JP2023545929A - エアロゾル発生装置の電力システム - Google Patents

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Abstract

電力システム（５００）とコントローラ（１０２）とを備えるエアロゾル発生装置が提供される。電力システムは、スーパーキャパシタモジュール（５０４）とバッテリモジュール（５０６）とを備え、外部電力源（６０２）に接続可能である。コントローラは、パルス充電方式で、第１の期間においてバッテリモジュールを充電することと第２の期間においてバッテリモジュールを充電しないこととの間で第１の電力フローを周期的に切り替えるように、外部電力源から電力システムへの第１の電力フローを制御し、且つ第１の期間においてスーパーキャパシタモジュールからバッテリモジュールを充電するように、スーパーキャパシタモジュールとバッテリモジュールとの間で第２の電力フローを制御することによって、電力システムのパルス充電レジームを制御するように構成されている。

Description

本発明は、エアロゾル発生装置に関し、より具体的には、エアロゾル発生装置の電力システムに関する。
電子タバコ及び他のエアロゾル吸入器又は気化装置などのエアロゾル発生装置は、ますます人気が高まっている消費者向け製品である。
気化又はエアロゾル化のための加熱装置は、当技術分野において既知である。そのような装置は、典型的には、加熱チャンバ及びヒータを含む。動作中、操作者は、エアロゾル化又は気化させる製品を加熱チャンバ内に挿入する。製品は、次いで、電子ヒータにより加熱されて、操作者が吸入するために製品の成分が気化される。いくつかの実施例では、製品は、従来の紙巻きタバコと同様のタバコ製品である。そのような装置は、製品が燃焼されることなくエアロゾル化点まで加熱されるという点で、時に「加熱非燃焼式」装置と呼ばれる。
既知のエアロゾル発生装置が直面する問題点には、電力管理の向上が含まれる。
第１の態様では、エアロゾル発生装置が提供され、エアロゾル発生装置は、
スーパーキャパシタモジュールとバッテリモジュールとを含む電力システムであって、外部電力源に接続可能である、電力システムと、
コントローラであって、
外部電力源から電力システムへの第１の電力フローを制御することであって、パルス充電方式で、第１の期間においてバッテリモジュールを充電することと第２の期間においてバッテリモジュールを充電しないこととの間で第１の電力フローを周期的に切り替えることを含む、外部電力源から電力システムへの第１の電力フローを制御することと、
スーパーキャパシタモジュールとバッテリモジュールとの間で第２の電力フローを制御することであって、第１の期間においてスーパーキャパシタモジュールからバッテリモジュールを充電することを含む、スーパーキャパシタモジュールとバッテリモジュールとの間で第２の電力フローを制御することと、によって、電力システムのパルス充電レジームを制御するように構成されている、コントローラと、を備える。
このようにして、スーパーキャパシタモジュールからバッテリモジュールへの第２の電力フローは、第１の期間中に外部電力源からバッテリモジュールへの第１の電力フローをブーストする。これにより、典型的なパルス充電技術に対して、複数の利点を提供する。スーパーキャパシタモジュールを使用して外部電力源からバッテリモジュールへの電流フローをブーストすることによって、より低電力の外部電力源をパルス充電用に使用することができる。例えば、高速パルス充電を達成するために高電力のウォールアダプタは必要なく、代わりに低電力ＵＳＢ機器又は他の装置のポートなどの、より低電力の電力源を使用することができる。これにより、コストの削減、損失の低減、及び効率の向上、装置設計におけるより大きな柔軟性、及び装置サイズの低減を含む利点を提供する。
好ましくは、第１の電力フローを制御することは、第２の期間中に外部電力源からスーパーキャパシタモジュールを充電することを更に含む。
このようにして、スーパーキャパシタモジュールは、次のサイクルの第１の期間に再充電される。
好ましくは、第１の電力フローを制御することは、第１の期間中に外部電力源からスーパーキャパシタモジュールを充電しないことを更に含む。
好ましくは、第２の電力フローを制御することは、第２の期間にスーパーキャパシタモジュールからバッテリモジュールを充電しないことを更に含む。
このようにして、第２の期間中、バッテリモジュールを休息させる。これにより、バッテリモジュールの寿命を向上させることができる。
好ましくは、第１の電力フローは、電力システムへの実質的に一定の電流フローを含む。
好ましくは、バッテリモジュールは、少なくとも１つのバッテリ及び／又は少なくとも１つの取り外し可能な電力バンクを含む。
好ましくは、スーパーキャパシタモジュールは、直列に接続された２つ以上のスーパーキャパシタを含む。
このようにして、複数の小型スーパーキャパシタを使用して設計柔軟性を向上させることができる。
好ましくは、電力システムは、バッテリモジュールと並列に接続されたスーパーキャパシタモジュールを備え、スーパーキャパシタモジュールとバッテリモジュールの間に電圧コンバータが接続されている。
好ましくは、電圧コンバータは、第１の期間において、スーパーキャパシタモジュールからバッテリモジュールへの第２の電力フローの電圧を降圧させるように構成される。
好ましくは、電力システムは、バッテリモジュールとスーパーキャパシタモジュールとの間に接続された第１の切り替え手段を更に備え、第１の切り替え手段は、コントローラによって、第１の期間においてバッテリモジュールを充電することと第２の期間においてバッテリモジュールを充電しないこととの間で切り替えるように制御される。
このようにして、第１の期間と第２の期間との間の電力フローの切り替えを、効率的に達成することができる。
好ましくは、第１の切り替え手段は、コントローラによって制御されるトランジスタを備える。
第２の態様では、第１の態様のエアロゾル発生装置と、外部電力源とを備えるシステムが提供される。
好ましくは、外部電力源は、主電源及び／若しくは電力バンクに接続可能な電力アダプタ、エアロゾル発生装置を受容するように構成されたドッキングステーション、又はエアロゾル発生装置を受容するように構成された携帯充電ケースである。
第３の態様では、エアロゾル発生装置の電力システムのパルス充電レジームを制御する方法が提供され、電力システムは、スーパーキャパシタモジュールとバッテリモジュールとを備え、且つ外部電力源に接続可能であり、方法は、
外部電力源から電力システムへの第１の電力フローを制御することであって、パルス充電方式で、第１の期間においてバッテリモジュールを充電することと第２の期間においてバッテリモジュールを充電しないこととの間で第１の電力フローを周期的に切り替えることを含む、外部電力源から電力システムへの第１の電力フローを制御することと、
スーパーキャパシタモジュールとバッテリモジュールとの間で第２の電力フローを制御することであって、第１の期間においてスーパーキャパシタモジュールからバッテリモジュールを充電することを含む、スーパーキャパシタモジュールとバッテリモジュールとの間で第２の電力フローを制御することと、を含む。
任意選択的に、第３の態様は、第１の態様の好ましい特徴を含むことができる。
第４の態様では、命令を記憶する非一時的コンピュータ可読媒体が提供され、命令が、外部電力源に接続可能な、スーパーキャパシタモジュールとバッテリモジュールとを備えるエアロゾル発生装置の電力システムとともに動作するように構成されたコントローラの１つ以上のプロセッサによって実行されると、１つ以上のプロセッサに、
