TWI748310B - 霧氣吸嚐器用的電源單元及其控制方法和控制程式 - Google Patents

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Abstract

一種霧氣吸嚐器用的電源單元包括：電源，其能夠放電給用於從霧氣源產生霧氣的負載；控制單元，其經組配成控制該電源；以及感測器，其經組配成輸出與該電源之剩餘量相關的數值。該控制單元基於該感測器的輸出值來偵測該電源的短路。

Description

霧氣吸嚐器用的電源單元及其控制方法和控制程式
本發明係有關於一種霧氣(aerosol，又稱氣溶膠)吸嚐器用的電源單元，及該電源單元的控制方法和控制程式。
揭露於專利文獻1的霧氣產生裝置在霧氣產生裝置使用期間測量電能供給源的端子之間的電壓，且在任意時間點藉由比較電壓與臨界值來監控對應電壓是否低於該臨界值。不過，只藉由測量壓降，不可能判定電池是否正好需要充電，或電池已劣化到需要更換。因此之故，揭露於專利文獻1的霧氣產生裝置從使用記錄的狀態來追蹤壓降，且在需要更換電池時發出訊號。
[專利文獻1]JP-T-2017-514463
揭露於專利文獻1的霧氣產生裝置對於電池的劣化可進行判定，但是無法偵測電池的短路。為了進一步改善霧氣產生裝置的安全性，在出現意謂在電源中發生短路的內部短路或意謂在電源外發生短路的外部短路時，期望偵測出該短路。
本發明的一目標是要提供一種霧氣吸嚐器用的電源單元，以及該 電源單元的控制方法和控制程式，其能夠偵測電源的短路。
根據本發明之一方面，提供一種霧氣吸嚐器用的電源單元，該電源單元包含：電源，其能夠放電給用於從霧氣源產生霧氣的負載；控制單元，其經組配成控制該電源；以及感測器，其經組配成輸出與該電源之剩餘量相關的數值，其中該控制單元基於該感測器的輸出值來偵測該電源的短路。
1:霧氣吸嚐器
10:電源單元
11:電源單元外殼
11a:頂部
11b:底部
12:電源
13:充電器
14:操作單元
15:吸入感測器
16:電壓感測器
17:溫度感測器
18:記憶體
19:開關
20:第一筒匣
21:負載
22:霧氣源
23:貯器
24:蕊芯
25:霧氣通道
26:端蓋
26a:筒匣儲存部
26b:連接通路
27:圓柱形筒匣外殼
30:第二筒匣
31:香味源
32:吸入端口
41:放電端
41a:正極側放電端
41b:負極側放電端
42:空氣供給部
43:充電端
43a:正極側充電端
43b:負極側充電端
45:通知單元
50:控制單元
51:霧氣產生請求偵測單元
52:電源狀態診斷單元
53:電力控制單元
54:通知控制單元
55:電源電壓獲取單元
56:劣化估計單元
57:臨界值設定單元
58:短路偵測單元
60:外部電源
61:反相器
A:縱向
B:箭頭
L:中心線
TH:臨界值
△Wh:電量
△V1、△V2、△V3:壓降
OCV:開路電壓
CCV:閉路電壓
EBatt:電動勢
CBatt:電容器
Rimp:電極間內電阻
CEDL:電容器
REDL:反應電阻
S11-S25:步驟
第1圖的透視圖圖示備有本發明具體實施例之電源單元的霧氣吸嚐器。
第2圖為第1圖之霧氣吸嚐器的另一透視圖。
第3圖為第1圖之霧氣吸嚐器的橫截面圖。
第4圖為電源單元的透視圖。
第5圖為霧氣吸嚐器的電路圖。
第6圖為電源單元的方塊圖。
第7圖為電源狀態診斷單元的方塊圖。
第8A圖為第一實施例之霧氣產生模式的時序圖。
第8B圖為第二實施例之霧氣產生模式的時序圖。
第8C圖為第三實施例之霧氣產生模式的時序圖。
第9圖為圖示一般電池放電曲線的視圖。
第10圖的電路圖簡單圖示第5圖之霧氣吸嚐器在開關切斷時的電路圖。
第11圖圖示等效於第5圖之霧氣吸嚐器在開關接通時之電路的等效電路圖。
第12圖的曲線圖圖示電源之開路電壓、閉路電壓及剩餘量的關係。
第13圖的解釋圖用於解釋開路電壓與閉路電壓之差額和內電阻的關係。
第14圖的流程圖圖示第一實施例之短路診斷控制件的控制流程。
第15圖圖示第14圖之短路診斷控制件的時序圖。
第16圖的流程圖圖示第二實施例之短路診斷控制件的控制流程。
第17圖圖示第16圖之短路診斷控制件的時序圖。
以下，將根據本發明之具體實施例，描述一種霧氣吸嚐器用的電源單元。首先，將參考第1圖至第3圖，描述備有電源單元的霧氣吸嚐器。
(霧氣吸嚐器)
霧氣吸嚐器1為用於在不燃燒下吸入香味的裝置，且有沿著一定方向(以下，稱為縱向A)延伸的直桿形狀。霧氣吸嚐器1包括依序沿著縱向A配置的電源單元10、第一筒匣20及第二筒匣30。第一筒匣20可附接至電源單元10且自其卸下，以及第二筒匣30可附接至第一筒匣20且自其卸下。換言之，第一筒匣20與第二筒匣30可個別更換。
(電源單元)
本具體實施例的電源單元10包括在圓柱形的電源單元外殼11中的電源12、充電器13、控制單元50、各種感測器等等，如第3圖及第4圖所示。電源12為可充電蓄電池、電雙層電容器或其類似者，且鋰離子電池為較佳。
在電源單元外殼11沿著縱向A位於一端側(第一筒匣(20)側)的頂部11a上裝設放電端41。放電端41經裝設成從頂部11a的頂面朝向第一筒匣20突出，且經組配成能夠電性連接至第一筒匣20的負載21。
此外，在頂部11a頂面鄰近放電端41的一部分上，裝設空氣供給部42用於供給空氣給第一筒匣20的負載21。
在電源單元外殼11沿著縱向A位於另一端側(第一筒匣20的對側)的底部11b上，裝設能夠電性連接至能夠充電電源12之外部電源60(參考第5圖)的充電端43。充電端43設在底部11b的側面上，致使USB端子、微型USB端子及lightning端子中之至少一者可與其連接。
