KR20230086798A - 배터리 동력식 에어로졸 발생 장치용 전력 관리 방법 및 시스템 - Google Patents

배터리 동력식 에어로졸 발생 장치용 전력 관리 방법 및 시스템 Download PDF

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자큐에스 로버트
미셸 베산트
리카르도 리바 레기오리
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필립모리스 프로덕츠 에스.에이.
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Abstract

에어로졸 발생 장치(1)의 에어로졸 발생 요소(4)에 공급되는 전력을 제어하기 위한 방법으로서, 에어로졸 발생 장치(1)는 에어로졸 발생 요소(4), 제어부(3), 및 에어로졸 발생 요소 및 제어부에 전력을 전달하기 위한 배터리(2)를 포함하고, 제어부는 배터리로부터 에어로졸 발생 요소까지 공급되는 전력의 듀티 사이클(DC)을 조절하도록 구성되며, 상기 방법은: 측정부(25)를 사용하여, 배터리(2)의 적어도 하나의 제1 특성(Tbat)을 측정하는 단계로서, 적어도 하나의 제1 특성(Tbat)은 배터리의 온도(Tbat)를 포함하는 것인 단계; 및 측정된 적어도 하나의 배터리 특성(Tbat)에 기초하여 듀티 사이클(DC)의 값을 출력하는 소정의 규칙에 기초하여, 제어부(3)를 사용하여 듀티 사이클(DC)의 값을 조절하는 단계를 포함하는 방법을 제공한다. 이러한 방식으로 배터리로부터 공급되는 전류의 듀티 사이클을 가능한 한 높은 듀티 사이클로 제어함으로써, 제어부에서의 전압을 최소 작동 전압에서 또는 최소 작동 전압을 초과하여 유지하면서 사용될 수 있다.

Description

배터리 동력식 에어로졸 발생 장치용 전력 관리 방법 및 시스템{POWER MANAGEMENT METHOD AND SYSTEM FOR A BATTERY POWERED AEROSOL-GENERATING DEVICE}
본 발명은 배터리 동력식 에어로졸 발생 장치에 관한 것으로서, 구체적으로는 상이한 작동 조건 하에서 장치의 신뢰성을 향상시키는 에어로졸 발생 요소에 대한 전력 공급을 제어하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
전형적으로, 배터리 동력식 에어로졸 발생 장치는 배터리에 연결된 저항 가열체와 같은 에어로졸 발생 요소를 포함한다.
에어로졸 발생 장치가 최초로 활성화될 때, 장치가 에어로졸을 전달하는 데 걸리는 시간을 최소화하는 것이 바람직하다. 특히, 흡입용 에어로졸을 발생시키는 장치에 대해서는, 최초 퍼프 전달까지 걸리는 시간이 너무 길면 사용자는 불만을 가지게 될 것이다. 저항성 히터를 사용하는 장치에서, 이는 히터의 온도를 가능한 한 빨리 상승시켜야 함을 의미한다.
그러나, 처음부터 에어로졸 발생 요소까지 최대 전력을 간단하게 전달하는 것은 잠재적인 어려움이 있다. 에어로졸 발생 장치는 통상적으로 정확하게 작동하기 위한 최소 전압을 필요로 하는 마이크로컨트롤러 유닛(MCU) 및 다양한 전자 부품을 포함한다. 이 전압 아래에서는, 정확한 작동을 보장할 수 없다. 이는 MCU에 있어 특히 그러하다. 그러나, 특히 배터리가 차가울 때 배터리로부터 최대 전력을 전달하면 MCU에 전압 부족이 발생할 수 있다.
배터리로부터 고전류를 인출하면 배터리의 출력 전압이 감소한다는 것은 잘 알려져 있다. 이는 배터리의 내부 저항으로 인한 것이다. 저온에서는 배터리의 내부 저항이 더 높아서 최대 방전 전류가 제한된다는 것도 알려져 있다. 또한, 배터리 출력 전압은 임의의 주어진 배터리 출력 전류에 대해 저온에서 더 낮다. 에어로졸 발생 요소가 양의 온도 카운트를 갖는 저항성 히터인 경우, 히터의 저항은 활성화 전에 최저 상태에 있다가 온도와 함께 증가하여, 배터리의 내부 저항에 따라 강하되는 더 큰 전압을 생성하게 된다.
이러한 이유로, 배터리로부터의 출력 전압이 MCU에 필요한 최소 전압 미만으로 강하하기 때문에, 가능하게는, 처음부터 최대 전력을 인가하게 되면 장치의 작동이 멈출 수 있다.
MCU의 정확한 작동을 보장하는 최소 임계 전압을 초과하여 배터리 출력 전압이 유지되는 것을 보장하면서, 배터리로부터 최대 전력을 출력시켜 장치를 최단 시간 내에 완전히 작동시킬 수 있게 하는 것이 바람직할 것이다.
에어로졸 발생 장치의 작동을 조절하기 위해, 배터리는 에어로졸 발생 요소에 인가된 전류 및 전압의 듀티 사이클이 가변될 수 있도록 에어로졸 발생 요소에 동적으로 연결될 수 있다.
제1 양태에서, 에어로졸 발생 장치의 에어로졸 발생 요소에 공급되는 전력을 제어하기 위한 방법이 제공되는데, 에어로졸 발생 장치는 에어로졸 발생 요소, 제어부, 및 에어로졸 발생 요소 및 제어부에 전력을 전달하기 위한 배터리를 포함하고, 제어부는 배터리로부터 에어로졸 발생 요소까지 공급되는 전류의 듀티 사이클을 조절하도록 구성되며, 상기 방법은:
측정부를 사용하여 배터리의 적어도 하나의 제1 특성을 측정하는 단계; 및
측정된 적어도 하나의 배터리 특성에 기초하여 듀티 사이클의 값을 출력하는 소정의 규칙에 기초하여, 제어부를 사용하여 듀티 사이클의 값을 조절하는 단계를 포함한다.
이러한 방식으로 배터리로부터 공급되는 전류의 듀티 사이클을 제어함으로써, 제어부에서의 전압을 최소 작동 전압 이상으로 유지하면서 가능한 한 높은 듀티 사이클을 사용할 수 있다. 소정의 규칙은 제어부에서의 전압이 임계 전압을 초과하는 것을 보장하도록 선택될 수 있다.
배터리의 적어도 하나의 제1 특성은 배터리의 온도를 포함할 수 있다. 배터리의 출력 전압은 온도에 의해 영향을 받는데, 이는 배터리의 내부 저항이 온도에 의해 영향을 받기 때문이다. 서미스터 또는 다른 전용 온도 센서가 배터리의 온도 측정값을 얻기 위해 사용될 수 있다. 대안적으로, 적어도 하나의 배터리 특성은 배터리 사용량의 측정치, 예를 들어 배터리가 완료한 충방전 사이클 카운트를 포함할 수 있다. 충방전 사이클 카운트는 에어로졸 발생 장치 내의 메모리에 기록되고 저장될 수 있다. 대안적으로, 적어도 하나의 배터리 특성은 배터리의 내부 저항 또는 배터리의 임피던스를 포함할 수 있다. 배터리의 내부 저항은 WO2014/029880에 기술된 방법과 같은 잘 알려진 기술을 사용하여 측정될 수 있고, 배터리 임피던스 측정은 배터리 내로 적은 AC 전류를 배터리에 주입하는 단계 및 연관된 AC 전압을 측정하는 단계에 의해 수행될 수 있다.
유리하게는, 측정하는 단계 및 조절하는 단계가 주기적으로 수행된다. 배터리가 방전되면, 내부 저항으로 인해 발생한 열의 일부가 방열된다. 이는 내부 저항을 감소시킬 수 있다. 배터리의 내부 저항을 감소시키기 위해 주기적으로, 예를 들어 0.5 초마다 듀티 사이클이 조절될 수 있다. 이러한 방식으로, 듀티 사이클은 낮은 수준에서 시작될 수 있고, 제어부가 충분한 전압을 공급받는 것을 보장하면서 점진적으로 증가될 수 있다.