外部電力源から電力システムへの第１の電力フローを制御することであって、パルス充電方式で、第１の期間においてバッテリモジュールを充電することと第２の期間においてバッテリモジュールを充電しないこととの間で第１の電力フローを周期的に切り替えることを含む、外部電力源から電力システムへの第１の電力フローを制御することと、
スーパーキャパシタモジュールとバッテリモジュールとの間で第２の電力フローを制御することであって、第１の期間においてスーパーキャパシタモジュールからバッテリモジュールを充電することを含む、スーパーキャパシタモジュールとバッテリモジュールとの間で第２の電力フローを制御することと、によって、電力システムのパルス充電レジームを制御させる。
任意選択的に、第４の態様は、第１の態様の好ましい特徴を含むことができる。
ここで、図面を参照して本発明の実施形態を例として説明する。
エアロゾル発生装置のブロック図である。 エアロゾル発生装置の動作モードのフロー図である。 エアロゾル化セッションの時間に対するヒータ温度のプロットである。 パルス幅変調電力フローのプロットである。 スーパーキャパシタモジュールとバッテリモジュールとを備える電力システムの回路図である。 図５Ａの電力システムのスーパーキャパシタモジュールに流入及びそこから流出するパルス幅変調電力フローの時間に対する電流のプロットである。 図５Ａの電力システムを使用するエアロゾル化セッションの時間に対するヒータ温度及び時間に対するスーパーキャパシタモジュールの充電状態のデュアルプロットである。 外部電力源に接続された図５Ａの電力システムの回路図である。 パルス充電プロトコルの時間に対する電流のプロットである。 図６Ａの電力システムのパルス充電プロトコルに対して、外部電力源からの電流フロー、バッテリモジュールへの電流フロー、及びスーパーキャパシタモジュールとの間で流入及び流出する電流フローの時間に対する電流のプロットである。
図１は、電子タバコとしても既知のエアロゾル発生装置１００又は蒸気発生装置の構成要素のブロック図を示している。本説明の目的のために、蒸気及びエアロゾルという用語は交換可能であることを理解されたい。
エアロゾル発生装置１００は、コントローラ１０２を含む本体部分１１２と、第１のエネルギー貯蔵モジュール１０４及び第２のエネルギー貯蔵モジュール１０６を備える電力システムと、を有する。電力システムは、複数の選択可能な動作モードにおいて動作可能である。ここでは、１つの第１のエネルギー貯蔵モジュール１０４及び１つの第２のエネルギー貯蔵モジュール１０６のみが言及されるが、当業者であれば、電力システムが必要に応じて、１つ以上の第１のエネルギー貯蔵モジュール及び１つ以上の第２のエネルギー貯蔵モジュールを備え得ることを理解するであろう。コントローラ１０２は、後述するように、選択された動作モードに基づいて、第１のエネルギー貯蔵モジュール１０４及び第２のエネルギー貯蔵モジュール１０６の電力フローを制御するように構成される。コントローラ１０２は、選択可能な動作モードを実行し、且つ電力フローを制御するための命令を含むエアロゾル発生装置１００を動作させるための命令が記憶されたメモリと、命令を実行するように構成された１つ以上のプロセッサと、を備える少なくとも１つのマイクロコントローラユニットであり得る。
いくつかの実施例では、第１のエネルギー貯蔵モジュール１０４は、スーパーキャパシタモジュール１０４であり、第２のエネルギー貯蔵モジュール１０６は、バッテリモジュール１０６である。
一実施例では、ヒータ１０８は、本体部分１１２により収容される。そのような実施例では、図１に示されるように、ヒータ１０８は、本体部分１１２のキャビティ１１０又はチャンバ内に配置される。キャビティ１１０は、本体部分１１２における開口部１１０Ａによってアクセスされる。キャビティ１１０は、関連するエアロゾル発生消耗品１１４を受容するよう配置される。エアロゾル発生消耗品は、タバコを含有するタバコロッド等のエアロゾル発生材料を含有することができる。タバコロッドは、従来の紙巻きタバコと同様であり得る。キャビティ１１０は、エアロゾル発生消耗品１１４のものと略等しい断面と、関連するエアロゾル発生消耗品１１４がキャビティ１１０に挿入される場合に、エアロゾル発生消耗品１１４の第１の端部１１４Ａがキャビティ１１０の底部電力フロー（即ち、キャビティ開口部１１０Ａから遠位のキャビティ１１０の端部１１０Ｂ）に到達し、第１の端部１１４Ａより遠位のエアロゾル発生消耗品１１４の第２の端部１１４Ｂがキャビティ１１０から外側に延在するような深さとを有する。このようにして、消費者は、エアロゾル発生消耗品１１４がエアロゾル発生装置１００に挿入される場合に、それを吸入することができる。図１の実施例において、ヒータ１０８は、エアロゾル発生消耗品１１４がキャビティ１１０内に挿入される場合にヒータ１０８と係合するように、キャビティ１１０内に配置される。図１の実施例において、ヒータ１０８は、エアロゾル発生消耗品の第１の端部１１４Ａがキャビティ内に挿入される場合にヒータ１０８がキャビティ１１０内部のエアロゾル発生消耗品１１４の一部を実質的に又は完全に取り囲むように、キャビティ内に管として配置される。ヒータ１０８は、コイル状ワイヤヒータ等のワイヤ、又はセラミックヒータ、又は任意の他の適切な種類のヒータとすることができる。ヒータ１０８は、順次、独立して作動する（即ち、電力源投入される）ことができる、キャビティの軸方向長さに沿って連続的に配置される複数の加熱要素を備えることができる。
代替の実施形態（図示せず）において、ヒータは、キャビティ内部に細長い穿孔部材（針、ロッド、又はブレードの形態等）として配置することができ、かかる実施形態において、ヒータは、エアロゾル発生消耗品を貫通し、エアロゾル発生消耗品がキャビティ内に挿入される場合にエアロゾル発生材と係合するよう配置することができる。
別の代替実施形態（図示せず）において、ヒータは誘導ヒータの形態であってもよい。そのような実施形態では、加熱要素（すなわち、サセプタ）を消耗品内に設けることができ、消耗品がキャビティ内に挿入されると、加熱要素がキャビティ内の誘導素子（すなわち、誘導コイル）に誘導結合される。誘導ヒータは次いで、誘導によって加熱要素を加熱する。
ヒータ１０８は、エアロゾル発生消耗品１１４を所定の温度まで加熱してエアロゾル化セッションにおいてエアロゾルを生成するよう配置される。エアロゾル化セッションは、装置がエアロゾル発生消耗品１１４からエアロゾルを生成するよう操作される場合と考えることができる。エアロゾル発生消耗品１１４がタバコロッドである実施例において、エアロゾル発生消耗品１１４はタバコを備える。ヒータ１０８は、エアロゾルを発生させるよう、タバコを燃焼させることなくタバコを加熱するよう配置される。即ち、ヒータ１０８は、タバコベースのエアロゾルが生成されるように、タバコの燃焼点未満の所定の温度でタバコを加熱する。当業者であれば、エアロゾル発生消耗品１１４が必ずしもタバコを備えている必要はなく、特に物質を燃焼させることなく加熱することによるエアロゾル化（又は気化）のための任意の他の適切な物質がタバコの代わりに用いることができることを、容易に理解するであろう。
代替案では、エアロゾル発生消耗品は、気化可能な液体であり得る。気化可能な液体は、エアロゾル発生装置に受容可能なカートリッジ内に含まれ得るか、又はエアロゾル発生装置内に直接堆積され得る。
コントローラ１０２は、エアロゾル化セッションの選択された動作モードに基づいて、第１のエネルギー貯蔵モジュール１０４及び第２のエネルギー貯蔵モジュール１０６の電力フローを制御するように配置される。