不過，充電端43可為能夠以非接觸方式接收來自外部電源60之電力的電力接收部。在此情形下，充電端43(電力接收部)可由電力接收線圈構成。無線電力傳送系統可為電磁感應型，或可為磁共振型。再者，充電端43可為在沒有任何接觸點下能夠接收來自外部電源60之電力的電力接收部。作為另一實施例，充電端43可經組配成USB端子、微型USB端子及lightning端子中之至少一者可與其連接且包括上述電力接收部於其中。
再者，在電源單元外殼11之頂部11a的側面上，裝設使用者可操作以面向充電端43之對側的操作單元14。更特別的是，操作單元14與充電端43相對於連接操作單元14、充電端43之直線與電源單元10在縱向A之中心線L的交點呈對稱。操作單元14由按鈕型開關、觸控面板、或其類似者構成，且根據使用者使用意圖用來進行各種方法，例如激活及關掉控制單元50和各種感測器的方法。在操作單元14附近，裝設控制單元50及用於偵測抽吸動作的吸入感測器15。
充電器13靠近充電端43地設置，且控制來自充電端43要輸入到電源12的充電電力。充電器13包括用於轉換從反相器61或其類似者(參考第5圖)施加之直流的轉換器，其經裝設成可將交流電轉換成在連接至充電端43之充電纜線上的直流，轉換成有不同量級的直流以用於電壓計、電流計、處理器等等。
控制單元50連接至各種感測器裝置，例如用於偵測抽吸(吸入)動作的吸入感測器15、用於測量電源12之電壓的電壓感測器16、和溫度感測器17，操作單元14，以及用於儲存抽吸動作之次數的記憶體18，電力已作用於負載21的時間，等等，如第6圖所示，且對霧氣吸嚐器1進行各種控制。吸入感測器15可組配電容器麥克風、壓力感測器或其類似者。特別是，控制單元50為處理器(電腦)。更特別的是，此處理器的結構為藉由組合例如半導體元件之電路元件組配而成的電路。以下會詳述控制單元50。
再者，在電源單元外殼11中，形成用於吸入空氣的進氣口(未圖示於附圖)。該進氣口可形成於操作單元14四周，或可形成於充電端43四周。
(第一筒匣)
如第3圖所示，在圓柱形筒匣外殼27內，第一筒匣20包括用於儲存霧氣源22的貯器23，用於霧化霧氣源22的電子負載21，用於從貯器23朝向負載21吸取霧氣源的蕊芯24，用於使藉由霧化霧氣源22所產生之霧氣朝向第二筒匣30流動的霧氣通道25，以及用於儲存第二筒匣30之一部分的端蓋26。
貯器23經形成為可包圍霧氣通道25，且收容霧氣源22。在貯器23中，可儲存多孔構件，例如樹脂網或棉，且多孔構件可浸漬霧氣源22。霧氣源22包括液體，例如甘油、丙二醇或水。
蕊芯24為液體收容構件，其利用毛細作用吸取霧氣源22朝向負載21，且係為組配例如玻璃纖維、多孔陶瓷或其類似者。
負載21在不燃燒下用來自電源12經由放電端41供給的電力來霧化霧氣源22。負載21組配有以預定間隔纏繞的電熱線(線圈)。不過，負載21只需要為能夠霧化霧氣源22藉此產生霧氣的元件，且為例如加熱元件或超音波產生器。加熱元件的實施例包括加熱電阻器、陶瓷加熱器、感應加熱型加熱器、等等。
霧氣通道25設在負載21位於電源單元10之中心線L的下游側上。
端蓋26包括用於儲存第二筒匣30之一部分的筒匣儲存部26a，以及用於連接霧氣通道25與筒匣儲存部26a的連接通路26b。
(第二筒匣)
第二筒匣30收容香味源31。第二筒匣30在第一筒匣(20)側上的端部儲存於設在第一筒匣20之端蓋26中的筒匣儲存部26a中，以便能夠被移除。第二筒匣30在第一筒匣(20)側之對側上的端部被組配成為使用者的吸入端口32。不過，吸入端口32不一定需要與第二筒匣30整合地組配以便與第二筒匣不可分離，且可被組配成能夠附接至第二筒匣30且自其卸下。如果吸入端口32的組配與電源單元10及第一筒匣20分開，如上述，則可使吸入端口32保持衛生。
第二筒匣30藉由使霧氣通過香味源31而添加香味於用負載21來霧化霧氣源22所產生的霧氣。可使用藉由使切絲煙草或煙草原料形成為顆粒形狀而做成的壓坯(compact)作為構成香味源的原料塊。香味源31可組配植物(例如，薄荷或草藥，或草本植物)而不是煙草。可添加例如薄荷醇的調味劑至香味 源31。
本具體實施例的霧氣吸嚐器1可用霧氣源22、香味源31及負載21產生含有香味的霧氣。換言之，霧氣源22及香味源31可稱為用於產生霧氣的霧氣產生源。
可使用於霧氣吸嚐器1之霧氣產生源的組態不限於分別組配霧氣源22與香味源31的組態，且可為霧氣源22與香味源31一體成形的組態，省略香味源31且霧氣源22含有可被包含於香味源31中之物質的組態，霧氣源22含有取代香味源31之醫藥物質或其類似者的組態，或其類似者。
在如上述所組配的霧氣吸嚐器1中，如第3圖的箭頭B所示，從形成於電源單元外殼11之入口(未圖示於附圖)進入的空氣通過空氣供給部42，且在第一筒匣20的負載21附近經過。負載21霧化由蕊芯24從貯器23吸取的霧氣源22。霧化所產生的霧氣與從入口進入的空氣一起流動通過霧氣通道25，且通過連接通路26b供給至第二筒匣30。供給至第二筒匣30的霧氣通過香味源31，藉此添加香味，且供給至吸入端口32。
再者，在霧氣吸嚐器1中，裝設用於通知各種資訊的通知單元45(參考第6圖)。通知單元45可組配發光元件，或可組配振動元件，或可組配聲音輸出元件。或者，通知單元45可為發光元件、振動元件及聲音輸出元件中之兩個或多個元件的組合。通知單元45可設在電源單元10、第一筒匣20及第二筒匣30中之任一者中；不過，通知單元較佳為設在電源單元10中。例如，操作單元14周圍的區域經組配成呈半透明以讓由例如LED之發光元件射出的光線通過。
(電路)
此時，參考第5圖描述電源單元10的電路。