유리하게는, 소정의 규칙은 배터리의 적어도 하나의 특성과 관련된 값의 복수의 간격을 정의하되, 각각의 간격은 각각의 듀티 사이클 값과 연관되고, 듀티 사이클 값을 조절하는 단계는 적어도 하나의 배터리 특성의 측정 값을 포함하는 간격과 연관된 듀티 사이클 값을 출력하는 단계를 포함한다. 배터리의 적어도 하나의 특성과 관련된 값의 간격은 순차적일 수 있다. 배터리의 적어도 하나의 특성과 관련된 값의 간격은 중첩되지 않을 수 있다.
예를 들어, 일 구현예에서, 배터리의 적어도 하나의 특성은 온도이며, 소정의 규칙은 다음의 간격 및 연관된 듀티 사이클 값을 포함한다:
1/ 배터리 온도가 -10℃ 내지 -5℃인 경우, 10%의 듀티 사이클 값을 사용함;
2/ 배터리 온도가 -5℃ 내지 0℃인 경우, 20%의 듀티 사이클 값을 사용함;
3/ 배터리 온도가 0℃ 내지 5℃인 경우, 30%의 듀티 사이클 값을 사용함;
4/ 배터리 온도가 5℃ 내지 10℃인 경우, 40%의 듀티 사이클 값을 사용함;
5/ 배터리 온도가 10℃ 내지 15℃인 경우, 50%의 듀티 사이클 값을 사용함;
6/ 배터리 온도가 15℃ 내지 20℃인 경우, 60%의 듀티 사이클 값을 사용함;
7/ 배터리 온도가 20℃를 초과하는 경우, 임의의 원하는 듀티 사이클을 사용함.
핸드헬드 장치를 사용하게 되면, 배터리 내에서 내부적으로 발생된 열과 장치 내의 하나 이상의 히터에 의해 발생된 열, 및 장치를 파지하고 체열을 배터리에 전달하는 사용자로부터의 열 때문에 배터리의 온도는 사용하는 동안 상승할 것으로 예상할 수 있다.
상기 방법은 에어로졸 발생 장치의 적어도 하나의 제2 특성을 측정하고 소정의 부규칙 및 에어로졸 발생 장치의 적어도 하나의 제2 특성의 측정 값에 기초하여 듀티 사이클의 값을 선택하는 단계를 추가로 포함할 수 있되, 소정의 부규칙은 배터리의 측정된 적어도 하나의 제1 특성에 기초하여 소정의 부규칙들로 이루어진 군으로부터 선택된다.
적어도 하나의 제2 특성을 측정하는 단계 및 듀티 사이클의 값을 선택하는 단계는 주기적으로 수행될 수 있다. 듀티 사이클은 에어로졸 발생 요소의 제2 특성의 변화하는 값을 처리하도록 주기적으로, 예를 들어 0.5초마다 조절될 수 있다. 이러한 방식으로, 듀티 사이클은 낮은 수준에서 시작될 수 있고, 제어부가 충분한 전압을 공급받는 것을 보장하면서 점진적으로 증가될 수 있다.
에어로졸 발생 장치의 적어도 하나의 제2 특성은 에어로졸 발생 요소의 전기 저항을 포함할 수 있다. 에어로졸 발생 요소의 전기 저항은 온도 의존적일 수 있으므로, 사용하는 동안 변할 수 있다. 에어로졸 발생 요소는 저항성 히터일 수 있다. 에어로졸 발생 장치의 적어도 하나의 제2 특성은 저항성 히터의 온도를 포함할 수 있다. 저항성 히터의 전기 저항은 저항성 히터의 온도에 따라 달라질 수 있다. 저항성 히터의 성분에 따라, 저항성 히터가 발열할 때, 예를 들어 전기 저항이 증가할 수 있고, 이는 배터리의 내부 저항에 걸리는 전압 강하를 감소시켜 보다 큰 듀티 사이클이 사용되게 할 수 있다.
적어도 하나의 제2 특성은 배터리의 제1 특성과 상이하다. 적어도 하나의 제2 특성은 배터리 사용 기간(age)의 측정 값, 예컨대 배터리가 완료한 충방전 사이클 카운트의 측정 값을 포함할 수 있다. 충방전 사이클의 카운트는 에어로졸 발생 장치 내의 메모리에 기록되고 저장될 수 있다. 대안적으로, 적어도 하나의 제2 특성은 배터리의 내부 저항 또는 배터리의 임피던스를 포함할 수 있다. 대안적으로, 배터리의 온도가 배터리의 제1 특성으로서 사용되지 않는 경우, 배터리의 온도는 적어도 하나의 제2 특성으로서 사용될 수 있다.
적어도 하나의 제2 특성을 측정하는 단계 및 듀티 사이클의 값을 선택하는 단계는 적어도 하나의 제2 특성이 목표 값에 도달할 때까지 주기적으로 수행될 수 있다. 저항성 히터의 예에서, 히터가 원하는 에어로졸의 생산을 위한 목표 온도 또는 목표 온도 범위에 도달하되 그 목표치를 초과하지 않는 것이 바람직할 수 있다. 목표 온도에 도달할 경우, 히터에 공급되는 전류의 듀티 사이클을 최대화하는 것보다는 온도를 유지하는 것이 바람직하다. 히터의 온도를 조절하기 위한 목적으로 가변 듀티 사이클이 사용될 수 있다. 듀티 사이클이 높을수록, 배터리에 의해 가열체에 전달되는 평균 전류가 높아지고, 따라서 가열체의 온도가 높아진다. 물론, 듀티 사이클을 감소시키는 것은 반대로, 예를 들어, 히터의 온도를 감소시킬 수 있다.
상기 방법은 장치의 활성화 이후의 시간을 모니터링하는 단계, 및 목표 온도에 소정의 시간 이내에 도달하지 않으면 장치를 비활성화 또는 불능화시키는 단계를 포함할 수 있다.
소정의 부규칙은 에어로졸 발생 장치의 적어도 제2 특성에 관련된 값의 복수의 간격을 정의할 수 있으며, 각각의 간격은 각각의 듀티 사이클 값과 연관된다. 제어부를 사용하여 듀티 사이클의 값을 조절하는 단계는 에어로졸 발생 장치의 적어도 하나의 제2 특성의 측정된 값을 포함하는 간격을 선택하는 단계를 포함할 수 있다. 에어로졸 발생 장치의 적어도 제2 특성에 관한 값의 간격은 순차적일 수 있다. 에어로졸 발생 장치의 적어도 제2 특성에 관한 값의 간격은 중첩되지 않을 수 있다.
예를 들어, 배터리의 제1 특성이 배터리 온도이고 에어로졸 발생 장치의 제2 특성이 가열체의 저항이며, 배터리 온도가 위에 주어진 예에서 제2 범위에 속하는 -2℃로 결정되는 경우, 그 온도 범위에 대한 부규칙은 다음과 같을 수 있다:
2.1/ 가열체 저항이 0.8 내지 1 ohm인 경우, 20%의 듀티 사이클을 사용함;
2.2/ 가열체 저항이 1 내지 1.2 ohm인 경우, 30%의 듀티 사이클을 사용함;
2.3/ 가열체 저항이 1.2 내지 1.4 ohm인 경우, 40%의 듀티 사이클을 사용함;
2.4/ 가열체 저항이 1.4 내지 1.6 ohm인 경우, 50%의 듀티 사이클을 사용함;
2.5/ 가열체 저항이 1.6 내지 1.8 ohm인 경우, 60%의 듀티 사이클을 사용함;
2.6/ 가열체 저항이 1.8 ohm을 초과하는 경우, 임의의 원하는 듀티 사이클을 사용함.
소정의 규칙에 있어서, 배터리의 적어도 하나의 특성과 관련된 값의 각 간격에 대하여, 상이한 부규칙이 있을 수 있다.
