JP2021019498A - エアロゾル吸引器用の電源ユニット、エアロゾル吸引器の電源診断方法、及びエアロゾル吸引器の電源診断プログラム - Google Patents
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Abstract
Description
エアロゾル吸引器1は、燃焼を伴わずに香味が付加されたエアロゾルを吸引するための器具であり、所定方向(以下、長手方向Aと呼ぶ)に沿って延びる棒形状を有する。エアロゾル吸引器1は、長手方向Aに沿って電源ユニット10と、第1カートリッジ20と、第2カートリッジ30と、がこの順に設けられている。第1カートリッジ20は、電源ユニット10に対して着脱可能である。第2カートリッジ30は、第1カートリッジ20に対して着脱可能である。言い換えると、第1カートリッジ20及び第2カートリッジ30は、それぞれ交換可能である。
本実施形態の電源ユニット10は、図3、図4、図5、及び図6に示すように、円筒状の電源ユニットケース11の内部に、電源12、充電IC55、MCU(Micro Controller Unit)50、スイッチ19、静電容量センサ13、電圧センサ16、及び各種センサ等を収容する。電源12は、充電可能な二次電池、電気二重層キャパシタ等であり、好ましくは、リチウムイオン電池である。電源12の電解質は少なくてもその一部が電解液で構成されている。以下では、電源12がリチウムイオン電池であるものとして説明する。静電容量センサ13は、電源ユニットケース11に収容された電源12からの電解液の漏出と、電源ユニットケース11への外部からの水等の液体の侵入とを検出するために設けられている。
図3に示すように、第1カートリッジ20は、円筒状のカートリッジケース27の内部に、エアロゾル源22を貯留するリザーバ23と、エアロゾル源22を霧化する電気的な負荷21と、リザーバ23から負荷21へエアロゾル源を引き込むウィック24と、エアロゾル源22が霧化されることで発生したエアロゾルが第2カートリッジ30に向かって流れるエアロゾル流路25と、第2カートリッジ30の一部を収容するエンドキャップ26と、を備える。
第2カートリッジ30は、香味源31を貯留する。第2カートリッジ30は、第1カートリッジ20のエンドキャップ26に設けられたカートリッジ収容部26aに着脱可能に収容される。第2カートリッジ30は、第1カートリッジ20側とは反対側の端部が、ユーザの吸口32となっている。なお、吸口32は、第2カートリッジ30と一体不可分に構成される場合に限らず、第2カートリッジ30と着脱可能に構成されてもよい。このように吸口32を電源ユニット10と第1カートリッジ20とは別体に構成することで、吸口32を衛生的に保つことができる。
電源ユニット10の電気回路の詳細について図6を参照しながら説明する。
電源ユニット10は、電源12と、静電容量センサ13と、電源12の電圧である電源電圧VBattを測定する電圧センサ16と、放電端子41を構成する正極側放電端子41a及び負極側放電端子41bと、充電端子43を構成する正極側充電端子43a及び負極側充電端子43bと、電源12の正極側と正極側放電端子41aとの間及び電源12の負極側と負極側放電端子41bとの間に接続されるMCU50と、充電端子43と電源12との電力伝達経路上に配置される充電IC55と、電源12と放電端子41との電力伝達経路上に配置されるスイッチ19と、を備える。
次にMCU50の構成について、より具体的に説明する。
MCU50は、図5に示すように、ROMに記憶されたプログラムをプロセッサが実行することにより実現される機能ブロックとして、エアロゾル生成要求検出部51と、電源状態診断部52と、電力制御部53と、報知制御部54と、を備える。
なお、電源状態診断部52は、劣化状態や故障状態以外の電源12の状態を診断してもよい。
図7は、MCU50の動作モードを説明するための模式図である。図7に示すように、MCU50は、充電モード、スリープモード、フリーモード、パワーモード、及び放電モードの5つのモードにて動作可能となっている。