電源單元10包括電源12，構成放電端41的正極側放電端41a及負極側放電端41b，構成充電端43的正極側充電端43a及負極側充電端43b，連接在電源12正極側、正極側放電端41a之間以及連接在電源12負極側、負極側放電端41b之間的控制單元50，測量電源12之電壓的電壓感測器16，設置於在充電端43與電源12間之電力傳輸路徑上的充電器13，以及設置於在電源12與放電端41間之電力傳輸路徑上的開關19。開關19組配例如MOSFET，且透過控制單元50對於閘極電壓的控制來開與關。例如，基於在控制單元50中流動之微小電流的變化，控制單元50可判定外部電源60是否連接至充電端43。
在圖示於第5圖之電源單元10的電路圖中，控制單元50與電壓感測器16為分離部件。或者，控制單元50可具有測量電源12之電壓的功能。 再者，在第5圖之電源單元10的電路中，開關19裝設在電源12正極側與正極側放電端41a之間。開關19可為設在負極側放電端41b與電源12負極側之間的減法控制型(minus control type)，而不是所謂的加法控制型(plus control type)。
(控制單元)
此時，更詳細地描述控制單元50的組態。
如第6圖所示，控制單元50包括霧氣產生請求偵測單元51，電源狀態診斷單元52，電力控制單元53，與通知控制單元54。
霧氣產生請求偵測單元51基於吸入感測器15的輸出結果來偵測霧氣產生請求。吸入感測器15經組配成可輸出電源單元10中之壓力由使用者通過吸入端口32之吸入造成的變化值。吸入感測器15例如為壓力感測器用於按照依據從入口(未圖示於附圖)朝向吸入端口32吸吮(亦即，使用者的抽吸動作) 之氣流而改變的大氣壓力來輸出輸出值(例如，電壓值或電流值)。
如第7圖所示，電源狀態診斷單元52包括用於從電壓感測器16獲取電源12之電壓的電源電壓獲取單元55，用於估計電源12之健康狀態的劣化估計單元(deterioration estimating unit)56，設定用於判定電源12短路之臨界值TH的臨界值設定單元57，與用於偵測電源12短路的短路偵測單元58。劣化估計單元56基於電源12的累積放電量、電源12的累積充電量、第一筒匣20與第二筒匣30的更換頻率中之至少一者、電源12的內電阻、或其類似者來估計電源12的健康狀態。以下將描述臨界值設定單元57的臨界值設定方法與短路偵測單元58的短路診斷控制件。
再者，電源狀態診斷單元52從電源12的電壓可獲取存入電源12的電量。
通知控制單元54控制通知單元45致使該通知單元通知各種資訊。例如，通知控制單元54可控制通知單元45致使該通知單元基於電源狀態診斷單元52對於電源12之短路的診斷來通知短路狀態，或可控制通知單元45致使該通知單元基於電源狀態診斷單元52對於存入電源12之電荷量的診斷來通知電源12的充電時機。或者，通知控制單元54可響應更換第二筒匣30之時機的偵測而控制通知單元45，致使該通知單元通知更換第二筒匣30的時機。通知控制單元54可基於存入記憶體18的抽吸動作次數及電力已供給至負載21的累積時間來通知更換第二筒匣30的時機。
如果霧氣產生請求偵測單元51偵測到霧氣產生請求，電力控制單元53藉由接通及切斷開關19來控制電源12通過放電端41的放電。
電力控制單元53執行控制致使用負載21來霧化霧氣源所產生之 霧氣的數量落在所欲範圍內，亦即，致使從電源12供給至負載21的電量或電力落在預定範圍內。具體言之，電力控制單元53例如藉由PWM(脈寬調變)控制來控制開關19的接通及切斷。或者，電力控制單元53藉由PFM(脈頻調變)控制可控制開關19的接通及切斷。
電力控制單元53可停止從電源12到負載21的供電，致使在一抽吸動作期間，負載21的供電不超過預定時段。換言之，即使使用者實際正在做抽吸動作，如果抽吸時段超過某一時段(以下，稱為最大供電時間)，電力控制單元53停止從電源12到負載21的供電。該最大供電時間經判定為可抑制使用者的抽吸時段差異。該最大供電時間經判定為在一抽吸動作期間產生的霧氣數量落在所欲範圍內。根據存入電源12的電量，電力控制單元53控制開關19對於一個抽吸動作的開關工作比(on/off duty ratio)。例如，電力控制單元53控制從電源12供電至負載21的接通時段之間的間隔(參考第15圖及第17圖中的脈衝間隔T1)以及控制從電源12供電至負載21的每個接通時段的長度(參考第15圖及第17圖的脈衝寬度T2)。再者，接通時段之間的間隔對應至切斷時段的長度。
再者，電力控制單元53偵測充電端43與外部電源60之間的電性連接，且控制電源12通過充電端43的充電。
在此，在使用於霧氣吸嚐器1的電源12中，可能發生意指在電源12中發生短路的內部短路或意指在電源12外發生短路的外部短路。如果發生短路，即使在電源應該可使用的時段，存入電源12的電荷量也可能變成不足，或在某些情形下，電源可能變成不可用。因此之故，需要適當地掌握電源12的短路狀態。
(短路診斷控制件)
因此，電源狀態診斷單元52用下述短路診斷控制件偵測電源12的短路。下述幾種短路診斷控制件可組配成為可執行它們且被讀入電源單元10以及由電源單元10執行的程式。
電源狀態診斷單元52的短路偵測單元58基於為電壓感測器16之輸出值的電源12電壓來偵測電源12的短路。具體言之，基於電源12在放電前的電壓(以下，稱為放電前電壓)與電源12在放電後的電壓(以下，稱為放電後電壓)，電源狀態診斷單元52的短路偵測單元58從在放電期間發生的電源12壓降來偵測電源12的短路。用於偵測短路的放電可為從電源12到負載21用於霧化霧氣源22的放電，或可為對於與負載21不同之元件的放電，例如，構成通知單元45的發光元件、聲音輸出元件、振動元件或其類似者。在以下說明中，會舉例說明從電源12到負載21的放電。
