气溶胶产生装置电力系统的制作方法

本发明涉及气溶胶产生装置，并且更具体地涉及气溶胶产生装置电力系统。

背景技术：

1、比如电子烟和其他气溶胶吸入器或汽化装置等气溶胶产生装置正变成越来越流行的消费产品。

2、用于汽化或气溶胶化的加热装置是本领域已知的。此类装置典型地包括加热腔室和加热器。在操作中，操作者将要气溶胶化或汽化的产品插入到加热腔室中。然后用电子加热器加热产品来使产品的成分汽化以供操作者吸入。在一些示例中，产品是类似于传统香烟的烟草产品。此类装置有时被称为“加热不燃烧”装置，因为产品被加热到气溶胶化点，而不被燃烧。

3、已知气溶胶产生装置面临的问题包括提供足够快的加热和能源的有效利用。

技术实现思路

1、根据第一方面，提供了一种气溶胶产生装置，该气溶胶产生装置包括：

2、电力系统，该电力系统包括第一能量储存模块和第二能量储存模块；以及

3、控制器，其中，该控制器被配置成：

4、控制该电力系统的流向与该气溶胶产生装置相关联的加热器的脉宽调制功率流，其中，该脉宽调制功率流包括各自具有接通时段和关断时段的一个或多个脉宽调制周期；并且

5、控制该第二能量储存模块在该脉宽调制周期关断时段期间给该第一能量储存模块充电。

6、以这种方式，在第一能量储存模块给加热器供电的同时，第二能量储存模块也连续地给第一能量储存模块再充电。这允许第一能量储存模块在其电荷水平耗尽之前给加热器供电更长时间。由于第一能量储存模块在给加热器供电的同时被再充电，因此它不需要能够储存与传统电力系统中的能量储存模块一样多的电荷量，该传统电力系统在给加热器供电的同时不被再充电。这允许第一能量储存模块在物理上更小，并具有相关联的安全性提高。

7、在该第一方面的优选第一实施方式中，该第一能量储存模块是超级电容器模块并且该第二能量储存模块是电池模块。

8、超级电容器模块可以被视为高功率储存模块，并且电池可以被视为高能量储存模块。在这个布置中，电力系统并不仅仅依赖于电池，并且因此不存在能量要求与功率要求之间的折衷。将高能量电池与高功率超级电容器结合使用允许在电力系统设计中单独考虑能量要求和功率要求，从而提供更大灵活性以满足能量要求和功率要求。

9、在气溶胶化过程期间在脉宽调制周期关断时段中连续地给超级电容器模块再充电允许使用具有较小能量含量的超级电容器(即，较小的超级电容器)。这允许尺寸减小和成本降低。

10、优选地，该超级电容器模块包括至少一个超级电容器。优选地，该超级电容器模块包括串联连接的多个超级电容器。优选地，该超级电容器模块包括串联连接的两个超级电容器。优选地，该电池模块包括至少一个电池。优选地，该电池模块包括高能量电池。优选地，该电池模块包括锂离子电池。

11、优选地，该控制器被进一步配置成：

12、控制该电力系统在该脉宽调制周期接通时段期间仅从该超级电容器模块向该加热器提供该脉宽调制功率流。

13、仅用超级电容器模块给加热器供电使操作期间的损耗减少。例如，在超级电容器模块与加热器之间不需要升压转换器(比如dc/dc电压转换器)。以这种方式，气溶胶产生装置可以提供与传统系统相同的能量使用，但由于对损耗的改进，储存在电力系统中的总能量含量较小。

14、由于电池模块仅用于给超级电容器模块充电而不给加热器供电，因此减少了电池的损耗。这允许操作者利用单次电池充电来执行多个气溶胶化过程，因为浪费的电力更少。

15、优选地，该控制器被配置成：

16、控制该电池模块在该脉宽调制周期接通时段期间不给该超级电容器模块充电。

17、优选地，该电力系统包括与该电池模块并联连接的该超级电容器模块，其中，电压转换器连接在该超级电容器模块与该电池模块之间。

18、优选地，该电力系统包括与该电池模块并联连接的该超级电容器模块，其中，电压转换器连接在该超级电容器模块与该电池模块之间。

19、优选地，该电力系统进一步包括：

20、第一开关装置，该第一开关装置连接在该电池模块与该超级电容器模块之间，其中，该第一开关装置由该控制器控制，以控制该电池模块在该脉宽调制周期的关断时段期间给该超级电容器模块充电；以及

