JP2021036910A - エアロゾル吸引器用の電源ユニット、その制御方法及び制御プログラム - 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り、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及び図4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、充電器13、制御部50、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。
して、充電端子43は、USB端子、microUSB端子、Lightning端子の少なくとも1つが接続可能であり、且つ上述した受電部を有していてもよい。
第1カートリッジ20は、図3に示すように、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側の端部が第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。
続いて、電源ユニット10の電気回路について図6を参照しながら説明する。
電源ユニット10は、電源12と、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制御部50と、電源12の電圧を測定する電圧センサ16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器13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。スイッチ19は、例えばMOSFETにより構成され、制御部50がゲート電圧を調整することによって開閉制御される。制御部50は、例えば、制御部50を流れる微弱電流の変化によって、充電端子43に外部電源60が接続されたことを判定することができる。
次に制御部50の構成について、より具体的に説明する。
制御部50は、図5に示すように、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。
ロゾルの量が所望範囲に収まるように、言い換えると、電源12から負荷21に供給される電力量が一定範囲となるように制御する。具体的に説明すると、電力制御部53は、例えば、PWM(Pulse Width Modulation:パルス幅変調)制御によってスイッチ19のオン/オフを制御する。これに代えて、電力制御部53は、PFM(Pulse Frequency Modulation:パルス周波数変調)制御によってスイッチ19のオン/オフを制御してもよい。
そこで、電源状態診断部52は、以下で説明する劣化診断制御により、電源12の劣化状態を取得する。一般的に電源12の劣化状態は、新品の電源の満充電容量に対する、劣化品の満充電容量の比で表されることが多い。しかし、電源12の満充電容量を正確に取得することは難しいため、電源状態診断部52による劣化診断制御は、電源12の内部抵抗に基づいて電源12の劣化状態を取得する。なお、以下で説明する劣化診断制御等は、これらを実行可能なプログラムとして電源ユニット10に読み込まれ、電源ユニット10によって実行されてもよい。
次遅れ(AC)成分を構成する。
先ず、エアロゾル生成要求検出部51は、吸気センサ15の出力結果に基づいてエアロゾル生成の要求を検出する(ステップS1)。ユーザからのエアロゾル生成の要求を契機として電源12の劣化状態を取得することで、劣化判定の結果をユーザに認識させることができる。
CVを取得し(ステップS2)、エアロゾル生成要求検出部51がエアロゾル生成の要求を検出しない場合、ステップS1の処理を繰り返す。ステップS2で開回路電圧OCVを取得した後は、スイッチ19をオン状態にして(ステップS3)、閉回路電圧CCVを取得し(ステップS4)、続いて電流値を取得する(ステップS5)。なお、ステップS4は、ステップS5の後に実行されてもよい。
また、電源状態診断部52は、上記したように内部抵抗Rを導出する際に電流値を定数とすることができる。電流値を定数とする場合、図13に示すように、ステップS4において閉回路電圧CCVを取得した後、電流値を取得するステップS5を実施せずに次の処理(ステップS6a)に移行することができる。なお、電流値を取得しない場合、内部抵抗Rを導出してもよく、内部抵抗Rを導出しなくてもよい。
また、内部抵抗Rが温度依存性を有することから、電源状態診断部52は、温度センサ17から電源12の温度を取得し、電源12の温度情報に基づいて閾値を設定してもよい。図14に示す実施形態では、ステップS2で開回路電圧OCVを取得した後、ステップS3でスイッチ19をオン状態にする前に温度TBattを取得する(ステップS21)。なお、電源12の温度の取得は、これに限らずいつでも可能である。電源12の温度を取得した後、ステップS6bにおいては、導出した内部抵抗Rと電源12の温度に基づいて設定された閾値Th3とを比較する。即ち、電源12の温度が低いときは内部抵抗Rも大きくなるため、電源12の温度が低いほど閾値Th3を大きくする。このように内部抵抗Rの温度依存性を考慮することで、より適切に電源12の劣化を取得することができる。