電源状態診断部52は、図7に示した5つのモードのうち、フリーモード、パワーモード、放電モード、及び充電モードの各々にて、電源12の診断処理を実行可能となっている。電源状態診断部52は、第一診断処理、第二診断処理、第三診断処理、第四診断処理、第五診断処理、第六診断処理、第七診断処理、及び第八診断処理の8種類の診断処理を実行可能である。第一診断処理は、実行にあたり電源12の放電が不要な処理である。第六診断処理、第七診断処理、及び第八診断処理は、実行にあたり電源12の放電が必要な処理である。
第一診断処理は、静電容量センサ13の静電容量の変化に基づいて、電源12が故障状態であるか否かを診断する処理である。電源状態診断部52は、静電容量センサ13の静電容量の変化に基づいて、電源ユニットケース11内における電解液などの液体の漏出と、電源ユニットケース11への外部からの液体の侵入のいずれか一方または両方が発生しているか否かを判定する。そして、液体の漏出や侵入が発生していると判定した場合に、電源12が故障状態であると診断する。
第二診断処理は、電源12の充電中における電源電圧の変化に基づいて、電源12が故障状態であるか否かを診断する処理である。具体的には、電源状態診断部52は、電源12の充電中において、閾値TH1以上の電源電圧の低下が発生した場合に、電源12の内部短絡が発生したと判断し、電源12が故障状態であると診断する。充電中における電源12の電源電圧は、満充電電圧に至るまで増加し続ける。しかし、電源12の内部短絡が生じると正極と負極間の電位差が減少又は喪失するため、充電中においても電源12の電源電圧が低下する。第二診断処理は、この原理を利用して内部短絡によって電源12が故障状態であるか否かを診断する。また、閾値TH1は、0.1〜1.0Vの範囲で選択されることが好ましい。
第三診断処理は、電源12の充電速度に基づいて、電源12の充電容量を推定し、その充電容量に基づいて電源12が劣化状態であるか否かを診断する処理である。電源状態診断部52は、電源12の電源電圧が放電終止電圧以上となっている状態において、第三診断処理を実行する。具体的には、電源状態診断部52は、電源電圧が基準電圧(例えば4.05V)に達するまでに要する充電時間t2を計測し、充電時間t2が予め定めた閾値TH2未満であれば、充電容量が少なくなっていると判定し、電源12が劣化状態であると診断する。この閾値TH2は、充電開始時の電源電圧と基準電圧との差に応じて設定される。電源12の充電容量は、劣化の進行に応じて徐々に減少する。第三診断処理は、この原理を利用して電源12が劣化状態であるか否かを診断する処理である。なお、電源12がある電圧から基準電圧にまで充電されるために必要な時間に代えて、基準時間内に電源12の電源電圧がどれだけ変化するかに基づいて、電源12が劣化状態であるか否かを診断してもよい。
第四診断処理は、累計充電時間に基づいて、電源12が劣化状態であるか否かを診断する処理である。具体的には、電源状態診断部52は、電源12の充電時間の積算値が閾値TH3を超えた場合には、電源12が寿命に達したと判断し、電源12が劣化状態であると診断する。電源12は、充放電を繰り返すと不可逆的にその劣化が進行する。電源12の劣化は、特に充電時に進行しやすい。第四診断処理は、この原理を利用して電源12が劣化状態であるか否かを診断する処理である。
第五診断処理は、充電時における電源電圧の上昇度合に基づいて、電源12が劣化状態であるか否かを診断する処理である。電源状態診断部52は、電源電圧がMCU50の動作保証電圧近傍となっている状態において、第五診断処理を実行する。第五診断処理では、電源状態診断部52は、予め定めた時間t1の充電を行い、この時間t1の間に、電源電圧が3.15Vに達しなかった場合には、過放電又は深放電による影響を電源12が受けている状態にあると判断し、電源12が劣化状態又は故障状態であると診断する。
第六診断処理は、電源12の内部抵抗に基づいて、電源12が劣化状態であるか否かを診断する処理である。電源12の劣化が進むと、電源12の内部抵抗は増大する。第六診断処理では、この内部抵抗の変化をモニタすることで、電源12が劣化状態であるか否かを診断する。