21、第二开关装置，该第二开关装置被配置成布置在该超级电容器模块与该加热器之间，其中，该第二开关装置由该控制器控制，以控制从该超级电容器模块流向该加热器的该脉宽调制功率流。

22、电力系统的这个布置通过功率管理允许电池模块与超级电容器模块解耦。电池可以具有较高的相关联安全风险和较低的寿命，而超级电容器可以具有较低的安全风险以及较高的稳健性和可靠性。优选地，仅超级电容器模块给加热器供电，并且电池模块仅用于给超级电容器模块再充电，其中电池模块不直接将能量传递到加热器；这提高了电力系统的总体安全性和可靠性。通过不直接给加热器供电，电池需要较低的最大电流要求，这可以减少施加到电池上的压力并且提高其寿命和可靠性。

23、优选地，开关装置是由控制器控制的晶体管。以这种方式，开关装置可以有效地用于实现对电力系统中的功率流的控制。

24、在该第一方面的优选第二实施方式中，该第一能量储存模块是第一超级电容器模块并且该第二能量储存模块是第二超级电容器模块。

25、以这种方式，通过仅使用基于超级电容器的技术给气溶胶产生装置供电，气溶胶产生装置中不需要电池。这意味着，在气溶胶化过程中的使用中，电池不定位在操作者的嘴巴附近。这提高了气溶胶产生装置的安全性。

26、优选地，流向加热器的脉宽调制功率流仅包括来自第一超级电容器模块的功率流而不包括来自第二超级电容器模块的功率流。

27、优选地，该电力系统进一步包括：第一开关装置，该第一开关装置连接在该第一超级电容器模块与该第二超级电容器模块之间，其中，该第一开关装置由该控制器控制，以控制该第二超级电容器模块在该脉宽调制周期的关断时段期间给该第一超级电容器模块充电；和/或第二开关装置，该第二开关装置被配置成布置在该第一超级电容器模块与该加热器之间，其中，该第二开关装置由该控制器控制，以控制从该第一超级电容器模块流向该加热器的该脉宽调制功率流。

28、优选地，该第一超级电容器模块包括至少一个超级电容器，或串联连接的两个或更多个超级电容器。优选地，该第一超级电容器模块的(多个)超级电容器是传统超级电容器。优选地，该第一超级电容器模块包括串联连接的两个2.5v超级电容器，使第一超级电容器模块总体为5v。

29、优选地，该第二超级电容器模块包括至少一个混合电容器(也称为混合超级电容器)。与传统超级电容器相比，混合电容器可以具有较高的工作电压、较高的电容和较高的能量密度。混合电容器可以具有比传统超级电容器更低的功率能力。优选地，该第二超级电容器模块包括3.7v混合电容器，使第二超级电容器模块总体为3.7v。

30、在该第一方面的优选第三实施方式中，该第一能量储存模块是超级电容器模块并且该第二能量储存模块是电池模块；并且

31、在该接通时段中，该控制器控制该电池模块和该超级电容器模块给该加热器供电；并且

32、在该关断时段中，该控制器控制该电池模块给该超级电容器模块充电。

33、超级电容器模块可以被视为高功率能量储存模块，并且电池可以被视为高能量储存模块。在这个布置中，电力系统并不仅仅依赖于电池，并且因此不存在能量要求与功率要求之间的折衷。将高能量电池与高功率超级电容器结合使用允许在电力系统设计中单独考虑能量要求和功率要求，从而提供更大灵活性以满足能量要求和功率要求。

34、在另一优点中，与基于电池的标准电力系统相比较，由于流经电力系统的最大电流减少而提供提高的总体系统安全性。

35、在气溶胶化过程期间在脉宽调制周期关断时段中连续地给超级电容器模块再充电允许使用具有较小能量含量的超级电容器(即，较小的超级电容器)。这允许尺寸减小和成本降低。由于超级电容器模块的容量远低于电池模块的容量，因此可以非常快速地给超级电容器模块充电，这意味着电池模块的放电电流仅在短时间段内较高。

36、优选地，该超级电容器模块包括至少一个超级电容器。优选地，该超级电容器模块包括串联连接的多个超级电容器。优选地，该超级电容器模块包括串联连接的两个超级电容器。优选地，该电池模块包括至少一个电池。优选地，该电池模块包括高能量电池。优选地，该电池模块包括锂离子电池。

