KR20230093439A - 에어로졸 생성 디바이스 전력 시스템 - Google Patents

Abstract

에어로졸 생성 디바이스(100)는 전력 시스템(500, 600, 700) 및 제어기(102)를 포함한다. 전력 시스템은 제1 에너지 저장 모듈(104) 및 제2 에너지 저장 모듈(106)을 포함한다. 제어기는 에어로졸 생성 디바이스와 연관된 가열기로의 전력 시스템의 펄스 폭 변조된 전력 흐름을 제어하도록 구성된다. 펄스 폭 변조된 전력 흐름은 온 기간 및 오프 기간을 각각 가진 하나 이상의 펄스 폭 변조 사이클을 포함한다. 제어기는 또한 펄스 폭 변조 사이클 오프 기간 동안 제2 에너지 저장 모듈을 제어하여 제1 에너지 저장 모듈을 충전하도록 구성된다. 제1 에너지 저장 모듈은 슈퍼커패시터 모듈일 수 있고, 제2 에너지 저장 모듈은 배터리 모듈일 수 있다.

Description

에어로졸 생성 디바이스 전력 시스템

본 발명은 에어로졸 생성 디바이스, 더 구체적으로 에어로졸 생성 디바이스 전력 시스템에 관한 것이다.

에어로졸 생성 디바이스, 예컨대, 전자 담배 및 다른 에어로졸 흡입기 또는 기화 디바이스는 점점 더 대중적인 소비자 제품이 되고 있다.

기화 또는 에어로졸화를 위한 가열 디바이스가 기술 분야에 알려져 있다. 이러한 디바이스는 일반적으로 가열 챔버 및 가열기를 포함한다. 작동 시, 조작자는 에어로졸화되거나 또는 기화될 제품을 가열 챔버에 삽입한다. 이어서 제품은 조작자가 흡입할 제품의 구성성분을 기화시키기 위해 전자 가열기에 의해 가열된다. 일부 예에서, 제품은 종래의 담배와 유사한 담배 제품이다. 이러한 디바이스는 제품이 연소되는 일 없이 에어로졸화점으로 가열된다는 점에서 "비연소 가열식" 디바이스로서 때때로 지칭된다.

알려진 에어로졸 생성 디바이스가 직면하는 문제는 충분히 빠른 가열 및 에너지의 효율적인 사용을 제공하는 것을 포함한다.

제1 양상에 따르면, 에어로졸 생성 디바이스가 제공되고 에어로졸 생성 디바이스는:

제1 에너지 저장 모듈 및 제2 에너지 저장 모듈을 포함하는 전력 시스템; 및

제어기를 포함하되, 제어기는,

에어로졸 생성 디바이스와 연관된 가열기로의 전력 시스템의 펄스 폭 변조된 전력 흐름을 제어하도록 구성되고, 펄스 폭 변조된 전력 흐름은 온 기간(on period) 및 오프 기간(off period)을 각각 가진 하나 이상의 펄스 폭 변조 사이클을 포함하고;

펄스 폭 변조 사이클 오프 기간 동안 제2 에너지 저장 모듈을 제어하여 제1 에너지 저장 모듈을 충전하도록 구성된다.

이 방식으로, 제1 에너지 저장 모듈이 가열기에 전력공급하는 동안, 제1 에너지 저장 모듈은 또한 제2 에너지 저장 모듈에 의해 연속적으로 재충전된다. 이것은 제1 에너지 저장 모듈이 이의 충전 레벨이 감소되기 전에 더 많은 시간 동안 가열기에 전력공급하게 한다. 가열기에 전력공급하는 동안 제1 에너지 저장 모듈이 재충전될 때, 가열기에 전력공급하는 동안 재충전되지 않는 종래의 전력 시스템의 에너지 저장 모듈만큼 많은 충전량을 저장할 수 있는 것이 필요하지 않다. 이것은 제1 에너지 저장 모듈이 물리적으로 더 작게 하고, 안전성 개선과 연관된다.

제1 양상의 바람직한 제1 구현예에서, 제1 에너지 저장 모듈은 슈퍼커패시터 모듈이고 제2 에너지 저장 모듈은 배터리 모듈이다.

슈퍼커패시터 모듈은 고 전력 저장 모듈로 간주될 수 있고, 배터리는 고 에너지 저장 모듈로 간주될 수 있다. 이 배치에서, 전력 시스템은 배터리에 의존적이지 않고, 따라서 에너지와 전력 요건 간의 타협이 없다. 고 전력 슈퍼커패시터와 결합하여 고 에너지 배터리를 사용하는 것은 에너지 및 전력 요건이 전력 시스템 설계에서 별도로 고려되게 하여, 에너지 및 전력 요건을 충족시키는 더 큰 융통성을 제공한다.

펄스 폭 변조 사이클 오프 기간에, 에어로졸화 세션 동안 슈퍼커패시터 모듈의 연속적인 재충전은 더 작은 에너지 함량을 가진 슈퍼커패시터(즉, 더 작은 슈퍼커패시터)의 사용을 허용한다. 이것은 크기 및 비용의 감소를 허용한다.

바람직하게는, 슈퍼커패시터 모듈은 적어도 하나의 슈퍼커패시터를 포함한다. 바람직하게는, 슈퍼커패시터 모듈은 직렬로 연결된 복수의 슈퍼커패시터를 포함한다. 바람직하게는, 슈퍼커패시터 모듈은 직렬로 연결된 2개의 슈퍼커패시터를 포함한다. 바람직하게는, 배터리 모듈은 적어도 하나의 배터리를 포함한다. 바람직하게는, 배터리 모듈은 고 에너지 배터리를 포함한다. 바람직하게는, 배터리 모듈은 리튬 이온 배터리를 포함한다.

바람직하게는, 제어기는 또한:

펄스 폭 변조 사이클 온 기간 동안 전력 시스템을 제어하여 오직 슈퍼커패시터 모듈로부터 가열기로의 펄스 폭 변조된 전력 흐름을 제공하도록 구성된다.

슈퍼커패시터 모듈만으로 가열기에 전력공급하는 것은 작동 동안 감소된 손실을 발생시킨다. 예를 들어, 승압 변환기(예컨대, DC/DC 전압 변환기)는 슈퍼커패시터 모듈과 가열기 사이에 필요하지 않다. 이 방식으로, 에어로졸 생성 디바이스는 종래의 시스템과 동일한 에너지 사용량, 하지만 손실의 개선으로 인해 전력 시스템에 저장된 더 작은 총 에너지 함량을 제공할 수 있다.

배터리 모듈이 오직 슈퍼커패시터 모듈을 충전하기 위해 사용되고 가열기에 전력공급하지 않기 때문에, 배터리로부터의 손실이 감소된다. 이것은 더 적은 전력이 쓰일 때 조작자가 단일의 배터리로부터 다수의 에어로졸화 세션을 수행하게 한다.

바람직하게는, 제어기는:

펄스 폭 변조 사이클 온 기간 동안 배터리 모듈을 제어하여 슈퍼커패시터 모듈을 충전하지 않도록 구성된다.

바람직하게는, 전력 시스템은 배터리 모듈과 병렬로 연결된 슈퍼커패시터 모듈을 포함하고, 전압 변환기는 슈퍼커패시터 모듈과 배터리 모듈 사이에 연결된다.

바람직하게는, 전력 시스템은 배터리 모듈과 병렬로 연결된 슈퍼커패시터 모듈을 포함하고, 전압 변환기는 슈퍼커패시터 모듈과 배터리 모듈 사이에 연결된다.

바람직하게는, 전력 시스템은:

배터리 모듈과 슈퍼커패시터 모듈 간에 연결된 제1 전환 수단으로서, 펄스 폭 변조 사이클의 오프 기간 동안 제어기에 의해 제어되어 배터리 모듈을 제어해서 슈퍼커패시터 모듈을 충전하는, 제1 전환 수단; 및

슈퍼커패시터 모듈과 가열기 사이에 배치되도록 구성된 제2 전환 수단으로서, 제어기에 의해 제어되어 슈퍼커패시터 모듈로부터 가열기로의 펄스 폭 변조된 전력 흐름을 제어하는, 제2 전환 수단을 더 포함한다.

전력 시스템의 이 배치는 배터리 모듈이 전력 관리를 통해 슈퍼커패시터 모듈로부터 분리되게 한다. 배터리는 더 높은 연관된 안전 위험 및 더 낮은 수명을 가질 수 있고, 반면에 슈퍼커패시터는 더 낮은 안전 위험 및 더 높은 견고성 및 신뢰성을 가질 수 있다. 바람직하게는, 슈퍼커패시터 모듈만이 가열기에 전력공급하고, 배터리 모듈이 오직 슈퍼커패시터 모듈을 재충전하기 위해 사용되고, 배터리 모듈이 에너지를 가열기에 직접적으로 전달하지 않고; 이것은 전력 시스템의 전체 안전성 및 신뢰성을 증가시킨다. 가열기에 직접적으로 전력공급하지 않음으로써, 더 낮은 최대 전류 요건이 배터리에 대해 필요하고, 이는 배터리에 인가되는 응력을 감소시키고 이의 수명 및 신뢰성을 개선시킬 수 있다.

바람직하게는, 전환 수단은 제어기에 의해 제어되는 트랜지스터이다. 이 방식으로, 전환 수단은 전력 시스템의 전력 흐름의 제어를 발생시키기 위해 효과적으로 사용될 수 있다.

제1 양상의 바람직한 제2 구현예에서, 제1 에너지 저장 모듈은 제1 슈퍼커패시터 모듈이고 제2 에너지 저장 모듈은 제2 슈퍼커패시터 모듈이다.

이 방식으로, 오직 슈퍼커패시터 기반 기술로 에어로졸 생성 디바이스에 전력공급함으로써, 에어로졸 생성 디바이스에서 배터리가 필요하지 않다. 이것은 에어로졸화 세션에서 사용 시, 배터리가 조작자의 입 근방에 배치되지 않는다는 것을 의미한다. 이것은 에어로졸 생성 디바이스의 안전성을 개선시킨다.

바람직하게는, 가열기로의 펄스 폭 변조된 전력 흐름은 제2 슈퍼커패시터 모듈로부터의 전력 흐름이 아닌 제1 슈퍼커패시터 모듈로부터의 전력 흐름만을 포함한다.

바람직하게는, 전력 시스템은: 제1 슈퍼커패시터 모듈과 제2 슈퍼커패시터 모듈 사이에 연결된 제1 전환 수단을 더 포함하고, 제1 전환 수단은 펄스 폭 변조 사이클의 오프 기간 동안 제어기에 의해 제어되어 제2 슈퍼커패시터 모듈을 제어해서 제1 슈퍼커패시터 모듈을 충전하고/충전하거나; 제2 전환 수단은 제1 슈퍼커패시터 모듈과 가열기 사이에 배치되도록 구성되고, 제2 전환 수단은 제어기에 의해 제어되어 제1 슈퍼커패시터 모듈로부터 가열기로의 펄스 폭 변조된 전력 흐름을 제어한다.

바람직하게는, 제1 슈퍼커패시터 모듈은 적어도 하나의 슈퍼커패시터, 또는 직렬로 연결된 2개 이상의 슈퍼커패시터를 포함한다. 바람직하게는, 제1 슈퍼커패시터 모듈의 슈퍼커패시터(들)는 종래의 슈퍼커패시터이다. 바람직하게는, 제1 슈퍼커패시터 모듈이 직렬로 연결된 2개의 2.5 V 슈퍼커패시터를 포함하여, 총 5 V를 제1 슈퍼커패시터 모듈에 제공한다.

바람직하게는, 제2 슈퍼커패시터 모듈은 적어도 하나의 하이브리드 커패시터(또한 하이브리드 슈퍼커패시터로 알려짐)를 포함한다. 하이브리드 커패시터는 종래의 슈퍼커패시터보다 더 높은 작동 전압, 더 높은 정전용량 및 더 높은 에너지 밀도를 가질 수 있다. 하이브리드 커패시터는 종래의 슈퍼커패시터보다 더 낮은 전력 용량을 가질 수 있다. 바람직하게는, 제2 슈퍼커패시터 모듈이 3.7 V 하이브리드 커패시터를 포함하여, 총 3.7 V를 제2 슈퍼커패시터 모듈에 제공한다.

제1 양상의 바람직한 제3 구현예에서, 제1 에너지 저장 모듈은 슈퍼커패시터 모듈이고 제2 에너지 저장 모듈은 배터리 모듈이고;

온 기간에, 제어기는 배터리 모듈과 슈퍼커패시터 모듈을 제어하여 가열기에 전력공급하고;

오프 기간에, 제어기는 배터리 모듈을 제어하여 슈퍼커패시터 모듈을 충전한다.

슈퍼커패시터 모듈은 고 전력 에너지 저장 모듈로 간주될 수 있고, 배터리는 고 에너지 저장 모듈로 간주될 수 있다. 이 배치에서, 전력 시스템은 배터리에 의존적이지 않고, 따라서 에너지와 전력 요건 간의 타협이 없다. 고 전력 슈퍼커패시터와 결합하여 고 에너지 배터리를 사용하는 것은 에너지 및 전력 요건이 전력 시스템 설계에서 별도로 고려되게 하여, 에너지 및 전력 요건을 충족시키는 더 큰 융통성을 제공한다.

또 다른 이점에서, 증가된 전체 시스템 안전성은 표준 배터리-기반 전력 시스템과 비교하여, 전력 시스템을 통해 흐르는 최대 전류의 감소로 인해 제공된다.

펄스 폭 변조 사이클 오프 기간에, 에어로졸화 세션 동안 슈퍼커패시터 모듈의 연속적인 재충전은 더 작은 에너지 함량을 가진 슈퍼커패시터(즉, 더 작은 슈퍼커패시터)의 사용을 허용한다. 이것은 크기 및 비용의 감소를 허용한다. 슈퍼커패시터 모듈의 정전용량이 배터리 모듈의 정전용량보다 훨씬 더 낮기 때문에, 슈퍼커패시터 모듈이 매우 신속하게 충전될 수 있고, 이는 배터리 모듈의 방전 전류가 짧은 시간 기간 동안에만 높다는 것을 의미한다.

