CN110381758A - 用于电池供电的气溶胶生成装置的功率管理方法和系统 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于控制供应到气溶胶生成装置(1)的气溶胶生成元件(4)的功率的方法，所述气溶胶生成装置(1)包括气溶胶生成元件(4)、控制单元(3)和用于将功率递送到所述气溶胶生成元件和所述控制单元的电池(2)，所述控制单元被配置成调整从所述电池供应到所述气溶胶生成元件的电流的占空比(DC)，其中所述方法包括以下步骤：使用测量单元(25)测量所述电池(2)的至少一个第一特性(Tbat)，其中所述至少一个电池第一特性(Tbat)包括所述电池的温度(Tbat)；及使用所述控制单元(3)基于预定规则调整所述占空比(DC)的值，所述预定规则基于所测量的至少一个电池特性(Tbat)输出占空比(DC)的值。通过以此方式控制从所述电池供应的所述电流的所述占空比，可使用尽可能高的占空比，同时将所述控制单元处的电压维持在最小工作电压或高于最小工作电压。

Description

用于电池供电的气溶胶生成装置的功率管理方法和系统
技术领域
本发明涉及电池供电的气溶胶生成装置，且尤其涉及一种用于控制对气溶胶生成元件的电力供给的方法和系统，其改进所述装置在不同操作条件下的可靠性。
背景技术
通常，电池供电的气溶胶生成装置包括气溶胶生成元件，例如电阻加热元件，其连接到电池。
当首先启动气溶胶生成装置时，需要最小化装置递送气溶胶所花费的时间。尤其对于生成用于吸入的气溶胶的装置，如果递送第一次抽吸所花费的时间过长，那么用户将变得烦躁。在使用电阻加热器的装置中，这意味着尽可能快速地增大加热器的温度。
然而，在开始时简单地向气溶胶生成元件递送最大功率就存在潜在的困难。气溶胶生成装置通常包括微控制器单元(MCU)和各种电子组件，其需要最小电压才能正确运行。低于此电压，则无法保证正确运行。这对于MCU尤其成立。但从电池递送最大功率，尤其当电池冷却时，可导致MCU电压不足。
众所周知，从电池汲取高电流会减小其输出电压。这是由于电池的内部电阻。还已知，在低温下，电池的内部电阻较高，进而限制了最大放电电流。另外，对于任何给定的输出电池电流，电池的输出电压在低温下较低。且在气溶胶生成元件是具有正温度系数的电阻加热器的那些状况下，加热器的电阻将在启动之前最低且将随温度增大，从而引起横越电池的内部电阻的较大电压下降。
出于这些原因，在开始时施加最大功率有可能会使得装置停止运行，因为来自电池的输出电压下降到低于MCU所需的最小电压。
将需要能够从电池获取最大功率以使装置在最短时间量内完全运行，同时确保输出电池电压维持在高于最小阈值电压，从而确保MCU的正确运行。
发明内容
为了调节气溶胶生成装置的运行，电池可动态地连接到气溶胶生成元件，使得施加到气溶胶生成元件的电流和电压的占空比可变化。
在第一方面中，提供一种用于控制供应到气溶胶生成装置的气溶胶生成元件的功率的方法，所述气溶胶生成装置包括气溶胶生成元件、控制单元和用于将功率递送到所述气溶胶生成元件和所述控制单元的电池，所述控制单元被配置成调整从所述电池供应到所述气溶胶生成元件的电流的占空比，其中所述方法包括以下步骤：
使用测量单元测量所述电池的至少一个第一特性；及
使用所述控制单元基于预定规则调整占空比值，所述预定规则基于所测量的至少一个电池特性输出占空比值。
通过以此方式控制从所述电池供应的电流的占空比，可使用尽可能高的占空比，同时将所述控制单元处的电压维持在最小工作电压或高于最小工作电压。可选择预定规则以确保控制单元处的电压超过阈值电压。
至少一个电池第一特性可包括电池的温度。电池的输出电压受温度影响，因为其内部电阻受温度影响。热敏电阻器或其它专用温度传感器可用于获得电池的温度的量度。或者，至少一个电池特性可包括电池年龄的量度，如电池所完成的充电和放电循环的计数。充电和放电循环的计数可被记录且存储在气溶胶生成装置内的存储器中。或者，至少一个电池特性可包括电池的内部电阻或电池的阻抗。电池的内部电阻可使用熟知技术测量，例如WO2014/029880中所描述的方法。电池阻抗测量可通过将小AC电流注入到电池中且测量相关联的AC电压进行。
有利地，测量步骤和调整步骤会周期性地实行。当电池放电时，其将由于其内部电阻而消散一些热量。这可能会引起内部电阻减小。占空比可周期性地调整，例如每0.5秒调整一次，以顾及电池的减小的内部电阻。以此方式，占空比可从低水平开始且可逐渐地增大，同时确保控制单元接收充足电压。
