CN116456846A - 气溶胶产生装置电力系统 - Google Patents

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Abstract

提供了一种气溶胶产生装置(100)，该气溶胶产生装置包括电力系统(600)和控制器(102)。该电力系统包括第一超级电容器模块(604)和第二超级电容器模块(606)。该控制器被配置成控制该第一超级电容器模块的电力流向与该气溶胶产生装置相关联的加热器供电，并且控制该第二超级电容器模块的电力流对该第一超级电容器模块充电。

Description

气溶胶产生装置电力系统
技术领域
本发明涉及气溶胶产生装置，且更具体地涉及气溶胶产生装置电力系统。
背景技术
比如电子烟和其他气溶胶吸入器或汽化装置等气溶胶产生装置正变成越来越流行的消费产品。
用于汽化或气溶胶化的加热装置是本领域已知的。此类装置典型地包括加热腔室和加热器。在操作中，操作者将要气溶胶化或汽化的产品插入到加热腔室中。然后用电子加热器加热产品来使产品的成分汽化以供操作者吸入。在一些示例中，产品是类似于传统香烟的烟草产品。此类装置有时被称为“加热不燃烧”装置，因为产品被加热到气溶胶化点，而不被燃烧。
已知气溶胶产生装置面临的问题包括提供足够快的加热和能源的有效利用。
发明内容
根据第一方面，提供了一种气溶胶产生装置，该气溶胶产生装置包括：
电力系统，该电力系统包括第一能量储存模块和第二能量储存模块；以及
控制器，其中，该控制器被配置成：
控制该电力系统到与该气溶胶产生装置相关联的加热器的脉冲宽度调制电力流，其中，该脉冲宽度调制电力流包括一个或多个脉冲宽度调制循环，每个脉冲宽度调制循环具有接通时段和关断时段；以及
在该脉冲宽度调制循环的关断时段期间，控制该第二能量储存模块对该第一能量储存模块充电。
以这种方式，当第一能量储存模块向加热器供电时，第一能量储存模块也由第二能量储存模块连续地再充电。这允许第一能量储存模块在其电量水平耗尽之前向加热器供电持续更长时间。由于第一能量储存模块在向加热器供电的同时被再充电，因此其不需要能够储存与在向加热器供电的同时不被再充电的传统电力系统中的能量储存模块一样多的电荷量。这允许第一能量储存模块在物理上更小，相关安全性得到改善。
在第一方面的优选的第一实施方式中，第一能量储存模块是超级电容器模块，并且第二能量储存模块是电池模块。
超级电容器模块可以被认为是高功率储存模块，并且电池可以被认为是高能量储存模块。在这种布置中，电力系统不仅仅依赖于电池，并且因此在能量需求与电力需求之间没有折衷。将高能量电池与高功率超级电容器组合使用允许在电力系统设计中单独考虑能量和电力需求，由此提供更大的灵活性来满足能量和电力需求。
在气溶胶化过程期间，在脉冲宽度调制循环的关断时段中，超级电容器模块的连续再充电允许使用具有较少能量含量的超级电容器(即，较小的超级电容器)。这允许减小尺寸和成本。
优选地，超级电容器模块包括至少一个超级电容器。优选地，超级电容器模块包括串联连接的多个超级电容器。优选地，超级电容器模块包括串联连接的两个超级电容器。优选地，电池模块包括至少一个电池。优选地，电池模块包括高能量电池。优选地，电池模块包括锂离子电池。
优选地，该控制器被进一步配置成：
控制电力系统在脉冲宽度调制循环的接通时段期间提供仅从超级电容器模块到加热器的脉冲宽度调制电力流。
仅用超级电容器模块向加热器供电导致操作期间的损耗降低。例如，超级电容器模块与加热器之间不需要升压转换器(如DC/DC电压转换器)。以这种方式，气溶胶产生装置可以提供与传统系统相同的能量使用情况，但是由于损耗的改善，储存在电力系统中的总能量含量更少。
因为电池模块仅用于对超级电容器模块充电，而不是向加热器供电，所以电池的损耗减少了。因为浪费了较少的电力，所以允许操作者从单次电池充电执行多次气溶胶化过程。
优选地，该控制器被配置成：
控制电池模块在脉冲宽度调制循环的接通时段期间不对超级电容器模块充电。
优选地，电力系统包括与电池模块并联连接的超级电容器模块，电压转换器连接在超级电容器模块与电池模块之间。
优选地，电力系统包括与电池模块并联连接的超级电容器模块，电压转换器连接在超级电容器模块与电池模块之间。
优选地，电力系统进一步包括：
第一切换装置，该第一切换装置连接在电池模块与超级电容器模块之间，其中，该第一切换装置由控制器控制以控制电池模块在脉冲宽度调制循环的关断时段期间对超级电容器模块充电；以及
第二切换装置，该第二切换装置被配置成布置在超级电容器模块与加热器之间，其中，该第二切换装置由控制器控制以控制从超级电容器模块到加热器的脉冲宽度调制电力流。
电力系统的这种布置允许电池模块通过电力管理与超级电容器模块解除耦接。电池可能具有较高的相关安全风险和较短的寿命，而超级电容器可能具有较低的安全风险和较高的鲁棒性和可靠性。优选地，仅超级电容器模块向加热器供电，并且电池模块仅用于对超级电容器模块进行再充电，电池模块不直接向加热器传递能量；这提高了电力系统的整体安全性和可靠性。通过不直接向加热器供电，电池需要较低的最大电流需求，这可以减少施加到电池的应力，并提高其寿命和可靠性。
优选地，切换装置是由控制器控制的晶体管。以这种方式，可以有效地使用切换装置来实现对电力系统中的电力流的控制。
在第一方面的优选的第二实施方式中，第一能量储存模块是第一超级电容器模块，并且第二能量储存模块是第二超级电容器模块。
以这种方式，通过仅用基于超级电容器的技术向气溶胶产生装置供电，气溶胶产生装置中不需要电池。这意味着，在气溶胶化过程中使用时，电池不靠近操作者的嘴定位。这改进了气溶胶产生装置的安全性。
优选地，到加热器的脉冲宽度调制电力流仅包括来自第一超级电容器模块的电力流，并且不包括来自第二超级电容器模块的电力流。
优选地，电力系统进一步包括：第一切换装置，该第一切换装置连接在第一超级电容器模块与第二超级电容器模块之间，其中，该第一切换装置由控制器控制以控制第二超级电容器模块在脉冲宽度调制循环的关断时段期间对第一超级电容器模块充电；和/或第二切换装置，该第二切换装置被配置成布置在第一超级电容器模块与加热器之间，其中，该第二切换装置由控制器控制以控制从第一超级电容器模块到加热器的脉冲宽度调制电力流。
优选地，第一超级电容器模块包括至少一个超级电容器，或者串联连接的两个或更多个超级电容器。优选地，第一超级电容器模块的(多个)超级电容器是传统超级电容器。优选地，第一超级电容器模块包括串联连接的两个2.5V超级电容器，给出第一超级电容器模块总共5V。
优选地，第二超级电容器模块包括至少一个混合电容器(也称为混合超级电容器)。与传统超级电容器相比，混合电容器可以具有更高的工作电压、更高的电容和更高的能量密度。混合电容器可以具有比传统超级电容器更低的电力容量。优选地，第二超级电容器模块包括3.7V混合电容器，给出第二超级电容器模块总共3.7V。
在第一方面的优选的第三实施方式中，第一能量储存模块是超级电容器模块，并且第二能量储存模块是电池模块；并且
在接通时段中，控制器控制电池模块和超级电容器模块向加热器供电；并且
在关断时段中，控制器控制电池模块对超级电容器模块充电。
超级电容器模块可以被认为是高功率能量储存模块，并且电池可以被认为是高能量储存模块。在这种布置中，电力系统不仅仅依赖于电池，并且因此在能量需求与电力需求之间没有折衷。将高能量电池与高功率超级电容器组合使用允许在电力系统设计中单独考虑能量和电力需求，由此提供更大的灵活性来满足能量和电力需求。
在另一个优势中，与标准的基于电池的电力系统相比，由于流经电力系统的最大电流减小，因此整体系统安全性提高。
在气溶胶化过程期间，在脉冲宽度调制循环的关断时段中，超级电容器模块的连续再充电允许使用具有较少能量含量的超级电容器(即，较小的超级电容器)。这允许减小尺寸和成本。由于超级电容器模块的容量远低于电池模块的容量，因此超级电容器模块可以非常快速地充电，这意味着电池模块的放电电流仅在短时间段内是高的。
优选地，超级电容器模块包括至少一个超级电容器。优选地，超级电容器模块包括串联连接的多个超级电容器。优选地，超级电容器模块包括串联连接的两个超级电容器。优选地，电池模块包括至少一个电池。优选地，电池模块包括高能量电池。优选地，电池模块包括锂离子电池。
