BR112018003642B1

BR112018003642B1 - Unidade de controle para um sistema eletrônico de fornecimento de vapor e sistema eletrônico de fornecimento de vapor

Info

Publication number: BR112018003642B1
Application number: BR112018003642-0A
Authority: BR
Inventors: Kenny OTIABA
Original assignee: Nicoventures Trading Limited
Priority date: 2015-08-25
Filing date: 2016-08-24
Publication date: 2023-03-14
Also published as: BR112018003642A2; HK1250420A1; MX2018002076A; US20180242635A1; EP3341995B1; UA120466C2; AU2016313251A1; WO2017033007A1; EP3341995A1; EP3341995B9; ES2902496T3; US20210137172A1; RU2682537C1; GB201515087D0; NZ739404A; ZA201800739B; CN107925122B; KR102044697B1; US10806180B2; MY187738A

Abstract

UNIDADE DE CONTROLE PARA UM SISTEMA ELETRÔNICO DE FORNECIMENTO DE VAPOR E SISTEMA ELETRÔNICO DE FORNECIMENTO DE VAPOR. Uma unidade de controle para um sistema eletrônico de fornecimento de vapor inclui uma bateria para fornecer energia elétrica a um aquecedor que é usado para produzir vapor. A bateria é uma bateria de lítio e fosfato de ferro. A bateria fornece uma tensão de saída que permanece em um nível de tensão aproximadamente constante à medida que a bateria é descarregada.

Description

Campo

[0001] A presente divulgação refere-se a um sistema eletrônico de fornecimento de vapor, por exemplo, um cigarro eletrônico, e a uma unidade de controle para esse sistema.

Antecedentes

[0002] Sistemas de fornecimento de vapor eletrônicos, tais como cigarros eletrônicos e outros sistemas eletrônicos de entrega de nicotina, geralmente contêm um cartucho para fornecer um reservatório de líquido que deve ser vaporizado, tipicamente a nicotina. Quando um usuário inala no dispositivo, uma unidade de controle opera uma bateria para fornecer energia a um aquecedor. Isso ativa o aquecedor para vaporizar uma pequena quantidade de líquido, que é então inalada pelo usuário.

[0003] Este tipo de cigarro eletrônico, portanto, geralmente incorpora dois consumíveis, primeiro o líquido a ser vaporizado e, segundo, a energia na bateria. Em relação ao primeiro, quando o reservatório de líquido estiver esgotado, pelo menos uma parte do dispositivo que contém o cartucho pode ser descartada para permitir a substituição por um novo cartucho. Em relação ao último, um cigarro eletrônico geralmente fornece alguma forma de conector elétrico para receber energia de um dispositivo de carregamento externo, permitindo assim que a bateria com o cigarro eletrônico seja recarregada.

[0004] A maioria dos cigarros eletrônicos são alimentados por baterias (ou células) de íons de lítio recarregáveis, que podem ser encontradas em uma ampla gama de dispositivos, e não apenas cigarros eletrônicos. (N.B. os termos "bateria" e "célula" serão usados de forma intercambiável aqui, uma vez que, devido ao espaço limitado dentro de um cigarro eletrônico, a bateria em um tal cigarro eletrônico geralmente compreende apenas uma única célula). As baterias de íons de lítio convencionais (comumente usadas) são baseadas em um catodo feito a partir de óxido de lítio e cobalto (LiCoO2), e produzem uma saída de voltagem que tende a declinar à medida que descarregam, por exemplo, de cerca de 4,2V quando totalmente carregada, até cerca de 3,0 V antes de serem completamente esgotadas, ou seja, declínio de cerca de 28%. Além disso, uma vez que a saída de potência através de uma determinada resistência de aquecimento R vai com V2/R, isso implica que geralmente haveria uma queda correspondente na saída de energia, de modo que a saída de potência operacional final (a uma tensão de 3,0 V) seja apenas 52% da potência inicial (a uma tensão de 4,2V). Esta mudança de energia fornecida pela bateria ao aquecedor, desde a carga total até a descarga, pode, portanto, afetar significativamente a quantidade de líquido vaporizado e, portanto, inalado por um usuário.

[0005] Os cigarros eletrônicos existentes adotaram uma série de técnicas para lidar com essa variação de energia fornecida por uma bateria ao longo do ciclo de descarga. Por exemplo, alguns dispositivos podem desligar-se antes que a bateria caia para 3,0V - por exemplo, com uma tensão de saída da bateria de 3,6V. Isso reduz a variação na saída de energia (a saída de energia operacional final está agora em cerca de 73% do valor máximo para um corte de 3,6V). Por outro lado, parte da energia armazenada dentro da bateria não está mais disponível para uso, o que reduz o tempo que o dispositivo pode ser operado sem ter que recarregar novamente.

[0006] Outros dispositivos empregam um capacitor para armazenar carga adicional da bateria. Com a troca adequada, o capacitor pode ser usado como fonte de energia adicional (temporária) para complementar a voltagem disponível na bateria. Esta potência suplementar (tensão) do capacitor pode assim ajudar a compensar a tensão reduzida disponível na bateria nos últimos estágios do ciclo de descarga.

[0007] Outra abordagem é usar um esquema de modulação de largura de pulso (PWM), no qual a energia é fornecida a partir da bateria como uma sucessão de pulsos retangulares. Se a duração (largura) de cada pulso for P e o intervalo de pulso do fim de um pulso para o início do próximo pulso for I, podemos definir o ciclo de trabalho PWM (D) como D = P/(P+I). O ciclo de trabalho passa para zero à medida que a largura de pulso P vai para zero, ou seja, neste caso, a bateria não está fornecendo potência efetivamente. Por outro lado, o ciclo de trabalho passa para a unidade à medida que o intervalo de pulso I vai para zero, ou seja, neste caso a bateria está efetivamente fornecendo energia contínua (não modulada). Se a saída de tensão da bateria for V, onde 3,6<V<4,2, podemos definir o ciclo de trabalho D de tal forma que a saída de tensão efetiva, DV, tenha um valor constante, por exemplo, 3,6V. Em particular, se a saída de tensão atual da bateria for V = 3,6, ou seja, a bateria está quase esgotada, o PWM é configurado de forma que D=1, enquanto que se a saída de tensão atual da bateria é V = 4,2, ou seja, a bateria está totalmente carregada, o PWM é configurado de forma que D=0,857 (com valores intermediários de D apropriados para valores intermediários da tensão de saída da bateria).

[0008] Observe que um esquema PWM para controlar a saída de tensão da bateria pode ser usado para fins de controle mais gerais (em vez de especificamente para compensar a variação na saída da tensão da bateria). Por exemplo, a saída de energia do aquecedor pode ser medida, por exemplo, usando alguma forma de termômetro ou monitorando eletricamente a corrente e/ou a tensão fornecida ao aquecedor. O ciclo de trabalho PWM pode então ser controlado para obter uma temperatura de saída desejada do aquecedor. Deverá ser notado que tal sistema de controle pode acomodar variações na saída da tensão da bateria juntamente com outras variações de potencial (como temperatura externa, tipo de líquido a vaporizar, etc.). Além disso, esse sistema de controle pode usar algum outro mecanismo (não PWM) para regular a tensão de saída efetiva e a energia da bateria.

[0009] Os esquemas existentes para acomodar variações na tensão de saída da bateria têm algumas desvantagens. Por exemplo, eles geralmente requerem componentes adicionais no cigarro eletrônico, o que aumenta a complexidade e o custo. Além disso, um sistema PWM (ou similar) pode restringir a energia com base na menor tensão de saída da bateria (V=3,6). Em outras palavras, em níveis mais altos de tensão de saída da bateria disponível (como V=4,2), a tensão de saída disponível é reduzida (por PWM ou qualquer outro mecanismo adequado), o que efetivamente reprime o desempenho. Tal abordagem, portanto, impede que um usuário experimente a operação do dispositivo com a tensão total da bateria.

