ЭЛЕКТРОННАЯ СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПАРА
ELECTRONIC STEAM SUPPLY SYSTEM

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение касается электронной системы обеспечения пара, например электронной сигареты, и блока управления для такой системы.
Уровень техники
Электронные системы обеспечения пара, такие как электронные сигареты и другие электронные системы подачи никотина, в общем, содержат картридж для обеспечения резервуара с жидкостью, которая подлежит испарению и которая обычно содержит никотин. Когда пользователь вдыхает с помощью устройства, блок управления управляет аккумуляторной батареей для подачи электрической энергии на нагреватель. Это приводит в действие нагреватель с целью испарения небольшого количества жидкости, которую далее вдыхает пользователь.
Следовательно, этот тип электронной сигареты, в общем, содержит два расходных элемента: во-первых, жидкость, которая подлежит испарению, и, во-вторых, электрическую энергию в аккумуляторной батарее. Что касается первого, когда резервуар с жидкостью исчерпан, по меньшей мере, некоторый участок устройства, содержащий картридж, может быть выброшен, чтобы позволить установить новый картридж. Что касается последнего, электронная сигарета обычно содержит некоторую форму электрического соединительного устройства для приема электрической энергии из внешнего зарядного устройства, тем самым позволяя подзаряжать аккумуляторную батарею электронной сигареты.
2
2
Большинство электронных сигарет питаются от многократно подзаряжаемых литий-ионных аккумуляторных батарей (или элементов питания), которые можно найти в широком круге устройств, а не только в электронных сигаретах. (Заметим, что термины «аккумуляторная батарея» и «элемент питания» взаимозаменяемы в настоящем документе, так как из-за ограниченного пространства в электронной сигарете, аккумуляторная батарея в такой электронной сигарете обычно содержит только один элемент питания). Обычные (широко используемые) литий-ионные аккумуляторные батареи основаны на катоде, который выполнен из литий оксида кобальта (LiCoO), и вырабатывают выходное напряжение, которое падает при исчерпании аккумуляторных батарей, например, примерно от 4,2 В при полном заряде, до примерно 3,0 В при полном исчерпании, то есть падение составляет примерно 28%. Более того, так как выходная мощность в заданном нагревательном резисторе R равна V/R, это подразумевает, в общем, соответствующее падение выходной мощности, так что окончательная рабочая выходная мощность (при напряжении 3,0 В) будет составлять только 52% от исходной выходной мощности (при напряжении 4,2 В). Таким образом, это изменение мощности, подаваемой аккумуляторной батареей на нагреватель, при изменении состояния от полного заряда до состояния, близкого к исчерпанию, может существенно повлиять на количество испаренной жидкости и, следовательно, на количество жидкости, которое вдыхает пользователь.
В существующих электронных сигаретах применено некоторое количество технологий для решения проблемы с изменением мощности, подаваемой аккумуляторной батареей в ходе цикла разрядки. Например, некоторые устройства могут выключаться до того, как напряжение аккумуляторной батареи упадет до 3,0 В - например могут выключаться при выходном напряжении аккумуляторной батареи, составляющем 3,6 В. Это уменьшает изменение выходной мощности (окончательная рабочая выходная мощность в этом случае составляет примерно 73% от максимального значения при отсечке в 3,6 В). С другой стороны, часть энергии, хранящейся в аккумуляторной батарее, становится недоступной для использования, что уменьшает время работы устройства без повторной зарядки.
В других устройствах используется конденсатор для хранения дополнительного заряда из аккумуляторной батареи. Благодаря переключению конденсатора, в дальнейшем он может быть использован как дополнительный (временный) источник питания для подачи напряжения, взятого из аккумуляторной батареи. Таким образом, эта дополнительная мощность (напряжение) из конденсатора может помочь компенсировать уменьшенное напряжение аккумуляторной батареи на более поздних этапах цикла разрядки.
Другой подход состоит в использовании схемы (PWM) модуляции ширины импульса, при которой мощность подают из аккумуляторной батареи в виде последовательности прямоугольных импульсов. Если длительность (ширина) каждого импульса равна Р и интервал от конца одного импульса до начала следующего импульса равен I, то мы может определить рабочий цикл (D) PWM как D=P/(P+I). Рабочий цикл стремится к нулю, когда ширина Р импульса стремится к нулю, то есть в этом случае аккумуляторная батарея фактически не подает электрической энергии. Наоборот, когда рабочий цикл стремится к бесконечности при стремлении интервала I импульса к нулю, то есть в этом случае аккумуляторная батарея фактически непрерывно подает (немодулированную) электрическую энергию. Если выходное напряжение аккумуляторной батареи равно V, где 3,6 < V < 4,2, то мы может установить рабочий цикл D таким образом, что действующее выходное напряжение DV равно постоянному значению, например 3,6 В. В частности, если текущее выходное напряжение аккумуляторной батареи составляет V = 3,6, то есть аккумуляторная батарея почти исчерпана, то PWM устанавливают так, что D = 1, а если текущее выходное напряжение аккумуляторной батареи составляет V = 4,2, то есть аккумуляторная батарея полностью заряжена, то PWM устанавливают так, что D = 0,857 (промежуточным значениям выходного напряжения соответствуют надлежащие промежуточные значения D).
Заметим, что схема PWM по управлению выходным напряжением аккумуляторной батареи может быть использована для более общих целей управления (а не для конкретной компенсации изменения выходного напряжения аккумуляторной батареи). Например, выходная мощность нагревателя может быть измерена, например, путем использования термометра некоторой формы или отслеживания электрического тока или напряжения, подаваемых на нагреватель. Далее можно управлять рабочим циклом PWM с целью получения нужной выходной температуры нагревателя. Следует понимать, что такая система управления может работать с изменениями выходного напряжения аккумуляторной батареи вместе с другими потенциальными изменениями (такими как внешняя температура, тип жидкости, подлежащей испарению и так далее). Более того, такая система управления может использовать некоторый другой механизм (не PWM) для регулирования действующего выходного напряжения и мощности аккумуляторной батареи.
Существующие схемы работы с изменениями выходного напряжения аккумуляторной батареи обладают определенными недостатками. Например, им обычно нужны дополнительные компоненты в электронной сигарете, что увеличивает ее сложность и стоимость. Более того, PWM система (или аналогичная) может ограничивать мощность на основе наименьшего выходного напряжения аккумуляторной батареи (V = 3,6). Другими словами, на более высоких уровнях доступного выходного напряжения аккумуляторной батареи (такого как V = 4,2), доступное выходное напряжение уменьшено (с помощью PWM или любого другого подходящего механизма), что уменьшает производительность. Следовательно, при таком подходе пользователь не может ощутить работу устройства при полном напряжении аккумуляторной батареи.
Раскрытие изобретения
Изобретение определено в приложенной формуле изобретения.
Блок управления для электронной системы обеспечения пара содержит аккумуляторную батарею для подачи электрической энергии на нагреватель, который используют для выработки пара. Аккумуляторная батарея является литий-железо-фосфатной аккумуляторной батареей. Аккумуляторная батарея обеспечивает выходное напряжение, которое остается примерно на постоянном уровне при исчерпании аккумуляторной батареи.
