Nopea vastaus: Määrittele ensin, mitä IVD-analysaattorin on tehtävä, jos virta katkeaa kesken määrityksen: suoritettava ajo loppuun, säilytettävä tulokset ja tila vai pysäytettävä se turvallisesti. Mitoita varavirta-akku kyseisen tuloksen vaatimien kuormien ja ajan mukaan ja tarkista sitten se katkaisemalla virta edustavissa määrityksen vaiheissa.
Keskeiset ostokset
Sovita jokainen testivaihe sen todella tarvitsemaan tehoon. Päätä sitten, haluatko jatkaa, tallentaa laitteen nykyiseen sijaintiisi vai sammuttaa laitteen turvallisesti.
Valitse akkutyyppi ja BMS-ominaisuudet, jotka sopivat analysaattorisi virrankulutukseen ja analyysin eheyden tarpeisiin.
Mitoita varavirta valmiustilan tyhjennystä, huippukuormia ja käyntiaikaa varten käyttämällä tilakohtaista tehobudjettia.
Testaa virransyöttöjärjestelmäsi keskeytystesteillä jokaisessa määritysvaiheessa. Testaa myös akun käyttöiän alussa ja lopussa.
Noudata IEC 62133 -standardia ja pidä akkuyksikkösi hyvässä kunnossa säännöllisillä testeillä ja hyväksytyillä latureilla.
Osa 1: Määrityslaitteen suojaaminen virtakatkoksen aikana: Vaatimukset ja vikaantumistilat
1.1 Välttämättömät kuormat määritysvaiheittain
Et voi valita oikeaa akkukokoa ennen kuin tiedät, mitkä kuormat on pidettävä päällä. Listaa jokainen kuorma ja sen käyttämä määritysvaihe. Päätä sitten, mitkä kuormat kestävät sen ja mitkä voit irrottaa.
Määritysvaihe | Olennaiset kuormat | Aja läpi tai irtoa |
|---|---|---|
Reagenssien käsittely | Reagenssipumput, venttiilit, asentoanturit | Aja läpi |
itämisaika | Lämmittimen ohjaus, lämpötila-anturit | Aja läpi |
Detection | Optiikka, valoilmaisimet, signaalinkäsittely | Aja läpi |
Tietojen kirjaaminen | Muistiin kirjoittaminen, tulosten tallennus | Aja läpi |
Kylmävarasto | Näytteen ja reagenssien jäähdytys | Aja läpi tai irtoaa hetkeksi, jos lämpömassa pitää |
Myös määritysvaihe ratkaisee tuloksen. Reagenssien käsittelyn tai inkuboinnin aikana lyhyt keskeytys voi antaa analysaattorin viimeistellä määrityksen. Detektion aikana tilan tallentaminen ja jatkaminen suojaavat usein tulosta paremmin. Ajon loppuvaiheessa turvallinen sammutus voi olla ainoa rehellinen vaihtoehto. Kirjoita tämä kartoitus muistiin jokaiselle vaiheelle, koska se käyttää tarvitsemaasi varavirtaa.
1.2 Virtakatkosten aiheuttamat vikatilat
Sähkökatkos on vain yksi vikaantumistapa. Jännitekatkokset pudottavat jännitettä ilman täyttä häviötä. Jännite laskee millisekunteja ja voi nollata ohjaimen. Verkkovirran ja generaattorin väliset siirtotapahtumat aiheuttavat kytkentätransientteja. Jokainen niistä rasittaa analysaattoria eri tavalla, ja jokainen voi vioittaa käynnissä olevaa määritystä.
Jännitteenvakaaja tai ylijännitesuoja pistorasian ja analysaattorin välillä on edullinen ensisijainen päivitys. Se vaimentaa transientteja ja korjaa jännitteenlaskuja ennen kuin ne saavuttavat virtalähteen. Se ei korvaa akkua, mutta se lyhentää akun kuormituksen kestoa. Sitä kannattaa käsitellä ensimmäisenä kerroksena määrityksen suojaamisessa virtakatkoksen aikana ja litium-akkua toisena kerroksena.
Osa 2: Litium-akun kemia ja BMS-valinta
2.1 LCO:n, NMC:n, LiFePO4:n ja LMO:n yhteensovittaminen
Valitsemasi kemia määrittää akun tarjoaman energiatiheyden, syklin käyttöiän ja jännitealustan. Alla oleva taulukko näyttää kennotason viitealueet. Käytä niitä kenno-ohjeina, älä akun takuina, koska akun suunnittelu, lämmönsäätö ja purkaussyvyys muuttavat kaikki todellisia lukuja.