Resumo

[0010] A divulgação é definida nas reivindicações anexas.

[0011] Uma unidade de controle para um sistema eletrônico de fornecimento de vapor inclui uma bateria para fornecer energia elétrica a um aquecedor que é usado para produzir vapor. A bateria é uma bateria de fosfato de ferro de lítio. A bateria fornece uma tensão de saída que permanece em um nível de tensão aproximadamente constante à medida que a bateria é descarregada.

[0012] Um sistema eletrônico de fornecimento de vapor também é fornecido, o qual inclui tal unidade de controle.

Breve Descrição dos Desenhos

[0013] Várias concretizações da invenção serão agora descritas em detalhes apenas a título de exemplo com referência aos seguintes desenhos:

[0014] A Figura 1 é um diagrama esquemático (explodido) de um cigarro eletrônico de acordo com algumas concretizações da divulgação.

[0015] A Figura 2 é um diagrama esquemático do corpo do cigarro eletrônico da Figura 1 de acordo com algumas concretizações da divulgação.

[0016] A Figura 3 é um diagrama esquemático do cartomizador do cigarro eletrônico da Figura 1 de acordo com algumas concretizações da divulgação.

[0017] A Figura 4 é um diagrama esquemático de certos componentes elétricos do cigarro eletrônico da Figura 1 de acordo com algumas concretizações da divulgação.

[0018] As Figuras 5 e 6 são gráficos esquemáticos que comparam certas propriedades operacionais de uma bateria LFP (linha sólida) com as de uma bateria de íons de lítio comumente utilizada (linha tracejada) no contexto de cigarros eletrônicos.

[0019] As Figuras 7, 8 e 9 são gráficos de dados experimentais mostrando tensão (linha superior) e corrente (linha inferior) contra a capacidade usada durante o uso simulado de um cigarro eletrônico. Para a Figura 7, o uso simulado envolve o desenho de pulsos de corrente repetidos de 4A da bateria, para as Figuras 8 e 9 o uso simulado envolve o desenho de pulsos de corrente repetidos de 5A da bateria. Para as Figuras 7 e 8, a bateria é uma bateria de fosfato de ferro de lítio (LFP) de acordo com algumas concretizações da divulgação; Para a Figura 9, a bateria é uma bateria de lítio e manganês. Em todos os casos, a bateria possui um fator de forma AA.

Descrição Detalhada

[0020] Conforme descrito acima, a presente divulgação refere- se a um sistema eletrônico de fornecimento de vapor alimentado por bateria, como um cigarro eletrônico. Ao longo da descrição a seguir, o termo "cigarro eletrônico" é usado; no entanto, este termo pode ser usado indistintamente com o sistema eletrônico de fornecimento de vapor. Esse sistema eletrônico de fornecimento de vapor pode basear-se, por exemplo, na vaporização (por aquecimento) de um líquido, em que o líquido inclui nicotina, e um usuário então inala o vapor resultante contendo nicotina. Outra possibilidade é que o sistema eletrônico de fornecimento de vapor inclua material derivado de plantas de tabaco. Este material de tabaco pode ser fornecido em qualquer forma adequada (pó, pasta, material de folha desfiado, etc.). O material de tabaco pode ser aquecido para produzir substâncias voláteis para inalação por um usuário. A pessoa versada estará ciente de várias outras formas de sistema eletrônico de fornecimento de vapor que podem utilizar a energia da bateria como aqui descrito para aquecer uma substância para produzir vapor.

[0021] A Figura 1 é um diagrama esquemático (explodido) de um cigarro eletrônico 10 de acordo com algumas concretizações da invenção (não a escala). O cigarro eletrônico tem uma forma geralmente cilíndrica, que se prolonga ao longo de um eixo longitudinal indicado pela linha tracejada LA, e compreende dois componentes principais, a saber um corpo 20 e um cartomizador 30. O cartomizador inclui uma câmara interna contendo um reservatório de líquido, um vaporizador (tal como um aquecedor) e um bocal 35. O líquido no reservatório tipicamente inclui nicotina num solvente apropriado e pode incluir outros constituintes, por exemplo, para ajudar na formação de aerossóis e/ou para aromatizantes adicionais. O reservatório pode incluir uma matriz de espuma ou qualquer outra estrutura para reter o líquido até o momento em que é necessário que seja entregue ao vaporizador. O cartomizador 30 pode ainda incluir um pavio ou instalação semelhante para transportar uma pequena quantidade de líquido do reservatório para um local de aquecimento sobre ou adjacente ao aquecedor. A unidade de controle 20 inclui uma célula ou bateria recarregável para fornecer energia ao cigarro eletrônico 10 e uma placa de circuito para controlar de forma geral o cigarro eletrônico. Quando o aquecedor recebe energia da bateria, conforme controlado pela placa de circuito, o aquecedor vaporiza o líquido do pavio e esse vapor é inalado por um usuário através do bocal.

[0022] A unidade de controle 20 e o cartomizador 30 são destacáveis um do outro, separando em uma direção paralela ao eixo longitudinal (LA) do cigarro eletrônico, como mostrado na Figura 1, mas são unidos quando o dispositivo 10 está em uso por um conexão, indicada esquematicamente na Figura 1 como 25A e 25B, como uma baioneta ou parafuso. Esta conexão proporciona conectividade mecânica e elétrica entre o corpo 20 e o cartomizador 30. O conector elétrico no corpo 20 que é usado para se conectar ao cartomizador também pode servir como um encaixe para conectar um dispositivo de carregamento (não mostrado) quando o corpo é desmontado do cartomizador 30. A outra extremidade do dispositivo de carregamento pode ser conectada a uma tomada USB para recarregar a bateria na unidade de controle do cigarro eletrônico. Em outras implementações, um cabo pode ser fornecido para conexão direta entre o conector elétrico do corpo e uma tomada USB. Em outras implementações, o recarregamento da bateria na unidade de controle pode ser realizado através da extremidade da ponta 225 do cigarro eletrônico 10, ou seja, a extremidade oposta ao bocal 35.

[0023] A unidade de controle é fornecida com um ou mais orifícios (não mostrados na Figura 1) para a entrada de ar. Esses orifícios se conectam a uma passagem de ar através da unidade de controle para uma passagem de ar proporcionada através do conector 25. Isso então se liga a um percurso de ar através do cartomizador 30 para o bocal 35. Quando um usuário inala através do bocal 35, o ar é puxado na unidade de controle através de um ou mais orifícios de entrada de ar, que estão adequadamente localizados na parte externa do cigarro eletrônico. Este fluxo de ar (ou a mudança de pressão resultante) é detectado por um sensor de pressão que, por sua vez, ativa o aquecedor para vaporizar o líquido do reservatório (através do pavio). O fluxo de ar passa a partir da unidade de controle, através do vaporizador, onde combina com o vapor, e essa combinação de fluxo de ar e vapor (de nicotina) passa pelo cartomizador e fora do bocal 35 para ser inalado por um usuário. O cartomizador 30 pode ser separado do corpo 20 e disposto quando o fornecimento de líquido é esvaziado e substituído por um outro cartomizador, se desejado. (O cartomizador 30 pode, por isso, às vezes ser referido como um componente descartável, e a unidade de controle 20 como um componente reutilizável).

[0024] Deverá ser notado que o cigarro eletrônico 10 mostrado na Figura 1 é apresentado a título de exemplo, e várias outras implementações podem ser adotadas. Por exemplo, em algumas concretizações, o cartomizador 30 é fornecido como dois componentes separáveis, nomeadamente um cartucho que compreende o reservatório de nicotina e o bocal (que pode ser substituído quando o líquido do reservatório está esgotado), e um vaporizador que compreende um aquecedor (que é geralmente retido). Como outro exemplo, a instalação de carregamento pode se conectar a uma fonte de energia adicional ou alternativa, como um isqueiro de carro.

