Kannettava IVD-analysaattori voi odottaa tuntikausia testien välillä ja kuluttaa sitten huomattavasti enemmän virtaa näytteen käsittelyyn, lämpötilan säätöön, optisiin mittauksiin tai tiedonsiirtoon. Sen akun on kestettävä koko tämä sekvenssi, ei vain keskimääräistä kuormitusta. Jos ulkoinen virransyöttö katkeaa, vaadittu vaste voi olla meneillään olevan määrityksen suorittaminen loppuun, tietojen säilyttäminen tai määritetyn määrän testien jatkaminen.
Tekniikka räätälöidyt litium-akkupaketit Näiden instrumenttien osalta aloitetaan kolmesta erillisestä budjetista: varavirrankulutus, huippukuormituskyky ja käytettävissä oleva varaenergia. Kenno-, rakennusautomaatio- ja isäntävirransyöttöarkkitehtuurin on täytettävä kaikki kolme yhdessä.
Nopea vastaus: Mittaa akun puolen kulutus jokaisessa toimintatilassa, tallenna pahimman mahdollisen pulssivirran ja keston ja määritä, minkä virran on jatkuttava ulkoisen virrankatkoksen jälkeen. Valitse analysaattorin kanssa yhteensopiva akun jännitealue ja mitoita sitten energia muunnoshäviöiden, ikääntymisen, lämpötilan ja varavirran mukaan. Validoi koko analysaattori realistisilla määritysprofiileilla sen sijaan, että olettaisi tietyn topologian takaavan ajonajan.
Keskeiset ostokset
Erillinen toimitus, sammutettu tallennustila, lepotila ja testivalmis valmiustila.
Laske elektroninen varauksenkulutus ampeeritunneina; arvioi kemiallinen itsepurkautuminen erikseen.
Valitse sarja- ja rinnakkaiskytkentä jännitealueelta, energia- ja virtavaatimuksista.
Rinnakkaiskennoryhmä ei ole itsenäinen varavirtalähde.
Vahvista testin suorittaminen, tietojen eheys ja hälytykset akun määritellyn käyttökatkoksen tilanteessa.
Osa 1: Laadi moodikohtainen tehobudjetti
1.1 Määritä analysaattorin todelliset toimintatilat
Valmiustila voi tarkoittaa nukkuvaa ohjainta tai lämpötilaohjattua laitetta, joka on valmis käynnistymään välittömästi. Näillä tiloilla on hyvin erilaiset vaatimukset. Määritä kullekin tilalle vaadittu heräämisaika, säilytettävät tiedot, kellotoiminto ja kommunikaatiokäyttäytyminen. Akun säilytysvaatimusten on perustuttava tuotteen suunniteltuun jakelu- ja huoltosykliin, ei oletettuun 12–24 kuukauden säilyvyyteen, joka on lainattu toiselta komponentilta.
tila | Mahdolliset kuormat | Suunnittelukysymys |
|---|---|---|
Toimitus tai pitkäaikainen varastointi | Jäännössuojaus ja vuoto | Paljonko varausta jää jäljelle määritetyn säilytysajan jälkeen? |
uni | Herätyspiiri, kello, mittari ja säännölliset tarkastukset | Kuinka nopeasti ja luotettavasti analysaattorin on herättävä? |
Valmiustilassa | Ohjain, näyttö, liitettävyys ja mahdollinen lämmönsäätö | Mitkä toiminnot on pidettävä aktiivisina? |
Määritys | Lämmittimet, moottorit, optiikka, prosessointi ja pumput, jos sellaisia on | Mitkä kuormat ovat päällekkäisiä ja määrittävät huipun? |
Varmuuskopiointi | Määritellyt määritys- ja datan säilytystoiminnot | Mitä on jatkettava ulkoisen virrankatkoksen jälkeen? |
1.2 Laske elektroninen tyhjennys oikein
Vakiovirralla suoraan akusta Qlost (Ah) = I (A) × aika (h). Havainnollistavana laskutoimituksena 10 µA 8 760 tunnin aikana kuluttaa 0.0876 Ah eli 1.75 % 5 Ah akusta. 1 µA:n virralla 720 tunnin aikana tyhjennys on 0.00072 Ah eli 0.0144 % tästä kapasiteetista. Nämä luvut eivät sisällä itsepurkautumista eivätkä muita kuormia.
Muuntajien takana olevien kuormien osalta ota huomioon muunnoshyötysuhde ja lepotilan häviöt. Mittaa keskimääräinen akkupuolen virta säännöllisten herätysjaksojen aikana, ei pelkästään hiljaisen jakson aikana. Ota huomioon suojaus-IC, mittari, isäntävuoto, laturin vastavirtavuoto, jakopiirit, indikaattorit ja mahdollinen tasapainotustoiminta. Sarjapaketteja käytettäessä epätasainen valvontavuoto voi aiheuttaa epätasapainoa, vaikka kokonaisvirta vaikuttaisi pieneltä.