Также предложена электронная система обеспечения пара, которая содержит такой блок управления.
Краткое описание чертежей
Далее, только в качестве примера, будут подробно описаны различные варианты осуществления изобретения со ссылками на приложенные чертежи, на которых:
на фиг. 1 - вид, схематично (с разделением деталей) показывающий электронную сигарету, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
на фиг. 2 - вид, схематично показывающий основной элемент электронной сигареты с фиг. 1, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
на фиг. 3 - вид, схематично показывающий картомайзер электронной сигареты с фиг. 1, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
на фиг. 4 - вид, схематично показывающий определенные электрические компоненты электронной сигареты с фиг. 1, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения;
на фиг. 5 и 6 - виды, схематично показывающие графики, которые сравнивают определенные рабочие свойства LFP аккумуляторной батареи (сплошная линия) и рабочие свойства широко используемой литий-ионной аккумуляторной батареи (пунктирная линия) для электронных сигарет;
на фиг. 7, 8 и 9 - виды, показывающие графики экспериментальных данных, иллюстрирующие напряжение (верхняя линия) и ток (нижняя линия) в зависимости от используемой емкости в ходе моделирования использования электронной сигареты. Для фиг. 7 моделирование использования включает в себя потребление повторяющихся импульсов тока в 4 А из аккумуляторной батареи, а для фиг. 8 и 9 моделирование использования включает в себя потребление повторяющихся импульсов тока в 5 А из аккумуляторной батареи. Для фиг. 7 и 8 аккумуляторная батарея представляет собой литий-железо-фосфатную (LFP) аккумуляторную батарею, соответствующую некоторым вариантам осуществления изобретения; для фиг. 9 аккумуляторная батарея является литий-марганцевой аккумуляторной батареей. Во всех случаях аккумуляторная батарея обладает форм-фактором АА.
Осуществление изобретения
Как описано выше, настоящее изобретение касается электронной системы обеспечения пара с питанием от аккумуляторной батареи, такой как электронная сигарета. В последующем описании используется термин «электронная сигарета»; тем не менее этот термин может быть заменен термином электронная система обеспечения пара. Такая электронная система обеспечения пара может быть основана, например, на испарении (с помощью нагревания) жидкости, при этом жидкость содержит никотин, и далее пользователь вдыхает получившийся пар, содержащий никотин. Другая возможность заключается в том, что электронная система обеспечения пара содержит материал, полученный из табака. Этот табачный материал может быть предоставлен в любой подходящей форме (порошок, паста, измельченный листовой материал и так далее). Табачный материал может быть нагрет для выработки летучих веществ для вдыхания пользователем. Специалисту в рассматриваемой области ясны различные другие формы электронной системы обеспечения пара, которые могут использовать электрическую энергию аккумуляторной батареи, которая описана в настоящем документе, для нагревания некоторого вещества с целью выработки пара.
На фиг. 1 схематично (с пространственным разделением деталей) показана электронная сигарета 10, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения (не в масштабе). Электронная сигарета обладает, в целом, цилиндрической формой, продолжающейся вдоль продольной оси, указанной пунктирной линией LA, и содержит два основных компонента, а именно основной элемент 20 и картомайзер 30. Картомайзер содержит внутреннюю камеру, содержащую резервуар с жидкостью, испаритель (такой как нагреватель) и мундштук 35. Жидкость в резервуаре обычно содержит никотин в надлежащем растворе и может содержать другие составляющие, например, для помощи в формировании аэрозоля и/или для придания дополнительного аромата. Резервуар может содержать форму из пеноматериала или любой другой структуры для удержания жидкости до тех пор, пока она не понадобится для доставки в испаритель. Картомайзер 30 может дополнительно содержать фитиль или аналогичное устройство для перемещения небольшого количества жидкости из резервуара до места нагревания на нагревателе или рядом с нагревателем. Блок 20 управления содержит многократно подзаряжаемый элемент питания или аккумуляторную батарею для подачи электроэнергии на электронную сигарету 10 и печатную плату для общего управления электронной сигаретой. Когда нагреватель получает электроэнергию из аккумуляторной батареи, чем управляет печатная плата, нагреватель испаряет жидкость из фитиля и далее пользователь вдыхает этот пар через мундштук.
Блок 20 управления и картомайзер 30 выполнены с возможностью отсоединения друг от друга путем отделения в направлении, которое параллельно продольной оси (LA) электронной сигареты, как показано на фиг. 1, но они соединены, когда устройство 10 используется, с помощью соединения, которое схематично указано на фиг. 1 ссылочными позициями 25А и 25В и которое, например, является штыковым замком или винтовым соединением. Это соединение обеспечивает механическое и электрическое соединение основного элемента 20 и картомайзера 30. Электрическое соединительное устройство на основном элементе 20, которое используется для соединения с картомайзером, также может служить в качестве гнезда для соединения с зарядным устройством (не показано), когда основной элемент отсоединен от картомайзера 30. Другой конец зарядного устройства может быть вставлен в USB гнездо для зарядки аккумуляторной батареи в блоке управления электронной сигареты. В других реализациях может быть предусмотрен кабель для прямого соединения электрического соединительного устройства на основном элементе и USB гнезда. В других реализациях подзарядка аккумуляторной батареи в блоке управления может быть осуществлена с помощью кончика 225 электронной сигареты 10, то есть конца, противоположного мундштуку 35.
Блок управления снабжен одним или несколькими отверстиями (не показаны на фиг. 1) для поступления воздуха. Эти отверстия соединены с проходом для воздуха через блок управления, при этом в соединительном устройстве 25 предусмотрен проход для воздуха. Далее указанное соединено с путем для воздуха через картомайзер 30 до мундштука 35. Когда пользователь вдыхает через мундштук 35, воздух втягивается в блок управления через одно или несколько входных отверстий для воздуха, которые подходящим образом расположены снаружи электронной сигареты. Этот поток воздуха (или результирующее изменение давления) обнаруживает датчик давления, который, в свою очередь, приводит в действие нагреватель с целью испарения жидкости из резервуара (с помощью фитиля). Указанный поток воздуха проходит от блока управления, через испаритель, где он смешивается с паром, и эта комбинация потока воздуха и (никотинового) пара проходит через картомайзер и из мундштука 35, чтобы ее вдохнул пользователь. Картомайзер 30 может быть отсоединен от основного элемента 20 и удален, при исчерпании подачи жидкости, и, при желании, заменен другим картомайзером. (Таким образом, картомайзер 30 иногда могут называть одноразовым компонентом, а блок 20 управления - повторно используемым компонентом).
Следует понимать, что электронная сигарета 10, показанная на фиг. 1, описана в качестве примера и могут быть приняты различные другие реализации. Например, в некоторых вариантах осуществления изобретения картомайзер 30 выполнен в виде двух отдельных компонентов, а именно картриджа, содержащего резервуар с никотином и мундштук (который может быть заменен при исчерпании жидкости в резервуаре), и испарителя, содержащего нагреватель (который обычно сохраняют). В качестве другого примера зарядное устройство может быть соединено с дополнительным или альтернативным источником питания, таким как прикуриватель автомобиля.
