专利名称：电力供应模块与电力供应装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电力供应装置，尤指一种将多个储能元件整合至一机箱里的电力供应装置。
背景技术：
一般说来，传统电力供应系统由多个铅酸电池堆叠而成(串联或并联)，安装于机房内，由于铅酸电池具有重量重且体积大等缺点，使得整个电力供应系统不仅笨重且占空间。
发明内容
因此，本发明的目的之一在于提供一种将多个储能元件(磁性电容电池)整合至一电力供应模块，以及将多个电力供应模块整合至一机箱里的电力供应装置，以解决上述问题。
依据本发明的权利要求，其披露一种电力供应模块。该电力供应模块包
含有 一母板(motherboard);至少一储能元件，安装于该母板上；以及一连接埠，固定于该母板上并电连接于该储能元件；其中该储能元件通过该连接埠而输出其所储存的电力。
依据本发明的权利要求，其亦披露一种电力供应装置。该电力供应装置包含有 一机箱(rackmount)，包含有一连接座；以及至少一电力供应模块，以一可插拔的方式安装于该连接座上。该电力供应模块包含有 一母板；至少一储能元件，安装于该母板上；以及一连接埠，固定于该母板上并电连接于该储能元件；其中该储能元件通过该连接埠而输出其所储存的电力。
图1为本发明电力供应模块的一实施例的示意图。
图2为本发明的一磁性电容的结构示意图。
图3为本发明的磁性电容与其他已知能量储存媒介的比较图。图4为图2所示的第一;兹性电极的一实施例的结构示意图。
图5为本发明的磁性电容电池的一实施例的示意图。图6为本发明电力供应^^莫块的另一实施例的示意图。图7为本发明电力供应装置的一实施例的示意图。图8为图7所示的电力供应装置的另一示意图。
附图标记说明
100、 600、 720电力供应4莫块
110、 210、 721母板
120、 620、 722储能元件
130、 630连接埠
200石兹性电容
210、 220》兹性电极
215、 225、 413、 417石兹偶极
230介电层
412、 416磁性层
414隔离层
500》兹性电容电>也
640监测器
650控制器
700电力供应装置
710机箱
711连接座
730硬碟
740中央处理单元
750随机存取存储器
具体实施例方式
在本专利说明书及后续的权利要求当中使用了某些词汇来指称特定的元件。所属领域中普通技术人员应可理解，硬体制造商可能会用不同的名词来称呼同 一个元件。本说明书及后续的权利要求并不以名称的差异来作为区分元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区分的准则。在通篇说明书及后续的权利要求当中所提及的"包含"为一开放式的用语，故应解释成"包含但不限定于"。此外，"耦接" 一词在此包含任何直接及间接的电气连接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表该第一装置可直接电气连接于该第二装置，或通过其他装置或连接手段间接地电气连接至该第二装置。
请参考图1,图1为本发明电力供应模块100的一实施例的示意图。如
图1所示，电力供应才莫块100包含有一母板110、至少一储能元件120以及一连接埠130。储能元件120安装于母板110的上；连接埠130固定于母板110上并电连接于储能元件120;其中储能元件120通过连接埠130而输出其所储存的电力，此外，储能元件120亦可通过连接埠130来进行充电。以下将对电力供应模块IOO做进一步的说明，然而，此仅作为范例说明，而并非为本发明的限制。
在电力供应模块100中，母板110为一刀锋板(blade )，储能元件120设置于一子板(daughterboard )上，该子板以一可插拔的方式安装于母板110上，因此，储能元件120亦以一可插拔的方式安装于母板110上。此外，在电力供应模块100中，储能元件120为一磁性电容电池，其包含有至少一磁性电容(magnetic capacitor),以下将对-兹性电容电池做进一 步的说明。