바람직하게는, 슈퍼커패시터 모듈은 적어도 하나의 슈퍼커패시터를 포함한다. 바람직하게는, 슈퍼커패시터 모듈은 직렬로 연결된 복수의 슈퍼커패시터를 포함한다. 바람직하게는, 슈퍼커패시터 모듈은 직렬로 연결된 2개의 슈퍼커패시터를 포함한다. 바람직하게는, 배터리 모듈은 적어도 하나의 배터리를 포함한다. 바람직하게는, 배터리 모듈은 고 에너지 배터리를 포함한다. 바람직하게는, 배터리 모듈은 리튬 이온 배터리를 포함한다.

바람직하게는, 전력 시스템은 전력 시스템을 온 기간의 제2 구성과 오프 기간의 제1 구성 간에 전환하도록 구성된 전환 수단을 더 포함하고, 제2 구성에서 슈퍼커패시터 모듈과 배터리 모듈이 직렬로 연결되고, 제1 구성에서 슈퍼커패시터 모듈과 배터리 모듈이 병렬로 연결된다.

유리하게는, 슈퍼커패시터 모듈과 배터리 모듈이 제1 구성일 때 슈퍼커패시터 모듈의 재충전이 제어될 필요가 없다. 슈퍼커패시터 모듈의 고 충전 용인은 재충전이 자연적으로 그리고 전압 변환기의 필요 없이 발생하게 한다. 이것은 전력 시스템의 손실을 감소시킨다.

이 배치는 승압 전압 변환기의 필요 없이 가열기(그리고 특히 고 저항, 1 Ω 초과의 가열기 또는 대안적인 가열 기술, 예컨대, 유도 가열기)로 고 전력 전달을 허용한다. 이 방식으로, 이러한 변환기를 통해 전력 시스템으로 다른 방식으로 도입될 손실이 제거된다.

바람직하게는, 전환 수단은 제어기에 의해 제어되는 트랜지스터이다. 이 방식으로, 전환 수단은 전력 시스템의 전력 흐름의 제어를 발생시키기 위해 효과적으로 사용될 수 있다.

바람직하게는, 전력 시스템은 온 기간에 배터리 모듈과 슈퍼커패시터 모듈의 합산된 전위를 가열기에 인가하도록 구성된다.

배터리 모듈과 슈퍼커패시터 모듈의 합산된 전위는 표준 단일 전지 전력 시스템과 비교하여 더 높은 전압을 제공한다. 이것은 동일한 전력이 더 낮은 전류로 전달되게 한다. 이 방식으로, 손실은 (P_손실 = I²R_시스템)과 같이 시스템에서 상당히 감소된다. 부가적으로, 더 낮은 최대 전류가 필요할 때, 에어로졸 생성 디바이스에 대한 표준 전력 시스템과 비교하여, 사용되는 배터리의 유형의 더 높은 정도의 융통성이 달성된다.

바람직하게는, 이전의 구현예의 각각의 전력 시스템은 에어로졸화 세션의 복수의 선택 가능한 작동 모드로 작동 가능하고, 복수의 작동 모드는 플로트 모드를 포함하고, 제어기는,

전력 시스템을 제어하여 제1 듀티 사이클 레짐으로 가열기에 펄스 폭 변조된 전력 흐름을 인가하여 가열기를 실질적으로 에어로졸 생성 온도로 유지하도록 구성된다.

이 방식으로, 전력은 또한 펄스 폭 변조 사이클 오프 기간 동안 제1 에너지 저장 모듈을 재충전하는 동안, 펄스 폭 변조를 사용하여 제어될 수 있는, 에어로졸 생성 소모품으로부터 에어로졸을 생성하기 위해 가열기에 인가될 수 있어서, 제1 에너지 저장 모듈이 가열기에 전력공급할 수 있는 시간의 길이를 개선시킨다.

바람직하게는, 복수의 작동 모드는 예열 모드를 더 포함하고, 제어기는,

가열기를 에어로졸 생성 온도로 가열하기 위해 플로트 모드 전 예열 모드 동안, 전력 시스템을 제어하여 제1 듀티 사이클 레짐과 상이한 제2 듀티 사이클 레짐으로 가열기에 펄스 폭 변조된 전력 흐름을 인가하도록 구성된다.

바람직하게는, 제1 듀티 사이클 레짐은 제1 듀티 사이클 비(D1)를 가진 하나 이상의 펄스 폭 변조 사이클을 포함하고, 제2 듀티 사이클 레짐은 제2 듀티 사이클 비(D2)를 가진 하나 이상의 펄스 폭 변조 사이클을 포함하고, D2 = D1 × K이고, K는 >> 1인 계수이다.

이 방식으로, 가열기는 예열 모드 동안 에어로졸 생성 온도로 신속하게 가열될 수 있고, 이어서 플로트 모드 동안 저 전력 소비로 에어로졸 생성 온도로 유지될 수 있다.

예에서, D1은 1보다 훨씬 더 작고 D2는 1과 가깝지만 그 미만이다. 또 다른 예에서, D1은 << 0.5이고 D2는 0.5 이상이다. 또 다른 예에서, 제1 듀티 사이클은 3 W 미만이 플로트 모드로 인가되도록 구성되고, 제2 듀티 사이클은 대략 16 W가 예열 모드로 인가되도록 구성된다.

바람직하게는, 복수의 작동 모드는 플로트 후 모드를 포함하고, 제어기는,

에어로졸화 세션의 나머지 시간 기간 동안 플로트 모드 후 가열기로의 펄스 폭 변조된 전력 흐름을 비활성화시키고;

제2 에너지 저장 모듈을 제어하여 제1 에너지 저장 모듈을 충전하도록 구성된다.

이 방식으로, 펄스 폭 변조된 전력 흐름이 비활성된 후, 전력이 가열기에 직접적으로 인가되는 일 없이 가열기에 보유된 잔열이 에어로졸 생성 소모품을 계속해서 에어로졸화할 수 있다. 동시에, 제2 에너지 저장 모듈은 본 에어로졸화 세션의 나머지 동안 후속 에어로졸화 세션 동안 제1 에너지 저장 모듈을 적어도 부분적으로 재충전할 수 있다. 즉, 제1 에너지 저장 모듈이 충전되어 후속 예열 모드를 실행시킬 것이다.

바람직하게는, 제1 에너지 저장 모듈이 후속 에어로졸화 세션 동안 충분히 충전될 때까지, 제2 에너지 저장 모듈이 제어되어 제1 에너지 저장 모듈을 에어로졸화 세션의 종료를 넘어 계속해서 재충전할 수 있다.

제2 양상에서, 에어로졸 생성 디바이스의 전력 시스템을 제어하는 방법이 제공되되, 전력 시스템은 제1 에너지 저장 모듈 및 제2 에너지 저장 모듈을 포함하고, 방법은:

에어로졸 생성 디바이스와 연관된 가열기로의 전력 시스템의 펄스 폭 변조된 전력 흐름을 제어하는 단계로서, 펄스 폭 변조된 전력 흐름은 온 기간 및 오프 기간을 각각 가진 하나 이상의 펄스 폭 변조 사이클을 포함하는, 제어하는 단계; 및

펄스 폭 변조 사이클 오프 기간 동안 제2 에너지 저장 모듈을 제어하여 제1 에너지 저장 모듈을 충전하는 단계를 포함한다.

임의로, 제2 양상은 제1 양상의 바람직한 특징을 포함할 수 있다.

제3 양상에서, 제1 에너지 저장 모듈 및 제2 에너지 저장 모듈을 포함하는 에어로졸 생성 디바이스 전력 시스템에 의한 작동을 위해 구성된 제어기의 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때,

에어로졸 생성 디바이스와 연관된 가열기로의 전력 시스템의 펄스 폭 변조된 전력 흐름을 제어함으로써(펄스 폭 변조된 전력 흐름은 온 기간 및 오프 기간을 각각 가진 하나 이상의 펄스 폭 변조 사이클을 포함함); 그리고

펄스 폭 변조 사이클 오프 기간 동안 제2 에너지 저장 모듈을 제어하여 제1 에너지 저장 모듈을 충전함으로써 하나 이상의 프로세서가 전력 시스템을 제어하게 하는 명령어를 저장하는 비일시적인 컴퓨터 판독 가능한 매체가 제공된다.

임의로, 제3 양상은 제1 양상의 바람직한 특징을 포함할 수 있다.

제4 양상에서, 에어로졸 생성 디바이스가 제공되되, 에어로졸 생성 디바이스는,

제1 슈퍼커패시터 모듈 및 제2 슈퍼커패시터 모듈을 포함하는 전력 시스템; 및

제어기를 포함하되, 제어기는:

제1 슈퍼커패시터 모듈의 전력 흐름을 제어하여 에어로졸 생성 디바이스와 연관된 가열기에 전력공급하고;

제2 슈퍼커패시터 모듈의 전력 흐름을 제어하여 제1 슈퍼커패시터 모듈을 충전하도록 구성된다.

이 방식으로, 오직 슈퍼커패시터 기반 기술을 사용하여 에어로졸 생성 디바이스에 전력공급함으로써, 배터리는 에어로졸 생성 디바이스에서 필요하지 않다. 이것은 에어로졸화 세션에서 사용 시, 배터리가 조작자의 입 근처에 배치되지 않는다는 것을 의미한다. 이것은 에어로졸 생성 디바이스의 안전성을 개선시킨다.

바람직하게는, 에어로졸 생성 디바이스는 배터리 모듈을 포함하는 충전 컴포넌트를 위한 전기 연결부를 포함하고, 전력 시스템은 배터리를 포함하지 않는다.

이 방식으로, 제2 슈퍼커패시터 모듈은 추가의 에어로졸화 세션 동안 재충전될 수 있다. 바람직하게는, 충전 컴포넌트는 외부 충전 모듈이다. 바람직하게는, 이것은 전력 뱅크 또는 외부 충전기일 수 있다.

바람직하게는, 제1 슈퍼커패시터 모듈은 적어도 하나의 슈퍼커패시터를 포함하고/하거나; 제2 슈퍼커패시터 모듈은 적어도 하나의 하이브리드 커패시터를 포함한다.

바람직하게는, 제1 슈퍼커패시터 모듈은 직렬로 연결된 2개 이상의 슈퍼커패시터를 포함한다. 바람직하게는, 제1 슈퍼커패시터 모듈의 슈퍼커패시터(들)는 종래의 슈퍼커패시터이다. 바람직하게는, 제1 슈퍼커패시터 모듈이 직렬로 연결된 2개의 2.5 V 슈퍼커패시터를 포함하여, 총 5 V를 제1 슈퍼커패시터 모듈에 제공한다.

하이브리드 커패시터(또한 하이브리드 슈퍼커패시터로서 알려짐)는 종래의 슈퍼커패시터보다 더 높은 작동 전압, 더 높은 정전용량 및 더 높은 에너지 밀도를 가질 수 있다. 하이브리드 커패시터는 종래의 슈퍼커패시터보다 더 낮은 전력 용량을 가질 수 있다. 바람직하게는, 제2 슈퍼커패시터 모듈은 3.7 V 하이브리드 커패시터를 포함하여, 총 3.7 V를 제2 슈퍼커패시터 모듈에 제공한다.

이 방식으로, 하이브리드 커패시터 기반 제2 슈퍼커패시터 모듈의 더 높은 정전용량 및 더 높은 에너지 밀도가 활용되어 제1 슈퍼커패시터 모듈을 충전할 수 있고, 종래의 슈퍼커패시터 기반 제1 슈퍼커패시터 모듈의 더 높은 전력 용량이 활용되어 가열기에 전력공급할 수 있다.

바람직하게는, 제1 슈퍼커패시터 모듈과 제2 슈퍼커패시터 모듈은 병렬로 연결되고, 전력 시스템은:

제1 슈퍼커패시터 모듈과 제2 슈퍼커패시터 모듈 간에 연결된 제1 전환 수단으로서, 제어기에 의해 제어되어 제2 슈퍼커패시터 모듈을 제어해서 제1 슈퍼커패시터 모듈을 충전하는, 제1 전환 수단; 및/또는

제1 슈퍼커패시터 모듈과 가열기 간에 배치된 제2 전환 수단으로서, 제어기에 의해 제어되어 제1 슈퍼커패시터 모듈로부터 가열기로의 전력 흐름을 제어하는, 제2 전환 수단을 더 포함한다.

바람직하게는, 전환 수단은 제어기에 의해 제어되는 트랜지스터이다. 이 방식으로, 전환 수단은 전력 시스템의 전력 흐름의 제어를 발생시키기 위해 효과적으로 사용될 수 있다.

바람직하게는, 제1 슈퍼커패시터 모듈의 전력 흐름은 온 기간 및 오프 기간을 각각 가진 하나 이상의 펄스 폭 변조 사이클을 포함하는 펄스 폭 변조된 전력 흐름이고;

제어기는 또한:

펄스 폭 변조 사이클 오프 기간 동안 제2 슈퍼커패시터 모듈의 전력 흐름을 제어하여 제1 슈퍼커패시터 모듈을 충전하도록 구성된다.

이 방식으로, 제1 슈퍼커패시터 모듈이 가열기에 전력공급하는 동안, 제1 슈퍼커패시터 모듈은 또한 제2 슈퍼커패시터 모듈에 의해 연속적으로 재충전된다. 이것은 제1 슈퍼커패시터 모듈가 이의 충전 레벨이 감소되기 전에 더 많은 시간 동안 가열기에 전력공급하게 한다. 가열기에 전력공급하는 동안 제1 슈퍼커패시터 모듈이 재충전될 때, 가열기에 전력공급하는 동안 재충전되지 않는 종래의 전력 시스템의 에너지 저장 모듈만큼 많은 전하량을 저장할 수 있는 것이 필요하지 않다. 이것은 제1 슈퍼커패시터 모듈이 물리적으로 더 작게 하고, 연관된 안전성을 개선시킨다.