[0025] A Figura 2 é um diagrama esquemático (simplificado) da unidade de controle 20 do cigarro eletrônico da Figura 1 de acordo com algumas concretizações. A Figura 2 geralmente pode ser considerada como uma seção transversal em um plano através do eixo longitudinal LA do cigarro eletrônico. Observe que certos componentes e detalhes do corpo, por exemplo, fiação e moldagem mais complexa, foram omitidos na Figura 2 por razões de clareza.

[0026] Conforme mostrado na Figura 2, a unidade de controle 20 inclui uma bateria 210 para alimentar o cigarro eletrônico 10, bem como uma placa de circuito impresso (PCB) 202 sobre a qual é montado um chip, como um circuito integrado específico de aplicação (ASIC) ou microcontrolador, para controlar o cigarro eletrônico 10. A PCB 202 pode ser posicionada ao lado ou em uma extremidade da bateria 210. Na configuração mostrada na Figura 2, a PCB está localizada entre a bateria 210 e o conector 25B. A unidade de controle também inclui uma unidade de sensor 215 para detectar uma inalação no bocal 35. Na configuração mostrada na Figura 2, a unidade de sensor 215 está localizada entre a bateria 210 e a extremidade da ponta 225, mas em outras implementações, ela pode estar localizada em ou adjacente à PCB 202 (que pode ser posicionada como mostrado na Figura 2, ou em algum outro local). Em resposta a tal detecção de inalação, a unidade de sensor 215 notifica o chip na PCB 202, que por sua vez inicia o fluxo de energia da bateria 210 para um aquecedor no cartomizador.

[0027] A extremidade da ponta 225 da unidade de controle 20 inclui uma tampa para selar e proteger a extremidade distante do cigarro eletrônico. Existe um orifício de entrada de ar fornecido dentro ou adjacente à tampa para permitir que o ar entre no corpo e flua para além da unidade de sensor 215 quando um usuário inala no bocal 35. Este fluxo de ar, portanto, permite que a unidade de sensor 215 detecte a inalação do usuário. Em algumas implementações, a extremidade da ponta 225 pode ser fornecida com uma luz, tal como um diodo emissor de luz (LED) que é iluminado pelo chip em resposta à detecção da inalação pela unidade de sensor 225. A extremidade da ponta 225 também pode (ou alternativamente) ser fornecida com um contato elétrico (não mostrado na Figura 2) para fornecer uma conexão adicional para recarregar a bateria 210.

[0028] Na extremidade oposta do corpo 20 a partir da extremidade da ponta 225 está o conector 25B para unir a unidade de controle 20 ao cartomizador 30. Conforme mencionado acima, o conector 25B proporciona conectividade mecânica e elétrica entre a unidade de controle 20 e o cartomizador 30. Conforme mostrado na Figura 2, o conector 25B inclui um conector de corpo 240, que é metálico (banhado a prata em algumas concretizações) para servir como um terminal para conexão elétrica (positiva ou negativa) ao cartomizador 30. O conector 25B inclui ainda um contato elétrico 250 para proporcionar um segundo terminal para conexão elétrica ao cartomizador 30 de polaridade oposta ao primeiro terminal, nomeadamente o conector de corpo 240. O conector 240 geralmente tem uma forma de anel, enquanto o contato 250 está localizado no centro desse anel (quando visto em um plano que é perpendicular ao eixo longitudinal, LA, do cigarro eletrônico 10).

[0029] O contato elétrico 250 está montado numa mola helicoidal 255. Quando a unidade de controle 20 está ligada ao cartomizador 30, o conector 25A no cartomizador empurra contra o contato elétrico 250 de modo a comprimir a mola helicoidal numa direção axial, ou seja, em uma direção paralela a (alinhada com) o eixo longitudinal LA. Em vista da natureza resiliente da mola 255, esta compressão enviesa a mola 255 para expandir, o que tem o efeito de empurrar o contato elétrico 250 firmemente contra o conector 25A, ajudando assim a garantir uma boa conectividade elétrica entre a unidade de controle 20 e o cartomizador 30. O conector do corpo 240 e o contato elétrico 250 são separados por um cavalete 260, que é feito de um não- condutor (como plástico) para fornecer um bom isolamento entre os dois terminais elétricos. O cavalete 260 é moldado para auxiliar o engate mecânico mútuo dos conectores 25A e 25B.

[0030] A Figura 3 é um diagrama esquemático do cartomizador 30 do cigarro eletrônico da Figura 1 de acordo com algumas concretizações da invenção. A Figura 3 geralmente pode ser considerada como uma seção transversal em um plano que inclui o eixo longitudinal LA do cigarro eletrônico. Observe que vários componentes e detalhes da unidade de controle, por exemplo, fiação e moldagem mais complexa, foram novamente omitidos na Figura 3 por razões de clareza.

[0031] O cartomizador 30 inclui uma passagem de ar 355 que se prolonga ao longo do eixo central (longitudinal) do cartomizador 30 do bocal 35 para o conector 25A para unir o cartomizador à unidade de controle 20. Um reservatório de líquido 360 (tipicamente incluindo nicotina em um solvente) é proporcionado em torno da passagem de ar 335. Este reservatório 360 pode ser implementado, por exemplo, fornecendo algodão ou espuma embebida no líquido. O cartomizador também inclui um aquecedor 365 para aquecer o líquido do reservatório 360 para gerar vapor (contendo nicotina) para fluir através da passagem de ar 355 e para fora através do bocal 35 em resposta a um usuário inalando no cigarro eletrônico 10. O aquecedor é alimentado através das linhas 366 e 367, que são, por sua vez, conectadas a polaridades opostas (positiva e negativa, ou vice-versa) da bateria 210 através do conector 25A. (Conforme mencionado acima, os detalhes da fiação entre as linhas de energia 366 e 367 e o conector 25A são omitidos na Figura 3).

[0032] O conector 25A inclui um eletrodo interno 375, que pode ser banhado a prata ou feito de algum outro metal adequado. Quando o cartomizador 30 é conectado à unidade de controle 20, o eletrodo interno 375 entra em contato com o contato elétrico 250 da unidade de controle 20 para fornecer um primeiro caminho elétrico entre o cartomizador e a unidade de controle. Em particular, à medida que os conectores 25A e 25B são acoplados, o eletrodo interno 375 empurra contra o contato elétrico 250 de modo a comprimir a mola helicoidal 255, ajudando assim a garantir um bom contato elétrico entre o eletrodo interno 375 e o contato elétrico 250.

[0033] O eletrodo interno 375 é rodeado por um anel isolante 372, que pode ser feito de plástico, borracha, silicone ou qualquer outro material adequado. O anel isolante é cercado pelo conector 370 do cartomizador, que pode ser banhado a prata ou fabricado com algum outro material apropriado de metal ou condutor. Quando o cartomizador 30 está ligado à unidade de controle 20, o conector do cartomizador 370 entra em contato com o conector do corpo 240 da unidade de controle 20 para proporcionar um segundo caminho elétrico entre o cartomizador e a unidade de controle. Por outras palavras, o eletrodo interno 375 e o conector de cartomizador 370 servem como terminais positivos e negativos (ou vice-versa) para fornecer energia da bateria 210 na unidade de controle para o aquecedor 365 no cartomizador através das linhas de alimentação 366 e 367, conforme apropriado.

