磁悬浮心脏泵用锂电池SOC估算系统的研究与设计

发布时间：2020-11-10 00:08

　　心力衰竭是世界医学界面临的一个严峻问题,人工心脏泵的问世为心力衰竭提供了一条有效的治疗途径。不同于普通电子产品,在磁悬浮心脏泵系统中,供电电池的性能与剩余电量的多少直接关系着使用者的生命安全,因此电池的能量管理系统(Battery Manage System,BMS)十分重要,而电池的荷电状态(State of Charge,SOC)的精确估计又是电池能量管理系统中的关键技术。电池的荷电状态,俗称电池剩余电量,它无法像燃油箱中的汽油一样能简单直接的测量出来,而是需要通过电池的电压,电流、内阻等基本特征量,结合相应的理论模型间接估算。对于磁悬浮心脏泵系统,拥有一套先进的供电电源和电量管理系统至关重要。本课题基于人工心脏泵用锂电池和SOC管理系统的研究现状,并结合目前锂电池和SOC估算方法的发展现状,对磁悬浮心脏泵用锂电池SOC估算系统进行了研究与设计。在研究与设计过程中,本文的具体工作包括:建立了所使用的锂电池的数学模型,对模型的参数进行了最优估计;为精确估算锂电池SOC,介绍了 EKF算法和UKF算法关于锂电池SOC估算的具体步骤,结合磁悬浮心脏泵的工作电流特点,在三种模拟工况下进行了两种算法的仿真,对比了两种算法的性能。提出了一种UKF和AH法结合的复合算法估算策略,并对该算法的估算精度、速度、复杂度进行了仿真验证;在设计过程中,基于低功耗、高精度、小体积的设计要求,提出了锂电池SOC在线估算系统的嵌入式设计;将所设计的嵌入式装置接入磁悬浮心脏泵系统,分别进行了锂电池充电实验、数据采集模块检测误差试验和锂电池SOC估算实验,并对数据结果进行了分析。结果表明,本文所设计的SOC估算系统功耗低、精度高、体积小,能很好地实现锂电池的安全有效的监督和管理,对维持磁悬浮心脏泵的正常运行和使用者的生命安全做出保障。
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM912
【部分图文】：

示意图,磁悬浮,植入体,经皮

人工心脏泵是近些年来成为研宄热点的一种机械心室辅助装置，它能辅助甚??至取代心脏堯成循环功能。目前，人工心脏泵主要应用在三个方面：（１）心脏移植??的过渡桥梁；（２）心肌恢复的过渡支持；（３）永久植入Ｐ，３Ｉ。图１－１为模拟人体佩戴??的第三代磁悬浮心脏泵的整体图示［４］。??纖??％??图１－１磁悬浮心脏泵连接示意图??图中，心脏泵的泵体植入体内，由经皮电缆与体外腰正前方位置的控制器连??接，控制器通过电源线与两侧的供电电池连接。作为整个系统的供电装置，电池??的性能和管理系统对于病人的生命安全有着重要的影响。近几十年来，电源技术??的发展为人工心脏泵的发展注入了新的活力，从Ｊａｒｖｉｋ２０００早期使用的铅酸蓄电??池到如今在第三代磁悬浮心脏泵中广泛使用的锂离子电池，在体积重量不断减小??１??

示意图,磁悬浮,心室辅助装置,铅酸