予熱モードから浮動モードへ、次いで浮動後モードへの進行は、図２から理解することができる。
予熱モード２０２において、エアロゾル発生装置１００に関連するヒータ１０８は、エアロゾル発生消耗品１１４からエアロゾルを発生させるための所定の温度まで加熱される。予熱フェーズは、予熱モードが実行されている時間、例えば、ヒータ１０８が所定の温度に達するのにかかる時間と考えることができる。予熱モードは、エアロゾル化セッションの第１の期間中に発生する。一実施例では、第１の期間は、固定された所定の期間であり得る。他の実施例では、第１の期間は、ヒータ１０８を所定の温度まで加熱するのに必要な時間の長さに対応して変化し得る。
ヒータが所定の温度に達すると、コントローラ１０２は、予熱モード２０２を終了し、電力システムを制御して浮動モード２０４を実行する。浮動モード２０４において、コントローラ１０２は、消費者が吸入するためにエアロゾルが生成されるように、ヒータ１０８を実質的に所定の温度に維持するよう電力システムからの電力フローを制御する。浮動フェーズは、浮動モードが実行されている時間、例えば、ヒータ１０８が予熱フェーズ後に１つの（又は１つの少なくとも一部の）エアロゾル発生消耗品１１４をエアロゾル化している時間と考えることができる。コントローラ１０２は、エアロゾル化セッションの第２の期間に、浮動モードを動作させるように電力システムを制御することができる。第２の期間は、予め決定されてコントローラ１０２に記憶され得る。
第２の期間の満了に続いて、コントローラ１０２は、動作モードを浮動後モード２０６に切り替える。浮動後モードにおいて、コントローラ１０２は、ヒータにもはや電力供給されなくなるように、電力システムからヒータへの電力フローを無効化する。ヒータは、電力フローが無効化されたにもかかわらず、残留熱エネルギーを保持している。この残留熱は、浮動後モードにおいて消耗品を加熱し続けるために使用される。浮動後フェーズは、浮動後モードが実行されている間の時間と考えることができる。浮動後フェーズは、エアロゾル化セッションの第３の期間に対応する。
図３は、時間３０２に対するヒータ温度３０４の例示的なプロットを示している。予熱フェーズにおいて、コントローラ１０２は、ヒータ温度が所定の温度３０６に達するまで、第１の期間３０８に、電力をヒータに印加するように電力システムを制御する。一実施例では、所定の温度は２３０℃である。一実施例では、第１の期間は２０秒である。いくつかの実施例では、コントローラ１０２は、固定された所定の第１の期間内にヒータを所定の温度まで加熱するように構成される。他の実施例では、第１の期間は、ヒータが所定の温度に達するのにかかる時間の長さに応じて変化する。
ヒータが所定の温度３０６に達すると、コントローラ１０２は、第２の期間３１０に、動作モードを浮動モードに切り替え、この第２の期間３１０に、ヒータの温度を実質的に所定の温度３０６に維持する。一実施例では、第２の期間は２５０秒であり得る。
第２の期間３１０の満了に続いて、コントローラ１０２は、第３の期間３１２に動作モードを浮動後モードに切り替える。第３の期間３１２が進行するにつれて、電力がもはや印加されていないために、ヒータ温度は低下する。第３の期間３１２は、その満了が、ヒータ温度が閾値を下回って低下することに一致するように構成され得る。この閾値は、周囲温度超であるが、消耗品がもはや有用に加熱されない温度未満に対応し得る。一実施例では、第３の期間は２０秒であり得る。
第３の期間３１２の満了に続いて、エアロゾル発生装置の使用者には、消耗品がもはやエアロゾル化されていないことを使用者が気付くように、視覚的又は聴覚的なインジケータによって、エアロゾル化セッションが終了したことを通知することができる。
予熱モード及び浮動モードにおいて、コントローラ１０２は、電力フローが１つ以上のパルス幅変調サイクルを有するパルス幅変調電力フローであるように、電力システムからヒータへの電力フローを制御する。例示的なパルス幅変調電力フローが、図４に示されている。パルス幅変調電力フローは、１つ以上のパルス幅変調（ＰＷＭ）サイクル４０２（パルス幅変調切り替え期間としても既知である）を含む。単一のＰＷＭサイクル、すなわち切り替え期間４０２は、１つのＰＷＭサイクル「オン期間」Ｄと、１つのＰＷＭサイクル「オフ期間」１－Ｄと、を含む。ＰＷＭサイクルオン期間ＤとＰＷＭサイクルオフ期間１－Ｄとの組み合わせは、全体のＰＷＭサイクル又は切り替え期間４０２を形成する。
ＰＷＭサイクルのＰＷＭオン期間中、電力はヒータに印加され、すなわちヒータへの電力線は、ＰＷＭ制御を実施するスイッチによって閉じられる。ＰＷＭオフ期間中、電力はヒータに印加されず、すなわちヒータへの電力線は、ＰＷＭ制御を実施するスイッチによって開かれる。このように、１つのパルス幅変調サイクル４０２は、電力がオン状態とオフ状態の間で１回切り替えられることを含み、したがって、パルス幅変調電力フローは、ＰＷＭオン期間とオフ期間との間で、あるデューティサイクルで急速に切り替えられる電力フローを用いてヒータに連続的に電力供給することを含む。
パルス幅変調デューティサイクルは、サイクル４０２の全期間（Ｄ＋（１－Ｄ））の割合としてのオン期間（Ｄ）（すなわち、切り替えサイクル４０２の「オン期間」と「オフ期間」の組み合わせ）に対応する。
複数のＰＷＭサイクルを含むパルス幅変調電力フローは、デューティサイクルに基づいて、ＰＷＭオン期間とＰＷＭオフ期間との平均電力を用いてヒータに連続的に電力供給する。デューティサイクルを制御することにより、ヒータに供給される電力量を制御する。パルス幅変調電力源フローのデューティサイクルが高いほど、供給される平均電力は高くなり、パルス幅変調電力源フローのデューティサイクルが低いほど、供給される平均電力は低くなる。すなわち、より高いデューティサイクルに対して、より低いデューティサイクルよりも、サイクル４０２のうちのより大きな割合が「オン期間」Ｄとなる。このようにして、パルス幅変調電力フローのデューティサイクルを制御することによって、ヒータに印加される電力のレベルの慎重な制御が達成され得る。
浮動モードにおいて、コントローラ１０２は、第１のデューティサイクルレジームを伴うパルス幅変調電力フローをヒータに適用して、実質的に所定のエアロゾル発生温度にヒータを維持するために、電力システムを制御するように構成される。予熱モードにおいて、コントローラ１０２は、第１のデューティサイクルレジームとは異なる第２のデューティサイクルレジームを伴うパルス幅変調電力フローをヒータに適用して、エアロゾル発生温度までヒータを加熱するために、電力システムを制御するように構成される。第２のデューティサイクルレジームは、第１のデューティサイクルレジームよりも高いデューティサイクルを有することができ、これにより、所定の温度までヒータを急速に加熱するためにより大きな電力量がヒータに印加される一方で、所定の温度にヒータを維持するために小さな電力が使用される。第１のデューティサイクルレジームは、第１のデューティサイクル比Ｄ１を有する１つ以上のＰＷＭサイクルを含み、第２のデューティサイクルレジームは、第２のデューティサイクル比Ｄ２を有する１つ以上のＰＷＭサイクルを含み、Ｄ１とＤ２との間の関係は、Ｄ２＝Ｄ１＊Ｋと考えることができ、ここでＫは、１よりもずっと大きく、且つ実装上の選択として選択され得る係数であり、理論上の最大デューティサイクルは、オフ期間がない場合は１であるか、又は非常に短いオフ期間の場合は１に近いが１未満である。実施例では、第１のデューティサイクルレジームは、デューティサイクル比が１よりもずっと小さい１つ以上のデューティサイクルを含み、第２のデューティサイクルレジームは、デューティサイクル比が１に近いが１未満である１つ以上のデューティサイクルを含む。他の実施例では、第１のデューティサイクルレジームは、デューティサイクル比が０．５よりもずっと小さい１つ以上のデューティサイクルを含み、第２のデューティサイクルレジームは、デューティサイクル比が０．５以上である１つ以上のデューティサイクルを含む。更なる実施例では、第１のデューティサイクルは、浮動モードにおいて３Ｗ未満が印加されるように構成され、第２のデューティサイクルは、予熱モードにおいて約１６Ｗが印加されるように構成される。