[0034] O conector do cartomizador 370 é provido com duas alças ou abas 380A, 380B, que se estendem em direções opostas do eixo longitudinal do cigarro eletrônico. Estas abas são usadas para fornecer um encaixe de baioneta em conjunto com o conector do corpo 240 para conectar o cartomizador 30 à unidade de controle 20. Este acessório de baioneta proporciona uma conexão segura e robusta entre o cartomizador 30 e a unidade de controle 20, de modo que o cartomizador e a unidade de controle são mantidos em uma posição fixa um em relação ao outro, sem bambolear ou flexionar, e a probabilidade de qualquer desconexão acidental é muito pequena. Ao mesmo tempo, o encaixe da baioneta fornece conexão e desconexão simples e rápida por uma inserção seguida de uma rotação para conexão e uma rotação (na direção inversa) seguida de retirada para desconexão. Deverá ser notado que outras concretizações podem utilizar uma forma diferente de ligação entre a unidade de controle 20 e o cartomizador 30, tal como um encaixe instantâneo ou uma ligação por parafuso.

[0035] A Figura 4 é um diagrama esquemático de certos componentes elétricos (incluindo eletrônicos) do cigarro eletrônico da Figura 1 de acordo com algumas concretizações da divulgação. Esses componentes geralmente estão localizados na unidade de controle 20, uma vez que esta é uma porção reutilizável (e não descartável). No entanto, em algumas concretizações, pelo menos alguns dos componentes elétricos podem estar localizados no cartomizador 30.

[0036] Conforme mostrado na Figura 4, a unidade de controle 20 inclui um conector elétrico (e mecânico) 25B (conforme discutido acima), um interruptor de energia 212, uma bateria 210, um processador ou (micro)controlador 555, uma interface de comunicação 217, um autofalante 558 e uma unidade de sensor 215. O controlador 555 está localizado na PCB 202, que também pode ser usada para montar outros componentes, conforme apropriado, por exemplo, unidade de sensor 215, interruptor de energia 212 e/ou interface de comunicação 217, dependendo da configuração interna particular da unidade de controle 202. Alternativamente, estes componentes podem estar localizados em uma ou mais PCBs (ou outras formas de montagem).

[0037] A Figura 4 ilustra algumas, mas não necessariamente todas, as conexões elétricas entre os diferentes componentes. Por exemplo, a unidade de sensor 215 pode receber energia da bateria 210 através da sua ligação ao controlador 555, ou, alternativamente, pode haver uma ligação de alimentação separada da bateria 210 diretamente para a unidade de sensor 215 (não mostrada).

[0038] A unidade de sensor 215 está localizada em ou adjacente à passagem de ar através da unidade de controle 20 a partir da entrada de ar para a saída de ar (para o vaporizador). A unidade de sensor inclui um sensor de pressão 562 e um sensor de temperatura 563 (também dentro ou adjacente a este caminho de ar). Observe que, em algumas concretizações, pode haver sensores adicionais (não mostrados na Figura 4); Além disso, o sensor de pressão 562 e o sensor de temperatura 563 podem ser fornecidos como dispositivos diferentes (em vez de serem combinados em uma única unidade de sensor). O sensor de pressão 562 pode detectar o fluxo de ar procurando uma queda de pressão causada por inalação no bocal 35 (ou, alternativamente, o sensor de pressão 562 pode detectar uma inalação através da medição direta do fluxo de ar, análogo a um anemômetro que mede o vento).

[0039] O controlador 555 inclui um processador tal como CPU e memória (ROM e RAM). As operações do controlador 555 e outros componentes eletrônicos, como o sensor de pressão 562, geralmente são controladas, pelo menos em parte, por programas de software executados no processador (ou nos outros componentes eletrônicos, conforme apropriado). Tais programas de software podem ser armazenados em uma memória não volátil, como ROM, que pode ser integrada no controlador 555 em si, ou fornecido como um componente separado (por exemplo, na PCB 202). O processador pode acessar a ROM para carregar e executar programas de software individuais como e quando necessário. O controlador 555 também contém as interfaces adequadas (e software de controle) para interagir com os outros dispositivos, tal como com a unidade de sensor 215.

[0040] O controlador 555 utiliza o autofalante 58 como um dispositivo de saída para produzir sinais de áudio para indicar condições ou estados dentro do cigarro eletrônico, como um aviso de bateria fraca. Podem ser fornecidos sinais diferentes para sinalizar estados ou condições diferentes, utilizando tons ou sinais sonoros de afinação e/ou duração diferentes, e/ou fornecendo vários bips ou tons. Podem ser fornecidas outras formas de dispositivo de saída, bem como ou em vez do autofalante 58. Por exemplo, como mencionado acima, a extremidade da ponta 225 pode ser provida com um diodo emissor de luz (LED) que pode ser utilizado para sinalização e/ou ornamentação. Também pode (ou, alternativamente) ser uma saída de luz em um ou mais outros locais no cigarro eletrônico 10.

[0041] A interface de comunicação 217 pode ser uma conexão com ou sem fio para permitir que o cigarro eletrônico 10 se comunique com um dispositivo externo. Por exemplo, a interface de comunicação 217 pode suportar um ou mais de Bluetooth, Wi-Fi (família IEEE 802.11) e/ou comunicações de campo próximo (NFC) para estabelecer comunicações sem fio. Alternativamente, ou adicionalmente, o link de comunicação pode suportar comunicações com fio, potencialmente através do conector 25B e/ou de alguma outra instalação de comunicação. A interface de comunicação pode ser usada, inter alia, para permitir que um dispositivo externo forneça e atualize configurações de controle no cigarro eletrônico 10 e/ou para recuperar informações de status e uso do cigarro eletrônico.

[0042] Conforme mencionado acima, o cigarro eletrônico 10 fornece um caminho de ar a partir da entrada de ar através do cigarro eletrônico 10 após o sensor de pressão 562 e o aquecedor 365 (no vaporizador) para o bocal 35. Assim, quando um usuário inala no bocal do cigarro eletrônico, o controlador 555 detecta tal inalação com base na informação do sensor de pressão. Em resposta a tal detecção, a CPU fornece energia da bateria ou célula 210 para o aquecedor 365, que aquece e vaporiza o líquido do pavio para inalação pelo usuário.

[0043] A bateria 210 está ligada ao aquecedor 365 através de um interruptor de energia 212 e conector 25B (conector adicional 25A no cartomizador 30). O interruptor de energia 212 suporta o fluxo (e o ligamento/desligamento) da corrente relativamente grande fornecida a partir da bateria 210 de modo a alimentar o aquecedor 365 - isso geralmente é da ordem de 1 ampère ou mais. O interruptor de potência 212 é controlado pelo controlador 555. Por exemplo, o controlador 555 pode fechar o interruptor de energia 212 em resposta ao sensor de pressão 562 detectar um fluxo de ar através do cigarro eletrônico 10, permitindo assim que a energia flua da bateria para o aquecedor. Inversamente, o controlador 555 pode abrir o interruptor de energia 212 em resposta ao sensor de pressão 562 detectando que o fluxo de ar através do cigarro eletrônico 10 já terminou, terminando assim o fluxo de energia da bateria para o aquecedor. Além disso, o controlador 555 pode usar o interruptor 212 para implementar um esquema PWM, como descrito acima, para regular a quantidade de energia fornecida a partir da bateria 210 para o aquecedor 365 durante uma inalação.

[0044] Deverá ser notado que a configuração elétrica mostrada na Figura 4 é fornecida apenas a título de exemplo, e a pessoa versada na técnica estará ciente de muitas variações potenciais. Por exemplo, alguns cigarros eletrônicos 10 podem não ter uma interface de comunicação 217, enquanto que em outras concretizações, a interface de comunicação 217 pode ser combinada, pelo menos em parte, com o controlador 555. De modo semelhante, algumas das funcionalidades do controlador 555 podem ser distribuídas em um ou mais outros dispositivos. Por exemplo, pode haver uma PCB fornecida em combinação com a bateria 210 para controlar o recarregamento da bateria, de modo a detectar e assim prevenir a tensão ou a sobrecarga de corrente e/ou um carregamento excessivamente longo, e também controlar o descarregamento da bateria, por exemplo, para que a bateria não seja descarregada excessivamente até o ponto de danos. As funções de controle de bateria também podem ser integradas no processador ou controlador 555 (ou em algum outro dispositivo).

