KR20230004517A - 에어로졸 생성 디바이스를 위한 전기 시스템 - Google Patents

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Abstract

전기 시스템(20)을 포함하는 에어로졸 생성 디바이스가 개시된다. 전기 시스템(20)은 배터리(22)와 제어 회로부(24)를 포함한다. 제어 회로부(24)는 배터리(22)의 방전 동작 동안 배터리(22)의 상태를 모니터링하고, 배터리(22)에 결함이 검출되면 배터리(22)가 동작 상태에 있지 않음을 나타내는 플래그를 설정하도록 구성된다. 또한 제어 회로부(24)는 전기 시스템(20)이 외부 전력 공급원에 연결될 때 플래그를 점검하고, 플래그에 기초하여 배터리(22)의 충전을 허용하도록 구성된다. 배터리(22)와 제어 회로부(24)는 전력이 배터리(22)와 제어 회로부(24)에 독립적으로 공급될 수 있도록 제1 전기 경로(36)와 제2 전기 경로(38)를 통해 외부 전력 공급원에 각각 연결될 수 있다. 전기 시스템(20)은 배터리(22)를 충전하지 않고 플래그를 점검할 수 있도록 전기 시스템(20)이 외부 전력 공급원에 연결될 때 외부 전력 공급원으로부터 제2 전기 경로(38)를 통해 제어 회로부(24)에 전력을 공급하도록 구성된다.

Description

에어로졸 생성 디바이스를 위한 전기 시스템
본 발명은 전기 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 전기 시스템은 에어로졸 생성 디바이스 내에서 사용된다.
전자 담배와 같은 에어로졸 생성 디바이스는 종종 가열 요소에 전력을 공급하기 위한 배터리가 있는 전기 시스템을 포함한다. 이러한 시스템에서 알려진 문제는 배터리가 과방전 상태(deep discharge)에 들어갈 수 있다는 것이다. 예를 들어, 리튬 이온 배터리 셀이 과방전 상태에 들어가는 경우 배터리 셀 내에서 구리 전극 용해로 알려진 내부 열화가 발생하고 셀 전극 사이에 단락이 발생할 수 있다. 이러한 배터리를 재충전하면 셀이 과열되고 열 폭주가 발생하여 잠재적으로 안전 위험을 초래할 수 있다.
잠재적인 안전 위험을 수반하는 다른 많은 배터리 상태가 있으며 이러한 상태를 표시하는 배터리의 동작은 일반적으로 피해야 한다.
본 발명의 목적은 에어로졸 생성 디바이스 내에 배터리를 포함하는 전기 시스템의 안전성을 개선하는 것이다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 전기 시스템을 포함하는 에어로졸 생성 디바이스로서, 전기 시스템은 배터리; 및 제어 회로부를 포함하고, 제어 회로부는 배터리의 방전 동작 동안 배터리의 상태를 모니터링하고, 배터리의 결함이 검출되면 플래그를 설정하도록 구성되고, 플래그는 배터리가 동작 상태에 있지 않음을 나타내고, 제어 회로부는 전기 시스템이 외부 전력 공급원에 연결될 때 플래그를 점검하도록 구성되고, 제어 회로부는 플래그에 기초하여 배터리의 충전을 허용하도록 구성되고, 배터리와 제어 회로부는 전력이 배터리와 제어 회로부에 독립적으로 공급될 수 있도록 제1 전기 경로와 제2 전기 경로를 통해 외부 전력 공급원에 각각 연결될 수 있고, 전기 시스템은 배터리를 충전하지 않고 플래그를 점검할 수 있도록 전기 시스템이 외부 전력 공급원에 연결될 때 외부 전력 공급원으로부터 제2 전기 경로를 통해 제어 회로부에 전력을 공급하도록 구성된, 에어로졸 생성 디바이스가 제공된다.
이러한 방식으로, 손상되거나 열화된 배터리가 충전되는 것을 방지할 수 있어 전기 시스템의 안전성을 향상시킬 수 있다.
배터리 결함에 대응하기 위한 기존의 전략에는 배터리 충전 곡선을 모니터링하여 과방전 또는 기타 위험한 배터리 상태를 검출하는 것을 포함한다. 그러나, 이러한 전략은 셀 충전이 시작된 후에만 결함을 검출한다. 따라서, 내부 단락 또는 기타 결함이 있는 배터리에 이미 전력이 공급되었을 수 있다. 본 발명에서 제어 회로부는 방전 동작 동안, 예를 들어, 에어로졸 생성 디바이스의 베이핑 동작 동안 가열 요소에 전력을 공급할 때 배터리를 모니터링하고, 결함이 검출되면 제어 회로부 내에 플래그를 설정한다. 전기 시스템이 이후에 에어로졸 생성 디바이스를 충전할 의도로 외부 전력 공급원에 연결되면 제어 회로부는 플래그를 점검하고, 플래그가 존재하는 경우에만 배터리의 충전을 허용한다. 그 결과, 배터리에 결함이 있는 경우 배터리의 충전을 시작하는 것이 방지되어 위험한 상태의 배터리에 전력이 공급되지 않는 것을 보장한다.
더욱이, 전기 시스템의 구성은 결함이 있을 수 있는 배터리에 전력을 공급하지 않고도 제어 회로부가 플래그를 점검하기 위해 전력을 공급받을 수 있도록 되어 있다. 이에 비해 알려진 전기 시스템에서, 특히 에어로졸 생성 디바이스의 경우 제어 회로부가 전력을 공급받으면 충전 공정도 시작되어, 잠재적으로 위험한 배터리에 전력을 공급하지 않고는 플래그를 점검할 수 없다.