На фиг. 2 схематично (упрощенно) показан блок 20 управления электронной сигареты с фиг. 1, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения. Фиг. 2, в общем, можно рассматривать как поперечное сечение в плоскости, проходящей через продольную ось LA электронной сигареты. Заметим, что для ясности на фиг. 2 опущены определенные компоненты и подробности основного элемента, например провода и более сложная форма.
Как показано на фиг. 2, блок 20 управления содержит аккумуляторную батарею 210 для питания электронной сигареты 10, а также печатную плату 202 (PCB), на которой установлена микросхема, такая как специализированная интегральная схема (ASIC) или микроконтроллер, для управления электронной сигаретой 10. PCB 202 может быть расположена вдоль одного конца аккумуляторной батареи 210 или у одного конца аккумуляторной батареи 210. В конфигурации, показанной на фиг. 2, РСВ расположена между аккумуляторной батареей 210 и соединительным устройством 25В. Блок управления также содержит блок 215 датчиков для обнаружения вдоха с помощью мундштука 35. В конфигурации, показанной на фиг. 2, блок 215 датчиков расположен между аккумуляторной батареей 210 и кончиком 225, но в других реализациях он может быть расположен рядом с РСВ 202 (которая может быть расположена так, как показано на фиг. 2, или в некотором другом месте). В ответ на такое обнаружение вдоха, блок 215 датчиков уведомляет микросхему на РСВ 202, которая в свою очередь запускает подачу электрической энергии из аккумуляторной батареи 210 на нагреватель в картомайзере.
Кончик 225 блока 20 управления содержит крышку для уплотнения и защиты дальнего конца электронной сигареты. В указанной крышке или рядом с ней предусмотрено входное отверстие для воздуха, выполненное для того, чтобы воздух мог попасть в основной элемент и пройти мимо блока 215 датчиков, когда пользователь вдыхает с помощью мундштука 35. Следовательно, этот поток воздуха позволяет блоку 215 датчиков обнаруживать вдох пользователя. В некоторых вариантах реализации кончик 225 может быть снабжен источником света, таким как светоизлучающий диод (LED), который включает микросхема в ответ на обнаружение вдоха с помощью блока 225 датчиков. Кончик 225 также (или в качестве альтернативы) может быть снабжен электрическим контактом (не показан на фиг. 2), чтобы предусмотреть дополнительное соединение для подзарядки аккумуляторной батареи 210.
На противоположном конце основного элемента 20 относительно кончика 225 расположено соединительное устройство 25В, выполненное с возможностью соединения блока 20 управления с картомайзером 30. Как отмечено выше, соединительное устройство 25В обеспечивает механическое и электрическое соединение блока 20 управления и картомайзера 30. Как показано на фиг. 2, соединительное устройство 25В содержит соединительное устройство 240 основного элемента, которое является металлическим (покрыто серебром в некоторых вариантах осуществления изобретения), чтобы служить в качестве одного разъема (положительного или отрицательного) для электрического соединения с картомайзером 30. Соединительное устройство 25В дополнительно содержит электрический контакт 250 для обеспечения второго разъема для электрического соединения с картомайзером 30, при этом полярность второго разъема противоположна полярности первого разъема, а именно соединительного устройства 240 основного элемента. Соединительное устройство 240, в общем, обладает кольцеобразной формой, а контакт 250 расположен в центре этого кольца (если смотреть в плоскости, которая перпендикулярна продольной оси LA электронной сигареты 10).
Электрический контакт 250 установлен на винтовой пружине 255. Когда блок 20 управления прикреплен к картомайзеру 30, соединительное устройство 25А на картомайзере упирается в электрический контакт 250, чтобы сжимать винтовую пружину в осевом направлении, то есть в направлении, параллельном (соосном) продольной оси LA. С точки зрения упругой природы пружины 255, это сжатие приводит к тому, что пружина 255 стремится расшириться, что толкает электрический контакт 250 к соединительному устройству 25А, тем самым помогает обеспечить хороший электрический контакт между блоком 20 управления и картомайзером 30. Соединительное устройство 240 основного элемента и электрический контакт 250 отделены опорой 260, которая выполнена из непроводящего материала (такого как пластик) для обеспечения хорошей изоляции двух электрических разъемов. Форма опоры 260 такова, чтобы помогать взаимному механическому сцеплению соединительных устройств 25А и 25В.
На фиг. 3 схематично показан картомайзер 30 электронной сигареты с фиг. 1, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения. Фиг. 3, в общем, можно рассматривать как поперечное сечение в плоскости, которая содержит продольную ось LA электронной сигареты. Заметим, что для ясности на фиг. 3 снова опущены разные компоненты и подробности блока управления, например провода и более сложная форма.
Картомайзер 30 содержит проход 355 для воздуха, продолжающий вдоль центральной (продольной) оси картомайзера 30 от мундштука 35 до соединительного устройства 25А с целью соединения картомайзера с блоком 20 управления. Резервуар 360 с жидкостью (обычно содержащей никотин в растворе) предусмотрен вокруг прохода 355 для воздуха. Этот резервуар 360 может быть реализован, например, путем расположения хлопка или пены, пропитанной жидкостью. Картомайзер также содержит нагреватель 365, выполненный с возможностью нагревания жидкости из резервуара 360 для выработки (содержащего никотин) пара, чтобы он протекал по проходу 355 для воздуха и выходил через мундштук 35 в ответ на вдох пользователя через электронную сигарету 10. Нагреватель питается с помощью линий 366 и 367, которые, в свою очередь, соединены с противоположными полюсами (положительным и отрицательным или наоборот) аккумуляторной батареи 210 с помощью соединительного устройства 25А. (Как отмечено выше, на фиг. 3 опущены подробности проводки между линиями 366 и 367 электропитания и соединительным устройством 25А).
Соединительное устройство 25А содержит внутренний электрод 375, который может быть покрыт серебром или выполнен из некоторого другого подходящего металла. Когда картомайзер 30 соединен с блоком 20 управления, внутренний электрод 375 контактирует с электрическим контактом 250 блока 20 управления, чтобы обеспечить первый электрический путь между картомайзером и блоком управления. В частности, когда сцеплены соединительные устройства 25А и 25В, внутренний контакт 375 толкает электрический контакт 250, сжимая винтовую пружину 255, тем самым помогая обеспечить хороший электрический контакт между внутренним электродом 375 и электрическим контактом 250.
Внутренний электрод 375 окружен изоляционным кольцом 372, которое может быть выполнено из пластика, резины, силикона или любого другого подходящего материала. Изоляционное кольцо окружено соединительным устройством 370 картомайзера, которое может быть покрыто серебром или выполнено из некоторого другого подходящего металла или проводящего материала. Когда картомайзер 30 соединен с блоком 20 управления, соединительное устройство 370 картомайзера контактирует с соединительным устройством 240 основного элемента блока 20 управления, чтобы обеспечить второй электрический путь между картомайзером и блоком управления. Другими словами, внутренний электрод 375 и соединительное устройство 370 картомайзера служат как положительный и отрицательный разъем (или наоборот) для подачи электрической энергии из аккумуляторной батареи 210 в блоке управления на нагреватель 365 в картомайзере с помощью линией 366 и 367 подачи, соответственно.