有利地，预定规则限定了与电池的至少一个特性有关的值的多个区间，每一区间与相应占空比值相关联，调整占空比值的步骤包括输出与区间相关联的占空比值，所述区间包含所测量的至少一个电池特性的值。与电池的至少一个特性有关的值的区间可以是按顺序的。与电池的至少一个特性有关的值的区间可以是非重叠的。
举例来说，在一个实施例中，电池的至少一个特性是温度且预定规则包括以下区间和相关联的占空比值：
1/如果电池温度在-10℃与-5℃之间，那么使用占空比值10％。
2/如果电池温度在-5℃与0℃之间，那么使用占空比值20％。
3/如果电池温度在0℃与5℃之间，那么使用占空比值30％。
4/如果电池温度在5℃与10℃之间，那么使用占空比值40％。
5/如果电池温度在10℃与15℃之间，那么使用占空比值50％。
6/如果电池温度在15℃与20℃之间，那么使用占空比值60％。
7/如果电池温度高于20℃，那么使用任一所要占空比。
在手持型装置的情况下，可预期电池温度在使用期间上升，这是由于电池内部生成的热量和由装置中的一个或多个加热器生成的热量，以及因用户握持装置且将体热转移到电池。
所述方法可进一步包括测量气溶胶生成装置的至少一个第二特性及基于预定子规则以及气溶胶生成装置的至少一个第二特性的所测量值选择占空比值的步骤，其中基于电池的所测量的至少一个第一特性从预定子规则的群组选择预定子规则。
周期性地实行测量至少一个第二特性及选择占空比值的步骤。所述占空比可周期性地调整，例如每0.5秒一次，以顾及气溶胶生成元件的第二特性的不断改变的值。以此方式，占空比可从低水平开始且可逐渐地增大，同时确保控制单元接收充足电压。
气溶胶生成装置的至少一个第二特性可包括气溶胶生成元件的电阻。气溶胶生成元件的电阻可在使用期间改变，因为其可与温度相关。气溶胶生成元件可以是电阻加热器。气溶胶生成装置的至少一个第二特性可包括电阻加热器的温度。电阻加热器的电阻可取决于电阻加热器的温度。取决于电阻加热器的组成，当电阻加热器变热时，电阻可增大，例如，引起横越电池的内部电阻的较低电压下降且进而允许使用较大占空比。
至少一个第二特性不同于电池的第一特性。至少一个第二特性可包括电池年龄的量度，如电池所完成的充电和放电循环的计数。充电和放电循环的计数可被记录且存储在气溶胶生成装置内的存储器中。或者，至少一个第二特性可包括电池的内部电阻或电池的阻抗。或者，如果电池的温度不用作电池的第一特性，那么电池的温度可用作至少一个第二特性。
测量至少一个第二特性和选择占空比值的步骤可周期性地实行，直到至少一个第二特性达到目标值为止。在电阻加热器的实例中，可能需要加热器达到用于产生所要气溶胶的目标温度或目标温度范围但不超过所述目标。当达到目标温度时，需要维持温度而非最大化供应到加热器的电流的占空比。可出于调节加热器的温度的目的使用不同占空比。占空比越高，则由电池递送到加热元件的平均电流越高，且因此加热元件温度越高。当然，减小占空比会允许相反的情形，例如降低加热器的温度。
所述方法可包括监测自启动装置以来的时间，且如果未在预定时间内达到目标温度，那么对装置撤销启动或停用装置。
预定子规则可限定与气溶胶生成装置的至少第二特性有关的值的多个区间，每一区间与相应占空比值相关联。使用控制单元调整占空比值的步骤可包括选择包含气溶胶生成装置的至少一个第二特性的所测量值的区间。与气溶胶生成装置的至少第二特性有关的值的区间可以是按顺序的。与气溶胶生成装置的至少第二特性有关的值的区间可以是非重叠的。
举例来说，如果电池的第一特性是电池温度且气溶胶生成装置的第二特性是加热元件电阻且电池温度确定为处于以上给定实例的第二范围中的-2℃，那么用于所述温度范围的子规则可以是：
2.1/如果加热元件电阻在0.8与1ohm之间，那么使用占空比20％
2.2/如果加热元件电阻在1与1.2ohm之间，那么使用占空比30％
2.3/如果加热元件电阻在1.2与1.4ohm之间，那么使用占空比40％
2.4/如果加热元件电阻在1.4与1.6ohm之间，那么使用占空比50％
2.5/如果加热元件电阻在1.6与1.8ohm之间，那么使用占空比60％
2.6/如果加热元件电阻高于1.8ohm，那么使用任一所要占空比。
对于与预定规则中的电池的至少一个特性有关的值的每一区间，可存在不同子规则。