优选地，该电力系统进一步包括切换装置，该切换装置被配置成将该电力系统在接通时段中的第二配置与关断时段中的第一配置之间切换，其中，在第二配置中，超级电容器模块和电池模块串联连接，并且在第一配置中，超级电容器模块和电池模块并联连接。
有利地，当超级电容器模块和电池模块处于第一配置时，超级电容器模块的再充电不需要被控制。超级电容器模块的高电荷接受能力允许自然地进行再充电，并且不需要电压转换器。这减少了电力系统中的损耗。
这种布置允许向加热器(并且特别是>1Ω的高电阻加热器或如感应加热器等替代性加热技术)输送高电力而无需升压转换器。以这种方式，消除了否则将通过这种转换器引入电力系统的损耗。
优选地，切换装置是由控制器控制的晶体管。以这种方式，可以有效地使用切换装置来实现对电力系统中的电力流的控制。
优选地，电力系统被配置成在接通时段将电池模块和超级电容器模块的总电势施加到加热器。
与标准单电池单元电力系统相比，电池模块和超级电容器模块的总电势提供了更高的电压。这允许以较低的电流输送相同的电力。以这种方式，系统中的损耗显著减少，因为P损耗＝I2R系统。另外地，与用于气溶胶产生装置的标准电力系统相比，由于需要较低的最大电流，因此所使用的电池的类型具有更高程度的灵活性。
优选地，前述实施方式中的每一个的电力系统可在气溶胶化过程的多个可选择的操作模式下操作，该多个操作模式包括浮充模式，其中，控制器被配置成：
控制电力系统以第一工作循环方案向加热器施加脉冲宽度调制电力流，以将加热器基本上保持在气溶胶产生温度。
以这种方式，可以向加热器供电以从气溶胶产生消耗品产生气溶胶，这可以使用脉冲宽度调制来控制，同时还在脉冲宽度调制循环的关断时段期间对第一能量储存模块进行再充电，由此改善第一能量储存模块能够向加热器供电的时间长度。
优选地，该多个操作模式进一步包括预热模式，其中，控制器被配置成：
在浮充模式之前的预热模式期间，控制电力系统以不同于第一工作循环方案的第二工作循环方案向加热器施加脉冲宽度调制电力流，以将加热器加热到气溶胶产生温度。
优选地，第一工作循环方案包括具有第一占空比D1的一个或多个脉冲宽度调制循环，第二工作循环方案包括具有第二占空比D2的一个或多个脉冲宽度调制循环，其中，D2＝D1×K，其中，K是>>1的系数。
以这种方式，在预热模式期间，加热器可以被快速加热到气溶胶产生温度，并且然后在浮充模式下以较低的功耗保持在气溶胶产生温度。
在示例中，D1远小于1，并且D2接近但小于1。在另一个示例中，D1为<<0.5，并且D2为≥0.5。在另一个示例中，第一工作循环被配置成使得在浮充模式下施加<3W，并且第二工作循环被配置成使得在预热模式下施加大约16W。
优选地，多个操作模式包括浮充后模式，其中，控制器被配置成：
在浮充模式之后禁用到加热器的脉冲宽度调制电力流持续气溶胶化过程中的剩余时间段；以及
控制该第二能量储存模块对该第一能量储存模块充电。
以这种方式，在脉冲宽度调制电力流已经被禁用之后，保持在加热器中的余热可以继续使气溶胶产生消耗品气溶胶化，而无需将电力直接施加到加热器。同时，第二能量储存模块可以在当前气溶胶化过程的剩余时间期间至少部分地对第一能量储存模块进行再充电，以用于后续气溶胶化过程。也就是说，第一能量储存模块将被充电以执行后续预热模式。
优选地，第二能量储存模块可以被控制以在气溶胶化过程结束后继续对第一能量储存模块进行再充电，直到第一能量储存模块被充分充电用于后续气溶胶化过程。
在第二方面，提供了一种控制气溶胶产生装置的电力系统的方法，该电力系统包括第一能量储存模块和第二能量储存模块，并且该方法包括：
控制该电力系统到与该气溶胶产生装置相关联的加热器的脉冲宽度调制电力流，其中，该脉冲宽度调制电力流包括一个或多个脉冲宽度调制循环，每个脉冲宽度调制循环具有接通时段和关断时段；以及
在该脉冲宽度调制循环的关断时段期间，控制该第二能量储存模块对该第一能量储存模块充电。
任选地，第二方面可以包括第一方面的优选特征。
在第三方面，提供了一种存储指令的非暂态计算机可读介质，这些指令在由被配置用于与包括第一能量储存模块和第二能量储存模块的气溶胶产生装置电力系统一起操作的控制器的一个或多个处理器执行时，使得该一个或多个处理器通过以下操作控制该电力系统：
控制该电力系统到与该气溶胶产生装置相关联的加热器的脉冲宽度调制电力流，其中，该脉冲宽度调制电力流包括一个或多个脉冲宽度调制循环，每个脉冲宽度调制循环具有接通时段和关断时段；以及
在该脉冲宽度调制循环的关断时段期间，控制该第二能量储存模块对该第一能量储存模块充电。
任选地，第三方面可以包括第一方面的优选特征。
在第四方面，提供了一种气溶胶产生装置，该气溶胶产生装置包括：
电力系统，该电力系统包括第一超级电容器模块和第二超级电容器模块；以及
控制器，其中，该控制器被配置成：
控制该第一超级电容器模块的电力流向与该气溶胶产生装置相关联的加热器供电；以及
控制该第二超级电容器模块的电力流对该第一超级电容器模块充电。
以这种方式，通过仅用基于超级电容器的技术向气溶胶产生装置供电，气溶胶产生装置中不需要电池。这意味着，在气溶胶化过程中使用时，电池不靠近操作者的嘴定位。这改进了气溶胶产生装置的安全性。
优选地，该气溶胶产生装置包括用于包括电池模块的充电部件的电连接，并且该电力系统不包括电池。
以这种方式，第二超级电容器模块可以被再充电用于另外的气溶胶化过程。优选地，充电部件是外部充电模块。优选地，该充电部件可以是移动电源或外部充电器。
优选地，第一超级电容器模块包括至少一个超级电容器；和/或第二超级电容器模块包括至少一个混合电容器。
优选地，第一超级电容器模块包括串联连接的两个或更多个超级电容器。优选地，第一超级电容器模块的(多个)超级电容器是传统超级电容器。优选地，第一超级电容器模块包括串联连接的两个2.5V超级电容器，给出第一超级电容器模块总共5V。
与传统超级电容器相比，混合电容器(也称为混合超级电容器)可以具有更高的工作电压、更高的电容和更高的能量密度。混合电容器可以具有比传统超级电容器更低的电力容量。优选地，第二超级电容器模块包括3.7V混合电容器，给出第二超级电容器模块总共3.7V。
以这种方式，基于混合电容器的第二超级电容器模块的较高电容和较高能量密度可以用于对第一超级电容器模块充电，并且基于传统超级电容器的第一超级电容器模块的较高电力容量可以用于向加热器供电。
优选地，该第一超级电容器模块和该第二超级电容器模块并联连接，并且该电力系统进一步包括：
第一切换装置，该第一切换装置连接在该第一超级电容器模块与该第二超级电容器模块之间，其中，该第一切换装置由该控制器控制以控制该第二超级电容器模块对该第一超级电容器模块充电；和/或
第二切换装置，该第二切换装置被配置成布置在该第一超级电容器模块与该加热器之间，其中，该第二切换装置由该控制器控制以控制从该第一超级电容器模块到该加热器的电力流。
优选地，切换装置是由控制器控制的晶体管。以这种方式，可以有效地使用切换装置来实现对电力系统中的电力流的控制。
优选地，该第一超级电容器模块的电力流是包括一个或多个脉冲宽度调制循环的脉冲宽度调制电力流，每个脉冲宽度调制循环具有接通时段和关断时段；并且
该控制器被进一步配置成：
在该脉冲宽度调制循环的关断时段期间，控制该第二超级电容器模块的电力流对该第一超级电容器模块充电。
以这种方式，当第一超级电容器模块向加热器供电时，第一超级电容器模块也由第二超级电容器模块连续地再充电。这允许第一超级电容器模块在其电量水平耗尽之前向加热器供电持续更长时间。由于第一超级电容器模块在向加热器供电的同时被再充电，因此其不需要能够储存与在向加热器供电的同时不被再充电的传统电力系统中的能量储存模块一样多的电荷量。这允许第一超级电容器模块在物理上更小，相关安全性得到改善。
优选地，该电力系统可在浮充模式下操作，其中，在该浮充模式下，该控制器被配置成：
控制该第一超级电容器模块以第一工作循环方案向该加热器施加该脉冲宽度调制电力流，以将该加热器基本上保持在气溶胶产生温度。
以这种方式，可以向加热器供电以从气溶胶产生消耗品产生气溶胶，这可以使用脉冲宽度调制来控制，同时还在脉冲宽度调制循环的关断时段期间对第一超级电容器模块进行再充电，由此改善第一超级电容器模块能够向加热器供电的时间长度。