Соединительное устройство 370 картомайзера снабжено двумя утолщениями или выступами 380А, 380В, которые продолжаются в противоположных направлениях относительно продольной оси электронной сигареты. Эти выступы используют для обеспечения штыкового замка вместе с соединительным устройством 240 основного элемента для соединения картомайзера 30 с блоком 20 управления. Этот штыковой замок обеспечивает безопасное и надежное соединение картомайзера 30 и блока 20 управления, так что картомайзер и блок управления удерживаются в неподвижном положении друг относительно друга, без колебания или изгиба и очень мала вероятность любого случайного расцепления. Одновременно штыковой замок обеспечивает простое и быстрое соединение и расцепление путем вставки с последующим поворотом с целью соединения и поворота (в противоположном направлении) с последующим изъятием с целью расцепления. Следует понимать, что в других вариантах осуществления изобретения может использоваться другая форма соединения блока 20 управления и картомайзера 30, такая как защелкивающееся соединение или винтовое соединение.
На фиг. 4 схематично показаны определенные электрические (в том числе электронные) компоненты электронной сигареты с фиг. 1, в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения. Эти компоненты, в общем, расположены в блоке 20 управления, так как он является многоразовым (а не одноразовым) участком. Тем не менее, в некоторых вариантах осуществления изобретения, по меньшей мере, некоторые электрические компоненты могут быть расположены в картомайзере 30.
Как показано на фиг. 4, блок 20 управления содержит электрическое (и механическое) соединительное устройство 25В (как описано выше), выключатель 212 питания, аккумуляторную батарею 210, процессор или (микро)контроллер 555, интерфейс 217 связи, динамик 558 и блок 215 датчиков. Контроллер 555 расположен на РСВ 202, которая при необходимости также может быть использована для установки других компонентов, например блока 215 датчиков, выключателя 212 питания и/или интерфейса 217 связи, в зависимости от конкретной внутренней конфигурации блока 202 управления. В качестве альтернативы, эти компоненты может быть расположены на одной или нескольких других РСВ (или установлены другим образом).
На фиг. 4 показаны некоторые, но не обязательно все, электрические соединения между разными компонентами. Например, блок 215 датчиков может получать электрическую энергию из аккумуляторной батареи 210 через соединение с контроллером 555 или, в качестве альтернативы, может присутствовать соединение для электрической энергии из аккумуляторной батареи 210 до блока 215 датчиков (не показано).
Блок 215 датчиков расположен в пути для воздуха или рядом с путем для воздуха через блок 20 управления из входного отверстия для воздуха до выходного отверстия для воздуха (до испарителя). Блок датчиков содержит датчик 562 давления и датчик 563 температуры (также в пути для воздуха или рядом с путем для воздуха). Заметим, что в некоторых вариантах осуществления изобретения могут присутствовать дополнительные датчики (не показаны на фиг. 4); также датчик 562 давления и датчик 563 температуры могут быть предусмотрены как разные устройства (а не объединены в один блок датчиков). Датчик 562 давления может обнаруживать поток воздуха путем отслеживания падения давления, которое вызвано вдохом через мундштук 35 (или в качестве альтернативы датчик 562 давления может обнаруживать вдох путем непосредственного измерения потока воздуха, аналогично анемометру, который измеряет ветер).
Контроллер 555 содержит процессор, такой как CPU, и память (ROM и RAM). Операции контроллера 555 и других электронных компонентов, таких как датчик 562 давления, в общем, управляются, по меньшей мере частично, программным обеспечением, исполняемым процессором (или другими электронными компонентами, в случае необходимости). Такое программное обеспечение может хранится в энергонезависимой памяти, такой как ROM, которая может быть встроена в сам контроллер 555 или которая может быть предоставлена в виде отдельного компонента (например, на РСВ 202). Процессор может получать доступ к ROM для загрузки и исполнения отдельных программ программного обеспечения, когда нужно. Контроллер 555 также содержит подходящие интерфейсы (и программное обеспечение управления) для взаимодействия с другими устройствами, такими как блок 215 датчиков.
Контроллер 555 использует динамик 558 как устройство вывода для выработки звуковых сигналов для указания условий или состояний в электронной сигарете, такой как предупреждение о низком заряде аккумуляторной батареи. Разные сигналы для передачи разных состояний или условий могут быть предоставлены путем использования гармонических или прерывистых звуковых сигналов разного уровня и/или длительности и/или путем обеспечения таких гармонических или прерывистых звуковых сигналов. Наравне с динамиком 58 или вместо динамика 558 могут быть обеспечены другие формы устройства вывода. Например, как упомянуто выше, кончик 225 может быть снабжен светоизлучающим диодом (LED), который может быть использован для сигнализации и/или украшения. Также может присутствовать (или в качестве альтернативы) вывод света в одном или нескольких других местах на электронной сигарете 10.
Интерфейс 217 связи может быть проводным или беспроводным соединением, позволяющим электронной сигарете 10 взаимодействовать с внешним устройством. Например, для установления беспроводной связи интерфейс 217 связи может поддерживать одну или несколько следующих технологий: Bluetooth, Wi-Fi (семейство IEEE 802.11) и беспроводная связь (NFC) ближнего радиуса действия. В качестве альтернативы или дополнительно, линия связи может поддерживать проводную связь, возможно с помощью соединительного устройства 25В и/или некоторого другого устройства связи. Интерфейс связи может быть использован, в частности, для того, чтобы позволить внешнему устройству предоставить и обновить настройки электронной сигареты 10 и/или для получения от электронной сигареты 10 информации о состоянии и использовании.
Как отмечено выше, электронная сигарета 10 обеспечивает путь для воздуха от входного отверстия для воздуха, через электронную сигарету 10, мимо датчика 562 давления и нагревателя 365 (в испарителе) до мундштука 35. Таким образом, когда пользователь вдыхает с помощью мундштука электронной сигареты, контроллер 555 обнаруживает такой вдох на основе информации от датчика давления. В ответ на такое обнаружение, CPU подает электрическую энергию из аккумуляторной батареи или элемента 210 питания на нагреватель 365, который, таким образом, нагревает и испаряет жидкость из фитиля, чтобы пользователь вдохнул пар.
Аккумуляторная батарея 210 связана с нагревателем 365 с помощью выключателя 212 питания и соединительного устройства 25В (плюс соединительное устройство 25А на картомайзере 30). Выключатель 212 питания поддерживает течение (и включение/выключение) сравнительно большого тока, подаваемого из аккумуляторной батареи 210 с целью питания нагревателя 365 - обычно порядка 1 А или более. Выключателем 212 питания управляет контроллер 555. Например, контроллер 555 может замкнуть выключатель 212 питания в ответ на обнаружение датчиком 562 давления потока воздуха через электронную сигарету 10, тем самым позволяя поступать электрической энергии от аккумуляторной батареи на нагреватель. Наоборот, контроллер 555 может разомкнуть выключатель 212 питания в ответ на обнаружение датчиком 562 давления окончания потока воздуха через электронную сигарету 10, тем самым завершая течение электрической энергии от аккумуляторной батареи к нагревателю. Кроме того, контроллер 555 может использовать выключатель 212 для реализации схемы PWM, как описано выше, с целью регулирования количества электрической энергии, поданной из аккумуляторной батареи 210 на нагреватель 365 во время вдоха.