상기 방법은 추가로 측정된 특성에 기초하여 부규칙의 추가 수준을 사용할 수 있다. 특히, 상기 방법은, 배터리 또는 에어로졸 발생 장치의 제3 특성을 측정하고, 소정의 부부규칙 및 에어로졸 발생 장치 또는 배터리의 적어도 하나의 제3 특성의 측정 값에 기초하여 듀티 사이클의 값을 선택하는 단계를 추가로 포함할 수 있으며, 소정의 부부규칙은, 소정의 부규칙에 기초한 소정의 부부규칙, 배터리의 측정된 제2 특성 및 측정된 적어도 하나의 제1 특성으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 부규칙에 있어서, 제2 특성의 각각의 간격에 대해, 제3 특성의 상이한 범위와 연관된 듀티 사이클을 지정하는 부부규칙 그룹이 있을 수 있다. 규칙의 추가 수준은 복수의 측정된 특성에 기초한 규칙들의 계층 구조에서 사용될 수 있다.
상기 방법은 배터리의 배터리 출력 전압을 주기적으로 측정하는 단계, 측정된 배터리 출력 전압에 기초하여 배터리 출력 전압의 강하율을 연산하는 단계, 및 배터리 출력 전압 강하율이 임계 수준을 초과하는 경우 듀티 사이클을 감소시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 이는 배터리 출력 전압의 강하를 막거나, 제어부가 최소 임계 전압을 공급받는 것을 보장하는 것이 여전히 가능한 수준까지 배터리 출력 전압의 강하를 늦추기 늦추기 때문에 유리하다. 예를 들어, 전류의 듀티 사이클이 소정의 규칙에 따라 증가된 후에, 저항성 히터가 목표 온도까지 도달하기 전 불과 수 초 내에 배터리 출력 전압이 최소 작동 전압 아래로 떨어지도록 배터리 출력 전압의 강하율이 결정되는 경우, 듀티 사이클은 5%만큼 감소될 수 있다. 소정의 규칙 또는 부규칙들 내에는, 각 간격에 대한 배터리 출력 전압의 강하율의 상이한 임계 수준이 있을 수 있다. 배터리 출력 전압 강하율은 제1 특성이 측정되는 것보다 더 빈번하게 주기적으로 연산될 수 있다. 배터리 출력 전압 강하율은 제2 특성이 측정되는 것보다 더 빈번하게 주기적으로 연산될 수 있다.
배터리 출력 전압 강하율의 임계 수준은 초기 배터리 출력 전압에 기초하여 설정될 수 있다. 일 실시예에서, 배터리 출력 전압 강하율의 임계 수준은 히터가 특정 값(예컨대 3.2 V 배터리의 경우, 1.6 Ohm)까지 저항을 증가시켜 2A의 전류를 인출하는 데 소요되는 최소 시간에 의해 정의될 수 있다. 그런 뒤에, 이러한 최소 시간 전에는 배터리 전압이 최소 값(예를 들어, 2.5 V) 아래로 떨어지지 않아야 한다. 최소 시간은 예를 들어 5초로 설정될 수 있다. 초기 배터리 전압 값이 3.2 V인 경우, 배터리 전압의 최대 강하율은 다음과 같다: (3.2 V - 2.5 V)/5 = 0.14 V/s. 대안적으로, 배터리 출력 전압 강하율의 임계 수준은 초기 배터리 출력 전압(예: 0.5 V/s)과 독립하여 설정된 값으로 특정될 수 있다.
상기 방법은, 배터리 출력 전압 강하율이 배터리 출력 전압에 대한 소정의 복수의 측정 사이클 동안 임계치를 초과하는 경우, 이어서 듀티 사이클을 증가시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 방법은, 듀티 사이클이 최소 듀티 사이클 아래로 감소되어야 하는 경우, 장치를 비활성화 또는 불능화시키는 단계를 포함할 수 있다.
제2 양태에서, 에어로졸 발생 장치가 제공되며, 에어로졸 발생 장치는:
에어로졸 발생 요소;
제어부;
에어로졸 발생 요소 및 제어부에 전류를 전달하기 위한 배터리; 및
제어부에 연결되고, 배터리의 적어도 하나의 제1 특성을 측정하기 위한 측정부를 포함하되,
제어부는, 측정부에 의해 측정된 적어도 하나의 배터리 특성에 기초하여 듀티 사이클의 값을 출력하는 소정의 규칙에 기초하여 배터리로부터 에어로졸 발생 요소까지 전달되는 전류의 듀티 사이클을 조절하도록 구성된다.
에어로졸 발생 장치는 비휘발성 메모리를 포함할 수 있다. 비휘발성 메모리는 제어부의 일부일 수 있다. 비휘발성 메모리는 소정의 규칙을 저장할 수 있다.
제어부는 본 발명의 제1 양태에 따라 방법을 실행하도록 구성될 수 있다. 특히, 제어부는 본 발명의 제1 양태와 관련하여 기술된 바와 같이 부규칙을 사용하도록 구성될 수 있다. 제어부는 본 발명의 제1 양태와 관련하여 기술된 바와 같이 배터리 출력 전압의 강하율을 측정하도록 구성될 수 있다.
제어부는 스위치를 포함할 수 있다. 제어부는 스위치를 작동시켜서 에어로졸 발생 요소까지의 전류 공급을 온/오프 함으로써 듀티 사이클을 조절하도록 구성될 수 있다. 스위치는, 금속 산화막 반도체 전계 효과 트랜지스터(metal-oxide-semiconductor field effect transistor; MOSFET)와 같은 트랜지스터일 수 있다.
배터리의 적어도 하나의 특성은 배터리 온도일 수 있다. 측정부는 온도 센서를 포함할 수 있다. 대안적으로, 적어도 하나의 배터리 특성은 배터리 사용량의 측정치, 예를 들어 배터리가 완료한 충방전 사이클의 카운트를 포함할 수 있다. 충방전 사이클 카운트는 에어로졸 발생 장치 내의 메모리에 기록되고 저장될 수 있다. 대안적으로, 적어도 하나의 배터리 특성은 배터리의 내부 저항 또는 배터리의 임피던스를 포함할 수 있다. 배터리의 내부 저항 및 임피던스는 WO2014/029880에 기술된 방법과 같은 잘 알려진 기술을 사용하여 측정될 수 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, ‘에어로졸 발생 장치’는 에어로졸 형성 기재와 상호 작용해서 에어로졸을 발생시키는 장치에 관한 것이다. 에어로졸 형성 기재는 에어로졸 발생 물품의 일부일 수 있다. 에어로졸 발생 장치는 에어로졸 발생 물품의 에어로졸 형성 기재와 상호 작용해서 사용자의 입을 통해 사용자의 폐 속으로 직접 흡입될 수 있는 에어로졸을 발생시키는 장치일 수 있다. 에어로졸 발생 요소는 에어로졸 형성 기재를 가열하거나, 달리 분무화하여 에어로졸을 생성하도록 구성될 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 장치 내에 완전히 또는 부분적으로 포함될 수 있다.
에어로졸 형성 기재는 고체 에어로졸 형성 기재일 수 있다. 대안적으로, 에어로졸 형성 기재는 액체이거나, 고체 및 액체 성분 둘 다를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 가열 시에 기재로부터 방출되는 휘발성 담배 향미 화합물을 함유하는 담배 함유 재료를 포함할 수 있다. 대안적으로, 에어로졸 형성 기재는 비담배 재료를 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 에어로졸 형성제를 더 포함할 수 있다. 적절한 에어로졸 형성제의 예는 글리세린 및 프로필렌 글리콜이다.
