CN108578043A - 人造肛门括约肌电池防爆装系统 - Google Patents

Abstract

一种人造肛门括约肌电池防爆装系统，包括：手持式遥控器和与之无线连接的电池防爆盒、设置于盒内的电池以及与电池相连的电池电压实时监控电路以及分别与电池电压实时监控电路相连的充电管理电路和直流稳压电路，其中：电池防爆盒充有灌注胶，电池电压实时监控电路采集电池电压样本信息，经模数转换后将电池电压样本信息发送至手持式遥控器上，手持式遥控器经电压比对后发出电池状态信号，充电管理电路将电池电压样本信息与电池电压进行比对，进行涓流、恒流以及恒压三个模式的切换并进行充电过程管理，直流稳压电路根据电池电压样本信息中整流后的电压的大小对应采用不同的稳压方式。本发明针对引起锂电池爆炸的原因，设计了电池充电管理电路，并且针对有可能产生爆炸的结果，设计了防爆壳。

Description

人造肛门括约肌电池防爆装系统

技术领域

本发明涉及的是一种医疗器械领域的技术，具体是一种用于降低人造肛门括约肌所使用锂电池爆炸性并减少爆炸危害的人造肛门括约肌电池防爆装系统。

背景技术

由于植入式设备对尺寸、重量、以及在体内长时间在体使用的要求，锂电池被选择给全系统进行供电。而锂电池的使用本身就带来了自燃、爆炸的风险。引起锂电池爆炸的原因有：外部短路、内部短路及过充三种。

外部系指电芯的外部，包含了电池组内部绝缘设计不良等所引起的短路。当电芯外部发生短路，电子组件又未能切断回路时，电芯内部会产生高热，造成部分电解液汽化，将电池外壳撑大。当电池内部温度高到135摄氏度时，质量好的隔膜纸，会将细孔关闭，电化学反应终止或近乎终止，电流骤降，温度也慢慢下降，进而避免了爆炸发生。但是，细孔关闭率太差，或是细孔根本不会关闭的隔膜纸，会让电池温度继续升高，更多的电解液汽化，最后将电池外壳撑破，甚至将电池温度提高到使材料燃烧并爆炸。

内部短路是因为铜箔与铝箔的毛刺穿破隔膜，或是锂原子的树枝状结晶穿破膈膜所造成。

过充则是因为过充后极片上到处都是针状锂金属结晶，导致到处都在发生微短路。因此，电池温度会逐渐升高，最后高温将电解液气体。这种情形，不论是温度过高使材料燃烧爆炸，还是外壳先被撑破，使空气进入与锂金属发生激烈氧化，都会引发爆炸。

除了以上爆炸原因，由于人造肛门括约肌系统采用无线经皮供能系统为锂电池充电，无线能量传输工程中，会产生涡流效应，该效应会使电池发热，也有可能引起电池爆炸。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种人造肛门括约肌电池防爆装系统，针对引起锂电池爆炸的原因，设计了电池充电管理电路，并且针对有可能产生爆炸的结果，设计了防爆壳。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：手持式遥控器和与之无线连接的带有线圈的电池防爆盒、设置于盒内的电池、电池电压实时监控电路、充电管理电路和直流稳压电路，其中：电池防爆盒内充有灌注胶，与电池相连的电池电压实时监控电路采集电池电压样本信息，经模数转换后将电池电压样本信息发送至手持式遥控器上，手持式遥控器经电压比对后发出电池状态信号，充电管理电路将电池电压样本信息与电池电压进行比对，进行涓流、恒流以及恒压三个模式的切换并进行充电过程管理，直流稳压电路接收来自线圈的感应电流，经整流根据电压大小对应采用不同的稳压方式向电池进行充电并向充电管理电路和电池电压实时监控电路供电。

技术效果

现有人造肛门括约肌电池系统不具备任意一项防爆功能，也没有电池状态的实时提示。无法对锂电池可能发生的爆炸进行防御，也很有可能因为充电过程不当，或过充过放造成电池寿命过早衰减。不利于长期安全的在体植入使用。本发明从电池爆炸的原因出发。首先，通过设计的直流稳压电路以及电池管理电路，规范化锂电池充电过程中的充电电压以及充电电流。其次，通过对锂电池充电状态的实时监控，使得使用者实时了解到当前锂电池状态，能够及时在电压较低时充电，或者在电压过高时切断电池充电。最后，通过采用隔磁材料的防爆盒体，封住电池，使锂电池与无线供能线圈隔开，避免无线充电时对锂电池产生的涡流效应，同时防爆壳能在锂电池爆炸时吸收爆炸能量，将爆炸伤害减少到最少。

本设计所采用的直流稳压以及充电管理电路具有泛用性，适合多种锂电池充电场合。本设计中防爆壳不显著增加电池厚度，便于皮下植入。

附图说明

图1为锂电池充电电路和充电状态实时监控原理示意图；

图2为电池状态实时监控原理示意图；

图3A、图3B、图3C为电池防爆壳盖示意图；

图4A、图4B、图4C为电池防爆壳壳体示意图；

图5A、图5B、图5C为电池防爆壳组装示意图；

图中：1直流稳压电路、2充电管理电路、3电池电压实时监控电路、4防爆壳连接螺纹孔、5防爆壳连接螺纹孔、6电池正负极导线出线槽、7硅胶注入槽、8经皮无线供能线圈、9盖板、10盒体。