Следует понимать, что показанная на фиг. 4 электрическая конфигурация приведена только в качестве примера и специалисту в рассматриваемой области ясны многие возможные изменения. Например, некоторые электронные сигареты 10 могут не содержать интерфейса 217 связи, а в других вариантах осуществления изобретения интерфейс 217 связи может быть объединен, по меньшей мере, частично с контроллером 555. Аналогично, некоторые функциональные возможности контроллера 555 могут быть распределены по одному или нескольким другим устройствам. Например, может быть предусмотрена РСВ в комбинации с аккумуляторной батареей 210 для управления разрядкой аккумуляторной батареи, чтобы обнаруживать и, таким образом, предотвращать перегрузку по напряжению или току и/или слишком долгую зарядку, и аналогично управлять зарядкой аккумуляторной батареи, например, чтобы аккумуляторная батарея не была чрезмерно разряжена до момента повреждения. Такие функции управления аккумуляторной батареей также могут быть встроены в процессор или контроллер 555 (или в некоторое другое устройство).
4
Аккумуляторная батарея 210 представляет собой литий-железо-фосфатную (LFP) аккумуляторную батарею, которая в качестве катода использует литий-железо-фосфат (LiFePO). LFP аккумуляторные батареи обладают определенными достоинствами и недостатками по сравнению с другими доступными аккумуляторными батареями, такими как литий-ионные аккумуляторные батареи других типов, в том числе широко используемые аккумуляторные батареи с кобальтовым катодом, и их варианты (например, содержащие твердый, а не жидкий электролит или использующие силиконовый, а не графитовый анод). Тем не менее, было обнаружено, что свойства LFP аккумуляторных батарей особенно хорошо подходят для использования в электронной сигарете, что следует (в основном) из следующих факторов:
- Нетоксичность. Это важно для продукта, который используют (не потребляется) с помощью рта, например, если продукт будет случайно поврежден. Отсутствие токсичности также придает улучшенные свойства с точки зрения окружающей среды (по сравнению с кобальтом, используемым в большинстве обычных литий-ионных аккумуляторных батарей), особенно благодаря тому, что электронные сигареты являются сравнительно недорогим крупносерийным продуктом и не всегда могут быть утилизированы надлежащим образом - например, если продукт случайно уронили или другим образом потеряли вне помещения;
- Тепловая, электрохимическая и структурная стабильность. Тепловая стабильность важна для продукта, который используется (и, следовательно, подвергается воздействию) в широком диапазоне погодных и температурных условий. Также хорошая электрохимическая и механическая стабильность уменьшается риск пожара и так далее, что является проблемой для большинства литий-ионных аккумуляторных батарей, как указано, например, в документе, опубликованном 4 февраля 2014 года «Аккумуляторные батареи в самолете представляют «увеличенный риск пожара» (http://www.bbc.co.uk/news/business-25733346);
- Постоянное напряжение при разряде. Как отмечено выше, выходное напряжение большинства литий-ионных аккумуляторных батарей в основном неизменно уменьшается в цикле разрядки примерно от 4,2 В до примерно 3,6 В. Это может приводить к непостоянным ощущениям пользователя в плане подаваемого пара (зависит от текущего уровня напряжения) или иначе нужно, чтобы электронная сигарета содержала соответствующую электронику для компенсации указанного уменьшения выходного напряжения, что приводит к дополнительным затратам и сложности (для сравнительно крупносерийного недорогого продукта);
- Высокий пиковый ток/мощность. LFP аккумуляторные батареи могут поддерживать более высокий пиковый ток (и, следовательно, более высокую пиковую мощность) по сравнению с обычными литий-ионными аккумуляторными батареями. Это заманчиво для электронных сигарет, так как позволяет быстрее доводить нагреватель до надлежащей рабочей температуры для испарения в ответ на обнаружение вдоха пользователя и, следовательно, электронная сигарета лучше реагирует для действия пользователя;
- Меньшая скорость потери мощности (саморазряд), когда аккумуляторную батарею не используют. Это приводит к улучшенному сроку хранения (календарному), если продукт необходимо поставлять заряженным (что справедливо для многих электронных сигарет, чтобы у потребителя была возможность быстрого использования после покупки);
- Большое возможное количество циклов подзарядки - например, до 2000 и более. Это дает несколько лет использования, даже если подзарядка происходит каждый день (смотри ниже).
LFP аккумуляторные батареи действительно обладают меньшей удельной энергией по сравнению с большинством обычных литий-ионных аккумуляторных батарей. Тем не менее, в связи с тем, что большинство обычных литий-ионных аккумуляторных батарей используют в электронных устройствах, которые могут непрерывно и интенсивно использоваться (таких как смартфоны), так что срок службы аккумуляторной батареи особенно существенен в таких устройствах, электронные сигареты вероятно обладают другим профилем использования. В частности, существует интервал между последовательными активациями (затяжками) электронной сигареты и фактически некоторые электронные сигареты могут обеспечивать защиту от чрезмерного использования, например, путем отслеживания и регулирования максимального количества затяжек в заданный период времени (после которого процессор может препятствовать дальнейшей активации до истечения указанного периода времени). Соответственно, более низкая удельная энергия LFP аккумуляторных батарей (по сравнению с большинством обычных литий-ионных аккумуляторных батарей) более приемлема для электронных сигарет, по сравнению с большинством других электронных устройств.
Тем не менее, LFP аккумуляторные батареи обладают достаточной удельной энергией для поддержки разумного использования электронной сигареты. Например, LFP аккумуляторная батарея размера АА может обладать емкостью, равной 250 - 600 мА·ч, при этом соответствующая широко используемая литий-ионная аккумуляторная батарея может обладать емкостью, равной 600 - 750 мА·ч или более (и работать при более высоком напряжении), в зависимости от таких факторов, как ток разряда. Конечно некоторые электронные сигареты могут быть слишком малы для аккумуляторной батареи размера АА и, соответственно, их емкость аккумуляторной батареи будет соответственно меньше. Тем не менее, при условии, что обычная затяжка обычной электронной сигареты использует порядка 1 - 4 мА·ч (в зависимости от конкретной природы устройства и количества жидкости, подлежащей испарению), LFP аккумуляторная батарея разумного размера способна обеспечить, по меньшей мере, 100 затяжек (и потенциально гораздо больше) до подзарядки. Следовательно, если мы предположим, что электронную сигарету подзаряжают на ежедневной основе, этого количества затяжек на цикл зарядки аккумуляторной батареи достаточно для большинства потребителей.