优选地，该电力系统可在预热模式下操作，其中，在该预热模式下，该控制器被配置成：
在该浮充模式之前的该预热模式期间，控制该第一超级电容器模块以不同于该第一工作循环方案的第二工作循环方案向该加热器施加该脉冲宽度调制电力流，以将该加热器加热到该气溶胶产生温度。
优选地，该第一工作循环方案包括具有第一占空比D1的一个或多个脉冲宽度调制循环；该第二工作循环方案包括具有第二占空比D2的一个或多个脉冲宽度调制循环；其中，D2＝D1×K，其中，K是>>1的系数。
以这种方式，在预热模式期间，加热器可以被快速加热到气溶胶产生温度，并且然后在浮充模式下以较低的功耗保持在气溶胶产生温度。
在示例中，D1远小于1，并且D2接近但小于1。在另一个示例中，D1为<<0.5，并且D2为≥0.5。在另一个示例中，第一工作循环被配置成使得在浮充模式下施加<3W，并且第二工作循环被配置成使得在预热模式下施加大约16W。
优选地，该电力系统可在浮充后模式下操作，其中，在浮充后模式下，该控制器被配置成：
在该浮充模式之后禁用到该加热器的电力流持续该气溶胶化过程中的剩余时间段；以及
控制该第二能量储存模块对该第一能量储存模块充电。
以这种方式，在脉冲宽度调制电力流已经被禁用之后，保持在加热器中的余热可以继续使气溶胶产生消耗品气溶胶化，而无需将电力直接施加到加热器。同时，第二超级电容器模块可以在当前气溶胶化过程的剩余时间期间至少部分地对第一超级电容器模块进行再充电，以用于后续气溶胶化过程。也就是说，第一超级电容器模块将被充电以执行后续预热模式。
优选地，第二超级电容器模块可以被控制以在气溶胶化过程结束后继续对第一超级电容器模块进行再充电，直到第一超级电容器模块被充分充电用于后续气溶胶化过程。
优选地，气溶胶产生装置可连接到气溶胶产生装置充电部件。优选地，该气溶胶产生装置充电部件被配置成对第二超级电容器模块进行再充电。优选地，气溶胶产生装置充电部件是充电箱，该充电箱被配置成当连接时容纳气溶胶产生装置并对第二超级电容器模块进行再充电。
在第五方面，提供了一种气溶胶产生装置充电部件，可连接到第四方面的气溶胶产生装置，其中，该气溶胶产生装置充电部件被配置成当连接到该气溶胶产生装置时对第二超级电容器模块充电。
以这种方式，气溶胶产生装置的操作者可以在将气溶胶产生装置连接到外部充电部件(如移动电源或扩展坞或市电电源)之前执行多次气溶胶化过程。这允许减小尺寸的气溶胶产生装置，该气溶胶产生装置操作起来更舒适，因为该气溶胶产生装置本身中没有电池而提高了安全性。
优选地，该气溶胶产生装置充电部件包括电池模块，该电池模块被配置成向该气溶胶产生装置的电力系统提供电荷。
以这种方式，充电部件可以是便携式充电部件，其不需要如市电电源等外部电源来对第二超级电容器模块充电。
优选地，气溶胶产生装置充电部件是被配置成容纳气溶胶产生装置的充电箱。可替代地，气溶胶产生装置充电部件是扩展坞和/或移动电源。
在第六方面，提供了一种包括第四方面的气溶胶产生装置和第五方面的气溶胶产生装置充电部件的系统。
在第七方面，提供了一种控制气溶胶产生装置的电力系统的方法，该电力系统包括第一超级电容器模块和第二超级电容器模块，并且该方法包括：
控制该第一超级电容器模块的电力流向与该气溶胶产生装置相关联的加热器供电；以及
控制该第二超级电容器模块的电力流对该第一超级电容器模块充电。
任选地，第七方面可以包括第四方面的优选特征。
在第八方面，提供了一种存储指令的非暂态计算机可读介质，该指令在由被配置用于与包括第一超级电容器模块和第二超级电容器模块的气溶胶产生装置电力系统一起操作的控制器的一个或多个处理器执行时，使得该一个或多个处理器通过以下操作控制该电力系统：
控制该第一超级电容器模块的电力流向与该气溶胶产生装置相关联的加热器供电；以及
控制该第二超级电容器模块的电力流对该第一超级电容器模块充电。
任选地，第八方面可以包括第四方面的优选特征。
附图说明
现在将参照附图通过示例的方式来描述本发明的实施例，在附图中：
图1是气溶胶产生装置的框图；
图2是气溶胶产生装置的操作模式的流程图；
图3是气溶胶化过程中加热器温度随时间变化的曲线图；
图4是脉冲宽度调制电力流的曲线图；
图5A是包括超级电容器模块和电池模块的电力系统的电路图；
图5B是流入和流出图5A的电力系统的超级电容器模块的脉冲宽度调制电力流的电流随时间变化的曲线图；
图5C是使用图5A的电力系统的气溶胶化过程的加热器温度随时间变化和超级电容器模块的电荷状态随时间变化的二元曲线图；
图6是包括第一超级电容器模块和第二超级电容器模块的电力系统的电路图；
图7A是包括超级电容器模块和电池模块的电力系统的电路图；
图7B是图7A的电力系统在第一配置下的电路图；以及
图7C是图7A的电力系统在第二配置下的电路图。
具体实施方式
图1示出了气溶胶产生装置100或蒸气产生装置(也称为电子烟)的部件的框图。出于本描述的目的，将理解，术语“蒸气”和“气溶胶”是可互换的。
气溶胶产生装置100具有包含控制器102的本体部分112，以及包括第一能量储存模块104和第二能量储存模块106的电力系统。电力系统可在多种可选择的操作模式下操作。本文仅提及一个第一能量储存模块104和一个第二能量储存模块106；然而，本领域技术人员将理解，电力系统可以适当地包括一个或多个第一能量储存模块和一个或多个第二能量储存模块。如随后将描述的，控制器102被配置成基于所选择的操作模式来控制第一能量储存模块104和第二能量储存模块106的电力流。控制器102可以是至少一个微控制器单元，该微控制器单元包括：存储器，该存储器上存储有用于操作气溶胶产生装置100的指令，包括用于执行所选择的操作模式和控制电力流的指令；以及一个或多个处理器，该一个或多个处理器被配置成执行这些指令。
在一些示例中，第一能量储存模块104是超级电容器模块104，并且第二能量储存模块106是电池模块106。在其他示例中，第二能量储存模块106也是超级电容器模块(即，第二超级电容器模块)106。
在示例中，加热器108包含在本体部分112中。在这种示例中，如图1所示，加热器108被布置在本体部分112中的空腔110或腔室中。空腔110通过本体部分112中的开口110A进入。空腔110被布置成接纳相关联的气溶胶产生消耗品114。气溶胶产生消耗品可以包含气溶胶产生材料，比如包含烟草的烟草棒。烟草棒可以类似于传统香烟。空腔110的横截面与气溶胶产生消耗品114的横截面大致相等，并且其深度使得当相关联的气溶胶产生消耗品114插入空腔110中时，气溶胶产生消耗品114的第一端部部分114A到达空腔110的底部部分110B(也就是说，空腔110的远离空腔开口110A的端部部分110B)，并且气溶胶产生消耗品114的远离第一端部部分114A的第二端部部分114B从空腔110向外延伸。以这种方式，当将气溶胶产生消耗品114插入气溶胶产生装置100中时，消费者可以在该气溶胶产生消耗品上方吸入。在图1的示例中，加热器108被布置在空腔110中，使得气溶胶产生消耗品114在插入空腔110中时接合加热器108。在图1的示例中，加热器108被布置为空腔中的管子，使得当气溶胶产生消耗品的第一端部部分114A插入空腔中时，加热器108基本上或完全围绕气溶胶产生消耗品114在空腔110内的部分。加热器108可以是金属丝，比如盘绕式金属丝加热器、或陶瓷加热器或任何其他合适类型的加热器。加热器108可以包括沿着空腔的轴向长度顺序地布置的多个加热元件，这些加热元件可以按顺序次序独立激活(即通电)。
在替代性实施例(未示出)中，加热器可以被布置为空腔内的长形穿刺构件(比如针、棒或刀片的形式)；在这种实施例中，加热器可以被布置成当气溶胶产生消耗品插入空腔中时穿透气溶胶产生消耗品并接合气溶胶产生材料。
在另一替代性实施例(未示出)中，加热器可以呈感应加热器的形式。在这种实施例中，加热元件(即，感受器)可以设置在消耗品中，并且当消耗品插入空腔中时，加热元件与空腔中的感应元件(即，感应线圈)感应地耦合。然后感应加热器通过感应对加热元件进行加热。