電源狀態診斷單元52的短路偵測單元58比較放電前電壓與放電後電壓的差額與用臨界值設定單元57設定的臨界值TH，且偵測在放電前電壓與放電後電壓的差額大於臨界值TH時的電源12短路。在此，臨界值TH的設定係基於電源12由放電造成的電壓變化量。在電源12不曾發生短路時，放電前電壓與放電後電壓的差額變成等於或小於基於根據放電之電源12電壓所設定的臨界值TH。不過，在電源12發生短路時，放電前電壓與放電後電壓的差額變大，因此放電前電壓與放電後電壓的差額變成大於臨界值TH。因此，在放電前電壓與放電後電壓的差額大於臨界值TH時，短路偵測單元58可偵測到電源12的短路。
此時，描述由臨界值設定單元57執行的臨界值TH之設定方法。
為了設定為可歸因於放電之電源12電壓變化量的臨界值TH，可估計在放 電期間的電量，且可從估計電量獲取壓降。
例如，在電力控制單元53提供電力以響應霧氣產生請求時，在一抽吸動作期間被供給的電量實際值可用作該電量，且從這個電量，可獲取壓降。
將描述電力控制單元53供給電力以響應霧氣產生請求的情形，其圖示於第8A圖。在執行恆定電力控制用以控制電路致使每單位時間供給至負載21的電力變為常數或致使每單位時間供給至負載21之電力的變化被抑制的情形下，以在恆定電力控制期間的電力值乘上放電已進行時間來算出基於放電已進行時間的放電量。然後，從算出的電量可獲取壓降。以開關19接通時的時間總和乘上受控電力值可得出放電量。或者，以從開關19第一次接通以響應霧氣產生請求到開關19最後被切斷時的時間乘上在該時間所供給的電力平均值或有效值可得出放電量。
此時，將描述電力控制單元53供給電力以響應霧氣產生請求的情形，其圖示於第8B圖。在執行上述恆定電力控制的情形下，為了控制電路致使進行放電的時間不超過最大供電時間，假定放出恆定電力只持續達最大供電時間，以在恆定電力控制期間供給的電力值乘上最大供電時間，算出放電量。然後，從算出的電量，可獲取壓降。可使用開關19第一次接通後直到開關19最後切斷的電力平均值或有效值作為在最大供電時間期間供給的電力值。
此時，將描述電力控制單元53供給電力以響應霧氣產生請求的情形，其圖示於第8C圖。在控制電路致使進行放電的時間不超過最大供電時間而不執行上述恆定電力控制的情形下，假定已放出可供給至負載21的最大電力至負載21只持續達最大供電時間，以最大電力乘上最大供電時間算出放電量。然後，從算出的電量，可獲取壓降。最大電力可為在已施加電源12可應用於負 載21之最大電力(例如，滿充電電壓)時的電力。
臨界值設定單元57基於用上述方式得到的壓降來設定臨界值TH。臨界值設定單元57基於用上述方式得到的壓降可修正預定臨界值TH，而不是設定基於壓降的臨界值TH。
圖示於第8A圖、第8B圖及第8C圖的具體實施例在臨界值TH的設定或修正方法上不同以作為比較。在圖示於第8A圖的具體實施例中，為了設定或修正臨界值TH，需要獲取放電已進行時間，且執行恆定電力控制。在圖示於第8B圖的具體實施例中，為了設定或修正臨界值TH，需要進行恆定電力控制。在圖示於第8C圖的具體實施例中，不僅需要獲取放電已進行時間，也需要恆定電力控制。如上述，在圖示於第8A圖的具體實施例中，基於在一抽吸動作期間所供給的電量準確實際值來設定或修正臨界值TH。因此，改善短路診斷的準確性。同時，在圖示於第8C圖的具體實施例中，臨界值TH的設定或修正不需要任何特殊處理。因此，可易於進行短路診斷。
在圖示於第8A圖及第8B圖的具體實施例中，電壓只在開關19接通時作用於負載21。在此，應注意，在圖示於第5圖的電路中，如果有足夠大小的平滑電容器與電源12在開關19、正極側放電端41a之間並聯連接，即使開關19切斷，也有電壓作用於負載21。應瞭解，在此情形下，在計算放電量方面，使用從開關19第一次接通以響應霧氣產生請求到開關19最後被切斷時的時間，與該時間所供給的電力平均值或有效值，特別有效率。
此時，將描述電源12的放電效能。
第9圖以電壓(V)為縱軸及累積放電量(W˙H)為橫軸繪出的一般電池放電曲線。如第9圖所示，在電源12電壓以滿充電電壓及放電截止電壓為界 的區域中，有累積放電量小的區域P1與累積放電量大的區域P3(以下，區域P1及P3會稱為非平穩區域P1及P3)，每單位放電量的電源12電壓變化量(變化程度)變大。同時，在累積放電量小的區域P1與累積放電量大的區域P3之間的區域P2(以下，區域P2會稱為平穩區域)中，每單位放電量的電源12電壓變化量(變化程度)變小。
因此，在基於壓降來設定臨界值TH時，需要考慮電源12的放電特性。換言之，在非平穩區域P1及P3中，相對於電量△Wh的壓降分別為△V1及△V3；然而，在平穩區域P2中，相對於電量△Wh的壓降為明顯小於△1及△3的△V2。
因此，如果總是基於相對於由放電造成之電量△Wh的壓降△2來設定臨界值TH，則即使電源12的電壓改變，也可能錯誤地偵測電源12的短路，即使電源12的短路不曾發生。因此，臨界值設定單元57設定臨界值TH基於電源12電壓變化程度是可取的，它是在電源12電壓屬於由滿充電電壓及放電截止電壓界定之區域的非平穩區域P1及P3的情形下得到的，且更可取的是，基於電源12的電壓變化程度來設定臨界值，在以滿充電電壓及放電截止電壓為界的區域中，它是在電源12電壓屬於區域中每單位放電量之電源12電壓變化量為最大之區域時得到的(例如，非平穩區域P1)。在用上述方式來設定臨界值TH的情形下，不需要根據電源12的電壓來改變臨界值TH，且可防止錯誤的偵測。
再者，臨界值設定單元57可根據電源12的電壓來設定或修正臨界值TH。在此情形下，儘管臨界值TH的計算變複雜，然而這變成可設定更合適的臨界值TH。此外，由於相對於電量△Wh的壓降依照電源12的健康狀態來改變，所以臨界值設定單元57可根據電源12的健康狀態來設定或修正臨界值 TH。在此情形下，可根據電源12的狀態來設定最佳臨界值TH，且改善短路偵測的準確性。
