KR101619032B1 - 충전장치를 포함하는 휴대용 전자시스템 및 보조 배터리를 충전하는 방법 - Google Patents

Abstract

한 측면에서, 주 및 보조 장치, 제1, 리튬 코발트 산 배터리를 가진 주 장치와 제2, 리튬 철 인산 또는 리튬 티탄산염 배터리를 가진 보조 장치를 포함하는 휴대용 전기 시스템을 제공하되, 여기서 주 및 보조 장치는 2C 내지 16C 사이의 레이트로 제 1 배터리로부터 제2 배터리의 재충전을 허용하도록 구성되어 있다.

Description

충전장치를 포함하는 휴대용 전자시스템 및 보조 배터리를 충전하는 방법{PORTABLE ELECTRONIC SYSTEM INCLUDING CHARGING DEVICE AND METHOD OF CHARGING A SECONDARY BATTERY}

본 발명은 충전기와 보조장치를 포함하는 휴대용 전자 시스템 및 보조 장치의 충전 및 동작을 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 휴대용 전자 흡연 시스템에 적용할 수 있다.

종래 기술의 전기적으로 동작하는 흡연시스템은 일반적으로 흡연 물품을 수용하기 위한 하우징, 에어로졸을 발생하기 위한 히팅소자, 전원소스 및 시스템의 제어 동작을 위한 전자회로를 포함한다.

휴대용 전자 흡연 장치는 전통적인 담배(cigarette) 흡연자들에 의하여 널리 채택되려면 사용자를 위하여 작고 편리할 필요가 있다. 이때문에 휴대용 전자 흡연 장치의 전원 소스에 대해 다수의 기술적 요구를 하게된다. 일반적으로 배터리인, 전원은 전통적인 담배와 비슷한 크기의 흡연 장치 안에 들어갈 만큼 충분히 작아야하며, 흡연 물품으로부터 에어로졸을 생성하기에 충분한 전력을 공급해야 한다. 재충전 가능한 전지를 사용하는 아이디어는 앞선 기술에서 제안되었지만, 임의의 상업적으로 실행 가능한 시스템에서 재충전 가능한 배터리는 적어도 한번의 흡연 세션 동안 충분한 전력을 제공할 수 있어야 하고, 다른 흡연 세션 동안 재사용 할 수 있는 수준으로 빠르게, 안전하게, 편리하게 재충전할 수 있어야 하고, 수천 번의 충전 사이클 동안 동작가능해야 한다.

본 발명이 해결하려는 과제는 재충전 가능한 전원 소스에 대한 이러한 요구조건을 충족하는 시스템 및 충전 방법을 제공하는데 있다.

본 발명 과제의 해결 수단은 주 및 보조 장치를 포함하는 휴대용 전기 시스템에 있어서, 주 장치는 제1, 리튬 코발트 산 배터리를 가지고, 보조 장치는 제2, 리튬 철 인산 또는 리튬 티탄산염 배터리를 가지되, 여기서 주 및 보조 장치는 2C와 16C사이 레이트로 제1 배터리로부터 제2 배터리의 재충전을 허용하도록 구성된 주 및 보조 장치를 포함하는 휴대용 전기 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단은 주 장치의 제1 배터리에서 보조 장치의 제2 배터리를 충전하는 방법에 있어서, 휴대용 전기 시스템을 형성하는 주 및 보조 장치, 제1, 리튬 코발트 산 배터리를 가진 주 장치와 제2, 리튬 철 인산 또는 리튬 티탄산염 배터리를 가진 보조 장치는, 제1 배터리에서 제2 배터리를 2C와 16C사이의 레이트로 충전하는 단계를 포함하는 주 장치의 제1 배터리에서 보조 장치의 제2 배터리를 충전하는 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단은 전기적으로 가열되는 흡연 시스템에서, 리튬 철 인산 또는 리튬 티탄산염 배터리; 히터 소자, 여기서 히터 소자의 동작은 배터리를 방전시키며; 및 배터리와 연결된 방전 검출 회로를 포함하며, 여기서 시스템은 방전 검출 회로가 배터리 전압이 임계 전압 레벨 미만인 것으로 결정하면 히터 소자를 동작하지 않도록 구성되고 배터리가 단일 흡연 경험을 완료하기에 충분한 임계 충전 레벨로 충전 완료될 때까지 히터 소자의 불동작을 유지하도록 구성된 전기적으로 가열되는 흡연 시스템을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단은 전기적으로 가열되는 흡연 시스템을 동작시키는 방법에 있어서, 리튬 철 인산 또는 리튬 티탄산염 배터리; 히터 소자를 포함하고, 여기서 히터 소자의 동작은 배터리를 방전시키며; 및 배터리와 연결된 방전 검출 회로는; 방전 검출 회로가 배터리 전압이 임계 전압 레벨 미만인 것으로 결정하면 히터 소자를 동작하지 않는 단계; 및 배터리가 단일 흡연 경험을 완료하기에 충분한 임계 충전 레벨로 충전 완료될 때까지 히터 소자의 불동작을 유지하는 단계를 포함하는 전기적으로 가열되는 흡연 시스템을 동작시키는 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단은 리튬 철 인산 또는 리튬 티탄산염 배터리를 품질 테스팅하는 방법에 있어서, a) 적어도 2C 레이트로 배터리를 충전하는 단계; b) 배터리를 방전하는 단계; c) 단계 a) 와 b)를 적어도 6000회 반복하는 단계; d) 단계 c)에 이어서, 배터리 용량이 임계 용량보다 크면 배터리가 품질 표준을 충족한 것으로 결정하는 단계를 포함하는 리튬 철 인산 또는 리튬 티탄산염 배터리를 품질 테스팅하는 방법을 제공하는데 있다.

본 발명은 재충전 가능한 전원 소스에 대한 이러한 요구조건을 충족하는 시스템 및 충전 방법을 제공할 수 있는 유리한 효과가 있다.

본 발명의 다양한 측면에 따른 예는 첨부된 도면을 바탕으로 구체적으로 기술될 것이며: 도 1은 주 및 보조 유니트를 포함하는 전자 흡연 시스템의 예를 나타내는 개략적인 다이아 그램이다;
도 2a는 종래 기술에 따른 재충전 가능한 배터리에 대한 표준 충전 프로파일을 나타낸 것이다;
도2b 도2의 충전 프로파일에 대한 제어 과정을 도시한 흐름도이다;
도 3은 도1의 결합된 주 및 보조 장치에 의하여 형성된 충전 회로의 개략적인 설명이다;
도 4는 본 발명의의 실시 예에 따른 충전 프로파일을 나타낸다;
도5a 도4의 충전 프로파일에 대한 제어 과정을 도시한 흐름도이다;
도5b 도4의 충전 프로파일에 대한 선택적 제어 과정을 도시한 흐름도이다;
도5c 도4의 충전 프로파일에 대한 또 다른 선택적 제어 과정을 도시한 흐름도이다;
도 6은 충전회로의 내부 저항을 계산하기 위한 과정을 도시한 흐름도이다
도 7은 도 1에 나타난 형태의 시스템에서 제2 배터리의 과도한 방전을 방지하기 위한 제어 과정을 도시한 흐름도이다.

본 발명은 충전기와 보조장치를 포함하는 휴대용 전자 시스템 및 보조 장치의 충전 및 동작을 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 휴대용 전자 흡연 시스템에 적용할 수 있다.

휴대용 전자 흡연 장치는 전통적인 담배(cigarette) 흡연자들에 의하여 널리 채택되려면 사용자를 위하여 작고 편리할 필요가 있다. 이때문에 휴대용 전자 흡연 장치의 전원 소스에 대해 다수의 기술적 요구를 하게된다. 일반적으로 배터리인, 전원은 전통적인 담배와 비슷한 크기의 흡연 장치 안에 들어갈 만큼 충분히 작아야하며, 흡연 물품으로부터 에어로졸을 생성하기에 충분한 전력을 공급해야 한다. 재충전 가능한 전지를 사용하는 아이디어는 앞선 기술에서 제안되었지만, 임의의 상업적으로 실행 가능한 시스템에서 재충전 가능한 배터리는 적어도 한번의 흡연 세션 동안 충분한 전력을 제공할 수 있어야 하고, 다른 흡연 세션 동안 재사용할 수 있는 수준으로 빠르게, 안전하게, 편리하게 재충전할 수 있어야 하고, 수천 번의 충전 사이클 동안 동작 가능해야 한다.