また、電源状態診断部52は、取得した開回路電圧OCV及び閉回路電圧CCVの少なくとも一方を他の用途に用いてもよい。ここでは、取得した開回路電圧OCV及び閉回路電圧CCVを、電源12の蓄電量(SOC)判定に使用する場合を例示する。図15に示す実施形態では、ステップS2で開回路電圧OCVを取得した後、取得した開回路電圧OCVを、充電が必要な値である閾値Th4(図9参照)と比較する(ステップS20)。その結果、開回路電圧OCVが閾値Th4以下の場合(ステップS20でNo)の場合、報知制御部54はユーザに電源12の充電が必要であることを報知する(ステップS11)。
また、電源状態診断部52は、電源12の劣化だけでなく故障を診断してもよい。前述した通り、内部抵抗値は、電源12の劣化が進行するに従って増大する。ところで、電源12が故障した場合には、電源12の内部抵抗は極端に大きな値や小さな値を示すことがある。一例として、電源12が短絡(ショート)した場合には、過大な電流が流れ得るため、内部抵抗は極端に小さな値を示す。また別の一例として、電源12の電解液が減少又は枯渇した場合には、電流が殆ど流れないため、電源12の内部抵抗は極端に大きな値を示す。
エアロゾル源(エアロゾル源22)からエアロゾルを発生させるための負荷(負荷21)へ放電可能な電源(電源12)と、
前記電源を制御する制御部(制御部50)と、を備えるエアロゾル吸引器(エアロゾル吸引器1)用の電源ユニット(電源ユニット10)であって、
前記制御部は、
前記電源の内部抵抗(内部抵抗R)に基づいて前記電源の劣化状態又は故障状態を取得するエアロゾル吸引器用の電源ユニット。
(1)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、前記電源の開回路電圧(開回路電圧OCV)と前記電源の閉回路電圧(閉回路電圧CCV)とに基づいて前記内部抵抗を取得するエアロゾル吸引器用の電源ユニット。
(2)に記載のエアロゾル吸引器用の電源ユニットであって、
前記閉回路電圧は実測値であるエアロゾル吸引器用の電源ユニット。
(3)に記載のエアロゾル吸引器用の電源ユニットであって、
前記閉回路電圧は、回路を閉じてから所定時間(緩和時間)経過した後の実測値であるエアロゾル吸引器用の電源ユニット。
(3)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、前記閉回路電圧の一次遅れ成分を考慮せずに設定される閾値と、前記内部抵抗との比較に基づいて前記電源の劣化状態又は故障状態を取得するエアロゾル吸引器用の電源ユニット。
(3)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、前記内部抵抗の直流成分のみに基づき設定される閾値と、前記内部抵抗との比較に基づいて前記電源の劣化状態又は故障状態を取得するエアロゾル吸引器用の電源ユニット。
(3)から(6)のいずれか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、前記エアロゾルを発生させるために前記負荷へ放電する際の電流よりも小さい電流を用いて前記閉回路電圧を取得するエアロゾル吸引器用の電源ユニット。
(2)に記載のエアロゾル吸引器用の電源ユニットであって、
前記閉回路電圧は推定値であるエアロゾル吸引器用の電源ユニット。
(2)から(8)のいずれか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、
前記開回路電圧と前記閉回路電圧との差を定数で割った値に基づいて前記内部抵抗を導出する、
又は、前記開回路電圧と前記閉回路電圧との差と、前記電源が劣化状態又は故障状態にある場合のみ前記内部抵抗が取り得る値に定数を掛けた値との比較に基づいて、前記電源の劣化状態又は故障状態を取得するエアロゾル吸引器用の電源ユニット。
(9)に記載のエアロゾル吸引器用の電源ユニットであって、
前記定数は、前記閉回路電圧を取得する際に前記電源が放電する電流値に基づいて設定されるエアロゾル吸引器用の電源ユニット。
(1)から(10)のいずれか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、エアロゾル生成の要求を契機として、前記劣化状態又は前記故障状態を取得するエアロゾル吸引器用の電源ユニット。
(1)〜(11)のいずれか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、エアロゾルの生成前に前記劣化状態又は前記故障状態を取得するエアロゾル吸引器用の電源ユニット。
(1)から(12)のいずれか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、前記電源の温度に基づいて設定される閾値と前記内部抵抗との比較、又は、閾値と前記電源の温度に基づいて補正される前記電源の内部抵抗との比較に基づいて、前記電源の劣化状態又は故障状態を取得するエアロゾル吸引器用の電源ユニット。
(13)に記載のエアロゾル吸引器用の電源ユニットであって、