參考第7圖及第9圖，將詳述最佳臨界值TH的設定。圖示於第9圖且描述於上文的放電曲線是根據電源12的健康狀態而改變。因此，根據健康狀態的放電曲線事先儲存於臨界值設定單元57中。臨界值設定單元57基於從劣化估計單元56輸入的健康狀態來選擇最佳放電曲線。再者，臨界值設定單元57只需要基於電源電壓與從電源電壓獲取單元55輸入的最佳放電曲線來設定在一抽吸動作期間所供給的電量實際值，壓降，以及臨界值TH。
如上述，電源狀態診斷單元52的短路偵測單元58基於電源12之電壓(為電壓感測器16之輸出值)來偵測電源12的短路，且電源12的電壓可為開路電壓OCV，或可為閉路電壓CCV。在此，將在電源12為鋰離子電池的情形下，舉例描述電源12的開路電壓OCV及閉路電壓CCV。
第10圖的視圖簡單圖示第5圖之霧氣吸嚐器1在開關19切斷時的電路圖。電壓感測器16在開關19切斷時的測量值，亦即，開路電壓OCV，等於電源12的電動勢EBatt。
第11圖的視圖圖示等效於第5圖霧氣吸嚐器1在開關19接通時之電路(在電路構成閉路時)的電路。元件符號“CBatt”為與電源12有相同電動勢的電容器，且元件符號“Rimp”為在電極之間的電極間內電阻，當鋰離子在電極之間移動時其作用於鋰離子，以及元件符號“CEDL”為在電極介面顯示電雙層電容的電容器，且元件符號“REDL”為當鋰離子在位於電極與電解液之間的介面中移動時的反應電阻(reaction resistance)。反應電阻REDL及電雙層電容器CEDL在電容器CBatt及電極間內電阻Rimp的下游側並聯裝設，藉此電極間內電阻Rimp構成直流(DC) 分量，且反應電阻REDL構成初級延遲(AC)分量。
電壓感測器16在開關19接通時的測量值，亦即，閉路電壓CCV為電源12電動勢減去由電極間內電阻Rimp造成之損失以及由反應電阻REDL造成之損失得出的數值。
因此，如第12圖所示，就相同的電源12剩餘量而言，建立開路電壓OCV大於閉路電壓CCV的關係。第12圖圖示開路電壓OCV與閉路電壓CCV的關係，其係根據使用尖晶石型Li1+xCO2O4作為正極活性材料之鋰離子蓄電池的放電，此內容揭露於LITHIUM COBALT SPINEL OXIDE：A STRUCTURAL AND ELECTROCHEMICAL STUDY(ERIKA MEZA等人，智利化學協會期刊第53卷第2號(2008年)，第1494至1497頁)。縱軸為開路電壓OCV及閉路電壓CCV的電壓值，且往上走，電壓值增加。橫軸為鋰在正極活性材料中的數量，且往右走，該數量增加。換言之，越往右走，剩餘蓄電容量遞減，且放出電力累計值遞增。
第11圖之等效電路的閉路電壓CCV時間變化可表示為以下表達式(1)及表達式(2)。
Figure 108147610-A0202-12-0016-1
Figure 108147610-A0202-12-0016-2
在表達式(2)中，Rload為負載21的電阻值。
在開關19剛接通後，可忽略為初級延遲分量的反應電阻REDL。換言之，在開關19接通後，亦即，在t等於0時，開路電壓OCV與閉路電壓CCV的差額取決於由電極間內電阻Rimp造成的壓降。
這可從表達式(1)及表達式(2)表示為表達式(3)。
Figure 108147610-A0202-12-0017-3
同時，在t充分大於展示於表達式(1)及表達式(2)之初級延遲分量減緩時間(時間常數)REDL與CEDL之乘積的情形下，開路電壓OCV與閉路電壓CCV的差額可歸因於由電極間內電阻Rimp造成之壓降與由反應電阻REDL造成之壓降的總和。
這可從表達式(1)及表達式(2)表示為表達式(4)。
Figure 108147610-A0202-12-0017-4
此外，一般而言，REDL與CEDL為充分小的數值。因此，應注意，表達式(4)的關係是(大約)在開關19關閉後的相對較早時間建立。
在使用閉路電壓CCV的情形下，閉路電壓可為在電路關閉後經過充分時間(t=t1)得到的輸出值，或可為在電路關閉後經過充分時間(t<t1)之前得到的輸出值。在初級延遲系統考慮閉路電壓CCV之變化時，基於時間常數(REDL與CEDL的乘積)來設定時間t1。此外，如上述，由於為初級延遲(AC)分量的反應電阻REDL，所以閉路電壓CCV會隨著電路關閉後的消逝時間而改變。因此，放電前電壓及放電後電壓需要匹配時間以在關閉指令送到開關19時經過包括0的預定時段之後獲取它們。
如果時間未匹配，則放電前電壓及放電後電壓的反應電阻不相同。因此，此反應電阻差混合成為在放電前電壓與放電後電壓的差額中的雜訊，使得短路診斷的準確性降低。利用在電路關閉後經過充分時間之前得到的輸出值作為閉路電壓CCV，可更早獲取閉路電壓CCV。同時，利用在電路關閉後經 過充分時間時得到的輸出值作為閉路電壓CCV，可更準確地獲取閉路電壓CCV。
再者，在獲取閉路電壓CCV時，為了產生霧氣，電源狀態診斷單元52使用小於在放電至負載21時之電流的電流可獲取閉路電壓CCV。藉由使用小電流來獲取閉路電壓CCV，可制止在獲取閉路電壓CCV期間產生的霧氣。
此時，將描述由短路偵測單元58執行之短路診斷控制件的控制流程。
首先，參考第14圖及第15圖描述第一實施例之短路診斷控制件的控制流程。第一實施例的短路診斷控制件為使用開路電壓OCV作為電源12電壓的情形。
首先，霧氣產生請求偵測單元51基於吸入感測器15的輸出結果來偵測霧氣產生請求(步驟S11)。藉由獲取電源12響應來自使用者之霧氣產生請求的短路狀態，使得使用者可識別短路判定結果。在霧氣產生請求偵測單元51已偵測霧氣產生請求的情形下(步驟S11中的“是”)，電源電壓獲取單元55獲取開路電壓OCV(步驟S12)；然而，在霧氣產生請求偵測單元51未偵測霧氣產生請求的情形下(步驟S11中的“否”)，重覆步驟S11的程序。