所述方法可使用基于其它所测量特性的其它子规则级别。具体地说，所述方法可包括测量电池或气溶胶生成装置的第三特性及基于预定子子规则和气溶胶生成装置或电池的至少一个第三特性的所测量值选择占空比的值的步骤，其中基于预定子规则、第二特性的所测量值和电池的所测量的至少一个第一特性从预定子子规则的群组选择预定子子规则。对于子规则中的第二特性的值的每一区间，可存在指定与第三特性的不同范围相关联的子子规则的群组。其它规则级别可用于基于多个所测量特性的规则层级中。
所述方法可进一步包括周期性地测量电池的输出电池电压、基于所测量输出电池电压计算输出电池电压的下降速率及在输出电池电压的下降速率超过阈值水平的情况下减小占空比。这是有利的，因为其将输出电池电压的下降遏制或减缓到仍可能确保控制单元接收最小阈值电压的水平。举例来说，如果在电流的占空比根据预定规则增大之后，确定输出电池电压的下降速率使得输出电池电压在电阻加热器可达到目标温度之前将仅在几秒钟内降到低于最小工作电压，那么占空比可减小5％。预定规则或子规则内可存在用于每一区间的输出电池电压的下降速率的不同阈值水平。可比测量第一特性更频繁地来周期性地计算输出电池电压的下降速率。可比测量第二特性更频繁地来周期性地计算输出电池电压的下降速率。
输出电池电压的下降速率的阈值水平可基于初始输出电池电压来设定。在一个实例中，输出电池电压的下降速率的阈值水平可由加热器将其电阻增大到特定值所花费的最小时间限定，所述特定值例如3.2V电池的1.6Ohm，因此汲取2A的电流。接着，电池电压不应在此最小时间之前下降到低于其最小值(例如2.5V)。最小时间可设定为例如5秒。如果初始电池电压值是3.2V，那么电池电压下降的最大速率将为：(3.2V-2.5V)/5＝0.14V/s。或者，输出电池电压的下降速率的阈值水平可指定为与初始输出电池电压无关的一组值，比如0.5V/s。
所述方法可进一步包括在输出电池电压的下降速率在输出电池电压的预定多个测量循环内超过阈值的情况下随后增大占空比。
所述方法可包括在占空比需要减小到低于最小占空比的情况下对装置撤销启动或停用装置。
在第二方面中，提供一种气溶胶生成装置，其包括：
气溶胶生成元件；
控制单元；
电池，其用于将电流递送到所述气溶胶生成元件和所述控制单元；及
连接到所述控制单元的测量单元，其用于测量所述电池的至少一个第一特性；
其中所述控制单元被配置成基于预定规则调整从所述电池递送到所述气溶胶生成元件的所述电流的占空比，所述预定规则基于由所述测量单元测量的所述至少一个电池特性输出所述占空比的值。
所述气溶胶生成装置可包括非易失性存储器。所述非易失性存储器可以是所述控制单元的部分。所述非易失性存储器可存储预定规则。
所述控制单元可被配置成根据本发明的第一方面实行方法。具体地说，所述控制单元可被配置成使用如关于本发明的第一方面描述的子规则。所述控制单元可被配置成测量如关于本发明的第一方面所描述的输出电池电压的下降速率。
所述控制单元可包括开关。所述控制单元可被配置成通过操作开关以将电流到气溶胶生成元件的供应变成接通和断开来调整占空比。开关可以是晶体管，例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。
电池的至少一个特性可以是电池温度。测量单元可包括温度传感器。或者，至少一个电池特性可包括电池年龄的量度，如电池所完成的充电和放电循环的计数。充电和放电循环的计数可被记录且存储在气溶胶生成装置内的存储器中。或者，至少一个电池特性可包括电池的内部电阻或电池的阻抗。电池的内部电阻和阻抗可使用熟知技术测量，例如WO2014/029880中所描述的方法。
如本文中所使用，‘气溶胶生成装置’与和气溶胶形成基质相互作用以生成气溶胶的装置有关。气溶胶形成基质可以是气溶胶生成制品的部分。气溶胶生成装置可以是与气溶胶生成制品的气溶胶形成基质相互作用以生成可通过用户的嘴直接吸入到用户的肺中的气溶胶的装置。气溶胶生成元件可被配置成加热或以其它方式雾化气溶胶形成基质以形成气溶胶。气溶胶形成基质可全部或部分地含于装置内。
气溶胶形成基质可以是固体气溶胶形成基质。或者，气溶胶形成基质可以是液体或可包括固体和液体组分两者。气溶胶形成基质可包括含烟草材料，所述含烟草材料含有在加热后从所述基质释放的挥发性烟草香味化合物。或者，气溶胶形成基质可包括非烟草材料。气溶胶形成基质可进一步包括气溶胶形成剂。合适的气溶胶形成剂的实例是丙三醇和丙二醇。