第七診断処理は、エアロゾル生成の前後における電源12の電源電圧の変化に基づいて、電源12が故障状態であるか否かを診断する処理である。ここで言う電源12の故障には、電源内部において正極と負極が接触することによる内部短絡と、電源外部において正極と負極が低抵抗の導電体を介して接触する外部短絡の少なくとも一方が含まれる。
第八診断処理は、電源12の放電特性の変化に基づいて、電源12が劣化状態であるか否かを診断する処理である。
エアロゾル吸引器1によれば、8種類の診断処理によって電源12の状態を多面的に診断することができる。このため、1つの診断処理では見落としてしまう電源12の劣化又は故障などの事象を見落としにくくなる。したがって、電源12の状態の診断精度を高めることができ、製品の安全性を向上させることができる。
電源状態診断部52は、スリープモードにおいて第一診断処理を実行するようにしてもよい。このようにすることで、長い時間実行され得るスリープモードにおいて診断処理が行われるため、機器の未使用中における電源12の安全性を向上させることができる。前述した通り、第一診断処理で診断される電解液などの液体の漏出又は液体の侵入による電源12の故障は、電源12の充放電とは関係なく生じる虞がある。また、第一診断処理は、低消費電力で実行可能である。そこで、電源状態診断部52は、スリープモードにおいても第一診断処理を実行することで、スリープモードにおける電源12の消費電力を低減しつつ、スリープモードにおける電源12の安全性を向上することができる。
電源状態診断部52は、上述した8種類の診断処理に加えて、次の第九診断処理や第十診断処理を行ってもよい。
電源12に圧力センサ又は歪みゲージ(変位センサ)を付けておく。電源状態診断部52は、この圧力センサ又は歪みゲージ(変位センサ)の出力信号に基づく電源12の膨らみ量に基づいて、電源12が劣化状態であるか否かを診断する。電源12の劣化が進むと、電源12内部の電解液や活物質の不可逆的な分解により発生するガスによって、新品時に比べて膨張する。このため、この膨張量によって電源12が劣化しているかどうかを診断可能である。
電源12の温度を検出する温度センサを設けておく。電源状態診断部52は、この温度センサによって測定される電源12の温度に基づいて、電源12が劣化状態にあるか否かを診断する。電源12の劣化が進むと、不可逆的に増大した内部抵抗によるジュール熱により、充放電を行っている間の電源12の発熱量は増大する。したがって、この発熱量に対応する電源12の温度をモニタすることで、電源12が劣化状態にあるか否かを診断することができる。
エアロゾル生成源からエアロゾルを発生させるための負荷に放電可能な電源(電源12)と、
前記電源の充放電を制御可能に構成される制御部(MCU50)と、を備え、
前記制御部は、前記電源の充電を制御する充電モードと、前記充電モードとは異なる第1モード(フリーモード、パワーモード)と、前記充電モード及び前記第1モードと異なる第2モード(放電モード)と、にて動作可能であり、前記第1モードと前記第2モードの各々にて前記電源の診断処理を実行可能であるエアロゾル吸引器用の電源ユニット。
(1)記載のエアロゾル吸引器用の電源ユニットであって、
前記第1モードにて実行可能な前記診断処理と、前記第2モードにて実行可能な前記診断処理とには、同じ第一診断処理が含まれるエアロゾル吸引器用の電源ユニット。
(2)記載のエアロゾル吸引器用の電源ユニットであって、
前記第一診断処理は、実行にあたり前記電源の放電が不要であるエアロゾル吸引器用の電源ユニット。
(2)記載のエアロゾル吸引器用の電源ユニットであって、
前記電源を収容する筐体(電源ユニットケース11)を備え、
前記第一診断処理は、前記筐体の内部における液体の漏出と、前記筐体の内部への液体の侵入の少なくとも一方を検知するものであるエアロゾル吸引器用の電源ユニット。
(1)記載のエアロゾル吸引器用の電源ユニットであって、
前記第1モードにて実行可能な前記診断処理と、前記第2モードにて実行可能な前記診断処理には、異なる診断処理が含まれるエアロゾル吸引器用の電源ユニット。