1.3 Käsittele itsepurkautumista erillisenä mekanismina
Elektroninen vuoto ja kemiallinen itsepurkautuminen ovat eri asioita. Itsepurkautuminen riippuu kennon tietystä rakenteesta, säilytyslämpötilasta, varaustilasta, iästä ja kunnosta. Älä määritä yleistä kuukausittaista prosenttiosuutta NMC:lle tai LFP:lle äläkä ekstrapoloi lyhyttä testiä vuosien varastointiaikoihin ilman tukevia todisteita. Kalenterivanheneminen vähentää myös toimituskapasiteettia eikä ole sama asia kuin palautuva varaushäviö.
Suorita säilytystestejä aiotuissa olosuhteissa. Mittaa jäljellä oleva varaus, palautuskapasiteetti latauksen jälkeen, jännitehajonta ja heräämiskäyttäytyminen. Määritä alkuperäinen varastointitilan varaustila, latausvälit ja kuljetuksen tai huollon edellyttämät vähimmäisolosuhteet.
Osa 2: Vähennä valmiustilan kulutusta menettämättä valmiutta
2.1 Lepo- ja toimitustilan tarkistaminen järjestelmätasolla
Lepo- ja toimitustilan toiminnot ovat laitekohtaisia. Virransäästötila ei välttämättä irrota kuormaa, eikä kuorman irtikytkentätila estä kennon itsepurkautumista tai sisäistä tyhjentymistä. Tarkista täydellinen kytkentäkaavio, suojauskäyttäytyminen, herätevirran lähde ja lämpötilasta riippuva vuoto.
Kuormakytkimet voivat eristää näytön, radion ja muut ei-välttämättömät toiminnot. Säilytä vain käyttövaatimusten edellyttämät toiminnot. Tarkista, että tietoliikenne- tai mittausnastat eivät voi vahingossa syöttää takaisin virtaa irti kytketylle alueelle. Vahvista palautuminen tyhjentyneellä akulla ja pitkän säilytyksen jälkeen.
2.2 Koko kokoonpanon mittaaminen
Testaa edustavilla tuotantokokoonpanoilla suunnitellulla laiteohjelmistolla ja lisävarusteilla. Piirilevyn kontaminaatio, kosteus ja komponenttien toleranssit voivat vaikuttaa vuotoihin. Puhdistus- tai pinnoitusmenetelmien tulisi olla käyttötarkoitukseen sopivia, eikä niiden tulisi olettaa takaavan pientä virtaa.
Käytä sekä pienille lepovirroille että suuremmille herätepulsseille soveltuvia mittareita. Mittaa riittävän pitkältä ajalta säännöllisen seurannan ja tiedonsiirron tallentamiseksi. TI:n lääketieteellisen suunnittelun resurssit tunnistaa matalan lepovirran elektroniikka yhtenä keinona pidentää akun käyttöikää; analysaattorin varsinainen budjetti vaatii silti mittauksia.
Osa 3: Huippukuormien ja jännitteen laskun suunnittelu
3.1 Akun navoissa kulkevan virran karakterisointi
Tallenna amplitudi, kesto, toistumistaajuus, käynnistysjännite ja samanaikaiset kuormat. Lämmittimen tai moottorin kysyntää ei voi vaihtaa lyhyeen mittauspulssiin. Sisällytä pienin tuettu pakettijännite: vakiotehoinen kuorma yleensä kuluttaa enemmän virtaa jännitteen laskiessa.
C-nopeus = virta (A) / kapasiteetti (Ah), arvioituna oikealla tasolla. Esimerkiksi 5 A:n pakettikuorma, jossa on kaksi mieluiten jaettua 2.5 Ah:n kennoa rinnakkaisryhmässä, antaa 2.5 A kennoa kohden, noin 1 C. Todellinen jako riippuu vastuksesta ja yhteenliitäntöjen symmetriasta. Käytä mallikohtaisia jatkuvia ja pulssirajoja, mukaan lukien pulssin kesto, lepoajat, SOC ja lämpötila.
3.2 Valitse jännite ja topologia vaatimuksista
5S2P-pakkauksessa on viisi sarjaan kytkettyä ryhmää, joissa on kaksi rinnakkain kytkettyä kennoa ryhmää kohden, yhteensä kymmenen kennoa. Kennojen nimellisjännite on 3.6–3.7 V ja enimmäisjännite 4.2 V, joten pakkauksen nimellisjännite on 18.0–18.5 V ja enimmäisjännite 21.0 V. Nämä arvot eivät koske eri kemikaaleja. Analysaattorin on hyväksyttävä koko hyväksytty purkaus-latausjännitealue.