본 발명의 목적은 재충전 가능한 전원 소스에 대한 이러한 요구조건을 충족하는 시스템 및 충전 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에, 주 장치(primary device) 및 보조장치(secondary device) 를 포함하는 휴대용 전자 시스템이 제공되며, 주 장치는 제1, 리튬 코발트 산 배터리를 가지고, 보조 장치는 제2, 리튬 철 인산 또는 리튬 티탄산염 배터리를 가지되, 여기서 주 장치 및 보조 장치는 2C 와 16C사이의 레이트(rate)로 제1 배터리(first battery)로부터 제2 배터리(second battery)를 재충전하도록 또는 재충전을 허용하도록 구성되어 있다.

보조 장치는 전기적으로 가열되는 흡연 장치일 수 있다. 전기적으로 가열되는 흡연장치는 제2 배터리에 의하여 전기가 공급되는 전기 히터를 포함할 수 있다. 전기 히터는 에어로졸-형성 기질(substrate)을 가열하도록 구성할 수 있다. 주 장치는 휴대용 충전 유니트일 수 있고, 기존의 갑(pack) 담배와 유사한 형상과 크기로 제조될 수 있다. 보조 장치는 충전 사이클 동안 보조 장치 내에 수용될 수 있다.

보조 장치에 리튬 철 인산염(또는 리튬 티탄산염) 배터리를 사용하면 빠른 충전 및 방전 레이트(rate)를 안전하게 허용한다. 전기적으로 가열된 흡연 장치의 경우에, 높은 전력이 단지 몇 분의 시간 주기 동안 히터로 전달될 필요가 있기 때문에 고속 방전이 요구된다. 흡연자는 종종 첫 담배(흡연) 직후 한번 더 담배( 흡연)를 원하기 때문에 고속 충전이 필요하다.

단일한 제1 배터리로부터 제2 배터리의 충전을 제공하기 위하여, 제1 배터리는 제2배터리 보다 더 높은 전압을 가져야 한다. 제1 배터리는 자체를 재충전해야 하거나 교체해야하기 전에 다수의 재충전 사이클을 제공하려면, 제2 배터리보다 더 큰 충전 용량을 가져야만 한다. 리튬 코발트 산 배터리의 화학적 특성은 주어진 사이즈에 대하여 리튬 철 인산염 (또는 리튬 티탄산염) 배터리보다 더 큰 배터리 전압 및 충전 용량을 제공한다. 제1 리튬 코발트 산배터리를 가진 주 장치와 제2 리튬 철 인산 또는 리튬 티탄산염 배터리를 가진 보조 장치의 조합은 그러므로 보조 장치가 배터리로부터 높은 파워의 짧은 부스트(burst)를 요하는 임의의 유사한 휴대용 시스템에 유리하다.

제1 배터리의 용량은 제2 배터리 용량보다 유리하게는 적어도 5 배 더 클 수 있다. 제1 배터리의 용량은 유리하게는 제2 배터리 용량의 5배와 40 배 사이일 수 있다. 주 장치는 0과 1.5C 사이의 레이트(rate)로 주 전원에서 제1 배터리의 재충전을 허용하도록 구성할 수 있다.

제2 배터리는 사이클 당 900J 이상에서 적어도 6000회 충전/재충전을 견딜 수 있고, 사이클 당 900J이상에서 적어도 7000 회 충전/재충전을 견딜 수 있고 또는 사이클 당 900J이상에서 적어도 8000회 충전/재충전을 견딜 수 있다. 평균 충전 레이트는 12C까지 일 수 있다. 제2 배터리는 유리하게는 적어도 6000회 충전/재충전 사이클을 견딜 수 있고, 바람직하게는 임계 배터리 용량, 예를 들어, 정격(rated) 배터리 용량의 80%, 아래로 떨어짐이 없이 적어도 8000회 충전/재충전 사이클을 견딜 수 있다. 제2 배터리의 재충전 레이트는 약 13C 일 수 있지만 28C 일 수 있다.

주 장치는: 제2 배터리와 연결하기 위한 한 쌍의 출력 단자; DC 전원; DC 전원과 충전 전압을 제어하기 위한 출력 단자 사이에 연결된 전압 레귤레이터; 전압 레귤레이터 및 출력 단자와 결합된 마이크로프로세서를 포함할 수 있으며, 여기서 충전 장치와 제2 배터리는 함께 결합되어 충전회로를 형성하도록 구성되고, 여기서 마이크로프로세서는 :

제1 충전 전압을 공급하기 위한 전압 레귤레이터를 제어하고;

충전회로에서 제1 충전 전압과 제2 충전 전압에서의 전류를 측정함에 의하여 충전 회로의 내부 저항을 결정하도록 구성되며, 여기서 제2 충전 전압은 제1 충전전압보다 낮고; 및

전압 레귤레이터에 의하여 공급되는 제1 충전 전압을 결정된 내부 저항을 보상하는 레벨로 제한하도록 구성된다.

주 장치는 : 제2 배터리와 연결을 위한 한쌍의 출력 단자; DC 전원; DC 전원과 충전 전압을 제어하기 위한 출력 단자 사이에 연결된 전압 레귤레이터; 및 전압 레귤레이터와 출력 단자에 결합되는 마이크로프로세서를 포함할 수 있고, 여기서 충전 장치와 제2 배터리는 함께 결합되어 구성되어 충전회로를 형성하도록 구성되며, 여기서 마이크로프로세서는 :

제1 충전 전압을 공급하기 위한 전압 레귤레이터를 제어하고;

충전 회로의 내부 저항을 결정하며;

결정된 내부 저항과 제2 배터리의 특성을 바탕으로 최대 충전 전압을 계산하고;

제1 충전 전압이 최대 충전 전압에 도달할 때까지 미리 설정된 충전 전류를 유지하도록 제1 충전 전압을 조절하며; 그 후에 최대 충전 전압 레벨에 또는 그 아래로 제1 충전 전압을 조절한 후, 최대 충전 전압을 주기적으로 또는 연속적으로 재계산한 후, 재계산된 최대 충전 전압의 레벨에 또는 그 아래로 그것을 유지하도록 충전 전압을 조절하도록 구성된다.

본 발명의 제2 측면에서, 주 장치의 제1 배터리로부터 보조 장치의 제2 배터리를 충전하는 방법이 제공되며, 휴대용 전기 장치를 형성하는 주 및 보조 장치에서, 제1, 리튬 코발트 산 배터리를 가진 주 장치와 제2, 리튬 철 인산 또는 리튬 티탄산염 배터리를 가진 보조 장치는: 2C 내지 16C 사이의 레이트(rate)로 제 1 배터리로부터 제2 배터리를 충전하는 단계를 포함한다.

본 발명의 제3 측면에서, 전기적으로 가열되는 흡연 시스템은:

리튬 철 인산 또는 리튬 티탄산염 배터리;

히터 소자, 여기서 히터 소자의 동작은 배터리를 방전하고; 및

배터리에 연결된 방전 검출 회로를 포함하며, 여기서 시스템은 방전 검출 회로가 배터리 전압이 임계 전압 레벨 미만인 것으로 결정하면 히터 소자의 동작을 할 수 없도록 구성된다.

임계 전압 레벨은 그 이하의 전압에서는 배터리 용량이 회복 불가능할 정도로 감소되는 전압보다 높은 전압으로 설정될 수 있다. 예를 들어, 배터리는 최대 배터리 전압을 가질 수 있으며, 임계 전압 레벨은 최대 배터리 전압의 15 % 와 25 % 사이 일 수 있다. 이러한 레벨 이하의 충전 배터리 용량은 회복 불가능할 정도로 손실될 수 있다. 그러나, 배터리 화학성분(chemistry)에서의 개선 및 변화는 임계 레벨이 15% 아래, 예를 들어 최대 배터리 전압의 5%로 감소하는 것을 허용할 수 있다. 배터리가 실질적으로 완전히 방전하지는 않는 것을 보장하면 배터리의 비가역 반응을 감소시키고, 그로 인해 배터리의 작동 수명을 보존한다.