배터리의 결함을 검출하는 것은 시간에 따라 배터리의 전압을 측정하는 것을 포함할 수 있다. 전압이 임계 전압 미만으로 떨어지면 결함이 발생한 것으로 결정할 수 있다. 일례로, 리튬 이온 배터리의 경우, 3.0V는 배터리가 방전된 것으로 간주되는 일반적인 전압일 수 있고, 2.8V는 그 이하 전압에서 배터리에 결함이 있는 것으로 간주되는 일반적인 임계값일 수 있으며, 2.5V는 배터리에 복구될 수 없는 내부 셀 손상이 있는 일반적인 전압일 수 있다. 그러나, 당업자라면 임계 전압이 배터리의 유형과 특정 셀의 화학물질에 따라 변한다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
대안적으로 또는 추가적으로, 배터리의 결함을 검출하는 것은 배터리의 온도를 모니터링하는 것을 포함할 수 있다. 배터리의 온도가 임계 온도를 초과하면 배터리에 결함이 있는 것으로 결정할 수 있다. 당업자라면 임계 온도가 배터리의 유형과 셀의 화학물질에 따라 변한다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
바람직하게는, 전기 시스템은 배터리 충전기 회로부를 추가로 포함하고, 제어 회로부는 플래그에 기초하여 배터리 충전기 회로부에 신호를 보내도록 구성되고, 신호는 충전이 허용됨을 나타내고, 배터리 충전기 회로부는 충전이 허용됨을 나타내는 신호가 제어 회로부로부터 수신될 때 배터리를 충전하도록 구성된다. 이러한 방식으로, 배터리 충전기 회로부를 사용하면 신호 수신 요구 사항에 따라 손상되거나 열화된 배터리에 전력을 공급하지 않는 것을 보장하면서 전력을 배터리에 효율적이고 신뢰성 있게 공급할 수 있다.
바람직하게는, 배터리를 충전하는 것은 제1 전기 경로를 따라 배터리에 전력을 공급하는 것을 포함한다.
바람직하게는, 제어 회로부는 배터리가 교체된 것을 검출할 때 플래그를 수정하도록 구성된다. 이러한 방식으로, 잠재적으로 위험한 동작 상태에 있지 않은 새로운 배터리는 충전되는 것을 방지하지 않는다.
바람직하게는, 전기 시스템은 제어 회로부에 전력을 공급하기 위한 전압 조정기를 추가로 포함한다. 전압 조정기는 정전류 또는 전압 출력을 생성하고 유지하는 능력을 가진다.
일례에서, 전기 시스템은 USB 연결에 의해 외부 전력 공급원에 연결될 수 있다. 특히, 전압 조정기와 배터리 충전기 회로부는 USB 연결을 통해 외부 전력 공급원에 연결될 수 있다.
바람직하게는, 전기 시스템은 전기 시스템이 외부 전력 공급원에 연결되지 않을 때 배터리로부터 제어 회로부에 전력을 공급하도록 구성된다.
바람직하게는, 전기 시스템은 가열 요소를 추가로 포함하고, 제어 회로부는 배터리에서 결함이 검출될 때 배터리로부터 가열 요소로의 전력 공급을 스위치오프하도록 구성된다. 이러한 방식으로, 손상되거나 열화된 배터리가 지속적으로 동작하는 것을 피할 수 있다.
바람직하게는, 제어 회로부는 전기 시스템이 외부 전력 공급원에 연결될 때 배터리로부터 가열 요소로의 전력 공급을 스위치오프하도록 구성된다.
바람직하게는, 전기 시스템은 퓨즈를 추가로 포함하고, 제어 회로부는 배터리에서 검출된 결함이 복구 불가능한 것으로 간주될 때 퓨즈를 활성화하도록 구성되고, 퓨즈가 활성화되면 배터리 충전이 비가역적으로 디스에이블된다.
바람직하게는, 제어 회로부는 플래그가 설정된 이후 임계 시간 기간이 경과하고 배터리의 결함이 여전히 존재하는 것으로 검출되면 퓨즈를 활성화하도록 추가로 구성된다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 전기 시스템을 포함하는 에어로졸 생성 디바이스를 동작시키는 방법으로서, 배터리의 방전 동작 동안 제어 회로부를 사용하여 전기 시스템의 배터리 상태를 모니터링하는 단계; 배터리의 결함을 검출한 것에 응답하여, 배터리가 동작 상태에 있지 않음을 나타내는 플래그를 설정하는 단계로서, 배터리와 제어 회로부는 전력이 제어 회로부와 배터리에 독립적으로 공급될 수 있도록 제1 전기 경로와 제2 전기 경로에 의해 외부 전력 공급원에 각각 연결될 수 있는, 단계; 전기 시스템이 외부 전력 공급원에 연결된 것을 검출한 것에 응답하여, 배터리를 충전하지 않고 플래그를 점검하기 위해 외부 전력 공급원으로부터 제2 전기 경로를 통해 전력을 공급하는 단계; 및 플래그에 기초하여 배터리의 충전을 허용하는 단계를 포함하는, 방법이 제공된다.
바람직하게는, 방법은 충전이 허용됨을 나타내는 신호를 제어 회로부로부터 배터리 충전기 회로부로 보내는 단계; 및 충전이 허용됨을 나타내는 신호를 수신한 것에 응답하여, 배터리를 충전하는 단계를 추가로 포함한다.
바람직하게는, 방법은 배터리가 교체된 것을 검출할 때 플래그를 소거하는 단계를 추가로 포함한다.
