CN115833359B - 一种医疗设备的智能化稳定运作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种医疗设备的智能化稳定运作方法，包括与医疗设备连接的供电接口，所述供电接口连接有配电柜，配电柜连接有电源供应模块；所述电源供应模块包括市电线路、发电机和蓄电池；所述配电柜在市电线路有电时，选择市电线路为供电接口供电使医疗设备正常运行，当市电线路提供的电力断开时，配电柜电源输入切换至蓄电池，由蓄电池为供电接口供电确保医疗设备运行，并控制发电机启动，确保蓄电池电力消耗完毕之前，将发电机的电通过配电柜输送至医疗设备的供电接口，使得医疗设备能够长时间运行。本发明可以确保医疗设备的可靠运营，并且保障了供电的稳定。

Description

一种医疗设备的智能化稳定运作方法
技术领域
本发明涉及医疗设备技术应用领域，特别涉及一种医疗设备的智能化稳定运作方法。
背景技术
目前，大多数的医疗设备使用时是需要使用市电供电进行，市电的稳定供电也是医院运行的首要保障，其特点是设备24h不间断供电。现在医院虽然配置了发电机等设施，但是如果遇到突发事件等情形，导致市电线路停电无法为医院供电时，此时再启动发电机进行发电需要一段的应急时间，因此设置蓄电池成为了应急供电的一部分，即在断电后、启动发电机前的这段时间由蓄电池进行供电。如中国专利公开号CN202651875U公开了一种为医院照明系统供电的集中供电综合智能控制系统，该方法中蓄电池作为正常供电的补充，因此当市电电网断电时，蓄电池立即作为主力进行供电。当发电机开始工作后，蓄电池又作为应急供电的补充，从而确保了在电网断电时能实现自动无缝的切换到发电机的功能。但是由于蓄电池的容量有限，蓄电池供电后需要频繁的充电，而由于蓄电池其中各个电池其性能不完全一致，或在使用过程中，电池衰减程度不一，导致其充电过程中，蓄电池中各串联的电池不能完全同步冲满电，从而导致部分电池过冲，部分电池欠冲，会极易的导致电池早期失效，因此现有的这种供电模式会导致蓄电池较早失效，难以实现医疗设备的智能化稳定运作，存在着很大的安全缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种医疗设备的智能化稳定运作方法。本发明可以确保医疗设备的可靠运营，保障了供电的稳定，并且有效了提高了蓄电池的使用寿命以及使用的可靠性。
本发明的技术方案如下：一种医疗设备的智能化稳定运作方法，包括与医疗设备连接的供电接口，所述供电接口连接有配电柜，配电柜连接有电源供应模块；所述电源供应模块包括市电线路、发电机和蓄电池；所述配电柜在市电线路有电时，选择市电线路为供电接口供电使医疗设备正常运行，当市电线路提供的电力断开时，配电柜电源输入切换至蓄电池，由蓄电池为供电接口供电确保医疗设备运行，并控制发电机启动，确保蓄电池电力消耗完毕之前，将发电机的电通过配电柜输送至医疗设备的供电接口，使得医疗设备能够长时间运行；
所述蓄电池分别与市电线路和发电机连接，在蓄电池电量损耗后，由市电线路或发电机为蓄电池充电；
所述蓄电池由多个串联的电池组成，所述电池连接有电池平衡控制电路；
所述电池平衡控制电路包括控制开关，控制开关连接有电池充电最大电压设定电路、四端稳压电路和电池电压采样电路；所述电池充电最大电压设定电路和电池电压采样电路一同连接有电池电压调节电路，所述电池电压调节电路连接有电流旁路电路；
所述电池平衡控制电路包括控制开关，控制开关连接有电池充电最大电压设定电路、四端稳压电路和电池电压采样电路；所述电池充电最大电压设定电路和电池电压采样电路一同连接有电池电压调节电路，所述电池电压调节电路连接有电流旁路电路；