바람직하게는, 방전 검출 회로가 배터리 전압이 임계 전압 미만인 것으로 결정하면 히팅 소자 불능화를 수행하기 때문에, 시스템은 배터리가 단일 흡연 경험을 완료하기에 충분한 임계 충전 레벨로 충전 될 때까지 히터 소자의 불능화를 유지하도록 구성되어 있다. 임계 충전 레벨은 대략 최대 배터리 용량의 90% 일 수 있다.

본 발명의 제 4 측면에서, 전기적으로 가열되는 흡연 시스템을 동작하는 방법을 제공하며, 리튬 철 인산 또는 리튬 티탄산염배터리;

히터 소자,여기서 히터 소자의 동작은 배터리를 방전하며; 및

배터리에 연결된 방전 검출 회로를 포함하는 흡연 시스템은:

방전 검출 회로가 배터리 전압이 임계 전압 레벨 미만인 것으로 결정하면 히터 소자의 불능화 동작을 포함한다.

방법은 배터리가 단일 흡연 경험을 완료하기에 충분한 임계 충전 레벨로 충전될 때까지 히터 소자의 불능화를 유지하는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 제 5 측면은 제2 배터리를 충전하기 위한 충전 장치를 제공하는 것이며, 충전 장치는:

제2 배터리에 연결하기 위한 한 쌍의 출력 단자, DC 전원, DC 전원과 충전 전압을 제어하기 위한 출력 단자 사이에 연결되는 전압 레귤레이터, 및 전압 레귤레이터 및 출력 단자에 결합되는 마이크로프로세서를 포함하며, 여기서 충전 장치와 제2 배터리는 함께 결합되어 충전회로를 형성하도록 구성되고, 마이크로프로세서는:

제1 충전 전압을 공급하기 위한 전압 레귤레이터를 제어하고;

충전회로에서 제1 충전 전압과 제2 충전 전압에서의 전류를 측정함에 의하여 충전 회로의 내부 저항을 결정하며, 여기서 제2 충전 전압은 제1 충전 전압보다 낮고; 및

전압 레귤레이터에 의하여 공급된 제1 충전 전압을 결정된 내부 저항을 보상하는 레벨로 제한하도록 구성된다.

이상적인 충전 시스템에서, 충전 프로파일은 두 부분으로 분리된다: 정전류 위상과 정전압 위상(phase). 정 전류 위상에서, 배터리 전체에 걸친 전압은 배터리 전체에 걸친 전압이 정의된 전압 제한 (V_ch)에 도달할 때까지, 배터리의 특성에 의해 설정된 I_ch 및 V_ch 로, 일정한 최대 충전 전류(I_ch)를 유지하도록 조절된다. 정전압 위상에서 배터리 전체에 걸친 전압은 전류가 미리설정된 값(I_low) 아래로 떨어질 때까지 고정된 값(V_ch)으로 유지된다. 빠른 충전을 위하여 정전류 위상의 길이를 최대화하는 것이 바람직하다.

실제로 충전 시스템은 결코 이상적이지 않다. 충전 장치에 의하여 형성된 충전 회로와 제2 배터리는 충전 회로의 부품(components) 및 충전 장치와 제2 배터리 사이의 접촉 저항의 결과로서 모두 내부 저항을 갖는다.

충전 장치에 의하여 공급되는 충전 전압의 비(proportion)는 충전회로의 내부저항 전체에 걸쳐 떨어질 것이며, 그래서 제2 배터리 전체에 걸친 전압은 충전 장치에 의해 공급되는 충전 전압보다 낮다. 본 발명의 제1 측면의 충전 장치는 V_ch 보다 큰 충전 전압을 제공할 수 있다.

충전 회로의 내부 저항을 결정함으로써, 그 양에 의해 충전 전압이 V_ch를 초과할 수 있고, 그래서 배터리 전체에 걸친 전압이 V_ch.와 같거나 또는 단지 V_ch 미만임을 계산할 수 있다.

이러한 방식으로, 충전 장치는 충전 회로의 내부 저항 전체에 걸쳐 전압 강하를 보상하는 충전 전압을 공급한다. 전압 레귤레이터에서 보다 배터리에서 차단(cut-dff) 전압(V_ch)을 결정하면 차단전압에 더 늦게 도달함을 의미하기 때문에 이것은 정전류 충전 위상의 지속기간을 증가시킨다.

충전 회로의 내부 저항은 시간이 흐르면서 변화한다. 배터리의 내부 저항은 배터리의 수명과 더불어 증가한다. 또한 충전 장치와 제2 배터리사이의 접촉 저항은 시간이 흐르면서 변화하고, 충전기마다 및 배터리마다 달라질 것이다. 본 발명의 제1 측면의 충전 장치는 충전 사이클의 정전류 부분의 길이가 최대화되도록 보장하기 위하여 매 충전 사이클 동안 충전 회로의 내부 저항을 결정하도록 구성되어 있다.

정전압 위상 동안에, 마이크로프로세서는 제2 배터리에서 수신된 전압이 미리설정된 최대 전압(V_ch)과 동일하도록 전압 레귤레이터에 의하여 공급되는 충전 전압을 제한하도록 구성할 수 있다.

제2 충전 전압은 제로가 아닌(non-zero) 것이 바람직하며 제1 충전 전압과 미리설정된 전압차를 가질 수 있다. 선택적으로, 제2 충전 전압은 미리설정된 제로가 아닌 전압일 수 있다. 제 2 충전 전압이 제로가 아니기 때문에, 충전 과정에 충전 시간을 길게 하는 임의의 중단(interruption)은 결코 없다.

마이크로프로세서는 충전 전압이 제2 배터리의 특성 및 충전 회로의 결정된 내부 저항을 바탕으로 계산된 최대 충전 전압을 초과할 때까지, 충전 회로에서 정 충전 전류를 유지하도록 제1 충전 전압을 조절하도록 구성할 수 있다.

마이크로 프로세서는 최대 전압을 계산하고, 단일 충전 사이클 동안 여러번 최대 충전 전압에서 또는 그 아래로 그것을 유지하도록 제 1 충전 전압을 조정하도록 구성될 수 있다. 단순히 정전압 위상 동안 일정한 충전 전압을 공급하기보다는, 오히려 충전 회로의 내부 저항 전체에 걸쳐 강하된 전압을 보상하는 조정된 충전 전압을 제공하는 것이 유리하다. 제2 배터리가 완전히 충전된 레벨에 접근하면, 주어진 충전 전압에 대한 충전 전류는 떨어진다. 결과적으로, 충전 회로의 내부 저항 전체에 걸쳐 강하된 전압은 떨어진다. 이것은 이어서 배터리 전체에 걸친 전압이 V_ch 강하와 동일함을 보장하도록 충전 전압이 전압 레귤레이터에 의해 공급되어야함을 의미한다. 그러므로 충전 사이클 동안 특히 충전 전류가 떨어지는 동안, 최대 충전 전압을 여러번 다시 계산하는 것이 유리하다. 따라서, 마이크로 프로세서는 제1 충전 전압이 단일 충전 사이클 동안 최대 충전 전압에 먼저 도달한 후에 최대 충전 전압 레벨에 또는 그 아래로 그것을 유지하기 위해 연속적으로 또는 주기적으로 최대 전압을 재계산하고 제1 충전 전압을 조정하도록 구성될 수 있다.

마이크로프로세서는 오로지 제1 충전 전압이 미리설정된 전압 레벨에 도달한 후에만 내부 저항을 결정하고 최대 충전 전압을 계산하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 미리설정된 전압 레벨은 최대 배터리 전압(V_ch) 일 수 있다.