37、优选地，该电力系统进一步包括开关装置，该开关装置被配置成使该电力系统在该接通时段中的第二配置与该关断时段中的第一配置之间切换，其中，在该第二配置中，该超级电容器模块与该电池模块串联连接，并且在该第一配置中，该超级电容器模块与该电池模块并联连接。

38、有利地，当超级电容器模块和电池模块处于第一配置时不需要控制超级电容器模块的再充电。超级电容器模块的高电荷接受度允许再充电自然地发生，并且不需要电压转换器。这减少了电力系统中的损耗。

39、这个布置允许向加热器(以及特别是高电阻(>1ω)加热器或替代性加热技术，比如感应加热器)输送高功率而不需要升压电压转换器。以这种方式，避免了原本将通过这样的转换器给电力系统带来的损耗。

40、优选地，开关装置是由控制器控制的晶体管。以这种方式，开关装置可以有效地用于实现对电力系统中的功率流的控制。

41、优选地，电力系统被配置成在接通时段中将电池模块和超级电容器模块的总电位施加到加热器。

42、与标准单电池电力系统相比较，电池模块和超级电容器模块的总电位提供较高的电压。这允许以较低的电流输送相同的功率。以这种方式，系统中的损耗显著降低，因为p损耗＝i2r系统。另外，与用于气溶胶产生装置的标准电力系统相比较，由于需要较低的最大电流，在所使用的电池类型方面实现了较高程度的灵活性。

43、优选地，先前实施方式中的每一个的电力系统可在气溶胶化过程的多种可选择的操作模式下操作，该多种操作模式包括浮充模式，其中，该控制器被配置成：

44、控制该电力系统以第一占空比机制将该脉宽调制功率流施加到该加热器，以将该加热器基本上维持在气溶胶产生温度。

45、以这种方式，可以将功率施加到加热器以从产生气溶胶的消耗品产生气溶胶，这可以使用脉宽调制来控制，同时还在脉宽调制周期关断时段期间给第一能量储存模块再充电，从而提高第一能量储存模块能够给加热器供电的时间长度。

46、优选地，该多种操作模式进一步包括预热模式，其中，该控制器被配置成：

47、控制该电力系统在该浮充模式之前的预热模式期间以不同于该第一占空比机制的第二占空比机制将该脉宽调制功率流施加到该加热器，以将该加热器加热到该气溶胶产生温度。

48、优选地，该第一占空比机制包括具有第一占空比比率d1的一个或多个脉宽调制周期，该第二占空比机制包括具有第二占空比比率d2的一个或多个脉宽调制周期，其中，d2＝d1×k，其中，k是>>1的系数。

49、以这种方式，加热器可以在预热模式期间迅速地加热到气溶胶产生温度，并且然后在浮充模式内以较低的功耗维持在气溶胶产生温度。

50、在示例中，d1远小于1，并且d2接近但小于1。在另一示例中，d1<<0.5并且d2≥0.5。在另一示例中，该第一占空比被配置成使得在浮充模式下施加<3w，并且该第二占空比被配置成使得在预热模式下施加大约16w。

51、优选地，该多种操作模式包括浮充后模式，其中，该控制器被配置成：

52、在该浮充模式之后在该气溶胶化过程中的剩余时间段内禁用流向该加热器的该脉宽调制功率流；并且

53、控制该第二能量储存模块给该第一能量储存模块充电。

54、以这种方式，在已禁用脉宽调制功率流之后，保持在加热器中的余热可以继续使产生气溶胶的消耗品气溶胶化而无需将功率直接施加到加热器。同时，第二能量储存模块可以在当前气溶胶化过程的其余部分期间至少部分地给第一能量储存模块再充电以用于后续气溶胶化过程。也就是说，将给第一能量储存模块充电以执行后续预热模式。

55、优选地，可以控制第二能量储存模块在气溶胶化过程结束之后继续给第一能量储存模块再充电，直到第一能量储存模块被充分地充电以进行后续气溶胶化过程为止。

56、在第二方面，提供了一种控制气溶胶产生装置的电力系统的方法，该电力系统包括第一能量储存模块和第二能量模块，并且该方法包括：

57、控制该电力系统的流向与该气溶胶产生装置相关联的加热器的脉宽调制功率流，其中，该脉宽调制功率流包括各自具有接通时段和关断时段的一个或多个脉宽调制周期；以及

58、控制该第二能量储存模块在该脉宽调制周期关断时段期间给该第一能量储存模块充电。

59、可选地，该第二方面可以包括该第一方面的优选特征。

60、在第三方面，提供了一种存储指令的非暂时性计算机可读介质，这些指令当由被配置为与包括第一能量储存模块和第二能量储存模块的气溶胶产生装置电力系统一起操作的控制器的一个或多个处理器执行时，使该一个或多个处理器通过以下方式控制该电力系统：

