CN116349107A - 气溶胶产生装置电力*** - Google Patents

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CN116349107A CN202180072408.8A CN202180072408A CN116349107A CN 116349107 A CN116349107 A CN 116349107A CN 202180072408 A CN202180072408 A CN 202180072408A CN 116349107 A CN116349107 A CN 116349107A
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aerosol
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J·弗格利斯塔勒
G·A·皮拉托维茨
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Abstract

一种气溶胶产生装置(100)包括电力***(500，600，700)和控制器(102)。电力***包括第一能量储存模块(104)和第二能量储存模块(106)。控制器被配置成控制电力***的流向与气溶胶产生装置相关联的加热器的脉宽调制功率流。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。控制器被进一步配置成控制第二能量储存模块在脉宽调制周期关断时段期间给第一能量储存模块充电。第一能量储存模块可以是超级电容器模块，并且第二能量储存模块可以是电池模块。

Description

气溶胶产生装置电力***
技术领域
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***。
背景技术
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。
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***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。
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。
发明内容
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：
电力***，该电力***包括第一能量储存模块和第二能量储存模块；以及
控制器，其中，该控制器被配置成：
控制该电力***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
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。
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***中的能量储存模块一样多的电荷量，该传统电力***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。
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。
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***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***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。
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。
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。
优选地，该控制器被进一步配置成：
控制该电力***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。
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***相同的能量使用，但由于对损耗的改进，储存在电力***中的总能量含量较小。
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。
优选地，该控制器被配置成：
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。
优选地，该电力***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。
优选地，该电力***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。
优选地，该电力***进一步包括：
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
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。
电力***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***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。
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***中的功率流的控制。
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。
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。
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。
优选地，该电力***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。
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。
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。
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
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
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。
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***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***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。
在另一优点中，与基于电池的标准电力***相比较，由于流经电力***的最大电流减少而提供提高的总体***安全性。
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。
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。