본 발명의 제6 측면에 따르면, 제2 배터리를 충전하는 방법이 제공되며, 방법은;

충전 회로를 형성하기 위해 조정 가능한 전압 소스를 갖는 충전 장치에 제2 배터리를 연결하는 단계;

제2 배터리에 미리설정된 충전 전류를 제공하기 위해 전압 소스에 의해 공급되는 제1 전압을 제어하는 단계;

충전회로에서 제 1 충전 전압 및 제 2 충전 전압에서 전류를 측정함에 의하여 충전 회로의 내부저항을 결정하는 단계, 여기서 제2 충전 전압이 제 1 충전 전압보다 낮으며;

결정된 내부 저항과 제2 배터리의 특성을 바탕으로 최대 충전 전압을 계산하는 단계; 및

제1 충전 전압이 최대 전압 레벨에 도달할 때까지 제1 충전 전압이 미리설정된 충전 전류를 유지하도록 조정하고, 그후에 제1 충전 전압이 최대 충전 전압 레벨에 또는 그 아래로 그것을 유지하도록 조정하는 단계를 포함한다.

제5 측면에서와 같이, 제2 충전 전압은 바람직하게는 제로가 아니며 제1 충전 전압과 미리설정된 전압 차를 가질 수 있다.

최대 전압을 계산하고 제1 충전 전압이 최대 충전 전압 레벨에 또는 그 아래로 그것을 유지하도록 조정하는 단계는 단일 충전 사이클 동안 여러 번 수행될 수 있다.

최대 전압을 계산하고 최대 충전 전압에 또는 그 아래로 그것을 유지하도록 제1 충전 전압을 조정하는 단계는 제1 충전 전압이 단일 충전 사이클 동안 최대 충전 전압에 먼저 도달한 후 연속적으로 수행될 수 있다.

내부 저항을 결정하는 단계는 충전 사이클 동안 주기적으로 수행될 수 있다.

내부 저항을 결정하고 최대 충전 전압을 계산하는 단계는 오로지 제1 충전 전압이 미리설정된 전압 레벨에 도달한 후에만 수행될 수 있다. 예를 들어, 미리설정된 전압 레벨은 최대 배터리 전압, (V_ch) 일 수 있다.

본 발명의 제7 측면에 있어서, 제공된 충전 장치는:

제2 배터리에 연결을 위한 한쌍의 출력 단자;

DC 전원 소스;

DC 전원 소스와 충전 전압을 제어하기 위한 출력 단자 사이에 연결되는 전압 레귤레이터; 및

전압 레귤레이터 및 출력 단자에 결합된 마이크로 프로세스를 포함하며, 여기서 충전 장치와 제2 배터리는 함께 결합되어 충전회로를 형성하도록 구성되고, 마이크로프로세서는 :

제1 충전 전압을 공급하기 위하여 전압 레귤레이터를 제어하고;

충전 회로의 내부 저항을 측정하며;

측정된 내부 저항과 제2 배터리 특성을 바탕으로 최대 충전 전압을 계산하며;

제1 충전 전압이 최대 충전 전압에 도달할 때까지 미리설정된 충전 전류를 유지하도록 제1 충전 전압을 조정하며, 그 후 제1 충전 전압을 최대 충전 전압 레벨에 또는 그 아래로 조정하고, 그 후 연속적으로 또는 주기적으로 최대 전압을 재계산하고 재계산된 최대 충전 전압 레벨에 또는 그 아래로 그것을 유지하도록 제1 충전 전압을 조정하도록 구성될 수 있다.

단순히 정전압 위상 동안 일정한 충전 전압을 공급하기보다는, 오히려 충전 회로의 내부 저항 전체에 걸쳐 강하된 전압을 보상하는조정된 충전 전압을 제공하는 것이 유리하다. 이차 배터리가 완전히 충전된 레벨에 접근하면, 충전 전류는 주어진 충전 전압에 대하여 떨어진다. 결과적으로, 충전 회로의 내부 저항 전체에 걸쳐 강하된 전압은 떨어진다. 이것은 이어서 배터리 전체에 걸친 전압이 V_ch 강하와 동일함을 보장도록 충전 전압이 전압 레귤레이터에 의해 공급되어야함을 의미한다. 그러므로, 충전 사이클 동안, 특히 충전 전류가 떨어지고 있는 동안, 최대 충전 전압을 여러 번 다시 계산하는 것이 유리하다. 따라서, 마이크로프로세서는 연속적으로 또는 주기적으로 최대전압을 재계산하고, 및 제1 충전 전압이 최대 충전 전압에 먼저 도달한 후에 최대 충전 전압 레벨에 또는그 아래로 그것을 유지하도록 제1 충전 전압을 조정하도록 구성될 수 있다. 내부 저항을 결정하는 단계는 내부저항을 측정하거나 또는 내부 저항을 추정하는 것을 포함할 수 있다.

본 발명의 제8 측면에 있어서서, 제2 베터리 충전하는 방법이 제공되며, 방법은;

충전 회로를 형성하기 위해 조정 가능한 전압 소스를 갖는 충전 장치에 제2 배터리를 연결하는 단계;

제2 배터리에 미리설정된 충전 전류를 제공하기 위해 전압 소스에 의해 공급되는 제1 전압을 제어하는 단계;

충전 회로의 내부저항을 결정하는 단계;

결정된 내부 저항과 제2 배터리의 특성을 바탕으로 최대 충전 전압을 계산하는 단계;

제1 충전 전압이 최대 충전 전압에 도달할 때까지 미리설정된 충전 전류를 유지하도록 제1 충전 전압을 조정하고, 그후에 최대 충전 전압 레벨에 또는 그 아래로 제1 충전 전압을 조정하며; 및 그 후 주기적으로 또는 연속적으로 최대 충전 전압을 재계산하는 단계와 재계산된 최대 충전 전압 레벨에 또는 그 아래로 그것을 유지하도록 충전 전압을 조정하는 단계를 포함한다.

본 발명의 제5, 제6, 제7 및 제8 측면에 따른 충전 장치 및 방법은 전자 흡연 시스템에 적용할 수 있다. 충전 장치는 전자 흡연시스템에서 제2 배터리를 충전하는데 사용될 수 있다. 전자 흡연장치는 에어로졸-형성 기질을 가열하도록 구성된 전기적으로 동작되는히터를 포함할 수 있다.

에어로졸-형성 기질은 최종 사용자가 흡입하는 마우스피스 부분을 가진 담배(cigarette)의 형태로 제공될 수 있다. 제2 배터리는 바람직하게는 단일 에에어로졸-형성 기질을 소진하는, 단일 흡연 세션(session) 동안 충분한 전력을 제공 할 수 있다.

짧은 재충전 시간은 전자 담배의 수용(acceptance)을 위해 매우 중요하다. 본 발명의 충전 장치와 방법은 재충전 과정의 정전류 위상 지속 기간(duration)을 최대화하고 또한 정전류 위상이 종료될 때 제2 배터리 전체에 걸쳐 전압을 최대화한다.

제8 측면에 있어서, 리튬 철 인산 또는 리튬 티탄산염 배터리의 품질 테스팅의 방법이 제공되며, 방법은:

a) 적어도 2C의 레이트(rate)로 배터리를 총전하는 단계;

b) 배터리를 방전하는 단계;

c) 적어도 a) 및 b) 단계를 6000회 반복하는 단계;

d) 단계 c)에 이어서, 배터리 용량이 임계 용량보다 클 경우에 배터리가 품질 표준을 충족하는 것으로 결정하는 단계를 포함한다.

임계 용량은 배터리의 정격 용량의 퍼센티지(백분율) 일 수 있으며, 예를 들어 정격 배터리 용량의 80% 일 수 있다.

배터리의 충전 단계는 12C 의 평균 레이트로 충전하는 것을 포함할 수 있다. 방전 단계는 약 13C의 레이트로 수행할 수 있으며 ms 펄스를 사용하여 수행할 수 있다. 단계 C)는 단계a)와 단계b)를 적어도 7000회 또는 적어도 8000회 반복하는 단계를 포함할 수 있다.