Kemia | Alustan jännite | Energiatiheys (Wh/kg) | syklit |
|---|---|---|---|
LCO | 3.7 V | 180-230 | 500-1,000 |
NMC | 3.6–3.7 V | 160-270 | 500-1,000 |
LiFePO4 | 3.2 V | 100-180 | 2,000-5,000 |
LMO | 3.7 V | 120-170 | 300-700 |
Jokainen kemia sopii parhaiten tiettyyn käyttötarkoitukseen. Verified Market Reportsin mukaan LCO toimii hyvin kompakteissa, tiheissä malleissa, kuten kädessä pidettävissä ja puetuissa laitteissa. NMC tasapainottaa energiatiheyden, käyttöiän ja kustannukset, joten se sopii sähköajoneuvoihin ja verkkovarastointiin. LMO sopii sähkötyökaluihin, sähköpyöriin ja joihinkin lääkinnällisiin laitteisiin, joissa turvallisuudella ja kustannuksilla on merkitystä. LiFePO4 tarjoaa pitkän käyttöiän ja vakaan suorituskyvyn vaativissa olosuhteissa. BateriaPower huomauttaa, että LiFePO4 tarjoaa varavirtalähteitä datakeskuksille, sairaaloiden ensiapujärjestelmille ja kannettaville varavirtalähteille. Puolijohde- ja litiummetallikennot ovat tulevaisuuden vaihtoehto tilarajoitteisiin analysaattoreihin.
Kannettavan IVD-analysaattorin tapauksessa kemia on sovitettava kuormitusprofiiliin. Pöytälaite, joka käyttää usein eri syklejä, voi suosia LiFePO4:ää. Kädessä pidettävä yksikkö, jolla on tiukat painorajoitukset, voi suosia NMC:tä tai LCO:ta. Verified Market Reportsin mukaan lääkinnälliset laitteet käyttävät jo nyt pieniä litiumioniakkuja kannettavissa diagnostiikkatyökaluissa, joissa turvallisuus ja pitkäikäisyys ovat etusijalla.
2.2 BMS-toiminnot määrityksen eheyden varmistamiseksi
Akun hallintajärjestelmä muuttaa kennopinon suojatuksi ja ennustettavaksi virtalähteeksi. Kolme toimintoa ovat tärkeimpiä määrityksen eheyden kannalta.
Nukkumismoodi vähentää valmiustilan virrankulutusta, kun analysaattori on käyttämättömänä ajojen välillä, joten akku säilyttää varauksen seuraavaa keskeytystä varten.
suojaus Estää ylilatauksen, ylipurkauksen, ylivirran ja oikosulut ennen kuin ne vahingoittavat kennoja tai pudottavat kiskon kesken määrityksen.
Seuranta seuraa kennon jännitettä, virtaa ja lämpötilaa ja raportoi lataustilan, jotta analysaattori tietää, kuinka paljon käyttöaikaa on jäljellä.
Nämä funktiot ansaitsevat huolellisen määrittelyn. Oppaamme Rakennusautomaatio- ja järjestelmäsuunnittelu kattaa arkkitehtuurin perusteellisesti. Teollisuus osoittaa hyödyt. KUKA raportoi, että robotit kokoavat ja tarkastavat nyt sähköajoneuvojen akunhallintajärjestelmiä, mikä osoittaa, kuinka kypsä tämä elektroniikan toimitusketju on tullut. Myös terveydenhuollon laitokset ovat riippuvaisia vakaista ympäristönsuojelutoimista, ja hyvin valvotulla pakkauksella on sama rooli analysaattorisi sisällä.
Osa 3: Varmuuskopiointisuunnittelu: Virran budjetointi ja ajonaikainen mitoitus
3.1 Liikennemuotoon perustuva budjetointi ja varavirtalähde
Aloita virrankulutuksen laskeminen mittaamalla, kuinka paljon akku kuluttaa kussakin toimintatilassa. Kirjaa ylös virrankulutus reagenssien käsittelyn, inkuboinnin, havaitsemisen ja lepotilan aikana. Jokainen tila antaa yhden luvun, ja yhdessä nämä luvut osoittavat, mihin akun energia todellisuudessa kuluu.
Valmiustilan tyhjennysvirta tarvitsee oman linjansa. Analysaattori voi seistä käyttämättömänä viikkoja ajojen välillä, ja pieni vuotovirta kasaantuu ajan myötä. Large-battery.com-blogi kannettavien IVD-analysaattoripakkausten suunnittelusta antaa toimivan esimerkin. 10 µA:n virrankulutus 8 760 tunnin aikana kuluttaa 0.0876 Ah eli 1.75 % 5 Ah:n paketista. 1 µA:n virrankulutus 720 tunnin aikana kuluttaa 0.00072 Ah eli 0.0144 % tästä kapasiteetista. Molemmat luvut eivät sisällä itsepurkautumista ja muita kuormia, joten niitä käsitellään pohjavirrana.