いくつかの実施例では、浮動モードにおけるＰＷＭ電力フローは、第１のＰＷＭ電力フローとみなすことができ、予熱モードにおけるＰＷＭ電力フローは、第２のＰＷＭ電力フローとみなすことができる。
浮動モードにおいて、コントローラ１０２は、パルス幅変調サイクルオフ期間中に第１のエネルギー貯蔵モジュールを充電するために、第２のエネルギー貯蔵モジュールを制御するように構成される。このようにして、第１のエネルギー貯蔵モジュールを、浮動モード中に増分充電することができ、それによって、ヒータに電力供給することができる時間を増加させる。これにより、第１のエネルギー貯蔵モジュールをより小型化することが可能になる。
浮動後モードにおいて、コントローラ１０２は、第１のエネルギー貯蔵モジュール１０４が完全に充電されるまで、第２のエネルギー貯蔵モジュール１０６を制御して第１のエネルギー貯蔵モジュール１０６を常に充電するように構成される。このようにして、第１のエネルギー貯蔵モジュールは、その後のエアロゾル化セッションにおける予熱モードのために十分に充電される。
図５Ａは、図１～図４を参照して説明した電力システム５００の特定の実装形態を示している。
図５Ａの電力システム５００では、第１のエネルギー貯蔵モジュール５０４はスーパーキャパシタモジュール５０４であり、第２のエネルギー貯蔵モジュール５０６はバッテリモジュール５０６である。スーパーキャパシタモジュール５０４は、１つ以上のスーパーキャパシタを含み、バッテリモジュール５０６は、１つ以上のバッテリを含む。
特定の実施例では、スーパーキャパシタモジュール５０４は、直列に接続された２つのスーパーキャパシタとして実装され得る。これらのスーパーキャパシタは従来型のスーパーキャパシタであり、各々が２．５Ｖの電圧を有することができ、それによってスーパーキャパシタモジュール５０４に５Ｖの総電圧を提供する。このように、スーパーキャパシタモジュール５０４の電圧（Ｕ２）は、５Ｖであり得る。他の実施例では、複数のスーパーキャパシタが直列に接続されて、ヒータに電力供給するために必要とされる電圧要件を満たすことができる。単一のより大きなスーパーキャパシタを使用するのではなく、複数のより小さなスーパーキャパシタを直列に接続することは、より大きな設計柔軟性を可能にする際に有利である。
バッテリモジュール５０６は、単一のバッテリとして実装され得る。これは、リチウムイオン技術、アルミニウムイオン技術、若しくは亜鉛イオン技術を使用するバッテリ、又は任意の他の適切なタイプのバッテリなどの高エネルギーバッテリであり得る。或いは、バッテリモジュールは、複数のバッテリから構成され得る。具体的な実施例では、バッテリは、３．７Ｖの電圧を有するリチウムイオンバッテリである。このように、バッテリモジュール５０６の電圧（Ｕ１）は、３．７Ｖであり得る。バッテリモジュール５０６は、エアロゾル発生装置１００に統合することができる。他の実施例では、バッテリモジュール５０６は、装置１００に特に統合されたバッテリではなく、エアロゾル発生装置１００との間で取り付け／取り外し可能な電力バンクであり得る。バッテリモジュール５０６は、排他的に、統合されたバッテリ又は別個の電力バンクである必要はなく、むしろバッテリモジュールは２つの組み合わせを利用することができ、統合されたバッテリが完全に放電されると、電力バンクを接続することができ、統合されたバッテリを最初に再充電する必要なしにエアロゾル化セッションを実行することができる。
スーパーキャパシタモジュール５０４及びバッテリモジュール５０６は、両者の間にＤＣ／ＤＣ電圧コンバータ５３０が配置されて、並列に接続されている。ＤＣ／ＤＣ電圧コンバータ５３０は、バッテリモジュール５０６からスーパーキャパシタモジュール５０４を充電するために、バッテリモジュール電圧を昇圧するように配置されている。第１の切り替え手段５２２は、バッテリモジュール５０６とコンバータ５３０との間に配置されている。スーパーキャパシタモジュール５０４は、負荷５０８として表されるヒータ５０８に対して並列に接続可能であり、両者の間に第２の切り替え手段５２４が配置されている。ヒータ５０８は、それ自体が電力システム５００の構成要素ではなく、むしろ電力システム５００から電力供給される。第１の切り替え手段５２２及び第２の切り替え手段５２４は、コントローラ１０２（図５Ａには図示せず）に接続されたトランジスタであり得る。
予熱モード及び浮動モードの間に、電力システム５００のパルス幅変調電力フローを制御することは、スーパーキャパシタモジュール５０４を制御してヒータ５０８に電力供給し、バッテリモジュール５０６を制御してスーパーキャパシタモジュール５０４を再充電することを含む。スーパーキャパシタモジュール５０４のみが、予熱モード及び浮動モードにおいてヒータ５０８に電力供給し、バッテリモジュール５０６はスーパーキャパシタモジュール５０４を再充電する。パルス幅変調電力フローのＰＷＭサイクルオン期間の間、スーパーキャパシタモジュール５０４はヒータに電力供給し、ＰＷＭサイクルオフ期間の間、バッテリモジュール５０６はスーパーキャパシタモジュール５０４を再充電する。すなわち、予熱モード及び浮動モードの間、スーパーキャパシタモジュール５０４は、デューティサイクルのオン部分の間にヒータ５０８に電力供給することと、デューティサイクルのオフ部分の間にバッテリモジュール５０６によって再充電されることの間で切り替える。バッテリモジュール５０６は、デューティサイクルのオン部分の間、スーパーキャパシタモジュール５０４を充電しない。
浮動モードにおけるパルス幅変調電力フローは、第１のデューティサイクル比Ｄ１を有する１つ以上のＰＷＭサイクルを含む第１のデューティサイクルレジームで動作する。予熱モードにおいて、スーパーキャパシタモジュール５０４は、第２のデューティサイクル比Ｄ２を有する１つ以上のＰＷＭサイクルを含む第２のデューティサイクルレジームを伴うパルス幅変調電力フローを用いてヒータ５０８に電力供給する。Ｄ１とＤ２との間の関係は、Ｄ２＝Ｄ１＊Ｋと考えることができ、ここでＫは、１よりもずっと大きく、実装上の選択として選択され得る係数である。一実施例では、第１のデューティサイクル比は１よりもずっと小さく、第２のデューティサイクル比は１に近いが１未満であり得る。他の実施例では、第１のデューティサイクル比は０．５よりもずっと小さく、第２のデューティサイクル比は０．５以上であり得る。更なる実施例では、第１のデューティサイクルは、浮動モードにおいて３Ｗ未満が印加されるように構成され、第２のデューティサイクルは、予熱モードにおいて約１６Ｗが印加されるように構成される。
