Proposed Power Distribution Architecture of the Fuel Cell Powered Laptop Computer

In these days, the portable electronics are more fully-featured that ever before and the users are increasingly dependent on these mobile devices and are spending ever-longer-periods of time without access to ac sources. However, today’s battery technology has only shown the limited improvements and is unlikely to meet the ever increasing power demands in the near future. It is so-called the ‘power gap’, which is a difference between the ever-increasing power demands of portable electronics and the amount of power available in today’s battery technologies.

The fuel cells are good candidates to replace batteries as power sources for the next generation portable electronics such as laptop computer owing to its high energy density guaranteeing the longer operation time.

Figure shows the proposed power distribution architecture of the fuel cell powered laptop computer. The voltage regulator modules (VRMs), a battery pack, battery management unit (BMU) and a buck converter to step down the bus voltage for the VRMs are inside the laptop computer. VRMs step down the voltage to supply different devices such as the processor, memory, etc. The operating voltages of these devices are normally in the range of 0.6V to 3.3 V to increase the speed of the computer, thus a large voltage reduction is required and therefore the power conversion efficiency is reduced. Most common method for stepping down the high dc bus distribution system voltage to a lower level is to employ a non-isolated buck converter.

A fuel cell system is located externally to supply the power to the laptop when the ac source is not available. The fuel cell voltage is stepped up through the boost converter and directly charges the battery pack. For this architecture multiple power path switches are used to select the input source. When ac input is available, the switch Q1 is on, connecting the ac-dc converter to the VRM through the buck converter. When the ac input is lost, switch Q2 connect the fuel cell system and boost charger to the battery pack to charge the battery through switch Q3 and the energy from the battery is used for the laptop operation.

Giới thiệu & Lược dịch: Hiện nay, do sự phát triển nhanh chóng của các thiết bị điện tử cầm tay như điện thoại di động, máy tính bảng… về cả tốc độ xử lý, kích thước hiền thị và khả năng kết nối, đã đặt ra vấn đề chưa có lời giải đáp thỏa đáng cho những nhà nghiên cứu và sản xuất pin truyền thống. Bên cạnh việc nâng cao dung lượng và tuổi thọ của pin, các nhà nghiên cứu cũng đã tìm đến những nguồn năng lượng mới dùng để cung cấp cho các thiết bị cầm tay, trong đó có tế bào năng lượng (Fuel Cell) – một ứng viên nặng ký do có nhiều ưu điểm. Bộ cấp nguồn cho laptop từ tế bào năng lượng hiện đang được phát triển bởi, ít nhất Apple và Samsung; theo dự đoán sẽ thương mại hóa trong vòng từ 3 đến 5 năm tới. Hiện tại, 1 nhóm nghiên cứu của Đại Học Soongsil – Seoul đã phát triển thành công ở quy mô phòng thí nghiệm bộ cấp nguồn và xạc cho laptop từ tế bào năng lượng với kích thước nhỏ và khối lượng nhẹ.