제9 측면에 있어서, 한 묶음의(a batch of) 리튬 철 인산 또는 리튬 티탄산염 배터리의 품질 테스팅 방법이 제공되며, 방법은 한 묶음의 배터리에서 복수의 배터리의 샘플을 선택하는 단계와 복수의 배터리 각각에 대하여 제8 측면의 방법을 수행하는 단계를 포함한다. 한 묶음의 배터리로부터 복수의 배터리가 랜덤하게 선택될 수 있다. 복수의 배터리 모두가 품질 표준을 충족한다면, 한 묶음의 배터리는 품질 표준을 충족하는 것으로 결정할 수 있다.

제10 측면에 있어서, 제8 측면에 따른 품질 표준을 충족하는 것으로 결정된 배터리 또는 한 묶음의 배터리들이 제공된다.

본 발명의 일 측면과 관련하여 설명된 특징은, 단독으로 또는 다른 설명된 측면들 및 발명의 특징들과 조합하여, 본 발명의 다른 측면에 적용될 수 있음은 명백하다.

도 1은 주 장치(100) 및 보조 장치(102)를 나타낸 것이다. 이 예에서 주 장치(100)는 전기적으로 가열되는 흡연 시스템을 위한 충전 유니트이다. 이 예에서 보조 장치(102)는 에어로졸-형성 기질을 포함하는 흡연 물품(104)을 수용하기에 적합한 전기적으로 가열되는 에어로졸-발생 장치이다. 보조 장치는 동작 중에 에어로졸-형성 기질을 가열하기 위한 히터를 포함한다. 사용자는 사용자 입 속으로 에어로졸을 빨아들이기 위하여 흡연 물품(104)의 마우스피스 부분으로 흡입한다. 보조 장치(102)는 보조 장치에 전원을 재충전하기 위하여 주 장치(100)의 캐비티(112) 내에 수용되도록 구성되어 있다.

주 장치(100)는 제1 배터리(106), 제어 전자부(108) 및 보조 장치가 전기 접촉부(110)와 연결될 때, 제1 배터리(106)로부터 보조 장치에 있는 제2 배터리로 전력을 제공하도록 구성된 전기 접촉부(110)를 포함한다. 전기 접촉부(110)는 캐비티(112)의 바닥에 인접하도록 제공된다. 캐비티는 보조 장치(102)를 수용하도록 구성되어 있다. 주 장치의 구성요소는 하우징(116) 내에 수용보호되어(housed) 있다.

보조 장치(102)는 제2 배터리, 제2 제어 전자부(128) 및 전기 접촉부(130)을 포함한다. 엎서 기술한 바와 같이, 보조 장치(102)의 제2, 재충전 가능한 배터리(126)는 전기 접촉부(130)가 주 장치(100)의 전기 접촉부(110)와 접촉되었을 때 제1 배터리로부터 전원 공급을 수용하도록 구성되어 있다. 보조 장치(102)는 흡연 물품(104)를 수용하도록 구성된 캐비티(132)를 포함한다. 예를 들어, 블레이드 히터 형태의, 히터(134)는 캐비티 (132)의 바닥에 제공된다. 사용 시, 사용자는 보조 장치를 활성화하고, 전원은 배터리(126)로부터 제어 전자부(128)를 경유하여 배터리로부터 히터(134)에 제공된다. 히터는 에어로졸 발생 물품(104)의 에어로졸-형성 기질로부터 에어로졸을 발생하기에 충분하도록 표준 동작 온도로 가열된다. 보조 장치의 구성요소는 하우징(136) 내에 수용 보호되어 있다. 이러한 형태의 보조 장치는, 예를들어, EP2110033에 더 완전하게 기술되어 있다.

에어로졸-형성 기질은 바람직하게는 가열 즉시 기질로부터 방출되는 휘발성 담배 향기 화합물이 들어있는 담배-함유 물질을 포함한다. 선택적으로, 에어로졸-형성 물질은 비-담배 물질을 포함할 수 있다.

바람직하게는, 에어로졸-형성 물질은 에어로졸 형성제(former)를 더 포함한다. 적합한 에어로졸 형성제의 예로는 글리세린 및 프로필렌 글리콜이다.

에어로졸 형성 기질은 고체 기질일 수 있다. 고체 기질은 예를 들어 허브 잎, 담배 잎, 담배 리브(ribs)의 조각, 재구성된 담배, 균질화된 담배, 압출 담배 및 확장 담배 중 하나 이상을 포함하는: 분말, 과립, 펠렛, 작은 조각, 스파게티, 스트립 또는 시트 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 선택적으로, 에어로졸-형성 기질은 액체 기질일 수 있으며 흡연 물품은 액체 기질 보유를 위한 수단을 포함할 수 있다. 에어로졸 형성 기질은 선택적으로 임의의 다른 기질 일 수 있으며, 예를 들어, 기체 기질 또는 다양한 형태의 기질의 임의의 조합일 수 있다.

이러한 예에서, 보조 장치(102)는 전기적으로 가열되는 흡연장치이다. 이러한 보조 장치(102)는 작지만(종래 담배 크기) 단일 흡연 세션을 위해 몇 분의 주기 동안, 일반적으로 약 7 분 동안, 고출력을 제공해야한다. 제2 배터리는 재충전을 위해 주 장치(100)에 반환되어야 할필요가 있다. 바람직하게는 재충전은 적어도 다른 완전한 흡연 경험을 허용하기에 충분한 수준까지, 몇 분 만에, 바람직하게는 6분 미만에 완료된다.

주 장치에서 제1 배터리(106)는 자체를 재충전해야하기 전에 제2 배터리 (126)를 여러 번 재충전하기에 충분한 충전을 유지하도록 구성된다. 이것은 주 콘센트로부터 재충전을 해야하기 전에 복수의 흡연 세션을 허용하는 휴대용 시스템을 사용자에게 제공한다.

제2 배터리는 자주 교체할 필요가 없는 것이 바람직하다. 바람직하게는 제2 배터리는 일반 사용자에 대해 약 8000 회의 충전/방전 사이클에 해당하는, 최소 1 년의 유용한 수명을 갖는다.

소형 사이즈의, 충분한 용량의 및 안전하지만 빠른 충전과 방전 뿐만 아니라, 만족스러운 수명을 가진 제2 배터리(126)에 대한 경쟁적인 요구사항을 만족시키기 위해, 리튬 철 인산(LiFePO4) 배터리 화학성분이 사용될 수 있다. 이 예에서는 제2 배터리(126)는 10mm의 직경과 37mm의 길이를 가진, 원통 형상을 갖는다. 이 배터리는 사이클 당 900J 이상에서 8000회 사이클의 충전/방전을 견딜 수 있다. 평균 충전 레이트는 12C까지 일 수 있다. 1C의 충전 레이트는 한시간만에 배터리가 제로에서 완전히 충전되는것을 의미하고, 2C의 충전 레이트는 배터리가 30 분만에 제로에서 완전히 충전되는 것을 의미한다. 배터리의 용량은 125mAh 범위에 있다. 최대 충전 전류는 980mA 내지 1.5A 범위일 수 있다. 방전은 2A 까지 1ms 펄스를 사용하여 수행한다. 방전 레이트는 히터의 저항에 달려있고, 그것은 차례로 히터 온도에 달려있다. 상온에서 방전레이트는 28C 만큼 높을 수 있지만, 히터의 저항이 증가하므로 높은 온도에서 감소된다. 전형적인 작동 온도에서 방전 레이트는 약 13C이다. 선택적으로, 리튬 티탄산염 전지는 제2 배터리 용에 사용될 수 있다.

제2 배터리의 샘플들은 충전 방전의 유용한 사이클의 횟수의 관점에서 품질 표준을 만족시킬 수 있음을 보장하도록 테스트된 품질일 수 있다. 품질 테스팅은: 적어도 2C 레이트로 배터리를 충전하는 단계; 적어도 6000회 충전/방전 사이클을 반복하는 단계; 및 배터리 용량이 임계 용량, 예를들어, 본래의 정격 배터리 용량의 80% 보다 클 경우에 품질 표준을 만족하는 것으로 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

주 유니트(100)에서 제1 배터리(106)는 각(prismatic)형의 산화 리튬 코발트(LiCoO2) 배터리이다. 제 1 배터리는 약 1350mAh의 용량을 가지며, 제2 배터리 용량의 10 배 이상이다. 제2 배터리는 2C와 16C 사이의 레이트로 제1 배터리로부터 충전할 수 있다. 1C의 레이트에서 제 1 배터리를 방전하면 제2 배터리에 10C 이상의 충전레이트를 제공한다. 제 1 배터리의 충전은 0 내지 1.5C 사이의 레이트로 주 전원으로부터 수행되고, 일반적으로 배터리 수명을 최대화하기 위해 약 0.5C의 레이트로 수행될 수 있다.