바람직하게는, 방법은 전기 시스템이 외부 전력 공급원에 연결되어 있지 않을 때 배터리로부터 제어 회로부에 전력을 공급하는 단계를 추가로 포함한다.
바람직하게는, 방법은 전기 시스템에 가열 요소를 제공하는 단계; 배터리에서 결함이 검출되면 가열 요소로의 전력 공급을 스위치오프하는 단계; 및/또는 전기 시스템이 외부 전력 공급원에 연결될 때 배터리로부터 가열 요소로의 전력 공급을 스위치오프하는 단계를 추가로 포함한다.
바람직하게는, 방법은 배터리에서 검출된 결함이 복구 불가능한 것으로 간주될 때 제어 회로부를 사용하여 전기 시스템의 퓨즈를 활성화하는 단계를 추가로 포함하고, 퓨즈가 활성화되면 배터리의 충전이 비가역적으로 디스에이블된다.
바람직하게는, 방법은 플래그가 설정된 이후 임계 시간 기간이 경과하고 배터리의 결함이 여전히 존재하는 것을 검출한 것에 응답하여 제어 회로부를 사용하여 퓨즈를 활성화하는 단계를 추가로 포함한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 실행 가능 명령어를 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 메모리 매체로서, 명령어는 전기 시스템을 포함하는 에어로졸 생성 디바이스의 컴퓨터 또는 프로세서에서 실행될 때, 컴퓨터 또는 프로세서로 하여금, 배터리의 방전 동작 동안 제어 회로부를 사용하여 전기 시스템의 배터리 상태를 모니터링하는 단계; 배터리의 결함을 검출한 것에 응답하여, 배터리가 동작 상태에 있지 않음을 나타내는 플래그를 설정하는 단계로서, 배터리와 제어 회로부는 전력이 제어 회로부와 배터리에 독립적으로 공급될 수 있도록 제1 전기 경로와 제2 전기 경로에 의해 외부 전력 공급원에 각각 연결될 수 있는, 단계; 전기 시스템이 외부 전력 공급원에 연결된 것을 검출한 것에 응답하여, 배터리를 충전하지 않고 플래그를 점검하기 위해 제2 전기 경로를 통해 외부 전력 공급원으로부터 전력을 공급하는 단계; 및 플래그에 기초하여 배터리의 충전을 허용하는 단계를 수행하게 하는, 비일시적 컴퓨터 판독 가능 메모리 매체가 제공된다.
이제 본 발명의 실시형태를 도면을 참조하여 예로서 설명한다.
도 1은 에어로졸 생성 디바이스를 위한 종래 기술의 전기 시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에서 에어로졸 생성 디바이스를 위한 전기 시스템의 블록도이다.
도 3a는, 외부 전력 공급원으로부터 배터리로 전력을 공급하기 위한 제1 전기 경로, 및 외부 전력 공급원으로부터 제어 회로부로 전력을 공급하기 위한 제2 전기 경로를 도시하는 도 2에 도시된 전기 시스템의 블록도이다.
도 3b는 배터리의 방전 동작 동안 배터리로부터 제어 회로부로 전력을 공급하기 위한 제3 전기 경로를 도시하는, 도 2에 도시된 전기 시스템의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에서 에어로졸 생성 디바이스를 위한 전기 시스템을 동작시키기 위한 방법 단계를 보여주는 흐름도이다.
도 5는 전기 시스템을 동작시키기 위한 추가적인 방법 단계를 보여주는 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태에서 에어로졸 생성 디바이스를 위한 전기 시스템의 블록도이다.
도 1은 에어로졸 생성 디바이스를 위한 종래 기술의 전기 시스템(2)을 도시한다. 전기 시스템(2)은 배터리(4), 제어 회로부(6), 배터리 충전 회로부(8), 전력 연결부(10), 가열 요소(12), 및 스위치(14)를 포함한다.
사용 시, 전기 시스템(2)이 전력 연결부(10)를 통해 외부 전력 공급원에 연결될 때, 배터리 충전 회로부(8)는 제어 회로부(6)를 깨우기 위해 전력을 전달한다. 그러나, 배터리(4)와 제어 회로부(6)는 병렬로 연결되어 있고 배터리 충전 회로부(8)에 의해 직접 전력을 공급받기 때문에 배터리(4)도 전력을 수신하여 충전을 시작한다. 따라서, 제어 회로부(6)의 임의의 기능을 이용하면 배터리(4)도 전력을 수신하게 된다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에서 에어로졸 생성 디바이스를 위한 전기 시스템(20)을 도시한다. 전기 시스템은 배터리(22), 제어 회로부(24), 배터리 충전 회로부(26), USB 연결부(28), 전압 조정기(30), 가열 요소(32) 및 스위치(34)를 포함한다.