에어로졸 형성 기재가 고체 에어로졸 형성 기재인 경우, 고체 에어로졸 형성 기재는, 예를 들어, 허브 잎, 담배 잎, 담배 리브 조각, 재구성 담배, 균질화 담배, 압출 담배, 캐스트 잎 담배 및 팽화 담배 중 하나 이상을 함유하는 분말, 과립, 펠릿, 슈레드, 스파게티, 스트립 또는 시트 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 고체 에어로졸 형성 기재는 말아피는 담배 형태일 수 있거나, 적절한 용기 또는 카트리지에 제공될 수 있다. 선택적으로, 고체 에어로졸 형성 기재는 상기 기재의 가열 시에 방출될, 추가적인 담배 또는 비담배 휘발성 향미 화합물을 함유할 수 있다. 고체 에어로졸 형성 기재는, 예를 들어 추가적인 담배 또는 비담배 휘발성 향미 화합물을 포함하는 캡슐을 또한 함유할 수 있고, 이러한 캡슐은 고체 에어로졸 형성 기재의 가열 동안에 용융될 수 있다.
선택적으로, 고체 에어로졸 형성 기재는 열적으로 안정한 담체 상에 제공되거나 담체 내에 매립될 수 있다. 담체는 분말, 과립, 펠릿, 슈레드, 스파게티, 스트립 또는 시트의 형태를 취할 수 있다. 대안적으로, 담체는 고체 기재의 박층이 내부 표면, 외부 표면, 또는 내부 표면과 외부 표면 둘 모두에 증착된 관형 담체일 수 있다. 이러한 관형 담체는, 예를 들어, 종이, 종이류 재료, 탄소 섬유 부직포 매트, 저질량 오픈 메쉬 금속 스크린, 또는 천공된 금속 포일 또는 임의의 다른 열적으로 안정한 폴리머 매트릭스로 형성될 수 있다.
고체 에어로졸 형성 기재는, 예를 들어, 시트, 발포체, 겔 또는 슬러리 형태로 담체의 표면에 증착될 수 있다. 고체 에어로졸 형성 기재는 담체의 전체 표면에 증착되거나, 대안적으로 사용 중 불균일한 향미의 전달을 제공하기 위해 패턴으로 증착될 수 있다.
고체 에어로졸 형성 기재에 대하여 참조가 이루어졌지만, 에어로졸 형성 기재의 다른 형태가 다른 구현예와 함께 사용될 수 있음은 당업자에게 명백할 것이다. 예를 들어, 에어로졸 형성 기재는 액체 에어로졸 형성 기재일 수 있다. 액체 에어로졸 형성 기재가 제공된 경우, 에어로졸 발생 장치는 액체를 보유하기 위한 수단을 포함하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 액체 에어로졸 형성 기재는 용기 내에 보유될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 액체 에어로졸 형성 기재는 다공성 담체 재료 내로 흡수될 수 있다. 다공성 담체 재료는 임의의 적절한 흡수성 플러그 또는 흡수체, 예를 들어 발포성 금속이나 플라스틱 재료, 폴리프로필렌, 테릴렌, 나일론 섬유들 또는 세라믹으로 이루어질 수 있다. 액체 에어로졸 형성 기재는 에어로졸 발생 장치의 사용 이전에 다공성 담체 재료 내에 보유될 수 있고, 또는 대안적으로 액체 에어로졸 형성 기재는 사용 도중 또는 사용 직전에 다공성 담체 재료 내로 방출될 수 있다. 예를 들어, 액체 에어로졸 형성 기재는 캡슐 내에 제공될 수 있다. 캡슐의 껍질은 가열 시에 용융되어 액체 에어로졸 형성 기재를 다공성 담체 재료 내로 방출시키는 것이 바람직하다. 캡슐은 선택적으로 액체와 조합된 고체를 함유할 수 있다. 대안적으로, 담체는 담배 성분들이 통합된 부직포 직물 또는 섬유 다발일 수 있다. 부직포 직물 또는 섬유 다발은, 예를 들어, 탄소 섬유, 천연 셀룰로오스 섬유, 또는 셀룰로오스 유도체 섬유를 포함할 수 있다.
작동하는 동안에, 에어로졸 형성 기재는 에어로졸 발생 장치 내에 완전히 함유될 수 있다. 이 경우, 사용자는 에어로졸 발생 장치의 마우스피스 상에서 퍼프할 수 있다. 대안적으로, 작동하는 동안에 에어로졸 형성 기재를 함유하는 에어로졸 형성 물품은 에어로졸 발생 장치 내에 부분적으로 포함될 수 있다. 이 경우, 사용자는 에어로졸 형성 물품 상에서 직접 퍼프할 수 있다.
에어로졸 형성 물품은 실질적으로 원통형 형상일 수 있다. 에어로졸 형성 물품은 실질적으로 세장형일 수 있다. 에어로졸 형성 물품은 길이 및 그 길이에 실질적으로 수직인 원주를 가질 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 실질적으로 원통형 형상일 수 있다. 에어로졸 형성 기재는 실질적으로 세장형일 수 있다. 에어로졸 형성 기재 또한 길이 및 길이에 실질적으로 수직인 원주를 가질 수 있다.
에어로졸 형성 물품은 대략 30 mm 내지 대략 100 mm의 전체 길이를 가질 수 있다. 에어로졸 형성 물품은 대략 5 mm 내지 대략 12 mm의 외경을 가질 수 있다. 에어로졸 형성 물품은 필터 플러그를 포함할 수 있다. 필터 플러그는 에어로졸 형성 물품의 하류 단부에 위치할 수 있다. 필터 플러그는 셀룰로오스 아세테이트 필터 플러그일 수 있다. 필터 플러그는 일 구현예에서 길이가 대략 7 mm이지만, 대략 5 mm 내지 대략 10 mm의 길이를 가질 수 있다.
일 구현예에서, 에어로졸 형성 물품은 대략 45 mm의 총 길이를 가진다. 에어로졸 발생 물품은 대략 7.2 mm의 외경을 가질 수 있다. 또한, 에어로졸 형성 기재는 대략 10 mm의 길이를 가질 수 있다. 대안적으로, 에어로졸 형성 기재는 약 12 mm의 길이를 가질 수 있다. 또한, 에어로졸 형성 기재의 직경은 대략 5 mm 내지 대략 12 mm일 수 있다. 에어로졸 형성 물품은 외부 종이 래퍼를 포함할 수 있다. 또한, 에어로졸 형성 물품은 에어로졸 형성 기재와 필터 플러그 사이의 분리부를 포함할 수 있다. 분리부는 약 18 mm일 수 있으나, 대략 5 mm 내지 대략 25 mm 범위 내일 수 있다.
에어로졸 발생 요소는 저항성 히터일 수 있다. 에어로졸 발생 요소의 적어도 하나의 제2 특성은 저항성 히터의 온도 또는 전기 저항일 수 있다.
저항성 히터는 전기 저항성 재료를 포함할 수 있다. 적절한 전기 저항성 재료는: 도핑된 세라믹과 같은 반도체, 전기 “전도성” 세라믹(예를 들어, 이규화 몰리브덴과 같은), 탄소, 흑연, 금속, 금속 합금, 및 세라믹 재료와 금속 재료로 제조된 복합 재료를 포함하되 이에 한정되지 않는다. 이와 같은 복합 재료는 도핑된 세라믹 또는 도핑되지 않은 세라믹을 포함할 수 있다. 적절한 도핑된 세라믹의 예는 도핑된 실리콘 카바이드를 포함한다. 적절한 금속들의 예는 티타늄, 지르코늄, 탄탈륨, 플래티늄, 금, 및 은을 포함한다. 적절한 금속 합금의 예는 스테인리스 강, 니켈-, 코발트-, 크롬-, 알루미늄-, 타타늄-, 지르코늄-, 하프늄-, 니오븀-, 몰리브덴-, 탄탈륨-, 텅스텐-, 주석-, 갈륨-, 망간-, 금- 및 철-함유 합금, 및 니켈, 철, 코발트, 스테인리스 강, Timetal® 및 철-망간-알루미늄계 합금에 기초한 초합금을 포함한다. 복합 재료에 있어서, 전기 저항성 재료는 에너지 전달의 동역학 및 요구되는 외부 물리화학적 특성에 따라 선택적으로 절연 재료에 매립되거나, 절연 재료로 캡슐화되거나 코팅되거나, 그 반대로 될 수 있다.