如果气溶胶形成基质是固体气溶胶形成基质，那么所述固体气溶胶形成基质可包括例如以下中的一种或多种：粉末、颗粒、小球、碎片、细条、条状物或片材，所述材料含有草本植物叶、烟草叶、烟草肋料、再造烟草、均质烟草、挤出烟草、铸叶烟草(cast leaftobacco)和膨胀烟草中的一种或多种。固体气溶胶形成基质可呈疏松形式，或可在合适容器或筒中提供。视需要，固体气溶胶形成基质可含有在基质加热后释放的额外烟草或非烟草挥发性香味化合物。固体气溶胶形成基质还可含有胶囊，所述胶囊例如包含额外烟草或非烟草挥发性香味化合物，并且此类胶囊可在加热固体气溶胶形成基质期间熔化。
视需要，固体气溶胶形成基质可提供于热稳定载体上或嵌入热稳定载体中。载体可呈粉末、颗粒、小球、碎片、细条、条状物或片材形式。或者，载体可以是管状载体，其内表面上或其外表面上或其内表面和外表面两者上沉积有固体基质薄层。此管状载体可由例如纸或纸样材料、非织造碳纤维垫、低质量开网金属丝网或穿孔金属箔或任何其它热稳定聚合物基质形成。
固体气溶胶形成基质可以例如片材、泡沫、凝胶或浆液的形式沉积在载体的表面上。固体气溶胶形成基质可沉积在载体的整个表面上，或替代地，可以按图案方式沉积，以便在使用期间提供不均匀的香味递送。
尽管上文提到了固体气溶胶形成基质，但所属领域的一般技术人员将清楚知道，其它实施例可使用其它形式的气溶胶形成基质。举例来说，气溶胶形成基质可以是液体气溶胶形成基质。如果提供液体气溶胶形成基质，那么气溶胶生成装置优选地包括用于保留液体的构件。举例来说，液体气溶胶形成基质可保留在容器中。或者或另外，液体气溶胶形成基质可被吸收到多孔承载材料中。多孔承载材料可由任何合适的吸收塞或吸收体制成，例如，发泡金属或塑料材料、聚丙烯、涤纶、尼龙纤维或陶瓷。液体气溶胶形成基质可在使用气溶胶生成装置之前保留于多孔承载材料中，或替代地，液体气溶胶形成基质材料可在使用期间或在临用前释放到多孔承载材料中。举例来说，可在胶囊中提供液体气溶胶形成基质。胶囊的壳体优选地在加热后熔化且将液体气溶胶形成基质释放到多孔承载材料中。胶囊可视需要含有固体与液体的组合。或者，载体可以是并有烟草组分的非织造织物或纤维束。非织造织物或纤维束可包括例如碳纤维、天然纤维素纤维或纤维素衍生型纤维。
在操作期间，气溶胶形成基质可完全含于气溶胶生成装置内。在所述状况下，用户可用气溶胶生成装置的衔嘴抽吸。或者，在操作期间，含有气溶胶形成基质的气溶胶形成制品可部分地含于气溶胶生成装置内。在所述状况下，用户可直接用气溶胶形成制品抽吸。
气溶胶形成制品的形状可基本上为圆柱形的。气溶胶形成制品可以是基本上伸长的。气溶胶形成制品可具有某一长度和基本上垂直于所述长度的圆周。气溶胶形成基质的形状可为基本上圆柱形的。气溶胶形成基质可以是基本上伸长的。气溶胶形成基质还可具有某一长度和基本上垂直于所述长度的圆周。
气溶胶形成制品的总长度可在大约30mm与大约100mm之间。气溶胶形成制品可具有在大约5mm与大约12mm之间的外径。气溶胶形成制品可包括过滤器塞。过滤器塞可位于气溶胶形成制品的下游端处。过滤器塞可以是乙酸纤维素过滤器塞。在一个实施例中，过滤器塞的长度是大约7mm，但可具有在大约5mm与大约10mm之间的长度。
在一个实施例中，气溶胶形成制品的总长度约为45mm。气溶胶形成制品可具有大约7.2mm的外径。此外，气溶胶形成基质可具有大约10mm的长度。或者，气溶胶形成基质可具有大约12mm的长度。此外，气溶胶形成基质的直径可在大约5mm与大约12mm之间。气溶胶形成制品可包括外包装纸。此外，气溶胶形成制品可包括气溶胶形成基质与过滤器塞之间的分隔物。分隔物可以是大约18mm，但可在大约5mm到大约25mm的范围中。
气溶胶生成元件可以是电阻加热器。气溶胶生成元件的至少一个第二特性可以是电阻加热器的温度或电阻。
电阻加热器可包括电阻材料。合适的电阻材料包含但不限于：半导体，例如掺杂陶瓷、“导”电陶瓷(例如，二硅化钼)、碳、石墨、金属、金属合金以及由陶瓷材料和金属材料制成的复合材料。此类复合材料可包括掺杂或无掺杂的陶瓷。合适的掺杂陶瓷的实例包含掺杂碳化硅。合适金属的实例包含钛、锆、钽、铂、金和银。合适的金属合金的实例包含不锈钢、含镍合金、含钴合金、含铬合金、含铝-钛-锆合金、含铪合金、含铌合金、含钼合金、含钽合金、含钨合金、含锡合金、含镓合金、含锰合金、含金和含铁合金，以及基于镍、铁、钴、不锈钢、和铁-锰-铝基合金的超合金。在复合材料中，电阻材料可视需要嵌入绝缘材料中，由绝缘材料封装或由绝缘材料涂布或反之亦然，这取决于能量转移的动力学和所需外部物理化学性质。