USB 연결부(28)는 외부 전력 공급원에 연결될 수 있다. 당업자라면 USB 연결부(28)는 건물의 1차 교류(AC) 전력 공급원에 연결하기 위한 임의의 AC 전력 플러그 또는 직류(DC) 전력을 공급하기 위한 임의의 DC 전력 플러그와 같은 다른 적절한 형태의 전력 연결부로 대체될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 전기가 USB 연결부(28)로부터 제1 전기 경로(36)를 따라 배터리(22)로 공급될 수 있다. 제1 전기 경로(36)는 USB 연결부(28)로부터 배터리 충전 회로부(26)를 통해 배터리(22)로 이어진다. 전기는 또한 USB 연결부(28)로부터 제2 전기 경로(38)를 따라 제어 회로부(24)로 공급될 수 있다. 제2 전기 경로는 USB 연결부(28)로부터 전압 조정기(30)를 통해 제어 회로부(24)로 이어진다. 제1 전기 경로(36)와 제2 전기 경로(38)는 분리된 별개의 전기 경로로서 구성된다. 따라서, USB 연결부(28)가 외부 전력 공급원에 연결될 때, 배터리(22)에 전력을 공급하지 않고도 제어 회로부(24)에 전력을 공급하기 위해 제2 전기 경로(38)를 따라 전기를 공급할 수 있다. 본 명세서에 사용된 '전기 경로'란 용어는 전선, 케이블 또는 전력선과 같이 전자의 전도에 의해 전력을 전달하기에 적합한 구성요소를 의미한다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 제3 전기 경로(39)는 배터리(22)를 전압 조정기(30)를 통해 제어 회로부(24)에 연결한다. 배터리(22)는 리튬 이온 배터리, 니켈 카드뮴 배터리, 니켈-금속 수소화물 배터리, 납산 배터리, 또는 임의의 다른 유형의 충전식 배터리일 수 있다.
사용 시, 전압 조정기(30)는 외부 전력 공급원으로부터 (USB 연결부(28)를 통해) 전력을 수신하거나 또는 배터리(22)로부터 전력을 수신한다. 그런 다음 전압 조정기(30)는 제어 회로부(24)를 깨우고 제어 회로부에 전력을 공급하기 위해 제어 회로부(24)에 전기를 공급할 수 있다. 전압 조정기(30)는 전기 시스템(20)이 외부 전력 공급원에 연결될 때(즉 전력이 제2 전기 경로(38)를 따라 공급될 때) USB 연결부(28)로부터 전력을 제어 회로부(24)에 공급하도록 구성되고, 그렇지 않은 경우(즉, 전력이 제3 전기 경로(39)를 따라 공급될 때) 배터리(22)로부터 전력을 제어 회로부(24)에 공급하도록 구성된다.
전압 조정기(30)는 정전류 또는 전압 출력을 생성하고 유지하는 능력을 갖는다. 대안적인 예에서, 전압 조정기(30)는 대신에 전류의 공급을 제어 및/또는 조정하고 상이한 전기 경로를 따라 보낼 수 있는 스위치 또는 다른 메커니즘을 포함할 수 있는 것으로 이해된다.
이 예에서, 제어 회로부(24)는 마이크로제어기 유닛(MCU)이고, 전기 시스템(20)의 동작을 제어하는 데 사용된다. MCU는 메모리 및 프로그래밍 가능 입력/출력 주변기기와 함께 하나 이상의 CPU(프로세서 코어)를 포함한다. 다른 예에서, 제어 회로부(24)는 별도의 마이크로프로세서, 메모리, 및 입력/출력 디바이스를 포함할 수 있다.
제어 회로부(24)는 배터리(22)의 방전 동작 동안 배터리(22)의 상태를 모니터링하고, 배터리(22)의 상태에 기초하여 전기 시스템의 하나 이상의 양태를 제어하도록 구성된다. 배터리의 '방전 동작'이라는 용어는 배터리(22)가 전기 시스템(20) 내의 전기 부하 또는 전기 부품에 전력을 공급하는 전력원으로 사용되는 상황을 의미한다. 배터리(22)의 상태를 모니터링하는 것은 배터리(22) 내의 결함 또는 비정상을 검출하기 위해 배터리(22)의 하나 이상의 속성 또는 특성, 예를 들어, 온도, 전압 또는 전류를 모니터링하는 것을 포함할 수 있다.
예를 들어, 결함은 배터리(22)가 배터리의 내부 열화로 이어지는 과방전 상태, 예를 들어, 단락으로 들어간 결과일 수 있다. 이것은 시간에 따라 배터리(22)의 전압을 측정하고, 전압이 임계 전압 아래로 떨어질 때를 결정함으로써 검출될 수 있다. 임계 전압은 배터리의 유형과 특정 셀의 화학물질에 따라 변할 것이다. 그러나, 일례로서, 리튬 이온 배터리의 경우, 3.0V는 배터리가 방전된 것으로 간주되는 일반적인 전압일 수 있으며, 2.8V는 그 이하 전압에서 배터리에 결함이 있는 것으로 간주되는 일반적인 임계값일 수 있고, 2.5V는 배터리에 복구될 수 없는 내부 셀 손상이 있는 일반적인 전압일 수 있다. 이러한 내부 손상은 종종 구리(박) 용해라고 한다.
결함 상태는 또한 배터리(22)의 온도를 모니터링함으로써 결정될 수 있다. 온도 센서(27)는 배터리의 온도를 측정하는 데 사용될 수 있다. 배터리가 비정상적으로 동작하면 온도가 높을 수 있다. 따라서, 온도가 임계 온도를 초과하는 것으로 검출되면 배터리(22)에 결함이 있는 것으로 결정될 수 있다. 다시, 임계 온도는 배터리의 유형과 셀의 화학물질에 따라 변할 것이다.
결함을 검출하는 것의 추가 예는 배터리 용량 손실을 검출하는 것을 포함할 수 있다. 용량 손실(또는 용량 페이딩)은 충전식 배터리 사용 동안 관찰되는 현상으로서, 정격 전압에서 배터리가 전달할 수 있는 충전량이 사용에 따라 감소하는 현상이다. 예를 들어, 배터리 용량 페이딩이 약 60% 내지 70%를 초과하면 배터리는 너무 노후화/손상된 것으로 간주되어 결함이 있는 것으로 간주될 수 있다.