(5)記載のエアロゾル吸引器用の電源ユニットであって、
前記第1モードにて実行される前記診断処理には、実行にあたり前記電源の放電が不要な診断処理(第一診断処理)が含まれ、
前記第2モードにて実行される前記診断処理には、実行にあたり前記電源の放電が必要な診断処理(第六診断処理、第七診断処理、第八診断処理)が含まれるエアロゾル吸引器用の電源ユニット。
(6)記載のエアロゾル吸引器用の電源ユニットであって、
前記電源の放電が必要な前記診断処理は、前記電源の内部抵抗に基づいて前記電源の劣化状態を診断する処理であるエアロゾル吸引器用の電源ユニット。
(1)記載のエアロゾル吸引器用の電源ユニットであって、
前記制御部は、前記第2モードにおいてのみ前記負荷に放電がなされるように前記電源を制御し、
前記第2モードにおいて実行される前記診断処理の数は、前記第1モードにおいて実行される前記診断処理の数よりも多いエアロゾル吸引器用の電源ユニット。
(1)又は(8)記載のエアロゾル吸引器用の電源ユニットであって、
前記制御部は、前記第2モードにおいてのみ前記負荷に放電がなされるように前記電源を制御し、
前記充電モードにおいて実行される前記診断処理の数は、前記第2モードにおいて実行される前記診断処理の数よりも多いエアロゾル吸引器用の電源ユニット。
(1)から(9)のいずれか1つに記載のエアロゾル吸引器用の電源ユニットであって、
前記制御部は、更に、前記第1モード及び前記第2モードよりも消費電力の低いスリープモードにて動作可能であり、前記スリープモードにて前記電源の診断処理を実行可能であるエアロゾル吸引器用の電源ユニット。
(10)記載のエアロゾル吸引器用の電源ユニットであって、
前記電源を収容する筐体を備え、
前記スリープモードにおいて実行される前記診断処理は、前記筐体の内部における液体の漏出と、前記筐体の内部への液体の侵入の少なくとも一方を検知するものであるエアロゾル吸引器用の電源ユニット。
(1)から(9)のいずれか1つに記載のエアロゾル吸引器用の電源ユニットであって、
前記制御部は、更に、前記第1モード及び前記第2モードよりも消費電力の低いスリープモードにて動作可能であり、前記スリープモードにおいては前記電源の診断処理を実行不能であるエアロゾル吸引器用の電源ユニット。
エアロゾル生成源からエアロゾルを発生させるための負荷に放電可能な電源と前記電源の充放電を制御可能に構成される制御部とを有するエアロゾル吸引器の電源診断方法であって、
前記制御部は、前記電源の充電を制御する充電モードと、前記充電モードとは異なる第1モードと、前記充電モード及び前記第1モードと異なる第2モードと、にて動作可能であり、
前記第1モードと前記第2モードの各々にて前記電源の診断処理を実行するエアロゾル吸引器の電源診断方法。
エアロゾル生成源からエアロゾルを発生させるための負荷に放電可能な電源と前記電源の充放電を制御可能に構成される制御部とを有するエアロゾル吸引器の電源診断プログラムであって、
前記制御部は、前記電源の充電を制御する充電モードと、前記充電モードとは異なる第1モードと、前記充電モード及び前記第1モードと異なる第2モードと、にて動作可能であり、
前記第1モードと前記第2モードの各々にて前記電源の診断処理を実行するステップをコンピュータに実行させるためのエアロゾル吸引器の電源診断プログラム。
10 電源ユニット
12 電源
20 第1カートリッジ
21 負荷
22 エアロゾル源
31 香味源
30 第2カートリッジ
50 MCU
Claims (1)
- エアロゾル生成源からエアロゾルを発生させるための負荷に放電可能な電源と、
前記電源の充放電を制御可能に構成される制御部と、を備え、
前記制御部は、前記電源の充電を制御する充電モードと、前記充電モードとは異なる第1モードと、前記充電モード及び前記第1モードと異なる第2モードと、にて動作可能であり、前記第1モードと前記第2モードの各々にて前記電源の診断処理を実行可能であるエアロゾル吸引器用の電源ユニット。
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