气溶胶生成装置可包括内部电阻加热器或外部电阻加热器，或内部电阻加热器和外部电阻加热器两者，其中“内部”和“外部”是参照气溶胶形成基质。内部电阻加热器可采取任一合适形式。举例来说，内部电阻加热器可采取加热叶片的形式。或者，内部电阻加热器可采取具有不同导电部分的套管或衬底，或电阻式金属管形式。或者，内部电阻加热器可以是贯穿气溶胶形成基质中心的一个或多个加热针或棒。其它替代物包含加热丝或纤丝，例如镍-铬(Ni-Cr)、铂、钨或合金丝，或加热板。视需要，可将内部电阻加热器沉积在硬质载体材料内或其上。在一个此类实施例中，电阻加热器可使用温度与电阻率之间具有定义关系的金属形成。在此示范性装置中，金属可在例如陶瓷材料的合适绝缘材料上形成为迹线，且然后包夹在例如玻璃的另一种绝缘材料中。以此方式形成的加热器可用于加热和监测加热元件在操作期间的温度。
外部电阻加热器可采取任一合适形式。举例来说，外部电阻加热器可采取位于例如聚酰亚胺的介电质衬底上的一个或多个柔性加热箔形式。柔性加热箔可成形而顺应基质接收空腔的周边。或者，外部加热元件可采取金属网格、柔性印刷电路板、成型互连装置(MID)、陶瓷加热器、柔性碳纤维加热器的形式，或可使用例如等离子体气相沉积的涂布技术形成于合适的成形衬底上。外部电阻加热器也可使用温度与电阻率之间具有定义关系的金属来形成。在此示范性装置中，金属可在两层合适的绝缘材料之间形成为迹线。以此方式形成的外部电阻加热器可用于加热且监测外部加热元件在操作期间的温度。
电阻加热器有利地借助于传导来加热气溶胶形成基质。加热元件可至少部分地与基质或其上沉积有基质的载体接触。或者，来自内部或外部加热器的热量可借助于导热元件传导到基质。
所述电池可以是可充电电池。所述电池可以是锂离子电池，例如，锂-钴、磷酸锂铁、钛酸锂或锂聚合物电池。或者，所述电池可另一形式的可充电电池，例如镍金属氢化电池或镍镉电池。
测量单元可与电池成一体，或可位于电池壳体上或中。
控制单元可包括微控制器单元(MCU)。控制单元可以是可编程的。控制单元可包括开关，其与气溶胶生成元件串联连接到电池。
装置优选的是能够舒适地拿在单只手的手指之间的便携式或手持型装置。装置可为基本上圆柱形的形状，并具有在70与120mm之间的长度。装置的最大直径优选的是在10与20mm之间。在一个实施例中，装置具有多边形横截面且具有形成于一个面上的突出按钮。在此实施例中，装置从一个平坦面到相对平坦面的直径在12.7与13.65mm之间；从边缘到相对边缘(即，从装置的一侧上的两个面的相交点到另一侧上的对应相交点)的直径在13.4与14.2之间，及从按钮的顶部到相对底部平坦面的直径在14.2与15mm之间。
气溶胶生成装置可以是电加热气溶胶形成装置。
在本发明的第三方面中，提供一种计算机程序，其当在电操作气溶胶生成装置的控制单元中的可编程电路上运行时使得所述可编程电路执行根据本发明的第一方面的方法，所述气溶胶生成装置包括气溶胶生成元件和用于将功率递送到气溶胶生成元件和控制单元的电池。
附图说明
尽管已参考不同方面描述了本公开，但应清楚，关于本公开的一个方面描述的特征可适用于本公开的其它方面。
现将参看附图详细描述本发明的实例，其中：
图1是根据本发明的实施例的装置的示意性说明；
图2说明根据本发明的方法所涉及的装置的组件的连接；
图3说明根据本发明的实施例的一组子规则；
图4是说明根据本发明的实施例的控制过程的流程图；
图5是用于本发明的实施例中的额外控制过程。
具体实施方式
在图1中，电加热气溶胶生成装置1的实施例的组件按简化方式示出。电加热气溶胶生成装置1的元件在图1中并非按比例绘制。为了使图1简化，已经省略了与理解此实施例无关的元件。
电加热气溶胶生成装置1包括壳体10和例如气溶胶形成制品(例如香烟)的气溶胶形成基质12。气溶胶形成基质12被推送到壳体10内部以与加热器4热接近。在此实例中，加热器是延伸到气溶胶形成基质中的叶片。气溶胶形成基质12将在不同温度下释放一系列挥发性化合物。通过将加热器的最大操作温度控制成低于挥发性化合物中的一些的释放温度，可避免这些烟雾成分的释放或形成。通常，气溶胶形成基质被加热到250摄氏度与450摄氏度之间的温度。在壳体10内，存在电气电池2，例如可充电锂离子电池。控制单元3连接到加热元件2、电气电池2和用户接口6，例如按钮或显示器。举例来说，EP2800486中描述此类型的系统。