コントローラ１０２、第１の切り替え手段５２２、及び第２の切り替え手段５２４は、加熱及び充電に対するこの制御をもたらす。パルス幅変調電力フローのＰＷＭサイクルオン期間の間、コントローラ１０２は、第２の切り替え手段５２４が閉じられ、第１の切り替え手段５２２が開かれるように制御する。このようにして、電力が、ＰＷＭオン期間中にスーパーキャパシタモジュール５０４からヒータ５０８に流れる一方で、バッテリモジュール５０６は、スーパーキャパシタモジュール５０４及びヒータ５０８から絶縁される。パルス幅変調電力フローのＰＷＭサイクルオフ期間の間、コントローラ１０２は、第２の切り替え手段５２４が開かれ、第１の切り替え手段５２２が閉じられるように制御する。このようにして、電力は、スーパーキャパシタモジュール５０４がヒータ５０８から分離されている間にスーパーキャパシタモジュール５０４を再充電するために、バッテリモジュール５０６からスーパーキャパシタモジュール５０４に流れる。このように、パルス幅変調電力フローの間、ＰＷＭサイクルオン期間においてヒータ５０８に電力供給することと、ＰＷＭサイクルオフ期間においてスーパーキャパシタモジュール５０４を再充電することとの間で急速な切り替えが発生する。
いくつかの実施例では、第１の切り替え手段５２２を開くことと第２の切り替え手段５２４を閉じることとの間に小さな遅延が存在し得る。これにより、パルス幅変調電力フローのデューティサイクルのオン期間中に、バッテリモジュール５０６からの電力フローが不注意にヒータ５０８に到達することを防ぐ。
図５Ｂは、予熱モード又は浮動モードの例示的な部分の間にスーパーキャパシタモジュールに流入及びそこから流出するパルス幅変調電力フローの、時間５４４に対する電流５４６のプロットを示している。切り替え期間４０２のＰＷＭサイクルオン期間（Ｄ）の間、電力は、第１の振幅５５４でスーパーキャパシタモジュール５０４から流出する。実線５５０は、スーパーキャパシタモジュール５０４から流出する電力を示し、断続線５５２は、スーパーキャパシタモジュール５０４に流入する電力を示している。ＰＷＭサイクルオフ期間（１－Ｄ）の間、電力は、第２の振幅５５６でスーパーキャパシタモジュール５０４に流入する。このようにして、ＰＷＭサイクルオフ期間（１－Ｄ）の間のスーパーキャパシタモジュール５０４への電力フロー５５２は、ＰＷＭサイクルオン期間の間のスーパーキャパシタモジュール５０４からの電力フロー５５０を少なくとも部分的に補償する。一実施例では、第１の振幅５５４は１０Ａであり、第２の振幅５５６は２Ａである。
浮動後モードの間、コントローラ１０２は、第１の切り替え手段５２２を閉じて、第２の切り替え手段５２４を開くように制御する。このように、ヒータ５０８への電力フローは無効化され、スーパーキャパシタモジュール５０４はもはやヒータ５０８に電力供給しない。第１の切り替え手段５２２が閉じられると、バッテリモジュール５０６は常に、スーパーキャパシタモジュール５０４が完全に充電されるまでスーパーキャパシタモジュール５０４を充電する。このようにして、スーパーキャパシタモジュール５０４は、その後のエアロゾル化セッションの予熱モードに対して十分な充電レベルを有することになる。
図５Ｃは、予熱モード３０８、浮動モード３１０、及び浮動後モード３１２を含むエアロゾル化セッションの、時間５７４に対するヒータ５０８の温度５７０、及び時間５７４に対するスーパーキャパシタモジュール５０４の対応する充電状態５７２の、デュアルプロットを示している。
予熱モード３０８の間、ヒータ５０８は、例えば高いデューティサイクルでスーパーキャパシタモジュール５０４によって電力供給され、ヒータ５０８の温度は、この予熱３０８の間、所定の温度まで増加し、スーパーキャパシタモジュール５０４の充電レベルは、ヒータ５０８が電力供給されるにつれて低下する。
浮動モード３１０において、ヒータ５０８は、スーパーキャパシタモジュール５０４によって電力供給されて、所定の温度に維持される。説明したように、パルス幅変調電力フローは、ＰＷＭサイクルオン期間中にスーパーキャパシタモジュール５０４がヒータ５０８に電力を印加し、且つＰＷＭサイクルオフ期間中にバッテリモジュール５０６がスーパーキャパシタモジュールを再充電するように構成される。このように、スーパーキャパシタモジュール５０４の充電レベルは、パルス幅変調電力フローのＰＷＭサイクルオン期間中に低下し、ＰＷＭサイクルオフ期間中に上昇する。これは、浮動モード３１０の間、図５Ｃの時間５７４の関数としての、スーパーキャパシタモジュール５０４の充電レベル５７２の上昇及び下降によって視覚的に表される。ＰＷＭサイクルオフ期間の間のバッテリモジュール５０６からスーパーキャパシタモジュール５０４への電荷の流入が、ＰＷＭサイクルオンの間のヒータ５０８への電荷の流出と完全にはバランスしないため、スーパーキャパシタモジュール５０４の充電レベルは、浮動モード３１０の経過にわたって全体的に低下傾向を有する。スーパーキャパシタモジュール５０４の充電レベルにおけるこの全体的な減少は、ＰＷＭサイクルオフ期間の間の増分充電が適用されない場合よりも遅い。このように、スーパーキャパシタモジュール５０４は、ＰＷＭサイクルオフ期間の間の増分再充電により、より多くの時間量にわたってヒータ５０８に電力供給することができる。
浮動後モード３１２において、スーパーキャパシタモジュール５０４はもはやヒータ５０８に電力供給せず、したがって、ヒータ温度は低下する。浮動後モードの間、バッテリモジュール５０６は常にスーパーキャパシタモジュール５０４を充電し、それによって、スーパーキャパシタモジュール５０４が完全に充電されるまで充電レベルを増加させる。バッテリモジュール５０６はスーパーキャパシタモジュール５０４をゆっくりと充電することができるため、低い最大電流のみを必要し、これにより、バッテリに対するストレスを低減して、その寿命を向上させる。
バッテリモジュール５０６は、複数のエアロゾル化セッションに対して、スーパーキャパシタモジュール５０４を再充電するのに十分な電荷を蓄積することができる。バッテリモジュール５０６の充電レベルが枯渇した場合、装置１００は、バッテリモジュール５０６を再充電するために、主充電器、ＵＳＢ充電器、又は電力バンクなどの別の外部電力源に接続することができる。
電力バンクがエアロゾル発生装置１００に接続され得る実施例では、電力バンクはバッテリモジュール５０６として機能することができ、パルス幅変調電力フローのＰＷＭサイクルオフ期間中にスーパーキャパシタモジュール５０４を充電することができる。このようにして、内部バッテリモジュールが電荷を枯渇させた場合、そうでなければ内部バッテリモジュールによって実行される動作を電力バンクが実行することにより、エアロゾル化セッションを依然として実行することができる。これにより、操作者は、最初に内部バッテリモジュールを充電することなく、エアロゾル化セッションを実行することが可能になる。
パルス幅変調電力フローのＰＷＭサイクルオン期間中にスーパーキャパシタモジュール５０４を用いてヒータ５０８に電力供給し、且つパルス幅変調電力フローのＰＷＭサイクルオフ期間中にバッテリモジュール５０６を用いてスーパーキャパシタモジュール５０４を再充電する、パルス幅変調電力レジームは、オフ期間の間の増分再充電により、スーパーキャパシタモジュール５０４が浮動モード全体を通してヒータの電力供給に十分な電荷を有し続けるため、有利である。更に、スーパーキャパシタモジュール５０４のこの増分再充電は、スーパーキャパシタモジュールが低いエネルギー／容量要件を有する（実施例では、エアロゾル化セッションごとに０．０５Ｗｈ未満が必要とされる）ため、より小さなサイズのスーパーキャパシタを使用することが可能になり、これによりコストを低減して安全性を向上させることを意味する。
ＰＷＭサイクルオフ期間の間の再充電なしでは、スーパーキャパシタの充電レベルはすぐに低くなり、スーパーキャパシタモジュール５０４が、バッテリからヒータ５０８への電力フローの追加サポートなしに浮動モード全体にわたってヒータ５０８に電力供給できるようになることを妨げる。