加热器108被布置成将气溶胶产生消耗品114加热到预定温度以在气溶胶化过程中产生气溶胶。可以将气溶胶化过程视为操作装置以从气溶胶产生消耗品114产生气溶胶的时间。在气溶胶产生消耗品114是烟草棒的示例中，气溶胶产生消耗品114包括烟草。加热器108被布置成对烟草进行加热而不燃烧烟草，以产生气溶胶。也就是说，加热器108将烟草加热到低于烟草燃烧点的预定温度，使得产生基于烟草的气溶胶。技术人员将容易理解，气溶胶产生消耗品114不一定需要包括烟草，并且任何其他适合于气溶胶化(或汽化)的物质(特别是通过对该物质进行加热而不燃烧该物质)都可以用来代替烟草。
在替代方案中，气溶胶产生消耗品可以是可蒸发的液体。可蒸发的液体可以包含在可接纳在气溶胶产生装置中的筒中，或者可以直接沉积到气溶胶产生装置中。
控制器102被布置成基于气溶胶化过程的所选择的操作模式来控制第一能量储存模块104和第二能量储存模块106的电力流。操作模式包括预热模式、浮充模式和浮充后模式。
从预热模式到浮充模式并且然后到浮充后模式的进展可以从图2中理解。
在预热模式202下，与气溶胶产生装置100相关联的加热器108被加热到预定温度，以用于从气溶胶产生消耗品114产生气溶胶。预热阶段可以被认为是执行预热模式的时间，例如加热器108达到预定温度所花费的时间。预热模式发生在气溶胶化过程的第一时间段期间。在示例中，第一时间段可以是固定的预定时间段。在其他示例中，第一时间段可以对应于将加热器108加热到预定温度所需的时间长度而变化。
当加热器达到预定温度时，控制器102结束预热模式202并且控制电力系统以执行浮充模式204。在浮充模式204下，控制器102控制来自电力系统的电力流以将加热器108基本上保持在预定温度，从而产生气溶胶以供消费者吸入。浮充阶段可以被认为是执行浮充模式的时间，例如在预热阶段之后加热器108使一个气溶胶产生消耗品114(或其至少一部分)气溶胶化的时间。控制器102可以控制电力系统操作浮充模式持续气溶胶化过程的第二时间段。第二时间段可以预先确定并存储在控制器102处。
在第二时间段到期之后，控制器102将操作模式切换到浮充后模式206。在浮充后模式下，控制器102禁用从电力系统到加热器的电力流，使得加热器不再被供电。尽管电力流已被禁用，加热器仍保留残余热能。该余热用于在浮充后模式下继续加热消耗品。浮充后阶段可以被认为是执行浮充后模式的时间。浮充后阶段与气溶胶化过程的第三时间段相对应。
图3示出了加热器温度304随时间302变化的示例性曲线图。在预热阶段，控制器102控制电力系统向加热器施加电力持续第一时间段308，直到加热器温度达到预定温度306。在示例中，预定温度是230℃。在示例中，第一时间段是20秒。在一些示例中，控制器102被配置成在固定的预定第一时间段内将加热器加热到预定温度。在其他示例中，第一时间段根据加热器达到预定温度所需的时间而变化。
当加热器达到预定温度306时，控制器102将操作模式切换到浮充模式持续第二时间段310，并将加热器温度基本保持在预定温度306持续该第二时间段310。在示例中，该第二时间段可以是250秒。
在第二时间段310到期之后，控制器102将操作模式切换到浮充后模式持续第三时间段312。随着第三时间段312的进行，加热器温度随着不再施加电力而下降。第三时间段312可以被配置成使得其到期与加热器温度下降到阈值以下相一致。该阈值可以与高于环境温度但低于其时消耗品不再被有效地加热的温度相对应。在示例中，该第三时间段可以是20秒。
在第三时间段312到期之后，可以通过视觉或听觉指示器通知气溶胶产生装置的用户气溶胶化过程已经结束，使得其知道消耗品不再被气溶胶化。
在预热模式和浮充模式下，控制器102控制从电力系统到加热器的电力流，使得电力流是具有一个或多个脉冲宽度调制循环的脉冲宽度调制电力流。图4呈现了示例性脉冲宽度调制电力流。脉冲宽度调制电力流包括一个或多个脉冲宽度调制(PWM)循环402(也称为脉冲宽度调制切换周期)。单个PWM循环或切换周期402包括一个PWM循环“接通时段”D和一个PWM循环“关断时段”1-D。PWM循环的接通时段D和PWM循环的关断时段1-D的组合形成整个PWM循环或切换周期402。
在PWM循环的PWM接通时段期间，将电力施加到加热器，即，到加热器的电力线被实施PWM控制的开关闭合。在PWM关断时段期间，不向加热器施加电力，即，到加热器的电力线被实施PWM控制的开关断开。如此，一个脉冲宽度调制循环402包括电力在接通状态与关断状态之间切换一次，并且因此脉冲宽度调制电力流包括用电力流连续地向加热器供电，该电力流以某个工作循环在PWM接通时段与关断时段之间快速切换。
脉冲宽度调制工作循环与作为循环402的总周期(D+(1-D))(即，切换周期402的“接通时段”和“关断时段”的组合)的一部分的接通时段(D)相对应。
包括多个PWM循环的脉冲宽度调制电力流基于工作循环用PWM接通时段和PWM关断时段的平均电力连续地向加热器供电。控制工作循环就控制了输送给加热器的电力的量。脉冲宽度调制电力流的较高工作循环输送较高的平均电力；脉冲宽度调制电力流的较低工作循环输送较低的平均电力。也就是说，与较低工作循环相比，对于较高工作循环，循环402的更大部分是“接通时段”D。以这种方式，通过控制脉冲宽度调制电力流的工作循环，可以实现对施加到加热器的电力水平的仔细控制。
在浮充模式下，控制器102被配置成控制电力系统以第一工作循环方案将脉冲宽度调制电力流施加到加热器，以将加热器基本上保持在预定的气溶胶产生温度。在预热模式下，控制器102被配置成控制电力系统以不同于第一工作循环方案的第二工作循环方案向加热器施加脉冲宽度调制电力流，以将加热器加热到气溶胶产生温度。第二工作循环方案可以具有比第一工作循环方案更高的工作循环，以这种方式，更大量的电力被施加到加热器以将其快速加热到预定温度，而更少量的电力用于将加热器保持在预定温度。第一工作循环方案包括具有第一占空比D1的一个或多个PWM循环，并且第二工作循环方案包括具有第二占空比D2的一个或多个PWM循环；D1与D2之间的关系可以被认为是D2＝D1*K，其中，K是>>1的系数，并且可以被选择作为实施方式选择；理论上最大工作循环为1，即没有关断时段，或者接近但小于1，即具有非常短的关断时段。在示例中，第一工作循环方案包括占空比远小于1的一个或多个工作循环，并且第二工作循环方案包括占空比接近但小于1的一个或多个工作循环。在其他示例中，第一工作循环方案包括占空比<<0.5的一个或多个工作循环，并且第二工作循环方案包括占空比≥0.5的一个或多个工作循环。在另外的示例中，第一工作循环被配置成使得在浮充模式下施加<3W，并且第二工作循环被配置成使得在预热模式下施加大约16W。
在一些示例中，浮充模式下的PWM电力流可以被认为是第一PWM电力流，并且预热模式下的PWM电力流可以被认为是第二PWM电力流。
在浮充模式下，控制器102被配置成控制第二能量储存模块在脉冲宽度调制循环的关断时段期间对第一能量储存模块充电。参考图5A至图5C、图6和图7描述了这个概念的更具体的实施方式。以这种方式，第一能量储存模块可以在浮充模式期间被递增地充电，由此增加其能够为加热器供电的时间。这允许第一能量储存模块更小。
在浮充后模式下，控制器102被配置成控制第二能量储存模块106持续地对第一能量储存模块106充电，直到第一能量储存模块104被充满电。以这种方式，第一能量储存模块在后续气溶胶化过程中被充分充电用于预热模式。
图5A呈现了参照图1至图4描述的电力系统500的第一具体实施方式。
在图5A的电力系统500中，第一能量储存模块504是超级电容器模块504，并且第二能量储存模块506是电池模块506。超级电容器模块504包括一个或多个超级电容器，并且电池模块506包括一个或多个电池。
在具体示例中，超级电容器模块504可以被实施为串联连接的两个超级电容器。这些超级电容器可以是传统类型的超级电容器，并且每个可以具有2.5V的电压，由此向超级电容器模块504提供5V的总电压。如此，超级电容器模块504的电压(U2)可以是5V。在其他示例中，多个超级电容器可以串联连接以满足向加热器供电所需的电压要求。串联连接多个较小的超级电容器而不是使用单个较大的超级电容器在允许更大的设计灵活性方面是有利的。