请参阅图2，图2为本发明的一磁性电容200的结构示意图。如图2所示，磁性电容200包含有 一第 一磁性电极210 、 一第二磁性电极220以及位于其间的一介电层230。第一磁性电极210与第二磁性电极220均由具有磁性的导电材料所构成，包含有一磁性导电材料(例如稀土元素)，并通过适当的外加电场对第一、第二磁性电极210、 220进行磁化，使第一、第二磁性电极210、 220内分别形成磁偶极(magnetic dipole) 215、 225,磁偶极215、225能于磁性电容200内部形成一磁场，该磁场可影响带电粒子的移动，从而抑制磁性电容200的漏电流；介电层230由 一介电材料(例如氧化钛(Ti02)、氧化钡钛(BaTi03))或一半导体材料(例如:氧化硅(silicon oxide))所构成，用来分隔第一^兹性电极210与第二^兹性电极220,以在第一^兹性电极210与第二磁性电极220处累积电荷而储存电位能。以下将针对磁性电容的操作原理作进一 步说明。 -
磁性电容200主要利用整齐排列的磁偶极215、 225来形成磁场，使第一磁性电极210与第二磁性电极220内部所储存的电子各自朝一 自旋方向转动而整齐排列，故可储存大量的电荷，进而大幅增加能量储存密度。请注意，图2所示的磁偶极215、 225分别指向相反的方向，然而，此并非为本发明的限制，实作上，磁偶极215与225的方向并无限定，举例来说，磁偶极215与225亦可指向一相同方向。
已知电容的电容值C由电容的面积A、介电层的介电常数So、 &及厚度d决定，请参考下式
" (1)
相较于已知电容，-兹性电容200相当于通过磁场的作用来改变介电层230的介电常数以提升其电容值；此外，在本发明的一实施例中，第一磁性电极210与介电层230间的一第一界面231以及第二磁性电极220与介电层230间的一第二界面232均为一不平坦的表面，因而通过增加表面积A的来进一步提升磁性电容200的电容值。
请参阅图3，图3为本发明的磁性电容与其他已知能量储存媒介的比较图。由图3可知，相较于传统电容与超级电容，磁性电容具有相当高的能量储存密度。
请参阅图4，图4为图2所示的第一磁性电极210的一实施例的结构示意图。如图4所示，第一磁性电极210为三层结构，包含有一第一磁性层412、一隔离层414以及一第二磁性层416，其中，隔离层414由非磁性材料所构成，而第一磁性层412与第二磁性层416则包含有具磁性的导电材料，并通过不同的外加电场对第一、第二磁性层412、 416进行磁化，使其第一、第二石兹性层412、 416内分别形成石兹偶才及413、 417，石兹偶才及413、 417—起构成第 一磁性电极210的磁偶极215。在本发明的 一优选实施例中，磁偶极413、417分别指向相反的方向(如图4所示)，以抑制磁性电容200的漏电流。
请注意，第一磁性电极210的结构并不限于前述的三层结构(第一、第二磁性层412、 416与一隔离层414),在本发明其他实施例中，第一》兹性电极210可为一多层结构，更明确地说，第一》兹性电极210可由多个磁性层与多个隔离层不断交错堆叠而组成，再通过调整各磁性层的磁偶极方向来抑制磁性电容200的漏电流，甚至达到几乎无漏电流的效果，而此一设计变化亦隶属于本发明的范畴。此外，第二磁性电极220的结构可采用上述任何第一磁性电极210的结构，因此为求说明书内容简洁起见，第二磁性电极220的结构的详细说明便在此省略。
请参阅图5，图5为本发明的磁性电容电池500的一实施例的示意图。如图5所示，磁性电容电池500包含有多个磁性电容200,其以一阵列的方式而互相电连接，然而，此并非为本发明的限制，实作上，多个》兹性电容可以串联或并联的方式来互相电连接，以满足各种的电力供应需求。在本实施例中，磁性电容电池500利用半导体工艺在一硅基板上制作多个小尺寸的磁性电容200 ，并通过适当的金属化工艺来电连接多个磁性电容200所构成。