На фиг. 5 и 6 схематично показаны графики, которые сравнивают определенные рабочие свойства LFP аккумуляторной батареи (сплошная линия) и рабочие свойства широко используемой литий-ионной аккумуляторной батареи (пунктирная линия) для электронных сигарет. (Заметим, что эти графики очень схематичны и упрощены для легкости понимания; некоторые более точные графики представлены ниже). На фиг. 5 схематично показано, как выходное напряжение аккумуляторной батареи 210 изменяется со временем, обычно в масштабе многих часов или дней в ходе цикла разрядки (от полного заряда до полного разряда). Как описано выше, при разряде широко используемой литий-ионной аккумуляторной батареи выходное напряжение неуклонно уменьшается примерно от 4,2 В до примерно 3,6 В (или меньше). Это уменьшение выходного напряжения может приводить к заметному изменению (падению) производительности, такой как количество пара с никотином, вырабатываемого за затяжку, в ходе цикла разрядки аккумуляторной батареи (если для противодействия этому уменьшению не используются некоторые дополнительные способы компенсации). В отличие от сказанного, выходное напряжение LFP аккумуляторной батареи гораздо более постоянно в районе 3,2 В, тем самым пользователю обеспечивают более постоянное и надежное ощущение, одновременно избегая необходимости в дополнительной компенсации уменьшающегося напряжения. (Заметим, что уровни напряжения, показанные на фиг. 5 и 6, приведены для условий незамкнутой цепи; напряжение под нагрузкой будет несколько меньше - например, примерно на 0,5 В, так что 2,7 В для LFP аккумуляторной батареи по сравнению с 3,2 В для незамкнутой цепи).
На фиг. 5 также показаны две линии отсечки, обозначенные как С1 и С2. Процессор 555 (или некоторое другое устройство в блоке 20 управления) отслеживает выходное напряжение аккумуляторной батареи 210. Когда выходное напряжение падает ниже указанного уровня отсечки С1 или С2 (соответственно, для широко используемой литий-ионной аккумуляторной батареи или для LFP аккумуляторной батареи), процессор 555 не допускает дальнейшую работу электронной сигареты и, более конкретно, нагревателя 365. Таким образом, эта отсечка, которую можно рассматривать как конец цикла разрядки, защищает аккумуляторную батарею 210 от чрезмерного разряда (который может повредить многократно подзаряжаемую аккумуляторную батарею), а также обеспечивает то, что пользователь не получит ухудшенное ощущение от электронной сигареты из-за того, что устройство работает при неподходяще низком напряжении. Заметим, что, как описано выше, контроллер 555 может обеспечить пользователю некоторое указание состояния аккумуляторной батареи (исчерпана или почти исчерпана) с помощью динамика 558 (и/или с помощью любого другого доступного указателя).
На фиг. 6 схематично показано, как выходная мощность аккумуляторной батареи 210 может изменяться в масштабе одной затяжки, то есть за несколько секунд (это можно рассматривать как форму профиля затяжки). График сравнивает работу (в терминах выходного тока) широко используемой литий-ионной аккумуляторной батареи (пунктирная линия) с соответствующей производительностью LFP аккумуляторной батареи (сплошная линия) для электронной сигареты 10.
Для фиг. 6 мы предполагаем, что вдох начат и обнаружен подходящим датчиком в момент времени = Т0. В этой точке контроллер 555 предоставляет возможность подачи максимальной доступной мощности из аккумуляторной батареи 210 на нагреватель 365. Максимальная доступная мощность из LFP аккумуляторной батареи показана на фиг. 6 как Р1, а максимальная доступная мощность из широко используемой литий-ионной аккумуляторной батареи меньше и показана как Р2 (при этом Р1 > Р2). Например, максимальная выходная мощность Р1 для LFP аккумуляторной батареи может отражать ток, равный, по меньшей мере, 2,5 А или, по меньшей мере, 5 А, возможно до максимума, равного нескольким амперам (например, 6, 8 или 10 А).
В момент времени Т1 нагреватель достигает предпочтительной рабочей температуры (для электронной сигареты с LFP аккумуляторной батареей) и мощность падает до более низкого уровня Р3, который установлен так, чтобы поддерживать предпочтительную рабочую температуру нагревателя. Аналогично, для электронной сигареты с широко используемой литий-ионной аккумуляторной батареей нагреватель достигает предпочтительной рабочей температуры в момент времени Т2 и мощность снова падает до уровня Р3, чтобы поддерживать предпочтительную рабочую температуру нагревателя.
Так как максимальная выходная мощность Р1 LFP аккумуляторной батареи больше максимальной выходной мощности Р2 широко используемой литий-ионной аккумуляторной батареи, то время Т1, нужное электронной сигареты, использующей первую аккумуляторную батарею, для достижения предпочтительной рабочей температуры, меньше времени Т2, нужного электронной сигарете, использующей последнюю аккумуляторную батарею, для достижения предпочтительной рабочей температуры. Соответственно, электронная сигарета с LFP аккумуляторной батареей может обеспечить лучшую быстроту реагирования на вдох пользователя по сравнению с электронной сигаретой с широко используемой литий-ионной аккумуляторной батареей.
Заметим, что различные типы электрических продуктов представляют различные типы нагрузки на аккумуляторную батарею в плане времени и величины потребления тока. Например, лампа велосипеда с большой вероятностью будет долго (много минут) потреблять ток, величиной от малого до среднего, при этом электронная сигарета, в общем, использует при вдохе короткие импульсы большого тока с низким уровнем потребления тока между импульсами. Эти разные характеристики нагрузки могут оказывать воздействие на общее поведение аккумуляторной батареи.
На фиг. 7 показан график, иллюстрирующий экспериментальные результаты тестов с LFP аккумуляторной батареей, проведенные для моделирования поведения в электронной сигарете. Тестируемая LFP аккумуляторная батарея обладала размерами (форм-фактор), которые соответствуют стандартной аккумуляторной батарее размера АА. Потребляется последовательность импульсов тока из аккумуляторной батареи, при этом каждый импульс обладает током, который примерно равен 4 А, и длительностью, которая равна 3 секундам, что сделано для моделирования вдоха и подачи мощности для работы нагревателя 365. Это представляет, в целом, 3,3 мА·ч для каждого вдоха. Интервал между вдохами был равен 10 секундам (короче, чем при использовании в реальном мире, но это позволяет быстрее завершить эксперимент - и по-прежнему дает время для охлаждения нагревателя между вдохами). Ток, взятый во время этих интервалов, был равен 0,005 А, например, для питания контроллера 555. Общее количество импульсов тока, равного 4 А, до полного исчерпания аккумуляторной батареи было равно 106, при этом общее рабочее время (содержащее как импульсы, так и интервалы между импульсами) равнялось примерно 1378 секундам (немного менее 23 минут). Общая измеренная емкость аккумуляторной батареи была равна 0,365 А·ч.
График с фиг. 7 показывает выходное напряжение и выходной ток для LFP аккумуляторной батареи в зависимости от общей емкости (энергии в Ампер·часах), потребленной из аккумуляторной батареи. Таким образом, ось х (емкость) представляет указание времени, за исключением того, что интервалы между импульсами сильно сжаты вдоль оси х (по сравнению с их фактической длительностью), так как в этих интервалах потребляется очень мало энергии (емкости). Верхняя линия на графике с фиг. 7 представляет выходное напряжение (для шкалы слева графика в вольтах), а нижняя линия на фиг. 7 представляет выходной ток (для шкалы справа графика в амперах). Нижняя линия ясно показывает отдельные импульсы тока, каждый из которых равен 4 А. Верхняя линия ясно показывает падение напряжения, что объясняется приложением нагрузки к аккумуляторной батарее. В частности, для каждого импульса тока, напряжение аккумуляторной батареи падает от значения незамкнутой цепи (или очень близко к значению незамкнутой цепи, при токе, равном 0,005 А в ходе интервалов между импульсами) вниз примерно на 0,3 - 0,5 В к нагруженному значению, когда потребляется ток, равный 4 А.