에어로졸 발생 장치는 내부 저항성 히터 또는 외부 저항성 히터, 또는 내부 및 외부 저항성 히터 둘 다를 포함할 수 있고, “내부” 및 “외부”는 에어로졸 형성 기재를 기준으로 한다. 내부 저항성 히터는 임의의 적절한 형태를 취할 수 있다. 예를 들어, 내부 저항성 히터는 가열 블레이드의 형태를 취할 수 있다. 대안적으로, 내부 저항성 히터는 상이한 도전부를 갖는 케이싱이나 기판, 또는 전기 저항성 금속 관의 형태를 취할 수 있다. 대안적으로, 내부 저항성 히터는 에어로졸 형성 기재의 중앙을 관통하는 하나 이상의 가열 침(needle) 또는 막대(rod)일 수 있다. 다른 대안은 가열 와이어 또는 필라멘트, 예를 들어 니켈-크롬(Ni-Cr), 백금, 텅스텐 또는 합금 와이어 또는 가열 플레이트를 포함한다. 선택적으로, 내부 저항성 히터는 경질 담체 재료 내에 증착되거나 경질 담체 재료 상에 증착될 수 있다. 하나의 이러한 구현예에서, 전기 저항성 히터는 온도와 저항성 간의 정의된 관계를 갖는 금속을 사용해 형성될 수 있다. 이러한 예시적인 장치에서, 금속은 세라믹 재료와 같은 적절한 절연 재료 상에 트랙으로서 형성된 다음 유리와 같은 다른 절연 재료 내에 샌드위치될 수 있다. 이러한 방식으로 형성된 히터는 작동 중에 가열체를 가열하는 것 및 가열체의 온도를 모니터링하는 것 모두를 행하도록 사용될 수 있다.
외부 저항성 히터는 임의의 적절한 형태를 취할 수 있다. 예를 들어, 외부 저항성 히터는 폴리이미드 같은 유전체 기판 상의 하나 이상의 가요성 가열 포일의 형태를 취할 수 있다. 가요성 가열 포일은 기재 수용 공동의 둘레와 일치하도록 성형될 수 있다. 대안적으로, 외부 가열체는 금속 그리드 또는 그리드들, 가요성 인쇄 회로 기재, 몰딩형 상호접속 장치(MID: molded interconnect device), 세라믹 히터, 가요성 탄소 섬유 히터의 형태를 취하거나, 적절한 형상의 기재 상에 플라스마 기상 증착과 같은 코팅 기술을 이용해 형성될 수 있다. 외부 저항성 히터도 온도와 저항성 간의 정의된 관계를 갖는 금속을 사용하여 형성될 수 있다. 이러한 예시적인 장치에서, 금속은 적절한 절연 재료로 이루어진 2개 층 사이에 트랙으로서 형성될 수 있다. 이러한 방식으로 형성된 외부 저항성 히터는, 작동하는 동안에 외부 가열체를 가열하고 외부 가열체의 온도를 모니터링하는 용도 둘 모두에 사용될 수 있다.
저항성 히터는 유리하게는 전도에 의해 에어로졸 형성 기재를 가열한다. 가열체는 기재 또는 기재가 증착되는 담체와 적어도 부분적으로 접촉할 수 있다. 대안적으로, 내부 또는 외부 히터 중 어느 하나로부터의 열은 열 전도성 요소에 의해 기재에 전도될 수 있다.
배터리는 충전식 배터리일 수 있다. 배터리는 리튬 이온 배터리, 예를 들어 리튬-코발트 배터리, 리튬-철-인산염 배터리, 티탄산 리튬 배터리 또는 리튬-폴리머 배터리일 수 있다. 대안적으로, 배터리는 니켈-금속 수소화물 배터리 또는 니켈 카드뮴 배터리와 같은, 다른 형태의 충전식 배터리일 수 있다.
측정부는 배터리와 일체형일 수 있거나 배터리 하우징 상에 또는 배터리 하우징 내에 위치될 수 있다.
제어부는 마이크로콘트롤러 유닛(MCU)을 포함할 수 있다. 제어부는 프로그래밍 가능할 수 있다. 제어부는 에어로졸 발생 요소와 직렬로 배터리에 연결된 스위치를 포함할 수 있다.
장치는 바람직하게는 한 손의 손가락들 사이에서 파지하기 편안한 휴대용 또는 핸드헬드 장치이다. 장치는 실질적으로 원통 형상일 수 있으며, 그 길이가 70 mm 내지 120 mm이다. 장치의 최대 직경은 바람직하게는 10 mm 내지 20 mm이다. 일 구현예에서, 장치는 다각형 단면을 가지고, 일 면 상에 형성된 돌출 버튼을 가진다. 본 구현예에서, 장치의 직경은 편평한 면으로부터 반대측 편평한 면까지 취한 경우 12.7 mm 내지 13.65 mm, 에지로부터 반대측 에지까지 취한 경우(즉, 장치의 일측 상의 두 개의 면의 교차점으로부터 타측 상의 대응하는 교차점까지 취한 경우) 13.4 mm 내지 14.2 mm이고, 버튼의 최상부로부터 반대측 최하부의 편평한 면까지 취한 경우 14.2 mm 내지 15 mm이다.
에어로졸 발생 장치는 전기 가열식 에어로졸 형성 장치일 수 있다. 본 발명의 제3 양태에서, 컴퓨터 프로그램이 제공되며, 상기 프로그램은, 전동식 에어로졸 발생 장치(에어로졸 발생 요소, 및 에어로졸 발생 요소와 제어부에 전력을 전달하기 위한 배터리를 포함함)의 제어부 내의 프로그램 가능한 전기 회로 상에서 실행될 때, 프로그램 가능한 전기 회로가 본 발명의 제1 양태에 따른 방법을 수행하게 한다.
상이한 양태들을 참조하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명의 일 양태와 관련하여 설명한 특징들이 본 발명의 다른 양태들에 적용될 수 있음은 명백하다.
본 발명의 실시예는 이제 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명될 것이며, 여기서:
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 장치의 개략도이고;
도 2는 본 발명에 따른 방법에 연관된 장치의 구성 요소들의 연결을 도시하고;
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 부규칙 세트를 도시하고;
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 제어 프로세스를 도시하는 흐름도이며;
도 5는 본 발명의 일 구현예에 사용되는 추가 제어 프로세스이다.
도 1에서, 전기 가열식 에어로졸 발생 장치(1)의 구현예의 구성 요소들이 단순화된 방식으로 도시된다. 전기 가열식 에어로졸 발생 장치(1)의 요소들이 도 1에서는 실제 축적대로 도시되지 않는다. 본 구현예의 이해와 무관한 요소들은 도 1을 단순화하기 위해 생략되었다.
전기 가열식 에어로졸 발생 장치(1)는 하우징(10) 및 에어로졸 형성 기재(12), 예를 들어 궐련과 같은 에어로졸 형성 물품을 포함한다. 에어로졸 형성 기재(12)는 하우징(10) 내측으로 밀어 넣어져 히터(4)와 열적으로 근접하게 된다. 본 실시예에서, 히터는 에어로졸 형성 기재 내로 연장되는 블레이드이다. 에어로졸 형성 기재(12)는 상이한 온도에서 다양한 휘발성 화합물을 방출하게 된다. 히터의 최대 작동 온도가 휘발성 화합물의 일부가 방출되는 온도 미만이 되도록 제어함으로써, 이러한 연기 성분들의 방출 또는 형성이 회피될 수 있다. 일반적으로, 에어로졸 형성 기재는 250℃ 내지 450℃의 온도까지 가열된다. 하우징(10) 내에는 전기 배터리(2), 예를 들어 충전식 리튬 이온 배터리가 있다. 제어부(3)는 가열체(4), 전기 배터리(2), 및 사용자 인터페이스(6)(예: 버튼 또는 디스플레이)에 연결된다. 이러한 유형의 시스템은 예를 들어 EP2800486에 기술되어 있다.