當在步驟S12獲取開路電壓OCV後，電源電壓獲取單元55獲取前一個開路電壓OCV(步驟S13)。可以從記憶體18獲取前一個開路電壓OCV，該記憶體18保留在前一個霧氣產生之前事先獲取的前一個開路電壓。再者，可顛倒步驟S12與步驟S13的順序。隨後，臨界值設定單元57設定臨界值TH(步驟S14)。此臨界值TH的設定係基於可歸因於在獲取前一個開路電壓OCV之後執行之放電的電源12之電壓變化量，亦即，壓降，且如上述，臨界值設定單元57基於電源12的電壓、電源12的劣化狀態及其類似者可設定或修正臨界值TH。
隨後，短路偵測單元58將由臨界值設定單元57設定的臨界值TH與獲取的前一個開路電壓OCV和獲取的當前開路電壓OCV之間的差額做比較，藉此判定前一個開路電壓OCV和當前開路電壓OCV的差是否等於或小於臨界值TH(步驟S15)。在判定結果為前一個開路電壓OCV和當前開路電壓OCV之差等於或小於臨界值TH的情形下(步驟S15中的“是”)，短路偵測單元58判定電源12正常，亦即，短路不曾發生(步驟S16)，且電力控制單元53執行霧氣產生的PWM控制(步驟S17)。同時，若在步驟S15判定前一個開路電壓OCV和當前開路電壓OCV之差大於臨界值TH的情形下(步驟S15中的“否”)，則通知控制單元54通知使用者短路已發生(步驟S18)。
短路偵測單元58可偵測短路是內部短路還是外部短路，亦即，在短路已發生的情形下，它可區別性偵測短路的類型，除了電源12的短路是否已發生外。一般而言，內部短路造成比外部短路大的壓降。換言之，在內部短路期間的前一個開路電壓OCV與當前開路電壓OCV的差大於在外部短路期間的前一個開路電壓OCV與當前開路電壓OCV的差。因此，在步驟S15，短路偵測單元58在臨界值TH與前一個開路電壓OCV和當前開路電壓OCV之差的差很大時判定短路為內部短路，且在臨界值TH與前一個開路電壓OCV和當前開路電壓OCV之差的差很小時判定短路為外部短路。
由於短路偵測單元58區別性偵測內部短路與外部短路，所以如果內部短路發生，通知控制單元54可通知使用者它需要更換電源12，且如果外部短路發生，可通知使用者它需要充電電源12。因此，取決於短路，可督促使用者採取適當的動作。
此時，參考第16圖及第17圖描述第二實施例之短路診斷控制件 的控制流程。第二實施例的短路診斷控制件為使用閉路電壓CCV作為電源12的電壓的情形。此外，將簡述或不描述與第一實施例之短路診斷控制件的控制流程中相同的步驟，且詳述不同的步驟。
首先，霧氣產生請求偵測單元51基於吸入感測器15的輸出結果來偵測霧氣產生請求(步驟S11)。在霧氣產生請求偵測單元51已偵測到霧氣產生請求的情形下(步驟S11中的“是”)，電源電壓獲取單元55獲取閉路電壓CCV(步驟S22)；然而，在霧氣產生請求偵測單元51未偵測到霧氣產生請求的情形下(步驟S11中的“否”)，重覆步驟S11的程序。
在步驟S12獲取閉路電壓CCV後，電源電壓獲取單元55獲取前一個閉路電壓CCV(步驟S23)。可從保存事先可從記憶體18獲取閉路電壓CCV，該記憶體18在前一個霧氣產生之前或剛在前一個霧氣產生開始後保留事先獲取的前一個閉路電壓。在使用閉路電壓CCV於短路診斷控制件中的情形下，如上述，放電前電壓及放電後電壓需要匹配時間以在關閉指令送到開關19時經過包括0的預定時段之後獲取它們。隨後，臨界值設定單元57設定臨界值TH(步驟S24)。此臨界值TH的設定係基於可歸因於在獲取前一個閉路電壓CCV後執行之放電的電源12電壓變化量，亦即，壓降，且如上述，臨界值設定單元57基於電源12的電壓、電源12的劣化狀態及其類似者可設定或修正臨界值TH。
隨後，短路偵測單元58將由臨界值設定單元57設定的臨界值TH與獲取的前一個閉路電壓CCV和獲取的當前閉路電壓CCV之間的差額做比較，藉此判定前一個閉路電壓CCV和當前閉路電壓CCV的差是否等於或小於臨界值TH(步驟S25)。在判定結果為前一個閉路電壓CCV和當前閉路電壓CCV之差等於或小於臨界值TH的情形下(步驟S25中的“是”)，短路偵測單元58判定電 源12正常，亦即，短路不曾發生(步驟S16)，且電力控制單元53執行霧氣產生的PWM控制(步驟S17)。同時，若在步驟S25判定前一個閉路電壓CCV和當前閉路電壓CCV之差大於臨界值TH的情形下(步驟S25中的“否”)，通知控制單元54通知使用者短路已發生(步驟S18)。
此外，在第一實施例之短路診斷控制件的步驟S13與第二實施例之短路診斷控制件的步驟S23中，當電源電壓獲取單元55獲取前一個開路電壓OCV時，如果在放電前與放電後之間的間隔超過預定時間，可執行控制致使不執行電源12短路的偵測。可用計時器測量在放電前與放電後之間的間隔。再者，可執行程式設計致使在經過預定時間後，從記憶體18自動刪掉前一個開路電壓。在此情形下，如果在放電前與放電後之間的間隔變成長時間，則不執行電源12短路的偵測。因此，可防止歸因於自然放電或其類似者的短路的錯誤偵測。
此外，在圖示於第14圖之第一實施例的短路診斷程序與圖示於第16圖之第二實施例的短路診斷程序中，是在偵測到霧氣產生請求之後獲取前一個開路電壓OCV或前一個閉路電壓CCV，而不是在前一個霧氣產生之後獲取。就在霧氣產生之後，由於電源12的溫度因為放電而上升，所以當前開路電壓OCV或當前閉路電壓CCV可能被影響。同時，在偵測霧氣產生請求的時間點，電源12的溫度可在室溫附近。因此，如同第一實施例的短路診斷程序或第二實施例的短路診斷程序，藉由採用儘可能相同的獲取電壓條件，可改善短路診斷程序的準確性。
不過，本發明不受限於上述具體實施例，且可適當地做出修改、改良等等。