Три горизонтальных линии, обозначенные H1, H2 и H3, наложены на график с фиг. 7. Линия Н1 указывает начальный уровень минимального напряжения аккумуляторной батареи под нагрузкой; фактически это минимальное напряжение аккумуляторной батареи остается примерно постоянным для первой половины времени разряда аккумуляторной батареи (по меньшей мере). Линии Н2 и Н3, соответственно, на 0,16 В и 0,32 В ниже линии Н1 - представляя уменьшение по сравнению с линией Н1, равное, соответственно 5,6% и 11,2% (или немного меньше 5% и 10% соответственно напряжения разомкнутой цепи). Кроме того, вертикальная линия V1 указывает, где минимальное выходное напряжение аккумуляторной батареи (под нагрузкой) падает ниже линии Н2. Это происходит только тогда, когда энергия, составляющая примерно 0,317 А·ч уже была потреблена из аккумуляторной батареи, что представляет примерно 87% общей емкости. Другими словами, на фиг. 7 показано, что напряжение под нагрузкой для LFP аккумуляторной батареи, является постоянным в диапазоне ±3% для 85% времени разряда.
Таблица 1 получена из того же лежащего в основе набора данных, что и фиг. 7, но этот набор данных представлен в табличной форме. В частности, основная часть таблицы 1 (то есть, все столбцы, за исключением двух самых правых столбцов, заключенных в выделенную рамку) представляет среднее измерение напряжения под нагрузкой для каждого последовательного импульса тока. Таким образом, первая строка с фиг. 7 представляет выходное напряжение под нагрузкой для импульсов 1 - 10 тока, вторая строка с фиг. 7 представляет выходное напряжение под нагрузкой для импульсов 11 - 20 тока и так далее. Напряжение было измерено с частотой 1 Гц, так что для каждого импульса тока (длительностью 3 секунды) было получено три измерения напряжения и далее измерения усреднялись для получения чисел для таблицы 1. (Также заметим, что пара ячеек в таблице 1 остались пустыми, когда данные не были записаны надлежащим образом). Следует понимать, что числа напряжения под нагрузкой из таблицы 1 обеспечивают хорошее представление ощущения пользователя от электронной сигареты, содержащей подобную LFP аккумуляторную батарею, в том плане, что числа напряжения под нагрузкой отражают фактическое действие (вдох) пользователя (при этом числа напряжения разомкнутой цепи представляют интервалы между действиями пользователя).
Таблица 1
2,90
2,88
2,87
2,87
2,87
2,87
2,87
2,87
2,87
2,88
2,88
0,03
2,89
2,87
2,89
2,89
2,89
2,89
-
2,89
2,89
2,89
2,89
0,05
2,89
2,89
2,89
2,89
2,89
2,89
2,88
2,89
2,89
2,89
2,89
0,04
2,88
2,88
2,88
2,88
2,88
2,88
2,88
2,88
2,88
2,87
2,88
0,02
2,87
2,89
2,89
2,89
2,89
2,88
2,88
2,88
2,88
2,87
2,88
0,05
2,89
2,90
2,89
2,89
2,89
2,89
2,88
2,88
2,88
2,88
2,89
0,04
2,88
2,87
2,87
2,86
2,86
2,86
2,85
2,85
2,85
2,87
2,86
0,04
2,86
2,87
2,86
2,86
2,85
2,85
2,85
2,84
-
2,82
2,85
0,08
2,82
2,82
2,81
2,80
2,79
2,78
2,77
2,77
2,76
2,75
2,79
0,09
2,74
2,74
2,73
2,72
2,71
2,70
2,68
2,67
2,73
2,73
2,72
0,12
2,71
2,70
2,69
2,68
2,66
2,62
2,68
0,24
Для первой половины данных (образцы 1 - 53), выходное напряжение остается в диапазоне 2,90 - 2,87 В. Этот диапазон составляет только немногим больше 1% и, следовательно, фактически обеспечивает очень постоянный выходной уровень. (Изменения в этой первой половине данных могут отражать шум в системе, мелкие изменения измерения и так далее). После 85% времени разряда (образцы 1 - 90), среднее напряжение под нагрузкой уменьшилось на 0,15 В от 2,90 В до 2,75 В. Следует понимать, что это гораздо меньшее падение по сравнению с падением, которое бы наблюдалось для более широко используемой литий-ионной аккумуляторной батареи.
Таблица 1 также показывает, что существует дополнительное падение напряжения, равное 0,13 В при потреблении оставшейся емкости аккумуляторной батареи. Снова указанное является гораздо меньшим падением по сравнению с падением, которое бы наблюдалось для более широко используемой литий-ионной аккумуляторной батареи. Кроме того, пользователь обычно с меньшей вероятностью ощутит это падение напряжения после использования 85% емкости аккумуляторной батареи, так как во многих случаях электронная сигарета уже обеспечит некоторое указание (например, предупреждающий световой сигнал) о том, что заряд аккумуляторной батареи находится на сравнительно низком уровне (15% и менее) и, следовательно, пользователь подзарядит электронную сигарету в этой точке (если не раньше). Более того, пользователь с большой вероятностью примет то, что низкий остающийся заряд аккумуляторной батареи может привести к небольшому уменьшению производительности и фактически может принять указанное как подтверждение того, что аккумуляторную батарею нужно подзарядить.
В некоторых случаях напряжение аккумуляторной батареи может быть немного больше в начале работы, в течении первой пары импульсов тока (вдохов) или около того, после начала разряда от полностью разряженного состояния. На фиг. 7 присутствует намек на указанное, то есть очень небольшой подъем у неиспользованной емкости в левом конце графика. Соответственно, в некоторых обстоятельства может быть целесообразно отбросить первые один или два вдоха при оценке начального уровня напряжения. С другой стороны, для протестированной LFP аккумуляторной батареи Таблица 1 показывает, что этот эффект не слишком очевиден или только минимален для измеренного напряжения под нагрузкой даже первого импульса тока.
Правая часть таблицы 1 (показанная в выделенной рамке) содержит два столбца. Первый (левый) столбец из этих столбцов содержит просто средние измерений напряжения для соответствующей строки таблицы. Этот столбец предоставляет ясное указание того, что выходное напряжение примерно постоянно для первой половины времени разряда и далее уменьшается во второй половине времени разряда.
Второй (правый) столбец из столбцов таблицы 1 (самый правый столбец всей таблицы) представляет среднее уменьшение напряжения в каждом импульсе для образцов импульсов в рассматриваемой строке. Таким образом, как упомянуто выше, для каждого импульса были получены три измерения напряжения и во всех случаях присутствует (небольшое) падение выходного напряжения от первого измерения до третьего измерения. Это падение было отдельно вычислено для каждого импульса и далее осуществлено усреднение для образцов импульсов для каждой строки. Указанный самый правый столбец показывает, что в направлении к окончанию времени разряда не только падает средний выход аккумуляторной батареи, но также увеличивается скорость падения в отдельном импульсе. Тем не менее, это дополнительное падение обладает сравнительно меньшей важностью, если желательный профиль мощности в отдельном вдохе в целом соответствует форме, показанной на фиг. 6 - то есть более высокая начальная выходная мощность важна для начального нагревания нагревателя, после чего уменьшенная выходная мощность, в общем, приемлема.