제어부(3)는, 전류의 듀티 사이클을 변화시켜 가열체의 온도를 조절하기 위해 가열체(4)에 공급되는 전력을 제어한다. 도 2는, 도 1의 장치 내의 배터리, 제어부 및 저항성 히터의 연결을 도시한다.
배터리(2)는 내부 저항(22)과 함께 이상적인 배터리(21)로서 도시된다. 배터리는 제어부를 통해 저항성 히터(4)에 연결된다. 제어부는 마이크로프로세서 유닛(MCU)(20) 및 스위치(23)를 포함한다. MCU는 히터(4)에 전달되는 전류의 듀티 사이클을 제어하기 위해 스위치의 작동을 제어한다. MCU(20)는 비휘발성 메모리(27)를 포함한다.
장치는 또한 배터리(2)의 온도를 측정하도록 위치하는 온도 센서(25)를 포함한다. 예를 들어, 온도 센서는 온도의 아날로그 측정을 제공하는 서미스터이거나 NXP 사의 LM75ADP와 같은 디지털 온도 센서일 수 있다. 온도 센서(25)의 출력은 MCU(20)에 연결된다. 온도 센서(25)에 의해 측정된 배터리의 온도는, 후술되는 바와 같이, 비휘발성 메모리(27) 내에 저장된 적어도 하나의 규칙에 기초하여 스위치(23)의 작동을 제어하는 데 사용된다.
장치는 사용자 인터페이스(6)를 사용하여 사용자에 의해 활성화될 수 있다. 장치가 작동되면, 전류는 배터리에서 히터까지 스위치(23)를 통해 전달된다.
이상적으로는, 작동이 시작된 후에, MCU가 적절한 기능에 충분한 전압을 공급받게 하면서 히터가 가능한 한 빨리 목표 온도까지 상승된다. 처음에, 배터리는 차가울 때 상대적으로 높은 내부 저항을 가지게 되는데, 이는 배터리가 가열된 후에는 내부 저항 양단에서 배터리 전압이 더 큰 비율로 강하된다는 것을 의미한다. 이는, 배터리가 차가울수록 전류에 대한 듀티 사이클이 낮아지는 것이, MCU가 적어도 최소 작동 전압을 공급받는 것을 보장하는데 바람직하다는 것을 의미한다.
MCU에 의해 공급받은 전압은 또한 히터(4)의 저항에 영향을 받는다. 히터(4)의 저항은 전형적으로 히터가 가열됨에 따라 장치의 작동 동안에 변할 것이다. 히터는 온도에 따라 저항이 크게 변화하는 재료로 형성될 수 있으므로, 히터의 저항이 히터 온도 제어를 위한 히터의 온도의 척도로서 사용될 수 있다. 본 실시예의 히터는 양의 온도 카운트를 가지므로, 히터의 저항은 온도가 증가함에 따라 증가한다.
MCU는 히터(4)의 전기 저항을 측정하도록 구성될 수 있다. 이는 션트 저항기(저항이 매우 낮음)를 히터(4)와 직렬로 사용함으로써 달성될 수 있다. 션트 저항기를 통과하는 전류(히터를 통과하는 전류이기도 함)는 션트 저항기에 병렬로 연결된 증폭기를 사용하여 측정될 수 있다. 히터에 걸린 전압은 직접적으로 측정될 수 있고, 히터의 저항은 그런 뒤에 옴의 법칙을 이용하여 연산된다. 이는 잘 알려진 측정 기법이다.
MCU는 MCU의 메모리 내에 저장된 규칙에 따라 스위치의 작동을 제어한다. 도 3은 MCU가 사용할 수 있는 규칙(30)의 일 실시예를 도시한다. 규칙은, 배터리의 측정된 온도(Tbat) 및 히터의 측정된 전기 저항(Rh)을 출력 듀티 사이클에 관련시킨다. 규칙은 각각이 배터리 온도의 범위와 연관된 복수의 부규칙(sub-rule)을 포함한다. 배터리 온도의 범위는 순차적이지만 서로 중첩되지 않는다. 각각의 부규칙 내에는 각각이 히터 저항의 구별되는 범위와 연관되는 복수의 듀티 사이클이 있다. 히터 저항의 범위는 순차적이지만 서로 중첩되지 않는다. 사용할 듀티 사이클을 결정하기 위해, MCU는 측정된 배터리 온도(31)가 속하는 배터리 온도의 범위와 연관된 부규칙을 먼저 선택한다. 도 3에 도시된 실시예에서, 이것은 점선 박스(32)로 도시된 바와 같이, T2로부터 T3까지의 온도를 포함하는 범위 2이다. 그런 뒤에 MCU는 범위 2와 연관된 부규칙 내에서 듀티 사이클을 선택한다. 선택된 듀티 사이클은 측정된 히터 저항(33)이 속하는 히터 저항의 범위와 관련된 듀티 사이클이다. 도 3에 도시된 실시예에서, 이것은 점선 박스(34)로 도시된 바와 같이, 저항 범위 Rh5 내지 Rh6과 연관된 듀티 사이클 DC8이다. 따라서, 규칙(30)으로부터의 출력은 박스(36)에 의해 도시된 바와 같이 DC8이다.
규칙에서 히터 저항을 사용하는 대신에, 히터 온도와 같은 다른 매개변수가 사용될 수 있다. 장치는 히터와 가까운 위치에 온도 센서를 포함할 수 있다. 온도 센서의 출력이 MCU에 연결될 것이다.
범위 및 부범위의 수는 특정 설계 요건 및 히터(4)의 구성에 따라 선택될 수 있다. 도 4에 도시된 실시예는, 4가지 범위의 배터리 온도 및 4가지 범위의 히터 저항을 포함한다. 또 다른 구현예에서는, 다음과 같은 7가지 범위의 배터리 온도가 있다:
1/ -10℃ 내지 -5℃
2/ -5℃ 내지 0℃
3/ 0℃ 내지 5℃
4/ 5℃ 내지 10℃
5/ 10℃ 내지 15℃
6/ 15℃ 내지 20℃
7/ 20℃ 초과
그리고 각각의 부규칙에 사용된 6가지 범위의 히터 저항은 다음과 같다:
1/ 0.8 내지 1 ohm
2/ 1 내지 1.2 ohm
3/ 1.2 내지 1.4 ohm
4/ 1.4 내지 1.6 ohm
5/ 1.6 내지 1.8 ohm
6/ 1.8 ohm 초과
각각의 부규칙의 각각의 범위와 관련된 듀티 사이클의 값은, MCU가 MCU의 적절한 기능에 필요한 최소 작동 전압을 항상 공급받을 수 있도록 선택되어야 한다. 배터리 온도가 -10℃ 미만인 경우, 장치는 불능화된다.
히터에 전달되는 전류의 듀티 사이클을 조절하기 위한 프로세스는, 히터가 목표 온도 또는 목표 저항에 도달할 때까지, 예를 들어 장치가 활성화된 다음에 0.5초마다 주기적으로 수행된다. 따라서, 0.5초마다, 배터리 온도 및 히터 저항의 변화에 따라 새로운 부규칙이 적용될 수 있다.
히터가 정해진 시간(예: 30초)에 목표 온도(예: 350℃)까지 도달하지 않는 경우, 가열 프로세스가 중단된다. 이 상황에서, 배터리는 히터에 충분한 전력을 전달할 수 없다. 이는 배터리가 오래된 까닭일 수 있다.