Rinnakkaiskennot voivat lisätä kapasiteettia ja vähentää vastaavan ryhmän resistanssia, mutta ne eivät luo kahta itsenäisesti suojattua varapakettia. Kenno-oikosulku, jaetun rakennusautomaatiojärjestelmän vika tai yhteisen liittimen vika voi vaikuttaa koko kokoonpanoon. Kaikki redundanssivaatimukset edellyttävät erikseen analysoituja virtapolkuja ja vian eristämistä.
Arvioi I × R:n aiheuttama jännitekuilu, mukaan lukien kennoryhmät, johdotus, sulake, FETit ja liittimet, ja mittaa se sitten dynaamisesti. Rinnakkaislaskennan on täytettävä sekä energia- että lämpö-/virtavaatimukset. BMS on suojattava jokainen sarjaryhmä ilman häiritseviä laukaisuja hyväksyttyjen kuormitusmuutosten aikana.
3.3 Lisää pulssipuskurointi vain tasattuina
Kondensaattori tai superkondensaattori voi kestää lyhyitä transientteja, mutta se tarvitsee suunnitellun latausreitin, jänniteyhteensopivuuden ja kytkentävirtapiikin hallinnan. Suunnilleen vakion kondensaattorivirran saavuttamiseksi C ≥ I × Δt / ΔV. 5 A:n, 0.5 s:n pulssi, jonka sallittu kapasitiivinen lasku on 1 V, tarvitsee mieluiten vähintään 2.5 F ennen ESR:ää, toleransseja, ikääntymis- ja lämpötilamarginaaleja. Alkuperäinen ESR-lasku on lisäys.
Älä kytke superkondensaattoria suoraan akun päälle arvioimatta sen jänniteluokitusta, syöksyvirtaa, tasapainotustarpeita ja vikakäyttäytymistä. Vertaa puskurointia paremmin sopivan kennon käyttöön tai rinnakkaislukumäärän lisäämiseen.
Osa 4: Varaenergian koon määrittely määritellylle työnkululle
4.1 Määritä vaadittu tulos
Määritä, onko varmuuskopion suoritettava yksi määritys, tuettava aikaikkunaa, säilytettävä tulokset vai ylläpidettävä lämmönsäätöä. Määritä määritystyyppi, alkulataustila, vaaditut hälytykset ja toiminta, jos varavirtaa ei ole riittävästi toisen testin aloittamiseen. Yleinen kahden tunnin varmuuskopiointivaatimus tai 80 %:n puolustusministeriön sääntö ei sovi kaikille analysaattoreille.
Kuormituksen energia on Eload (Wh) = tehon integraali ajan funktiona. Yksinkertaistetussa tasaisessa tapauksessa 15 W kahden tunnin ajan vaatii 30 Wh kuormituksessa. 90 %:n muuntotehokkuudella akun toimittama energia on noin 33.3 Wh ennen varavirtaa ja alennusta. Ampeeritunnit kerrottuna ajalla eivät ole wattitunteja; jännite on sisällytettävä latauskapasiteettia energiaksi muunnettaessa.
4.2 Käytä eksplisiittisiä, validoituja marginaaleja
Havainnollistavana alustavana mallina, jos vain 80 % nimellisenergiasta on jäljellä käytön lopussa ja 90 % tästä on käytettävissä hyväksytyn jännite-/kuormitusikkunan sisällä, nimellisenergian tarve olisi vähintään 30 / (0.90 × 0.80 × 0.90) ≈ 46.3 Wh. Lisää mahdollinen erillinen määrityksen suorittamiseen tarvittava vara ja perusteltu lämpötilamarginaali. Nämä tekijät ovat suunnitteluoletuksia, eivät yleismaailmallisia akkujen nimellisarvoja, eivätkä ne saa laskea kahteen kertaan mitattuun käyttökelpoiseen energiaan jo tallennettuja vaikutuksia.
Pulssitettujen työnkulkujen osalta jäljellä olevien testien määrä tai konservatiivinen valmistumisindikaattori voivat olla hyödyllisempiä kuin pelkkä SOC. TI:n keskustelu pulssikuormituksen mittaamisesta korostaa jäljellä olevan varauksen ja hyödyllisten pulssien välistä eroa. Määritä ja validoi mittari todelliselle kennolle ja määritysprofiilille.