이 경우에, 전기 시스템(20)은 에어로졸 생성 디바이스 내에 위치되고, 방전 동작은 배터리(22)가 가열 요소(32)에 전력을 제공하는 에어로졸 생성 동작(또는 베이핑 동작)을 지칭한다. 그러나, 당업자라면 전기 시스템(20)이 대안적인 디바이스 내에서 사용될 수 있고, 가열 요소(32)는 다른 전기 구성요소로 대체될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
제어 회로부(24)는 배터리(22)의 동작 상태에서 결함이 검출될 때 제어 회로부(23)의 데이터 저장 부분(25)에 플래그를 설정하도록 구성된다. 데이터 저장 부분(25)은 휘발성 또는 비휘발성 메모리를 포함하거나 또는 장기 저장 매체를 포함할 수 있다. 플래그는 결함이 검출되었고 배터리(22)가 동작 상태에 있지 않다는 표시를 제공한다.
이 예에서, 플래그는 MCU(24)의 EEPROM(전기적으로 소거 가능 프로그래밍 가능 판독 전용 메모리)에 설정된 상태 레지스터의 일 형태이며, MCU(24)에 의해 수행되는 계산 상태를 기록한다. 일반적으로, 플래그는 EEPROM에서 1비트 데이터로 정해지지만; 비트 수는 검출된 결함의 특정 유형을 나타내기 위해 증가될 수 있다.
제어 회로부(24)는 또한 배터리(22)에서 결함이 검출될 때 스위치(34)를 개방하여 가열 요소(32)로 전기의 공급을 차단하고 에어로졸 생성 디바이스의 안전성을 향상시키도록 구성될 수 있다.
일례에서, 전기 시스템(20)은 제어 회로부(24)에 전압 정보를 제공하도록 구성된 전기 시스템(20)에 제어 회로부(24)를 연결하는 데이터 라인을 추가로 포함할 수 있다.
배터리(22)를 충전하기 위해, 에어로졸 생성 디바이스의 전기 시스템(20)은 USB 연결부(28)에 의해 외부 전력 공급원에 연결될 수 있다. 전압 조정기(30)는 USB 연결부(28)로부터 전력을 수신하고, 제2 전기 경로(38)를 따라 전기를 공급하는 것에 의해 제어 회로부(24)를 깨우는 데 사용되는 CC(정전류) 출력을 생성한다. 배터리(22)가 제2 전기 경로(38)와 분리된 제1 전기 경로(36)에 의해 USB 연결부(28)에 연결되기 때문에, 제어 회로부(24)는 배터리(22)를 충전하지 않고도 전력을 공급받을 수 있다.
외부 전력 공급원에 연결될 때 전압 조정기(30)에 의해 전력을 공급받는 것에 응답하여, 제어 회로부(22)는 플래그를 점검하도록 구성된다. 플래그가 존재하면, 제어 회로부(24)는 배터리(22)의 충전을 허용하지 않을 것이다. 플래그가 소거되거나 존재하지 않으면, 제어 회로부(24)는 배터리(22)의 충전을 허용할 것이다.
배터리(22)의 충전을 허용하는 것은 배터리 충전 회로부(26)에 신호를 보내는 것을 포함하고, 여기서 신호는 배터리(22)의 충전이 허용됨을 나타낸다. 배터리 충전 회로부(26)는 충전 허용 신호가 제어 회로부(24)로부터 수신된 경우에만 배터리(22)를 충전하도록 구성된다. 배터리(22)의 충전은 제1 전기 경로(36)를 따라 배터리(22)에 전력을 공급하는 것을 포함한다. 배터리 충전 회로부(26)는 신호가 수신되지 않은 경우 배터리(22)를 충전하지 않는다. 따라서, 이러한 구성은 배터리(22)에 검출된 결함이 있는 경우 충전 공정을 시작하지 않는 것을 보장함으로써 에어로졸 생성 디바이스의 안전성을 향상시킬 수 있다. 이러한 동작 방법은 배터리(22)를 충전하지 않고도 제어 회로부(24)가 플래그를 점검하기 위해 전력을 공급받을 수 있도록 배터리(22)와 제어 회로부(24) 각각을 위한 별개의 전기 경로(36, 38)에 의해 해결된다.
이 예에서, 배터리 충전 회로부(26)는 배터리 충전기 IC(집적 회로)이다.
다른 일반적인 목적을 위해, 제어 회로부(24)는 전기 시스템(20)이 USB 연결부(28)를 통해 외부 전력원에 연결될 때 배터리(22)로부터 가열 요소(32)로의 전력 공급을 스위치오프하도록 구성될 수 있다. 이것은 스위치(34)를 개방함으로써 달성될 수 있다. 더욱이, 제어 회로부(24)는 배터리(22)가 교체된 것을 제어 회로부(24)가 검출하면 플래그를 소거하도록 구성될 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시형태에서 에어로졸 생성 디바이스의 전기 시스템(20)을 동작시키는 방법을 도시한다.
도 4를 참조하면, 방법은 에어로졸 생성 디바이스가 베이핑 또는 에어로졸 생성 동작 모드에 들어갈 때 단계(40)에서 시작한다. 베이핑 동작 모드 동안, 배터리(22)는 가열 요소(32)에 전력을 공급하기 위한 전력원으로 사용된다. 배터리는 또한 제어 회로부(24)에 전력을 공급하기 위해 제3 전기 경로(39)를 따라 전기를 공급한다.
단계(42)에서, 제어 회로부(24)는 배터리(22)의 상태를 모니터링한다. 예를 들어, 제어 회로부(24)는 과방전 상태를 검출하기 위해 시간에 따라 배터리(22)의 전압을 모니터링할 수 있다. 결함이 검출되지 않는 경우 모니터링 및 베이핑 동작이 계속된다.