控制单元3控制供应到加热元件4的功率以便通过使电流的占空比变化来调节其温度。图2说明图1的装置中的电池、控制单元和电阻加热器的连接。
电池2被说明为理想电池21连同内部电阻22。电池通过控制单元连接到电阻加热器4。控制单元包括微处理器单元(MCU)20和开关23。MCU控制开关的操作以控制递送到加热器4的电流的占空比。MCU 20包括非易失性存储器27。
所述装置还包括温度传感器25，其定位成测量电池2的温度。举例来说，温度传感器可以是用以提供模拟温度测量的热敏电阻器或数字温度传感器，例如来自NXP的LM75ADP。温度传感器25的输出连接到MCU 20。如由温度传感器25所测量的电池的温度用于基于存储在非易失性存储器27中的至少一个规则来控制开关23的操作，如将描述。
所述装置可通过用户使用用户接口6来启动。当启动所述装置时，电流通过开关23从电池递送到加热器。
理想地，加热器在启动之后尽可能快速地升高到目标温度，同时确保MCU接收充足电压以用于适当功能。在开始时，当电池冷却时，其将具有相对高的内部电阻，这意味着相比于电池已经变热，较大比例的电池电压将横越内部电阻下降。这意味着当电池较冷时，需要用于电流的较低占空比以确保MCU接收至少最小工作电压。
由MCU接收的电压还受加热器4的电阻影响。加热器4的电阻通常将随着加热器变热在装置的操作期间变化。加热器可由电阻随着温度显著变化的材料形成，使得加热器的电阻可用作加热器的温度的量度以用于加热器温度控制。此实例中的加热器具有正温度系数，使得加热器的电阻随着加热器温度增大而增大。
MCU可被配置成测量加热器4的电阻。这可通过使用与加热器4串联的分流电阻器(具有非常低阻力)来得以实现。通过分流电阻器的电流也是通过加热器的电流，其可使用并联连接到分流电阻器的放大器来测量。横越加热器的电压可直接测量且加热器的电阻接着使用欧姆定律(Ohm's law)来计算。这是众所周知的测量技术。
MCU根据存储于MCU的存储器中的规则来控制开关的操作。图3说明MCU可使用的规则30的一个实例。所述规则使得电池Tbat的所测量温度和加热器Rh的所测量电阻与输出占空比相关。所述规则包括多个子规则，每一子规则与电池温度的范围相关联。电池温度的范围是按顺序的，但不彼此重叠。在每一子规则内存在多个占空比，每一占空比与加热器电阻的不同范围相关联。加热器电阻的范围是按顺序的但不彼此重叠。为了确定使用哪一占空比，MCU首先选择与所测量电池温度31所属的电池温度的范围相关联的子规则。在图3中所说明的实例中，这是涵盖温度T2到T3的范围2，如由虚线框32说明。MCU接着从与范围2相关联的子规则内选择占空比。所选择的占空比是与所测量加热器电阻33所属的加热器电阻的范围相关联的占空比。在图3中所示出的实例中，其是与电阻范围Rh5到Rh6相关联的占空比DC8，如由虚线框34说明。因此，来自规则30的输出是DC8，如由框36所示出。
代替使用规则中的加热器电阻，可使用另一参数，例如加热器温度。所述装置可包含接近加热器的温度传感器。温度传感器的输出将连接到MCU。
可根据特定设计要求且根据加热器4的构造选择范围和子范围的数目。图4中所示出的实例包括电池温度的四个范围和加热器电阻的四个范围。在另一实施例中，存在电池温度的七个范围，如下：
1/-10℃到-5℃
2/-5℃到0℃
3/0℃到5℃。
4/5℃到10℃。
5/10℃到15℃。
6/15℃到20℃。
7/高于20℃。
且存在用于每一子规则中的加热器电阻的六个范围，如下：
1/0.8到1ohm
2/1到1.2ohm
3/1.2到1.4ohm
4/1.4到1.6ohm
5/1.6到1.8ohm
6/高于1.8欧姆。
应选择与每一子规则中的每一范围相关联的占空比的值，以确保MCU将始终接收MCU的适当功能所需要的至少最小工作电压。如果电池温度低于-10℃，那么停用所述装置。
周期性地实行用于调整递送到加热器的电流的占空比的过程，例如在启动装置之后每0.5秒一次，直到所述加热器达到目标温度或目标电阻为止。因此，每0.5秒可应用新的子规则，这取决于电池温度和加热器电阻的改变。
如果加热器不在固定时间内，例如30秒，达到目标温度，例如350℃，那么加热过程停止。在此情形下，电池无法将足够功率递送到加热器。此可能是因为电池是旧的。