具体实施方式

如图1所示，本实施例包括：手持式遥控器和与之无线连接的带有线圈8的电池防爆盒、设置于盒内的电池、电池电压实时监控电路3、充电管理电路2和直流稳压电路1，其中：电池防爆盒内充有灌注胶，与电池相连的电池电压实时监控电路3采集电池电压样本信息，经模数转换后将电池电压样本信息发送至手持式遥控器上，手持式遥控器经电压比对后发出电池状态信号，充电管理电路将电池电压样本信息与电池电压进行比对，进行涓流、恒流以及恒压三个模式的切换并进行充电过程管理，直流稳压电路接收来自线圈的感应电流，经整流根据电压大小对应采用不同的稳压方式向电池进行充电。

所述的电池防爆盒包括：盖板9、盒体10以及设置于盖板顶部的经皮无线供能线圈8，其中：盖板通过位于四角的螺钉与盒体固定，盖板与盒体的接触部分进一步通过硅胶粘接，经皮无线供能线圈8与直流稳压电路1相连，经皮无线供能线圈8互感后产生交流电压，通过直流稳压电路1整流稳压后变成5V电压并向充电管理电路2提供电压，保证充电整个过程中电压不超过5V。

本实施例中当整流后电压在5V-6V之间时，直流稳压电压能稳定在4.99V，当整流电压在6V-40V时(40V为稳压电路最大耐压值)，直流稳压电路输出为5.01V，完全符合后端电路需求。

通过调节充电管理电路2中参数，控制恒流充电时充电电流，使得恒流充电电流在所使用锂电池的0.1C-0.4C之间，从而满足安全充电需求。

本实施例中采用350mAh电池作为测试电池，设定恒流充电电流从50mA-140mA，即从0.14C-0.4C。实际充电过程中，恒流充电电流与设定电流差距在5％左右，符合锂电池安全充电要求。

如图2所示，通过电池电压实时监控电路3实时监测锂电池电压，当人造括约肌系统使用过程中电池电压低于3.2V阈值时，通过手持遥控器警报灯，提示使用者充电，避免过放。充电过程中，实时显示电池两端电压，当电压超过4.1V时，提示使用者停止充电，防止过充。

本实施例中经过反复测试，电压报警正常，且均在设定阈值处进行报警提示。

如图5所示，本装置通过以下方式进行组装：先将硅胶注入槽7填上硅胶，然后将电池放入电池防爆壳壳体内，电池正负极导线由电池正负极导线出线槽6引出，之后通过螺丝穿过防爆壳连接螺纹孔4、防爆壳连接螺纹孔5将整个防爆壳安装完毕。用硅胶填住电池正负极导线出线槽6的缺口，使电池密封于防爆盒之内，只有正负极与外围电路接触。最后使用硅胶灌注整个电池防爆壳直至硅胶从出线槽溢出，待硅胶干燥后即可。

与现有装置相比，本装置从锂电池可能爆炸的原因入手，首先通过控制充电参数保证了充电过程中不产生内部短路。其次通过锂电池电压的实时监控，避免了过充、过放。另外，通过防爆壳隔磁材料的选择屏蔽了无线充电过程中产生的涡流效应。最后，如果电池产生爆炸，可以通过防爆壳减少爆炸威力，将伤害降低到最小。

发明旨在增加现有括约肌系统的安全性，以及延长现有括约肌系统的锂电池工作寿命，即括约肌在体植入时长。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (3)

1.一种人造肛门括约肌电池防爆装系统，其特征在于，包括：手持式遥控器和与之无线连接的带有线圈的电池防爆盒、设置于盒内的电池、电池电压实时监控电路、充电管理电路和直流稳压电路，其中：电池防爆盒内充有灌注胶，与电池相连的电池电压实时监控电路采集电池电压样本信息，经模数转换后将电池电压样本信息发送至手持式遥控器上，手持式遥控器经电压比对后发出电池状态信号，充电管理电路将电池电压样本信息与电池电压进行比对，进行涓流、恒流以及恒压三个模式的切换并进行充电过程管理，直流稳压电路接收来自线圈的感应电流，经整流根据电压大小对应采用不同的稳压方式向电池进行充电。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征是，所述的电池防爆盒包括：盖板、盒体以及设置于盖板顶部的经皮无线供能线圈，其中：盖板与盒体固定连接，经皮无线供能线圈与直流稳压电路相连。

3.一种根据上述任一权利要求所述系统的组装方法，其特征在于，先将硅胶注入槽填上硅胶，然后将电池放入电池防爆壳壳体内，电池正负极导线由电池正负极导线出线槽引出，之后通过螺丝穿过防爆壳连接螺纹孔、防爆壳连接螺纹孔将整个防爆壳安装完毕。用硅胶填住电池正负极导线出线槽的缺口，使电池密封于防爆盒之内，只有正负极与外围电路接触。最后使用硅胶灌注整个电池防爆壳直至硅胶从出线槽溢出，待硅胶干燥后即可。