산화 리튬 코발트(LiCoO₂) 배터리는 리듐 철 인산 배터리보다 높은 전압을 제공하며, 단일 산화 리튬 코발트 배터리로부터 리듐 철 인산 배터리를 충전하도록 허용한다..

도 2a는 재충전 가능한 배터리를 충전하기 위한 표준 충전 프로파일을 보여준다. 도 2a는 충전 장치(210)로부터의 충전전압, 충전 장치로부터의 충전 전류 (220) 및 충전되고 있는 제2 배터리의 배터리 전압(230)을 나타낸다. 충전 프로파일은 초기 정전류 위상(300)으로 구성되어 있다. 정전류 위상(300) 동안 충전 전압(210)은 일정한 최대 충전 전류(I_ch)를 제공하기 위하여 제어된다. 이것은 최대 충전 레이트를 제공한다. 그러나 일정한 충전 전류의 위상(200)은 최대 충전 전류를 유지하는데 필요한 충전 전압이 최대 충전 전압(V_ch)를 초과하면 종료된다. V_ch는 제2 배터리의 수명을 보존하는 레벨로 설정된다. 한 묶음이 단계에 도달하면, 도 2a에 점(203)에 표시된, 정전압 위상(202)이 시작된다. 정전압 단계 동안 충전 전압 (210)은 최대 V_ch 에 유지된다. 정전압 위상 동안, 충전 전류는 충전 전압(210) 및 배터리 전압(230) 사이의 차이만큼 떨어진다. 충전 과정(process)은 충전 전류가 낮은 임계 값(I_end)에 도달할 때 정지된다. 최대 충전 전류 및 최대 충전 전압은 배터리 제조업체에 의해 설정된다.

도 2b는 이 프로세스에서의 제어 단계를 도시한다. 단계(20)에서 충전 전류는 최대 충전 전류(I_ch)로 설정된다. 정전류 위상 동안, 제어 로직은 충전 전압을 최대 허용된 충전 전압(V_ch) 과 비교한다. 이것은 단계(22)에서 보여준다. 충전 전압이 V_ch 이하이면, 충전 전류는 유지된다. 충전 전류가 V_ch 와 동일하거나 초과하면, 정전류 위상은 종료되고, 충전 전압은 V_ch 로 설정된다. 이것은 단계(24)에서 보여준다. 제어 로직은 단계(26)에서 충전 전류를 모니터링 한다. 일단 충전 전류가 I_end 이하이면, 충전 프로세서는 완료된 것으로 간주되고 단계(28)에서 종료된다.

도 2a 및 도 2b에 도시된 충전 프로파일은 도 1을 바탕으로 기술된 시스템에 사용될 수 있다. 그러나, 충전시간은 충전 회로에서 내부 저항을 보상함으로써 짧게 할 수 있다. 충전 시간이 짧으면 더 바람직하고, 특히 재충전 시간이 단지 몇 분이어야 하는 전자 흡연 시스템과 같은 시스템에 바람직하다..

도 3은 결합된 주 및 보조 장치에 의하여 형성된 충전 회로를 도시한 회로도이다. 회로는 주 장치 측과 보조 장치 측으로 분리된다. 점선(30)은 주 장치(100) 및 보조 장치(102)사이의 경계를 나타낸다. 주 장치 측은 제1 배터리, 전압 레귤레이터 및 전류(I) 및 전압(V) 측정에 기초하여 전압 소스(340)를 제어하도록 구성된 및 마이크로 컨트롤러(340)를 포함하는 제어된 전압 소스(320)를 포함한다. 보조 장치 측은 제2 배터리(126)를 포함한다. 충전 회로의 내부 저항은 여러 소스로부터의 기여(contributions)를 포함한다. 저항(r_p-) 및( r_p+) 은 주 장치에서 전자 레이아웃의 전기적 저항 및 땜납 탭의 전기 저항을 나타낸다. 저항(r_s-) 및 (r_s+) 은 주 장치에서 전자 레이아웃의 전기적 저항 및 땜납 탭의 전기 저항을 나타낸다. 저항(r_c-(t) 및 r_c+(t))는 주 및 보조 장치 사이의 접촉에 의한 전기적 저항을 나타낸다. 그것들은 장치마다 다를 것이고 시간과 더불어 충전 사이클마다 달라질 것이다. 도 1을 참조하여 기술된 형태의 전기적 흡연 시스템에 있어서, 주 및 보조 유니트는 하루에도 여러번 접촉을 이었다 또는 끊었다 할 수 있으며, 매번 접촉 저항은 달라질 수 있다. 접촉 저항은 접촉이 깨끗하게 유지되지 않으면 증가할 수 있다. 저항(r_i(t))은 제2 배터리의 내부 저항을 나타내며, 그것은 제2 배터리의 수명 동안 증가한다.

기생 저항(r_p-, r_p+, r_s-, r_s+, r_c-(t) 및 r_c+(t))이 단일 저항 R(t)로 결합되는(combined) 경우, 제2 배터리 전체에 걸친 전압은 V_drop= I * R(t)에 의하여 전압 소스로부터의 충전 전압보다 적을 것이다.

이것은 전압 소스에 의하여 공급되는 충전 전압은 I * R(t) 량에 의해 최대 V_ch 이상으로 증가될 수 있으며, 제2 배터리 전체에 걸친 전압은 V_ch 와 동일할 것임을 의미한다. 충전 프로파일의 정전류 위상은 충전 전압이 V_ch + I * R(t) 지점에 도달할 때까지 확장될 수 있다. 그 후 공급되는 충전 전압은 V_ch 이상으로 제어될 수 있지만, 오직V_ch + I * R(t) 까지다.

도 4는 공급된 충전 전압이 V_ch 를 초과하는, 본 발명의 한 측면에 따른 충전 프로파일을 도시한 것이다. 충전 프로파일은 정전류 위상(400) 및 슈도(pseudo)-정전압 위상(402)을 포함한다. 전압 소스로부터의 충전 전압은( 410)에 도시되어 있고, 충전 전류는( 420)에, 제2 배터리의 전압은( 430)에 도시되어 있다.

정전류 위상(400)은 충전 전압이 V_comp=V_ch + I * R(t)의 최대값에 도달할 때까지 확장된다. 슈도-정전압 위상(402)에서, 충전전압은 V_comp와 동일하도록 제어된다. 충전 사이클은 충전 전류가 I_end 와 동일할 때 종료된다.

도 5a, 도 5b, 및 도 5c는 도 4에 도시된 바와 같이, 충전 프로파일을 구현하기 위한 선택적 제어 전략을 도시하고 있다. 도 5a는 단계(500)에서 시작하는 프로세스를 나타낸다. 단계(510)에서 충전 전류는 제조업자에 의하여 설정된 최대 충전 전류(I_ch)로 설정된다. 단계(520)에서 충전 회로의 내부 저항은 측정된다.

충전 회로의 내부 저항 측정을 위한 프로세스는 도 6에서 보여준다. 제1 단계(610)에서 충전 전류(I₁) 및 충전 전압(V₁)이 측정된다. 단계(620)에서 충전 전압은 낮은 전압(V₂)으로 감소되며, 여기서 V₂=V₁-△V. △V는 수 mV의 고정 설정된 전압차이이다. 감소된 전압(V₂)과 해당 감소된 전류(I₂)는 단계(630)에서 측정된다. 전압은, 마이크로콘트롤러에 의하여 전압 및 전류가 한번(또는평균을 제공하기 위하여 몇 번) 측정되기에 충분히 긴, 오로지100-400 ㎲ 주기 동안에만 감소된다. 충전 회로의 내부 저항(R_i)은 R_i=(V₁-V₂)/(I₁-I₂) 관계를 사용하여 단계(640)에서 계산된다. 프로세스는 단계(650)에서 종료되고, 아래 기술된 바와 같이 반복할 수 있다.