优选地，该电力***进一步包括开关装置，该开关装置被配置成使该电力***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。
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***中的损耗。
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***带来的损耗。
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***中的功率流的控制。
优选地，电力***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。
与标准单电池电力***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，***中的损耗显著降低，因为P损耗＝I2R***。另外，与用于气溶胶产生装置的标准电力***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。
优选地，先前实施方式中的每一个的电力***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：
控制该电力***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。
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。
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：
控制该电力***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。
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。
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。
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。
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：
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
控制该第二能量储存模块给该第一能量储存模块充电。
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。
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。
在第二方面，提供了一种控制气溶胶产生装置的电力***的方法，该电力***包括第一能量储存模块和第二能量模块，并且该方法包括：
控制该电力***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
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。
可选地，该第二方面可以包括该第一方面的优选特征。
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***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***：
控制该电力***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
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。
可选地，该第三方面可以包括该第一方面的优选特征。
在第四方面，提供了一种气溶胶产生装置，包括：
电力***，该电力***包括第一超级电容器模块和第二超级电容器模块；以及
控制器，其中，该控制器被配置成：
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
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。
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。
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***不包括电池。
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。
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。
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。
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。
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。
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***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功率流。
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***中的功率流的控制。
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
该控制器被进一步配置成：
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。
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***中的能量储存模块一样多的电荷量，该传统电力***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。
优选地，该电力***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：
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。
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。
优选地，该电力***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：
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。
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。
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。
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。
优选地，该电力***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：
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
控制该第二能量储存模块给该第一能量储存模块充电。
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。
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。