결함이 검출되면, 스위치(34)가 개방되고 배터리(22)로부터 가열 요소(32)로의 전력 공급이 중단되어 에어로졸 생성 디바이스의 베이핑 동작이 종료된다. 또한, 단계(46)에서, 제어 회로부(24)는 배터리(22)가 동작 상태에 있지 않음을 나타내는 플래그를 제어 회로부(24)에 설정한다.
도 5를 참조하면, 방법은 에어로졸 생성 디바이스가 에어로졸 생성 디바이스 내 배터리(22)를 충전할 의도로 USB 연결부(28)에 의해 외부 전력 공급원에 연결될 때 단계(48)에서 계속된다.
외부 전력 공급원에 연결되면, 단계(50)에서, CC 출력이 전압 조정기(30)에 의해 생성되고, 제2 전기 경로(38)를 따라 제어 회로부(24)에 공급된다. 제1 전기 경로(36)와 제2 전기 경로(38)는 별개의 전도 경로를 포함하기 때문에, 배터리(22)에 전력을 공급하지 않고 제어 회로부(24)는 깨어나고 전력을 공급받을 수 있다.
단계(52)에서, 제어 회로부(24)가 깨어났을 때, 제어 회로부(24)는 플래그를 점검한다.
플래그가 소거되거나 존재하지 않는 경우, 방법은 단계(54)에서 계속되고 배터리(22)의 충전이 허용된다. 단계(56)에서, 제어 회로부(24)는 배터리(22)의 충전이 허용됨을 나타내는 신호를 배터리 충전 회로부(26)에 보낸다. 단계(58)에서, 충전이 허용됨을 나타내는 신호를 배터리 충전 회로부(26)가 수신할 때, 배터리 충전 회로부(26)는 제1 전기 경로(36)를 따라 전력을 공급함으로써 배터리(22)의 충전을 진행한다.
대안적으로, 단계(52)에서 플래그가 소거되지 않은 경우, 방법은 단계(60)에서 계속되고 배터리의 충전이 허용되지 않는다(60).
도 6은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 전기 시스템(70)을 도시한다. 전기 시스템(70)은 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명된 것에 대응하는 특징부들을 포함하고, 아래에서 설명된 특정 조건 하에서 실질적으로 도 4 및 도 5의 방법에 따라 동작하도록 구성된다. 그러나, 참조의 편의를 위해 이전에 설명된 연결부 및 특징부의 일부는 도 6에서 생략되었다. 그럼에도 불구하고, 당업자라면 가열 요소(32)와 같은 생략된 특징부가 이 실시형태의 추가 특징부와 함께 사용될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
전기 시스템(70)은 배터리(22)의 충전을 디스에이블하기 위한 퓨즈(72)를 추가로 포함한다는 점에서 전기 시스템(70)은 이전의 실시형태와 상이하다. 퓨즈(72)는 배터리(22)의 충전을 디스에이블하기 위해 제어 회로부(24)에 설정될 수 있는 이전에 설명한 플래그에 더하여 존재한다. 즉, 전기 시스템(70)은 배터리(22)에서 결함이 검출될 때 배터리(22)의 충전을 디스에이블하기 위한 하드웨어 및 소프트웨어 수단을 모두 이용한다.
특히, 이전에 설명한 플래그 메커니즘은 (잠재적으로) 복구 가능한 것으로 간주되는 배터리 상태에 의해 야기된 결함이 배터리(22)에서 검출될 때 배터리(22)의 충전을 방지하기 위한 제1 보호 레벨을 제공한다. 퓨즈(72)는 복구 가능하지 않은 것으로 간주되는 배터리 상태에 의해 야기된 결함이 배터리(22)에서 검출될 때 배터리(22)의 충전을 방지하기 위한 제2 보호 레벨을 제공한다.
복구 불가능한 것으로 간주될 수 있는 배터리(22) 손상의 예로는 내부 단락을 포함한다. 예를 들어, 이전에 논의된 바와 같이 단락은 배터리(22)가 배터리(22)의 내부 열화로 이어지는 과방전 상태로 들어간 결과일 수 있다. 이것은 시간에 따라 배터리(22)의 전압을 측정하고, 전압이 임계 전압 아래로 떨어질 때를 결정함으로써 검출될 수 있다. 영구적이고 복구 불가능한 손상을 나타내는 다른 표시는 충전 공정 동안 전압 강하를 검출하는 것이다. 이러한 전압 강하는 배터리(22)에 내부 단락이 있음을 나타낸다.
한편, 복구 가능한 것으로 간주될 수 있는 배터리(22) 손상의 예로는 리튬 도금으로 인한 용량 손실이 있다. 리튬 도금은 격렬하거나 최적이 아닌 충전 조건에서 발생한다. 이러한 용량 손실은 소정의 시간 기간, 예를 들어, 며칠 동안, 배터리(22)의 동작을 방지하거나, 하나 이상의 충전 사이클을 수행하고 시간에 따라 용량의 변화를 모니터링함으로써 복구될 수 있다. 그러나, 일부 상황에서는, 리튬 도금으로 인한 용량 손실은 예를 들어 내부 손상이 너무 심한 경우 복구 가능하지 않을 수 있다.
본 발명의 이 실시형태에서, 배터리(22)의 복구 불가능한 결함 상태가 검출되면, 예를 들어, 충전 동안 전압 강하를 검출하거나 또는 배터리(22)가 과방전 상태에 들어간 것을 검출하면, 배터리(22)의 충전이 영구적으로 디스에이블되도록 제어 회로부(24)에 의해 퓨즈(72)가 활성화된다.
