特開 2024-147574 電池式加熱デバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024147574

(43)【公開日】2024-10-16

(54)【発明の名称】電池式加熱デバイス

(51)【国際特許分類】

   H05B 3/00 20060101AFI20241008BHJP

   A24F 40/50 20200101ALI20241008BHJP

   A24F 40/53 20200101ALI20241008BHJP

【ＦＩ】

H05B3/00 310C

A24F40/50

A24F40/53

【審査請求】有

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2024101389

(22)【出願日】2024-06-24

(62)【分割の表示】P 2023064379の分割

【原出願日】2019-09-27

(31)【優先権主張番号】16/148,072

(32)【優先日】2018-10-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】000004569

【氏名又は名称】日本たばこ産業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003281

【氏名又は名称】弁理士法人大塚国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】近藤 英雄

(57)【要約】      （修正有）

【課題】加熱素子に電力を送達するための制御回路及び方法に関する。
【解決手段】制御回路は、電池によって加熱素子に供給される電力を制御するように適合される。制御回路は、既知のデータを記憶するためのメモリと、測定されたパラメータ、計算されたパラメータ、及び既知のデータに従って電池から加熱素子への電力の送達を制御するように構成された回路と、を含み得る。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

電池によって給電される加熱素子を制御するように適合された制御回路であって、
第１のプロファイル及び第２のプロファイルを含む既知の電池データを記憶するように構成されたメモリと、
前記メモリ及び前記電池と通信する燃料ゲージ回路であって、前記第１及び第２のプロファイルに従って前記電池の抵抗を判定するように構成されている、燃料ゲージ回路と、
前記燃料ゲージ回路に接続された論理回路であって、前記判定された抵抗に基づいて第１の電力値を計算するように構成されている、論理回路と、
前記論理回路に応答する信号発生器回路であって、前記計算された第１の電力値に従って制御信号を生成するように構成されている、信号発生器回路と、を含むことを特徴とし、
前記制御回路が、前記制御信号に従って前記電池を前記加熱素子に選択的に接続する、
制御回路。

【請求項2】

前記電池の前記抵抗を判定することが、
前記電池の実際の電圧を測定することと、
前記第１のプロファイルを利用して、前記測定された実際の電圧に従って前記電池の容量を判定することと、
前記第２のプロファイルを利用して、前記判定された容量に従って前記電池の前記抵抗を判定することと、を含むことを特徴とする、請求項１に記載の制御回路。

【請求項3】

前記論理ユニットが、開始時間における前記加熱素子の第１の抵抗値に更に基づいて、
前記第１の電力値を計算することを特徴とする、請求項１に記載の制御回路。

【請求項4】

前記メモリが、前記加熱素子の抵抗値と時間との関係を含む第３のプロファイルを更に含むことを特徴とする、請求項３に記載の制御回路。

【請求項5】

経過した動作時間を測定するためのタイマーを含むことを更に特徴とし、
前記経過した動作時間は、前記開始時間から測定され、
前記タイマーが所定の経過した動作時間に達すると、前記論理ユニットは、
前記加熱素子の第２の抵抗値と、
前記第３のプロファイルと、に従って新しい第１の電力を計算する、請求項４に記載の制御回路。

【請求項6】

前記第１のプロファイルが、電池電圧値と電池容量値との関係を含むことと、
前記第２のプロファイルが、電池抵抗値と前記電池容量値との関係を含むことと、を特徴とする、請求項１に記載の制御回路。

【請求項7】

前記制御信号が、前記計算された第１の電力に対する所定の目標電力の比を含むことを特徴とする、請求項１に記載の制御回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、加熱素子に電力を送達するための制御回路及び方法に関する。

【背景技術】

【0002】

多くの電子デバイスは、電子デバイスへの一次電源を提供するために、リチウムイオン電池などの電池を用いる。電子タバコ（ベイピングデバイス、ｅタバコ、ベイプペン、及びニコチン蒸発器とも呼ばれる）などのいくつかの用途では、電池は、液体を加熱して蒸気を形成するために使用される加熱素子に電力を供給する。いくつかの従来のシステムは、加熱素子が結果として望ましくない及び／又は危険な温度に到達する可能性のある開ループ式の加熱方法を使用する。あるいは、他の従来のシステムは閉ループ式の加熱方法を使用するが、この方法は追加の回路を必要とし、それにより、システムのコストを増加させ、電力損失を増大させ、過剰な熱を発生させ、及び／又は測定されたパラメータ（例えば、電圧、電流）のフィードバックを遅延させる可能性がある。最適な動作のために、最小限の回路を使用して加熱素子に安定した電力供給を提供することが望ましい。

【発明の概要】

【0003】

本発明は、加熱素子に電力を送達するための制御回路及び方法に関する。

【0004】

本発明によって解決される技術的問題は、開ループ式の加熱方法を使用する従来のシステムでは、加熱素子が結果として望ましくない及び／又は危険な温度に到達する可能性があることである。あるいは、閉ループ式の加熱方法を使用する従来のシステムでは、追加の回路が必要であり、それにより、システムのコストを増加させ、電力損失を増大させ、過剰な熱を発生させ、及び／又は測定されたパラメータ（例えば、電圧、電流）のフィードバックを遅延させる可能性がある。