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。
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。
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***提供电荷的电池模块。
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。
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。
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***。
在第七方面，提供了一种控制气溶胶产生装置的电力***的方法，该电力***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：
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
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。
可选地，该第七方面可以包括该第四方面的优选特征。
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***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***：
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
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。
可选地，该第八方面可以包括该第四方面的优选特征。
附图说明
现在将参照附图通过示例的方式来描述本发明的实施例，在附图中：
图1是气溶胶产生装置的框图；
图2是气溶胶产生装置的操作模式的流程图；
图3是在气溶胶化过程内加热器温度与时间的曲线图；
图4是脉宽调制功率流的曲线图；
图5A是包括超级电容器模块和电池模块的电力***的电路图；
图5B是进入和离开图5A的电力***的超级电容器模块的脉宽调制功率流的电流与时间的曲线图；
图5C是在使用图5A的电力***的气溶胶化过程内加热器温度与时间以及超级电容器模块的荷电状态与时间的双重曲线图；
图6是包括第一超级电容器模块和第二超级电容器模块的电力***的电路图；
图7A是包括超级电容器模块和电池模块的电力***的电路图；
图7B是图7A的电力***在第一配置中的电路图；以及
图7C是图7A的电力***在第二配置中的电路图。
具体实施方式
图1示出了气溶胶产生装置100或蒸气产生装置(也称为电子烟)的部件的框图。出于本描述的目的，将理解，术语“蒸气”和“气溶胶”是可互换的。
气溶胶产生装置100具有包含控制器102的本体部分112，以及包括第一能量储存模块104和第二能量储存模块106的电力***。电力***可在多种可选择的操作模式下操作。在本文，提到仅一个第一能量储存模块104和一个第二能量储存模块106；然而，本领域的技术人员将理解，电力***可以视情况包括一个或多个第一能量储存模块和一个或多个第二能量储存模块。控制器102被配置成基于选定的操作模式来控制第一能量储存模块104和第二能量储存模块106的功率流，如后续将描述的。控制器102可以是至少一个微控制器单元，该微控制器单元包括：存储器，该存储器上存储有用于操作气溶胶产生装置100的指令，包括用于执行可选择的操作模式并控制功率流的指令；以及一个或多个处理器，该一个或多个处理器被配置成执行这些指令。
在一些示例中，第一能量储存模块104是超级电容器模块104并且第二能量储存模块106是电池模块106。在其他示例中，第二能量储存模块106也是超级电容器模块(即第二超级电容器模块)106。
在示例中，加热器108包含在本体部分112中。在这种示例中，如图1中所示出的，加热器108被布置在本体部分112中的空腔110或腔室中。空腔110通过本体部分112中的开口110A进入。空腔110被布置成接收相关联的产生气溶胶的消耗品114。产生气溶胶的消耗品可以包含产生气溶胶的材料，比如包含烟草的烟草棒。烟草棒可以类似于传统香烟。空腔110的横截面与产生气溶胶的消耗品114的横截面大致相等，并且其深度使得当相关联的产生气溶胶的消耗品114***到空腔110中时，产生气溶胶的消耗品114的第一端部部分114A到达空腔110的底部部分110B(也就是说，空腔110的远离空腔开口110A的端部部分110B)，并且产生气溶胶的消耗品114的远离第一端部部分114A的第二端部部分114B从空腔110向外延伸。以这种方式，当将产生气溶胶的消耗品114***到气溶胶产生装置100中时，消费者可以在该产生气溶胶的消耗品上方吸入。在图1的示例中，加热器108被布置在空腔110中，使得产生气溶胶的消耗品114在***到空腔110中时接合加热器108。在图1的示例中，加热器108被布置为空腔中的管子，使得当产生气溶胶的消耗品的第一端部部分114A***到空腔中时，加热器108基本上或完全围绕产生气溶胶的消耗品114在空腔110内的部分。加热器108可以是金属丝，比如盘绕式金属丝加热器或陶瓷加热器或任何其他合适类型的加热器。加热器108可以包括沿着空腔的轴向长度顺序地布置的多个加热元件，这些加热元件可以按顺序次序独立激活(即通电)。
在替代性实施例(未示出)中，加热器可以被布置为空腔内的长形穿刺构件(比如针、棒或刀片的形式)；在这种实施例中，加热器可以被布置成当产生气溶胶的消耗品***到空腔中时穿透产生气溶胶的消耗品并接合产生气溶胶的材料。
在另一替代性实施例(未示出)中，加热器可以呈感应加热器的形式。在这种实施例中，加热元件(即，接受器)可以设置在消耗品中，并且当消耗品***到空腔中时，加热元件与空腔中的感应元件(即，感应线圈)感应地耦合。然后感应加热器通过感应对加热元件进行加热。
加热器108被布置成将产生气溶胶的消耗品114加热到预定温度以在气溶胶化过程中产生气溶胶。气溶胶化过程可以被视为对装置进行操作以从产生气溶胶的消耗品114产生气溶胶的时间。在产生气溶胶的消耗品114是烟草棒的示例中，产生气溶胶的消耗品114包括烟草。加热器108被布置成对烟草进行加热而不燃烧烟草，以产生气溶胶。也就是说，加热器108将烟草加热到低于烟草燃烧点的预定温度，使得产生基于烟草的气溶胶。本领域的技术人员将容易理解，产生气溶胶的消耗品114不一定需要包括烟草，并且任何其他适合于气溶胶化(或汽化)的物质(特别是通过对该物质进行加热而不燃烧该物质)都可以用来代替烟草。
在替代性方案中，产生气溶胶的消耗品可以是可汽化的液体。可汽化的液体可以包含在可接收于气溶胶产生装置中的烟弹中，或可以直接沉积到气溶胶产生装置中。
控制器102被布置为基于气溶胶化过程的选定的操作模式控制第一能量储存模块104和第二能量储存模块106的功率流。操作模式包括预热模式、浮充模式和浮充后模式。
从预热模式到浮充模式然后到浮充后模式的进行可以从图2中理解。
在预热模式202下，与气溶胶产生装置100相关联的加热器108被加热到预定温度，以用于从产生气溶胶的消耗品114产生气溶胶。预热阶段可以被视为执行预热模式的时间，例如加热器108达到预定温度所花费的时间。预热模式发生在气溶胶化过程的第一时间段期间。在示例中，该第一时间段可以是固定的预定时间段。在其他示例中，该第一时间段可以与将加热器108加热到预定温度所需的时间长度相对应地变化。