단계(530)에서 충전 전압은 보상된 최대 충전 전압(V_comp)과 비교된다. 내부 저항(R_i)은 기생 저항(R(t)) 및 배터리 저항(r_i(t)) 모두를 포함한다. V_comp=V_ch+R(t). 제2 배터리(r_imax)의 최대 내부 저항은 배터리 제조업자에 의하여 제공되고 R_i 로부터 R(t)에 대한 값을 유도하기 위하여 사용할 수 있다. 선택적으로, 배터리 전체에 걸친 전압은 직접 측정될 수 있고, 기생 저항이 결정되도록 마이크로콘트롤러로 전달될 수 있다. R(t) 값을 사용하여, V_comp 를 계산할 수 있다.

충전 전압이 V_comp 보다 작다면, 정전류 위상은 계속되고 단계(530)은 V_comp 의 계산된 값을 바탕으로 반복된다. 충전 전압이 V_comp 와 동일하거나 초과할 경우에 정전류 위상은 종료되고 충전 전압은 단계(540)에서 V_comp 로 설정된다. 단계(550)에서 충전 전류는 I_end 와 비교된다. 충전 전류가 I_end 보다 크거나 동일할 경우에 ,프로세스는 단계(540)로 리턴한다. 충전 전압은 새롭게 측정된 충전 전류를 바탕으로 새로운 V_comp 의 값으로 리세트되고 그리고나서 프로세스는 단계(550)로 진행한다. 단계(540) 및(550)의 이러한 제어 루프는 원하는 만큼 자주 반복할 수 있다. 단계(550)에서 충전 전류가 I_end 보다 작을 경우에 충전 사이클은 단계(560)에서 종료되며 이는 사용자에게 표시된다. I_end 값은 배터리의 전(full)용량을 바탕으로 세트될 수 있거나 보조 장치의 하나의 표준 사용에, 예를 들어, 단일 흡연 세션에 요구되는 에너지의 양을 바탕으로 할 수 있다.

도 5b는 선택적 충전 프로세스를 도시한 것이다. 도 5b의 프로세스에서, 단계(500) 및 (510)는 도 5a를 참조하여 기술된 것과 동일하다. 단계(515)는 도 5a에 보여준 프로세스에 부가한 것이다. 단계(515)에서 충전 전압은 배터리 제조업자에 의하여 설정된 최대충전 전압(V_ch)과 비교된다. 오직 충전 전압이 V_ch 와 같거나 초과할 경우에만 프로세서는 내부 저항 결정인, 단계(520)으로 진행한다. 단계(520) 및 (530)는 도 5a를 참조하여 기술한 바와 같으나, 도 5b 의 프로세스에서, 내부 저항과 V_comp 은 충전 전압이 V_ch 에 도달한 후에만 계산할 수 있다. 도 5b 의 슈도-정전류 위상에서, 제1 단계는 단계(535)에서, 내부 저항의 재계산이다. 충전 회로의 내부저항은 충전 프로세스 동안 증가할 수 있으며, 재계산은 V_comp 의 더 나은 계산과 잠재적으로 더 짧은 충전 시간을 허용한다. 단계(540, 550 및 560)은 도 5a에서 참조하여 기술한 바와 같다.

도 5c 는 다른 선택적 충전 프로세스를 도시한 것이다. 도 5c의 프로세스에서, 단계(500, 510 및 520)는 도 5a를 참조하여 기술한 바와 같다. 단계(525)에서 충전 전압은 도 5a 및 5b에서 단계(530)과 같은 방법으로, 보상된 최대 충전 전압(V_comp)과 비교된다. 그러나, 단계(525)에서, 충전 전압이 V_comp 보다 크거나 동일한 경우에 프로세스는 단계(520)으로 리턴한다.

도 5c의 단계(535 및 540)는 도 5b의 단계(535 및 540)과 동일하다. 단계(545)에서 충전 전류는 I_end 와 비교된다. 충전 전류가 I_end 보다 크거나 동일하다면 프로세스는 단계(535)로 리턴하고, 내부 저항은 재계산되고, V_comp 는 단계(540)에 앞서 업데이트된다. 만약 단계(550)에서 충전 전류가 I_end 보다 작다면 충전 사이클은 단계(560)에서 종료되고 이것은 사용자에게 표시된다. 앞서 설명한 바와 같이, I_end 의 값은 배터리의 풀(full) 용량에 기초할 수 있고, 완전한(full) 충전의 특정 비율까지, 예를 들어, 완전 충전의 90%까지 충전된다. 선택적으로 I_end 는 보조 장치의 일회 사용을 위해 요구되는 저장된 에너지 양에 기초하여 설정될 수 있다.

도 5a, 5b 및 5c 는 제어프로세스들의 예이고 다른 프로세스들은 동일한 일반 원리에 따라 가능할 수 있음이 명백하다. 예를들어, 도5a, 도 5b 및 도5c의 임의의 정전류는, 도 5a, 도 5b 및 도 5c의 임의의 슈도-정전압 위상과 함께 사용될 수 있고, 9 개의 다른 가능한 제어 프로세스를 제공한다.

전기 흡연 시스템과 같은 시스템에서, 보조 장치를 재충전하는데 걸리는 시간이 약간이라도 감소하면 사용자 채택을 상당히 증가시킬 수 있다. 주요 요건은 사용의 용이성 및 편리성이며, 및 단지 수분 지속되는 재충전 사이클에 있어서는 매초가 중요하다. 도4 및 도 5a, 5b 및 5c 를 참조하여 기술된 재충전 프로세서는 배터리 제조업자에 의해 설정된 동작의 한도(limits) 내에서 급속 재충전을 제공한다.

본 발명의 추가 측면은 도 7에 설명되어 있다. 도 1에 나타낸 보조 장치를 참조하면, 보조 장치(102)는 제2 배터리가 그것이 완전히 충전된 레벨의 20% 아래로 떨어지면 동작을 막도록 구성할 수 있다. 이것은 제2 배터리의 수명을 보호한다. 제어 전자부(128)는 사용시 제2 배터리의 배터리 전압을 모니터하도록 구성되어 있다. 배터리 전압이 완전하게 충전된 전압의 20%로 떨어지면, 장치는 제2 배터리가 임계 충전 레벨로 재충전이 될 때까지 동작되지 않는다. 임계 충전 레벨은 또 배터리의 수명을 보호하기 위해, 최대 배터리 용량 미만, 말하자면 풀(full) 용량의 90%가 되도록 선택할 수 있다. 20% 레벨은 리튬 철 인산 배터리에 대해 좋은 임계 레벨인 것으로 밝혀져 왔으나, 그러나 15% 내지 25% 사이의 임의의 레벨이 사용될 수 있고, 다른 레벨은 다른 배터리 화학성분에 적합하도록 선택할 수 있다.

도 7은 제어 전자부(128)가 실행되도록 구성된 제어 프로세서를 도시한 것이다. 프로세스는 단계(700)에서 시작된다. 단계(720)에서 제2 배터리의 배터리 전압은 장치의 동작을 허용하기 위해 최소 시작 전압 V_min 과 비교된다. 배터리 전압이 V_min 미만이면, 보조 장치는 히터의 동작을 더 허용하지 않을 것이며 다음 재충전 사이클까지 배터리 용량을 보존하기 위하여 낮은 전력 모드로 들어갈 것이다. 프로세스는 단계(730)에서 종료한다. 흡연 장치의 경우에 이것은 단일 흡연 경험을 완료하기 위해 제2 배터리에 충전이 불충분할 경우에 장치의 히팅 동작을(재래 담배에서의 흡연 경험에 해당하는)방지한다. 일단 제2 배터리가 재충전이 완료되면 프로세스는 단계(700)에서 재시작할 수 있다.