61、控制该电力系统的流向与该气溶胶产生装置相关联的加热器的脉宽调制功率流，其中，该脉宽调制功率流包括各自具有接通时段和关断时段的一个或多个脉宽调制周期；以及

62、控制该第二能量储存模块在该脉宽调制周期关断时段期间给该第一能量储存模块充电。

63、可选地，该第三方面可以包括该第一方面的优选特征。

64、在第四方面，提供了一种气溶胶产生装置，包括：

65、电力系统，该电力系统包括第一超级电容器模块和第二超级电容器模块；以及

66、控制器，其中，该控制器被配置成：

67、控制该第一超级电容器模块的功率流，以给与该气溶胶产生装置相关联的加热器供电；以及

68、控制该第二超级电容器模块的功率流，以给该第一超级电容器模块充电。

69、以这种方式，通过仅使用基于超级电容器的技术给气溶胶产生装置供电，气溶胶产生装置中不需要电池。这意味着，在气溶胶化过程中的使用中，电池不定位在操作者的嘴巴附近。这提高了气溶胶产生装置的安全性。

70、优选地，气溶胶产生装置包括用于包括电池模块的充电器件的电接头，并且电力系统不包括电池。

71、以这种方式，可以给第二超级电容器模块再充电以进行进一步的气溶胶化过程。优选地，该充电器件是外部充电模块。优选地，该充电器件可以是电源组或外部充电器。

72、优选地，该第一超级电容器模块包括至少一个超级电容器；和/或该第二超级电容器模块包括至少一个混合电容器。

73、优选地，该第一超级电容器模块包括串联连接的两个或更多个超级电容器。优选地，该第一超级电容器模块的(多个)超级电容器是传统超级电容器。优选地，该第一超级电容器模块包括串联连接的两个2.5v超级电容器，使第一超级电容器模块总体为5v。

74、与传统超级电容器相比，混合电容器(也称为混合超级电容器)可以具有较高的工作电压、较高的电容和较高的能量密度。混合电容器可以具有比传统超级电容器更低的功率能力。优选地，该第二超级电容器模块包括3.7v混合电容器，使第二超级电容器模块总体为3.7v。

75、以这种方式，可以利用基于混合电容器的第二超级电容器模块的较高电容和较高能量密度来给第一超级电容器模块充电，并且可以利用基于传统超级电容器的第一超级电容器模块的较高功率能力来给加热器供电。

76、优选地，该第一超级电容器模块和该第二超级电容器模块并联连接，并且该电力系统进一步包括：

77、第一开关装置，该第一开关装置连接在该第一超级电容器模块与该第二超级电容器模块之间，其中，该第一开关装置由该控制器控制，以控制该第二超级电容器模块给该第一超级电容器模块充电；和/或

78、第二开关装置，该第二开关装置被配置成布置在该第一超级电容器模块与该加热器之间，其中，该第二开关装置由该控制器控制，以控制从该第一超级电容器模块流向该加热器的功率流。

79、优选地，开关装置是由控制器控制的晶体管。以这种方式，开关装置可以有效地用于实现对电力系统中的功率流的控制。

80、优选地，该第一超级电容器模块的功率流是脉宽调制功率流，该脉宽调制功率流包括各自具有接通时段和关断时段的一个或多个脉宽调制周期；并且

81、该控制器被进一步配置成：

82、控制该第二超级电容器模块的功率流以在该脉宽调制周期关断时段期间给该第一超级电容器模块充电。

83、以这种方式，在第一超级电容器模块给加热器供电的同时，第二超级电容器模块也连续地给第一超级电容器模块再充电。这允许第一超级电容器模块在其电荷水平耗尽之前给加热器供电更长时间。由于第一超级电容器模块在给加热器供电的同时被再充电，因此它不需要能够储存与传统电力系统中的能量储存模块一样多的电荷量，该传统电力系统在给加热器供电的同时不被再充电。这允许第一超级电容器模块在物理上更小，并具有相关联的安全性提高。

