تتطلب أجهزة تحليل التشخيص المختبري طاقة مستقرة لحماية دقة الاختبار وسلامة العينة واستمرارية التشغيل. جهاز مصمم بشكل صحيح حزمة بطاريات الليثيوم 5S2P يمكن أن توفر الجهد والسعة والتكرار اللازمين لأجهزة التشخيص المحمولة والمكتبية. ومع ذلك، فإن التكامل الآمن يعتمد على أكثر من مجرد تكوين الخلية. جودة الخلية، نظام إدارة البطارية (BMS) يجب أن تعمل الحماية والتصميم الحراري وإمكانية التتبع والامتثال على مستوى الجهاز معًا.
جواب سريع: يمكن لحزمة بطاريات 5S2P دعم أجهزة تحليل التشخيص المختبري (IVD) بأمان عندما يتوافق جهدها وسعتها مع حمل الجهاز، ويحمي نظام إدارة البطارية (BMS) كل مجموعة متسلسلة، ويتم التحقق من صحة نظام الطاقة المكتمل في ظل ظروف الاستخدام العادي وظروف العطل الفردي. بالنسبة لتصميم NMC نموذجي باستخدام خلايا 3.7 فولت، 2700 مللي أمبير/ساعة، توفر الحزمة جهدًا اسميًا يبلغ حوالي 18.5 فولت، وجهد شحن أقصى يبلغ 21.0 فولت، وسعة 5400 مللي أمبير/ساعة.
الوجبات السريعة الرئيسية
تعامل مع قيم الجهد والسعة ودرجة الحرارة على أنها خاصة بالتصميم وليست مواصفات عالمية لـ 5S2P.
استخدم نظام إدارة البطارية (BMS) المزود بوظائف الحماية من الشحن الزائد، والتفريغ الزائد، والتيار الزائد، وقصر الدائرة، ودرجة الحرارة، وموازنة الخلايا.
قم بالتحقق من صحة نظام الطاقة الكامل للجهاز الطبي وفقًا للمعايير المعمول بها؛ لا تصف IEC 60601 أو ISO 13485 على أنها شهادات للبطاريات.
الحفاظ على إمكانية تتبع الخلايا والدفعات، ومعدات الاختبار المعايرة، وضوابط الجودة الموثقة، ومعايير الاستبدال المحددة.
تحقق من وقت التشغيل، وذروة التيار، وسلوك الشحن، والأداء الحراري في ظل ملف تعريف التشغيل الفعلي للمحلل.
الجزء الأول: متطلبات السلامة لحزم بطاريات الليثيوم 5S2P
1.1 الأداء الكهربائي والاستقرار
يربط تكوين 5S2P خمس مجموعات من الخلايا على التوالي وخليتين على التوازي داخل كل مجموعة. يحدد التوصيل على التوالي جهد الحزمة، بينما يزيد التوصيل على التوازي من السعة وقدرة التيار.
مثال على المواصفات | القيمة النموذجية |
|---|---|
كيمياء الخلية | بطارية ليثيوم أيون NMC |
جهد الخلية الاسمي | 3.7V |
الجهد الاسمي للحزمة | 18.5V |
الحد الأقصى لجهد الشحن | 21.0V |
مثال على سعة الخلية | نوع البطارية : ليثيوم أيون |
مثال على سعة التغليف | نوع البطارية : ليثيوم أيون |
الاعداد | 5S2P |
تصف هذه القيم تصميمًا نموذجيًا واحدًا، وليس كل حزمة 5S2P. يجب التأكد من سعة الخلية، وقدرة التفريغ، وعمر الدورة، وحدود درجة الحرارة، وفولتية القطع من مواصفات الخلية المختارة والتحقق منها على مستوى الحزمة.
بالنسبة لأجهزة تحليل التشخيص المختبري، يجب أن تشمل الاختبارات تيار بدء التشغيل، والحمل المستمر، والطلب العابر، وسلوك انخفاض مستوى الشحن، وانتقالات الشاحن، وتبديل الطاقة الاحتياطية. قد تتسبب البطارية التي تستوفي متطلبات الجهد الاسمي في إعادة ضبط جهاز التحليل إذا انخفض الجهد بشكل مفرط أثناء ذروة الحمل.
1.2 حماية نظام إدارة البطارية
يُعد نظام إدارة البطارية (BMS) طبقة الحماية الإلكترونية الرئيسية بين الخلايا والشاحن والمحلل. وينبغي أن يراقب كل مجموعة متسلسلة بدلاً من الاعتماد فقط على إجمالي جهد الحزمة.
