在為輸液幫浦設計鋰電池組時，您需要滿足嚴格的電池管理系統 (BMS) 要求。電池管理系統必須確保安全性、可靠性，並符合安全標準和認證要求。您需要配備堅固耐用的保險絲和安全開關，以及先進的監控功能。下表重點介紹了關鍵標準和保護功能：
標準/功能 | 產品說明 |
|---|---|
ISO 13485 | 確保嚴格的流程 醫生 電池製造的安全性和可靠性。 |
CE | 表明符合歐盟市場的安全標準。 |
UL | 證明該電池符合特定安全標準。 |
IEC | 確保符合國際安全和性能標準。 |
過充保護 | 防止過度充電，避免電池損壞。 |
短路保護 | 防止因意外電氣連接造成的損壞。 |
熱調節 | 控制溫度，避免過熱和潛在危險。 |
關鍵要點
優先考慮輸液幫浦鋰電池組的電氣安全。實施完善的監控措施，防止過熱短路。
確保符合IEC和FDA標準。記錄所有電池管理系統功能，以維護安全性和效能。
整合先進的保護電路，例如PCM和ASIC。這些電路可以提高安全性，改善電池效能，並減少維修需求。
第一部分：醫療器材中的電池管理系統需求與安全性
1.1 輸液幫浦電池組的電氣安全
在設計輸液幫浦鋰電池組時，必須優先考慮電氣安全。電池管理系統在保護病患和醫護人員方面發揮著至關重要的作用。鋰電池存在一些需要解決的風險：
鋰離子電池可能會經歷 熱失控這可能會導致火災或爆炸，尤其是在壓力下。
在高壓氧艙等環境中，氧氣含量增加會使材料更易燃，增加起火的風險。
設備必須使用與氧氣相容的材料，以最大程度地降低火災風險。
電池故障 可能導致化學危害，威脅病人健康和工作人員安全。
您需要實施有效的電池管理策略來防止此類事件發生。 電池管理系統 應持續監測每個鋰電池的溫度、電流和電壓。這種監測有助於檢測異常的充電或放電事件，這些事件可能導致過熱或短路。您還必須確保電池管理系統包含過充、過放和短路保護等保護功能。
請注意： 大多數輸液幫浦召回事件都源自於電池故障。這些故障通常是由設計缺陷或製造缺陷造成的，導致電池過熱，設備意外關機。如果低電量警報功能失效，則會增加患者健康風險。
您應該查閱已記錄的事故，以了解電氣安全措施不足的後果：
事件類型 | 產品說明 |
|---|---|
電源（檢測）失敗 | 設備突然停止運行，導致治療和資料遺失。 |
電池放電 | 過度放電會損壞電池，中斷治療。 |
組件故障 | 感知器故障、泵門損壞和流量限制器故障，導致運轉問題。 |
您必須檢查電池組是否有損壞、液體滲漏或碎屑。損壞的鋰電池可能會觸發警報，過熱會導致元件熔化或電路短路。您應避免使用端子腐蝕的電池，並立即更換任何損壞的零件。
1.2 法規遵循：IEC 和 FDA 標準
在設計醫療設備的電池管理系統時，必須符合嚴格的監管標準。 IEC 61000-4-2 標準概述了靜電放電 (ESD) 的抗擾度要求和測試方法。此標準確保您的電池組能夠承受操作人員和附近人員的放電，從而維持設備性能和患者安全。
IEC 61000-4-2 規定了接觸放電電壓和空氣放電電壓的測試等級：
級別（接觸） | 電壓（接觸） | 水平（空氣） | 電壓（空氣） |
|---|---|---|---|
1 | 2kV | 1 | 2kV |
2 | 4kV | 2 | 4kV |
3 | 6kV | 3 | 8kV |
4 | 8kV | 4 | 15kV |
您必須遵循詳細的測試、校準和測量不確定度程序。電池管理系統應具備抗靜電放電能力，確保在臨床環境中可靠運作。