电池模块506可以被实施为单个电池。该单个电池可以是高能电池，如使用锂离子技术、铝离子技术或锌离子技术的电池，或任何其他合适类型的电池。可替代地，电池模块可以包括多个电池。在具体示例中，电池是具有3.7V电压的锂离子电池。如此，电池模块506的电压(U1)可以是3.7V。电池模块506可以集成到气溶胶产生装置100中。在其他示例中，电池模块506可以是可从气溶胶产生装置100附接/拆卸的移动电源而不是专门集成到装置100中的电池。电池模块506不需要专门是集成电池或单独的移动电源，而是该电池模块可以利用两者的组合；当集成电池完全放电时可以连接移动电源，并且可以执行气溶胶化过程而不需要首先对集成电池进行再充电。
超级电容器模块504和电池模块506并联连接，DC/DC电压转换器530布置在两者之间。DC/DC电压转换器530被布置成升高电池模块电压以从电池模块506对超级电容器模块504充电。第一切换装置522布置在电池模块506与转换器530之间。超级电容器模块504可与第二切换装置524并联地连接到加热器508(表示为负载508)，该第二切换装置布置在超级电容器模块与加热器之间。加热器508本身不是电力系统500的部件，而是由电力系统500供电。第一切换装置522和第二切换装置524可以是连接到控制器102的晶体管(图5A中未示出)。
在预热模式和浮充模式期间，控制电力系统500的脉冲宽度调制电力流包括控制超级电容器模块504向加热器508供电并控制电池模块506对超级电容器模块504进行再充电。在预热模式和浮充模式下，只有超级电容器模块504向加热器508供电；电池模块506对超级电容器模块504进行再充电。在脉冲宽度调制电力流的PWM循环的接通时段期间，超级电容器模块504向加热器供电，并且在PWM循环的关断时段期间，电池模块506对超级电容器模块504进行再充电。也就是说，在预热模式和浮充模式期间，超级电容器模块504在工作循环的接通部分期间向加热器508供电与在工作循环的关断部分期间由电池模块506进行再充电之间切换。在工作循环的接通部分期间，电池模块506不对超级电容器模块504充电。
浮充模式下的脉冲宽度调制电力流以第一工作循环方案运行，该第一工作循环方案包括具有第一占空比D1的一个或多个PWM循环。在预热模式下，超级电容器模块504以第二工作循环方案用脉冲宽度调制电力流向加热器508供电，该第二工作循环方案包括具有第二占空比D2的一个或多个PWM循环。D1与D2之间的关系可以被认为是D2＝D1*K，其中，K是>>1的系数，并且可以被选择作为实施方式选择。在示例中，第一占空比可以远小于1，并且第二占空比可以接近但小于1。在其他示例中，第一占空比可以<<0.5，并且第二占空比可以≥0.5。在另外的示例中，第一工作循环被配置成使得在浮充模式下施加<3W，并且第二工作循环被配置成使得在预热模式下施加大约16W。
控制器102、第一切换装置522和第二切换装置524实现对加热和充电的这种控制。在脉冲宽度调制电力流的PWM循环的接通时段期间，控制器102控制第二切换装置524闭合并控制第一切换装置522断开。以这种方式，在PWM接通时段期间，电力从超级电容器模块504流向加热器508，同时电池模块506与超级电容器模块504和加热器508隔离。在脉冲宽度调制电力流的PWM循环的关断时段期间，控制器102控制第二切换装置524断开并控制第一切换装置522闭合。以这种方式，电力从电池模块506流入超级电容器模块504以对超级电容器模块504进行再充电，同时超级电容器模块504与加热器508隔离。如此，在脉冲宽度调制电力流期间，在PWM循环的接通时段期间向加热器508供电与在PWM循环的关断时段期间对超级电容器模块504进行再充电之间发生快速切换。
在一些示例中，在断开第一切换装置522与闭合第二切换装置524之间可能存在小的延迟。这防止了来自电池模块506的电力流在脉冲宽度调制电力流的工作循环的接通时段期间无意地到达加热器508。
图5B示出了在预热模式或浮充模式的示例性部分期间，流入和流出超级电容器模块的脉冲宽度调制电力流的电流546随时间544变化的曲线图。在切换周期402的PWM循环的接通时段(D)期间，电力以第一幅度554流出超级电容器模块504。实线550指示流出超级电容器模块504的电力流，并且虚线552指示流入超级电容器模块504的电力流。在PWM循环的关断时段(1-D)期间，电力以第二幅度556流入超级电容器模块504。以这种方式，在PWM循环的关断时段(1-D)期间流入超级电容器模块504的电力流552至少部分地补偿了在PWM循环的接通时段期间流出超级电容器模块504的电力流550。在示例中，第一幅度554是10A，并且第二幅度556是2A。
在浮充后模式期间，控制器102控制第一切换装置522闭合并控制第二切换装置524断开。如此，到加热器508的电力流被禁用，并且超级电容器模块504不再向加热器508供电。由于第一切换装置522闭合，电池模块506不断地向超级电容器模块504充电，直到超级电容器模块504充满电。以这种方式，超级电容器模块504将具有足够的电量水平用于后续气溶胶化过程的预热模式。
图5C示出了对于包括预热模式308、浮充模式310和浮充后模式312的气溶胶化过程，加热器508的温度570随时间574变化以及超级电容器模块504的对应充电状态572随时间574变化的二元曲线图。
在预热模式308期间，加热器508由超级电容器模块504例如以高占空比供电，并且加热器508的温度升高到预定温度；在该预热308期间，超级电容器模块504的电量水平随着其向加热器508供电而下降。
在浮充模式310下，加热器508由超级电容器模块504供电，并保持在预定温度。如上所述，脉冲宽度调制电力流被配置成使得超级电容器模块504在PWM循环的接通时段期间向加热器508供电，并且电池模块506在PWM循环的关断时段期间对超级电容器模块进行再充电。如此，超级电容器模块504的电量水平在脉冲宽度调制电力流的PWM循环的接通时段期间下降，并且在PWM循环的关断时段期间上升。这由在图5C中在浮充模式310期间超级电容器模块504电量水平572的上升和下降随时间574的变化在视觉上表示。由于在PWM循环的关断时段期间从电池模块506到超级电容器模块504的电荷流入没有完全平衡在PWM循环的接通时段期间到加热器508的电荷流出，因此超级电容器模块504的电量水平在浮充模式310的过程中具有整体下降的趋势。超级电容器模块504的电量水平的这种整体下降比在PWM循环的关断时段期间没有应用递增充电的情况下慢。如此，由于在PWM循环的关断时段期间的递增再充电，超级电容器模块504能够向加热器508供电持续更大的时间量。
在浮充后模式312下，超级电容器模块504不再向加热器508供电，并且如此加热器温度下降。在浮充后模式期间，并且之后如果需要的话，电池模块506不断地对超级电容器模块504充电，由此提高超级电容器模块504的电量水平直到其被充满电。电池模块506可以缓慢地对超级电容器模块504充电，由此仅需要低的最大电流；这减少了电池上的应力并提高了其寿命。
电池模块506能够储存足够的电荷来对超级电容器模块504进行再充电用于多个气溶胶化过程。当电池模块506中的电量水平耗尽时，装置100可以连接到如市电充电器、USB充电器或移动电源等单独的外部电源以对电池模块506进行再充电。
在移动电源可以连接到气溶胶产生装置100的示例中，移动电源可以充当电池模块506，并且可以在脉冲宽度调制电力流的PWM循环的关断时段期间对超级电容器模块504充电。以这种方式，如果内部电池模块已经耗尽了电荷，则仍然可以执行气溶胶化过程，但是由移动电源执行否则由内部电池模块执行的操作。这允许操作者执行气溶胶化过程而不必首先对内部电池模块充电。
在脉冲宽度调制电力流的PWM循环的接通时段期间用超级电容器模块504向加热器508供电，并且在脉冲宽度调制电力流的PWM循环的关断时段期间用电池模块506对超级电容器模块504进行再充电的脉冲宽度调制电力方案是有利的，因为关断时段期间的递增再充电确保超级电容器模块504在整个浮充模式期间继续具有足够的电荷向加热器供电。此外，超级电容器模块504的这种递增再充电意味着超级电容器模块具有低能量/容量需求(在示例中，每次气溶胶化过程需要<0.05Wh)，由此允许使用更小尺寸的超级电容器，这降低了成本并提高了安全性。