바람직하게는, 전력 시스템은 플로트 모드로 작동 가능하고, 플로트 모드에서, 제어기는:

제1 슈퍼커패시터 모듈을 제어하여 제1 듀티 사이클 레짐으로 펄스 폭 변조된 전력 흐름을 가열기에 인가해서 가열기를 실질적으로 에어로졸 생성 온도로 유지하도록 구성된다.

이 방식으로, 전력은 또한 펄스 폭 변조 사이클 오프 기간 동안 제1 슈퍼커패시터 모듈을 재충전하는 동안, 펄스 폭 변조를 사용하여 제어될 수 있는, 에어로졸 생성 소모품으로부터 에어로졸을 생성하기 위해 가열기에 인가될 수 있어서, 제1 슈퍼커패시터 모듈이 가열기에 전력공급할 수 있는 시간의 길이를 개선시킨다.

바람직하게는, 전력 시스템은 예열 모드로 작동 가능하고, 예열 모드에서 제어기는:

가열기를 에어로졸 생성 온도로 가열하는 플로트 모드 전 예열 모드 동안, 제1 슈퍼커패시터 모듈을 제어하여 제1 듀티 사이클 레짐과 상이한 제2 듀티 사이클 레짐으로 펄스 폭 변조된 전력 흐름을 가열기에 인가하도록 구성된다.

바람직하게는, 제1 듀티 사이클 레짐은 제1 듀티 사이클 비(D1)를 가진 하나 이상의 펄스 폭 변조 사이클을 포함하고; 제2 듀티 사이클 레짐은 제2 듀티 사이클 비(D2)를 가진 하나 이상의 펄스 폭 변조 사이클을 포함하고; D2 = D1 × K이고, K는 >> 1인 계수이다.

이 방식으로, 가열기는 예열 모드 동안 에어로졸 생성 온도로 신속하게 가열될 수 있고, 이어서 플로트 모드 동안 더 낮은 전력 소비로 에어로졸 생성 온도로 유지될 수 있다.

예에서, D1은 1보다 훨씬 더 작고 D2는 1과 가깝지만 그 미만이다. 또 다른 예에서, D1은 << 0.5이고 D2는 0.5 이상이다. 또 다른 예에서, 제1 듀티 사이클은 3 W 미만이 플로트 모드로 인가되도록 구성되고, 제2 듀티 사이클은 대략 16 W가 예열 모드로 인가되도록 구성된다.

바람직하게는, 전력 시스템은 플로트 후 모드로 작동 가능하고, 플로트 후 모드에서 제어기는:

에어로졸화 세션의 나머지 시간 기간 동안 플로트 모드 후 가열기로의 전력 흐름을 비활성화시키고;

제2 에너지 저장 모듈을 제어하여 제1 에너지 저장 모듈을 충전하도록 구성된다.

이 방식으로, 펄스 폭 변조된 전력 흐름이 비활성된 후, 전력이 가열기에 직접적으로 인가되는 일 없이 가열기에 보유된 잔열이 에어로졸 생성 소모품을 계속해서 에어로졸화할 수 있다. 동시에, 제2 슈퍼커패시터 모듈은 본 에어로졸화 세션의 나머지 동안 후속 에어로졸화 세션 동안 제1 슈퍼커패시터 모듈을 적어도 부분적으로 재충전할 수 있다. 즉, 제1 슈퍼커패시터 모듈이 충전되어 후속 예열 모드를 실행시킬 것이다.

바람직하게는, 제1 슈퍼커패시터 모듈이 후속 에어로졸화 세션 동안 충분히 충전될 때까지, 제2 슈퍼커패시터 모듈이 제어되어 제1 슈퍼커패시터 모듈을 에어로졸화 세션의 종료를 넘어 계속해서 재충전할 수 있다.

제5 양상에서, 제4 양상의 에어로졸 생성 디바이스에 연결 가능한 에어로졸 생성 디바이스 충전 컴포넌트가 제공되고, 에어로졸 생성 디바이스 충전 컴포넌트는 에어로졸 생성 디바이스에 연결될 때 제2 슈퍼커패시터 모듈을 충전하도록 구성된다.

이 방식으로, 에어로졸 생성 디바이스의 조작자는 에어로졸 생성 디바이스를 외부 충전 컴포넌트(예컨대, 전력 뱅크 또는 도킹 스테이션 또는 주 전력원)에 연결시키기 전에 다수의 에어로졸화 세션을 실행시킬 수 있다. 이것은 다루기 더 편한 감소된 크기의 에어로졸 생성 디바이스를 허용하고, 에어로졸 생성 디바이스 자체에 배터리가 없다는 점에서 안정성을 개선시킨다.

바람직하게는, 에어로졸 생성 디바이스 충전 컴포넌트는 에어로졸 생성 디바이스의 전력 시스템에 전하를 제공하도록 구성된 배터리 모듈을 포함한다.

이 방식으로, 충전 컴포넌트는 제2 슈퍼커패시터 모듈을 충전하기 위해, 외부 전력원, 예컨대, 주 전력원을 필요로 하지 않는 휴대용 충전 컴포넌트일 수 있다.

바람직하게는, 에어로졸 생성 디바이스 충전 컴포넌트는 에어로졸화 생성 디바이스를 수용하도록 구성된 충전 케이스이다. 대안적으로, 에어로졸 생성 디바이스 충전 컴포넌트는 도킹 스테이션 및/또는 전력 뱅크이다.

제6 양상에서, 제4 양상의 에어로졸 생성 디바이스, 및 제5 양상의 에어로졸 생성 디바이스 충전 컴포넌트를 포함하는 시스템이 제공된다.

제7 양상에서, 에어로졸 생성 디바이스의 전력 시스템을 제어하는 방법이 제공되고, 전력 시스템은 제1 슈퍼커패시터 모듈 및 제2 슈퍼커패시터 모듈을 포함하고, 방법은:

제1 슈퍼커패시터 모듈의 전력 흐름을 제어하여 에어로졸 생성 디바이스와 연관된 가열기에 전력공급하는 단계; 및

제2 슈퍼커패시터 모듈의 전력 흐름을 제어하여 제1 슈퍼커패시터 모듈을 충전하는 단계를 포함한다.

임의로, 제7 양상은 제4양상의 바람직한 특징을 포함할 수 있다.

제8 양상에서, 제1 슈퍼커패시터 모듈 및 제2 슈퍼커패시터 모듈을 포함하는 에어로졸 생성 디바이스 전력 시스템에 의한 작동을 위해 구성된 제어기의 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때,

제1 슈퍼커패시터 모듈의 전력 흐름을 제어하여 에어로졸 생성 디바이스와 연관된 가열기에 전력공급함으로써; 그리고

제2 슈퍼커패시터 모듈의 전력 흐름을 제어하여 제1 슈퍼커패시터 모듈을 충전함으로써 하나 이상의 프로세서가 전력 시스템을 제어하게 하는 명령어를 저장하는, 비일시적인 컴퓨터 판독 가능한 매체가 제공된다.

임의로, 제8 양상은 제4양상의 바람직한 특징을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시형태가 이제 도면을 참조하여, 예로서 설명되고, 도면에서:
도 1은 에어로졸 생성 디바이스의 블록도이다;
도 2는 에어로졸 생성 디바이스의 작동 모드의 흐름도이다;
도 3은 에어로졸화 세션 동안 시간에 대한 가열기 온도의 플롯이다;
도 4는 펄스 폭 변조된 전력 흐름의 플롯이다;
도 5a는 슈퍼커패시터 모듈 및 배터리 모듈을 포함하는 전력 시스템의 회로도이다;
도 5b는 도 5a의 전력 시스템의 슈퍼커패시터 모듈 내외로의 펄스 폭 변조된 전력 흐름에 대한 시간에 대한 전류의 플롯이다;
도 5c는 도 5a의 전력 시스템을 사용하는 에어로졸화 세션 동안 시간에 대한 가열기 온도 및 시간에 대한 슈퍼커패시터 모듈의 충전 상태의 이중 플롯이다;
도 6은 제1 슈퍼커패시터 모듈 및 제2 슈퍼커패시터 모듈을 포함하는 전력 시스템의 회로도이다;
도 7a는 슈퍼커패시터 모듈 및 배터리 모듈을 포함하는 전력 시스템의 회로도이다;
도 7b는 제1 구성의 도 7a의 전력 시스템의 회로도이다; 그리고
도 7c는 제2 구성의 도 7a의 전력 시스템의 회로도이다.

도 1은 전자 담배로서 또한 알려진, 에어로졸 생성 디바이스(100) 또는 증기 생성 디바이스의 컴포넌트의 블록도를 도시한다. 본 설명의 목적을 위해, 용어 증기와 에어로졸이 교환 가능하다는 것을 이해할 것이다.

에어로졸 생성 디바이스(100)는 제어기(102), 및 제1 에너지 저장 모듈(104)과 제2 에너지 저장 모듈(106)을 포함하는 전력 시스템을 포함하는 본체부(112)를 갖는다. 전력 시스템은 복수의 선택 가능한 작동 모드로 작동 가능하다. 단 하나의 제1 에너지 저장 모듈(104) 및 하나의 제2 에너지 저장 모듈(106)이 본 명세서에 나타나지만; 당업자는 전력 시스템이 하나 이상의 제1 에너지 저장 모듈 및 하나 이상의 제2 에너지 저장 모듈을 적절히 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 제어기(102)는 후속하여 설명될 바와 같이, 선택된 작동 모드에 기초하여 제1 에너지 저장 모듈(104) 및 제2 에너지 저장 모듈(106)의 전력 흐름을 제어하도록 구성된다. 제어기(102)는 선택 가능한 작동 모드를 실행시키고 전력 흐름을 제어하기 위한 명령어를 포함하는 에어로졸 생성 디바이스(100)를 작동시키기 위해 저장된 명령어를 가진 메모리, 및 명령어를 실행시키도록 구성된 하나 이상의 프로세서를 포함하는 적어도 하나의 마이크로제어기 장치일 수 있다.

일부 예에서, 제1 에너지 저장 모듈(104)은 슈퍼커패시터 모듈(104)이고 제2 에너지 저장 모듈(106)은 배터리 모듈(106)이다. 다른 예에서, 제2 에너지 저장 모듈(106)은 또한 슈퍼커패시터 모듈(즉, 제2 슈퍼커패시터 모듈)(106)이다.

예에서, 가열기(108)에는 본체부(112)가 포함된다. 이러한 예에서, 도 1에 도시된 바와 같이, 가열기(108)는 본체부(112)의 공동부(110) 또는 챔버에 배치된다. 공동부(110)는 본체부(112)의 개구(110A)에 의해 접근된다. 공동부(110)는 연관된 에어로졸 생성 소모품(114)을 수용하도록 배치된다. 에어로졸 생성 소모품은 에어로졸 생성 물질, 예컨대, 담배를 포함하는 담배 막대를 포함할 수 있다. 담배 막대는 종래의 담배와 유사할 수 있다. 공동부(110)는 에어로졸 생성 소모품(114)의 단면과 대략 동일한 단면, 및 연관된 에어로졸 생성 소모품(114)이 공동부(110)에 삽입될 때, 에어로졸 생성 소모품(114)의 제1 단부 부분(114A)이 공동부(110)의 하단 부분(110B)(즉, 공동부 개구(110A)로부터 원위인 공동부(110)의 단부 부분(110B))에 도달하고, 제1 단부 부분(114A)에 원위인 에어로졸 생성 소모품(114)의 제2 단부 부분(114B)이 공동부(110)로부터 외향으로 연장되도록 하는 깊이를 갖는다. 이 방식으로, 소비자는 에어로졸 생성 소모품이 에어로졸 생성 디바이스(100)에 삽입될 때 에어로졸 생성 소모품(114)을 흡입할 수 있다. 도 1의 예에서, 가열기(108)가 공동부(110)에 배치되어 에어로졸 생성 소모품(114)이 공동부(110)에 삽입될 때 가열기(108)와 맞물린다. 도 1의 예에서, 가열기(108)가 공동부 내 관으로서 배치되어 에어로졸 생성 소모품의 제1 단부 부분(114A)이 공동부에 삽입될 때, 가열기(108)가 공동부(110) 내 에어로졸 생성 소모품(114)의 부분을 실질적으로 또는 완전히 둘러싼다. 가열기(108)는 와이어, 예컨대, 코일형 와이어 가열기 또는 세라믹 가열기 또는 임의의 다른 적합한 유형의 가열기일 수 있다. 가열기(108)는 순차적 순서로 독립적으로 활성화(즉, 시동)될 수 있는, 공동부의 축방향 길이를 따라 순차적으로 배치된 다수의 가열 소자를 포함할 수 있다.

대안적인 실시형태(미도시)에서, 가열기는 공동부 내에 세장형 관통 부재(예컨대, 바늘, 막대 또는 블레이드의 형태임)로서 배치될 수 있고; 이러한 실시형태에서, 가열기는 에어로졸 생성 소모품을 관통하고 에어로졸 생성 소모품이 공동부에 삽입될 때 에어로졸 생성 물질과 맞물리도록 배치될 수 있다.

또 다른 대안적인 실시형태(미도시)에서, 가열기는 유도 가열기의 형태일 수 있다. 이러한 실시형태에서, 가열 소자(즉, 발열체)가 소모품에 제공될 수 있고, 소모품이 공동부에 삽입될 때 가열 소자는 공동부의 유도 소자(즉, 유도 코일)에 유도 결합된다. 이어서 유도 가열기는 유도에 의해 가열 소자를 가열한다.