FDA 也要求您遵守醫療器材的安全和性能標準。您必須記錄所有電池管理系統的功能，包括保護功能和監控功能。您應保持與其他泵浦電子設備的兼容性，並確保電池監控單元與主控制器之間的通訊。
您必須解決電池召回事件中最常見的幾個原因：
電池損壞可能會觸發警報。
使用者應檢查電池倉內是否有液體或碎屑。
電路板內部損壞會導致元件過熱和熔化。
電池隔膜損壞或有異物進入電池可能會造成電路短路。
電池損壞會導致「電池電量低」或「電池耗盡」的警報。
您必須設計電池管理系統，以最大限度地提高能源效率、維持最佳溫度並確保安全的充放電循環。您應實施先進的監控和通訊協議，以支援健康資料的完整性和設備的可靠性。
滿足電池管理系統 (BMS) 的要求和監管標準，才能確保輸液幫浦對患者的安全、性能和健康。您必須整合強大的保護功能，並嚴格管理鋰電池參數，以確保醫療器材的合規性和可靠性。
第二部分：3S-5S電池組的保護設計
2.1 核心電池管理系統保護功能：過充、過放、過流、短路
對於輸液幫浦中使用的3S-5S鋰電池組，您必須在每個電池管理系統中實施強大的保護功能。這些功能旨在保障患者健康和設備可靠性。最關鍵的保護功能包括過充保護、過放保護、過電流保護和短路保護。您需要監控每個鋰電池的電壓、電流和溫度，以防止危險事件的發生。
您應該遵循行業最佳實踐進行防護設計：
充電過壓保護
充電過流保護
充電/放電過溫保護
反極性保護
短路保護
過壓和深度放電保護
您必須為每個參數設定精確的閾值。下表總結了鋰電池化學系統的典型值，例如： 鋰離子, 磷酸鐵鋰，以及其他：
參數 | 定義 | 設計基礎 | 典型值 |
|---|---|---|---|
過充電電壓（VC） | 最大安全充電電壓 | 電池化學（LCO ≤4.25V） | 4.25V±0.05V |
過放電電壓 (VD) | 最小安全放電電壓 | 防止銅溶解（LFP ≥2.5V） | 2.50V±0.08V |
過電流（OC） | 安全放電電流閾值 | 內阻 + 熱限制 | 電動工具：30安培；耳機：3安培 |
短路響應時間 | 電路切斷前的延遲 | 平衡安全性和避免誤觸發 | 200微秒–1毫秒 |
電池組的設計必須包含物理和機械屏障，以防止電芯間和電芯與外殼間發生短路。這種方法可以降低災難性故障的風險。此外，還應使用充放電控制電路來管理電流，確保安全。
您必須將每節電池的過充保護電壓設定為 4.25V，因此 5 串電池組的總電壓不得超過 21.25V。過放保護的觸發電壓應為每顆電池 2.8V，5 串電池組的總電壓應為 14.0V。為確保安全，您應將最大脈衝電流限制在 30A。這些閾值可確保電池管理系統防止因異常充電或放電事件造成的損壞。
小提示: 請務必確認您的電池管理系統 (BMS) 要求符合最新的監管標準和製造商關於鋰電池安全的規範。
2.2 高階保護電路：PCM 和 ASIC 集成
透過整合保護電路模組 (PCM) 和專用積體電路 (ASIC)，您可以提高電池管理系統的安全性和可靠性。這些組件為您的鋰電池組增加了進階監控和控制功能。
下表列出了PCM和ASIC整合的主要優勢：
企業優勢 | 產品說明 |
|---|---|
過充保護 | 防止電池不穩定以及因過度充電而導致的過熱或爆炸等潛在危險。 |
過放電保護 | 防止電池過度放電，從而保護電池免受過度壓力，並延長電池壽命。 |
附加安全功能 | 具備短路保護、溫度保護及靜電放電保護功能。 |
PCM和ASIC的整合能為您帶來以下幾個好處：
先進的安全措施，例如熱管理和故障診斷
透過電芯均衡和精確的荷電狀態估算來提升電池性能