【0005】

様々な実施形態では、制御回路は、電池によって加熱素子に供給される電力を制御するように適合される。制御回路は、既知のデータを記憶するためのメモリと、測定されたパラメータ、計算されたパラメータ、及び既知のデータに従って電池から加熱素子への電力の送達を制御するように構成された回路と、を含み得る。

【0006】

一態様によれば、電池によって給電される発熱素子を制御するように適合された制御回路は、第１のプロファイル及び第２のプロファイルを含む既知の電池データを記憶するように構成されたメモリと、メモリ及び電池と通信する燃料ゲージ回路であって、第１及び第２のプロファイルに従って電池の抵抗を判定するように構成されている、燃料ゲージ回路と、燃料ゲージ回路に接続された論理回路であって、判定された抵抗に基づいて第１の電力値を計算するように構成されている、論理回路と、論理回路に応答する信号発生器回路であって、計算された第１の電力値に従って制御信号を生成するように構成されている、信号発生器回路と、を含み、制御回路は、制御信号に従って電池を加熱素子に選択的に接続する。

【0007】

上記制御回路の一実施形態では、電池の抵抗を判定することは、電池の実際の電圧を測定することと、第１のプロファイルを利用して、測定された実際の電圧に従って電池の容量を判定することと、第２のプロファイルを利用して、判定された容量に従って電池の抵抗を判定することと、を含む。

【0008】

上記制御回路の一実施形態では、論理ユニットは、開始時間における加熱素子の第１の抵抗値に更に基づいて第１の電力値を計算する。

【0009】

上記制御回路の一実施形態では、メモリは、加熱素子の抵抗値と時間との関係を含む第３のプロファイルを更に含む。

【0010】

一実施形態では、上記制御回路は、経過した動作時間を測定するためのタイマーを更に含み、経過した動作時間は開始時間から測定され、タイマーが所定の経過した動作時間に達すると、論理ユニットは、加熱素子の第２の抵抗値と、第３のプロファイルと、に従って新しい第１の電力を計算する。

【0011】

上記制御回路の一実施形態では、第１のプロファイルは、電池電圧値と電池容量値との関係を含み、第２のプロファイルは、電池抵抗値と電池容量値との関係を含む。

【0012】

上記制御回路の一実施形態では、制御信号は、計算された第１の電力に対する所定の目標電力の比を含む。

【0013】

別の態様によれば、電池から加熱素子への電力の送達を制御する方法は、電池の実際の電圧を測定することと、測定された実際の電圧及び第１の既知の電池データに従って電池の容量を判定することであって、第１の既知の電池データは、電圧値と容量値との関係を含む、ことと、判定された容量及び第２の既知の電池データに従って電池の抵抗を判定することであって、第２の既知の電池データは、電池の抵抗値と容量値との関係を含む、ことと、電池の判定された抵抗及び加熱素子の抵抗に従って第１の電力を計算することと、所定の目標電力と計算された第１の電力との比を計算することと、計算された比に従って電池を加熱素子に電気的に接続することと、を含む。

【0014】

上記方法の一動作では、発熱素子の抵抗は、発熱素子が新品のときの発熱素子の初期抵抗値及び判定された経時劣化した抵抗のうちの一方である。

【0015】

一動作では、上記方法は、経過した動作時間を測定することと、加熱素子の経時劣化した抵抗値を判定することであって、既知の発熱素子データ及び経過した動作時間値を利用することを含む、ことと、を更に含む。

【0016】

本発明によって達成される技術的効果は、最適な動作のために、最小限の回路を使用して加熱素子に安定した電力供給を提供することである。

【図面の簡単な説明】

【0017】

本技術のより完全な理解は、以下の例示的な図と関連して考慮される場合、詳細な説明を参照することによって導出され得る。以下の図では、同様の参照番号は、図面全体を通して類似の要素及び工程を指す。

【0018】

【図1】本技術の例示的な実施形態による、電池によって給電される発熱素子を有する電子システムを代表的に示す。

【0019】

【図2】本技術の例示的な実施形態による電子システムのブロック図である。

【0020】

【図3】本技術の例示的な実施形態による、電池電圧値と電池容量値との関係を示すグラフである。

【0021】

【図4】本技術の例示的な実施形態による、電池抵抗値と電池容量値との関係を示すグラフである。

【0022】

【図5A】本技術による、加熱器素子抵抗値と時間との第１の関係を示すグラフである。

【0023】

【図5B】本技術による、加熱器素子抵抗値と時間との第２の関係を示すグラフである。

【0024】

【図5C】本技術による、加熱器素子抵抗値と時間との第３の関係を示すグラフである。

【0025】

【図6】本技術の例示的な実施形態による、電池から加熱素子への電力の送達を制御するためのフローチャートである。

【0026】

【図7】本技術の例示的な実施形態による、電池から加熱素子への電力の送達を制御するための代替フローチャートである。

【0027】

【図8】ＰＷＭ比率が１００％であるときの加熱器電力と電池容量値との関係を示すグラフである。

【0028】

【図9】本技術の例示的な実施形態による、一定電力を加熱器素子に供給するために使用されるＰＷＭ比率と、電池容量値と、の例示的な関係を示すグラフである。

【0029】

【図10】本技術の一実施形態による、図９に示すＰＷＭ比率に従ってＰＷＭ比率を調整した後の加熱器電力と電池容量値との関係を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0030】