当加热器达到预定温度时，控制器102结束预热模式202并控制电力***执行浮充模式204。在浮充模式204下，控制器102控制来自电力***的功率流以将加热器108基本上维持在预定温度，从而产生气溶胶以供消费者吸入。浮充阶段可以被视为执行浮充模式的时间，例如在预热阶段之后加热器108使一个产生气溶胶的消耗品114(或其至少一部分)气溶胶化的时间。控制器102可以控制电力***在气溶胶化过程的第二时间段内操作浮充模式。该第二时间段可以是预定的并且存储在控制器102处。
在第二时间段到期之后，控制器102将操作模式切换为浮充后模式206。在浮充后模式下，控制器102禁用从电力***到加热器的功率流，使得加热器不再被供电。尽管已禁用功率流，但加热器仍保留余热能量。这个余热用于在浮充后模式下继续对消耗品进行加热。浮充后阶段可以被视为执行浮充后模式的时间。浮充后阶段对应于气溶胶化过程的第三时间段。
图3示出了加热器温度304与时间302的示例性曲线图。在预热阶段中，控制器102控制电力***在第一时间段308内将功率施加到加热器，直到加热器温度达到预定温度306为止。在示例中，该预定温度是230℃。在示例中，该第一时间段是20秒。在一些示例中，控制器102被配置成在固定的预定第一时间段内将加热器加热到预定温度。在其他示例中，第一时间段根据加热器达到预定温度所需的时间而变化。
当加热器达到预定温度306时，控制器102将操作模式切换到浮充模式使其持续第二时间段310并且在这个第二时间段310内将加热器温度基本上维持在预定温度306。在示例中，第二时间段可以是250秒。
在第二时间段310到期之后，控制器102将操作模式切换到浮充后模式使其持续第三时间段312。随着第三时间段312的进行，加热器温度由于不再施加功率而下降。第三时间段312可以被配置成使得其到期与加热器温度下降到阈值以下相一致。这个阈值可以对应于高于环境温度的温度，但低于该温度时就不再有效地加热消耗品。在示例中，该第三时间段可以是20秒。
在第三时间段312到期之后，可以通过视觉或听觉指示器通知气溶胶产生装置的用户气溶胶化过程已结束，使得他们知道消耗品不再被气溶胶化。
在预热模式和浮充模式下，控制器102控制从电力***流向加热器的功率流，使得功率流是具有一个或多个脉宽调制周期的脉宽调制功率流。在图4中呈现了示例性脉宽调制功率流。脉宽调制功率流包括一个或多个脉宽调制(PWM)周期402(也称为脉宽调制开关时段)。单个PWM周期或开关时段402包括一个PWM周期“接通时段”D和一个PWM周期“关断时段”1-D。PWM周期接通时段D与PWM周期关断时段1-D的组合形成总PWM周期或开关时段402。
在PWM周期的PWM接通时段期间，将功率施加到加热器，也就是说，通过实施PWM控制的开关来闭合通向加热器的电力线。在PWM关断时段期间，不将功率施加到加热器，也就是说，通过实施PWM控制的开关来断开通向加热器的电力线。这样，一个脉宽调制周期402包括在接通状态与关断状态之间切换一次的功率，并且脉宽调制功率流因此包括用以一定的占空比在PWM接通时段与关断时段之间迅速地切换的功率流连续地给加热器供电。
脉宽调制占空比对应于接通时段(D)占周期402的总时段(D+(1-D))(即开关时段402的组合的“接通时段”和“关断时段”)的比例。
包括多个PWM周期的脉宽调制功率流基于占空比用PWM接通时段和PWM关断时段的平均功率连续地给加热器供电。控制占空比会控制输送到加热器的功率量。脉宽调制功率流的较高占空比输送较高的平均功率；脉宽调制功率流的较低占空比输送较低的平均功率。也就是说，对于较高占空比，与较低占空比相比，周期402的更大比例是“接通时段”D。以这种方式，可以通过控制脉宽调制功率流的占空比来实现对施加到加热器的功率水平的仔细控制。
在浮充模式下，控制器102被配置成控制电力***以第一占空比机制将脉宽调制功率流施加到加热器，以将加热器基本上维持在预定的气溶胶产生温度。在预热模式下，控制器102被配置成控制电力***以不同于第一占空比机制的第二占空比机制将脉宽调制功率流施加到加热器，以将加热器加热到气溶胶产生温度。第二占空比机制可以具有比第一占空比机制高的占空比，以这种方式，将更大量的功率施加到加热器以迅速地将其加热到预定温度，同时使用更少量的功率来将加热器维持在预定温度。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PWM周期，并且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PWM周期；D1与D2之间的关系可以被视为D2＝D1*K，其中，K是>>1的系数并且可以作为实施选项来选择；理论上的最大占空比在没有关断时段的情况下是1，或在非常短的关断时段下接近但小于1。在示例中，第一占空比机制包括占空比比率远小于1的一个或多个占空比，并且第二占空比机制包括占空比比率接近但小于1的一个或多个占空比。在其他示例中，第一占空比机制包括占空比比率<<0.5的一个或多个占空比，并且第二占空比机制包括占空比比率≥0.5的一个或多个占空比。在进一步示例中，第一占空比被配置成使得在浮充模式下施加<3W，并且第二占空比被配置成使得在预热模式下施加大约16W。
在一些示例中，浮充模式下的PWM功率流可以被视为第一PWM功率流，并且预热模式下的PWM功率流可以被视为第二PWM功率流。
在浮充模式下，控制器102被配置成控制第二能量储存模块在脉宽调制周期关断时段期间给第一能量储存模块充电。参考图5A至图5C、图6和图7描述这个构思的更特定的实施方式。以这种方式，第一能量储存模块可以在浮充模式期间被递增地充电，从而增加其能够给加热器供电的时间。这允许第一能量储存模块更小。
在浮充后模式下，控制器102被配置成控制第二能量储存模块106不断地给第一能量储存模块106充电，直到第一能量储存模块104充满电为止。以这种方式，第一能量储存模块在后续气溶胶化过程中被充分地充电以进行预热模式。
图5A呈现了参考图1至图4描述的电力***500的第一特定实施方式。
在图5A的电力***500中，第一能量储存模块504是超级电容器模块504并且第二能量储存模块506是电池模块506。超级电容器模块504包括一个或多个超级电容器，并且电池模块506包括一个或多个电池。
在特定示例中，超级电容器模块504可以被实施为串联连接的两个超级电容器。这些超级电容器可以是传统类型的超级电容器，并且各自可以具有2.5V的电压，从而提供总电压为5V的超级电容器模块504。这样，超级电容器模块504的电压(U2)可以是5V。在其他示例中，多个超级电容器可以串联连接以满足给加热器供电所需的电压要求。串联连接多个较小超级电容器而非使用单个较大的超级电容器在允许更大的设计灵活性方面是有利的。
电池模块506可以被实施为单个电池。这可以是高能量电池，比如使用锂离子技术、铝离子技术或锌离子技术的电池，或任何其他合适类型的电池。替代性地，电池模块可以包括多个电池。在特定示例中，电池是电压为3.7V的锂离子电池。这样，电池模块506的电压(U1)可以是3.7V。电池模块506可以集成到气溶胶产生装置100中。在其他示例中，电池模块506可以是可附接到/可从气溶胶产生装置100拆卸的电源组，而不是特定地集成到装置100中的电池。电池模块506不一定仅仅是集成电池或单独的电源组，而是电池模块可以利用两者的组合；当集成电池被完全放电时可以连接电源组并且可以在无需首先给集成电池再充电的情况下执行气溶胶化过程。
超级电容器模块504和电池模块506与布置在这两者之间的DC/DC电压转换器530并联连接。DC/DC电压转换器530被布置为提高电池模块电压以便从电池模块506给超级电容器模块504充电。第一开关装置522布置在电池模块506与转换器530之间。超级电容器模块504可连接到表示为负载508的加热器508、与布置在这两者之间的第二开关装置524并联。加热器508本身不是电力***500的器件，而是由电力***500供电。第一开关装置522和第二开关装置524可以是连接到控制器102(图5A中未示出)的晶体管。