가열기(108)는 에어로졸 생성 소모품(114)을 미리 결정된 온도로 가열하여 에어로졸화 세션에 에어로졸을 생성하도록 배치된다. 에어로졸화 세션은 디바이스가 에어로졸 생성 소모품(114)으로부터 에어로졸을 생성하도록 작동될 때로 간주될 수 있다. 에어로졸 생성 소모품(114)이 담배 막대인 예에서, 에어로졸 생성 소모품(114)은 담배를 포함한다. 가열기(108)는 담배를 태우는 일 없이, 담배를 가열하여 에어로졸을 생성하도록 배치된다. 즉, 가열기(108)가 담배를 담배의 연소점 미만의 미리 결정된 온도로 가열하여 담배 기반 에어로졸이 생성된다. 당업자는 에어로졸 생성 소모품(114)이 반드시 담배를 포함하지 않아도 되고, 에어로졸화(또는 기화)를 위한, 특히, 물질을 태우는 일 없이 가열에 의한 임의의 다른 적합한 물질이 담배 대신에 사용될 수 있다는 것을 손쉽게 이해할 것이다.

대안에서, 에어로졸 생성 소모품은 기화 가능한 액체일 수 있다. 기화 가능한 액체는 에어로졸 생성 디바이스에 수용 가능한 카트리지에 포함될 수 있거나 또는 에어로졸 생성 디바이스에 직접적으로 증착될 수 있다.

제어기(102)는 에어로졸화 세션의 선택된 작동 모드에 기초하여 제1 에너지 저장 모듈(104) 및 제2 에너지 저장 모듈(106)의 전력 흐름을 제어하도록 배치된다. 작동 모드는 예열 모드, 플로트 모드 및 플로트 후 모드를 포함한다.

예열 모드로부터, 플로트 모드로 그리고 이어서 플로트 후 모드로의 진행은 도 2로부터 이해될 수 있다.

예열 모드(202)에서, 에어로졸 생성 디바이스(100)와 연관된 가열기(108)는 에어로졸 생성 소모품(114)으로부터 에어로졸의 생성을 위해 미리 결정된 온도로 가열된다. 예열 단계는 예열 모드가 실행되는 시간, 예를 들어, 가열기(108)가 미리 결정된 온도에 도달하는 데 걸리는 시간으로 간주될 수 있다. 예열 모드는 에어로졸화 세션의 제1 시간 기간 동안 발생한다. 예에서, 제1 시간 기간은 고정된 미리 결정된 시간 기간일 수 있다. 다른 예에서, 제1 시간 기간은 가열기(108)를 미리 결정된 온도로 가열하는 데 필요한 시간의 길이에 대응하여 달라질 수 있다.

가열기가 미리 결정된 온도에 도달할 때, 제어기(102)는 예열 모드(202)를 종료하고 전력 시스템을 제어하여 플로트 모드(204)를 수행한다. 플로트 모드(204)에서, 제어기(102)가 전력 시스템으로부터의 전력 흐름을 제어하여 가열기(108)를 실질적으로 미리 결정된 온도로 유지해서 소비자가 흡입하기 위한 에어로졸이 생성된다. 플로트 단계는 플로트 모드가 실행되는 시간, 예를 들어, 예열 단계 후 가열기(108)가 하나(또는 하나의 적어도 부분)의 에어로졸 생성 소모품(114)을 에어로졸화하는 시간으로 간주될 수 있다. 제어기(102)가 전력 시스템을 제어하여 에어로졸화 세션의 제2 시간 기간 동안 플로트 모드를 작동시킬 수 있다. 제2 시간 기간이 미리 결정되고 제어기(102)에 저장될 수 있다.

제2 시간 기간의 종료 후, 제어기(102)는 작동 모드를 플로트 후 모드(206)로 전환한다. 플로트 후 모드에서, 제어기(102)가 전력 시스템으로부터 가열기로의 전력 흐름을 비활성화하여 가열기가 더 이상 전력공급받지 못한다. 가열기는 전력 흐름이 비활성화됨에도 불구하고 잔열 에너지를 유지한다. 이 잔열은 플로트 후 모드에서 소모품을 계속해서 가열하도록 사용된다. 플로트 후 단계는 플로트 후 모드가 실행되는 시간으로 간주될 수 있다. 플로트 후 단계는 에어로졸화 세션의 제3 시간 기간에 대응한다.

도 3은 시간(302)에 대한 가열기 온도(304)의 예시적인 플롯을 나타낸다. 예열 단계에서, 가열기 온도가 미리 결정된 온도(306)에 도달할 때까지, 제어기(102)가 전력 시스템을 제어하여 제1 시간 기간(308) 동안 전력을 가열기에 인가한다. 예에서, 미리 결정된 온도는 230℃이다. 예에서, 제1 시간 기간은 20초이다. 일부 예에서, 제어기(102)는 고정된 미리 결정된 제1 시간 기간 내에 가열기를 미리 결정된 온도로 가열하도록 구성된다. 다른 예에서, 제1 시간 기간은 가열기가 미리 결정된 온도에 도달하는 데 얼마나 걸리는지에 따라 달라진다.

가열기가 미리 결정된 온도(306)에 도달할 때, 제어기(102)는 제2 시간 기간(310) 동안 작동 모드를 플로트 모드로 전환하고 이 제2 시간 기간(310) 동안 가열기 온도를 실질적으로 미리 결정된 온도(306)로 유지한다. 예에서, 제2 시간 기간은 250초일 수 있다.

제2 시간 기간(310)의 종료 후, 제어기(102)는 제3 시간 기간(312) 동안 작동 모드를 플로트 후 모드로 전환한다. 제3 시간 기간(312)이 진행될 때, 전력이 더 이상 인가되지 않음에 따라 가열기 온도가 강하된다. 제3 시간 기간(312)은 이의 종료가 문턱값 미만으로의 가열기 온도 강하와 일치하도록 구성될 수 있다. 이 문턱값은 주위 온도 초과의 온도에 대응할 수 있지만, 이 온도 미만에서 소모품은 더 이상 실질적으로 가열되지 못한다. 예에서, 제3 시간 기간은 20초일 수 있다.

제3 시간 기간(312)의 종료 후, 에어로졸 생성 디바이스의 사용자는 시각적 또는 가청 표시기에 의해 에어로졸화 세션이 종료되었다는 것을 알 수 있어서, 이들은 소모품이 더 이상 에어로졸화되지 않는다는 것을 인지한다.

예열 모드 및 플로트 모드에서, 제어기(102)가 전력 시스템으로부터 가열기로의 전력 흐름을 제어하여 전력 흐름은 하나 이상의 펄스 폭 변조 사이클을 가진 펄스 폭 변조된 전력 흐름이다. 예시적인 펄스 폭 변조된 전력 흐름이 도 4에 제공된다. 펄스 폭 변조된 전력 흐름은 하나 이상의 펄스 폭 변조(pulse width modulation: PWM) 사이클(402)(또한 펄스 폭 변조 전환 기간으로서 알려짐)을 포함한다. 단일의 PWM 사이클 또는 전환 기간(402)은 하나의 PWM 사이클 "온 기간"(D) 및 하나의 PWM 사이클 "오프 기간"(1-D)을 포함한다. PWM 사이클 온 기간(D)과 PWM 사이클 오프 기간(1-D)의 결합은 전체 PWM 사이클 또는 전환 기간(402)을 형성한다.

PWM 사이클 중 PWM 온 기간 동안, 전력이 가열기에 인가되고, 즉, 가열기에 대한 전력 라인이 PWM 제어를 구현하는 스위치에 의해 폐쇄된다. PWM 오프 기간 동안 전력이 가열기에 인가되지 않고, 즉, 가열기에 대한 전력 라인이 PWM 제어를 구현하는 스위치에 의해 개방된다. 이와 같이, 하나의 펄스 폭 변조 사이클(402)은 전력이 온 상태와 오프 상태 간에 한번 전환되는 것을 포함하고, 따라서 펄스 폭 변조된 전력 흐름은 듀티 사이클로 PWM 온 기간과 오프 기간 간에 신속하게 전환되는 전력 흐름으로 가열기에 연속적으로 전력공급하는 것을 포함한다.

펄스 폭 변조 듀티 사이클은 사이클(402)의 총 기간(D +(1-D))(즉, 전환 기간(402)의 결합된 "온 기간"과 "오프 기간")의 부분인 온 기간(D)에 대응한다.

복수의 PWM 사이클을 포함하는, 펄스 폭 변조된 전력 흐름은 듀티 사이클에 기초하여 PWM 온 기간 및 PWM 오프 기간의 평균 전력으로 가열기에 연속적으로 전력공급한다. 듀티 사이클을 제어하는 것은 가열기로 전달되는 전력량을 제어한다. 펄스 폭 변조된 전력 흐름에 대한 더 높은 듀티 사이클이 더 높은 평균 전력을 전달하고; 펄스 폭 변조된 전력 흐름에 대한 더 낮은 듀티 사이클이 더 낮은 평균 전력을 전달한다. 즉, 더 높은 듀티 사이클에 대해, 더 낮은 듀티 사이클에 대한 것보다 사이클(402)의 더 큰 부분이 "온 기간"(D)이다. 이 방식으로, 가열기에 인가되는 전력 레벨의 신중한 제어는 펄스 폭 변조된 전력 흐름의 듀티 사이클을 제어함으로써 달성될 수 있다.

플로트 모드에서, 제어기(102)가 전력 시스템을 제어하여 제1 듀티 사이클 레짐으로 펄스 폭 변조된 전력 흐름을 가열기에 인가해서 가열기를 실질적으로 미리 결정된 에어로졸 생성 온도로 유지하도록 구성된다. 예열 모드에서, 제어기(102)가 전력 시스템을 제어하여 제1 듀티 사이클 레짐과 상이한, 제2 듀티 사이클 레짐으로 펄스 폭 변조된 전력 흐름을 가열기에 인가해서 가열기를 에어로졸 생성 온도로 가열하도록 구성된다. 제2 듀티 사이클 레짐은 제1 듀티 사이클 레짐보다 더 높은 듀티 사이클을 가질 수 있고, 이 방식으로 더 많은 전력량이 가열기에 인가되어 가열기를 미리 결정된 온도로 신속하게 가열하고, 반면에 더 낮은 전력량이 사용되어 가열기를 미리 결정된 온도로 유지한다. 제1 듀티 사이클 레짐이 제1 듀티 사이클 비(D1)를 가진 하나 이상의 PWM 사이클을 포함하고, 제2 듀티 사이클 레짐이 제2 듀티 사이클 비(D2)를 가진 하나 이상의 PWM 사이클을 포함하고; D1과 D2 간의 관계가 D2 = D1*K로 간주될 수 있고, 여기서 K는 >> 1인 계수이고 구현예 선택으로서 선택될 수 있고; 이론적인 최대 듀티 사이클은 오프 기간이 없는 1이거나 또는 매우 짧은 오프 기간이 있는 1과 가깝지만 그 미만이다. 예에서, 제1 듀티 사이클 레짐은 1보다 훨씬 더 작은 듀티 사이클 비를 가진 하나 이상의 듀티 사이클을 포함하고 제2 듀티 사이클 레짐은 1과 가깝지만 그 미만인 듀티 사이클 비를 가진 하나 이상의 듀티 사이클을 포함한다. 다른 예에서, 제1 듀티 사이클 레짐은 << 0.5인 듀티 사이클 비를 가진 하나 이상의 듀티 사이클을 포함하고 제2 듀티 사이클 레짐은 0.5 이상인 듀티 사이클 비를 가진 하나 이상의 듀티 사이클을 포함한다. 추가의 예에서, 제1 듀티 사이클은 3 W 미만이 플로트 모드로 인가되도록 구성되고, 제2 듀티 사이클은 대략 16 W가 예열 모드로 인가되도록 구성된다.

일부 예에서, 플로트 모드의 PWM 전력 흐름은 제1 PWM 전력 흐름으로 간주될 수 있고, 예열 모드의 PWM 전력 흐름은 제2 PWM 전력 흐름으로 간주될 수 있다.

플로트 모드에서, 제어기(102)는 제2 에너지 저장 모듈을 제어하여 펄스 폭 변조 사이클 오프 기간 동안 제1 에너지 저장 모듈을 충전하도록 구성된다. 이 개념의 더 구체적인 구현예는 도 5a 내지 도 5c, 도 6 및 도 7을 참조하여 설명된다. 이 방식으로, 제1 에너지 저장 모듈이 플로트 모드 동안 점차적으로 충전되어 이것이 가열기에 전력공급할 수 있는 시간을 증가시킬 수 있다. 이것은 제1 에너지 저장 모듈을 더 작게 한다.

플로트 후 모드에서, 제어기(102)가 제2 에너지 저장 모듈(106)을 제어하여 제1 에너지 저장 모듈(104)이 완전히 충전될 때까지 제1 에너지 저장 모듈(106)을 끊임 없이 충전하도록 구성된다. 이 방식으로, 제1 에너지 저장 모듈은 후속 에어로졸화 세션에서 예열 모드 동안 충분히 충전된다.

도 5a는 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명된 전력 시스템(500)의 제1 구체적인 구현예를 나타낸다.

도 5a의 전력 시스템(500)에서, 제1 에너지 저장 모듈(504)은 슈퍼커패시터 모듈(504)이고 제2 에너지 저장 모듈(506)은 배터리 모듈(506)이다. 슈퍼커패시터 모듈(504)은 하나 이상의 슈퍼커패시터를 포함하고, 배터리 모듈(506)은 하나 이상의 배터리를 포함한다.

특정한 예에서, 슈퍼커패시터 모듈(504)은 직렬로 연결된 2개의 슈퍼커패시터로서 구현될 수 있다. 이 슈퍼커패시터가 종래 유형의 슈퍼커패시터일 수 있고 각각이 2.5 V의 전압을 가질 수 있어서 5 V의 총 전압을 슈퍼커패시터 모듈(504)에 제공한다. 이와 같이, 슈퍼커패시터 모듈(504)의 전압(U2)은 5 V일 수 있다. 다른 예에서, 복수의 슈퍼커패시터가 직렬로 연결되어 가열기에 전력공급하기 위해 필요한 전압 요건을 충족시킬 수 있다. 단일의 더 큰 슈퍼커패시터를 사용하는 대신, 복수의 더 작은 슈퍼커패시터를 직렬로 연결시키는 것은 더 큰 설계 융통성을 허용하는 데 유리하다.