그렇지 않은 경우, 복구 불가능한 것으로 간주되지 않는 배터리(22)의 결함 상태가 검출되는 경우, 예를 들어, 용량 손실이 임계값을 초과하는, 배터리(22)의 용량 손실이 검출되는 경우, 전기 시스템(70)은 이전에 설명한 실시형태에 따라 동작한다. 즉, 배터리(22)가 동작 상태에 있지 않음을 나타내는 플래그가 설정되어 플래그가 존재하는 동안 배터리(22)의 충전을 방지한다.
그러나, 소정의 시간 기간이 경과한 후에도 결함 상태가 여전히 존재하는 것으로 검출되면 배터리(22)의 손상은 복구 불가능한 것으로 간주될 수 있다. 이 경우에, 배터리(22)의 충전이 영구적으로 디스에이블되도록 제어 회로부(24)에 의해 퓨즈(72)가 활성화된다. 예를 들어, 임계 시간 기간이 경과한 후 배터리(22)의 용량이 임계 용량 미만, 예를 들어, 공칭 용량의 50% 내지 40% 미만으로 유지되는 경우 퓨즈(72)가 활성화될 수 있다. 제어 회로부(24)는 경과 시간을 모니터링하도록 구성된 타이머를 포함할 수 있고, 또는 대안적으로 또는 추가적으로, 제어 회로부(24)는 배터리(22)의 전압 변화를 모니터링함으로써 경과 시간을 추정할 수 있다.
당업자라면 이해하는 바와 같이, 퓨즈(72)는 전류가 미리 결정된 레벨을 초과하는 경우 파괴되도록 구성된 물리적 구성요소이다. 예를 들어, 퓨즈(72)는 미리 결정된 전류 레벨 초과에서 용융되도록 구성된 와이어 스트립으로 구성될 수 있다. 특히, 퓨즈(72)는 도 6에 도시된 바와 같이 중심 부분이 더 좁은 구리 트랙을 포함할 수 있다.
도 6에 도시된 전기 회로(70)의 특정 구현예에서, 전기 시스템(70)은 I/O 라인(74), 트랜지스터(76)(예를 들어, NPN 트랜지스터), 인에이블 라인(78), 저항기(80), 및 양의 공급 전압(Vcc)을 포함한다. I/O 라인(74)은 제어 회로부(24)로부터 트랜지스터(74)로 연장된다. 제1 양의 공급 전압(Vcc)은 제1 저항기(80)를 통해 I/O 라인(74)에 연결된다. 트랜지스터(76)는 퓨즈(72)와 제2 양의 공급 전압(Vcc)에 연결된다. 퓨즈(72)는 인에이블 라인(78)을 통해 충전 회로부(26)에 연결된다. 제3 양의 공급 전압(VCC)은 제2 저항기(80)를 통해 인에이블 라인(78)에 연결된다.
복구 불가능한 것으로 간주되는 결함이 배터리(22)에서 검출되거나, 또는 플래그가 설정된 후 임계 시간 기간이 경과한 경우, 제어 회로부(24)는 최대 전류가 퓨즈(72)를 통해 흐르도록 트랜지스터를 "ON"으로 턴온시키기 위해 I/O 라인(74)을 따라 신호를 보내도록 구성된다. 이러한 방식으로, 퓨즈(72)가 끊어지고(즉, 활성화되고), 퓨즈(72)의 일부를 통해 트랜지스터(76)에 연결된 인에이블 라인(78)은 충전 회로부(26)에 제어 신호를 제공(예를 들어, 높음으로 설정)하고, 충전 회로부는 배터리(22)의 충전을 영구적으로 디스에이블한다.
물론, 당업자라면 도 6에 도시된 퓨즈(72)를 포함하는 전기 시스템(70)의 특정 구성은 예시적인 구성이고, 청구범위에 속하는 다양한 변형이 전기 시스템(70)에 이루어질 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (15)

  1. 전기 시스템을 포함하는 에어로졸 생성 디바이스로서, 상기 전기 시스템은,
    배터리; 및
    제어 회로부를 포함하고, 상기 제어 회로부는 상기 배터리의 방전 동작 동안 상기 배터리의 상태를 모니터링하고, 상기 배터리의 결함이 검출되면 플래그를 설정하도록 구성되고, 상기 플래그는 상기 배터리가 동작 상태에 있지 않음을 나타내고,
    상기 제어 회로부는 상기 전기 시스템이 외부 전력 공급원에 연결될 때 상기 플래그를 점검하도록 구성되고,
    상기 제어 회로부는 상기 플래그에 기초하여 상기 배터리의 충전을 허용하도록 구성되고,
    상기 배터리와 상기 제어 회로부는 전력이 상기 배터리와 상기 제어 회로부에 독립적으로 공급될 수 있도록 제1 전기 경로와 제2 전기 경로를 통해 상기 외부 전력 공급원에 각각 연결될 수 있고,
    상기 전기 시스템은 상기 배터리를 충전하지 않고 상기 플래그를 점검할 수 있도록 상기 전기 시스템이 상기 외부 전력 공급원에 연결될 때 상기 제2 전기 경로를 통해 상기 외부 전력 공급원으로부터 상기 제어 회로부에 전력을 공급하도록 구성된, 에어로졸 생성 디바이스.
  2. 제1항에 있어서, 배터리 충전기 회로부를 추가로 포함하고, 상기 제어 회로부는 상기 플래그에 기초하여 상기 배터리 충전기 회로부에 신호를 보내도록 구성되고, 상기 신호는 충전이 허용됨을 나타내고,
    상기 배터리 충전기 회로부는 충전이 허용됨을 나타내는 신호가 상기 제어 회로부로부터 수신될 때 상기 배터리를 충전하도록 구성된, 에어로졸 생성 디바이스.