バッテリを用いてヒータに直接電力供給すること、又はバッテリからヒータへの電力フローを用いてスーパーキャパシタからヒータへの電力フローをサポートすることは、バッテリが通常、ヒータに電力供給するのに必要な電圧レベルよりも低い電圧を有するために昇圧コンバータが必要となる場合に不利になり得る。そのような昇圧コンバータは、システムに損失を誘発する可能性がある。スーパーキャパシタモジュール５０４はバッテリよりも高い電圧レベルを有するため、スーパーキャパシタモジュール５０４のみを用いてヒータに電力供給する場合、昇圧コンバータは必要ない。これにより、そのような損失を誘発する昇圧に関連する損失が回避される。
別の利点として、スーパーキャパシタモジュール５０４は、典型的なバッテリよりも低い内部抵抗を有し、それによって、ヒータがバッテリによって電力供給されるシステムと比較して、システム内の損失を低減する。
バッテリモジュールの充電レベルが枯渇されると、後に説明するように、パルス充電プロトコルを使用して再充電することができる。
図６Ａは、パルス方式で充電されるように構成された、図５Ａを参照して説明した電力システム５００を提示する例示的な回路図を示している。回路は、第１の切り替え手段５２２とＤＣ／ＤＣ電圧コンバータ５３０との間のノード６０４に接続された外部電力源６０２（エアロゾル発生装置の電力システム５００の外部）を有する、図５Ａのものに対応する。電力システム５００は、外部電力源６０２を使用してパルス充電によりバッテリモジュール５０６を充電するために制御されるように構成されている。外部電力源６０２は、主電源、電力バンク、ラップトップ、ドッキング／充電ステーション、携帯充電ケースなどの外部電源から、電力システム５００に電力を提供する。外部電力源６０２には、主電源に接続するように構成された電力アダプタ、電力バンク、別個の電気器具のＵＳＢポートなどが含まれ得る。
外部電力源６０２が携帯充電ケースである特定の例では、充電ケースは、エアロゾル発生装置をチャンバ内に受容して収容するように寸法決めされ得る。充電ケースは、エアロゾル発生装置が充電ケース内に受容されるとノード６０４に接続するバッテリを備える。このようにして、操作者がエアロゾル発生装置を充電ケース内に挿入すると、電力システム５００は、充電ケース内に備えられたバッテリとの接続をもたらして電力システムを充電する。充電ケースのバッテリは、電力システム５００を複数回フル再充電するのに十分なエネルギーを貯蔵することができる。充電ケースのバッテリ自体は、電力バンク又は主電源などの外部電力源から、ＵＳＢケーブルなどの接続によって又はドッキングステーションとの接続を介して、充電され得る。例示的な使用プロセスでは、操作者は、エアロゾル発生装置を充電されていた充電ケースから取り外し、エアロゾル化セッション（又は複数のエアロゾル化セッション）を実行し、次いで、エアロゾル発生装置を充電ケース内に再挿入して、将来のエアロゾル化セッションのために電力システム５００を充電する。電力システム５００は、第１の所定の数のエアロゾル化セッション又はパフのために十分な電荷を貯蔵するように構成され得る。携帯充電ケースは、パフのエアロゾル化セッションの第１の所定の数よりも大きいエアロゾル化セッション又はパフの第２の所定の数のために電力システム５００を再充電するのに十分な電荷を貯蔵するように構成され得る。パルス充電プロトコル（後に説明する）は、充電ケースのバッテリからの最大放電電流をより小さくすることを可能にするため、携帯充電ケースにとって特に有益であり、これにより、より良好なエネルギー密度が可能になるため、これ自体が同じサイズのバッテリにおいてより多くの容量を有することを可能にする。より大きな容量により、携帯充電ケースのバッテリのフル充電あたりの、携帯充電ケースからのより多くの再充電サイクルを可能にする。
図６Ｂは、典型的なパルス充電プロトコルの時間６３２に対する電流６３０のプロットを示している。図６Ｂに示されるように、パルス充電では、バッテリへの電流フロー６２０はパルス方式で供給される。バッテリモジュール５０６へのパルス充電電流フロー６２０は、１つ以上のパルスサイクル６４０を含む。パルスサイクル６４０は、電流がバッテリ内に方向付けられてバッテリを充電する第１の期間６４２と、電流がバッテリに方向付けられずにバッテリを休息させる第２の期間６４４と、を有する。第１の期間６４２及び第２の期間６４４は、全体のパルスサイクル６４０を一緒に形成する別個の期間である。第１の期間６４２及び第２の期間６４４は、同じ長さの時間であってもよく、又は異なる長さの時間であってもよい。第１の期間６４２と第２の期間６４４との間の切り替えは、パルス充電のパルスレートを画定する。
パルス充電は、従来の定電流、定電圧の充電アプローチよりもはるかに高い電流レートを必要とする。パルス充電では、より大きな電流をパルスで注入する必要がある。例えば、リチウムイオンバッテリを従来の充電プロトコルより速く充電するためのパルス充電の場合、１Ａの最大電流レートでは、パルスの電流レートは１Ａよりもずっと大きくあるべきである。この実施例では、０．５時間の充電時間を採用した場合、従来の充電プロトコルを使用して１Ａで連続的に充電すると、１Ａ×０．５時間＝０．５Ａｈがバッテリに充電されることになる。パルス充電の場合、例えば、累積パルス時間が０．５時間の半分に対応する場合、従来の充電プロトコルよりも高い電荷をバッテリ内に注入する（より高い充電状態にする）ために、電流レートは２Ａ超である必要がある。
これは、短い充電時間が必要とされる場合、高速パルス充電に必要な最大電流レートが従来の充電よりもはるかに高いことを意味する。電力システム５００にそのような電流を提供することは、いくつかの課題に直面する。外部電力源６０２（ウォールアダプタなど）から必要とされる最大電流及び／又は電力は非常に高く、ハードウェアコストを大幅に増加させる。また、非常に高い電流は、充電中のエネルギー損失の増加につながる。高電流及び／又は電力に対応するために必要な充電用電子機器は、サイズを大きくする必要があり、追加のコスト、並びに装置のサイズ及び／又は重量の増加による操作者の不便を引き起こす。また、放散する必要のあるエネルギー損失（熱）に対応するために、装置のサイズに影響を与え得る。これらの課題が、図６Ａを参照して説明した電力システム５００によって対処される。
図６Ａに戻ると、電力システム５００は、第１の期間における第１の状態、及び第２の期間における第２の状態で構成される。コントローラ１０２は、電力システム５００を制御して、各パルスサイクルにおいて第１の状態と第２の状態との間で１回切り替えて、バッテリモジュール５０６にパルス充電電力フローを提供する。このように、パルス充電電力フローは、各パルスサイクルの第１の期間においてバッテリを充電することと、各パルスサイクルの第２の期間においてバッテリを充電しないこととの間で周期的に切り替える。パルス充電電力フローが複数のパルスサイクルを含む場合、パルス充電電力フローは、バッテリを充電することとバッテリを充電しないこととの間で周期的に繰り返し切り替える。
図６Ａの電力システム５００のコントローラ１０２（図６Ａでは図示せず）は、外部電力源６０２からの第１の電力フローを制御して、第１の期間においてバッテリモジュール５０６を充電することと第２の期間においてバッテリモジュール５０６を充電しないこととの間で周期的に切り替えることによって、パルス充電レジームを制御する。第１の電力フローを制御することは、第２の期間中に外部電力源６０２からスーパーキャパシタモジュール５０４を充電することを更に含む。外部電力源６０２からの第１の電力フローは、実質的に一定の電流フローであり得る。第１の電力フローを制御することは、第１の期間中に外部電力源６０２からスーパーキャパシタモジュール５０４を充電しないことを更に含み得る。