图4是流程图，其示出使用上述类型的规则的实例控制过程。在步骤40中启动所述装置。在第一步骤41中，在启动之后，测量电池的温度。接着，在步骤42中，基于电池温度选择用于电流的占空比。在此阶段，在任一电流已经施加到加热器之前，假设加热器电阻处于最大值。在步骤43中，MCU根据选定的占空比操作开关以将电流递送到加热器。此占空比维持预定时段，例如0.5秒。在此时段期间，在步骤44中测量加热器的电阻。在步骤45中，将所测量电阻与目标电阻比较，目标电阻对应于目标加热器温度。如果加热器电阻等于或大于目标电阻，那么所述方法在步骤46处结束。如果加热器电阻小于目标电阻，这指示加热器尚未达到目标温度，那么所述过程返回到步骤41，此时再次测量电池温度。在步骤42中，再次使用预定规则选择占空比，此时基于电池温度和加热器电阻。重复所述过程直到达成目标电阻为止或直到在启动之后30秒为止，以较早者为准。
参看图4所描述的方法的益处在于其允许从电池提取最大功率以快速地加热加热器，同时在足够的安全容限下将电池电压保持在高于预定义阈值。占空比以低值开始，且随着加热器电阻上升且电池温度上升，以所允许的速度逐渐升高。这意味着加热器被快速地但可靠地加热到其目标温度。
图5说明额外控制过程，其可用于进一步确保MCU在装置的操作期间始终接收充足电压。
对于图5的过程，设定输出电池电压的速率的最大限度，此处被称为电压下降的速率的限度。电压下降的速率的限度对于不同子规则或不同所测量电池电压可能不同。
如果电压下降的速率大于电压下降的速率的限度，那么电流的占空比会减小以便减缓电压下降的速率。
图5中所示出的过程以步骤50开始，其中测量电池电压。在步骤51中，根据所测量的电池电压且根据在先前过程循环中对电池电压所进行的测量计算电池电压下降速率。在步骤52中，MCU确定电池电压的下降速率是否大于阈值(或电池电压的改变速率是否低于阈值)。如果电池电压的下降速率大于所述限度，那么在步骤53中占空比会减小预定量。所述过程接着返回到步骤50。举例来说，如果电流占空比是20％，那么可限定0.5V/s的最大电池电压下降速率。举例来说，每隔200ms区间测量电池电压下降速率。如果在步骤52中电池电压的下降速率大于阈值，那么占空比将从20％减小到15％，且如果电池下降速率在另外200ms之后在下一循环中仍大于0.5V/s，那么电池电压下降速率一步从15％减小到10％。可将占空比的下限设定为5％。如果所述过程需要占空比从5％减小，那么可对所述装置撤销启动。
此过程是有利的，因为其防止MCU处的电压由于占空比的改变之后的快速电压下降而下降到低于最小操作电压。举例来说，如果输出电池电压从3.4V开始，且电池电压以0.5V/s的速率下降，那么将在不到2秒内达到2.4V的电压。此电压低于2.5V最小工作电压且将仅需2秒即可达到，2秒不足以使加热器显著变热。
如果电池电压下降速率增大，那么图5的过程还允许占空比在减小之后增大。然而，在占空比增大之前，所述过程需要电压下降的速率在两个循环内低于阈值。为此，在电池电压下降速率低于所述限度的初始占空比下降之后，每一周期的计数递增。如果电压下降的速率低于所述限度，那么所述计数在步骤54中逐一递增。如果电压下降的速率高于所述限度，那么所述计数在步骤53中复位到零。只有在步骤55中确定计数等于两的情况下占空比才会在步骤56中增大。否则，占空比不变。在所描述的实例中，这意味着电池电压下降速率在恢复逐步上升5％的400ms内(而非逐步下降5％时的200ms内)必须小于0.5V/s。此滞后为系统提供了稳定性。
可存在影响所使用的理想占空比的其它变量，例如电池的年龄(其可被测量为电池所执行的充电和放电循环的数目的计数)、电池的内部电阻或电池的内部阻抗。这些变量中的一个或多个可用作第一或第二特性。或者，为了提供对占空比的更细微控制，有可能基于这些变量中的一个或多个在规则和子规则的层级内使用另一层或多层规则。举例来说，第三特性可以是电池已经经过的充电和放电循环的计数。电池已经经过的充电和放电循环的计数可被记录且存储于控制单元内的存储器中。基于加热器电阻修改图3的实施例—每一子规则，而非指定针对每一所测量加热器电阻使用的占空比，可针对加热器电阻的每一值指定所使用的多个子子规则。每一子子规则可针对电池已经经过的充电和放电循环的计数的值的范围指定所使用的占空比。基于控制单元的存储器中的充电和放电循环的所存储计数选择所使用的子子规则。以此方式，基于电池的温度、加热器的电阻和所述电池完成的充电和放电循环的数目选择占空比。所测量特性指派到所述规则、子规则和子子规则的次序可变化。