在PWM循环的关断时段期间没有再充电的情况下，超级电容器的电量水平将更快变低，并且在没有从电池到加热器508的电力流的额外支持的情况下，防止超级电容器模块504能够在整个浮充模式下向加热器508供电。
如果由于电池通常具有比向加热器供电所需的电压水平更低的电压水平而需要升压转换器，则直接用电池向加热器供电，或者用从电池到加热器的电力流来支持从超级电容器到加热器的电力流可能是不利的。这种升压转换器会给系统引入损耗。由于超级电容器模块504具有比电池更高的电压电平，因此当仅用超级电容器模块504向加热器供电时，不需要升压转换器。这避免了与这种损耗诱导的升压相关的损耗。
在另一个优势中，超级电容器模块504具有比典型电池更低的内阻，由此与加热器由电池供电的系统相比，减少了系统中的损耗。
图6呈现了参照图1至图4描述的电力系统600的第二具体实施方式。
在图6的电力系统600中，第一能量储存模块604是第一超级电容器模块604，并且第二能量储存模块606是第二超级电容器模块606。第一超级电容器模块604包括至少一个超级电容器。在具体示例中，第一超级电容器模块604可以被实施为串联连接的两个超级电容器。这些超级电容器可以是传统类型的超级电容器，并且每个可以具有2.5V的电压，由此向第一超级电容器模块604提供5V的总电压。如此，第一超级电容器模块604的电压(U2)可以是5V。第二超级电容器模块606包括至少一个混合电容器(也称为混合超级电容器)。与第一超级电容器模块604的(多个)(传统的)超级电容器相比，混合电容器具有更高的工作电压、更高的电容和更高的能量密度。然而，与第一超级电容器模块604的(多个)(传统的)超级电容器相比，混合电容器具有更低的电力容量。在具体示例中，第二超级电容器模块604可以实施为具有3.7V电压的混合电容器。如此，第二超级电容器模块606的电压(U1)可以是3.7V。
电力系统600不包括电池，但是进一步包括被配置为连接可以包括电池模块的外部充电部件634的电连接器634'。
外部充电部件634与包括电力系统600的气溶胶产生装置100分离，但可连接到该装置。也就是说，气溶胶产生装置是包括电力系统600的手持件，手持件可连接到单独的外部充电部件634。因为气溶胶产生装置100中没有电池(即，手持件中没有电池)，所以消费者在气溶胶化过程期间不会将电池靠近嘴。这提供了改进的安全措施。
在具体示例中，外部充电部件634是便携式充电箱。充电箱的尺寸被设定为在腔室内接纳和容纳气溶胶产生装置。充电箱包括电池，当气溶胶产生装置接纳在该充电箱中时，该电池连接到连接器634'。以这种方式，当操作者将气溶胶产生装置插入充电箱中时，电力系统600与包含在该充电箱中的电池连接，并且该电池对第二超级电容器模块606快速充电。电池可以储存足够的能量来多次对第二超级电容器模块606完全再充电。充电箱的电池本身可以通过如USB电缆等连接或通过与扩展坞的连接从如移动电源或市电电源等外部电源充电。在示例使用过程中，操作者从已经向气溶胶产生装置充电的充电箱中移除该气溶胶产生装置，执行一个气溶胶化过程(或多个气溶胶化过程)，并且然后将气溶胶产生装置重新插入充电箱中，使得第二超级电容器模块606被充电用于未来的气溶胶化过程。第二超级电容器模块606可以被配置成储存足够的电荷用于第一预定数量的气溶胶化过程或抽吸。便携式充电箱可以被配置成储存足够的电荷以对第二超级电容器模块606进行再充电用于第二预定数量的气溶胶化过程或抽吸，该第二预定数量大于抽吸的气溶胶化过程的第一预定数量。
在其他示例中，外部充电部件634是移动电源，该移动电源具有本身可再充电的电池。在另一个示例中，外部充电部件634是扩展坞，该扩展坞具有本身可再充电的电池或者可以例如从市电电源被外部供电。移动电源或扩展坞可以是便携式的。
DC/DC电压转换器632位于电连接器634'与第二超级电容器模块606之间。这被配置成将来自外部充电部件634的电压适当地转换到电力系统600。
第一超级电容器模块604和第二超级电容器模块606并联连接，DC/DC电压转换器630布置在两者之间。DC/DC电压转换器630被布置成升高第二超级电容器模块电压以从第二超级电容器模块606对第一超级电容器模块604充电。第一切换装置622连接在第一超级电容器模块604与第二超级电容器模块606之间。第一切换装置622由控制器102(图6中未示出)控制以控制第二超级电容器模块606对第一超级电容器模块604充电。第二切换装置624被配置成布置在第一超级电容器模块604与加热器608之间。第二切换装置624由控制器102控制以控制从第一超级电容器模块604到加热器608的电力流。在示例中，第一切换装置622和第二切换装置624是由控制器102控制的晶体管。加热器608本身不是电力系统600的部件，而是由电力系统600供电。
在预热模式和浮充模式期间，控制电力系统600的脉冲宽度调制电力流包括控制第一超级电容器模块604向加热器608供电并控制第二超级电容器模块606对第一超级电容器模块604进行再充电。在预热模式和浮充模式下，只有第一超级电容器模块604向加热器608供电；第二超级电容器模块606对第一超级电容器模块604进行再充电。在脉冲宽度调制电力流的PWM循环的接通时段期间，第一超级电容器模块604向加热器608供电，并且在PWM循环的关断时段期间，第二超级电容器模块606对第一超级电容器模块604进行再充电。也就是说，在预热模式和浮充模式期间，第一超级电容器模块604在工作循环的接通部分期间向加热器608供电与在工作循环的关断部分期间由第二超级电容器模块606进行再充电之间切换。在工作循环的接通部分期间，第二超级电容器模块606不对第一超级电容器模块604充电。
浮充模式下的脉冲宽度调制电力流以第一工作循环方案运行，该第一工作循环方案包括具有第一占空比D1的一个或多个PWM循环。在预热模式下，第一超级电容器模块604可以以第二工作循环方案用脉冲宽度调制电力流向加热器608供电，该第二工作循环方案包括具有第二占空比D2的一个或多个PWM循环。D1与D2之间的关系可以被认为是D2＝D1*K，其中，K是>>1的系数，并且可以被选择作为实施方式选择。在示例中，第一占空比可以远小于1，并且第二占空比可以接近但小于1。在其他示例中，第一占空比可以<<0.5，并且第二占空比可以≥0.5。在另外的示例中，第一工作循环被配置成使得在浮充模式下施加<3W，并且第二工作循环被配置成使得在预热模式下施加大约16W。
控制器102、第一切换装置622和第二切换装置624引起对加热和充电的这种控制。在脉冲宽度调制电力流的PWM循环的接通时段期间，控制器102控制第二切换装置624闭合并控制第一切换装置622断开。以这种方式，在PWM循环的接通时段期间，电力从第一超级电容器模块604流向加热器608，同时第二超级电容器模块606与第一超级电容器模块604和加热器608隔离。在脉冲宽度调制电力流的PWM循环的关断时段期间，控制器102控制第二切换装置624断开并控制第一切换装置622闭合。以这种方式，电力从第二超级电容器模块606流入第一超级电容器模块604以对第一超级电容器模块604进行再充电，同时第一超级电容器模块604与加热器608隔离。如此，在脉冲宽度调制电力流期间，在PWM循环的接通时段期间向加热器608供电与在PWM循环的关断时段期间对第一超级电容器模块604进行再充电之间发生快速切换。
在一些示例中，在断开第一切换装置622与闭合第二切换装置624之间可能存在小的延迟。这防止了来自第二超级电容器模块606的电力流在脉冲宽度调制电力流的工作循环的接通时段期间无意地到达加热器608。
在参考图6描述的布置的变型中，第一超级电容器模块604和第二超级电容器模块606都可以在PWM循环的接通时段期间向加热器供电，并且第二超级电容器模块606可以在PWM循环的关断时段期间对第一超级电容器模块604充电。这可以通过在PWM循环的接通时段期间第一切换装置622和第二切换装置624都闭合，并且在PWM关断时段期间第二切换装置624断开而第一切换装置622闭合来实现。以这种方式，第二超级电容器模块606可以用于在PWM接通时段期间提升到加热器的电力流。这可以允许使用较小的第一超级电容器模块604。