在此專利說明書中，揭露至少以下數種發明(1)至(20)。此外，儘 管以括弧圖示上述具體實施例中的對應構成元件及其類似者，然而它不受限於此。
(1)一種用於霧氣吸嚐器(霧氣吸嚐器1)的電源單元(電源單元10),該電源單元包含：
電源(電源12)，其能夠放電給負載(負載21)用於從霧氣源(霧氣源22)產生霧氣；
控制單元(控制單元50)，其經組配成控制該電源；以及
感測器(電壓感測器16)，其經組配成輸出與該電源之剩餘量有關的一數值，其中
該控制單元基於該感測器的輸出值來偵測該電源的短路。
根據(1)，該控制單元基於該感測器之該輸出值(電壓)來偵測該電源的短路。因此，可判定該電源是否正常。不過，該感測器之該輸出值不限於該電源的電壓，只要是可導出該電源之電壓的數值(電壓相關值)即可。
(2)該電源單元根據(1)，其中
該控制單元，基於放電前得到之該感測器之輸出值亦即第一輸出值(放電前電壓)，與該放電後得到之該感測器之輸出值亦即第二輸出值(放電後電壓)，來偵測該短路。
根據(2)，係基於在該放電之前和之後得到的該第一輸出值及該第二輸出值來偵測該短路。因此，可在適當的時間，亦即在負載作用於該電源之後進行短路偵測。
(3)該電源單元根據(2)，其中
該放電係放電至與該負載不同的另一負載。
根據(3)，係基於放電至比放電至產生霧氣之負載小之另一負載之前和之後得到的該第一輸出值及該第二輸出值來偵測該短路。因此，可抑制在出現短路期間損壞電源。
(4)該電源單元根據(3)，其中
該放電係放電至該負載。
根據(4)，係基於在放電至該負載之前和之後得到的該第一輸出值及該第二輸出值來偵測該短路。因此，可在適當的時間，亦即在最大負載作用於該電源時的放電之後進行短路偵測。
(5)如(2)至(4)中之任一所述的電源單元，其中
該控制單元偵測在該第一輸出值與該第二輸出值之差大於一臨界值(臨界值TH)時的短路，該臨界值為與該電源之剩餘量相關且可歸因於該放電的數值之變化量。
根據(5)，如果短路在該電源中未曾發生，該第一輸出值與該第二輸出值之差變成等於或小於一臨界值，該臨界值的設定係基於與該電源之剩餘量相關且可歸因於放電的數值之變化量。不過，在該電源中短路已發生的情形下，由於該第一輸出值與該第二輸出值之差變大，該第一輸出值與該第二輸出值之差變成比臨界值大。因此，可偵測該電源的短路。
(6)根據(2)或(4)的電源單元，其中
該電源單元包括電路之至少一部分，其經組配成可電性連接該電源與該負載，且
在該放電期間，該控制單元控制該電路致使每單位時間供給至該負載的電力為常數或每單位時間供給至該負載之電力的變化被抑制，且
在該第一輸出值與該第二輸出值之差大於一臨界值時，該控制單元偵測出該短路，該臨界值為與該電源之該剩餘量相關的該數值之變化量且基於該放電已進行的時間來設定或修正。
根據(6)，在放電期間進行恆定電力控制的情形下，臨界值的設定或修正係基於該放電已進行的時間。因此，可設定適當的臨界值而不需要複雜的計算。
(7)該電源單元根據(2)或(4)，其中
該電源單元包括電路之至少一部分，其經組配成電性連接該電源與該負載，且
在該放電期間，該控制單元控制該電路致使每單位時間供給至該負載的電力為常數或每單位時間供給至該負載之電力的變化被抑制，且控制該電路致使進行該放電的時間不超過一預定時間(最大供電時間)，且
在該第一輸出值與該第二輸出值之差大於一臨界值時，該控制單元偵測出該短路，該臨界值為在已持續該放電達該預定時間時與該電源之該剩餘量相關的該數值之變化量。
根據(7)，在進行恆定電力控制致使進行放電的時間不超過該預定時間的情形下，臨界值在以恆定電力放電只持續達預定時間的假定下設定。因此，可設定適當的臨界值而不需要複雜的計算。
(8)該電源單元根據(2)或(4)，其中
該電源單元包括電路之至少一部分，其經組配成電性連接該電源與該負載，且
在該放電期間，該控制單元控制該電路致使進行該放電的時間不超過一預 定時間(最大供電時間)，且
在該第一輸出值與該第二輸出值之差大於一臨界值時，該控制單元偵測出該短路，該臨界值為在可供給至該負載之最大電力只持續供給達該預定時間時與該電源之該剩餘量相關的該數值之變化量。
根據(8)，在進行控制致使進行放電的時間不超過該預定時間的情形下，臨界值在以可供給至該負載之最大電力放電只持續達預定時間的假定下設定。因此，可設定適當的臨界值而不需要複雜的計算。
(9)根據(5)至(8)中之任一的電源單元，其中
與該剩餘量相關的數值為該電源的電壓，且
在該電源之電壓屬於在由滿充電電壓及放電截止電壓界定之一區域中之非平穩區域(非平穩區域P1或P3)時，基於該電源之電壓的變化程度來設定該臨界值。
根據(9)，在該電源之電壓屬於由該滿充電電壓及該放電截止電壓界定之該區域中之非平穩區域時，基於該電源之電壓的變化程度來設定該臨界值。因此，可抑制歸因於該電源之電壓差異的短路的錯誤偵測。
(10)根據(5)至(8)中之任一的電源單元，其中
與該剩餘量相關的數值為該電源的電壓，且
在該電源之電壓屬於由滿充電電壓及放電截止電壓界定之一區域中每單位放電量之電源電壓變化量為最大之區域(非平穩區域P1)時，基於該電源之電壓的變化程度來設定該臨界值。
根據(10)，在該電源之電壓屬於在由該滿充電電壓及該放電截止電壓界定之該區域中每單位放電量之電源電壓變化量為最大之區域時，基於該 電源之電壓的變化程度來設定該臨界值。因此，可抑制歸因於該電源之電壓差異的短路的錯誤偵測。
(11)根據(5)至(10)中之任一的電源單元，其中
該控制單元經組配成基於該電源的劣化狀態或該電源的電壓可設定或修正該臨界值。
根據(11)，該臨界值的設定或修正係基於該電源的劣化狀態或該電源的電壓。因此，可根據該電源的狀態來設定最佳臨界值，且改善短路偵測的準確性。