Claims (15)

1.一种用于控制供应到气溶胶生成装置(1)的气溶胶生成元件(4)的功率的方法，所述气溶胶生成装置(1)包括气溶胶生成元件(4)、控制单元(3)和用于将功率递送到所述气溶胶生成元件和所述控制单元的电池(2)，所述控制单元被配置成调整从所述电池供应到所述气溶胶生成元件的电流的占空比(DC)，其中所述方法包括以下步骤：
使用测量单元(25)测量所述电池(2)的至少一个第一特性(Tbat)，其中所述至少一个第一特性(Tbat)包括所述电池的温度(Tbat)；及
使用所述控制单元(3)基于预定规则调整所述占空比(DC)的值，所述预定规则基于所测量至少一个电池特性(Tbat)输出占空比(DC)的值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中周期性地实行所述测量步骤和所述调整步骤。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述预定规则限定与所述电池(2)的所述至少一个特性(Tbat)有关的值的多个区间，每一区间与相应占空比(DC)值相关联，所述调整所述占空比的值的步骤包括输出与包含所测量至少一个电池特性(Tbat)的值的区间相关联的所述占空比(DC)值。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其进一步包括测量所述气溶胶生成装置(1)的至少一个第二特性和基于预定子规则和所述气溶胶生成装置(1)的至少一个第二特性的所测量值选择所述占空比(DC)值的步骤，其中基于所述气溶胶生成装置(1)的所测量至少一个第一特性(Tbat)从预定子规则的群组选择所述预定子规则。
5.根据权利要求4所述的方法，其中周期性地实行所述测量至少一个第二特性和选择所述占空比值的步骤。
6.根据权利要求4或5所述的方法，其中周期性地实行所述测量至少一个第二特性和选择所述占空比值的步骤直到所述至少一个第二特性达到目标值为止。
7.根据权利要求4到6中任一项所述的方法，其中所述气溶胶生成元件是电阻加热器，且其中所述气溶胶生成装置(1)的所述至少一个第二特性(Rh)包括所述电阻加热器的温度。
8.根据权利要求4到6中任一项所述的方法，其中所述气溶胶生成装置(1)的所述至少一个第二特性包括所述气溶胶生成元件(4)的电阻(Rh)。
9.根据权利要求4到6中任一项所述的方法，其中所述气溶胶生成装置(1)的所述至少一个第二特性包括所述电池已经完成的充电和放电循环的计数，和/或所述电池的内部电阻和/或所述电池的阻抗。
10.根据权利要求5到9中任一项所述的方法，其中所述预定子规则限定与所述气溶胶生成装置(1)的所述至少第二特性有关的值的多个区间，每一区间与相应占空比值(DC)相关联，所述使用所述控制单元(3)调整所述占空比(DC)的值的步骤包括选择包含所述气溶胶生成装置(1)的至少一个第二特性的所测量值的所述区间。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其进一步包括周期性地测量所述电池的输出电池电压和基于所测量输出电池电压计算输出电池电压下降速率，以及在输出电池电压下降速率超过阈值水平的情况下减小所述占空比。
12.根据权利要求11所述的方法，其包括在所述输出电池电压下降速率在输出电池电压的预定多个测量循环内超过所述阈值的情况下随后增大所述占空比。
13.一种气溶胶生成装置(1)，其包括：
气溶胶生成元件(4)；
控制单元(3)；
电池(2)，其用于将电流递送到所述气溶胶生成元件(4)和所述控制单元；及
测量单元(25)，其用于测量所述电池(2)的至少一个第一特性(Tbat)，其中所述至少一个第一特性(Tbat)包括所述电池的温度(Tbat)；
其中所述控制单元被配置成基于预定规则调整从所述电池递送到所述气溶胶生成元件的所述电流的占空比，所述预定规则基于由所述测量单元测量的所述至少一个电池特性输出所述占空比的值。
14.根据权利要求13所述的气溶胶生成装置，其中所述气溶胶生成元件是电阻加热器。
15.根据权利要求13或14所述的气溶胶生成装置，其中所述电池是锂离子电池。
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