本技術は、機能ブロック構成要素及び様々な処理工程に関して説明され得る。このような機能ブロックは、特定の機能を実行し、様々な結果を達成するように構成された任意の数の構成要素によって実現され得る。例えば、本技術は、様々な機能を実行し得る、様々な加熱素子、信号発生器、電圧センサ、電流センサ、クーロンカウンタ、論理ゲート、メモリデバイス、トランジスタ及びコンデンサのような半導体デバイスなどを採用することができる。加えて、本技術は、任意の数のシステムと共に実施することができ、説明されるシステムは、この技術のための例示的な用途に過ぎない。更に、本技術は、電圧を測定すること、電流を測定すること、電池の容量を計算すること、様々な数学的計算を実行すること、データを記憶することなどのために任意の数の従来技術を採用することができる。

【0031】

本技術の様々な態様による電力供給制御回路のための方法及び装置は、家電、ポータブルデバイス、電池式加熱デバイスなどの任意の好適な電子システム及び／又はデバイスと共に動作し得る。図１を参照すると、例示的なシステム１００は、再充電可能電池１０５によって給電される加熱素子１２０と、加熱素子１２０に供給される電力の量を制御するための制御回路１１０と、を含む。例えば、システム１００は、液体１３０を収容する蒸気カートリッジ１２５を含む電子タバコを含み得る。例示的な実施形態では、システム１００は、ユーザが吸引力（すなわち、吹かし）を電子タバコに適用したときを検出するためのセンサ１１５を更に含み得、これは、加熱素子１２０を起動させる。システム１００は、「燃焼」をシミュレートするために、及び／又は吸引力に対する視覚応答を提供するために、発光ダイオード（ＬＥＤ）１３５を更に含み得る。

【0032】

電池１０５は、加熱素子１２０、並びに／又は、ＬＥＤ１３５及び制御回路１１０など、システム１００内にある他の構成要素に電力を供給する。電池１０５は、リチウムイオン電池を含み得る。あるいは、電池１０５は、ニッケル金属水素化物電池、ニッケルカドミウム電池、又はリチウムコバルト、リン酸鉄リチウム、チタン酸リチウム、若しくはリチウムポリマー電池のようなリチウム系電池などを含み得る。

【0033】

加熱素子１２０は、赤外線加熱器素子、フォトニック源、又は誘導加熱器素子など、電気加熱器を含み得る。加熱素子１２０は、加熱ワイヤ又はフィラメントとして実装され得る。加熱素子１２０は、ドープされたセラミックス、電気的「伝導性」セラミックス（例えば、二ケイ化モリブデンなど）、炭素、黒鉛、金属、金属合金、並びに、セラミック材料、及び／又は金属材料から作製された複合材料など、抵抗材料を含み得る。このような複合材料は、ドープされた又はドープされていないセラミックスを含み得る。好適なドープされたセラミックスの例としては、ドープされた炭化ケイ素が挙げられる。好適な金属の例としては、チタン、ジルコニウム、タンタル、及び白金族からの金属が挙げられる。好適な金属合金の例としては、ステンレス鋼、ニッケル含有合金、コバルト含有合金、クロム含有合金、アルミニウム－チタン－ジルコニウム含有合金、ハフニウム含有合金、ニオブ含有合金、モリブデン含有合金、タンタル含有合金、タングステン含有合金、スズ含有合金、ガリウム含有合金、マンガン含有合金、金含有合金、鉄含有合金、並びに、ニッケル、鉄、コバルト、ステンレス鋼、Ｔｉｍｅｔａｌ（登録商標）及び鉄－マンガン－アルミニウム系合金に基づいた超合金が挙げられる。複合材料では、電気抵抗材料は、エネルギー移動の動態及び所望の外部物理化学的特性に応じて、任意選択的に、絶縁材料に埋め込まれるか、若しくは絶縁材料で封入若しくはコーティングされてもよく、又はその逆であってもよい。

【0034】

制御回路１１０は、センサ１１５からの入力信号など、様々な入力信号に従って、電池１０５、加熱素子１２０、及びＬＥＤ１３５の機能を制御及び／又は管理する。制御回路１１０は、所望の出力及び／又は制御信号を提供するために共に動作する様々な回路及び／又はシステムを含んでいる集積回路を含み得る。

【0035】

例示的な実施形態によれば、制御回路１１０は、電池１０５に接続されており、電圧、電流、温度などの様々な電池特性を測定し得る。

【0036】

例示的な実施形態によれば、図２を参照すると、制御回路１１０は、加熱素子１２０への電力の制御、電池管理（例えば、充電／放電サイクル）など、システム１００の様々な機能を制御するか、ないしは別の方法で管理するために共に動作する、燃料ゲージ回路２０５、論理回路２１５、メモリ２１０、信号発生器回路２２０、及びタイマー２２５を含む。制御回路１１０は、単一チップ上の集積回路として形成されてもよく、又は複数のチップにわたって集積されてもよい。