  3. 제2항에 있어서, 상기 배터리를 충전하는 것은 상기 제1 전기 경로를 따라 상기 배터리에 전력을 공급하는 것을 포함하는, 에어로졸 생성 디바이스.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 회로부는 상기 배터리가 교체된 것을 검출할 때 상기 플래그를 수정하도록 구성된, 에어로졸 생성 디바이스.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 시스템은 상기 전기 시스템이 상기 외부 전력 공급원에 연결되지 않을 때 상기 배터리로부터 상기 제어 회로부에 전력을 공급하도록 구성된, 에어로졸 생성 디바이스.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 시스템은 가열 요소를 추가로 포함하고, 상기 제어 회로부는 상기 배터리에서 결함이 검출될 때 상기 배터리로부터 상기 가열 요소로의 전력 공급을 스위치오프하도록 구성된, 에어로졸 생성 디바이스.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제어 회로부는 상기 전기 시스템이 상기 외부 전력 공급원에 연결될 때 상기 배터리로부터 상기 가열 요소로의 전력 공급을 스위치오프하도록 구성된, 에어로졸 생성 디바이스.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전기 시스템은 퓨즈를 추가로 포함하고, 상기 제어 회로부는 상기 배터리에서 검출된 결함이 복구 불가능한 것으로 간주될 때 상기 퓨즈를 활성화하도록 구성되고, 상기 퓨즈가 활성화되면 상기 배터리의 충전이 비가역적으로 디스에이블되는, 에어로졸 생성 디바이스.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제어 회로부는 상기 플래그가 설정된 이후 임계 시간 시간이 경과하고 상기 배터리의 결함이 여전히 존재하는 것으로 검출되면 상기 퓨즈를 활성화하도록 더 구성된, 에어로졸 생성 디바이스.
  10. 전기 시스템을 포함하는 에어로졸 생성 디바이스를 동작시키는 방법으로서,
    배터리의 방전 동작 동안 제어 회로부를 사용하여 상기 전기 시스템의 배터리 상태를 모니터링하는 단계;
    상기 배터리의 결함을 검출한 것에 응답하여 상기 배터리가 동작 상태에 있지 않음을 나타내는 플래그를 설정하는 단계;
    상기 배터리와 상기 제어 회로부는 전력이 상기 제어 회로부와 상기 배터리에 독립적으로 공급될 수 있도록 제1 전기 경로와 제2 전기 경로에 의해 외부 전력 공급원에 각각 연결될 수 있고;
    상기 전기 시스템이 상기 외부 전력 공급원에 연결된 것을 검출한 것에 응답하여 상기 배터리를 충전하지 않고 상기 플래그를 점검하기 위해 상기 외부 전력 공급원으로부터 상기 제2 전기 경로를 통해 상기 제어 회로부에 전력을 공급하는 단계; 및
    상기 플래그에 기초하여 상기 배터리의 충전을 허용하는 단계
    를 포함하는, 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 충전이 허용됨을 나타내는 신호를 상기 제어 회로부로부터 배터리 충전기 회로부로 보내는 단계; 및
    상기 충전이 허용됨을 나타내는 신호를 수신한 것에 응답하여 상기 배터리를 충전하는 단계
    를 추가로 포함하는, 방법.
  12. 제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 배터리가 교체된 것을 검출하면 상기 플래그를 소거하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 시스템이 상기 외부 전력 공급원에 연결되어 있지 않을 때 상기 배터리로부터 상기 제어 회로부에 전력을 공급하는 단계를 추가로 포함하는, 방법.
  14. 제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배터리의 결함이 복구 불가능한 것으로 간주될 때 상기 제어 회로부를 사용하여 상기 전기 시스템의 퓨즈를 활성화하는 단계를 추가로 포함하고, 상기 퓨즈가 활성화되면 상기 배터리의 충전이 비가역적으로 디스에이블되는, 방법.
  15. 실행 가능 명령어를 포함하는 비일시적 컴퓨터 판독 가능 메모리 매체로서, 상기 명령어는, 전기 시스템을 포함하는 에어로졸 생성 디바이스의 컴퓨터 또는 프로세서에서 실행될 때, 상기 컴퓨터 또는 프로세서로 하여금,
    상기 배터리의 방전 동작 동안 제어 회로부를 사용하여 상기 전기 시스템의 배터리 상태를 모니터링하는 단계;
    상기 배터리의 결함을 검출한 것에 응답하여 상기 배터리가 동작 상태에 있지 않음을 나타내는 플래그를 설정하는 단계;
    상기 배터리와 상기 제어 회로부는 전력이 상기 제어 회로부와 상기 배터리에 독립적으로 공급될 수 있도록 제1 전기 경로와 제2 전기 경로에 의해 외부 전력 공급원에 각각 연결될 수 있고;
    상기 전기 시스템이 상기 외부 전력 공급원에 연결된 것을 검출한 것에 응답하여 상기 배터리를 충전하지 않고 상기 플래그를 점검하기 위해 상기 외부 전력 공급원으로부터 상기 제2 전기 경로를 통해 상기 제어 회로부에 전력을 공급하는 단계; 및
    상기 플래그에 기초하여 상기 배터리의 충전을 허용하는 단계
    를 수행하게 하는, 비일시적 컴퓨터 판독 가능 메모리 매체.
KR1020227036455A 2020-04-22 2021-04-13 에어로졸 생성 디바이스를 위한 전기 시스템 KR20230004517A (ko)

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