84、优选地，该电力系统可在浮充模式下操作，其中，在该浮充模式下，该控制器被配置成：

85、控制该第一超级电容器模块以第一占空比机制将该脉宽调制功率流施加到该加热器，以将该加热器基本上维持在气溶胶产生温度。

86、以这种方式，可以将功率施加到加热器以从产生气溶胶的消耗品产生气溶胶，这可以使用脉宽调制来控制，同时还在脉宽调制周期关断时段期间给第一超级电容器模块再充电，从而提高第一超级电容器模块能够给加热器供电的时间长度。

87、优选地，该电力系统可在预热模式下操作，其中，在该预热模式下，该控制器被配置成：

88、控制该第一超级电容器模块在该浮充模式之前的预热模式期间以不同于该第一占空比机制的第二占空比机制将该脉宽调制功率流施加到该加热器，以将该加热器加热到该气溶胶产生温度。

89、优选地，该第一占空比机制包括具有第一占空比比率d1的一个或多个脉宽调制周期；该第二占空比机制包括具有第二占空比比率d2的一个或多个脉宽调制周期；其中，d2＝d1×k，其中，k是>>1的系数。

90、以这种方式，加热器可以在预热模式期间迅速地加热到气溶胶产生温度，并且然后在浮充模式内以较低的功耗维持在气溶胶产生温度。

91、在示例中，d1远小于1，并且d2接近但小于1。在另一示例中，d1<<0.5并且d2≥0.5。在另一示例中，该第一占空比被配置成使得在浮充模式下施加<3w，并且该第二占空比被配置成使得在预热模式下施加大约16w。

92、优选地，该电力系统可在浮充后模式下操作，其中，在该浮充后模式下，该控制器被配置成：

93、在该浮充模式之后在该气溶胶化过程中的剩余时间段内禁用流向该加热器的该功率流；以及

94、控制该第二能量储存模块给该第一能量储存模块充电。

95、以这种方式，在已禁用脉宽调制功率流之后，保持在加热器中的余热可以继续使产生气溶胶的消耗品气溶胶化而无需将功率直接施加到加热器。同时，第二超级电容器模块可以在当前气溶胶化过程的其余部分期间至少部分地给第一超级电容器模块再充电以进行后续气溶胶化过程。也就是说，将给第一超级电容器模块充电以执行后续预热模式。

96、优选地，可以控制第二超级电容器模块在气溶胶化过程结束之后继续给第一超级电容器模块再充电，直到第一超级电容器模块被充分地充电以进行后续气溶胶化过程为止。

97、在第五方面，提供了一种可连接到该第四方面的气溶胶产生装置的气溶胶产生装置充电器件，其中，该气溶胶产生装置充电器件被配置成当连接到该气溶胶产生装置时给该第二超级电容器模块充电。

98、以这种方式，该气溶胶产生装置的操作者可以在将气溶胶产生装置连接到外部充电器件(比如电源组或插接站或主电源)之前执行多个气溶胶化过程。这允许气溶胶产生装置的尺寸减小，也就是说操纵起来更舒适，并提高安全性，因为气溶胶产生装置自身中没有电池。

99、优选地，气溶胶产生装置充电器件包括被配置成向气溶胶产生装置的电力系统提供电荷的电池模块。

100、以这种方式，充电器件可以是不需要外部电源(比如主电源)来给第二超级电容器模块充电的便携式充电器件。

101、优选地，气溶胶产生装置充电器件是被配置成容纳气溶胶化产生装置的充电箱。替代性地，气溶胶产生装置充电器件是插接站和/或电源组。

102、在第六方面，提供了一种包括第四方面的气溶胶产生装置和第五方面的气溶胶产生装置充电器件的系统。

103、在第七方面，提供了一种控制气溶胶产生装置的电力系统的方法，该电力系统包括第一超级电容器模块和第二超级电容器模块，并且该方法包括：

104、控制该第一超级电容器模块的功率流，以给与该气溶胶产生装置相关联的加热器供电；并且

105、控制该第二超级电容器模块的功率流，以给该第一超级电容器模块充电。

106、可选地，该第七方面可以包括该第四方面的优选特征。

107、在第八方面，提供了一种存储指令的非暂时性计算机可读介质，这些指令当由被配置为与包括第一超级电容器模块和第二超级电容器模块的气溶胶产生装置电力系统一起操作的控制器的一个或多个处理器执行时，使该一个或多个处理器通过以下方式控制该电力系统：

108、控制该第一超级电容器模块的功率流，以给与该气溶胶产生装置相关联的加热器供电；以及

109、控制该第二超级电容器模块的功率流，以给该第一超级电容器模块充电。

110、可选地，该第八方面可以包括该第四方面的优选特征。