在预热模式和浮充模式期间，控制电力***500的脉宽调制功率流包括控制超级电容器模块504给加热器508供电并且控制电池模块506给超级电容器模块504再充电。只有超级电容器模块504在预热模式和浮充模式下给加热器508供电；电池模块506给超级电容器模块504再充电。在脉宽调制功率流的PWM周期接通时段期间，超级电容器模块504给加热器供电，并且在PWM周期关断时段期间，电池模块506给超级电容器模块504再充电。也就是说，在预热模式和浮充模式期间，超级电容器模块504在以下两种情况之间进行切换：在占空比的接通部分期间给加热器508供电，以及在占空比的关断部分期间由电池模块506再充电。电池模块506在占空比的接通部分期间不给超级电容器模块504充电。
浮充模式下的脉宽调制功率流在包括具有第一占空比比率D1的一个或多个PWM周期的第一占空比机制下操作。在预热模式下，超级电容器模块504在包括具有第二占空比比率D2的一个或多个PWM周期的第二占空比机制下用脉宽调制功率流给加热器508供电。D1与D2之间的关系可以被视为D2＝D1*K，其中，K是>>1的系数并且可以作为实施选项来选择。在示例中，第一占空比比率可以远小于1，并且第二占空比比率可以接近但小于1。在其他示例中，第一占空比比率可以<<0.5并且第二占空比比率可以≥0.5。在进一步示例中，第一占空比被配置成使得在浮充模式下施加<3W，并且第二占空比被配置成使得在预热模式下施加大约16W。
控制器102、第一开关装置522和第二开关装置524实现对加热和充电的这个控制。在脉宽调制功率流的PWM周期接通时段期间，控制器102控制第二开关装置524闭合并且控制第一开关装置522断开。以这种方式，功率在PWM接通时段期间从超级电容器模块504流动到加热器508，而电池模块506与超级电容器模块504和加热器508隔离。在脉宽调制功率流的PWM周期关断时段期间，控制器102控制第二开关装置524断开并且控制第一开关装置522闭合。以这种方式，功率从电池模块506流动到超级电容器模块504中以给超级电容器模块504再充电，而超级电容器模块504与加热器508隔离。这样，在脉宽调制功率流期间，迅速切换发生在PWM周期接通时段中给加热器508供电与PWM周期关断时段中给超级电容器模块504再充电之间。
在一些示例中，在断开第一开关装置522与闭合第二开关装置524之间可能存在小延迟。这防止来自电池模块506的功率流在脉宽调制功率流的占空比的接通时段期间无意地到达加热器508。
图5B示出了在预热模式或浮充模式的示例性部分期间进入和离开超级电容器模块的脉宽调制功率流的电流546与时间544的曲线图。在开关时段402的PWM周期接通时段(D)期间，功率以第一振幅554流动离开超级电容器模块504。实线550指示离开超级电容器模块504的功率流，并且中断线552指示进入超级电容器模块504的功率流。在PWM周期关断时段(1-D)期间，功率以第二振幅556流动到超级电容器模块504中。以这种方式，在PWM周期关断时段(1-D)期间进入超级电容器模块504的功率流552至少部分地补偿在PWM周期接通时段期间离开超级电容器模块504的功率流550。在示例中，第一振幅554是10A并且第二振幅556是2A。
在浮充后模式期间，控制器102控制第一开关装置522闭合并且控制第二开关装置524断开。这样，禁用流向加热器508的功率流并且超级电容器模块504不再给加热器508供电。当第一开关装置522闭合时，电池模块506不断地给超级电容器模块504充电，直到超级电容器模块504充满电为止。以这种方式，超级电容器模块504将具有充足的电荷水平以进行后续气溶胶化过程的预热模式。
图5C示出了在包括预热模式308、浮充模式310和浮充后模式312的气溶胶化过程内加热器508的温度570与时间574以及超级电容器模块504的对应荷电状态572与时间574的双重曲线图。
在预热模式308期间，由超级电容器模块504例如以高占空比给加热器508供电，并且加热器508的温度增加到预定温度；在这个预热308期间，超级电容器模块504的电荷水平随着其给加热器508供电而下降。
在浮充模式310下，加热器508由超级电容器模块504供电并且维持在预定温度。如所描述的，脉宽调制功率流被配置成使得超级电容器模块504在PWM周期接通时段期间将功率施加到加热器508，并且电池模块506在PWM周期关断时段期间给超级电容器模块再充电。这样，超级电容器模块504的电荷水平在脉宽调制功率流的PWM周期接通时段期间下降，并且在PWM周期关断时段期间升高。这是通过在浮充模式310期间图5C中的超级电容器模块504电荷水平572随时间574的上升和下降来直观地表示的。由于电荷在PWM周期关断时段期间从电池模块506流入到超级电容器模块504不完全平衡电荷在PWM周期接通时段期间流出到加热器508，因此超级电容器模块504的电荷水平在浮充模式310的过程中具有总体向下趋势。超级电容器模块504的电荷水平的这种总体下降比在PWM周期关断时段期间不施加递增充电的情况慢。这样，由于在PWM周期关断时段期间的递增再充电，超级电容器模块504能够向加热器508提供功率更长时间。
在浮充后模式312下，超级电容器模块504不再给加热器508供电，并且这样加热器温度会下降。在浮充后模式期间并且在需要的情况下在浮充后模式之后，电池模块506不断地给超级电容器模块504充电，从而提高超级电容器模块504的电荷水平，直到其充满电为止。电池模块506可以缓慢地给超级电容器模块504充电，从而仅需要较低的最大电流；这减少对电池的压力并提高其寿命。
电池模块506能够储存足以在多个气溶胶化过程内给超级电容器模块504再充电的电荷。当电池模块506中的电荷水平耗尽时，装置100可以连接到比如主充电器、USB充电器或电源组等单独的外部电源以给电池模块506再充电。
在电源组可以连接到气溶胶产生装置100的示例中，电源组可以充当电池模块506并且可以在脉宽调制功率流的PWM周期关断时段期间给超级电容器模块504充电。以这种方式，如果内部电池模块已耗尽电荷，则仍可以执行气溶胶化过程，但其中，电源组执行本应由内部电池模块执行的操作。这允许操作者执行气溶胶化过程而不必须首先给内部电池模块充电。
在脉宽调制功率流的PWM周期接通时段期间用超级电容器模块504给加热器508供电并且在脉宽调制功率流的PWM周期关断时段期间用电池模块506给超级电容器模块504再充电的脉宽调制功率机制是有利的，因为在关断时段期间的递增再充电确保超级电容器模块504继续具有足以在浮充模式的整个过程中给加热器供电的电荷。此外，超级电容器模块504的这个递增再充电意味着超级电容器模块具有低能量/容量要求(在示例中，根据气溶胶化过程需要<0.05Wh)，从而允许使用较小尺寸的超级电容器，这降低成本并提高安全性。
在PWM周期关断时段期间不进行再充电的情况下，超级电容器的电荷水平会很快变低，并且防止超级电容器模块504能够在整个浮充模式内给加热器508供电而无需从电池到加热器508的功率流的附加支持。
如果由于电池通常具有比给加热器供电所需的电压水平低的电压水平而需要升压转换器，则直接用电池给加热器供电或者用从电池到加热器的功率流支持从超级电容器到加热器的功率流可能是不利的。这样的升压转换器可能会给***带来损耗。由于超级电容器模块504具有比电池高的电压水平，因此当仅用超级电容器模块504给加热器供电时不需要升压转换器。这避免了与这种带来损耗的升压相关联的损耗。
在另一优点中，超级电容器模块504具有比典型电池低的内部电阻，从而与由电池给加热器供电的***相比减少***中的损耗。
图6呈现了参考图1至图4描述的电力***600的第二特定实施方式。