[0045] A bateria 210 é uma bateria de fosfato de ferro de lítio (LFP) que usa ferrofossfato de lítio, LiFePO4, para o catodo. As baterias LFP têm certas vantagens e desvantagens em comparação com outras baterias disponíveis, como outros tipos de baterias de íons de lítio, incluindo a bateria de catodo de cobalto comumente usada, ou suas variantes (por exemplo, ter um eletrólito sólido em vez de líquido ou usar um anodo de silício em vez de um anodo de grafite). No entanto, verificou-se que as propriedades das baterias LFP são particularmente adequadas para uso em um cigarro eletrônico, com base (principalmente) nos seguintes fatores:

[0046] *não toxicidade. Isto é importante para um produto que é usado (embora não consumido) por via oral, por exemplo, se o produto foi inadvertidamente danificado. A falta de toxicidade também proporciona propriedades ambientais melhoradas (em comparação com o cobalto, como é usado na maioria das baterias comuns de íon de lítio), especialmente uma vez que os cigarros eletrônicos são um produto de volume relativamente alto e de baixo custo e nem sempre podem ser descartados de forma aprovada - por exemplo, se o produto for acidentalmente descartado ou de outra forma perdido no exterior.

[0047] *Estabilidade térmica, eletroquímica e estrutural. A estabilidade térmica é importante para um produto que é usado (e, portanto, exposto a) uma ampla gama de temperaturas e condições de temperatura. Também as boas estabilidades eletroquímica e a mecânica reduzem o risco de incêndio, etc., o que tem sido um problema para a maioria das baterias comuns de íon de lítio, como relatado, por exemplo, em 4 de fevereiro de 2014 em "As baterias em aviões representam 'aumento do risco de incêndio'" (http://www.bbc.co.uk/news/business-25733346).

[0048] *Tensão de descarga constante. Conforme mencionado acima, as baterias de íons de lítio mais comuns tendem a ter uma tensão de saída que diminui constantemente ao longo do ciclo de descarga de cerca de 4,2 V até cerca de 3,6 V. Isso pode levar a uma experiência de usuário inconsistente em termos de vapor fornecido (dependendo do nível de tensão atual), ou então exigir um cigarro eletrônico para incorporar eletroeletrônicos apropriados para compensar essa diminuição na tensão de saída, o que leva a despesas e complexidade adicionais (no que é um produto de volume relativamente alto, de baixo custo).

[0049] *alto pico de corrente/potência. As baterias LFP podem suportar uma maior corrente de pico (e, portanto, maior potência de pico) do que a maioria das baterias comuns de íon de lítio. Isso é atraente para os cigarros eletrônicos, porque permite que o aquecedor eleve mais rapidamente a temperatura de operação correta para a vaporização em resposta à detecção de uma inalação do usuário e, portanto, torna o cigarro eletrônico mais responsivo ao usuário.

[0050] *Uma taxa mais lenta de perda de capacidade (auto- descarga) quando a bateria não está em uso. Isto dá uma vida de prateleira (calendário) melhorada se um produto deve ser fornecido pronto-carregado (que é o caso de muitos cigarros eletrônicos, a fim de permitir o uso rápido após a compra por um consumidor).

[0051] *Um grande número de ciclos de recarga são possíveis - por exemplo, até ou mais de 2000. Isto dá vários anos de uso, mesmo que a recarga ocorra em uma base diária (veja abaixo).

[0052] Baterias LFP tem uma densidade de energia menor do que a maioria das baterias comuns de íon de lítio. No entanto, enquanto que as baterias de íons de lítio mais comuns são utilizadas em dispositivos eletrônicos que podem ser objeto de uso contínuo e intenso (como smartphones), de modo que o tempo de vida da bateria é especialmente significativo em tais dispositivos, cigarros eletrônicos tendem a ter um perfil de utilização diferente. Em particular, há um intervalo entre ativações sucessivas (baforadas) de um cigarro eletrônico e, de fato alguns cigarros eletrônicos podem proporcionar uma proteção contra o excesso de uso, por exemplo, através do monitoramento e regulação para um número máximo de inalações num determinado período de tempo (após o que o processador pode evitar a ativação adicional até que o período de tempo tenha expirado). Por conseguinte, a densidade de energia mais baixa de baterias LFP (em comparação com a maioria das baterias de íons de lítio comuns) é mais aceitável para os cigarros eletrônicos do que para a maioria dos outros dispositivos eletrônicos.

[0053] No entanto, as baterias LFP possuem densidade de energia suficiente para suportar o uso razoável de um cigarro eletrônico. Por exemplo, uma bateria LFP tamanho AA pode ter uma capacidade classificada de 250-600 mA horas, enquanto que uma bateria de lítio correspondente comumente utilizada pode ter uma capacidade classificada de 600-750 mA horas ou mais (e operar a uma tensão mais alta), dependendo de fatores tais como a corrente de descarga. Claro, alguns cigarros eletrônicos pode ser muito pequenos para uma bateria de tamanho AA e, consequentemente, a sua capacidade de bateria teria que ser reduzida em conformidade. No entanto, dado que uma baforada típica de cigarros eletrônicos regulares usa a ordem de 1-4 mA horas (dependendo da natureza particular do dispositivo e a quantidade de líquido a ser vaporizada), uma bateria LFP razoavelmente dimensionada é capaz de fornecer pelo menos 100 inalações (e potencialmente muitas mais) antes da descarga. Portanto, se assumirmos que o cigarro eletrônico é recarregado em uma base diária, este número de baforadas por ciclo de carga de bateria é suficiente para a maioria dos consumidores.

[0054] As Figuras 5 e 6 são gráficos que comparam certas propriedades operacionais de uma bateria LFP (linha cheia), com os de uma bateria de íons de lítio comumente usada (linha tracejada) no contexto de cigarros eletrônicos. (Por favor, note que estes gráficos são altamente esquemáticos e simplificados para facilitar a compreensão; alguns gráficos mais precisos são apresentados abaixo). A Figura 5 ilustra de forma esquemática a forma como a tensão de saída da bateria 210 varia com o tempo, tipicamente durante uma escala de tempo de muitas horas ou dias durante o ciclo de descarga (de totalmente carregada para descarregada). Tal como discutido acima, à medida que uma bateria de íons de lítio comumente utilizada descarrega, a tensão de saída estacionariamente declina a partir de cerca de 4,2V para baixo a cerca de 3,6 V (ou abaixo). Esta diminuição da tensão de saída pode resultar numa mudança notável (queda) no desempenho, tal como a quantidade de vapor de nicotina produzida por baforada, durante o ciclo de descarga da bateria (a não ser que alguns métodos de compensação adicionais sejam empregados para conter este declínio). Em contraste, a voltagem de saída de uma bateria LFP é muito mais constante em cerca de 3,2V, proporcionando desse modo um usuário com uma experiência mais consistente e confiável, enquanto se evita a necessidade de qualquer compensação adicional da tensão de declínio. (Note que os níveis de tensão mostrados nas Figuras 5 e 6 são, para uma condição de circuito aberto, a tensão sob carga será um pouco mais baixa - por exemplo, cerca de cerca de 0,5 V, assim 2,7V para a bateria LFP em comparação com 3,2V para um circuito aberto).