【0037】

例示的な実施形態によれば、制御回路１１０は、電池１０５を加熱素子１２０に選択的に接続する。例えば、制御回路１１０は、電池１０５を加熱素子１２０に対して電気的に接続及び切断するように動作する、電池１０５の端子と加熱素子１２０との間に位置付けられたスイッチ２００を含み得る。スイッチ２００は、２つ以上のデバイスの間に選択的接続を提供するのに適している任意のデバイスを含み得る。

【0038】

スイッチ２００は、電界を使用してデバイスの電気的挙動を制御する電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）などのトランジスタを含み得る。多くの異なる実装の電界効果トランジスタが存在する。電界効果トランジスタは、一般に、低い周波数において非常に高い入力インピーダンスを呈するので、望ましい実装であり得る。ドレイン端子とソース端子との間の伝導性は、デバイス内の電界によって制御され、この電界は、デバイスの本体とゲートとの間の電圧差によって生成される。

【0039】

メモリ２１０は、様々な電池データを記憶する。例示的な実施形態では、メモリ２１０は、図３のグラフに示されるデータなど、電池電圧値と容量値との関係を提供する既知のデータを含む第１のプロファイル２３０を含み得る。一般に、電池電圧は、概して、より高いＲＳＯＣ値ではより高くなり、より低いＲＳＯＣ値ではより低くなる。第１のプロファイル２３０に含まれる具体的なデータは、電池１０５が使用されるシステム１００をシミュレートする環境内で電池１０５を試験することによって決定され得る。第１のプロファイル２３０は、論理回路２１５及び／又は燃料ゲージ回路２０５によってアクセス可能なルックアップテーブル又は任意の他の好適な記憶デバイスとして実装され得る。

【0040】

例示的な実施形態では、メモリ２１０は、図４のグラフに示されるデータなど、電池抵抗値と容量値との関係を提供する既知のデータを含む第２のプロファイル２３０を更に含む。第２のプロファイル２３５に含まれる具体的なデータは、電池１０５が使用されるシステム１００をシミュレートする環境内で電池１０５を試験することによって決定され得る。第２のプロファイル２３０は、論理回路２１５及び／又は燃料ゲージ回路２０５によってアクセス可能なルックアップテーブル又は任意の他の好適な記憶デバイスとして実装され得る。

【0041】

メモリは、図５Ａ～図５Ｃのグラフに示されるデータなど、加熱器素子抵抗値と時間との関係を提供する既知の加熱器素子データを含む第３のプロファイル２４０を更に含み得る。第３のプロファイル２４０に含まれる具体的なデータは、加熱素子１２０が使用されるシステム１００をシミュレートする環境内で加熱素子１２０を試験することによって決定され得る。一般に、加熱器素子１２０に電力が印加されると、加熱器素子１２０は時間０において初期抵抗を有し、加熱素子抵抗は、その材料特性に従って経時的に増加、減少、又は一定に留まり得る。第３のプロファイル２４０は、論理回路２１５及び／又は燃料ゲージ回路２０５によってアクセス可能なルックアップテーブル又は任意の他の好適な記憶デバイスとして実装され得る。

【0042】

メモリ２１０は、所定の目標電力値「Ｐｏｗｅｒ２」を記憶するように更に構成され得る。所定の目標電力値「Ｐｏｗｅｒ２」は、特定のシステム実装の仕様に従って変化し得る。例えば、所定の目標電力値「Ｐｏｗｅｒ２」は、加熱素子１２０の最大電力定格及び最大電流定格など、様々な加熱素子仕様、並びに、電池の種類（例えば、リチウムイオン、ＮｉＣｄ、ＮｉＭＨなど）、電池の基準電圧、電池の公称電圧、電池の充電電流など、様々な電池仕様に基づき得る。

【0043】

メモリ２１０は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、又は、フラッシュメモリなど、不揮発性メモリとして実装され得る。システム１００の特定の実装に対して１つのタイプのメモリがより適し得るので、特定のメモリ実装が、システム１００の特定の実装に従って選択され得る。

【0044】

燃料ゲージ回路２０５は、様々な入力を受信し、電圧、電流、電池容量（パーセントで表される充電率（ＳＯＣ）又は相対充電率（ＲＳＯＣ）としても表現され得る）、電池の動作モード（例えば、充電及び放電）、劣化度（ＳＯＨ）など、様々な電池特性を監視及び／又は測定するように構成され得る。燃料ゲージ回路２０５はまた、充電及び放電を制御するための制御信号など、受信した入力信号及び／又は電池特性に応じて様々な種類の制御信号を生成してもよい。燃料ゲージ回路２０５は、任意の数の好適な回路及び／又はシステムを含み得、大規模集積（ＬＳＩ）回路の形態でなど、任意の好適な方法で実装され得る。