BMS-lepotila on tässä tärkein vipuvartesi. Hallintajärjestelmä sammuttaa valvontapiirit ja herää liipaisimesta, mikä vähentää tyhjäkäyntivirtaa ennen kuin se kuluttaa varavirtaa. Aseta lepotilan kynnys ja herätystila määritysaikataulun mukaisesti, jotta pakkaus pysyy valmiina seuraavaa keskeytystä varten.
3.2 Huippukuormitus- ja varaenergian mitoitus
Huippukuormat ja kokonaisenergia ovat eri ongelmia, ja yhden akun on ratkaistava molemmat. 5S2P-topologia auttaa tässä. Viisi sarjaan kytkettyä kennoa nostavat akun jännitettä ja kaksi rinnakkaista jonoa jakavat virran. Kumpikin jono kantaa puolet kuormasta, joten akun virtapulssi on suurempi kuin yhden jonon. Rinnakkaispari lisää myös kapasiteettia, mikä pidentää käyttöaikaa.
Lyhyillä transienteilla kondensaattori tai superkondensaattori voi puskuroida pulssin. Large-battery.com-blogi antaa yhtälön: kapasitanssin on oltava vähintään pulssivirta kertaa pulssin kesto jaettuna sallitulla jännitehäviöllä. 5 A:n, 0.5 sekunnin pulssi, jonka sallittu jännitehäviö on 1 V, tarvitsee mieluiten vähintään 2.5 F ennen ESR:ää, toleransseja, ikääntymistä ja lämpötilamarginaaleja.
Mitoita nyt energia. Blogi käyttää tasaista 15 W:n koteloa kahden tunnin ajan, mikä vaatii 30 Wh kuormitusta. 90 %:n muuntotehokkuudella akun on tuotettava noin 33.3 Wh ennen varavirtaa ja alennusta. Lisää selkeät marginaalit. Jos käyttöiän lopussa on jäljellä vain 80 % nimellistehosta ja 90 % tästä on käytettävissä hyväksytyn jännite- ja kuormitusikkunan sisällä, nimellistehon on saavutettava vähintään 30 / (0.90 × 0.80 × 0.90) ≈ 46.3 Wh. Lisää tähän mahdollinen erillinen määrityksen suorittamiseen tarvittava reservi ja perusteltu lämpötilamarginaali.
Älä kopioi yleismaailmallista kahden tunnin sääntöä tai kiinteää 80 %:n purkaussyvyyden rajaa jokaiseen analysaattoriin. Määrittele, mitä varavirran on tehtävä: suoritettava yksi määritys, pidettävä aikaikkuna, säilytettävä tulokset tai säilytettävä lämmönsäätely. Mitoita varavirran tyhjennys, huippukapasiteetti ja käytettävissä oleva varavirran energia yhdessä tämän määritelmän mukaisesti.
Osa 4: Virtalähteen arkkitehtuurin validointi standardeja vasten
4.1 Määrityssuojauksen validointi keskeytysten aikana
Testaus osoittaa, että suunnittelu todella toimii. Laadi keskeytystestaussuunnitelma, joka sopii määritysvaiheisiisi. Katkaise päävirta reagenssien käsittelyn ajaksi ja tarkista, että analysaattori suorittaa ajon loppuun. Katkaise virta tunnistuksen ajaksi ja tarkista, että se tallentaa tilansa ja jatkaa toimintaansa hyvällä tuloksella. Pysäytä myöhäisen vaiheen ajo ja tarkista, että se sammuu turvallisesti ilman vaurioituneita tietoja.
Suorita jokainen testi jokaiselle osan 1 vikatilalle. Täydellinen sähkökatkos, jännitehäviö, nopea jännitealenema ja verkkovirrasta generaattoriin tapahtuva siirto rasittavat akun eri tavoin. Kirjoita muistiin akun jännite, kiskojännite ja määritystulos jokaisesta kokeesta. Suorita testit akun käyttöiän alussa ja lopussa, koska vanhassa akussa on vähemmän varavirtaa.
Kirjoita muistiin kunkin vaiheen täydellinen toiminta, tallennustila tai turvasammutus. Tämä tallenne toimii todisteena siitä, että määrityksen suojaaminen virtakatkoksen aikana pitää paikkansa myös todellisissa olosuhteissa, ei vain paperilla.
4.2 Standardit, ylläpito ja tietojen eheys
IEC 62133-2 käsittelee kannettavien suljettujen akkujen ja kennojen turvallisuutta. Suunnittele litiumpakkauksesi sen mukaisesti ja säilytä testiraportit suunnitteluhistoriatiedostosi mukana. Yhdistä se alueellisiin lääkinnällisten laitteiden sähköturvallisuussääntöihin ja laadunhallintajärjestelmäsi tietueisiin.