Osa 5: Analysaattorin ja sovellettavien standardien validointi
5.1 Testaa koko tehoarkkitehtuuri
Testi | Hyväksy kriteerit määrittelyä varten |
|---|---|
Pitkä säilytys ja herätys | Säilytetty energia, luotettava herätys ja turvallinen lataus. |
Pahimman mahdollisen määrityskuormituksen | Kiskon vakaus, hyväksyttävät lämpötilat ja ei tahatonta nollautumista. |
Ulkoisten lähteiden menetys ja palautuminen | Vaadittu määrityskäyttäytyminen, datan eheys ja kontrolloitu lähteen siirto. |
Kypsytetyt ja lämpötilakäsitellyt pakkaukset | Vaadittu käyttökelpoinen energia ja pulssikapasiteetti tietyissä rajoissa. |
Mittari-, anturi- ja tietoliikenneviat | Asianmukaiset hälytykset ja valvotut käyttörajoitukset. |
Laiteohjelmiston ja komponenttien muutokset | Toista kyseiset valmiustila-, huippukuormitus- ja varmuuskopiointitestit. |
Kirjaa muistiin pakkausversio, kennoerä, laiteohjelmisto, SOC-valmistelu, käsittely, kuormitusprofiili ja katkaisukriteerit. Käytä analyyttisen suorituskyvyn varmistamiseksi täydellistä analysaattoritestausta, jos virtahäiriöt voivat vaikuttaa mittaukseen; pelkkä ohjelmoitava kuorma ei voi varmistaa tulosten tarkkuutta.
5.2 Vältä virheellistä vaatimustenmukaisuusoletusta
IVD-laitteet edellyttävät tuotekohtaista standardien arviointia. IEC 61010-2-101 käsittelee IVD-lääkinnällisiä laitteita ja on tarkoitettu käytettäväksi standardin IEC 61010-1 kanssa. Älä esitä IEC 60601-1 -standardia automaattisesti hallitsevana standardina vain siksi, että analysaattoria käytetään terveydenhuollossa. Vahvista sovellettavat versiot ja markkinoiden vaatimukset laitteen vaatimustenmukaisuustiimiltä.
Akkujen turvallisuus- ja kuljetusvaatimukset, kuten IEC 62133-2, UL 2054 ja UN 38.3 soveltuvin osin, käsittelevät eri soveltamisalaa. ISO 13485 koskee laadunhallintaa, ei taattua käyttöaikaa. Yhdistä akun kelpuutus ja muutoshallintanäyttö laitteen validointisuunnitelmaan.
varten IVD-analysaattorin akun integrointi, tarjoavat moodivirrat, pulssijäljet, tulojänniterajat ja tarvittavan varmuuskopiointityönkulun. Pyydä räätälöityä akun tarkastusta ennen pakkausasettelun ja käyttöliittymän korjaamista.
FAQ
Sopiiko 5S2P kaikkiin kannettaviin IVD-analysaattoreihin?
Ei. Valitse topologia koko tulojännitealueelta, energiasta, huippuvirrasta, koteloinnista ja lämpövaatimuksista. 5S2P on yksi mahdollinen kokoonpano, ei vakioalusta.
Takaako lähetystila vuosien säilytyksen?
Ei. Tarkista jäännöspurkaus, kennon itsepurkautuminen, kalenterivanheneminen, herääminen ja jäljellä oleva käytettävissä oleva energia määritetyn aikavälin kuluessa.
Pitäisikö NMC:n itsepurkautumisen olettaa olevan 20–40 % kuukaudessa?
Ei. Se ei ole järkevä yleinen suunnitteluoletus. Hanki mallikohtaista näyttöä ja testaa koko kokoonpano aiotuissa säilytysolosuhteissa.
Tarjoaako rinnakkaisten solujen lisääminen varmuuskopiointiredundanssia?
Ei. Se lisää kapasiteettia ja virranjakokykyä. Itsenäinen varmuuskopiointi edellyttää analysoituja lähdepolkuja, suojausta ja vianeristystä.
Täytyykö suunnittelussa käyttää 80 %:n puolustusministeriön rajaa?
Ei. Valitse käyttökelpoinen käyttöikkuna kennorajojen, käyttöiän, kuormajännitevaatimusten ja reservipolitiikan joukosta ja vahvista se.
Mitkä muutokset vaativat uudelleenvalidoinnin suorituksen aikana?
Arvioi kennojen, akun suojauksen, liittimien, muuntimien, laiteohjelmiston ja määrityksen toiminnan muutoksia. Toista testit, joihin vaikuttavat muuttuneet tyhjennysvaiheet, huippukuormat, katkaisukäyttäytyminen tai lähteen vaihto.