도 4는 전술한 유형의 규칙을 사용하는 예시적인 제어 프로세스를 보여주는 흐름도이다. 장치는 단계(40)에서 활성화된다. 활성화 후의 제1 단계(41)에서, 배터리의 온도가 측정된다. 그런 뒤에, 단계(42)에서, 전류에 대한 듀티 사이클이 배터리 온도에 기초하여 선택된다. 이 단계에서, 임의의 전류가 히터에 인가되기 전에, 히터 저항은 최대 값에 있다고 가정한다. 단계(43)에서, MCU는 선택된 듀티 사이클에 따라 스위치를 작동시켜 히터에 전류를 전달한다. 이 듀티 사이클은 0.5초와 같은 소정의 기간 동안 유지된다. 이 기간 동안에, 단계(44)에서 히터의 전기 저항이 측정된다. 단계(45)에서, 측정된 전기 저항은 목표 히터 온도에 상응하는 목표 저항과 비교된다. 히터 저항이 목표 저항과 같거나 더 큰 경우, 프로세스는 단계(46)에서 종료된다. 히터 저항이 목표 저항보다 작은 경우, 즉 히터가 목표 온도에 도달하지 않았음을 나타내는 경우, 프로세스는 배터리 온도가 측정되는 단계(41)로 다시 돌아간다. 단계(42)에서, 듀티 사이클은, 이번에는 배터리 온도 및 히터 저항 둘 다에 기초하여, 소정의 규칙들을 사용하여 다시 선택된다. 프로세스는, 목표 저항이 달성될 때까지 반복되거나 활성화 후 30초가 될 때까지 반복되는데, 이들 중 하나가 먼저 발생할 때까지 반복된다.
도 4를 참조하여 기술된 프로세스의 이점은, 배터리 전압을 충분한 안전 마진이 확보된 미리 정의된 임계치보다 높게 유지하면서, 히터를 신속하게 가열할 수 있도록 배터리로부터 최대 전력을 출력시킬 수 있다는 것이다. 히터 저항이 상승하고 배터리 온도가 상승함에 따라, 듀티 사이클은 낮은 값에서 시작하여, 허용되는 한 신속하게 점진적으로 상승된다. 이는 히터가 빠르지만 확실하게 목표 온도까지 가열된다는 것을 의미한다.
도 5는, 장치가 작동하는 동안에 MCU가 항상 충분한 전압을 공급받는 것을 더 보장하는 데 사용될 수 있는 추가 제어 프로세스를 도시한다.
도 5의 프로세스의 경우, 배터리 출력 전압 강하율에 대한 최고 한계가 설정되어 있는데, 여기서는 전압 강하율의 한계로서 지칭된다. 전압 강하율의 한계는 상이한 부규칙 또는 상이한 측정된 배터리 전압에 대해 상이할 수 있다.
전압 강하율이 전압 강하율의 한계보다 크다면, 전압 강하율을 늦추기 위해 전류의 듀티 사이클이 감소된다.
도 5에 도시된 프로세스는, 배터리 전압이 측정되는 단계(50)에서 시작한다. 단계(51)에서, 배터리 전압의 강하율이 측정된 배터리 전압 및 프로세스의 이전 사이클에서 이루어진 배터리 전압의 측정 값으로부터 연산된다. 단계(52)에서, MCU는 배터리 전압의 강하율이 임계치보다 큰 지(또는 배터리 전압의 변화율이 임계치보다 낮은 지) 여부를 알아낸다. 배터리 전압 강하율이 한계보다 크다면, 단계(53)에서 듀티 사이클은 소정의 양만큼 감소된다. 그런 뒤에, 프로세스는 단계(50)로 복귀한다. 예를 들어, 전류 듀티 사이클이 20%인 경우, 0.5 V/s의 최대 배터리 전압 강하율이 정의될 수 있다. 배터리 전압 강하율은, 예를 들어, 매 200 ms 간격마다 측정될 것이다. 단계(52)에서, 배터리 전압 강하율이 임계치보다 큰 경우, 듀티 사이클은 20%에서 15%까지 감소되고, 추가 200 ms 경과 후에, 다음 사이클에서도 배터리 강하율이 여전히 0.5 V/s를 초과하는 경우 15%에서 10%까지 추가로 감소될 것이다. 듀티 사이클에 대한 하한치를 5%로 설정할 수 있다. 프로세스가 5%보다 감소된 듀티 사이클을 필요로 하는 경우 장치는 비활성화될 수 있다.
이 프로세스는 듀티 사이클 변화에 따른 급격한 전압 강하의 결과로서 MCU에서의 전압이 최소 작동 전압 아래로 강하하는 것을 방지하기 때문에 유리하다. 예를 들어, 배터리 출력 전압이 3.4 V에서 시작하고 배터리 전압이 0.5 V/s의 속도로 강하하면, 2.4 V의 전압에 2초 미만 내에 도달하게 된다. 이 전압은 2.5 V 최소 작동 전압 미만이고 단 2초 내에 도달하게 되는데, 이는 히터를 상당히 가열하기에는 충분하지 않은 시간이다.
도 5의 프로세스는 또한, 배터리 전압 강하율이 증가할 경우, 듀티 사이클이 감소된 뒤에 증가되도록 한다. 그러나, 프로세스는 듀티 사이클이 증가되기 전에, 2회의 사이클 동안 임계치보다 전압 강하율이 더 낮을 것을 필요로 한다. 이를 수행하기 위해, 배터리 전압의 강하율이 한계보다 낮은 초기 듀티 사이클 강하 후에 매 사이클마다 카운트가 증분된다. 전압 강하율이 한계보다 낮으면, 카운트가 단계(54)에서 1씩 증분된다. 전압 강하율이 한계보다 높으면 카운트가 단계(53)에서 0으로 재설정된다. 카운트가 단계(55)에서 2와 같다고 결정된 경우에만 듀티 사이클은 단계(56)에서 증가한다. 그렇지 않으면 듀티 사이클은 변경되지 않는다. 설명한 실시예에서, 이는 배터리 전압 강하율이 5% 단위로 다시 올라가기 전에, (5% 단위로 내려갈 때의 200 ms 대신에) 400 ms 동안은 0.5 V/s 미만이어야 함을 의미한다. 이러한 히스테리시스는 시스템에 안정성을 제공한다.
배터리의 사용량(배터리가 수행한 충방전 사이클 수의 카운트로서 측정될 수 있음), 배터리의 내부 저항 또는 배터리의 내부 임피던스와 같이 이상적인 듀티 사이클에 영향을 미치는 다른 변수가 있을 수 있다. 이들 변수 중 하나 이상은 제1 또는 제2 특성으로서 사용될 수 있다. 대안적으로, 듀티 사이클을 더 미세하게 제어하기 위해, 이들 변수 중 하나 이상에 기초하여 규칙 및 부규칙의 계층 구조 내에 규칙의 추가 단계(들)을 사용할 수 있다. 예를 들어, 제3 특성은 배터리가 겪은 충방전 사이클의 카운트일 수 있다. 배터리가 겪은 충방전 사이클의 카운트는 제어부 내의 메모리에 기록되고 저장될 수 있다. 도 3의 구현예의 변경시, 각각의 측정된 히터 저항에 대해 사용하기 위한 듀티 사이클을 지정하는 대신, 히터 저항에 기초한 각 부규칙이 히터 저항의 각 값에 사용하기 위한 복수의 부부규칙(sub-sub-rule)을 특정할 수 있다. 각각의 부부규칙은 배터리가 겪은 충방전 사이클 카운트에 대한 값들의 범위에 사용하기 위한 듀티 사이클을 특정할 수 있다. 사용된 부부규칙은 제어부의 메모리 내에 저장된 충방전 사이클의 카운트에 기초하여 선택된다. 이러한 방식으로, 듀티 사이클은 배터리의 온도, 히터의 저항 및 배터리에 의해 완료된 충방전 사이클 수에 기초하여 선택된다. 측정된 특성이 규칙, 부규칙 및 부부규칙에 할당되는 순서는 변할 수 있다.