コントローラ１０２は、スーパーキャパシタモジュール５０４とバッテリモジュール５０６との間で第２の電力フローを制御して、第１の期間においてスーパーキャパシタモジュール５０４からバッテリモジュール５０６を充電することによって、パルス充電を更に制御する。第２の電力フローを制御することは、第２の期間においてスーパーキャパシタモジュール５０４からバッテリモジュール５０６を充電しないことを更に含み得る。
すなわち、第１の期間において、コントローラ１０２は、外部電力源６０２からの第１の電力フローがバッテリモジュール５０６を充電するように、電力システム５００を制御する。同時に、コントローラ１０２はまた、第１の期間においてスーパーキャパシタモジュール５０４からの第２の電力フローを制御して、バッテリモジュール５０６を充電する。これは、コントローラ１０２が電力システム５００を第１の状態になるように構成することによってもたらされる。図５Ａ～図５Ｃを参照して説明したように、浮動後モードに続いて、スーパーキャパシタモジュール５０４は完全に再充電される。このようにして、スーパーキャパシタモジュール５０４の電荷は、パルス充電の第１の時間の間に外部電力源６０２からの電流フローを補足するために直ちに利用可能である。
第２の期間において、コントローラ１０２は、外部電力源６０２からの第１の電力フローがバッテリモジュール５０６を充電しないように、電力システム５００を制御する。同時に、コントローラ１０２はまた、第２の期間において外部電力源６０２からの第１の電力フローを制御して、スーパーキャパシタモジュール５０４を充電する。これは、コントローラ１０２が電力システム５００を第２の状態になるように構成することによってもたらされる。このようにして、スーパーキャパシタモジュール５０４の充電レベルは、第１の期間においてバッテリモジュール５０６を充電できるように、第２の期間に満たされる。
このようにして、外部電力源６０２から入力される実質的に一定の電流は、第１の期間においてバッテリモジュール５０６を充電し、第２の期間においてスーパーキャパシタモジュール５０４を充電する。
より詳細には、第１の切り替え手段５２２は、コントローラ１０２によって制御されて、第１の期間においてバッテリモジュール５０６を充電することと第２の期間においてバッテリモジュール５０６を充電しないこととの間で切り替える。すなわち、第１の状態において、第１の切り替え手段５２２は、バッテリモジュール５０６への第１の電力フローを可能にするために閉じられる。第２の状態において、第１の切り替え手段５２２は、バッテリモジュール５０６への第１の電力フローを停止するために開かれる。
電圧コンバータ５３０は、第１の期間（すなわち第１の状態）において、スーパーキャパシタモジュール５０４からバッテリモジュール５０６への第２の電力フローの電圧を降圧するように構成される。電圧コンバータ５３０は、双方向電圧コンバータであり、且つコントローラ１０２によって制御されて、第１の期間中に（すなわち第１の状態において）、外部電力源６０２からスーパーキャパシタモジュール５０４に流れる第１の電力フローを防げる。電圧コンバータ５３０はまた、スーパーキャパシタモジュール５０４が第２の期間の終了前に完全に充電された場合に過充電を防止するために、スーパーキャパシタモジュール５０４への電力フローを制御する。
コントローラ１０２は、パルス充電のパルスレートで開いて閉じるように第１の切り替え手段５２２を制御する。同様に、コントローラ１０２は、パルス充電のパルスレートで、外部電力源６０２からスーパーキャパシタモジュール５０４へ、及びスーパーキャパシタモジュール５０４からバッテリモジュール５０６への電力フローを許可することと防げることとの間で切り替えるように、電圧コンバータ５３０を制御する。これにより、電力システム５００を、第１の期間における第１の状態と第２の期間における第２の状態との間で切り替えるための電力源管理制御が提供される。すなわち、コントローラ１０２は、第１の切り替え手段５２２及び電圧コンバータ５３０を制御して、電力システム５００を第１の状態と第２の状態との間で切り替えて、パルス充電レジームを管理する。
一実施例では、コントローラ１０２は、外部電力源６０２がノード６０４に接続されると自動的に検出するように構成される。外部電力源６０２がノード６０４に接続されていることを検出すると、コントローラ１０２は、パルス充電レジームを開始する。
図６Ｃは、外部電力源からの実質的に一定の電流入力６５０（点線）、バッテリモジュール５０６への電流フロー６５２（実線）（上部パネル）、及びスーパーキャパシタモジュール５０４との間で流入及び流出する電流フロー６５４（破線）（下部パネル）の、時間６６２に対する電流６６０の例示的なデュアルプロットを示している。プロットはまた、これらの電流フローが、第１の期間６４２と第２の期間６４４とを含むパルスサイクル６４０に実装され、次のパルスサイクルの第１の期間６４２に続くことを示している。
示されるように、外部電源からの電流フロー６５０は、実質的に一定である。
第１の期間６４２の間、コントローラ１０２は、電力システム５００が第１の状態になるように制御する。外部電源からの電流フロー６５０は、バッテリモジュール５０６に方向付けられて、スーパーキャパシタモジュール５０４からバッテリモジュール５０６への電流フロー５６４と組み合わせられる。このように、バッテリモジュール５０６への電流フロー６５２の振幅は、外部電源から電力システム５００への実質的に一定の電流フロー６５０よりも大きい。
第２の期間６４４の間、コントローラ１０２は、電力システム５００が第２の状態になるように制御する。外部電源からの電流フロー６５０は、スーパーキャパシタモジュール５０４に方向付けられて、第１の期間６４２においてスーパーキャパシタモジュール５０４からバッテリモジュール５０６に放電された電流を（少なくとも部分的に）補償する。
このようにして、第１の期間６４２において、外部電源からバッテリモジュール５０６への電流フロー６５０は、スーパーキャパシタモジュール５０４からバッテリモジュール５０６への電流フローによってブーストされる。第２の期間６４４において、外部電源からスーパーキャパシタモジュール５０４への電流フローは、スーパーキャパシタモジュール５０４を再充電する。
したがって、外部電源からの実質的に一定の電流フロー６５０は、第１の期間６４２においてバッテリを充電し、第２の期間６４４においてスーパーキャパシタモジュール５０４を充電するために使用されるように切り替えられる。
従来のパルス充電では、バッテリは第１の期間で充電され、外部電源からの電流フローは第２の期間において無効化にされる。すなわち、従来のパルス充電では、第２の期間における外部電源からの電流フローの利用は存在しない。図６Ａ及び図６Ｂを参照して説明した実装形態は、第２の期間において、外部電源からの電流フローがスーパーキャパシタモジュール５０４を充電するために利用されるため、有利である。これは、次いで、電力をより良好に利用することによって、外部電力源６０２からの所与の入力電流レベルに対してより急速にバッテリモジュール５０６を充電するために、第１の期間におけるバッテリモジュール５０６の充電をブーストする。
スーパーキャパシタモジュール５０４を使用して外部電力源６０２からバッテリモジュール５０６への電流フローをブーストすることによって、より低電力の外部電力源６０２をパルス充電用に使用することができる。例えば、高速パルス充電を達成するために高電力のウォールアダプタは必要なく、代わりに低電力ＵＳＢ機器又は他の装置のポートなどの、より低電力の電力源を使用することができる。これにより、コストの削減、損失の低減、及び効率の向上、装置設計におけるより大きな柔軟性、及び装置サイズの低減を含む利点を提供する。