前記電源の温度に基づいて設定される前記閾値又は前記電源の温度に基づいて前記電源の内部抵抗を補正する補正量は、前記電源の温度が低いほど大きいエアロゾル吸引器用の電源ユニット。
(2)から(9)のいずれか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、前記開回路電圧及び前記閉回路電圧の少なくとも一方を他の用途に用いるエアロゾル吸引器用の電源ユニット。
(15)に記載のエアロゾル吸引器用の電源ユニットであって、
前記他の用途は、前記電源の蓄電量判定であるエアロゾル吸引器用の電源ユニット。
(15)に記載のエアロゾル吸引器用の電源ユニットであって、
前記他の用途は、前記エアロゾルを発生させるために前記負荷へ放電する際のPWM制御又はPFM制御であるエアロゾル吸引器用の電源ユニット。
エアロゾル源(エアロゾル源22)からエアロゾルを発生させるための負荷(負荷21)へ放電可能な電源(電源12)を備えるエアロゾル吸引器(エアロゾル吸引器1)用の電源ユニット(電源ユニット10)の制御方法であって、
前記電源の内部抵抗に基づいて前記電源の劣化状態又は故障状態を取得するエアロゾル吸引器用の電源ユニットの制御方法。
エアロゾル源(エアロゾル源22)からエアロゾルを発生させるための負荷(負荷21)へ放電可能な電源(電源12)を備えるエアロゾル吸引器(エアロゾル吸引器1)用の電源ユニット(電源ユニット10)の制御プログラムであって、
前記電源の内部抵抗に基づいて前記電源の劣化状態又は故障状態を取得する制御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用の電源ユニットの制御プログラム。
故障状態を適切に把握することができる。
エアロゾル源(エアロゾル源22)からエアロゾルを発生させるための負荷(負荷21)へ放電可能な電源(電源12)と、
前記電源を制御する制御部(制御部50)と、を備えるエアロゾル吸引器(エアロゾル吸引器1)用の電源ユニット(電源ユニット10)であって、
前記制御部は、
前記電源の放電時における電気パラメータ(閉回路電圧CCV)と前記電源の非放電時における電気パラメータ(開回路電圧OCV)との差異に基づいて前記電源の劣化状態又は故障状態を取得するエアロゾル吸引器用の電源ユニット。
エアロゾル源(エアロゾル源22)からエアロゾルを発生させるための負荷(負荷21)へ放電可能な電源(電源12)を備えるエアロゾル吸引器用の電源ユニット(電源ユニット10)の制御方法であって、
前記電源の放電時における電気パラメータ(閉回路電圧CCV)と前記電源の非放電時における電気パラメータ(開回路電圧OCV)との差異に基づいて前記電源の劣化状態又は故障状態を取得するエアロゾル吸引器用の電源ユニットの制御方法。
エアロゾル源(エアロゾル源22)からエアロゾルを発生させるための負荷(負荷21)へ放電可能な電源(電源12)を備えるエアロゾル吸引器(エアロゾル吸引器1)用の電源ユニット(電源ユニット10)の制御プログラムであって、
前記電源の放電時における電気パラメータ(閉回路電圧CCV)と前記電源の非放電時における電気パラメータ(開回路電圧OCV)との差異に基づいて前記電源の劣化状態又は故障状態を取得する制御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用の電源ユニットの制御プログラム。
10 電源ユニット
12 電源
21 負荷
22 エアロゾル源
50 制御部
Claims (22)
- エアロゾル源からエアロゾルを発生させるための負荷へ放電可能な電源と、
前記電源を制御する制御部と、を備える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、
前記電源の内部抵抗に基づいて前記電源の劣化状態又は故障状態を取得するエアロゾル吸引器用の電源ユニット。 - 請求項1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、前記電源の開回路電圧と前記電源の閉回路電圧とに基づいて前記内部抵抗を取得するエアロゾル吸引器用の電源ユニット。 - 請求項2に記載のエアロゾル吸引器用の電源ユニットであって、
前記閉回路電圧は実測値であるエアロゾル吸引器用の電源ユニット。 - 請求項3に記載のエアロゾル吸引器用の電源ユニットであって、
前記閉回路電圧は、回路を閉じてから所定時間経過した後の実測値であるエアロゾル吸引器用の電源ユニット。 - 請求項3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、前記閉回路電圧の一次遅れ成分を考慮せずに設定される閾値と、前記内部抵抗との比較に基づいて前記電源の劣化状態又は故障状態を取得するエアロゾル吸引器用の電源ユニット。 - 請求項3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、前記内部抵抗の直流成分のみに基づき設定される閾値と、前記内部抵抗との比較に基づいて前記電源の劣化状態又は故障状態を取得するエアロゾル吸引器用の電源ユニット。 - 請求項3から6のいずれか1項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、前記エアロゾルを発生させるために前記負荷へ放電する際の電流よりも小さい電流を用いて前記閉回路電圧を取得するエアロゾル吸引器用の電源ユニット。 - 請求項2に記載のエアロゾル吸引器用の電源ユニットであって、