使用 PCM 5S BMS 可提高可靠性，確保關鍵醫療設備效能穩定可靠。其整合的保護功能包括過壓保護、欠壓保護、過電流保護和過熱保護。這些功能可穩定電池組並延長其使用壽命。
PCM 和 ASIC 的整合也降低了維護需求。您可以受益於自我調節和異常自動警報，從而減少頻繁的人工檢查。這種方法有助於確保健康資料的完整性和設備的持續運作。
2.3 設計考量：電池均衡、散熱管理、緊湊外形尺寸
在為輸液幫浦中的3S-5S鋰電池組開發電池管理系統時，必須應對幾個設計挑戰。這些挑戰包括電池均衡、熱管理以及與泵浦電子元件的緊湊整合。
電池平衡技術
您可以從三種主要的細胞平衡方法中進行選擇：
被動平衡：利用電阻器對高荷電狀態的電池進行放電，使其與低荷電狀態的電池相符。這種方法簡單且成本低廉，但會以熱量的形式浪費能量。
主動均衡：利用專用電路在電池組之間轉移電荷。這種方法可以節省能量，但會增加成本和複雜性。
混合均衡：結合被動和主動方法來優化電池均衡和能量效率。
熱管理和溫度控制
您必須實施熱管理系統，以確保所有鋰電池的工作溫度在安全範圍內。持續的溫度監測有助於您檢測過熱並防止熱失控。您應使用溫度感測器和控制電路，根據需要調整充放電速率。
緊湊外形尺寸和集成
便攜式輸液幫浦面臨嚴格的空間和重量限制。下表比較了兩種主流輸液幫浦系統：
規格 | B Braun Infusomat 太空輸液系統 | Sigma Spectrum 6.05.14 無線 B/G |
|---|---|---|
高度 | 4.9在 | 5.8在 |
總長: | 2.7在 | 4.2在 |
信號寬度 | 8.4在 | 2.5在 |
重量 | 3 lbs | 25 盎司 ± 1 盎司（708 克 ± 28 克） |
附輸液架夾重 | 不適用 | 33.5 盎司 ± 1 盎司（950 克 ± 28 克） |
您必須設計出既能滿足緊湊尺寸要求，又能保持高效能和安全性的電池管理系統。您應優先考慮設備的便攜性和患者的舒適度。高效的鋰電池技術可支援長時間運行，並減少頻繁充電的需求。
請注意： 在競爭激烈的醫療器材市場中，電池續航力是一項關鍵的差異化因素。體積更小、續航時間更長的電池能夠提升設備效能和使用者滿意度。
必須確保與泵浦電子元件相容，並保持強大的通訊和監控能力。 客製化電池解決方案 可進一步提升緊湊型系統的效能。
透過專注於先進的保護電路、精確的監控和高效的設計，您可以滿足輸液幫浦嚴格的電池管理系統 (BMS) 要求。在每種應用中，您都能確保患者健康、設備安全和符合法規要求。
透過滿足3S-5S鋰電池組的嚴格BMS要求，您可以增強輸液幫浦的安全性和可靠性。先進的保護電路有助於防止電氣故障，並符合IEC和FDA標準。
常見問題
用於輸液幫浦的鋰離子電池組和磷酸鐵鋰電池組的主要差異是什麼？
化學 | 平台電壓 | 能量密度 (Wh/kg) | 循環壽命（循環） |
|---|---|---|---|
鋰離子 | 3.7V | 180-250 | 500-2,000 |
磷酸鐵鋰 | 3.2V | 100-180 | 2,000-5,000 |
如何 Large Power 支援為醫療器材製造商提供客製化的BMS解決方案？
您可以自訂配備先進電池管理系統 (BMS) 功能的鋰電池組設計。訪問 Large Power 客製化諮詢 尋求專家指導。
為什麼3S-5S鋰電池組需要電芯均衡？
確保每個電芯均勻充放電。這可以最大限度地延長電池壽命，保障安全，並防止關鍵醫療應用中的容量損失。