Huolto pitää suojauksen toiminnassa analysaattorin käyttöiän ajan:
Pidä varavirtalähteet täyteen ladattuina juoksujen välillä.
Testaa pakettia kiinteän aikataulun mukaisesti ja kirjaa tulokset.
Käytä vain valmistajan hyväksymiä latureita ja lisävarusteita.
Valmistele näytteiden ja reagenssien kylmäsäilytys ennen kuin niitä uhkaa sähkökatkos.
Tietojen eheys riippuu kaikista neljästä. Akku, joka läpäisee keskeytystestin tänään, voi rikkoutua ensi vuonna ilman aikataulun mukaisia tarkastuksia. Käsittele akkua validoituna alijärjestelmänä, älä kulutusosana, joka vaihdetaan sen hajoaessa.
Määrityksen suojaaminen sähkökatkoksen aikana noudattaa yhtä ketjua. Ensin määritetään olennaiset kuormat ja vikatilat. Sitten valitaan kemia ja rakennusautomaatiojärjestelmätoiminnot. Seuraavaksi mitoitetaan varavirtalähde varavirrankulutusta, huippukuormia ja käyntiaikaa varten. Lopuksi koko suunnittelu validoidaan standardien mukaisesti. Määrityksen suojaus on arkkitehtuuripäätös, ei yksittäisen komponentin valinta. Dokumentoidaan täydellinen, tallennustilan tai turvallisen sammutuksen kartoitus jokaiselle määritysvaiheelle.
Anna laboratoriopäälliköille ja biolääketieteen insinööreille tämä tarkistuslista:
Lisää ylijännitesuoja pistorasian ja analysaattorin väliin.
Pidä varavirtalähteet täyteen ladattuina ja testaa niitä aikataulun mukaisesti.
Käytä vain valmistajan hyväksymiä latureita ja lisävarusteita.
Suorita keskeytystestit jokaisessa määritysvaiheessa, pakkauksen käyttöiän alussa ja lopussa.
FAQ
Mitkä määritysvaiheet vaativat täyden akunkestoa?
Reagenssien käsittely, inkubointi, havaitseminen ja tiedonkeruu vaativat kaikki läpivirtaussuojaa. Kylmäsäilytys voi menettää tehoaan hetkellisesti, jos lämpömassa pysyy yllä. Määritä jokaisen kuorman vaiheet ennen pakkauksen koon määrittämistä. Tämä kartoitus on ensimmäinen vaihe määrityksen suojaamisessa virtakatkoksen aikana.
Miten valitsen viimeistelyn, tilan tallentamisen ja turvallisen sammutuksen välillä?
Anna määritysvaiheen päättää. Varhaiset vaiheet voidaan usein suorittaa loppuun varavirralla. Havaitseminen hyötyy tilan tallentamisesta ja jatkamisesta. Myöhäisvaiheen ajot saattavat vaatia turvallisen sammutuksen. Dokumentoi valinta jokaiselle vaiheelle.
Poistaako ylijännitesuoja akun tarpeen?
Ei. Ylijännitesuoja tai jännitteenvakaaja tasoittaa transientteja ja jännitteenlaskuja ennen kuin ne saavuttavat virtalähteen. Se vähentää sitä, kuinka usein akun on kannettava kuormaa. Se ei voi suorittaa määritystä loppuun yksinään.
Miksi 5S2P-pakkaus auttaa huippukuormituksissa?
Viisi sarjaan kytkettyä kennoa nostavat pakkauksen jännitettä. Kaksi rinnakkaista jonoa jakavat virran, joten kumpikin jono kantaa puolet kuormasta. Rinnakkaispari lisää myös kapasiteettia. Kondensaattori voi puskuroida lyhyitä pulsseja tämän lisäksi.
Mikä standardi kattaa litium-akkujen turvallisuuden?
IEC 62133-2 käsittelee kannettavien suljettujen akkujen ja kennojen turvallisuutta. Suunnittele akkusi sen mukaisesti ja säilytä testiraportit suunnitteluhistoriatiedostossasi. Yhdistä se alueellisiin lääkinnällisten laitteiden sähköturvallisuussääntöihin.
Kuinka usein minun pitäisi testata varavirtaparisto?
Aseta kiinteä testiaikataulu ja kirjaa jokainen tulos. Suorita keskeytystestejä akun käyttöiän alussa ja lopussa, koska vanhassa akussa on vähemmän varausta. Pidä akku täyteen ladattuna testien välillä.