[0055] A Figura 5 também mostra duas linhas de corte, marcadas como C1 e C2. O processador 555 (ou algum outro mecanismo no interior da unidade de controle 20), monitora a tensão de saída a partir da bateria 210. Quando a tensão de saída cair abaixo do nível de corte especificado, C1 ou C2 (para uma bateria de íons de lítio comumente utilizada ou uma bateria LFP respectivamente), o processador 555 impede ainda mais a operação do cigarro eletrônico, e mais especificamente do aquecedor 365. Este ponto de corte, que pode ser considerado como o fim do ciclo de descarga, por conseguinte, protege a bateria 210 de descarga excessiva (o que pode causar danos à bateria recarregável), bem como garante que o usuário não receba uma experiência comprometida do cigarro eletrônico devido ao dispositivo funcionar a uma baixa tensão inadequadamente. Note que, como discutido acima, o controlador 555 pode proporcionar alguma indicação ao usuário do estado da bateria (esgotada, ou quase esgotada) através do autofalante 558 (e/ou através de qualquer outro indicador disponível).

[0056] A Figura 6 ilustra de forma esquemática como a potência de saída da bateria 210 pode variar sobre uma escala de tempo de uma única baforada, isto é, apenas alguns segundos (o que pode ser considerado como uma forma de perfil de baforada). O gráfico compara a operação (em termos de saída de corrente) de um bateria de íons de lítio comumente utilizada (linha tracejada) contra o desempenho correspondente de uma bateria LFP (linha a cheio) para um cigarro eletrônico 10.

[0057] Assumimos na Figura 6 que uma inalação é iniciada e detectada por um sensor adequado no tempo = T0. Neste ponto, o controlador 555 permite que a potência máxima disponível a partir da bateria 210 seja fornecida para o aquecedor 365. A potência máxima disponível a partir de uma bateria LFP é mostrada como P1 na Figura 6, enquanto o máximo de potência disponível a partir de uma bateria de lítio comumente usada é mais baixo, como P2 (em que P1>P2). Por exemplo, o máximo da saída de potência P1 para a bateria LFP pode refletir uma corrente de pelo menos 2,5A, ou, pelo menos, 5A, potencialmente até um máximo de vários amperes (por exemplo, 6, 8 ou 10 amperes).

[0058] No tempo T1 o aquecedor atinge a sua temperatura de funcionamento preferida (para o cigarro eletrônico possuindo uma bateria LFP), e a potência agora cai para um nível inferior P3, o qual é definido de modo a manter o aquecimento à temperatura de operação preferida. Da mesma forma, para um cigarro eletrônico que tem uma bateria de íons de lítio comumente utilizada, o aquecedor atinge a sua temperatura de operação preferida no momento T2, e a potência cai de novo para o nível P3 de modo a manter o aquecimento à temperatura de operação preferida.

[0059] Uma vez que a máxima potência da bateria LFP P1 é maior do que a máxima potência de saída de uma bateria de íons de lítio comumente utilizada P2, o tempo T1 levado para um cigarro eletrônico utilizando o primeiro para alcançar a temperatura de funcionamento preferida é menor do que o tempo T2 levado para um cigarro eletrônico utilizando o último para atingir a temperatura de operação preferida. Por conseguinte, um cigarro eletrônico que tem uma bateria LFP pode proporcionar uma melhor capacidade de resposta a uma inalação do usuário do que um cigarro eletrônico tendo um bateria de íons de lítio comumente utilizada.

[0060] Note que diferentes tipos de produtos elétricos apresentam diferentes tipos de carga para uma bateria em relação a tempo e a quantidade de consumo de corrente. Por exemplo, uma lâmpada de bicicleta tende a ter um consumo prolongado (muitos minutos) em corrente baixa a moderada, ao passo que um cigarro eletrônico geralmente utiliza pulsos curtos de corrente alta para inalação, com um baixo nível de consumo de corrente entre os pulsos. Estas diferentes características de carga podem ter um efeito no comportamento geral da bateria.

[0061] A Figura 7 é um gráfico que mostra os resultados experimentais a partir de ensaios em uma bateria LFP para simular o comportamento em um cigarro eletrônico. A bateria LFP sob teste tinham dimensões (fator de forma) correspondentes a uma pilha AA padrão. Uma sucessão de pulsos de corrente foi desenhada a partir da bateria, cada pulso tendo uma corrente de cerca de 4A e uma duração de 3 segundos para simular uma inalação e a energia fornecida para operar o aquecedor 365. Isto representa um total de aproximadamente 3,3 mA horas por para cada inalação. O intervalo entre as inalações foi de 10 segundos (mais curto do que no uso real, mas permitindo que o experimento fosse concluído mais rapidamente - e ainda dando tempo para o aquecedor esfriar entre inalações). A corrente tomada durante estes intervalos era 0,005A, por exemplo, para o controlador de potência 555. O número total de pulsos de corrente de 4A até que a bateria fosse totalmente descarregada foi de 106, para um tempo total de operação (incluindo ambos os pulsos e intervalos de pulsos) de cerca de 1378 segundos (pouco menos de 23 minutos). O total da capacidade de medição da bateria foi de 0,365 A horas.

[0062] O gráfico da Figura 7 representa graficamente a tensão de saída e a corrente de saída a partir da bateria LFP como medida contra a capacidade total (energia, em Amp-hora) consumida medida a partir da bateria. O eixo dos x (capacidade), portanto, também proporciona uma indicação de tempo, a não ser que os intervalos entre os pulsos sejam fortemente comprimidos ao longo do eixo x (em comparação com a sua duração efetiva), porque muito pouca energia (capacidade) foi consumida durante esses intervalos. A linha traçada no topo do gráfico da figura 7 representa a tensão de saída (de acordo com a escala à esquerda do gráfico em volts), enquanto que a linha traçada inferior na Figura 7 representa a corrente de saída (de acordo com a escala à direita do gráfico em amperes). A linha inferior mostra claramente os pulsos de corrente individuais, cada um de 4 amperes. A linha superior mostra claramente a queda na tensão que resulta de colocar uma carga através da bateria. Em particular, para cada pulso de corrente, a tensão da bateria cai do valor do circuito aberto (ou muito perto do valor do circuito aberto, dado a corrente de 0,005A durante os intervalos entre pulsos) para baixo por cerca de 0,3-0,5 volts para o valor carregado, quando a corrente de 4A está sendo consumida.

[0063] Três linhas horizontais, denotadas H1, H2 e H3, foram sobrepostas no gráfico da Figura 7. A linha H1 indica o nível inicial do mínimo da tensão da bateria sob carga; de fato, esta tensão mínima da bateria mantém-se aproximadamente constante durante a primeira metade da vida de descarga da bateria (pelo menos). As linhas H2 e H3 são 0,16V e 0,32V, respectivamente, abaixo da linha H1 - representando uma redução em comparação com a linha H1 de aproximadamente 5,6% e 11,2%, respectivamente (ou um pouco menos de 5% e 10%, respectivamente, da tensão de circuito aberto). Além disso, a linha vertical V1 indica onde a saída de tensão mínima a partir da bateria (sob carga) é encontrada para cair abaixo da linha H2. Isso ocorre uma vez que uma energia de cerca de 0,317 A horas já ter sido consumida a partir da bateria, o que representa cerca de 87% da capacidade total. Em outras palavras, a Figura 7 mostra que a tensão da bateria em carga para a bateria LFP é constante dentro de uma faixa de ± 3% para 85% da vida de descarga.