请参阅图6，图6为本发明电力供应模块600的另一实施例的示意图，如图6所示，电力供应模块600包含有一母板610、至少一储能元件620、一连接埠630、 一监测器(monitor) 640以及一控制器(controller) 650。由于图6的电力供应模块600与图1的电力供应冲莫块100中具有相同名称的元件具有类似的运作方式与功能，因此为求说明书内容简洁起见，详细说明便在此省略。图6的电力供应模块600与图1的电力供应模块IOO的主要不同之处在于电力供应模块600还具有监测器640与控制器650,其均安装于母板610之上，监测器640用来监测储能元件620的状态，控制器650用来控制储能元件620的运作。举例来说，监测器640可监测储能元件620的剩余能量，而控制器650可控制让储能元件620放电或对储能元件620充电。
请注意，在本发明中，监测器与控制器均为非必要(optional)元件，换句话说，在本发明其他实施例中，电力供应模块可包含监测器而不包含控制器，或包含控制器而不包含监测器，而此设计变化亦隶属于本发明的范畴。
请参阅图7，图7为本发明电力供应装置700的一实施例的示意图。如图7所示，电力供应装置700包含有一机箱710以及至少一电力供应模块720。机箱710 (例如 一刀锋式机箱(blade rackmount))包含有一连接座711;电力供应模块720包含有(但不限于) 一母板721 (例如 一刀锋板)、至少一储能元件722以及一连接埠(未显示于图7中)，.实作上，电力供应模块720可采用任何上述电力供应模块的结构(例如电力供应模块100或电力供应模块600)。电力供应模块720以一可插拔的方式安装于连接座711上，因此，若电力供应模块720发生问题时，可独立关闭并更换电力供应模块720，而不会影响电力供应装置700的正常运作。以下将对电力供应系统700做进一步的说明，然而，此仅作为范例说明，而并非为本发明的限制。在电力供应装置700中，电力供应冲莫块720的连接埠以一可插拔的方式 将电力供应模块720安装于连接座711上，连接座711用以输出储能元件722 所储存的电力，换句话说，储能元件722通过电力供应模块720的连接埠与 连接座711而输出其所储存的电力，然而本发明并不以此为限，亦即，电力 供应模块720仅以一可插拔的方式安装于连接座711上，但连接座711并不 输出储能元件722储存的电力，举例来说，储能元件722可能通过电力供应 装置700的其他接头或接口来输出其所储存的电力，此外，储能元件722亦 可通过连接座711与电力供应模块720的连接埠进行充电。电力供应装置700 另包含有一监测单元(monitoring unit)以及一控制单元(controlling unit), 该监测单元与该控制单元均耦接于电力供应模块720,该监测单元用以监测 电力供应模块720的状态，该控制单元则用以控制电力供应模块720的运作， 举例来说，该监测单元可监测电力供应装置700中的电力供应模块(例如 电力供应模块720)的剩余电量，该控制单元可控制电力供应装置700中的 电力供应模块(例如电力供应模块720)来输出其所储存的电力，该控制 单元亦可控制一充电电路来对电力供应装置700中的电力供应模块(例如 电力供应模块720)充电，其中，该充电电路可设置于电力供应装置700内 或外接于电力供应装置700。请参阅图8，图8为本发明电力供应装置700 的另一示意图。如图8所示，该监测单元与该控制单元由一硬碟730、 一中 央处理单元(CPU) 740以及至少一随机存取存储器(RAM) 750所组成， 并均设置于另一母板上，亦以可插拔的方式安装于机箱710之中。
在电力供应装置700中，该监测单元与该控制单元均安装于机箱710中， 然而，此并非为本发明的限制。在本发明电力供应装置的另一实施例中，监 测单元与控制单元可经由一网路来分别监测与控制电力供应模块的状态与 运作，而不需与该电力供应模块设置于同一机箱中。此外，在本实施例中， 电力供应模块720以一直插的方式设置于机箱710中，然而，本发明并不仅 限于此，举例来说，电力供应模块720亦可以一横插的方式设置于机箱710 中，而此一设计变化亦隶属于本发明的范畴。
相较于已知技术，由于磁性电容电池具有能量密度大、体积小与重量轻 等特性，因此可将多个磁性电容电池整合至一母板(例如刀锋板)，成为 一电力供应模块，再将多个电力供应模块整合至一机箱中，成为一电力供应 装置，进而有效减少电力供应装置的体积并且不会牺牲其供电能力，以解决已知铅酸电池的问题。
