,상기 MCAP 에너지 저장 스틱 각각은 복수의 자기 캐패시터를 갖는 휴대 전자 디바이스용 에너지 저장 장치.
- 제 1항에 있어서,상기 제어기는 상기 MCAP 에너지 저장 스틱의 상태를 시스템 데이터 단자에 전송하여 전력 레벨을 모니터링하고 이에 따라 상기 휴대 전자 디바이스를 조정하는 휴대 전자 디바이스용 에너지 저장 장치.
- 삭제
- 삭제
- 휴대 전자 디바이스에 전력을 공급하며 각각 포지티브 단자 및 네거티브 단자를 갖는 복수의 자기-캐패시터 (MCAP; magnetic-capacitor) 에너지 저장 스틱으로서, 상기 MCAP 에너지 저장 스틱 각각은 50mm 의 길이, 20mm 의 폭, 및 2mm 의 두께를 가지며, 상기 MCAP 에너지 저장 스틱들은 그 사이에 배치된 시스템 데이터와 함께 패키징되는 복수의 MCAP 에너지 저장 스틱;상기 MCAP 에너지 저장 스틱들의 네거티브 단자들에 커플링된 제어 스위치;상기 제어 스위치에 커플링된 전력 관리 모듈;상기 전력 관리 모듈에 커플링되며 상기 휴대 전자 디바이스를 전압의 과전류로부터 보호하는 과전류 보호 디바이스 (OCPD); 및상기 MCAP 에너지 저장 스틱들, 제어 스틱, 전력 관리 모듈, 및 OCPD 를 시스템 데이터 단자에 커플링하는 제어기를 포함하는 휴대 전자 디바이스용 에너지 저장 장치.
- 제 7항에 있어서,상기 MCAP 에너지 저장 스틱은 복수의 자기 캐패시터를 포함하는 휴대 전자 디바이스용 에너지 저장 장치.
- 제 7항에 있어서,상기 제어기는 상기 MCAP 에너지 저장 스틱의 상태를 상기 시스템 데이터 단자에 전송하여 전력 레벨을 모니터링하며 이에 따라 상기 휴대 전자 디바이스를 조정하는 휴대 전자 디바이스용 에너지 저장 장치.
- 제 7항에 있어서,상기 과전류 보호 디바이스는 리셋가능 퓨즈인 휴대 전자 디바이스용 에너지 저장 장치.
- 제 7항에 있어서,상기 휴대 전자 디바이스용 확장가능 에너지 저장부는 AA, AAA, C, 및 D 를 포함하는 표준 배터리 포맷의 물리적 형태 요소로 패키징되는 휴대 전자 디바이스용 에너지 저장 장치.
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