배터리 모듈(506)은 단일의 배터리로서 구현될 수 있다. 이것은 고 에너지 배터리, 예컨대, 리튬-이온 기술, 알루미늄-이온 기술 또는 아연-이온 기술을 사용하는 배터리 또는 임의의 다른 적합한 유형의 배터리일 수 있다. 대안적으로, 배터리 모듈은 복수의 배터리를 포함할 수 있다. 특정한 예에서, 배터리는 3.7 V의 전압을 가진 리튬-이온 배터리이다. 이와 같이, 배터리 모듈(506)의 전압(U1)은 3.7 V일 수 있다. 배터리 모듈(506)은 에어로졸 생성 디바이스(100)에 통합될 수 있다. 다른 예에서, 배터리 모듈(506)은 디바이스(100)에 특히 통합된 배터리 대신 에어로졸 생성 디바이스(100)로부터 부착 가능한/탈착 가능한 전력 뱅크일 수 있다. 배터리 모듈(506)이 전적으로 통합된 배터리 또는 별개의 전력 뱅크일 필요는 없고, 오히려 배터리 모듈은 2개의 조합을 활용할 수 있다; 통합된 배터리가 완전히 방전될 때 전력 뱅크가 연결될 수 있고 에어로졸화 세션이 먼저 통합된 배터리를 재충전할 필요 없이 수행될 수 있다.

슈퍼커패시터 모듈(504)과 배터리 모듈(506)은 2개 사이에 배치된 DC/DC 전압 변환기(530)와 병렬로 연결된다. DC/DC 전압 변환기(530)는 배터리 모듈 전압을 증가시켜서 배터리 모듈(506)로부터 슈퍼커패시터 모듈(504)을 충전하도록 배치된다. 제1 전환 수단(522)은 배터리 모듈(506)과 변환기(530) 사이에 배치된다. 슈퍼커패시터 모듈(504)은 부하(508)로서 표현된 가열기(508)에, 2개 사이에 배치된 제2 전환 수단(524)과 병렬로 연결 가능하다. 가열기(508) 자체는 전력 시스템(500)의 컴포넌트가 아니지만, 전력 시스템(500)에 의해 전력공급받는다. 제1 전환 수단(522)과 제2 전환 수단(524)은 제어기(102)(도 5a에 미도시)에 연결된 트랜지스터일 수 있다.

예열 모드 및 플로트 모드 동안, 전력 시스템(500)의 펄스 폭 변조된 전력 흐름을 제어하는 것은 슈퍼커패시터 모듈(504)을 제어하여 가열기(508) 및 배터리 모듈(506)에 전력공급해서 슈퍼커패시터 모듈(504)을 재충전하는 것을 포함한다. 슈퍼커패시터 모듈(504)만이 예열 모드 및 플로트 모드로 가열기(508)에 전력공급하고; 배터리 모듈(506)이 슈퍼커패시터 모듈(504)을 재충전한다. 펄스 폭 변조된 전력 흐름의 PWM 사이클 온 기간 동안, 슈퍼커패시터 모듈(504)이 가열기에 전력공급하고, PWM 사이클 오프 기간 동안, 배터리 모듈(506)이 슈퍼커패시터 모듈(504)을 재충전한다. 즉, 예열 모드 및 플로트 모드 동안 슈퍼커패시터 모듈(504)은 듀티 사이클의 온 부분 동안 가열기(508)에 전력공급하는 것과 듀티 사이클의 오프 부분 동안 배터리 모듈(506)에 의해 재충전되는 것 간에 전환된다. 배터리 모듈(506)은 듀티 사이클의 온 부분 동안 슈퍼커패시터 모듈(504)을 충전하지 않는다.

플로트 모드의 펄스 폭 변조된 전력 흐름은 제1 듀티 사이클 비(D1)를 가진 하나 이상의 PWM 사이클을 포함하는 제1 듀티 사이클 레짐으로 작동된다. 예열 모드에서, 슈퍼커패시터 모듈(504)은 제2 듀티 사이클 비(D2)를 가진 하나 이상의 PWM 사이클을 포함하는 제2 듀티 사이클 레짐으로 펄스 폭 변조된 전력 흐름으로 가열기(508)에 전력공급한다. D1과 D2 간의 관계는 D2 = D1*K로 간주될 수 있고, 여기서 K는 >> 1인 계수이고 구현예 선택으로서 선택될 수 있다. 예에서, 제1 듀티 사이클 비는 1보다 훨씬 더 작을 수 있고, 제2 듀티 사이클 비는 1과 가깝지만 그 미만일 수 있다. 다른 예에서, 제1 듀티 사이클 비는 << 0.5일 수 있고 제2 듀티 사이클 비는 0.5 이상일 수 있다. 추가의 예에서, 제1 듀티 사이클은 3 W 미만이 플로트 모드로 인가되도록 구성되고, 제2 듀티 사이클은 대략 16 W가 예열 모드로 인가되도록 구성된다.

제어기(102), 제1 전환 수단(522) 및 제2 전환 수단(524)은 가열 및 충전 동안 이 제어를 발생시킨다. 펄스 폭 변조된 전력 흐름의 PWM 사이클 온 기간 동안, 제어기(102)는 제2 전환 수단(524)이 폐쇄되고 제1 전환 수단(522)이 개방되게 제어한다. 이 방식으로, 전력이 PWM 온 기간 동안 슈퍼커패시터 모듈(504)로부터 가열기(508)로 흐르고 반면에 배터리 모듈(506)이 슈퍼커패시터 모듈(504) 및 가열기(508)로부터 격리된다. 펄스 폭 변조된 전력 흐름의 PWM 사이클 오프 기간 동안, 제어기(102)는 제2 전환 수단(524)이 개방되고 제1 전환 수단(522)이 폐쇄되게 제어한다. 이 방식으로, 전력이 배터리 모듈(506)로부터 슈퍼커패시터 모듈(504)로 흘러서 슈퍼커패시터 모듈(504)을 재충전하고 반면에 슈퍼커패시터 모듈(504)이 가열기(508)로부터 격리된다. 이와 같이, 펄스 폭 변조된 전력 흐름 동안, 신속한 전환이 PWM 사이클 온 기간에 가열기(508)에 전력공급하는 것과 PWM 사이클 오프 기간에 슈퍼커패시터 모듈(504)을 재충전하는 것 간에 발생한다.

일부 예에서, 제1 전환 수단(522)을 개방하는 것과 제2 전환 수단(524)을 폐쇄하는 것 간에 약간의 지연이 있을 수 있다. 이것은 펄스 폭 변조된 전력 흐름의 듀티 사이클의 온 기간 동안 배터리 모듈(506)로부터의 전력 흐름이 가열기(508)에 부주의로 도달하는 것을 방지한다.

도 5b는 예열 모드 또는 플로트 모드의 예시적인 부분 동안 슈퍼커패시터 모듈 내외로의 펄스 폭 변조된 전력 흐름에 대한 시간(544)에 대한 전류(546)의 플롯을 나타낸다. 전환 기간(402)의 PWM 사이클 온 기간(D) 동안, 전력은 제1 진폭(554)으로 슈퍼커패시터 모듈(504)로부터 흐른다. 실선(550)은 슈퍼커패시터 모듈(504)로부터의 전력 흐름을 나타내고, 점선(552)은 슈퍼커패시터 모듈(504)로의 전력 흐름을 나타낸다. PWM 사이클 오프 기간(1-D) 동안, 전력은 제2 진폭(556)으로 슈퍼커패시터 모듈(504)로 흐른다. 이 방식으로, PWM 사이클 오프 기간(1-D) 동안 슈퍼커패시터 모듈(504)로의 전력 흐름(552)은 PWM 사이클 온 기간 동안 슈퍼커패시터 모듈(504)로부터의 전력 흐름(550)을 적어도 부분적으로 보상한다. 예에서, 제1 진폭(554)은 10 A이고 제2 진폭(556)은 2 A이다.

플로트 후 모드 동안, 제어기(102)는 제1 전환 수단(522)이 폐쇄되고 그리고 제2 전환 수단(524)이 개방되게 제어한다. 이와 같이, 가열기(508)에 대한 전력 흐름이 비활성화되고 슈퍼커패시터 모듈(504)이 더 이상 가열기(508)에 전력공급하지 않는다. 제1 전환 수단(522)이 폐쇄될 때, 슈퍼커패시터 모듈(504)이 완전히 충전될 때까지 배터리 모듈(506)은 슈퍼커패시터 모듈(504)을 끊임 없이 충전한다. 이 방식으로, 슈퍼커패시터 모듈(504)은 후속 에어로졸화 세션의 예열 모드 동안 충분한 충전 레벨을 가질 것이다.

도 5c는 예열 모드(308), 플로트 모드(310) 및 플로트 후 모드(312)를 포함하는 에어로졸화 세션 동안 시간(574)에 대한 가열기(508)의 온도(570), 및 시간(574)에 대한 슈퍼커패시터 모듈(504)의 대응하는 충전 상태(572)의 이중 플롯을 나타낸다.

예열 모드(308) 동안, 가열기(508)가 예를 들어, 높은 듀티 사이클로, 슈퍼커패시터 모듈(504)에 의해 전력공급받고, 가열기(508)의 온도가 미리 결정된 온도로 증가되고; 이 예열 모드(308) 동안, 슈퍼커패시터 모듈(504)의 충전 레벨은 이것이 가열기(508)에 전력공급함에 따라 하강된다.

플로트 모드(310)에서, 가열기(508)는 슈퍼커패시터 모듈(504)에 의해 전력공급받고 미리 결정된 온도로 유지된다. 설명된 바와 같이, 펄스 폭 변조된 전력 흐름은 슈퍼커패시터 모듈(504)이 PWM 사이클 온 기간 동안 전력을 가열기(508)에 인가하고, 배터리 모듈(506)이 PWM 사이클 오프 기간 동안 슈퍼커패시터 모듈을 재충전하도록 구성된다. 이와 같이, 슈퍼커패시터 모듈(504)의 충전 레벨은 PWM 사이클 온 기간 동안 강하되고, 펄스 폭 변조된 전력 흐름의 PWM 사이클 오프 기간 동안 상승된다. 이것은 플로트 모드(310) 동안, 도 5c에서 시간(574)의 함수로서 슈퍼커패시터 모듈(504) 충전 레벨(572)의 상승 및 하강으로 시각적으로 표현된다. PWM 사이클 오프 기간 동안 배터리 모듈(506)로부터 슈퍼커패시터 모듈(504)로의 전하의 유입이 PWM 사이클 온 기간 동안 가열기(508)로의 전하의 유출과 완전히 균형을 이루지 않기 때문에, 슈퍼커패시터 모듈(504)의 충전 레벨은 플로트 모드(310)의 과정 동안 전반적인 하향 경향을 갖는다. 슈퍼커패시터 모듈(504)의 충전 레벨의 이러한 전반적인 감소는 PWM 사이클 오프 기간 동안 증가하는 충전이 적용되지 않는 경우보다 더 느리다. 이와 같이, 슈퍼커패시터 모듈(504)은 PWM 사이클 오프 기간 동안 증가하는 재충전으로 인해 더 많은 시간량 동안 전력을 가열기(508)에 제공할 수 있다.

플로트 후 모드(312)에서, 슈퍼커패시터 모듈(504)이 더 이상 가열기(508)에 전력공급하지 않고 이와 같이 가열기 온도가 하강된다. 플로트 후 모드 동안 그리고 필요하다면 그 이상으로, 배터리 모듈(506)이 슈퍼커패시터 모듈(504)을 끊임 없이 충전하여 슈퍼커패시터 모듈이 완전히 충전될 때까지 슈퍼커패시터 모듈(504)의 충전 레벨을 증가시킨다. 배터리 모듈(506)이 슈퍼커패시터 모듈(504)을 느리게 충전할 수 있어서, 낮은 최대 전류만을 필요로 하고; 이것은 배터리의 응력을 감소시키고 배터리의 수명을 개선시킨다.

배터리 모듈(506)은 복수의 에어로졸화 세션 동안 슈퍼커패시터 모듈(504)을 재충전하는 데 충분한 전하를 저장할 수 있다. 배터리 모듈(506)의 충전 레벨이 감소될 때, 디바이스(100)가 별개의 외부 전력원, 예컨대, 주 충전기, USB 충전기 또는 전력 뱅크에 연결되어 배터리 모듈(506)을 재충전할 수 있다.

전력 뱅크가 에어로졸 생성 디바이스(100)에 연결될 수 있는 예에서, 전력 뱅크는 배터리 모듈(506)의 역할을 할 수 있고 펄스 폭 변조된 전력 흐름의 PWM 사이클 오프 기간 동안 슈퍼커패시터 모듈(504)을 충전할 수 있다. 이 방식으로, 내부 배터리 모듈이 감소된 전하를 갖는다면, 에어로졸화 세션이 여전히 수행될 수 있지만, 전력 뱅크는 내부 배터리 모듈에 의해 다른 방식으로 수행되는 작동을 수행한다. 이것은 조작자가 먼저 내부 배터리 모듈을 충전하는 일 없이 에어로졸화 세션을 수행하게 한다.

펄스 폭 변조된 전력 흐름의 PWM 사이클 온 기간 동안 슈퍼커패시터 모듈(504)에 의해 가열기(508)에 전력공급하고, 펄스 폭 변조된 전력 흐름의 PWM 사이클 오프 기간 동안 배터리 모듈(506)에 의해 슈퍼커패시터 모듈(504)을 재충전하는, 펄스 폭 변조된 전력 레짐은 슈퍼커패시터 모듈(504)이 플로트 모드 내내 가열기에 전력공급하는 데 충분한 전하를 계속해서 갖는다는 것을 오프 기간 동안 증가하는 재충전이 보장하므로 유리하다. 게다가, 슈퍼커패시터 모듈(504)의 이러한 증가하는 재충전은 슈퍼커패시터 모듈이 저 에너지/용량 요건(예에서 0.05 Wh 미만이 에어로졸화 세션당 필요함)을 가져서 더 작은 크기의 슈퍼커패시터가 사용된다는 것을 의미하고, 이는 비용을 감소시키고 안전을 개선시킨다.