以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的等同变 化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
权利要求
1.一种电力供应模块，包含有一母板；至少一储能元件，安装于该母板上；以及一连接埠，固定于该母板上并电连接于该储能元件；其中该储能元件通过该连接埠而输出其所储存的电力。
2. 如权利要求1所述的电力供应模块，其中该储能元件还通过该连接埠 来进行充电。
3. 如权利要求1所述的电力供应模块，另包含有至少一子板，安装于该 母板上，用以设置该储能元件。
4. 如权利要求3所述的电力供应装置，其中该子板以一可插拔的方式安 装于该母板上。
5. 如权利要求1所述的电力供应模块，另包含有一监测器，用以监测该 储能元件的状态。
6. 如权利要求1所述的电力供应模块，另包含有一控制单元，用以控制 该储能元件的运作。
7. 如权利要求1所述的电力供应模块，其中该储能元件为一磁性电容电 池，其包含有至少一磁性电容。
8. 如权利要求7所述的电力供应模块，其中该磁性电容包含有 一第一》兹性电极，其由具有磁性的导电材^H勾成，用以形成一第一磁偶极；一第二磁性电极，其由具有磁性的导电材料构成，用以形成具有一第二 磁偶极；以及一介电层，安装于该第 一磁性电极与该第二磁性电极之间。
9. 如权利要求8所述的电力供应模块，其中该第 一磁偶极的方向相异于 该第二磁偶极的方向。
10. 如权利要求8所迷的电力供应模块，其中该第一磁性电极包含有 一第一石兹性层，其由具磁性的导电材料构成，用以形成具有一第三磁偶极；一第二磁性层，其由具磁性的导电材料构成，用以形成一第四磁偶极；以及一隔离层，其由非磁性物质所构成并安装于该第 一磁性层与该第二磁性 层之间，其中该第 一磁偶极由该第三磁偶极与该第四磁偶极所构成。
11. 如权利要求IO所述的电力供应模块，其中该第三磁偶极的方向相异 于该第四磁偶极的方向。
12. —种电力供应装置，包含有 一机箱，包含有一连接座；以及至少一电力供应模块，以一可插拔的方式安装于该连接座上，该电力供 应才莫块包含有一母板；至少一储能元件，安装于该母板上；以及 一连接埠，固定于该母板上并电连接于该储能元件； 其中该储能元件通过该连接埠而输出其所^賭存的电力。
13. 如权利要求12所述的电力供应装置，其中该连接埠以一可插拔的方 式将该电力供应模块安装于该连接座上，该连接座用以输出该储能元件所储 存的电力。
14. 如权利要求13所述的电力供应装置，其中该储能元件还通过该连接 埠与该连接座来进行充电。
15. 如权利要求12所述的电力供应装置，其中该电力供应模块另包含有 至少一子板，安装于该母板上，用以设置该储能元件。
16. 如权利要求15所述的电力供应装置，其中该子板以一可插拔的方式 安装于该母板上。
17. 如权利要求13所述的电力供应装置，另包含有一监测单元，耦接于该电力供应模块，用以监测该电力供应模块的状态。
18. 如权利要求17所述的电力供应装置，其中该监测单元安装于该机箱中。
19. 如权利要求12所述的电力供应装置，另包含有一控制单元，耦接于该电力供应模块，用以控制该电力供应模块的运作。
20. 如权利要求19所述的电力供应装置，其中该控制单元安装于该机箱中。
全文摘要
本发明提供一种电力供应模块与电力供应装置。该电力供应模块包含有一母板、至少一储能元件以及一连接埠。该储能元件安装于该母板上；该连接埠固定于该母板上，并电连接于该储能元件；该储能元件通过该连接埠而输出其所储存的电力。该电力供应装置包含有一机箱，包含有一连接座；以及至少一电力供应模块，以一可插拔的方式安装于该连接座上。该电力供应模块包含有一母板、至少一储能元件以及一连接埠。该储能元件安装于该母板上；该连接埠固定于该母板上并电连接于该储能元件；该储能元件通过该连接埠而输出其所储存的电力。根据本发明，有效减少了电力供应装置的体积并且不会牺牲其供电能力。
文档编号H02J3/00GK101651341SQ20081021026
公开日2010年2月17日 申请日期2008年8月11日 优先权日2008年8月11日
发明者郑青峰 申请人:光宝科技股份有限公司