このように、図５Ａ及び図６Ａを参照して説明した電力システム５００の構成は、以下の複数の理由で有利である。第１に、エアロゾル化セッションの間の増分充電をもたらし、それによって、スーパーキャパシタモジュール５０４がヒータに電力供給することができる時間を増加させ、第２に、スーパーキャパシタモジュール５０４が高速パルス充電用に外部電力源をブーストすることを可能にする。
前述の説明において、コントローラ１０２は、エアロゾル発生装置を動作させるための命令を記憶し、それらを必要に応じて実行することができる。当業者であれば、コントローラ１０２が、必要に応じて互いに組み合わせられて前述の特徴のいずれかを実行するよう構成され得ることを容易に理解するであろう。コントローラ１０２によって行なわれる本明細書に記載の処理ステップは、コントローラ１０２に関連付けされた非一時的コンピュータ可読媒体、又は記憶装置に記憶することができる。コンピュータ可読媒体は、不揮発性媒体及び揮発性媒体を含むことができる。揮発性媒体は、特に、半導体メモリ及び動的メモリを含むことができる。不揮発性媒体は、特に、光ディスク及び磁気ディスクを含むことができる。
前述の説明での先行する実施形態は限定的なものではないことが、当業者には容易に理解されるであろう。各実施形態の特徴は、必要に応じて他の実施形態に組み込まれ得る。

Claims (14)

  1. エアロゾル発生装置であって、
    スーパーキャパシタモジュールとバッテリモジュールとを含む電力システムであって、外部電力源に接続可能である、電力システムと、
    コントローラであって、
    前記外部電力源から前記電力システムへの第１の電力フローを制御することであって、パルス充電方式で、第１の期間において前記バッテリモジュールを充電することと第２の期間において前記バッテリモジュールを充電しないこととの間で前記第１の電力フローを周期的に切り替えることを含む、前記外部電力源から前記電力システムへの前記第１の電力フローを制御することと、
    前記スーパーキャパシタモジュールとバッテリモジュールとの間で第２の電力フローを制御することであって、前記第１の期間において前記スーパーキャパシタモジュールから前記バッテリモジュールを充電することを含む、前記スーパーキャパシタモジュールと前記バッテリモジュールとの間で前記第２の電力フローを制御することと、によって、前記電力システムのパルス充電レジームを制御するように構成されている、コントローラと、を備える、エアロゾル発生装置。
  2. 前記第１の電力フローを制御することが、前記第２の期間中に前記外部電力源から前記スーパーキャパシタモジュールを充電することを更に含む、請求項１に記載のエアロゾル発生装置。
  3. 前記第１の電力フローを制御することが、前記第１の期間中に前記外部電力源から前記スーパーキャパシタモジュールを充電しないことを更に含む、請求項１又は２に記載のエアロゾル発生装置。
  4. 前記第２の電力フローを制御することが、前記第２の期間において前記スーパーキャパシタモジュールから前記バッテリモジュールを充電しないことを更に含む、請求項１～３のいずれか一項に記載のエアロゾル発生装置。
  5. 前記第１の電力フローが、前記電力システムへの実質的に一定の電流フローを含む、請求項１～４のいずれか一項に記載のエアロゾル発生装置。
  6. 前記バッテリモジュールが、少なくとも１つのバッテリ及び／又は少なくとも１つの取り外し可能な電力バンクを含む、請求項１～５のいずれか一項に記載のエアロゾル発生装置。
  7. 前記スーパーキャパシタモジュールが、直列に接続された２つ以上のスーパーキャパシタを含む、請求項１～６のいずれか一項に記載のエアロゾル発生装置。
  8. 前記電力システムが、前記バッテリモジュールと並列に接続された前記スーパーキャパシタモジュールを備え、前記スーパーキャパシタモジュールと前記バッテリモジュールとの間に電圧コンバータが接続されている、請求項１～７のいずれか一項に記載のエアロゾル発生装置。
  9. 前記電圧コンバータが、前記第１の期間において、前記スーパーキャパシタモジュールからバッテリモジュールへの前記第２の電力フローの電圧を降圧させるように構成されている、請求項８に記載のエアロゾル発生装置。
  10. 前記電力システムが、前記バッテリモジュールと前記スーパーキャパシタモジュールとの間に接続された第１の切り替え手段を更に備え、前記第１の切り替え手段が、前記コントローラによって、第１の期間において前記バッテリモジュールを充電することと第２の期間において前記バッテリモジュールを充電しないこととの間で切り替えるように制御される、請求項１～９のいずれか一項に記載のエアロゾル発生装置。
  11. 請求項１～１０のいずれか一項に記載のエアロゾル発生装置と、前記外部電力源と、を備える、システム。
  12. 前記外部電力源が、主電源及び／若しくは電力バンクに接続可能な電力アダプタ、前記エアロゾル発生装置を受容するように構成されたドッキングステーション、又は前記エアロゾル発生装置を受容するように構成された携帯充電ケースである、請求項１１に記載のシステム。
  13. エアロゾル発生装置の電力システムのパルス充電レジームを制御する方法であって、前記電力システムが、スーパーキャパシタモジュールとバッテリモジュールとを備え、且つ外部電力源に接続可能であり、前記方法が、
    前記外部電力源から前記電力システムへの第１の電力フローを制御することであって、パルス充電方式で、第１の期間において前記バッテリモジュールを充電することと第２の期間において前記バッテリモジュールを充電しないこととの間で前記第１の電力フローを周期的に切り替えることを含む、前記外部電力源から前記電力システムへの前記第１の電力フローを制御することと、
    前記スーパーキャパシタモジュールとバッテリモジュールとの間で第２の電力フローを制御することであって、前記第１の期間において前記スーパーキャパシタモジュールから前記バッテリモジュールを充電することを含む、前記スーパーキャパシタモジュールと前記バッテリモジュールとの間で前記第２の電力フローを制御することと、を含む、方法。
  14. 命令を記憶する非一時的コンピュータ可読媒体であって、前記命令が、外部電力源に接続可能な、スーパーキャパシタモジュールとバッテリモジュールとを備えるエアロゾル発生装置の電力システムとともに動作するように構成されたコントローラの１つ以上のプロセッサによって実行されると、前記１つ以上のプロセッサに、
    前記外部電力源から前記電力システムへの第１の電力フローを制御することであって、パルス充電方式で、第１の期間において前記バッテリモジュールを充電することと第２の期間において前記バッテリモジュールを充電しないこととの間で前記第１の電力フローを周期的に切り替えることを含む、前記外部電力源から前記電力システムへの前記第１の電力フローを制御することと、
    前記スーパーキャパシタモジュールとバッテリモジュールとの間で第２の電力フローを制御することであって、前記第１の期間において前記スーパーキャパシタモジュールから前記バッテリモジュールを充電することを含む、前記スーパーキャパシタモジュールと前記バッテリモジュールとの間で前記第２の電力フローを制御することと、によって、電力システムのパルス充電レジームを制御させる、非一時的コンピュータ可読媒体。
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