在图6的电力***600中，第一能量储存模块604是第一超级电容器模块604并且第二能量储存模块606是第二超级电容器模块606。第一超级电容器模块604包括至少一个超级电容器。在特定示例中，第一超级电容器模块604可以实施为串联连接的两个超级电容器。这些超级电容器可以是传统类型的超级电容器，并且各自可以具有2.5V的电压，从而提供总电压为5V的第一超级电容器模块604。这样，第一超级电容器模块604的电压(U2)可以是5V。第二超级电容器模块606包括至少一个混合电容器(也称为混合超级电容器)。与第一超级电容器模块604的(多个)(传统)超级电容器相比，混合电容器具有较高的工作电压、较高的电容和较高的能量密度。然而，混合电容器具有比第一超级电容器模块604的(多个)(传统)超级电容器更低的功率能力。在特定示例中，第二超级电容器模块604可以被实施为电压为3.7V的混合电容器。这样，第二超级电容器模块606的电压(U1)可以是3.7V。
电力***600不包括电池，但进一步包括被配置成连接可以包括电池模块的外部充电器件634的电连接器634’。
外部充电器件634与包括电力***600的气溶胶产生装置100分开，但可连接到该气溶胶产生装置。亦即，气溶胶产生装置是包括电力***600的手持件，其中，该手持件可连接到单独的外部充电器件634。由于气溶胶产生装置100中不存在电池(即手持件中不存在电池)，因此消费者在气溶胶化过程期间不会让电池靠近他们的嘴巴。这提供了改进的安全措施。
在特定示例中，外部充电器件634是便携式充电箱。充电箱的尺寸被确定为将气溶胶产生装置接收并容纳在腔室内。充电箱包括当气溶胶产生装置被接收在充电箱中时连接到连接器634’的电池。以这种方式，当操作者将气溶胶产生装置***到充电箱中时，使电力***600与充电箱中所包括的电池连接，并且电池迅速地给第二超级电容器模块606充电。电池可以储存足以多次给第二超级电容器模块606再充满电的能量。充电箱的电池本身可以通过比如USB缆线等连接或通过连接到插接站从比如电源组或主电源等外部电源充电。在示例使用过程中，操作者将气溶胶产生装置从充电箱(该气溶胶产生装置一直在这里充电)移除，执行气溶胶化过程(或多个气溶胶化过程)，并且然后将气溶胶产生装置重新***到充电箱中，使得给第二超级电容器模块606充电以在未来进行气溶胶化过程。第二超级电容器模块606可以被配置成储存对于第一预定数量的气溶胶化过程或抽吸足够的电荷。便携式充电箱可以被配置成储存足够的电荷以在大于第一预定数量的气溶胶化过程或抽吸的第二预定数量的气溶胶化过程或抽吸内给第二超级电容器模块606再充电。
在其他示例中，外部充电器件634是具有本身可再充电的电池的电源组。在另一示例中，外部充电器件634是具有本身可再充电或可以例如从主供电器在外部供电的电池的插接站。电源组或插接站可以是便携的。
DC/DC电压转换器632定位在电连接器634’与第二超级电容器模块606之间。这被配置成将电压从外部充电器件634适当地转换到电力***600。
第一超级电容器模块604和第二超级电容器模块606与布置在这两者之间的DC/DC电压转换器630并联连接。DC/DC电压转换器630被布置为提高第二超级电容器模块电压以便从第二超级电容器模块606给第一超级电容器模块604充电。第一开关装置622连接在第一超级电容器模块604与第二超级电容器模块606之间。第一开关装置622由控制器102(图6中未示出)控制，以控制第二超级电容器模块606给第一超级电容器模块604充电。第二开关装置624被配置成布置在第一超级电容器模块604与加热器608之间。第二开关装置624由控制器102控制，以控制从第一超级电容器模块604到加热器608的功率流。在示例中，第一开关装置622和第二开关装置624是由控制器102控制的晶体管。加热器608本身不是电力***600的器件，而是由电力***600供电。
在预热模式和浮充模式期间，控制电力***600的脉宽调制功率流包括控制第一超级电容器模块604给加热器608供电并且控制第二超级电容器模块606给第一超级电容器模块604再充电。只有第一超级电容器模块604在预热模式和浮充模式下给加热器608供电；第二超级电容器模块606给第一超级电容器模块604再充电。在脉宽调制功率流的PWM周期接通时段期间，第一超级电容器模块604给加热器608供电，并且在PWM周期关断时段期间，第二超级电容器模块606给第一超级电容器模块604再充电。亦即，在预热模式和浮充模式期间，第一超级电容器模块604在以下两种情况之间进行切换：在占空比的接通部分期间给加热器608供电，以及在占空比的关断部分期间由第二超级电容器模块606再充电。第二超级电容器模块606在占空比的接通部分期间不给第一超级电容器模块604充电。
浮充模式下的脉宽调制功率流在包括具有第一占空比比率D1的一个或多个PWM周期的第一占空比机制下操作。在预热模式下，第一超级电容器模块604可以在包括具有第二占空比比率D2的一个或多个PWM周期的第二占空比机制下用脉宽调制功率流给加热器608供电。D1与D2之间的关系可以被视为D2＝D1*K，其中，K是>>1的系数并且可以作为实施选项来选择。在示例中，第一占空比比率可以远小于1，并且第二占空比比率可以接近但小于1。在其他示例中，第一占空比比率可以<<0.5并且第二占空比比率可以≥0.5。在进一步示例中，第一占空比被配置成使得在浮充模式下施加<3W，并且第二占空比被配置成使得在预热模式下施加大约16W。
控制器102、第一开关装置622和第二开关装置624实现对加热和充电的这个控制。在脉宽调制功率流的PWM周期接通时段期间，控制器102控制第二开关装置624闭合并且控制第一开关装置622断开。以这种方式，功率在PWM周期接通时段期间从第一超级电容器模块604流动到加热器608，而第二超级电容器模块606与第一超级电容器模块604和加热器608隔离。在脉宽调制功率流的PWM周期关断时段期间，控制器102控制第二开关装置624断开并且控制第一开关装置622闭合。以这种方式，功率从第二超级电容器模块606流动到第一超级电容器模块604中以给第一超级电容器模块604再充电，而第一超级电容器模块604与加热器608隔离。这样，在脉宽调制功率流期间，迅速切换发生在PWM周期接通时段中给加热器608供电与PWM周期关断时段中给第一超级电容器模块604再充电之间。
在一些示例中，在断开第一开关装置622与闭合第二开关装置624之间可能存在小延迟。这防止来自第二超级电容器模块606的功率流在脉宽调制功率流的占空比的接通时段期间无意地到达加热器608。
在关于参考图6描述的布置的变型中，第一超级电容器模块604和第二超级电容器模块606都可以在PWM周期接通时段期间给加热器供电，并且第二超级电容器模块606可以在PWM周期关断时段期间给第一超级电容器模块604充电。这可以通过在PWM周期接通时段期间第一开关装置622和第二开关装置624都闭合以及在PWM关断时段期间第二开关装置624断开而第一开关装置622闭合来实现。以这种方式，第二超级电容器模块606可以用于在PWM接通时段期间增强流向加热器的功率流。这可以允许使用较小的第一超级电容器模块604。
在脉宽调制功率流的PWM周期接通时段期间由第一超级电容器模块604给加热器608供电以及在脉宽调制功率流的PWM周期关断时段期间由第二超级电容器模块606至少部分地给第一超级电容器模块604再充电可以以与图5B的曲线图类似的方式直观地被理解。然而，本领域的技术人员将理解，在这种情况下，实线550将表示在脉宽调制功率流的PWM周期接通时段(D)期间离开第一超级电容器模块604的功率流，并且中断线552将表示在脉宽调制功率流的PWM周期关断时段(1-D)期间从第二超级电容器模块606进入第一超级电容器模块604的功率流。
在浮充后模式期间，控制器102控制第一开关装置622闭合并且控制第二开关装置624断开。这样，禁用流向加热器608的功率流并且第一超级电容器模块604不再给加热器608供电。当第一开关装置622闭合时，第二超级电容器模块606不断地给第一超级电容器模块604充电，直到第一超级电容器模块604充满电为止。以这种方式，第一超级电容器模块604将具有充足的电荷水平以进行后续气溶胶化过程的预热模式。