【0045】

例示的な実施形態によれば、燃料ゲージ回路２０５は、第１のプロファイル２３０から関連データを取得し、関連データを利用して電池１０５の容量（ＲＳＯＣ）を判定するように構成されている。例えば、燃料ゲージ回路２０５は、最初に、従来の電圧感知方法及び技術を使用して電池１０５の実際の電圧を測定し得る。次いで、燃料ゲージ回路２０５は、測定された実際の電圧及び第１のプロファイル２３０に従って電池容量を判定し得る。例えば、３．６Ｖの測定された実際の電圧は、１５％のＲＳＯＣに対応する。

【0046】

燃料ゲージ回路２０５はまた、電池１０５の抵抗を判定するように構成されてもよい。例えば、燃料ゲージ回路２０５は、以前に判定された電池容量（ＲＳＯＣ）及び第２のプロファイル２３５を利用して抵抗を判定し得る。例えば、１５％のＲＳＯＣは、１５０オームの抵抗値に対応する。燃料ゲージ回路２０５は、判定された抵抗値を論理回路２１５に送信するように構成され得る。

【0047】

論理回路２１５は、様々な計算を実行し、メモリ２１０からデータを抽出し、電池１０５及び／若しくは加熱素子１２０に関連するときに関連データを受信し、並びに／又は様々な制御信号を供給するように構成され得る。例えば、論理回路２１５は、燃料ゲージ回路２０５及び／又はメモリ２１０に接続され得る。例示的な実施形態によれば、論理回路２１５は、信号発生器回路２２０に更に接続され、第１の制御信号を信号発生器回路２２０に提供し得る。論理回路２１５は、任意の好適なデバイス及び／又はシステムを含み得、ハードウェア、論理ゲートなどの使用によって実現され得る。

【0048】

例示的な実施形態によれば、論理回路２１５は、最大電力値「Ｐｏｗｅｒ１」を計算するように構成されており、最大電力値は、Ｐｏｗｅｒ１＝Ｖ２／（Ｒ１＋Ｒ２）（式１）として説明され、式中、Ｖは電池１０５の測定された実際の電圧であり、Ｒ１は電池１０５の判定された抵抗値であり、Ｒ２は加熱素子１２０の抵抗値である。

【0049】

論理回路２１５は、第３のプロファイル２４０から加熱素子１２０の抵抗値Ｒ２を取得するように構成され得る。例えば、加熱素子１２０の抵抗値Ｒ２は、開始抵抗（時間０における抵抗値）であり得るか、又は動作時の抵抗値（時間０後の抵抗値）であり得る。したがって、論理回路２１５は、加熱素子１２０が動作している時間の長さに基づいて適切な抵抗値を選択し得る。

【0050】

様々な実施形態によれば、論理回路２１５は、判定された電池抵抗Ｒ１及び測定された電池電圧に従って電池電流Ｉを更に計算し得る（すなわち、Ｉ＝Ｖ／Ｒ）。次いで、論理回路２１５は、電池電流とＲＳＯＣ値との関係を説明する、例えば、メモリ２１０に記憶された、第４のプロファイル（図示せず）を利用することによってＲＳＯＣ値を確認し得る。

【0051】

信号発生器回路２２０は、スイッチ２００を動作させるための第２の制御信号を生成する。例示的な実施形態によれば、信号発生器回路２２０は、方形波及び可変デューティサイクルを有するＰＷＭ信号を生成するパルス幅変調回路として実装され得る。パルス幅変調回路は、従来の回路を含み得る。ＰＷＭ信号のデューティサイクルは、計算された最大電力「Ｐｏｗｅｒ１」に対する所定の目標電力「Ｐｏｗｅｒ２」値の比である（すなわち、ＰＷＭ＝Ｐｏｗｅｒ２／Ｐｏｗｅｒ１（式２））。したがって、ＰＷＭ信号が高位であるとき、スイッチ２００は閉鎖によって応答し（スイッチはオンである）、それにより、電池１０５を加熱素子１２０に接続する。対照的に、ＰＷＭ信号が低位であるとき、スイッチ２００は開放によって応答し（スイッチはオフである）、それにより、電池１０５を加熱素子１２０から切断する。

【0052】

様々な実施形態によれば、制御回路１１０は、時間間隔（期間）を追跡及び測定するためのタイマー回路２２５を更に含み得る。例えば、タイマー回路２２５は、スイッチ２００が最初に閉じているときに測定を開始し（ｔ＝０）、タイマー回路２２５が１００ｍｓ毎などの所定のタイマー値に達したときにタイマー信号を論理回路２１５に送信し得る。論理回路２１５がタイマー信号を受信すると、論理回路２１５は、その特定のタイマー値に対応する新しい加熱素子抵抗値に従って最大電力値「Ｐｏｗｅｒ１」を再計算する。論理回路２１５は、第３のプロファイル２４０から新しい加熱抵抗値を取得し得る。

【0053】

例示的な動作では、図１、図３、図４、及び図６を参照すると、制御回路１１０は、最初に、電池１０５の実際の電圧を測定し得る。次いで、制御回路１１０は、測定された実際の電圧を第１のプロファイル２３０と併せて利用して、電池１０５のＲＳＯＣを判定し得る（６００）。例えば、燃料ゲージ回路２０５は、メモリ２１０から、測定された実際の電圧に対応するＲＳＯＣ値を取得し得る。