第一超级电容器模块604在脉冲宽度调制电力流的PWM循环的接通时段期间向加热器608供电，以及第二超级电容器模块606在脉冲宽度调制电力流的PWM循环的关断时段期间对第一超级电容器模块604至少部分地再充电可以以与图5B的曲线图类似的方式在视觉上理解。然而，本领域技术人员将理解，在这种情况下，实线550将表示在脉冲宽度调制电力流的PWM循环的接通时段(D)期间流出第一超级电容器模块604的电力流，并且虚线552将表示在脉冲宽度调制电力流的PWM循环的关断时段(1-D)期间从第二超级电容器模块606流入第一超级电容器模块604的电力流。
在浮充后模式期间，控制器102控制第一切换装置622闭合并控制第二切换装置624断开。如此，到加热器608的电力流被禁用，并且第一超级电容器模块604不再向加热器608供电。由于第一切换装置622闭合，第二超级电容器模块606不断地对第一超级电容器模块604充电，直到第一超级电容器模块604充满电。以这种方式，第一超级电容器模块604将具有足够的电量水平用于后续气溶胶化过程的预热模式。
技术人员将理解，当第一超级电容器模块604在预热模式308和浮充模式310下向加热器608供电并且由第二超级电容器模块606再充电，并且在浮充后模式312下由第二超级电容器模块606再充电时，图5C的二元曲线图也可以提供第一超级电容器模块604的电荷状态572(即，电量水平)和加热器608的温度的表示。
第二超级电容器模块606(例如包括混合电容器)能够储存足够的电荷来对第一超级电容器模块604进行再充电以用于多个气溶胶化过程。当第二超级电容器模块606中的电量水平耗尽时，气溶胶产生装置100可以通过电连接器634'连接到外部充电部件634。外部充电部件634然后对第二超级电容器模块606进行再充电。以这种方式，气溶胶产生装置100的操作者可以在将气溶胶产生装置100连接到外部充电部件634(如移动电源或扩展坞)之前执行多次气溶胶化过程。这允许减小尺寸的气溶胶产生装置100，该气溶胶产生装置操作起来更舒适，因为该气溶胶产生装置本身中没有电池而提高了安全性。在一些示例中，气溶胶产生装置可以用合适的电源连接器和电子器件连接到外部充电部件，并且可以使用外部充电部件代替第二超级电容器模块来执行气溶胶化过程。
DC/DC转换器632布置在充电部件634与第二超级电容器模块606之间。该DC/DC转换器632被配置成升高外部充电部件634的电压以对第二超级电容器模块606充电。
图7A呈现了参照图1至图4描述的电力系统的第三具体实施方式。
在图7的电力系统700中，第一能量储存模块704是超级电容器模块704，并且第二能量储存模块706是电池模块706。超级电容器模块704包括至少一个超级电容器。在具体示例中，超级电容器模块704可以被实施为3.7V超级电容器。如此，超级电容器模块704的电压(U2)可以是3.7V。在替代方案中，超级电容器模块704可以包括串联连接的两个或更多个超级电容器。电池模块706可以被实施为单个电池。该单个电池可以是高能电池，如使用锂离子技术、铝离子技术或锌离子技术的电池，或任何其他合适类型的电池。可替代地，电池模块可以包括多个电池。在具体示例中，电池是具有3.7V电压的锂离子电池。如此，电池模块706的电压(U1)可以是3.7V。
超级电容器模块704和电池模块706以可切换配置连接，使得其在第一配置中并联连接(如图7B所示)，并且在第二配置中串联连接(如图7C所示)。这种可切换配置由第一切换装置722、第二切换装置724、第三切换装置726和第四切换装置728产生。这些切换装置可以是晶体管，并且可以由控制器102控制(图7A至图7C中未示出)。
在第一配置中，第一切换装置722和第四切换装置728闭合，同时第二切换装置724和第三切换装置726断开。以这种方式，电池模块706和超级电容器模块704并联连接并与加热器隔离。如此，电力从电池模块706流入超级电容器模块704以对超级电容器模块704充电。当第二切换装置724断开时，没有电力流向加热器708，并且因此没有施加负载。加热器708本身不是电力系统700的部件，而是由电力系统700供电。
在第二配置中，第一切换装置722和第四切换装置728断开，同时第二切换装置724和第三切换装置726闭合。以这种方式，电池模块706和超级电容器模块704串联连接，并且进一步连接到加热器708。如此，组合串联电力流从电池模块706和超级电容器模块704两者流向加热器708以向加热器708供电。因此，施加到加热器的负载(ULOAD)等于电池模块的电压(U1)加上超级电容器模块的电压(U2)。
控制电力系统700的脉冲宽度调制电力流包括控制器102将电力系统700在脉冲宽度调制电力流的PWM循环的接通时段中的第二配置(图7C)与脉冲宽度调制电力流的PWM循环的关断时段中的第一配置(图7B)之间切换。以这种方式，在PWM循环的接通时段期间，电池模块706和超级电容器模块704都向加热器708供电，并且在PWM循环的关断时段期间，电池模块706对超级电容器模块704进行再充电。
也就是说，在脉冲宽度调制电力流的PWM循环的接通时段中，第二切换装置724和第三切换装置726闭合，同时第一切换装置722和第四切换装置728断开。在脉冲宽度调制电力流的PWM循环的关断时段期间，第二切换装置724和第三切换装置726断开，同时第一切换装置722和第四切换装置728闭合。
当从PWM循环的接通时段切换到PWM循环的关断时段时，第二切换装置724和第三切换装置726断开，并且第一切换装置722和第四切换装置728闭合。出于安全原因，在第二切换装置724和第三切换装置726断开并且第一切换装置722和第四切换装置728闭合之后会有小的延迟。这防止了不需要的电流。
类似地，当从PWM循环的关断时段切换到PWM循环的接通时段时，第一切换装置722和第四切换装置728断开，并且第二切换装置724和第三切换装置726闭合。同样，在第一切换装置722和第四切换装置728断开并且第二切换装置724和第三器件装置726闭合之后，可能有小的延迟。这防止了不需要的电流。
控制器102连接到第一切换装置722、第二切换装置724、第三切换装置726和第四切换装置728，并且被配置成将这些切换装置中的每一个在第一配置与第二配置之间切换以使脉冲宽度调制电力流到达加热器708。也就是说，控制器102被配置成将这些切换装置722、724、726、728在脉冲宽度调制电力流的PWM循环的关断时段中的第一配置与脉冲宽度调制电力流的PWM循环的接通时段中的第二配置之间切换以控制电力系统700向加热器708提供具有必要工作循环的脉冲宽度调制电力流。
在一些示例中，控制器102是被配置成控制第一切换装置722、第二切换装置724、第三切换装置726和第四切换装置728中的每一个的单个控制器。在其他示例中，控制器102可以包括连接到第一切换装置722、第二切换装置724、第三切换装置726和第四切换装置728中的每一个的单独的控制器，这些切换装置被配置成一致地操作。在又另外的示例中，控制器102可以包括被配置成控制第一切换装置722和第四切换装置728的第一控制器，以及被配置成控制第二切换装置724和第三切换装置726的第二控制器，其中第一控制器和第二控制器被配置成一致地操作。
使用具有相同(或类似)电压的超级电容器模块704和电池模块706消除了对两者之间的DC/DC升压转换器的需要，由此减少了系统中的损耗。在另一个优势中，电池模块706与超级电容器模块704之间的串联连接允许其电力流被组合以向加热器708供电；以这种方式，可以使用较低电压的超级电容器和电池。这允许装置更小，具有增强的安全性考虑。
在预热模式期间，控制电力系统700到加热器708的脉冲宽度调制电力流包括控制电力系统700在脉冲宽度调制电力流的PWM循环的接通时段中的第二配置(图7C)与脉冲宽度调制电力流的PWM循环的关断时段中的第一配置(图7B)之间切换。在预热模式下，控制器102被配置成将电力系统700在第一配置与第二配置之间切换，使得加热器708以第二工作循环方案用脉冲宽度调制电力流供电，该第二工作循环方案包括具有第二占空比D2的一个或多个PWM循环。