本领域的技术人员将理解，图5C的双重曲线图还可以提供当第一超级电容器模块604在预热模式308和浮充模式310下给加热器608供电并由第二超级电容器模块606再充电并且在浮充后模式312下由第二超级电容器模块606再充电时，第一超级电容器模块604的荷电状态572(即电荷水平)与加热器608的温度的表示。
第二超级电容器模块606(例如包括混合电容器)能够储存足以在多个气溶胶化过程内给第一超级电容器模块604再充电的电荷。当第二超级电容器模块606中的电荷水平耗尽时，气溶胶产生装置100可以通过电连接器634’连接到外部充电器件634。外部充电器件634然后给第二超级电容器模块606再充电。以这种方式，气溶胶产生装置100的操作者可以在将气溶胶产生装置100连接到外部充电器件634(比如电源组或插座)之前执行多个气溶胶化过程。这允许减小尺寸的气溶胶产生装置100，其操纵起来更舒适，并提高安全性，因为气溶胶产生装置自身中没有电池。在一些示例中，气溶胶产生装置可以用合适的电力连接器和电子装置连接到外部充电器件，并且可以代替第二超级电容器模块使用外部充电器件执行气溶胶化过程。
DC/DC转换器632布置在充电器件634与第二超级电容器模块606之间。这个DC/DC转换器632被配置成提高外部充电器件634的电压以便给第二超级电容器模块606充电。
图7A呈现了参考图1至图4描述的电力***的第三特定实施方式。
在图7的电力***700中，第一能量储存模块704是超级电容器模块704并且第二能量储存模块706是电池模块706。超级电容器模块704包括至少一个超级电容器。在特定示例中，超级电容器模块704可以实施为3.7V超级电容器。这样，超级电容器模块704的电压(U2)可以是3.7V。在替代性方案中，超级电容器模块704可以包括串联连接的两个或更多个超级电容器。电池模块706可以被实施为单个电池。这可以是高能量电池，比如使用锂离子技术、铝离子技术或锌离子技术的电池，或任何其他合适类型的电池。替代性地，电池模块可以包括多个电池。在特定示例中，电池是电压为3.7V的锂离子电池。这样，电池模块706的电压(U1)可以是3.7V。
超级电容器模块704和电池模块706以可切换配置进行连接，使得它们在第一配置(如图7B中所示出的)中并联连接，并且在第二配置(如图7C中所示出的)中串联连接。这个可切换配置通过第一开关装置722、第二开关装置724、第三开关装置726和第四开关装置728来实现。这些开关装置可以是晶体管，并且可以由控制器102(图7A至图7C中未示出)控制。
在第一配置中，第一开关装置722和第四开关装置728是闭合的，而第二开关装置724和第三开关装置726是断开的。以这种方式，电池模块706和超级电容器模块704并联连接并且与加热器隔离。这样，功率从电池模块706流动到超级电容器模块704中以给超级电容器模块704充电。因为第二开关装置724是断开的，所以没有功率流动到加热器708并且因此不施加负载。加热器708本身不是电力***700的器件，而是由电力***700供电。
在第二配置中，第一开关装置722和第四开关装置728是断开的，而第二开关装置724和第三开关装置726是闭合的。以这种方式，电池模块706和超级电容器模块704串联连接，并且进一步连接到加热器708。这样，来自电池模块706和超级电容器模块704两者的组合串联功率流流动到加热器708以给加热器708供电。施加到加热器的负载(U负载)因此等于电池模块的电压(U1)加上超级电容器模块的电压(U2)。
控制电力***700的脉宽调制功率流包括控制器102使电力***700在脉宽调制功率流的PWM周期接通时段中的第二配置(图7C)与脉宽调制功率流的PWM周期关断时段中的第一配置(图7B)之间切换。以这种方式，在PWM周期接通时段期间，电池模块706和超级电容器模块704都给加热器708供电，并且在PWM周期关断时段中，电池模块706给超级电容器模块704再充电。
也就是说，在脉宽调制功率流的PWM周期接通时段中，第二开关装置724和第三开关装置726是闭合的，而第一开关装置722和第四开关装置728是断开的。在脉宽调制功率流的PWM周期关断时段中，第二开关装置724和第三开关装置726是断开的，而第一开关装置722和第四开关装置728是闭合的。
当从PWM周期接通时段切换到PWM周期关断时段时，第二开关装置724和第三开关装置726断开，而第一开关装置722和第四开关装置728闭合。出于安全原因，在第二开关装置724和第三开关装置726断开以及第一开关装置722和第四开关装置728闭合之后可能存在小延迟。这防止不需要的电流。
同样地，当从PWM周期关断时段切换到PWM周期接通时段时，第一开关装置722和第四开关装置728断开，而第二开关装置724和第三开关装置726闭合。同样，在第一开关装置722和第四开关装置728断开以及第二开关装置724和第三开关装置726闭合之后可能存在小延迟。这防止不需要的电流。
控制器102连接到第一开关装置722、第二开关装置724、第三开关装置726和第四开关装置728，并且被配置成使这些开关装置中的每一个在用于流向加热器708的脉宽调制功率流的第一配置与第二配置之间切换。也就是说，控制器102被配置成使这些开关装置722、724、726、728在脉宽调制功率流的PWM周期关断时段中的第一配置与脉宽调制功率流的PWM周期接通时段中的第二配置之间切换，以控制电力***700向加热器708提供具有必要占空比的脉宽调制功率流。
在一些示例中，控制器102是被配置成控制第一开关装置722、第二开关装置724、第三开关装置726和第四开关装置728中的每一个的单个控制器。在其他示例中，控制器102可以包括连接到第一开关装置722、第二开关装置724、第三开关装置726和第四开关装置728中的每一个的单独控制器，这些控制器被配置成联合操作。在又进一步示例中，控制器102可以包括被配置成控制第一开关装置722和第四开关装置728的第一控制器，以及被配置成控制第二开关装置724和第三开关装置726的第二控制器，其中，第一控制器和第二控制器被配置成联合操作。
使用具有相同(或类似)电压的超级电容器模块704和电池模块706避免了对位于这两者之间的DC/DC升压电压转换器的需要，从而减少***中的损耗。在另一优点中，电池模块706与超级电容器模块704之间的串联连接允许它们的功率流组合以给加热器708供电；以这种方式，可以使用较低电压的超级电容器和电池。这允许装置更小，并增强安全考虑。
在预热模式期间，控制电力***700的流向加热器708的脉宽调制功率流包括控制电力***700在脉宽调制功率流的PWM周期接通时段中的第二配置(图7C)与脉宽调制功率流的PWM周期关断时段中的第一配置(图7B)之间切换。在预热模式下，控制器102被配置成使电力***700在第一配置与第二配置之间切换，使得在包括具有第二占空比比率D2的一个或多个PWM周期的第二占空比机制下用脉宽调制功率流给加热器708供电。
在浮充模式期间，控制电力***700的脉宽调制功率流包括控制电力***700在脉宽调制功率流的PWM周期接通时段中的第二配置(图7C)与脉宽调制功率流的PWM周期关断时段中的第一配置(图7B)之间切换。在浮充模式下，控制器102被配置成使电力***700在第一配置与第二配置之间切换，使得在包括具有第一占空比比率D1的一个或多个PWM周期的第一占空比机制下用脉宽调制功率流给加热器708供电。以这种方式，在浮充模式期间，控制电力***，使得电池模块706和超级电容器模块704都在脉宽调制功率流的PWM周期接通时段期间给加热器供电，并且电池模块706在脉宽调制功率流的关断时段期间给超级电容器模块再充电。