Claims (36)

  1. 에어로졸 발생 장치의 에어로졸 발생 요소에 공급되는 전력을 제어하기 위한 방법으로서, 에어로졸 발생 장치는 제어부, 및 에어로졸 발생 요소 및 제어부에 전력을 전달하기 위한 배터리를 포함하고, 방법은: 측정부를 사용하여, 배터리의 적어도 하나의 제1 특성을 측정하는 단계로서, 제1 특성은 배터리의 온도 또는 내부 저항인, 단계; 및 측정된 온도가 최소 온도보다 작거나 배터리의 측정된 내부 저항이 최대 내부 저항보다 더 크면 장치를 비활성화 또는 불능화시키는 단계;를 포함하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 최소 온도는 -10℃인, 방법
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제어부는 배터리로부터 에어로졸 발생 요소까지 공급되는 전류의 듀티 사이클을 조절하도록 구성되는, 방법
  4. 제3항에 있어서, 제어부를 사용하여, 배터리로부터 에어로졸 발생 요소까지 공급되는 전류의 듀티 사이클을 조절하는 단계를 더 포함하는, 방법
  5. 제4항에 있어서, 배터리로부터 에어로졸 발생 요소까지 공급되는 전류의 듀티 사이클은 제어부에서의 전압을 최소 작동 전압으로 또는 그 이상으로 유지하도록 조절되는, 방법.
  6. 제3항에 있어서, 방법은, 제어부를 사용하여, 소정의 규칙에 기초하여 배터리로부터 에어로졸 발생 요소까지 공급되는 전류를 조절하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  7. 제6항에 있어서, 전류의 듀티 사이클이 소정의 규칙에 기초하여 조절되는, 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 소정의 규칙은 측정된 적어도 하나의 제1 배터리 특성에 기초하여 듀티 사이클의 값을 출력하는 것을 포함하는, 방법.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서, 소정의 규칙은 측정된 온도가 최소 온도보다 작거나 배터리의 측정된 내부 저항이 최대 내부 저항보다 더 크면 장치를 비활성화 또는 불능화시키는 단계를 포함하는, 방법.
  10. 제6항 또는 제7항에 있어서, 소정의 규칙은 배터리 온도가 최소 온도보다 작으면 0%의 듀티 사이클 값을 출력하는 것을 포함하는, 방법.
  11. 제3항에 있어서, 배터리의 배터리 출력 전압을 주기적으로 측정하는 단계와, 측정된 배터리 출력 전압에 기초하여 배터리 출력 전압의 강하율을 연산하는 단계, 및 배터리 출력 전압 강하율이 임계 수준을 초과하면 듀티 사이클을 감소시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  12. 제1항에 있어서, 측정부를 사용하여, 배터리 사용 기간의 측정; 에어로졸 발생 요소의 전기 저항 또는 온도; 또는 배터리 출력 전압 강하율; 중 적어도 하나인 에어로졸 발생 장치의 제2 특성을 측정하는 단계를 더 포함하는, 방법,
  13. 제12항에 있어서, 제어부는 배터리로부터 에어로졸 발생 요소까지 공급되는 전류의 듀티 사이클을 조절하도록 구성되고, 방법은 소정의 규칙에 기초하여 배터리로부터 에어로졸 발생 요소까지 공급되는 전류를 조절하는 단계를 더 포함하고, 소정의 규칙은 측정된 제2 특성에 기초하여 듀티 사이클의 값을 출력하는 것을 포함하는, 방법.
  14. 제1항에 있어서, 측정부는 배터리의 온도를 측정하기 위한 온도 센서를 포함하는, 방법.
  15. 제14항에 있어서, 온도 센서는 서미스터인, 방법.
  16. 제1항에 있어서, 제1 특성은 배터리의 내부 저항이고, 내부 저항을 측정하는 단계는 교류를 배터리로 지나가게 하는 단계와 교류의 연관된 전압을 측정하는 단계를 포함하는, 방법.
  17. 제1항 또는 제4항에 있어서, 측정 및 조절하는 단계는 주기적으로 수행되는, 방법.
  18. 제17항에 있어서, 측정 및 조절하는 단계는 0.5초마다 수행되는, 방법.
  19. 제1항에 있어서, 에어로졸 발생 장치는 에어로졸 발생 요소를 포함하는, 방법.
  20. 에어로졸 발생 장치용 제어부로서, 에어로졸 발생 요소 및 제어부에 전류를 전달하기 위한 배터리; 및 배터리의 적어도 하나의 제1 특성을 측정하기 위한 측정부로서, 제1 특성은 상기 배터리의 온도 또는 내부 저항인, 측정부;를 포함하고, 제어부는 배터리의 측정된 온도가 최소 온도보다 작거나 배터리의 측정된 내부 저항이 최대 내부 저항보다 더 크면 장치를 비활성화 또는 불능화시키도록 구성되는, 제어부.
  21. 제20항에 있어서, 최소 온도는 -10℃인, 제어부
  22. 제20항에 있어서, 제어부는 배터리로부터 에어로졸 발생 요소까지 공급되는 전류의 듀티 사이클을 조절하도록 구성되는, 제어부.
  23. 제22항에 있어서, 제어부는 제어부에서의 전압을 최소 작동 전압으로 또는 그 이상으로 유지하기 위해 배터리로부터 에어로졸 발생 요소까지 공급되는 전류의 듀티 사이클을 조절하도록 구성되는, 제어부.
  24. 제22항에 있어서, 제어부는 소정의 규칙에 기초하여 배터리로부터 에어로졸 발생 요소까지 공급되는 전류를 조절하도록 구성되는, 제어부.
  25. 제24항에 있어서, 소정의 규칙은 측정된 적어도 하나의 제1 배터리 특성에 기초하여 듀티 사이클의 값을 출력하는, 제어부.
  26. 제25항에 있어서, 소정의 규칙은 배터리 온도가 최소 온도보다 작으면 0%의 듀티 사이클의 값을 출력하는, 제어부.
  27. 제20항에 있어서, 측정부는 배터리 사용 기간의 측정; 에어로졸 발생 요소의 전기 저항 또는 온도; 또는 배터리 출력 전압 강하율; 중 적어도 하나인 에어로졸 발생 장치의 제2 특성을 측정하기 위한 것인, 제어부,
  28. 제27항에 있어서, 제어부는 배터리로부터 에어로졸 발생 요소까지 공급되는 전류의 듀티 사이클을 조절하고 소정의 규칙에 기초하여 배터리로부터 에어로졸 발생 요소까지 공급되는 전류를 조절하도록 구성되고, 소정의 규칙은 측정된 제2 특성에 기초하여 듀티 사이클의 값을 출력하는 것을 포함하는, 제어부.
  29. 제20항에 있어서, 측정부는 배터리의 온도를 측정하기 위한 온도 센서를 포함하는, 제어부.
  30. 제29항에 있어서, 온도 센서는 서미스터인, 제어부.
  31. 제20항에 있어서, 제1 특성은 배터리의 내부 저항이고, 측정부는 교류를 배터리로 지나가게 하는 것에 의해 내부 저항을 측정하도록 구성되고 교류의 연관된 전압을 측정하는, 제어부.
  32. 제20항에 있어서, 에어로졸 발생 장치는 에어로졸 발생 요소를 포함하는, 제어부.
  33. 제20항 내지 제32항 중 어느 한 항에 따른 제어부와; 에어로졸 발생 요소 및 제어부에 전류를 전달하기 위한 배터리; 및 배터리의 적어도 하나의 제1 특성을 측정하기 위한 측정부로서, 제1 특성은 배터리의 온도 또는 내부 저항인, 측정부;를 포함하는 에어로졸 발생 장치.
  34. 제33항에 있어서, 에어로졸 발생 요소를 포함하는, 에어로졸 발생 장치.
  35. 제34항에 있어서, 에어로졸 발생 요소는 전기 저항성 히터인, 에어로졸 발생 장치.
  36. 제33항에 있어서, 배터리는 리튬 이온 배터리인, 에어로졸 발생 장치.
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