在浮充模式期间，控制电力系统700的脉冲宽度调制电力流包括控制电力系统700在脉冲宽度调制电力流的PWM循环的接通时段中的第二配置(图7C)与脉冲宽度调制电力流的PWM循环的关断时段中的第一配置(图7B)之间切换。在浮充模式下，控制器102被配置成将电力系统700在第一配置与第二配置之间切换，使得加热器708以第一工作循环方案用脉冲宽度调制电力流供电，该第一工作循环方案包括具有第一占空比D1的一个或多个PWM循环。以这种方式，在浮充模式期间，电力系统被控制成使得电池模块706和超级电容器模块704在脉冲宽度调制电力流的PWM循环的接通时段期间向加热器供电，并且电池模块706在脉冲宽度调制电力流的关断时段期间对超级电容器模块进行再充电。
D1与D2之间的关系可以被认为是D2＝D1*K，其中，K是>>1的系数，并且可以被选择作为实施方式选择。在示例中，第一占空比可以远小于1，并且第二占空比可以接近但小于1。在其他示例中，第一占空比可以<<0.5，并且第二占空比可以≥0.5。在另外的示例中，第一工作循环被配置成使得在浮充模式下施加<3W，并且第二工作循环被配置成使得在预热模式下施加大约16W。
在脉冲宽度调制电力流的PWM循环的接通时段期间由超级电容器模块704和电池模块706向加热器708供电，以及在脉冲宽度调制电力流的PWM循环的关断时段期间由电池模块706对超级电容器模块704至少部分地再充电可以以与图5B的曲线图类似的方式在视觉上理解。然而，本领域技术人员将理解，在这种情况下，实线550将表示在脉冲宽度调制电力流的工作循环的接通时段(D)期间流出超级电容器模块704的电力流，并且虚线552将表示在脉冲宽度调制电力流的工作循环的关断时段(1-D)期间从电池模块706流入超级电容器模块704的电力流。
在浮充后模式期间，控制器102控制第一切换装置722、第二切换装置724、第三切换装置726和第四切换装置728，使得电力系统总是处于第一配置(图7B)。如此，到加热器708的电力流被禁用，并且电池模块706不断地对超级电容器模块704充电，直到超级电容器模块704充满电。以这种方式，超级电容器模块704将具有足够的电量水平用于后续气溶胶化过程。
本领域技术人员将理解，图5C的二元曲线图还可以提供在电力系统700的预热模式308、浮充模式310和浮充后模式312期间超级电容器模块704的电荷状态572(即，电量水平)和加热器708的温度570的表示。在预热模式308期间，加热器708的温度升高到预定温度。在该预热308期间，超级电容器模块704的电量水平随着其向加热器708供电以快速进行加热而下降。在浮充模式310期间，加热器708的温度保持在预定温度，并且超级电容器模块704的电量水平在脉冲宽度调制电力流的PWM循环的接通时段期间下降，并且在PWM循环的关断时段期间上升。在浮充后模式312期间，电池模块706不断地对超级电容器模块704充电，由此提高超级电容器模块704的电量水平直到其被充满电。
电池模块706能够储存足够的电荷以在多个气溶胶化过程中对超级电容器模块704进行再充电。当电池模块706中的电量水平耗尽时，气溶胶产生装置100可以连接到外部充电部件或电源以对电池模块706进行再充电。以这种方式，气溶胶产生装置100的操作者可以在将气溶胶产生装置100连接到外部充电部件或电源之前执行多次气溶胶化过程。
在前面的描述中，控制器102可以存储用于执行一个或多个操作模式的指令，并且可以根据需要执行这些指令。技术人员将容易理解，控制器102可以被配置成以适当地相互组合的方式执行上述操作模式中的任何一种。本文描述的由控制器102执行的处理步骤可以存储在与控制器102相关联的非暂态计算机可读介质或存储装置中。计算机可读介质可以包括非易失性介质和易失性介质。易失性介质尤其可以包括半导体存储器和动态存储器。非易失性介质尤其可以包括光盘和磁盘。
本领域的技术人员应容易理解，前面描述中的前述实施例不是限制性的；每个实施例的特征可以适当地并入到其他实施例中。

Claims (14)

1.一种气溶胶产生装置，包括：
电力系统，该电力系统包括第一超级电容器模块和第二超级电容器模块；以及
控制器，其中，该控制器被配置成：
控制该第一超级电容器模块的电力流向与该气溶胶产生装置相关联的加热器供电；以及
控制该第二超级电容器模块的电力流对该第一超级电容器模块充电。
2.如权利要求1所述的气溶胶产生装置，其中，该气溶胶产生装置包括用于包括电池模块的充电部件的电连接，并且其中，该电力系统不包括电池。
3.如任一前述权利要求所述的气溶胶产生装置，其中，该第一超级电容器模块包括至少一个超级电容器；和/或
其中，该第二超级电容器模块包括至少一个混合电容器。
4.如任一前述权利要求所述的气溶胶产生装置，其中，该第一超级电容器模块和该第二超级电容器模块并联连接，并且其中，该电力系统进一步包括：
第一切换装置，该第一切换装置连接在该第一超级电容器模块与该第二超级电容器模块之间，其中，该第一切换装置由该控制器控制以控制该第二超级电容器模块对该第一超级电容器模块充电；和/或
第二切换装置，该第二切换装置被配置成布置在该第一超级电容器模块与该加热器之间，其中，该第二切换装置由该控制器控制以控制从该第一超级电容器模块到该加热器的电力流。
5.如任一前述权利要求所述的气溶胶产生装置，其中，该第一超级电容器模块的电力流是包括一个或多个脉冲宽度调制循环的脉冲宽度调制电力流，每个脉冲宽度调制循环具有接通时段和关断时段；并且
其中，该控制器被进一步配置成：
在该脉冲宽度调制循环的关断时段期间，控制该第二超级电容器模块的电力流对该第一超级电容器模块充电。
6.如权利要求5所述的气溶胶产生装置，其中，该电力系统能够在浮充模式下操作，其中，在该浮充模式下，该控制器被配置成：
控制该第一超级电容器模块以第一工作循环方案向该加热器施加该脉冲宽度调制电力流，以将该加热器基本上保持在气溶胶产生温度。
7.如权利要求6所述的气溶胶产生装置，其中，该电力系统能够在预热模式下操作，其中，在该预热模式下，该控制器被配置成：
在该浮充模式之前的该预热模式期间，控制该第一超级电容器模块以不同于该第一工作循环方案的第二工作循环方案向该加热器施加该脉冲宽度调制电力流，以将该加热器加热到该气溶胶产生温度。
8.如权利要求7所述的气溶胶产生装置，其中，该第一工作循环方案包括具有第一占空比D1的一个或多个脉冲宽度调制循环；
其中，该第二工作循环方案包括具有第二占空比D2的一个或多个脉冲宽度调制循环；
其中，D2＝D1×K，其中，K是>>1的系数。
9.如权利要求6至8中任一项所述的气溶胶产生装置，其中，该电力系统能够在浮充后模式下操作，其中，在该浮充后模式下，该控制器被配置成：
在该浮充模式之后禁用到该加热器的电力流持续该气溶胶化过程中的剩余时间段；以及
控制该第二能量储存模块对该第一能量储存模块充电。
10.一种气溶胶产生装置充电部件，能够连接到如权利要求1至9中任一项所述的气溶胶产生装置，其中，该气溶胶产生装置充电部件是充电箱，该充电箱被配置成容纳该气溶胶产生装置并在连接到该气溶胶产生装置时对该第二超级电容器模块充电。
11.如权利要求10所述的气溶胶产生装置充电部件，其中，该气溶胶产生装置充电部件包括电池模块，该电池模块被配置成向该气溶胶产生装置的电力系统提供电荷。
12.一种系统，包括如权利要求1至9中任一项所述的气溶胶产生装置和如权利要求10至11中任一项所述的气溶胶产生装置充电部件。
13.一种控制气溶胶产生装置的电力系统的方法，该电力系统包括第一超级电容器模块和第二超级电容器模块，并且该方法包括：
控制该第一超级电容器模块的电力流向与该气溶胶产生装置相关联的加热器供电；以及
控制该第二超级电容器模块的电力流对该第一超级电容器模块充电。
14.一种存储指令的非暂态计算机可读介质，这些指令在由被配置用于与包括第一超级电容器模块和第二超级电容器模块的气溶胶产生装置电力系统一起操作的控制器的一个或多个处理器执行时，使得该一个或多个处理器通过以下操作控制该电力系统：
控制该第一超级电容器模块的电力流向与该气溶胶产生装置相关联的加热器供电；以及
控制该第二超级电容器模块的电力流对该第一超级电容器模块充电。
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