[0064] A Tabela 1 é derivada a partir dos mesmos dados subjacentes definidos como na Figura 7, mas é representada na forma tabular. Em particular, a porção principal da Tabela 1 (isto é, todas menos as duas colunas à extrema direita, enclausuradas na caixa destacada), representa a medição da tensão média sob carga durante cada pulso de corrente sucessiva. Assim, a primeira linha da Figura 7 representa a tensão de saída sob carga por pulsos de corrente de 1-10, a segunda linha da Figura 7 representa a tensão de saída sob carga por pulsos de corrente de 11-20, e assim por diante. A tensão foi amostrada a uma frequência de 1 Hz, de modo que três medições de tensão foram obtidas para cada pulso de corrente (de 3 segundos), e então tomada a média em conjunto para proporcionar as figuras na Tabela 1. (Note também que um par de caixas na Tabela 1 é deixado em branco, onde os dados não registraram corretamente). Deverá ser notado que as figuras de tensão sob carga da Tabela 1 proporcionam uma boa representação da experiência do usuário de um cigarro eletrônico que incorpora uma tal bateria LFP, em que a tensão sob valores da carga refletem operação real (inalação) pelo usuário (enquanto que as figuras de tensão de circuito aberto representam os intervalos entre operações do usuário).

Tabela 1

[0065] Para a primeira metade dos dados (amostras 1-53), a saída de tensão permanece na faixa de 2,90-2,87V. Esta é uma faixa de apenas mais de 1%, e, portanto, fornece com efeito um nível de saída muito constante. (As variações com esta primeira metade dos dados podem apenas refletir ruído no sistema, menores variações de medição, etc.). Depois de 85% do tempo de vida de carga (amostras 1-90), a tensão sob carga média diminuiu por 0,15V de 2,90V para 2,75V. Deverá ser notado que este é novamente um declínio muito menor do que seria geralmente visto por uma bateria de lítio mais comumente usada.

[0066] A Tabela 1 mostra também que há uma queda de tensão adicional de 0,13V à medida que a capacidade remanescente é tomada a partir da bateria. Novamente, este é um declínio muito menor do que geralmente seria visto por uma bateria de lítio mais comumente usada. Além disso, um usuário é tipicamente menos propenso a experimentar esta queda de tensão depois de 85% da capacidade da bateria ter sido utilizada, porque em muitos casos, o cigarro eletrônico já irá fornecer alguma indicação (por exemplo, uma luz de advertência) de que a carga da bateria está em um nível relativamente baixo (15% ou menos), e, por conseguinte, o usuário irá recarregar o cigarro eletrônico neste momento (se não antes). Além disso, um usuário é propenso a aceitar que a baixa carga remanescente da bateria pode resultar em uma ligeira diminuição no desempenho, e na verdade pode tomar isso como uma confirmação de que a bateria deve agora ser recarregada.

[0067] Em alguns casos, a voltagem da bateria pode ser um pouco maior apenas no início da operação, para o primeiro par de pulsos de corrente (inalações) ou então após o início do descarregamento de um estado totalmente carregado. Há uma sugestão disto na Figura 7, isto é, um aumento muito ligeiro na capacidade zero usada na extremidade esquerda do gráfico. Por conseguinte, pode ser apropriado em algumas circunstâncias rejeitar as primeiras uma ou duas inalações ao avaliar o nível de tensão inicial. Por outro lado, para a bateria LFP que foi testada, a Tabela 1 mostra que este efeito não é muito evidente, ou apenas marginalmente assim, para a tensão medida sob carga mesmo do primeiro pulso de corrente.

[0068] A porção direita da Tabela 1 (mostrada no contorno destacado) contém duas colunas. A primeira (à esquerda) destas colunas apenas proporciona a medição de tensão média para aquela linha da Tabela. Esta coluna dá uma indicação clara da tensão de saída que é aproximadamente constante para a primeira metade do tempo de vida de carga, e, em seguida, um ajuste de diminuição durante a segunda metade do tempo de vida de carga.

[0069] A segunda (à direita) das colunas da Tabela 1 (a coluna mais à direita na tabela geral) representa o declínio médio na tensão dentro de cada pulso para as amostras de pulso naquela linha. Assim, como mencionado acima, três medições de tensão foram obtidas para cada pulso, e em todos os casos existe um (pequeno) declínio na tensão de saída a partir da primeira medição para a terceira medição. Este declínio foi calculado para cada pulso numa base individual, e, em seguida, tomada a média entre as amostras de pulso para cada linha. Esta coluna mais à direita mostra que, no final do tempo de vida de carga, não somente a carga da bateria média faz cair, mas também a taxa de declínio dentro de um pulso individual também aumenta. No entanto, esta diminuição adicional é de importância relativamente menor, se o perfil de energia desejado ao longo da inalação de um indivíduo amplamente segue o formato mostrado na Figura 6 - isto é, uma maior potência inicial é importante para aquecer o primeiro aquecedor, após o que uma saída de potência reduzida é geralmente aceitável.

[0070] A Figura 8 é um gráfico geralmente semelhante ao da Figura 7, e utilizando a mesma bateria, no entanto, desta vez, os pulsos de corrente são em 5A, em vez de 4A. Este é um nível relativamente elevado de corrente de saída, tal como pode ser desejado para a fase de aquecimento inicial mostrada na Figura 6 (e também ajuda a compensar a tensão mais baixa de uma bateria LFP em comparação com as baterias mais comumente utilizadas). Como seria esperado, o nível de corrente mais elevado reduz o número total de pulsos que podem ser obtidos durante a vida útil de carga (isto é, até que a bateria tenha sido descarregada), a partir de 106 na Figura 7, até 86 para a Figura 8. Além disto, no entanto, pode ser visto que a bateria LFP novamente produz uma saída de tensão consistente e previsível, que é eficazmente constante para uma primeira metade do ciclo de descarga, e mesmo assim só é submetida a um declínio relativamente leve na tensão durante a segunda metade do ciclo de descarga. Isto é confirmado por uma análise das linhas V1, H1, H2 e H3, as quais são fornecidas na mesma base que para a Figura 7. Note que a linha V1, indicando uma queda na saída de tensão sob carga de 0,16V, ocorre uma vez que 0,321 A horas de capacidade tenha sido consumida a partir da bateria, semelhante à situação na Figura 7 (onde a linha V1 foi posicionada a uma capacidade de 0,317 A horas).

[0071] A Figura 9 é um gráfico geralmente semelhante ao da Figura 8, de novo usando pulsos de corrente de 5A e que mostra um gráfico de tensão (linha de topo) e de corrente (linha inferior) em relação à capacidade utilizada (em A horas). A bateria testada na Figura 9 é uma célula de cátodo de manganês de lítio, em vez de uma célula LFP. O fator de forma da bateria de manganês de lítio é AA (a mesma que a da bateria LFP para as Figuras 7 e 8).

[0072] Como mostrado na Figura 9, a bateria de manganês de lítio tem uma vantagem de capacidade mais elevada do que a de células LFP das Figuras 7 e 8. Em particular, a bateria de manganês de lítio é descoberta ter uma capacidade de 0,595 A horas, que suportou 184 pulsos de corrente a 5A. No entanto, o perfil de variação de tensão com capacidade para a bateria de manganês de lítio é significativamente pior do que o perfil correspondente para uma bateria LFP como mostrado nas Figuras 7 e 8. Isto pode ser visto ao olhar as linhas V1, H1, H2 e H3 que novamente foram sobrepostas sobre o gráfico, com H1 representando o nível de tensão sob carga à capacidade zero utilizada.