PWM 사이클 오프 기간 동안 재충전 없이, 슈퍼커패시터의 충전 레벨이 더 빨리 낮아질 것이고 배터리로부터 가열기(508)로의 전력 흐름의 부가적인 지원 없이 슈퍼커패시터 모듈(504)이 전체 플로트 모드 동안 가열기(508)에 전력공급할 수 있는 것을 방지한다.

배터리로 직접적으로 가열기에 전력공급하는 것 또는 슈퍼커패시터로부터 가열기로의 전력 흐름과 배터리로부터 가열기로의 전력 흐름을 지지하는 것은, 배터리가 일반적으로 가열기에 전력공급하는 데 필요한 전압 레벨보다 더 낮은 전압 레벨을 가짐으로 인해 승압 변환기가 필요하다면 불리할 수 있다. 이러한 승압 변환기는 손실을 시스템에 도입할 수 있다. 슈퍼커패시터 모듈(504)이 배터리보다 더 높은 전압 레벨을 갖기 때문에, 승압 변환기는 슈퍼커패시터 모듈(504)에 의해서만 가열기에 전력공급할 때 필요하지 않다. 이것은 이러한 손실 유도 증가와 연관된 손실을 제거한다.

또 다른 이점에서, 슈퍼커패시터 모듈(504)이 일반적인 배터리보다 더 낮은 내부 저항을 가져서 가열기가 배터리에 의해 전력공급받는 시스템과 비교하여 시스템의 손실을 감소시킨다.

도 6은 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명된 전력 시스템(600)의 제2 구체적인 구현예를 제공한다.

도 6의 전력 시스템(600)에서, 제1 에너지 저장 모듈(604)은 제1 슈퍼커패시터 모듈(604)이고 제2 에너지 저장 모듈(606)은 제2 슈퍼커패시터 모듈(606)이다. 제1 슈퍼커패시터 모듈(604)은 적어도 하나의 슈퍼커패시터를 포함한다. 특정한 예에서, 제1 슈퍼커패시터 모듈(604)은 직렬로 연결된 2개의 슈퍼커패시터로서 구현될 수 있다. 이 슈퍼커패시터가 종래 유형의 슈퍼커패시터일 수 있고 각각이 2.5 V의 전압을 가질 수 있어서 5 V의 총 전압을 제1 슈퍼커패시터 모듈(604)에 제공한다. 이와 같이, 제1 슈퍼커패시터 모듈(604)의 전압(U2)은 5 V일 수 있다. 제2 슈퍼커패시터 모듈(606)은 적어도 하나의 하이브리드 커패시터(또한 하이브리드 슈퍼커패시터로서 알려짐)를 포함한다. 하이브리드 커패시터는 제1 슈퍼커패시터 모듈(604)의 (종래의) 슈퍼커패시터(들)보다 더 높은 작동 전압, 더 높은 정전용량 및 더 높은 에너지 밀도를 갖는다. 그러나, 하이브리드 커패시터는 제1 슈퍼커패시터 모듈(604)의 (종래의) 슈퍼커패시터(들)보다 더 낮은 전력 용량을 갖는다. 특정한 예에서, 제2 슈퍼커패시터 모듈(604)은 3.7 V의 전압을 가진 하이브리드 커패시터로서 구현될 수 있다. 이와 같이, 제2 슈퍼커패시터 모듈(606)의 전압(U1)은 3.7 V일 수 있다.

전력 시스템(600)이 배터리를 포함하지 않지만, 배터리 모듈을 포함할 수 있는 외부 충전 컴포넌트(634)에 연결되도록 구성된 전기 연결기(634')를 더 포함한다.

외부 충전 컴포넌트(634)는 전력 시스템(600)을 포함하는 에어로졸 생성 디바이스(100)로부터 분리되지만, 이와 연결 가능하다. 즉, 에어로졸 생성 디바이스는 전력 시스템(600)을 포함하는 핸드피스이고, 핸드피스는 별개의 외부 충전 컴포넌트(634)에 연결 가능하다. 에어로졸 생성 디바이스(100)에 배터리가 없기(즉, 핸드피스에 배터리가 없기) 때문에, 소비자는 에어로졸화 세션 동안 이들의 입에 가까이 배터리를 가져가지 않는다. 이것은 개선된 안전 조치를 제공한다.

특정한 예에서, 외부 충전 컴포넌트(634)는 휴대용 충전 케이스이다. 충전 케이스는 챔버 내에 에어로졸 생성 디바이스를 수용하고 담도록 치수 설정된다. 충전 케이스는 에어로졸 생성 디바이스가 충전 케이스에 수용될 때 연결기(634')에 연결되는 배터리를 포함한다. 이 방식으로, 조작자가 에어로졸 생성 디바이스를 충전 케이스에 삽입할 때, 전력 시스템(600)은 충전 케이스에 포함된 배터리와 연결되고, 배터리는 제2 슈퍼커패시터 모듈(606)을 신속하게 충전한다. 배터리는 충분한 에너지를 저장하여 제2 슈퍼커패시터 모듈(606)을 복수회 완전히 재충전할 수 있다. 충전 케이스의 배터리 자체는 USB 케이블과 같은 연결부에 의해 또는 도킹 스테이션에 대한 연결부를 통해, 전력 뱅크 또는 주 공급원과 같은 외부 전력원으로부터 충전될 수 있다. 예시적인 사용 과정에서, 조작자는 충전 케이스가 충전되는 경우에 충전 케이스로부터 에어로졸 생성 디바이스를 제거하고, 에어로졸화 세션(또는 복수의 에어로졸화 세션)을 수행하고, 에어로졸 생성 디바이스를 충전 케이스에 재삽입하여 제2 슈퍼커패시터 모듈(606)이 미래의 에어로졸화 세션 동안 충전된다. 제2 슈퍼커패시터 모듈(606)은 제1 미리 결정된 수의 에어로졸화 세션 또는 퍼프 동안 충분한 전하를 저장하도록 구성될 수 있다. 휴대용 충전 케이스는 제1 미리 결정된 수의 에어로졸화 세션 또는 퍼프보다 더 큰 제2 미리 결정된 수의 에어로졸화 세션 또는 퍼프 동안 제2 슈퍼커패시터 모듈(606)을 재충전하는 데 충분한 전하를 저장하도록 구성될 수 있다.

다른 예에서, 외부 충전 컴포넌트(634)는 스스로 재충전 가능할 수 있는, 배터리를 가진, 전력 뱅크이다. 또 다른 예에서, 외부 충전 컴포넌트(634)는 스스로 재충전 가능할 수 있거나 또는 예를 들어, 주 공급부로부터 외부적으로 전력공급받을 수 있는 배터리를 가진, 도킹 스테이션이다. 전력 뱅크 또는 도킹 스테이션은 휴대용일 수 있다.

DC/DC 전압 변환기(632)는 전기 연결기(634')와 제2 슈퍼커패시터 모듈(606) 사이에 배치된다. 이것은 외부 충전 컴포넌트(634)로부터 전력 시스템(600)으로 전압을 적절히 변환하도록 구성된다.

제1 슈퍼커패시터 모듈(604)과 제2 슈퍼커패시터 모듈(606)은 2개 사이에 배치된 DC/DC 전압 변환기(630)와 병렬로 연결된다. DC/DC 전압 변환기(630)는 제2 슈퍼커패시터 모듈 전압을 증가시켜서 제2 슈퍼커패시터 모듈(606)로부터 제1 슈퍼커패시터 모듈(604)을 충전하도록 배치된다. 제1 전환 수단(622)은 제1 슈퍼커패시터 모듈(604)과 제2 슈퍼커패시터 모듈(606) 사이에 연결된다. 제1 전환 수단(622)이 제어기(102)(도 6에 미도시)에 의해 제어되어 제2 슈퍼커패시터 모듈(606)을 제어해서 제1 슈퍼커패시터 모듈(604)을 충전한다. 제2 전환 수단(624)은 제1 슈퍼커패시터 모듈(604)과 가열기(608) 사이에 배치되도록 구성된다. 제2 전환 수단(624)이 제어기(102)에 의해 제어되어 제1 슈퍼커패시터 모듈(604)로부터 가열기(608)로의 전력 흐름을 제어한다. 예에서, 제1 전환 수단(622)과 제2 전환 수단(624)은 제어기(102)에 의해 제어된다. 가열기(608) 자체가 전력 시스템(600)의 컴포넌트가 아니지만, 전력 시스템(600)에 의해 전력공급받는다.

예열 모드 및 플로트 모드 동안, 전력 시스템(600)의 펄스 폭 변조된 전력 흐름을 제어하는 것은 제1 슈퍼커패시터 모듈(604)을 제어하여 가열기(608) 및 제2 슈퍼커패시터 모듈(606)에 전력공급해서 제1 슈퍼커패시터 모듈(604)을 재충전하는 것을 포함한다. 제1 슈퍼커패시터 모듈(604)만이 예열 모드 및 플로트 모드에서 가열기(608)에 전력공급하고; 제2 슈퍼커패시터 모듈(606)이 제1 슈퍼커패시터 모듈(604)을 재충전한다. 펄스 폭 변조된 전력 흐름의 PWM 사이클 온 기간 동안, 제1 슈퍼커패시터 모듈(604)이 가열기(608)에 전력공급하고, PWM 사이클 오프 기간 동안, 제2 슈퍼커패시터 모듈(606)이 제1 슈퍼커패시터 모듈(604)을 재충전한다. 즉, 예열 모드 및 플로트 모드 동안, 제1 슈퍼커패시터 모듈(604)은 듀티 사이클의 온 부분 동안 가열기(608)에 전력공급하는 것과 듀티 사이클의 오프 부분 동안 제2 슈퍼커패시터 모듈(606)에 의해 재충전되는 것 간에 전환된다. 제2 슈퍼커패시터 모듈(606)은 듀티 사이클의 온 부분 동안 제1 슈퍼커패시터 모듈(604)을 충전하지 않는다.

플로트 모드의 펄스 폭 변조된 전력 흐름은 제1 듀티 사이클 비(D1)를 가진 하나 이상의 PWM 사이클을 포함하는 제1 듀티 사이클 레짐으로 작동된다. 예열 모드에서, 제1 슈퍼커패시터 모듈(604)은 제2 듀티 사이클 비(D2)를 가진 하나 이상의 PWM 사이클을 포함하는 제2 듀티 사이클 레짐으로 펄스 폭 변조된 전력 흐름으로 가열기(608)에 전력공급할 수 있다. D1과 D2 간의 관계는 D2 = D1*K로 간주될 수 있고, 여기서 K는 >> 1인 계수이고 구현예 선택으로서 선택될 수 있다. 예에서, 제1 듀티 사이클 비는 1보다 훨씬 더 작을 수 있고, 제2 듀티 사이클 비는 1과 가깝지만 그 미만일 수 있다. 다른 예에서, 제1 듀티 사이클 비는 << 0.5일 수 있고 제2 듀티 사이클 비는 0.5 이상일 수 있다. 추가의 예에서, 제1 듀티 사이클은 3 W 미만이 플로트 모드로 인가되도록 구성되고, 제2 듀티 사이클은 대략 16 W가 예열 모드로 인가되도록 구성된다.

제어기(102), 제1 전환 수단(622) 및 제2 전환 수단(624)은 가열 및 충전 동안 이 제어를 발생시킨다. 펄스 폭 변조된 전력 흐름의 PWM 사이클 온 기간 동안, 제어기(102)는 제2 전환 수단(624)이 폐쇄되고 제1 전환 수단(622)이 개방되게 제어한다. 이 방식으로, 전력이 PWM 사이클 온 기간 동안 제1 슈퍼커패시터 모듈(604)로부터 가열기(608)로 흐르고 반면에 제2 슈퍼커패시터 모듈(606)이 제1 슈퍼커패시터 모듈(604) 및 가열기(608)로부터 격리된다. 펄스 폭 변조된 전력 흐름의 PWM 사이클 오프 기간 기간 동안, 제어기(102)는 제2 전환 수단(624)이 개방되고 제1 전환 수단(622)이 폐쇄되게 제어한다. 이 방식으로, 전력이 제2 슈퍼커패시터 모듈(606)로부터 제1 슈퍼커패시터 모듈(604)로 흘러서 제1 슈퍼커패시터 모듈(604)을 재충전하고 반면에 제1 슈퍼커패시터 모듈(604)이 가열기(608)로부터 격리된다. 이와 같이, 펄스 폭 변조된 전력 흐름 동안, 신속한 전환이 PWM 사이클 온 기간에 가열기(608)에 전력공급하는 것과 PWM 사이클 오프 기간에 제1 슈퍼커패시터 모듈(604)을 재충전하는 것 간에 발생한다.

일부 예에서, 제1 전환 수단(622)을 개방하는 것과 제2 전환 수단(624)을 폐쇄하는 것 간에 약간의 지연이 있을 수 있다. 이것은 펄스 폭 변조된 전력 흐름의 듀티 사이클의 온 기간 동안 제2 슈퍼커패시터 모듈(606)로부터의 전력 흐름이 가열기(608)에 부주의로 도달하는 것을 방지한다.

도 6을 참조하여 설명된 배치의 변동에서, 제1 슈퍼커패시터 모듈(604)과 제2 슈퍼커패시터 모듈(606) 둘 다는 PWM 사이클 온 기간 동안 가열기에 전력공급할 수 있고, 제2 슈퍼커패시터 모듈(606)은 PWM 사이클 오프 기간 동안 제1 슈퍼커패시터 모듈(604)을 충전할 수 있다. 이것은 제1 전환 수단(622)과 제2 전환 수단(624) 둘 다가 PWM 사이클 온 기간 동안 폐쇄되는 것, 및 PWM 오프 기간 동안 제2 전환 수단(624)이 개방되고 제1 전환 수단(622)이 폐쇄되는 것에 의해 발생될 수 있다. 이 방식으로, 제2 슈퍼커패시터 모듈(606)이 사용되어 PWM 온 기간 동안 가열기로의 전력 흐름을 증가시킬 수 있다. 이것은 더 작은 제1 슈퍼커패시터 모듈(604)이 사용되게 할 수 있다.