وظيفة BMS | الهدف |
حماية فاحش | يتوقف الشحن عندما تتجاوز مجموعة الخلايا الحد الأعلى المعتمد لها |
حماية الإفراط في التفريغ | يمنع استنزاف الخلايا الضار |
حماية التيار الزائد | يقطع تيار الشحن أو التفريغ غير الطبيعي |
دائرة قصر الحماية | يستجيب بسرعة للأعطال الكهربائية الخطيرة |
مراقبة درجة الحرارة | يقيد التشغيل خارج حدود درجة الحرارة المعتمدة |
موازنة الخلية | يقلل من تباين الجهد بين مجموعات التوالي |
مراقبة الدولة | يدعم SOC وSOH وتسجيل الأعطال وقرارات الصيانة |
ينبغي أن تستند عتبات الحماية إلى حدود الشركة المصنعة للخلايا وتحليل مخاطر الأجهزة الطبية. ولا ينبغي اعتبار قيم مثل 4.25 فولت أو 2.8 فولت لكل خلية إعدادات عامة.
بالنسبة لأجهزة التحليل الحساسة، قد يتواصل نظام إدارة البطارية (BMS) مع الجهاز المضيف عبر SMBus أو I²C أو CAN أو UART أو أي واجهة أخرى معتمدة. يجب أن يستجيب جهاز التحليل بشكل متوقع لتحذيرات انخفاض السعة، وأعطال درجة الحرارة، وفقدان الاتصال، وحالات نهاية العمر الافتراضي.
1.3 السلامة الحرارية والبيئية
يجب التحقق من الأداء الحراري داخل غلاف المحلل النهائي. قد تختلف درجة حرارة الخلية اختلافًا كبيرًا عن درجة الحرارة المحيطة بسبب تيار الشحن، وحرارة المعالج، ومحدودية تدفق الهواء، ووجود إلكترونيات الطاقة المجاورة.
ينبغي أن يشمل التحقق من التصميم ما يلي:
أقصى الأحمال المستمرة وأحمال الذروة
الشحن أثناء تشغيل المحلل
انسداد أو انخفاض التهوية
درجات الحرارة المحيطة المرتفعة والمنخفضة
التنظيف والتعقيم المتكرر
شروط التخزين والنقل
سيناريوهات الأعطال الفردية عند الحاجة
يجب أن تتوافق نطاقات درجات حرارة الشحن والتفريغ مع مواصفات الخلية المختارة. عادةً ما يكون الشحن أكثر حساسية لدرجة الحرارة من التفريغ، خاصةً عند درجات حرارة أقل من الصفر المئوي. ينبغي لنظام إدارة البطارية (BMS) منع الشحن خارج النطاق المعتمد بدلاً من الاعتماد فقط على تعليمات التشغيل المكتوبة.
الجزء الثاني: التكامل وإدارة الجودة
2.1 التجميع والتتبع
يتطلب التكامل الموثوق مطابقة دقيقة للخلايا، ولحامًا محكمًا، وعزلًا فعالًا، وتجميعًا دقيقًا للموصلات، وتصميمًا متقنًا للهيكل. يجب أن تكون كل وحدة قابلة للتتبع إلى دفعة خلاياها، وإصدار نظام إدارة البطارية، وتاريخ إنتاجها، وسجل اختبارها، وموادها الأساسية.
ينبغي أن تشمل ضوابط الجودة ما يلي:
فحص سعة الخلية الواردة والمقاومة الداخلية
مطابقة الخلايا قبل التجميع
التحقق من قوة اللحام ومقاومة الوصلات
فحص العزل والقطبية
اختبار وظائف نظام إدارة المباني
اختبار الشحن والتفريغ والسعة
التفتيش البصري والأبعادي النهائي
الترقيم التسلسلي والاحتفاظ بسجلات الإنتاج
يجب أن يمنع تصميم العبوة أيضًا التركيب غير الصحيح، وانعكاس الموصل، وتآكل الكابل، ودخول السوائل، والإجهاد الميكانيكي أثناء الصيانة.
2.2 المراقبة والمعايرة والصيانة
يجب معايرة أجهزة اختبار البطاريات، ومجسات درجة الحرارة، ومسجلات البيانات، ومعدات القياس الكهربائية وفقًا لجداول زمنية موثقة. قد تخفي بيانات القياس غير الموثوقة عدم توازن الخلايا، أو فقدان السعة، أو توليد حرارة غير طبيعي.