【0054】

次いで、制御回路１１０は、（工程６００からの）判定されたＲＳＯＣを第２のプロファイル２３５と併せて利用して、電池抵抗を判定し得る（６０５）。例えば、燃料ゲージ回路２０５は、メモリ２１０から、判定されたＲＳＯＣに対応する抵抗値を取得し得る。

【0055】

次いで、制御回路１１０は、測定された実際の電圧、電池抵抗値Ｒ１、及び加熱素子抵抗値Ｒ２に従って最大電力「Ｐｏｗｅｒ１」を計算し得る（６１０）。例えば、論理回路２１５は、電池の測定された実際の電圧、電池抵抗値Ｒ１、及び加熱素子抵抗値Ｒ２を燃料ゲージ回路及び／又はメモリ２１０から受信及び／又は取得し得る。

【0056】

次いで、制御回路１１０はＰＷＭ信号を計算し得（６１５）、ＰＷＭ信号は、所定の電力を最大電力で除したものとして定義される（すなわち、Ｐｏｗｅｒ２／Ｐｏｗｅｒ１）。例えば、信号発生器回路２２０は、計算された最大電力「Ｐｏｗｅｒ１」を論理回路２１５から受信し得、所定の目標電力値「Ｐｏｗｅｒ２」をメモリ２１０から取得し得る。

【0057】

次いで、制御回路１１０は、ＰＷＭ信号に従ってスイッチ２００を動作させ得る（６２０）。例えば、ＰＷＭ信号が５０％である場合、１回のデューティサイクルについて、スイッチ２００は、時間の半分で閉じていて、残りの半分で開いている。同様に、ＰＷＭ信号が３０％である場合、１回のデューティサイクルについて、スイッチは、時間の３０％で閉じていて、時間の７０％で開いている。

【0058】

本動作は、図５Ｃに示しされるような、加熱器素子１２０の抵抗特性が経時的に一定である場合に使用され得る。

【0059】

代替動作では、図１、図３、図４、図５Ａ、図５Ｂ、及び図７を参照すると、制御回路１１０は、最初に、電池１０５の実際の電圧を測定し得る。次いで、制御回路１１０は、測定された実際の電圧を第１のプロファイル２３０と併せて利用して、電池１０５のＲＳＯＣを判定し得る（７００）。例えば、燃料ゲージ回路２０５は、メモリ２１０から、測定された実際の電圧に対応するＲＳＯＣ値を取得し得る。

【0060】

次いで、制御回路１１０は、（工程７００からの）判定されたＲＳＯＣを第２のプロファイル２３５と併せて利用して、電池抵抗を判定し得る（７０５）。例えば、燃料ゲージ回路２０５は、メモリ２１０から、判定されたＲＳＯＣに対応する抵抗値を取得し得る。

【0061】

次いで、制御回路１１０は、測定された実際の電圧、電池抵抗値Ｒ１、及び加熱素子抵抗値Ｒ２に従って最大電力「Ｐｏｗｅｒ１」を計算し得る（７１０）。例えば、論理回路２１５は、電池の測定された実際の電圧、電池抵抗値Ｒ１、及び加熱素子抵抗値Ｒ２を燃料ゲージ回路及び／又はメモリ２１０から受信及び／又は取得し得る。

【0062】

次いで、制御回路１１０はＰＷＭ信号を計算し得（７１５）、ＰＷＭ信号は、所定の電力を最大電力で除したものとして定義される（すなわち、Ｐｏｗｅｒ２／Ｐｏｗｅｒ１）。例えば、信号発生器回路２２０は、計算された最大電力「Ｐｏｗｅｒ１」を論理回路２１５から受信し得、所定の目標電力値「Ｐｏｗｅｒ２」をメモリ２１０から取得し得る。

【0063】

次いで、制御回路１１０は、ＰＷＭ信号に従ってスイッチ２００を動作させ得る（７２０）。例えば、ＰＷＭ信号が５０％である場合、１回のデューティサイクルについて、スイッチ２００は、時間の半分で閉じていて、残りの半分で開いている。同様に、ＰＷＭ信号が３０％である場合、１回のデューティサイクルについて、スイッチは、時間の３０％で閉じていて、時間の７０％で開いている。

【0064】

本実施形態によれば、制御回路１１０は、最大電力「Ｐｏｗｅｒ１」を計算するために使用される加熱素子抵抗値Ｒ２を周期的に調整し得る（７２５）。例えば、１００ｍｓなどの所定の期間後、論理回路２１５は、経過した時間に対応する新しい抵抗値Ｒ２を取得し、新しい最大電力を計算し得る。加熱素子抵抗Ｒ２は時間と共に増加するため、新しい最大電力値は、時間０で計算された値よりも小さくなる。次いで、信号発生器回路２２０は、新しい最大電力値を使用してＰＷＭ比を更新し得、それに応じて、信号発生器回路２２０は、スイッチ２００を動作させる。