펄스 폭 변조된 전력 흐름의 PWM 사이클 온 기간 동안 제1 슈퍼커패시터 모듈(604)에 의한 가열기(608)의 전력공급, 및 펄스 폭 변조된 전력 흐름의 PWM 사이클 오프 기간 동안 제2 슈퍼커패시터 모듈(606)에 의한 제1 슈퍼커패시터 모듈(604)의 적어도 부분적인 재충전은 도 5b의 플롯과 유사한 방식으로 시각적으로 이해될 수 있다. 그러나, 당업자라면 이 경우에, 실선(550)이 펄스 폭 변조된 전력 흐름의 PWM 사이클 온 기간(D) 동안 제1 슈퍼커패시터 모듈(604)로부터의 전력 흐름을 나타낼 것이고, 점선(552)이 펄스 폭 변조된 전력 흐름의 PWM 사이클 오프 기간(1-D) 동안 제2 슈퍼커패시터 모듈(606)로부터 제1 슈퍼커패시터 모듈(604)로의 전력 흐름을 나타낼 것임을 이해할 것이다.

플로트 후 모드 동안, 제어기(102)는 제1 전환 수단(622)이 폐쇄되고 그리고 제2 전환 수단(624)이 개방되게 제어한다. 이와 같이, 가열기(608)에 대한 전력 흐름이 비활성화되고 제1 슈퍼커패시터 모듈(604)이 더 이상 가열기(608)에 전력공급하지 않는다. 제1 전환 수단(622)이 폐쇄될 때, 제1 슈퍼커패시터 모듈(604)이 완전히 충전될 때까지 제2 슈퍼커패시터 모듈(606)은 제1 슈퍼커패시터 모듈(604)을 끊임 없이 충전한다. 이 방식으로, 제1 슈퍼커패시터 모듈(604)은 후속 에어로졸화 세션의 예열 모드 동안 충분한 충전 레벨을 가질 것이다.

당업자라면 제1 슈퍼커패시터 모듈(604)이 예열 모드(308) 및 플로트 모드(310)에서 가열기(608)에 전력공급하고 제2 슈퍼커패시터 모듈(606)에 의해 재충전되고, 플로트 후 모드(312)에서 제2 슈퍼커패시터 모듈(606)에 의해 재충전될 때, 도 5c의 이중 플롯이 제1 슈퍼커패시터 모듈(604)의 충전 상태(572)(즉, 충전 레벨), 및 가열기(608)의 온도의 표현을 제공할 수 있다는 것을 이해할 것이다.

제2 슈퍼커패시터 모듈(606)(예를 들어, 하이브리드 커패시터를 포함함)은 복수의 에어로졸화 세션 동안 제1 슈퍼커패시터 모듈(604)을 재충전하는 데 충분한 전하를 저장할 수 있다. 제2 슈퍼커패시터 모듈(606)의 충전 레벨이 감소될 때, 에어로졸 생성 디바이스(100)는 전기 연결기(634')를 통해 외부 충전 컴포넌트(634)에 연결될 수 있다. 이어서 외부 충전 컴포넌트(634)는 제2 슈퍼커패시터 모듈(606)을 재충전한다. 이 방식으로, 에어로졸 생성 디바이스(100)의 조작자는 에어로졸 생성 디바이스(100)를 외부 충전 컴포넌트(634)(예컨대, 전력 뱅크 또는 도크)에 연결시키기 전에 다수의 에어로졸화 세션을 실행시킬 수 있다. 이것은 에어로졸 생성 디바이스 자체에 배터리가 없기 때문에, 안전이 개선된, 다루기 더 편안한 감소된 크기의 에어로졸 생성 디바이스(100)를 허용한다. 일부 예에서, 에어로졸 생성 디바이스는 적합한 전력 연결기 및 전자기기에 의해, 외부 충전 컴포넌트에 연결될 수 있고, 에어로졸화 세션은 제2 슈퍼커패시터 모듈 대신에 외부 충전 컴포넌트를 사용하여 수행될 수 있다.

DC/DC 변환기(632)는 충전 컴포넌트(634)와 제2 슈퍼커패시터 모듈(606) 사이에 배치된다. 이 DC/DC 변환기(632)는 외부 충전 컴포넌트(634)의 전압을 증가시켜서 제2 슈퍼커패시터 모듈(606)을 충전하도록 구성된다.

도 7a는 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명된 전력 시스템의 제3 구체적인 구현예를 제공한다.

도 7의 전력 시스템(700)에서, 제1 에너지 저장 모듈(704)은 슈퍼커패시터 모듈(704)이고 제2 에너지 저장 모듈(706)은 배터리 모듈(706)이다. 슈퍼커패시터 모듈(704)은 적어도 하나의 슈퍼커패시터를 포함한다. 특정한 예에서, 슈퍼커패시터 모듈(704)은 3.7 V 슈퍼커패시터로서 구현될 수 있다. 이와 같이, 슈퍼커패시터 모듈(704)의 전압(U2)은 3.7 V일 수 있다. 대안에서, 슈퍼커패시터 모듈(704)은 직렬로 연결된 2개 이상의 슈퍼커패시터를 포함할 수 있다. 배터리 모듈(706)은 단일의 배터리로서 구현될 수 있다. 이것은 고 에너지 배터리, 예컨대, 리튬-이온 기술, 알루미늄-이온 기술 또는 아연-이온 기술을 사용하는 배터리 또는 임의의 다른 적합한 유형의 배터리일 수 있다. 대안적으로, 배터리 모듈은 복수의 배터리를 포함할 수 있다. 특정한 예에서, 배터리는 3.7 V의 전압을 가진 리튬-이온 배터리이다. 이와 같이, 배터리 모듈(706)의 전압(U1)은 3.7 V일 수 있다.

슈퍼커패시터 모듈(704)과 배터리 모듈(706)이 전환 가능한 구성으로 연결되어 이들이 제1 구성(도 7b에 도시된 바와 같음)에서 병렬로 그리고 제2 구성(도 7c에 도시된 바와 같음)에서 직렬로 연결된다. 이 전환 가능한 구성은 제1 전환 수단(722), 제2 전환 수단(724), 제3 전환 수단(726) 및 제4 전환 수단(728)에 의해 발생된다. 이 전환 수단은 트랜지스터일 수 있고, 제어기(102)(도 7a 내지 도 7c에 미도시)에 의해 제어될 수 있다.

제1 구성에서, 제1 전환 수단(722)과 제4 전환 수단(728)은 폐쇄되고, 반면에 제2 전환 수단(724)과 제3 전환 수단(726)은 개방된다. 이 방식으로, 배터리 모듈(706)과 슈퍼커패시터 모듈(704)은 병렬로 연결되고 가열기로부터 격리된다. 이와 같이, 전력이 배터리 모듈(706)로부터 슈퍼커패시터 모듈(704)로 흘러서 슈퍼커패시터 모듈(704)을 충전한다. 제2 전환 수단(724)이 개방될 때, 전력이 가열기(708)로 흐르지 않고 따라서 부하가 인가되지 않는다. 가열기(708) 자체가 전력 시스템(700)의 컴포넌트가 아니지만, 전력 시스템(700)에 의해 전력공급받는다.

제2 구성에서, 제1 전환 수단(722)과 제4 전환 수단(728)이 개방되고, 반면에 제2 전환 수단(724)과 제3 전환 수단(726)이 폐쇄된다. 이 방식으로, 배터리 모듈(706)과 슈퍼커패시터 모듈(704)이 직렬로 연결되고, 또한 가열기(708)에 연결된다. 이와 같이, 배터리 모듈(706)과 슈퍼커패시터 모듈(704) 둘 다로부터의 결합된 직렬 전력 흐름이 가열기(708)로 흘러서 가열기(708)에 전력공급한다. 따라서 가열기(U_부하)에 인가된 부하가 배터리 모듈(U1)의 전압 더하기 슈퍼커패시터 모듈(U2)의 전압과 동일하다.

전력 시스템(700)의 펄스 폭 변조된 전력 흐름을 제어하는 것은 제어기(102)가 펄스 폭 변조된 전력 흐름의 PWM 사이클 온 기간의 제2 구성(도 7c)과 펄스 폭 변조된 전력 흐름의 PWM 사이클 오프 기간의 제1 구성(도 7b) 간에 전력 시스템(700)을 전환하는 것을 포함한다. 이 방식으로, PWM 사이클 온 기간 동안, 배터리 모듈(706)과 슈퍼커패시터 모듈(704) 둘 다가 가열기(708)에 전력공급하고, PWM 사이클 오프 기간에 배터리 모듈(706)이 슈퍼커패시터 모듈(704)을 재충전한다.

즉, 펄스 폭 변조된 전력 흐름의 PWM 사이클 온 기간에, 제2 전환 수단(724)과 제3 전환 수단(726)이 폐쇄되고, 반면에 제1 전환 수단(722)과 제4 전환 수단(728)이 개방된다. 펄스 폭 변조된 전력 흐름의 PWM 사이클 오프 기간에, 제2 전환 수단(724)과 제3 전환 수단(726)이 개방되고, 반면에 제1 전환 수단(722)과 제4 전환 수단(728)이 폐쇄된다.

PWM 사이클 온 기간으로부터 PWM 사이클 오프 기간으로 전환될 때, 제2 전환 수단(724)과 제3 전환 수단(726)이 개방되고, 제1 전환 수단(722)과 제4 전환 수단(728)이 폐쇄된다. 안전 이유로, 제2 전환 수단(724)과 제3 전환 수단(726) 개방 및 제1 전환 수단(722)과 제4 전환 수단(728) 폐쇄 후 약간의 지연이 있을 수 있다. 이것은 원하지 않는 전류 흐름을 방지한다.

마찬가지로, PWM 사이클 오프 기간으로부터 PWM 사이클 온 기간으로 전환될 때, 제1 전환 수단(722)과 제4 전환 수단(728)이 개방되고, 제2 전환 수단(724)과 제3 전환 수단(726)이 폐쇄된다. 다시, 제1 전환 수단(722)과 제4 전환 수단(728) 개방 및 제2 전환 수단(724)과 제3 전환 수단(726) 폐쇄 후 약간의 지연이 있을 수 있다. 이것은 원하지 않는 전류 흐름을 방지한다.

제어기(102)는 제1 전환 수단(722), 제2 전환 수단(724), 제3 전환 수단(726) 및 제4 전환 수단(728)에 연결되고 가열기(708)에 대한 펄스 폭 변조된 전력 흐름에 대한 제1 구성과 제2 구성 간에 이 전환 수단의 각각을 전환하도록 구성된다. 즉, 제어기(102)는 이 전환 수단(722, 724, 726, 728)을 펄스 폭 변조된 전력 흐름의 PWM 사이클 오프 기간의 제1 구성과 펄스 폭 변조된 전력 흐름의 PWM 사이클 온 기간의 제2 구성 간에 전환하여 전력 시스템(700)을 제어해서 필요한 듀티 사이클을 가진 펄스 폭 변조된 전력 흐름을 가열기(708)에 제공하도록 구성된다.

일부 예에서, 제어기(102)는 제1 전환 수단(722), 제2 전환 수단(724), 제3 전환 수단(726) 및 제4 전환 수단(728)의 각각을 제어하도록 구성된 단일의 제어기이다. 다른 예에서, 제어기(102)는 일제히 작동하도록 구성된, 제1 전환 수단(722), 제2 전환 수단(724), 제3 전환 수단(726) 및 제4 전환 수단(728)의 각각에 연결된 별개의 제어기를 포함할 수 있다. 추가의 예에서, 제어기(102)는 제1 전환 수단(722)과 제4 전환 수단(728)을 제어하도록 구성된 제1 제어기, 및 제2 전환 수단(724)과 제3 전환 수단(726)을 제어하도록 구성된 제2 제어기를 포함할 수 있고, 제1 제어기와 제2 제어기는 일제히 작동하도록 구성된다.

동일한(또는 유사한) 전압을 가진 슈퍼커패시터 모듈(704)과 배터리 모듈(706)을 사용하는 것은 2개 사이의 DC/DC 승압 전압 변환기의 필요성을 제거하여, 시스템의 손실을 감소시킨다. 또 다른 이점에서, 배터리 모듈(706)과 슈퍼커패시터 모듈(704) 간의 직렬 연결은 이들의 전력 흐름이 결합되어 가열기(708)에 전력공급하게 하고; 이 방식으로, 더 낮은 전압 슈퍼커패시터 및 배터리가 사용될 수 있다. 이것은 디바이스가 더 작게 하고, 안전 고려사항이 향상된다.

예열 모드 동안, 가열기(708)로의 전력 시스템(700)의 펄스 폭 변조된 전력 흐름을 제어하는 것은 전력 시스템(700)을 제어하여 펄스 폭 변조된 전력 흐름의 PWM 사이클 온 기간의 제2 구성(도 7c)과 펄스 폭 변조된 전력 흐름의 PWM 사이클 오프 기간의 제1 구성(도 7b) 간에 전환되게 하는 것을 포함한다. 예열 모드에서, 제어기(102)가 전력 시스템(700)을 제1 구성과 제2 구성 간에 전환하도록 구성되어 가열기(708)가 제2 듀티 사이클 비(D2)를 가진 하나 이상의 PWM 사이클을 포함하는 제2 듀티 사이클 레짐으로 펄스 폭 변조된 전력 흐름으로 전력공급받는다.