D1与D2之间的关系可以被视为D2＝D1*K，其中，K是>>1的系数并且可以作为实施选项来选择。在示例中，第一占空比比率可以远小于1，并且第二占空比比率可以接近但小于1。在其他示例中，第一占空比比率可以<<0.5并且第二占空比比率可以≥0.5。在进一步示例中，第一占空比被配置成使得在浮充模式下施加<3W，并且第二占空比被配置成使得在预热模式下施加大约16W。
在脉宽调制功率流的PWM周期接通时段期间由超级电容器模块704和电池模块706给加热器708供电以及在脉宽调制功率流的PWM周期关断时段期间由电池模块706至少部分地给超级电容器模块704再充电可以以与图5B的曲线图类似的方式直观地理解。然而，本领域的技术人员将理解，在这种情况下，实线550将表示在脉宽调制功率流的占空比的接通时段(D)期间离开超级电容器模块704的功率流，并且中断线552将表示在脉宽调制功率流的占空比的关断时段(1-D)期间从电池模块706进入超级电容器模块704的功率流。
在浮充后模式期间，控制器102控制第一开关装置722、第二开关装置724、第三开关装置726和第四开关装置728，使得电力***恒定地处于第一配置(图7B)。这样，禁用流向加热器708的功率流，并且电池模块706不断地给超级电容器模块704充电，直到超级电容器模块704充满电为止。以这种方式，超级电容器模块704将具有充足的电荷水平以进行后续气溶胶化过程。
本领域的技术人员将理解，图5C的双重曲线图还可以提供在电力***700的预热模式308、浮充模式310和浮充后模式312期间超级电容器模块704的荷电状态572(即电荷水平)与加热器708的温度570的表示。在预热模式308期间，加热器708的温度增加到预定温度。在这个预热308期间，超级电容器模块704的电荷水平随着其给加热器708供电以实现迅速加热而下降。在浮充模式310期间，加热器708的温度维持在预定温度，并且超级电容器模块704的电荷水平在脉宽调制功率流的PWM周期接通时段期间下降，并且在PWM周期关断时段期间上升。在浮充后模式312期间，电池模块706不断地给超级电容器模块704充电，从而提高超级电容器模块704的电荷水平，直到其充满电为止。
电池模块706能够储存足以在多个气溶胶化过程内给超级电容器模块704再充电的电荷。当电池模块706中的电荷水平耗尽时，气溶胶产生装置100可以连接到外部充电器件或电源以给电池模块706再充电。以这种方式，气溶胶产生装置100的操作者可以在将气溶胶产生装置100连接到外部充电器件或电源之前执行多个气溶胶化过程。
在先前描述中，控制器102可以存储用于执行操作模式中的一个或多个的指令，并且可以根据需要执行这些指令。本领域的技术人员将容易理解，控制器102可以被配置成视情况以相互组合的方式执行上述操作模式中的任何一种。本文描述的由控制器102执行的处理步骤可以存储在与控制器102相关联的非暂时性计算机可读介质或存储装置中。计算机可读介质可以包括非易失性介质和易失性介质。易失性介质尤其可以包括半导体存储器和动态存储器。非易失性介质尤其可以包括光盘和磁盘。
本领域的技术人员应容易理解，前面描述中的前述实施例不是限制性的；每个实施例的特征可以视情况并入到其他实施例中。

Claims (15)

1.一种气溶胶产生装置，包括：
电力***，该电力***包括第一能量储存模块和第二能量储存模块；以及
控制器，其中，该控制器被配置成：
控制该电力***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
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。
2.如权利要求1所述的气溶胶产生装置，其中，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。
3.如权利要求2所述的气溶胶产生装置，其中，该控制器被进一步配置成：
控制该电力***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。
4.如权利要求2或权利要求3所述的气溶胶产生装置，其中，该控制器被配置成：
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。
5.如权利要求2至4中任一项所述的气溶胶产生装置，其中，该电力***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。
6.如权利要求2至5中任一项所述的气溶胶产生装置，其中，该电力***进一步包括：
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
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。
7.如权利要求1所述的气溶胶产生装置，其中，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
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
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。
8.如权利要求7所述的气溶胶产生装置，其中，该电力***进一步包括开关装置，该开关装置被配置成使该电力***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。
9.如权利要求7或权利要求8所述的气溶胶产生装置，其中，该电力***被配置成在该接通时段中将该电池模块和该超级电容器模块的总电位施加到该加热器。
10.如任一前述权利要求所述的气溶胶产生装置，其中，该电力***能够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：
控制该电力***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。
11.如权利要求10所述的气溶胶产生装置，其中，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：
控制该电力***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。
12.如权利要求11所述的气溶胶产生装置，其中：
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。
13.如权利要求10至12中任一项所述的气溶胶产生装置，其中，该多种操作模式包括浮充后模式，其中，该控制器被配置成：
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；以及
控制该第二能量储存模块给该第一能量储存模块充电。
14.一种控制气溶胶产生装置的电力***的方法，该电力***包括第一能量储存模块和第二能量模块，并且该方法包括：
控制该电力***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
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。
15.一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***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***：
控制该电力***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
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。
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