【0065】

本動作は、図５Ａ及び図５Ｂに示しされるような、加熱器素子１２０の抵抗特性が経時的に変化する（増加又は減少する）場合に使用され得る。そのため、加熱素子抵抗値Ｒ２は周期的に調整され得る。例えば、タイマー２２５が所定の経過した時間に到達すると、論理ユニット２１５は、最大電力「Ｐｏｗｅｒ１」を再計算し、上記の式１中の変数「Ｒ２」は、経過した時間に対応する更新された加熱素子抵抗値である。対照的に、加熱素子１２０が、図５Ｃに示されるような、安定した特性を呈する場合、上記の式１は初期の加熱素子抵抗値を用いて計算され、換言すれば、変数「Ｒ２」は、時間０での初期の加熱素子抵抗値である。

【0066】

従来のシステムでは、電池１０５から加熱素子１２０に供給される電力は、様々な電池容量値にわたって安定ではない（例えば、図８に示すように）。しかしながら、本技術の実施形態は、動作中に（例えば、図９に示すように）ＰＷＭ比率を調整し、したがって、電池１０５は、（例えば、図１０に示すように）加熱素子１２０に安定した供給電力を提供する。

【0067】

前述の説明において、本技術は、特定の例示的な実施形態を参照して説明されてきた。図示及び説明される特定の実装は、技術及びその最良の形態の例示であり、いかなる場合でも本技術の範囲を別様に限定することを意図するものではない。実際に、簡潔にするために、方法及びシステムの従来の製造、接続、調製、及び他の機能的態様は、詳細に説明されない場合がある。更に、様々な図に示される接続線は、様々な要素の間の例示的な機能的関係及び／又は工程を表すことを意図している。実用的なシステムにおいては、多くの代替的又は追加の機能的関係又は物理的接続が存在し得る。

【0068】

本技術は、特定の例示的な実施形態を参照して説明されてきた。しかしながら、本技術の範囲から逸脱することなく、様々な修正及び変更を行うことができる。説明及び図面は、限定的ではなく、例示的に見なされるべきであり、そのような全ての修正は、本技術の範囲内に含まれることが意図される。したがって、技術の範囲は、単に上述の特定の実施例によるのではなく、記載されている一般的な実施形態及びそれらの法的等価物により、決定されるべきである。例えば、任意の方法又はプロセスの実施形態に記載される工程は、特に明示的な記載のない限り、任意の順序で実行されてもよく、特定の実施例で提示される明示的な順序に限定されない。更に、任意の装置の実施形態に記載される構成要素及び／又は要素は、本技術と実質的に同じ結果を生成するために、様々な順列で組み立てられるか、ないしは別の方法で動作可能に構成されてもよく、したがって、特定の実施例に記載される特定の構成に限定されない。

【0069】

特定の実施形態に関する利益、他の利点及び問題に対する解決策が上述されてきた。しかしながら、任意の利益、利点、問題に対する解決策、又は任意の特定の利益、利点、若しくは解決策を生じさせるか、又はより顕著にさせ得る任意の要素は、重要な、必要とされる又は必須の特徴若しくは構成要素として解釈されるべきではない。

【0070】

用語「含む（comprises）」、「含む（comprising）」、又はそれらの任意の変形は、非排他的な包含に言及することを意図しており、そのため、要素のリストを含むプロセス、方法、物品、組成物又は装置は、記載された要素のみを含むのではなく、そのようなプロセス、方法、物品、組成物又は装置には明示的に列挙されておらず、それらに固有でもない他の要素も含み得る。具体的に記載されていないものに加えて、本技術の実施に使用される上述の構造、配置、用途、割合、要素、材料、又は構成要素の他の組み合わせ及び／又は修正は、同一の一般原則から逸脱することなく、変更されるか、ないしは別の方法で特定の環境、製造仕様、設計パラメータ又は他の動作要件に特に適合されてもよい。

【0071】

本技術は、例示的な実施形態を参照して上述されてきた。しかしながら、本技術の範囲から逸脱することなく、例示的な実施形態に対する変更及び修正が行われてもよい。これら及び他の変更又は修正は、以下の特許請求の範囲で表される本技術の範囲内に含まれることが意図されている。

【0072】

一態様によれば、電池によって給電される発熱素子を制御するように適合された制御回路は、第１のプロファイル及び第２のプロファイルを含む既知の電池データを記憶するように構成されたメモリと、メモリ及び電池と通信する燃料ゲージ回路であって、第１及び第２のプロファイルに従って電池の抵抗を判定するように構成されている、燃料ゲージ回路と、燃料ゲージ回路に接続された論理回路であって、判定された抵抗に基づいて第１の電力値を計算するように構成されている、論理回路と、論理回路に応答する信号発生器回路であって、計算された第１の電力値に従って制御信号を生成するように構成されている、信号発生器回路と、を含み、制御回路は、制御信号に従って電池を加熱素子に選択的に接続する。

【0073】

一実施形態では、電池の抵抗を判定することは、電池の実際の電圧を測定することと、第１のプロファイルを利用して、測定された実際の電圧に従って電池の容量を判定することと、第２のプロファイルを利用して、判定された容量に従って電池の抵抗を判定することと、を含む。