배터리 전압이 V_min 보다 커거나 동일할 경우에, 장치가 완전한 동작이 이루어지도록 허용된다. 동작 동안에, 제2 배터리의 배터리 전압은 제2 임계 값과, 이 경우에 V_min/5, 즉, 최소 시작 배터리 전압의 20%인, 반복적으로 비교된다. 이것은 단계(740)에서와 같이 나타낸다. 배터리 전압이 V_min/5 보다 크면 장치는 계속해서 동작할 수 있고 단계(740)는 반복된다. 배터리 전압이 V_min/5 미만이거나 동일하면 히터가 단계(750)에서 동작하지 않는 낮은 전력 모드로 들어간다. 일단 히터가 동작되지 않으면, 제어 프로세스는 단계(700)에서 다시 시작해야 하며 그래서 히터는 제2 배터리가 배터리 전압이 V_min 보다 커거나 동일한 레벨로 재충전될 때까지 동작할 수 없다.

바람직한 실시 예가 앞서 기술되고 도시되었으나 그러나 제한하지는 않는다. 앞서 논의된 바람직한 실시 예의 관점에서, 앞서 바람직한 실시 예와 일치하는 다른 실시 예는 당해 기술 분야의 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (21)

1. 재충전이 가능한 주 및 보조 장치, 기존의 담배 크기와 유사한 크기의 전기적으로 가열되는 담배 장치를 가진 보조 장치는 에어로졸 형성 기질을 가열하도록 구성된 히터를 포함하고, 기존 담배 팩과 유사한 형상과 크기를 가진 하우징을 포함하는 주 장치와, 상기 보조 장치는 재충전 사이클 동안 주 장치의 하우징 내의 하우징 내에 수용되도록 구성되며, 주 장치는 제1, 리튬 코발트 산 배터리를 가지고 보조 장치는 제2, 리튬 철 인산 또는 리튬 티탄산염 배터리를 가지되, 여기서 제1 배터리의 용량은 제2 배터리 용량의 5 배 내지 40 배사이이고, 여기서 주 및 보조 장치는 2C와 16C사이 레이트로 제1 배터리로부터 제2 배터리의 재충전을 허용하도록 구성을 포함하는 휴대용 전기 시스템에 있어서, 여기서 주 장치는;
   제2 배터리에 연결을 위한 한 쌍의 출력 터미널;
   DC 전원;
   충전 전압을 제어하기 위하여 DC전원과 출력 단자(output terminals)사이에 연결된 전압 레귤레이터; 및
   전압 레귤레이터 및 출력단자와 결합된 마이크로프로세서를 포함하되, 여기서 충전 장치와 제2 배터리는 함께 결합되어 충전 회로를 형성도록 구성되고, 여기서 마이크로프로세서는: 제1 충전 전압을 공급하도록 전압 레귤레이터를 제어하고; 및
   제1 충전 전압이 미리 설정된 전압 레벨에 도달한 후,
   충전회로에서 제1 충전 전압과 제2 충전 전압에서 전류를 측정함에 의하여 충전 회로의 내부 저항을 결정하도록 구성되며, 여기서 제2 충전 전압은 제1 충전 전압보다 낮고; 및
   결정된 내부 저항과 제2 배터리의 특성에 기초하여 최대 충전 전압으로 전압 레귤레이터에 의하여 공급되는 충전 전압을 제한하도록 구성된 주 및 보조 장치를 포함하는 휴대용 전기 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,
   마이크로프로세서는 결정된 내부저항과 제2 배터리의 특성을 바탕으로 최대 충전 전압을 계산하도록 구성되고;
   제1 충전 전압이 최대 충전 전압에 도달할 때까지 설정된 충전 전류를 유지하도록 제1 충전 전압을 조정하며, 그 후 최대 충전 전압으로 또는 아래로 제1 충전 전압을 조정하고, 그 후 주기적으로 또는 연속적으로 최대 충전 전압을 재 계산하고 재계산된 최대 충전 전압으로 또는 아래로 그것을 유지하기 위해 충전 전압을 조정하는 구성을 포함하는 주 및 보조 장치를 포함하는 휴대용 전기 시스템.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   마이크로프로세서는 설정된 전압 차이에 의하여 제1 충전 전압으로부터 전압을 감소함에 의하여 제2 충전 전압을 결정하도록 구성된 주 및 보조 장치를 포함하는 휴대용 전기 시스템.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   마이크로프로세서는 주기적으로 내부 저항을 재계산하도록 구성된 주 및 보조 장치를 포함하는 휴대용 전기 시스템.
5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   제2 배터리는 직경 10mm 이고, 길이 37mm 인 주 및 보조 장치를 포함하는 휴대용 전기 시스템.
6. 기존 담배 팩과 유사한 형상과 크기를 가진 하우징을 포함하고 에어로졸 형성 기질을 가열하도록 구성된 히터를 포함하는 주 장치에서 제1 배터리로부터 기존의 담배 크기와 유사한 크기의 제2 전기적으로 가열되는 담배 장치, 휴대용 전자 흡연 시스템을 형성하는 주 및 보조 장치, 제1, 리튬 코발트 산 배터리를 가진 주 장치와 제2, 리튬 철 인산 또는 리튬 티탄산염 배터리를 가진 보조 장치, 여기서 제1 배터리의 용량은 제2 배터리 용량의 5 배 내지 40 배사이이고, 여기서 주 및 보조 장치는 2C와 16C사이 레이트로 제1 배터리로부터 제2 배터리의 재충전하도록 구성된 제2 배터리 충전 방법에 있어서, 상기 방법은;
   충전 회로를 형성하기 위해 조정 가능한 전압 소스를 갖는 충전 장치에 제2 배터리를 연결하는 단계;
   제2 배터리에 설정된 충전 전류를 제공하기 위해 전압 소스에 의해 공급되는 제1 전압을 제어하는 단계;
   충전회로에서 제1 충전 전압과 제2 충전 전압에서의 전류를 측정함에 의하여 충전 회로의 내부 저항을 결정하는 단계, 여기서 제2 충전 전압은 제1 충전 전압보다 낮으며;
   결정된 내부 저항과 제2 배터리의 특성을 바탕으로 최대 충전 전압을 계산하는 단계; 및
   제1 충전 전압이 최대 충전 전압에 도달할 때까지 설정된 충전 전류를 유지하도록 제1 충전 전압을 조정하고, 그 후에 최대 충전 전압으로 또는 아래로 그것을 유지하도록 제1 충전 전압을 조정하는 단계를 포함하되,
   여기서 내부 저항을 결정하고 최대 충전 전압을 계산하는 단계는 제1 충전 전압이 미리 설정된 전압 레벨에 도달한 후 수행되는 제2 배터리 충전 방법.
7. 청구항 6에 있어서,
   제2 전압은 제1 충전 전압과 차이가 있는 설정된 전압을 가진 제2 배터리 충전 방법.
8. 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,
   최대 전압을 계산하는 단계 및 최대 충전 전압으로 또는 아래로 그것을 유지하도록 충전 전압을 조정하는 단계는 단일 충전 사이클 동안 복수 회 수행되는 제2 배터리 충전 방법.
9. 청구항 7에 있어서,
   최대 전압 계산하는 단계 및 최대 충전 전압으로 또는 아래로 그것을 유지하도록 제1 충전 전압을 조정하는 단계는 제1 충전 전압이 단일 충전 사이클 동안 최대 충전 전압에 먼저 도달한 후 연속적으로 수행되는 제2 배터리 충전 방법.
10. 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,
    내부 저항을 결정하는 단계는 주기적으로 수행되는 제2 배터리 충전 방법.
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12. 청구항 6 또는 청구항 7에 있어서,
    단일 흡연 세션 후 제2 배터리를 재충전하기 위하여 주장치에서 보조 장치로 리턴하는 단계를 더 포함하는 제2 배터리 충전 방법.
13. 청구항 12에 있어서,
    단일 흡연 세션은 7 분 지속되는 제2 배터리 충전 방법.
14. 청구항 12에 있어서,
    6 분 미만으로 제2 배터리를 재충전하는 단계를 더 포함하는 제2 배터리 충전 방법.
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