플로트 모드 동안, 전력 시스템(700)으로의 펄스 폭 변조된 전력 흐름을 제어하는 것은 전력 시스템(700)을 제어하여 펄스 폭 변조된 전력 흐름의 PWM 사이클 온 기간의 제2 구성(도 7c)과 펄스 폭 변조된 전력 흐름의 PWM 사이클 오프 기간의 제1 구성(도 7b) 간에 전환되게 하는 것을 포함한다. 플로트 모드에서, 제어기(102)가 전력 시스템(700)을 제1 구성과 제2 구성 간에 전환하도록 구성되어 가열기(708)가 제1 듀티 사이클 비(D1)를 가진 하나 이상의 PWM 사이클을 포함하는 제1 듀티 사이클 레짐으로 펄스 폭 변조된 전력 흐름으로 전력공급받는다. 이 방식으로, 플로트 모드 동안, 전력 시스템이 제어되어 배터리 모듈(706)과 슈퍼커패시터 모듈(704) 둘 다가 펄스 폭 변조된 전력 흐름의 PWM 사이클 온 기간 동안 가열기에 전력공급하고, 배터리 모듈(706)이 펄스 폭 변조된 전력 흐름의 오프 기간 동안 슈퍼커패시터 모듈을 재충전한다.

D1과 D2 간의 관계는 D2 = D1*K로 간주될 수 있고, 여기서 K는 >> 1인 계수이고 구현예 선택으로서 선택될 수 있다. 예에서, 제1 듀티 사이클 비는 1보다 훨씬 더 작을 수 있고, 제2 듀티 사이클 비는 1과 가깝지만 그 미만일 수 있다. 다른 예에서, 제1 듀티 사이클 비는 << 0.5일 수 있고 제2 듀티 사이클 비는 0.5 이상일 수 있다. 추가의 예에서, 제1 듀티 사이클은 3 W 미만이 플로트 모드로 인가되도록 구성되고, 제2 듀티 사이클은 대략 16 W가 예열 모드로 인가되도록 구성된다.

펄스 폭 변조된 전력 흐름의 PWM 사이클 온 기간 동안 슈퍼커패시터 모듈(704) 및 배터리 모듈(706)에 의한 가열기(708)의 전력공급, 및 펄스 폭 변조된 전력 흐름의 PWM 사이클 오프 기간 동안 배터리 모듈(706)에 의한 슈퍼커패시터 모듈(704)의 적어도 부분적인 재충전은 도 5b의 플롯과 유사한 방식으로 시각적으로 이해될 수 있다. 그러나, 당업자라면 이 경우에, 실선(550)이 펄스 폭 변조된 전력 흐름의 듀티 사이클의 온 기간(D) 동안 슈퍼커패시터 모듈(704)로부터의 전력 흐름을 나타낼 것이고, 점선(552)이 펄스 폭 변조된 전력 흐름의 듀티 사이클의 오프 기간(1-D) 동안 배터리 모듈(706)로부터 슈퍼커패시터 모듈(704)로의 전력 흐름을 나타낼 것임을 이해할 것이다.

플로트 후 모드 동안, 제어기(102)가 제1 전환 수단(722), 제2 전환 수단(724), 제3 전환 수단(726) 및 제4 전환 수단(728)을 제어하여 전력 시스템이 끊임 없이 제1 구성(도 7b)이다. 이와 같이, 가열기(708)로의 전력 흐름이 비활성화되고 슈퍼커패시터 모듈(704)이 완전히 충전될 때까지 배터리 모듈(706)이 슈퍼커패시터 모듈(704)을 끊임 없이 충전한다. 이 방식으로, 슈퍼커패시터 모듈(704)은 후속 에어로졸화 세션 동안 충분한 충전 레벨을 가질 것이다.

당업자라면 도 5c의 이중 플롯이 또한 전력 시스템(700)에 대한 예열 모드(308), 플로트 모드(310) 및 플로트 후 모드(312) 동안 슈퍼커패시터 모듈(704)의 충전 상태(572)(즉, 충전 레벨), 및 가열기(708)의 온도(570)의 표현을 제공할 수 있다는 것을 이해할 것이다. 예열 모드(308) 동안, 가열기(708)의 온도는 미리 결정된 온도로 증가된다. 이 예열 모드(308) 동안, 슈퍼커패시터 모듈(704)의 충전 레벨은 이것이 신속한 가열을 위해 가열기(708)에 전력공급함에 따라 하강된다. 플로트 모드(310) 동안, 가열기(708)의 온도가 미리 결정된 온도로 유지되고 슈퍼커패시터 모듈(704)의 충전 레벨이 PWM 사이클 온 기간 동안 하강되고, 펄스 폭 변조된 전력 흐름의 PWM 사이클 오프 기간 동안 상승된다. 플로트 후 모드(312) 동안, 배터리 모듈(706)이 슈퍼커패시터 모듈(704)을 끊임 없이 충전하여 슈퍼커패시터 모듈이 완전히 충전될 때까지 슈퍼커패시터 모듈(704)의 충전 레벨을 증가시킨다.

배터리 모듈(706)은 복수의 에어로졸화 세션 동안 슈퍼커패시터 모듈(704)을 재충전하는 데 충분한 전하를 저장할 수 있다. 배터리 모듈(706)의 충전 레벨이 감소될 때, 에어로졸 생성 디바이스(100)가 외부 충전 컴포넌트 또는 전력원에 연결되어 배터리 모듈(706)을 재충전할 수 있다. 이 방식으로, 에어로졸 생성 디바이스(100)의 조작자는 에어로졸 생성 디바이스(100)를 외부 충전 컴포넌트 또는 전력원에 연결시키기 전에 다수의 에어로졸화 세션을 실행시킬 수 있다.

전술한 설명에서, 제어기(102)는 하나 이상의 작동 모드를 실행시키기 위한 명령어를 저장할 수 있고, 필요할 때 이들을 실행시킬 수 있다. 당업자라면 제어기(102)가 적절하게 서로 결합하여 위에서 언급된 작동 모드 중 임의의 작동 모드를 실행시키도록 구성될 수 있다는 것을 손쉽게 이해할 것이다. 제어기(102)에 의해 수행되는 본 명세서에 설명된 처리 단계는 제어기(102)와 연관된 비일시적인 컴퓨터 판독 가능한 매체 또는 저장소에 저장될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능한 매체는 비휘발성 매체와 휘발성 매체를 포함할 수 있다. 휘발성 매체는 특히 반도체 메모리와 동적 메모리를 포함할 수 있다. 비휘발성 매체는 특히 광디스크와 자기 디스크를 포함할 수 있다.

당업자라면 전술한 설명에서 이전의 실시형태가 본 발명을 제한하는 것이 아니며; 각각의 실시형태의 특징이 적절한 경우 다른 실시형태에 포함될 수 있다는 것을 손쉽게 이해할 것이다.

Claims (15)

1. 에어로졸 생성 디바이스로서,
   제1 에너지 저장 모듈 및 제2 에너지 저장 모듈을 포함하는 전력 시스템; 및
   제어기
   를 포함하되, 상기 제어기는,
   상기 에어로졸 생성 디바이스와 연관된 가열기로의 상기 전력 시스템의 펄스 폭 변조된 전력 흐름을 제어하도록 구성되고, 상기 펄스 폭 변조된 전력 흐름은 온 기간(on period) 및 오프 기간(off period)을 각각 가진 하나 이상의 펄스 폭 변조 사이클을 포함하고;
   상기 펄스 폭 변조 사이클 오프 기간 동안 상기 제2 에너지 저장 모듈을 제어하여 제1 에너지 저장 모듈을 충전하도록 구성되는, 에어로졸 생성 디바이스.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 에너지 저장 모듈은 슈퍼커패시터 모듈이고 상기 제2 에너지 저장 모듈은 배터리 모듈인, 에어로졸 생성 디바이스.
3. 제2항에 있어서, 상기 제어기는 또한,
   상기 펄스 폭 변조 사이클 온 기간 동안 상기 전력 시스템을 제어하여 오직 상기 슈퍼커패시터 모듈로부터 상기 가열기로의 상기 펄스 폭 변조된 전력 흐름을 제공하도록 구성되는, 에어로졸 생성 디바이스.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 제어기는,
   상기 펄스 폭 변조 사이클 온 기간 동안 상기 배터리 모듈을 제어하여 상기 슈퍼커패시터 모듈을 충전하지 않도록 구성되는, 에어로졸 생성 디바이스.
5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전력 시스템은 상기 배터리 모듈과 병렬로 연결된 상기 슈퍼커패시터 모듈을 포함하고, 전압 변환기는 상기 슈퍼커패시터 모듈과 상기 배터리 모듈 사이에 연결되는, 에어로졸 생성 디바이스.
6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전력 시스템은,
   상기 배터리 모듈과 상기 슈퍼커패시터 모듈 간에 연결된 제1 전환 수단으로서, 상기 펄스 폭 변조 사이클의 상기 오프 기간 동안 상기 제어기에 의해 제어되어 상기 배터리 모듈을 제어해서 상기 슈퍼커패시터 모듈을 충전하는, 제1 전환 수단; 및
   상기 슈퍼커패시터 모듈과 상기 가열기 사이에 배치되도록 구성된 제2 전환 수단으로서, 상기 제어기에 의해 제어되어 상기 슈퍼커패시터 모듈로부터 상기 가열기로의 상기 펄스 폭 변조된 전력 흐름을 제어하는, 제2 전환 수단
   을 더 포함하는, 에어로졸 생성 디바이스.
7. 제1항에 있어서, 상기 제1 에너지 저장 모듈은 슈퍼커패시터 모듈이고 상기 제2 에너지 저장 모듈은 배터리 모듈이고;
   상기 온 기간에, 상기 제어기는 상기 배터리 모듈과 상기 슈퍼커패시터 모듈을 제어하여 상기 가열기에 전력공급하고;
   상기 오프 기간에, 상기 제어기는 상기 배터리 모듈을 제어하여 상기 슈퍼커패시터 모듈을 충전하는, 에어로졸 생성 디바이스.
8. 제7항에 있어서, 상기 전력 시스템은 상기 전력 시스템을 상기 온 기간의 제2 구성과 상기 오프 기간의 제1 구성 간에 전환하도록 구성된 전환 수단을 더 포함하고, 상기 제2 구성에서 상기 슈퍼커패시터 모듈과 상기 배터리 모듈이 직렬로 연결되고, 상기 제1 구성에서 상기 슈퍼커패시터 모듈과 상기 배터리 모듈이 병렬로 연결되는, 에어로졸 생성 디바이스.
9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 전력 시스템은 상기 온 기간에 상기 배터리 모듈과 상기 슈퍼커패시터 모듈의 합산된 전위를 상기 가열기에 인가하도록 구성되는, 에어로졸 생성 디바이스.
10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전력 시스템은 에어로졸화 세션의 복수의 선택 가능한 작동 모드로 작동 가능하고, 상기 복수의 작동 모드는 플로트 모드를 포함하고, 상기 제어기는,
    상기 전력 시스템을 제어하여 제1 듀티 사이클 레짐으로 상기 가열기에 상기 펄스 폭 변조된 전력 흐름을 인가하여 상기 가열기를 실질적으로 에어로졸 생성 온도로 유지하도록 구성되는, 에어로졸 생성 디바이스.
11. 제10항에 있어서, 상기 복수의 작동 모드는 예열 모드를 더 포함하고, 상기 제어기는,
    상기 가열기를 상기 에어로졸 생성 온도로 가열하기 위해 상기 플로트 모드 전 예열 모드 동안, 상기 전력 시스템을 제어하여 상기 제1 듀티 사이클 레짐과 상이한 제2 듀티 사이클 레짐으로 상기 가열기에 상기 펄스 폭 변조된 전력 흐름을 인가하도록 구성되는, 에어로졸 생성 디바이스.
12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 듀티 사이클 레짐은 제1 듀티 사이클 비(D1)를 가진 하나 이상의 펄스 폭 변조 사이클을 포함하고;
    상기 제2 듀티 사이클 레짐은 제2 듀티 사이클 비(D2)를 가진 하나 이상의 펄스 폭 변조 사이클을 포함하고;
    D2 = D1 × K이고, K는 >> 1인 계수인, 에어로졸 생성 디바이스.
13. 제10항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 복수의 작동 모드는 플로트 후 모드를 포함하고, 상기 제어기는,
    상기 에어로졸화 세션의 나머지 시간 기간 동안 상기 플로트 모드 후 상기 가열기로의 상기 펄스 폭 변조된 전력 흐름을 비활성화시키고;
    상기 제2 에너지 저장 모듈을 제어하여 상기 제1 에너지 저장 모듈을 충전하도록 구성되는, 에어로졸 생성 디바이스.
14. 에어로졸 생성 디바이스의 전력 시스템을 제어하는 방법으로서, 상기 전력 시스템은 제1 에너지 저장 모듈 및 제2 에너지 저장 모듈을 포함하되,
    상기 에어로졸 생성 디바이스와 연관된 가열기로의 상기 전력 시스템의 펄스 폭 변조된 전력 흐름을 제어하는 단계로서, 상기 펄스 폭 변조된 전력 흐름은 온 기간 및 오프 기간을 각각 가진 하나 이상의 펄스 폭 변조 사이클을 포함하는, 제어하는 단계; 및
    상기 펄스 폭 변조 사이클 오프 기간 동안 상기 제2 에너지 저장 모듈을 제어하여 상기 제1 에너지 저장 모듈을 충전하는 단계
    를 포함하는, 방법.
15. 비일시적인 컴퓨터 판독 가능한 매체로서, 제1 에너지 저장 모듈 및 제2 에너지 저장 모듈을 포함하는 에어로졸 생성 디바이스 전력 시스템에 의한 작동을 위해 구성된 제어기의 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때,
    상기 에어로졸 생성 디바이스와 연관된 가열기로의 상기 전력 시스템의 펄스 폭 변조된 전력 흐름을 제어함으로써(상기 펄스 폭 변조된 전력 흐름은 온 기간 및 오프 기간을 각각 가진 하나 이상의 펄스 폭 변조 사이클을 포함함); 그리고
    상기 펄스 폭 변조 사이클 오프 기간 동안 상기 제2 에너지 저장 모듈을 제어하여 상기 제1 에너지 저장 모듈을 충전함으로써 상기 하나 이상의 프로세서가 상기 전력 시스템을 제어하게 하는 명령어를 저장하는, 비일시적인 컴퓨터 판독 가능한 매체.

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