【0074】

一実施形態では、論理ユニットは、開始時間における加熱素子の第１の抵抗値に更に基づいて第１の電力を計算する。

【0075】

一実施形態では、メモリは、加熱素子の抵抗値と時間との関係を含む第３のプロファイルを更に含む。

【0076】

一実施形態では、制御回路は、経過した動作時間を測定するためのタイマーを更に含み、経過した動作時間は開始時間から測定される。

【0077】

一実施形態では、タイマーが所定の経過した動作時間に達すると、論理ユニットは、加熱素子の第２の抵抗値と、第３のプロファイルと、に従って新しい第１の電力を計算する。

【0078】

一実施形態では、制御回路は、電池と加熱素子との間に位置付けられたスイッチを更に含み、スイッチは、制御信号に応答し、電池を加熱素子に電気的に接続する。

【0079】

一実施形態では、第１のプロファイルは、電池電圧値と電池容量値との関係を含み、第２のプロファイルは、電池抵抗値と電池容量値との関係を含む。

【0080】

一実施形態では、制御信号は、計算された第１の電力に対する所定の目標電力の比を含む。

【0081】

別の態様によれば、電池から加熱素子への電力の送達を制御する方法は、電池の実際の電圧を測定することと、測定された実際の電圧及び第１の既知の電池データに従って電池の容量を判定することと、判定された容量及び第２の既知の電池データに従って電池の抵抗を判定することと、電池の判定された抵抗及び加熱素子の抵抗に従って第１の電力を計算することと、所定の目標電力と計算された第１の電力との比を計算することと、計算された比に従って電池を加熱素子に電気的に接続することと、を含む。

【0082】

一動作では、発熱素子の抵抗は、発熱素子が新品のときの発熱素子の初期抵抗値である。

【0083】

一動作では、第１の既知の電池データは、電圧値と容量値との関係を含み、第２の既知の電池データは、電池の抵抗値と容量値との関係を含む。

【0084】

一動作では、方法は、経過した動作時間を測定することと、加熱素子の経時劣化した抵抗値を判定することであって、既知の発熱素子データ及び経過した動作時間値を利用することを含む、ことと、を更に含む。

【0085】

一動作では、加熱素子の抵抗は、判定された経時劣化した抵抗である。

【0086】

更に別の態様によれば、加熱素子を給電するためのシステムは、加熱素子に電力を供給するように構成された電池と、制御信号に従って電池から加熱素子への電力の送達を制御するように構成された制御回路と、を含み、制御信号は、計算された第１の電力及び所定の目標電力に基づき、計算された第１の電力は、加熱素子の抵抗及び電池の抵抗に基づく。

【0087】

一実施形態では、制御回路は、電池電圧値と電池容量値との関係を含む第１のプロファイルと、電池抵抗値と電池容量値との関係を含む第２のプロファイルと、を記憶するように構成されたメモリを含む。

【0088】

一実施形態では、制御回路は、電池の実際の電圧を測定し、測定された実際の電圧及び第１のプロファイルに従って電池の実際の容量を判定するように更に構成されている。

【0089】

一実施形態では、制御回路は、電池の測定された実際の容量及び第２のプロファイルに従って電池の抵抗を判定するように更に構成されている。

【0090】

一実施形態では、メモリは、加熱素子の抵抗値と時間との関係を含む第３のプロファイルを記憶するように更に構成されている。

【0091】

一実施形態では、制御信号は、計算された第１の電力に対する所定の目標電力の比である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図5C】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【手続補正書】

【提出日】2024-07-24

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のチップにわたって集積され、且つ、誘導加熱器素子を含む加熱素子に供給される電力の量を制御する制御回路と、
前記加熱素子及び前記制御回路に電力を供給する再充電可能電池と、
を含む電池式加熱デバイスであって、
前記制御回路は、
前記再充電可能電池を前記加熱素子に対して電気的に接続及び切断するように動作する電界効果トランジスタを含むスイッチと、
前記スイッチを動作させるための第１の制御信号を生成する信号発生器回路と、
前記信号発生器回路に接続され、且つ、第２の制御信号を前記信号発生器回路に提供する論理回路と、を含む電池式加熱デバイス。

【請求項2】

請求項１に記載の電池式加熱デバイスであって、
前記制御回路は、前記再充電可能電池の電圧を測定し、測定した前記再充電可能電池の電圧並びに前記再充電可能電池の電圧及び容量値の関係から前記再充電可能電池の容量を判定する燃料ゲージ回路をさらに含み、
前記論理回路は、判定された前記再充電可能電池の容量に基づき、前記第２の制御信号を前記信号発生器回路に提供するように構成される電池式加熱デバイス。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の電池式加熱デバイスであって、
前記論理回路は、
時間と前記誘導加熱器素子の抵抗値との関係を表すプロファイルに基づき、前記誘導加熱器素子の抵抗値を取得し、
取得した前記誘導加熱器素子の抵抗値に基づき、前記第２の制御信号を前記信号発生器回路に提供するように構成される電池式加熱デバイス。

【請求項4】

請求項３に記載の電池式加熱デバイスであって、
前記制御回路は、前記プロファイルを含むフラッシュメモリをさらに含む電池式加熱デバイス。

【手続補正3】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００１

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0001】

本発明は、加熱素子に電力を送達するための制御回路及び方法、並びに、電池式加熱デバイスに関する。

【外国語明細書】