[0073] O espaçamento das linhas H1, H2 e H3 foi aumentado para 0,21V (em comparação com 0,16V nas Figuras 7 e 8 - para refletir a maior tensão inicial para a bateria de manganês de lítio em comparação com a bateria LFP, por exemplo, circuito aberto de cerca de 4,2V em comparação com circuito aberto de cerca de 3,4V). No entanto, mesmo com este espaçamento maior, vemos do posicionamento da linha V1 que a tensão sob carga cruza a linha H2 (por conseguinte, uma queda de 0,21V da capacidade zero utilizada) com uma capacidade utilizada de apenas 0,085 A horas. Isto representa apenas 14% da capacidade total da bateria de manganês de lítio. De fato, na Figura 8 a bateria LFP cruzou a linha H2 a uma capacidade de 0,32 A horas, por isso, mesmo embora a bateria LFP tenha uma capacidade total mais baixa do que a bateria de manganês de lítio, ela pode fornecer uma capacidade muito maior (tanto em termos relativos e também termos absolutos) a uma voltagem aproximadamente constante. Além disso, a bateria LFP exibe um nível de tensão de saída muito consistente até uma capacidade de cerca de 0,2 horas A ter sido usada, e apenas em seguida começa a diminuir na direção da linha H2. Em contraste, na Figura 9, é evidente que a tensão de saída sob carga da bateria de manganês de lítio começa a cair mesmo após os primeiros poucos pulsos de corrente.

[0074] Além disso, não só a tensão de saída da bateria de manganês de lítio começa a declinar em uma capacidade utilizada muito baixa, mas esta diminuição continua através da vida da carga da bateria, de modo que a queda de tensão total da bateria de manganês de lítio durante um ciclo de descarga é muito maior do que para uma bateria LFP. Por exemplo, na Figura 8, a saída de tensão sob carga atinge apenas a linha H3 (0,32V abaixo do nível de tensão inicial) uma vez que a bateria está totalmente descarregada (capacidade utilizada de cerca de 0,36 A horas). Em contraste, para a Figura 9, a saída da tensão sob carga atinge a linha H3 (0,42 V abaixo do nível de tensão inicial) a uma capacidade menor utilizada de cerca de 0,24 A horas, e continua a cair por pelo menos a mesma quantidade novamente antes que a bateria de manganês de lítio seja totalmente descarregada.

[0075] Os gráficos das Figuras 7, 8 e 9 confirmam que um cigarro eletrônico possuindo uma bateria LFP como aqui divulgado é capaz de proporcionar um desempenho mais consistente e previsível, especialmente em termos da tensão de alimentação para a operação do aquecedor em cada inalação, mas sem envolver eletrônicos mais dispendiosos ou complexos. Uma tal bateria pode ser utilizada em uma vasta gama de sistemas de fornecimento de vapor eletrônico, por exemplo, para a vaporização de líquidos contendo nicotina ou para a produção de produtos voláteis a partir de material vegetal derivado do tabaco (ou seus derivados).

[0076] A fim de abordar várias questões e avançar o estado da técnica, esta descrição mostra a título de ilustração várias concretizações em que a(s) invenção(ões) reivindicada(s) pode(m) ser praticada(s). As vantagens e características da divulgação são apenas uma amostra representativa de concretizações e não são exaustivas e/ou exclusivas. Elas são apresentadas apenas para ajudar na compreensão e para ensinar a(s) invenção(s) reivindicada(s). Deve ser entendido que as vantagens, concretizações, exemplos, funções, características, estruturas e/ou outros aspectos da divulgação não devem ser considerados limitações à divulgação como definido pelas reivindicações ou limitações em equivalentes às reivindicações, e que podem ser utilizadas outras concretizações e podem ser feitas modificações sem se afastar do âmbito das reivindicações. Várias concretizações podem adequadamente compreender, consistir ou consistir essencialmente em várias combinações dos elementos, componentes, características, partes, etapas, meios, etc., descritos, que não são especificamente aqui descritos. A divulgação pode incluir outras invenções não reivindicadas, mas que podem ser reivindicadas no futuro.

Claims

1. Unidade de controle (20) para um sistema eletrônico de fornecimento de vapor (10), caracterizada pelo fato de que inclui uma bateria (210) para fornecer energia elétrica a um aquecedor (365) que é usado para produzir vapor, em que a referida bateria é uma bateria de fosfato de ferro de lítio possuindo um catodo de ferrofosfato de lítio, e em que a tensão de saída da bateria quando 80% descarregada por baforadas sucessivas do sistema eletrônico de fornecimento de vapor não está mais do que 0,25 V abaixo da tensão de saída da bateria quando totalmente carregada, a referida bateria tendo uma capacidade nominal na faixa de 250600 mA horas para suportar pelo menos 100 baforadas do sistema eletrônico de fornecimento de vapor, cada baforada extraindo uma corrente de pelo menos 2,5 A da bateria.

2. Unidade de controle (20) de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a unidade de controle inclui ainda um sensor para detectar uma inalação do usuário e um controlador que está configurado para iniciar o fornecimento de energia elétrica da bateria para o aquecedor em resposta a tal detecção.

3. Unidade de controle (20) de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que, em resposta a tal detecção, o controlador é configurado para fornecer uma primeira fase e em seguida uma segunda fase de energia elétrica da bateria ao aquecedor, em que a primeira fase possui um nível mais alto de corrente elétrica do que a segunda fase.

4. Unidade de controle (20) de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que a primeira fase de energia elétrica tem um nível de corrente igual ou superior a 3 amperes.

5. Unidade de controle (20) de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que a primeira fase de energia elétrica tem um nível de corrente igual ou superior a 5 amperes.

6. Unidade de controle (20) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizada pelo fato de que a tensão de saída da bateria (210) quando descarregada na metade não está mais do que 0,1V abaixo da tensão de saída da bateria quando totalmente carregada.

7. Unidade de controle (20) de acordo com a reivindicação 6, caracterizada pelo fato de que a tensão de saída da bateria (210) quando descarregada na metade não está mais do que 0,05 V abaixo da tensão de saída da bateria quando totalmente carregada.

8. Unidade de controle (20) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo fato de que a tensão de saída da bateria (210) quando descarregada na metade não está mais do que 3% abaixo da tensão de saída da bateria quando totalmente carregada.

9. Unidade de controle (20) de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que a tensão de saída da bateria (210) quando descarregada na metade não está mais do que 1,5% abaixo da tensão de saída da bateria quando totalmente carregada.

10. Unidade de controle (20) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada pelo fato de que a tensão de saída da bateria (210) quando 80% descarregada não está mais do que 0,16 V abaixo da tensão de saída da bateria quando totalmente carregada.

11. Unidade de controle (20) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizada pelo fato de que a tensão de saída da bateria (210) quando 80% descarregada não está mais do que 6% abaixo da tensão de saída da bateria quando totalmente carregada.

12. Unidade de controle (20) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizada pelo fato de que a tensão de saída da bateria (210) é medida sob carga ao fornecer energia elétrica ao aquecedor (365) para produzir vapor.

13. Unidade de controle (20) de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que a referida tensão de saída da bateria (210) está na faixa de 2,6-3V medida sob carga.

14. Unidade de controle (20) de acordo com a reivindicação 13, caracterizada pelo fato de que a referida tensão de saída da bateria (210) é de aproximadamente 2,8 V medida sob carga.

15. Unidade de controle (20) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizada pelo fato de que a tensão de saída da bateria (210) está na faixa de 3-3,4 V para um circuito aberto.

16. Unidade de controle (20) de acordo com a reivindicação 15, caracterizada pelo fato de que a referida tensão de saída é de aproximadamente 3,2 V para um circuito aberto.

17. Unidade de controle (20) de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizada pelo fato de que a energia elétrica é fornecida da bateria (210) ao aquecedor (365) sem compensação pela variação na tensão de saída da bateria ao longo de um ciclo de descarga.

18. Sistema eletrônico de fornecimento de vapor (10) incluindo a unidade de controle (20) conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 17 caracterizado pelo fato de que inclui adicionalmente o referido aquecedor (365).

19. Sistema eletrônico de fornecimento de vapor (10) de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o aquecedor está localizado em um cartomizador que está conectado à unidade de controle (20).

20. Sistema eletrônico de fornecimento de vapor (10) de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o aquecedor (365) e a unidade de controle (20) estão integrados em um único dispositivo.