На фиг. 8 показан график, в целом, аналогичный графику с фиг. 7, при этом используется та же самая аккумуляторная батарея, тем не менее, в этот раз ток в импульсах равен 5 А, а не 4 А. Это сравнительно высокий уровень выходного тока, который может понадобиться для этапа начального нагревания, который показан на фиг. 6 (и также помогает компенсировать более низкое напряжение LFP аккумуляторной батареи по сравнению с более широко используемыми аккумуляторными батареями). Как ожидалось, более высокий уровень тока уменьшает общее количество импульсов, которое может быть достигнуто за время разряда (то есть, до разряда аккумуляторной батареи), с 106 для фиг. 7 до 86 для фиг. 8. Тем не менее, за исключением этого, видно, что LFP аккумуляторная батарея снова вырабатывает постоянное и предсказуемое выходное напряжение, которое фактически постоянно для первой половины цикла разрядки и даже далее испытывает сравнительно умеренное падение напряжения в ходе второй половины цикла разрядки. Это подтверждает рассмотрение линий V1, H1, H2 и H3, которые предоставлены на такой же основе, что и для фиг. 7. Заметим, что линия V1, указывающая падение выходного напряжения под нагрузкой, равное 0,16 В, происходит после потребления 0,321 А·ч емкости аккумуляторной батареи, аналогично ситуации с фиг. 7 (где линия V1 была расположена при потреблении 0,317 А·ч емкости).
На фиг. 9 график, в общем, аналогичен графику с фиг. 8, снова с использованием импульсов тока, равного 5А, при этом показан график напряжения (верхняя линия) и тока (нижняя линия) в зависимости от использованной емкости (в Ампер·часах). Аккумуляторная батарея, протестированная на фиг. 9, является элементом питания с литий-марганцевым катодом, а не LFP элементом питания. Форм-фактор литий-марганцевой аккумуляторной батареи представляет собой АА (совпадает с форм-фактором LFP аккумуляторной батареи с фиг. 7 и 8).
Как показано на фиг. 9, достоинство литий-марганцевой аккумуляторной батареи заключается в большей емкости по сравнению с LFP элементом питания с фиг. 7 и 8. В частности, обнаружено, что емкость литий-марганцевой аккумуляторной батареи составляет 0,595 А·ч, что поддерживает 184 импульса тока при 5 А. Тем не менее, профиль изменения напряжения в зависимости от емкости для литий-марганцевой аккумуляторной батареи существенно хуже соответствующего профиля для LFP аккумуляторной батареи, который показан на фиг. 7 и 8. Это можно увидеть по линиям V1, H1, H2 и H3, которые снова наложены на график, при этом Н1 представляет уровень напряжения под нагрузкой при неиспользованной емкости.
Промежуток между линиями Н1, Н2 и Н3 увеличен до 0,21 В (по сравнению с 0,16 В на фиг. 7 и 8 - для отражения большего начального напряжения для литий-марганцевой аккумуляторной батареи по сравнению с LFP аккумуляторной батареей, например, примерно 4,2 В при незамкнутой цепи по сравнению с 3,4 В при незамкнутой цепи). Тем не менее, даже с этим большим промежутком, из расположения линии V1 видно, что напряжение под нагрузкой пересекает линию Н2 (следовательно, присутствует падение, равное 0,21 В от неиспользованной емкости) при использовании только 0,085 А·ч емкости. Это представляет только 14% общей емкости литий-марганцевой аккумуляторной батареи. Действительно, на фиг. 8 для LFP аккумуляторной батареи пересечение с линией Н2 происходит при емкости 0,32 А·ч, так что, хотя LFP аккумуляторная батарея обладает меньшей общей емкостью по сравнению с литий-марганцевой аккумуляторной батареей, она может подавать гораздо большую емкость (как в относительных, так и в абсолютных числах) при примерно постоянном напряжении. Более того, LFP аккумуляторная батарея показывает постоянный уровень выходного напряжения до использования примерно 0,2 А·ч и только тогда начинается падение по направлению к линии Н2. В отличие от сказанного, на фиг. 9 ясно, что выходное напряжение под нагрузкой для литий-марганцевой аккумуляторной батареи начинает падать даже после нескольких первых импульсов тока.
Кроме того, выходное напряжение литий-марганцевой аккумуляторной батареи не только начинает падать при очень малой использованной емкости, но это падение продолжается при расходовании заряда аккумуляторной батареи, так что общее падение напряжения литий-марганцевой аккумуляторной батареи в цикле разрядки гораздо больше чем для LFP аккумуляторной батареи. Например, на фиг. 8 выходное напряжение под нагрузкой достигает линии Н3 (0,32 В ниже начального уровня напряжения) только при полном разряде аккумуляторной батареи (использованная емкость примерно равна 0,36 А·ч). В отличие от сказанного, на фиг. 9 выходное напряжение под нагрузкой достигает линии Н3 (0,42 В ниже начального уровня напряжения) при меньшей использованной емкости, равной примерно 0,24 А·ч, и продолжает падать, по меньшей мере, на такую же величину до полного исчерпания литий-марганцевой аккумуляторной батареи.
Графики с фиг. 7, 8 и 9 подтверждают, что электронная сигарета с LFP аккумуляторной батареей, описанной в настоящем документе, способна обеспечить более последовательную и предсказуемую производительность, особенно в терминах подачи напряжения для работы нагревателя при каждом вдохе, но без участия более дорогой или сложной электроники. Такая аккумуляторная батарея может быть использована в широком круге электронных систем обеспечения пара, например, для испарения содержащих никотин жидкостей или для выработки летучих веществ из полученных из табака материалов (или их производных).
Для отражения различных вопросов и продвижения уровня техники, это изобретение показано путем иллюстрации различных вариантов осуществления изобретения, в которых может быть реализовано заявленное изобретение (изобретения). Достоинства и признаки настоящего изобретения содержатся только в представленных вариантах осуществления изобретения, но их перечень не является исчерпывающим и/или единственно возможным. Они показаны только для помощи в понимании и изучении заявленного изобретения (изобретений). Ясно, что достоинства, варианты осуществления изобретения, примеры, функции, признаки, структуры и/или другие аспекты изобретения не являются ограничениями изобретения, которое определяется формулой изобретения, или ограничениями эквивалентов формулы изобретения, и что могут быть использованы другие варианты осуществления изобретения и без выхода за границы объема настоящего изобретения могут быть предложены различные модификации. Различные варианты осуществления изобретения могут содержать, состоять или, по существу, состоять из различных комбинаций описанных элементов, компонентов, признаков, частей, этапов, способов и так далее, отличающихся от явно описанных в настоящем документе. Это изобретение может содержать другие изобретения, о которых не заявлено в настоящее время, но о которых может быть заявлено в будущем.