前記閉回路電圧は推定値であるエアロゾル吸引器用の電源ユニット。 - 請求項2から8のいずれか1項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、
前記開回路電圧と前記閉回路電圧との差を定数で割った値に基づいて前記内部抵抗を導出する、
又は、前記開回路電圧と前記閉回路電圧との差と、前記電源が劣化状態又は故障状態にある場合のみ前記内部抵抗が取り得る値に定数を掛けた値との比較に基づいて、前記電源の劣化状態又は故障状態を取得するエアロゾル吸引器用の電源ユニット。 - 請求項9に記載のエアロゾル吸引器用の電源ユニットであって、
前記定数は、前記閉回路電圧を取得する際に前記電源が放電する電流値に基づいて設定されるエアロゾル吸引器用の電源ユニット。 - 請求項1から10のいずれか1項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、エアロゾル生成の要求を契機として、前記劣化状態又は前記故障状態を取得するエアロゾル吸引器用の電源ユニット。 - 請求項1から11のいずれか1項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、エアロゾルの生成前に前記劣化状態又は前記故障状態を取得するエアロゾル吸引器用の電源ユニット。 - 請求項1から12のいずれか1項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、前記電源の温度に基づいて設定される閾値と前記内部抵抗との比較、又は、閾値と前記電源の温度に基づいて補正される前記電源の内部抵抗との比較に基づいて、前記電源の劣化状態又は故障状態を取得するエアロゾル吸引器用の電源ユニット。 - 請求項13に記載のエアロゾル吸引器用の電源ユニットであって、
前記電源の温度に基づいて設定される前記閾値又は前記電源の温度に基づいて前記電源の内部抵抗を補正する補正量は、前記電源の温度が低いほど大きいエアロゾル吸引器用の電源ユニット。 - 請求項2から9のいずれか1項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、前記開回路電圧及び前記閉回路電圧の少なくとも一方を他の用途に用いるエアロゾル吸引器用の電源ユニット。 - 請求項15に記載のエアロゾル吸引器用の電源ユニットであって、
前記他の用途は、前記電源の蓄電量判定であるエアロゾル吸引器用の電源ユニット。 - 請求項15に記載のエアロゾル吸引器用の電源ユニットであって、
前記他の用途は、前記エアロゾルを発生させるために前記負荷へ放電する際のPWM制御又はPFM制御であるエアロゾル吸引器用の電源ユニット。 - エアロゾル源からエアロゾルを発生させるための負荷へ放電可能な電源を備えるエアロゾル吸引器用の電源ユニットの制御方法であって、
前記電源の内部抵抗に基づいて前記電源の劣化状態又は故障状態を取得するエアロゾル吸引器用の電源ユニットの制御方法。 - エアロゾル源からエアロゾルを発生させるための負荷へ放電可能な電源を備えるエアロゾル吸引器用の電源ユニットの制御プログラムであって、
前記電源の内部抵抗に基づいて前記電源の劣化状態又は故障状態を取得する制御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用の電源ユニットの制御プログラム。 - エアロゾル源からエアロゾルを発生させるための負荷へ放電可能な電源と、
前記電源を制御する制御部と、を備える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、
前記電源の放電時における電気パラメータと前記電源の非放電時における電気パラメータとの差異に基づいて前記電源の劣化状態又は故障状態を取得するエアロゾル吸引器用の電源ユニット。 - エアロゾル源からエアロゾルを発生させるための負荷へ放電可能な電源を備えるエアロゾル吸引器用の電源ユニットの制御方法であって、
前記電源の放電時における電気パラメータと前記電源の非放電時における電気パラメータとの差異に基づいて前記電源の劣化状態又は故障状態を取得するエアロゾル吸引器用の電源ユニットの制御方法。 - エアロゾル源からエアロゾルを発生させるための負荷へ放電可能な電源を備えるエアロゾル吸引器用の電源ユニットの制御プログラムであって、
前記電源の放電時における電気パラメータと前記電源の非放電時における電気パラメータとの差異に基づいて前記電源の劣化状態又は故障状態を取得する制御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用の電源ユニットの制御プログラム。
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