(12)根據(2)至(11)中之任一的電源單元，其中
與該電源之該剩餘量相關的該數值為該電源的一電壓，且
該第一輸出值及該第二輸出值為該電源的開路電壓。
根據(12)，係基於為開路電壓的該第一輸出值及該第二輸出值來偵測該短路。因此，相較於基於開路電壓及閉路電壓來偵測短路的情形，可改善短路偵測的準確性。
(13)根據(2)至(11)中之任一的電源單元，其中
與該電源之該剩餘量相關的該數值為該電源的一電壓，且
該第一輸出值及該第二輸出值為該電源的閉路電壓。
根據(13)，係基於為閉路電壓的該第一輸出值及該第二輸出值來偵測該短路。因此，相較於基於開路電壓及閉路電壓來偵測短路的情形，可改善短路偵測的準確性。
(14)該電源單元根據(13)，其更包含：
一開關(開關19)，其經組配成允許或切斷該電源的供電，
其中該第一輸出值及該第二輸出值為從該控制單元送出關閉指令給該開關時起經過包括0的一預定時段之後得到的該電源之閉路電壓。
根據(14)，為閉路電壓的該第一輸出值及該第二輸出值的獲取時機相匹配。因此，可進一步改善短路偵測的準確性。
(15)該電源單元根據(14)，其中
該預定時段係基於在初級延遲系統考慮該電源之閉路電壓之變化時的時間常數(減緩時間)而設定者。
根據(15)，係基於為閉路電壓的該第一輸出值及該第二輸出值來偵測該短路，這些閉路電壓是在經過基於該時間常數設定的預定時段之後得到。因此，可改善短路偵測的準確性。
(16)根據(2)至(15)中之任一的電源單元，其中
該控制單元基於該第一輸出值與該第二輸出值之差而區別性偵測該電源的內部短路與該電源的外部短路。
根據(16)，該電源的內部短路與該電源的外部短路被區別性偵測。因此，可進行根據已發生短路之位置的適當通知或程序。
(17)該電源單元根據(16)，其中
用於偵測該內部短路之該第一輸出值與該第二輸出值的差大於用於偵測該外部短路之該第一輸出值與該第二輸出值的差。
根據(17)，該電源之內部短路與該電源之外部短路的區別係根據該第一輸出值與該第二輸出值之差。因此，可高度準確地判定短路的類型。
(18)根據(2)至(17)中之任一的電源單元，其中
當在該放電前與在該放電後之間的時間間隔超過一預定時段時，該控制單 元不偵測該電源之該短路。
根據(18)，在該放電前與該放電後之間的時間間隔超過該預定時段時，不進行該電源的短路偵測。因此，可防止歸因於自然放電或其類似者之短路的錯誤偵測。
(19)一種用於霧氣吸嚐器用之電源單元的控制方法，該電源單元包括電源，其能夠放電給用於從霧氣源產生霧氣的負載，該控制方法包含：
基於與該電源之剩餘量相關的數值來偵測該電源的短路。
根據(19)，係基於與該電源之該剩餘量相關的數值來偵測該電源的短路。因此，可判定該電源是否正常。
(20)一種用於霧氣吸嚐器用之電源單元的控制程式，該電源單元包括電源，其能夠放電給用於從霧氣源產生霧氣的負載，該控制程式包含：
基於與該電源之剩餘量相關的數值來偵測該電源的短路。
根據(20)，係基於與該電源之該剩餘量相關的數值來偵測該電源的短路。因此，可判定該電源是否正常。
根據(1)、(19)及(20)，係基於輸出感測器的輸出值(電壓)來偵測該電源的短路。因此，可判定該電源是否正常。因此，可促進使用者等在適當的時機更換電源。因此，有節省效果，其中可最大化電源的可能使用時間而不必換成新的。
52:電源狀態診斷單元
55:電源電壓獲取單元
56:劣化估計單元
57:臨界值設定單元
58:短路偵測單元

Claims (9)

  1. 一種霧氣吸嚐器用的電源單元，該電源單元包含：電源，其能夠放電給用於從霧氣源產生霧氣的負載；控制單元，其經組配成控制該電源；以及感測器，其經組配成輸出與該電源之剩餘量相關的數值，其中該控制單元係響應霧氣產生請求而基於該感測器的輸出值來偵測該電源的短路。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電源單元，其中該控制單元基於放電前得到之該感測器的輸出值亦即第一輸出值與該放電後得到之該感測器的輸出值亦即第二輸出值來偵測該短路。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之電源單元，其中該放電係放到與該負載不同的另一負載。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之電源單元，其中該放電係放到該負載用以產生霧氣。
  5. 如申請專利範圍第2項至第4項中任一項所述的電源單元，其中在該第一輸出值與該第二輸出值之差大於臨界值時，該控制單元偵測出該短路，該臨界值為與該電源之該剩餘量相關且可歸因於該放電的數值之變化量。
  6. 如申請專利範圍第2項至第4項中任一項所述的電源單元，其中與該電源之該剩餘量相關的該數值為該電源的電壓，且該第一輸出值及該第二輸出值為該電源的開路電壓。
  7. 如申請專利範圍第2項至第4項中任一項所述的電源單元，其中 與該電源之該剩餘量相關的該數值為該電源的電壓，且該第一輸出值及該第二輸出值為該電源的閉路電壓。
  8. 一種霧氣吸嚐器用之電源單元的控制方法，該電源單元包括電源，其能夠放電給用於從霧氣源產生霧氣的負載，該控制方法包含：響應霧氣產生請求而基於與該電源之剩餘量相關的數值來偵測該電源的短路。
  9. 一種霧氣吸嚐器用之電源單元的控制程式，該電源單元包括電源，其能夠放電給用於從霧氣源產生霧氣的負載，該控制程式係使電腦執行下列步驟：響應霧氣產生請求而基於與該電源之剩餘量相關的數值來偵測該電源的短路之步驟。
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