ينبغي على جهاز التحليل مراقبة المعايير ذات الصلة وتقديم تحذيرات قابلة للتنفيذ. قد تشمل معايير الصيانة انخفاض وقت التشغيل، أو وقت الشحن غير الطبيعي، أو عدم توازن الجهد المفرط، أو ارتفاع المقاومة الداخلية، أو التورم، أو التلف، أو أعطال نظام إدارة البطارية المتكررة، أو حالات الإغلاق غير المتوقعة.
ينبغي استبدال البطارية وفقًا لمعايير خدمة معتمدة، وليس بناءً على عدد دورات شحن ثابت. يعتمد العمر الافتراضي الفعلي للبطارية على تركيبها الكيميائي، وعمق تفريغها، وجهد الشحن، ودرجة الحرارة، واستهلاك التيار، وظروف التخزين، والتقادم الزمني.
2.3 المعايير والاعتبارات التنظيمية
تختلف المتطلبات المطبقة باختلاف المنتج والسوق وتصميم البطارية وطريقة النقل. ومن المراجع الشائعة ما يلي:
معيار IEC 62133-2 للخلايا والبطاريات المحمولة القابلة لإعادة الشحن
اختبار نقل بطاريات الليثيوم UN 38.3
معيار UL 2054 حيثما ينطبق على حزم البطاريات المنزلية والتجارية
معيار IEC 60601-1 للمعدات الكهربائية الطبية المكتملة
معيار ISO 13485 لنظام إدارة جودة الأجهزة الطبية الخاص بالشركة المصنعة
متطلبات نظام الجودة الصادرة عن إدارة الغذاء والدواء الأمريكية للأجهزة المسوقة في الولايات المتحدة
ينبغي تحديد هذه المتطلبات بشكل صحيح. ينطبق معيار IEC 60601-1 على المعدات الطبية ونظام الطاقة الخاص بها، بينما يتناول معيار ISO 13485 نظام إدارة الجودة في المؤسسة. ولا ينبغي تقديم أي منهما كمجرد شهادة لحزمة بطاريات.
الأسئلة الشائعة
ما هو الجهد الذي توفره بطارية الليثيوم 5S2P؟
توفر حزمة بطاريات NMC من نوع 5S2P عادةً جهدًا اسميًا يبلغ حوالي 18.5 فولت، ويصل إلى 21.0 فولت عند الشحن الكامل. يعتمد نطاق التشغيل الدقيق على الخلايا المختارة وإعدادات قطع نظام إدارة البطارية (BMS).
هل توفر تقنية 5S2P دائمًا سعة 5400 مللي أمبير/ساعة؟
لا. سعة الحزمة تساوي ضعف سعة خلية واحدة في تكوين 5S2P. خليتان بسعة 2700 مللي أمبير/ساعة موصلتان على التوازي توفران 5400 مللي أمبير/ساعة، بينما خليتان بسعة 3500 مللي أمبير/ساعة توفران حوالي 7000 مللي أمبير/ساعة.
كيف يُحسّن نظام إدارة المباني (BMS) سلامة أجهزة تحليل التشخيص المختبري (IVD)؟
يقوم نظام إدارة البطارية (BMS) بمراقبة جهد مجموعة الخلايا، وتيار البطارية، ودرجة الحرارة. ويمكنه إيقاف الشحن أو التفريغ عند حدوث ظروف غير آمنة، كما يمكنه توفير معلومات تشخيصية للمحلل.
ما هي المعايير التي ينبغي أخذها في الاعتبار؟
ينطبق معيار IEC 62133-2 ومعيار UN 38.3 بشكل عام على سلامة البطاريات ونقلها. وينطبق معيار IEC 60601-1 على المعدات الكهربائية الطبية الجاهزة، بينما ينطبق معيار ISO 13485 على نظام إدارة الجودة الخاص بالشركة المصنعة.
أين يمكن للمصنعين الحصول على حلول بطاريات مخصصة؟
Large Power ويوفر حلول البطاريات الطبية وتطبيق محدد تصميم بطارية مخصص يشمل ذلك اختيار الخلايا، وتطوير أنظمة إدارة البطاريات، والتكامل الميكانيكي، والاختبار، وتتبع الإنتاج.