上述的医疗设备的智能化稳定运作方法，在蓄电池电量耗尽之前，如果市电线路供电恢复，则配电柜切回市电线路供电。
前述的医疗设备的智能化稳定运作方法，所述控制开关为PMOS管Q1，PMOS管Q1分别连接电池的正负极；所述电池充电最大电压设定电路由电阻R1和稳压二极管Z1组成；所述电阻R1的一端与PMOS管Q1连接，电阻R1的另一端与稳压二极管Z1的阴极连接；所述四端稳压电路与PMOS管Q1的漏极连接，用于产生具有公共地的正电压VCC和负电压VEE；所述电池电压采样电路由电阻R2和R3组成，所述电阻R2的一端连接PMOS管Q1的漏极，电阻R2的另一端连接电阻R3，电阻R3连接电池负极。
前述的医疗设备的智能化稳定运作方法，所述电流旁路电路由电阻R10和NMOS管Q2组成，所述NMOS管Q2的栅极与运算放大器OP2的输出端连接，所述NMOS管Q2的漏极与电阻R10连接，电阻R10与电池正极连接；所述NMOS管Q2的源级与电池的负极连接。
与现有技术相比，本发明蓄电池的应急供电可以在市电线路提供的电力断开时，通过配电柜电源输入切换至蓄电池，由蓄电池为供电接口供电来确保医疗设备运行，利用蓄电池来供电可以无缝链接医疗设备的用电使用，无需等待发电机启动的时间，为医疗设备的持续稳定用电提供了保障。同时本发明在蓄电池供电时，还控制发电机启动，确保蓄电池电力消耗完毕之前，将发电机的电通过配电柜输送至医疗设备的供电接口，使得医疗设备能够长时间运行。进一步地，在蓄电池电量耗尽之前，如果市电线路供电恢复，则配电柜切回市电线路供电。此外，由于蓄电池的电池均为串联，其中各个电池其性能不完全一致，或在使用过程中，衰减程度不一，导致其充电过程中，蓄电池中各串联的电池不能完全同步冲满电，从而导致部分电池过冲，部分电池欠冲，因此本发明为蓄电池提供了控制平衡电路，该控制平衡电路可以为单体电池实行平衡控制，从而避免由于个别单体电池的过充过放所导致的电池早期失效，使其性能尽量接近单体电池的平均水平。本发明的控制电路具有结构简单、成本低、实用性好、可靠性高的优点，能够支持任意数量电池串联，模块化程度高、通用性好，无需智能芯片。
附图说明
图1为本发明医疗设备的供电结构示意图；
图2为本发明蓄电池与平衡控制电路的示意图；
图3是平衡控制电路的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据，本发明的保护范围应包括权利要求的全部内容，而且通过以下实施例可以使本领域普通技术人员更全面的理解本发明。
实施例：一种医疗设备的智能化稳定运作方法，包括与医疗设备连接的供电接口，即常见的220V配电插座等，所述供电接口连接有配电柜，配电柜连接有电源供应模块；所述电源供应模块包括市电线路、发电机和蓄电池；所述配电柜在市电线路有电时，选择市电线路为供电接口供电使医疗设备正常运行，当市电线路提供的电力断开时，配电柜电源输入切换至蓄电池，由蓄电池为供电接口供电确保医疗设备运行，并控制发电机启动，确保蓄电池电力消耗完毕之前，将发电机的电通过配电柜输送至医疗设备的供电接口，使得医疗设备能够长时间运行。此外，对于市电线路供电恢复较快的情况，如果在蓄电池电量耗尽之前市电线路供电就已恢复，则配电柜的电源输入切回市电线路供电。本实施例中，所述蓄电池分别与市电线路和发电机连接，在蓄电池电量损耗后，由市电线路或发电机为蓄电池充电。
本实施例中，所述蓄电池由多个串联的电池组成，所述电池连接有电池平衡控制电路。所述电池平衡控制电路包括控制开关，控制开关连接有电池充电最大电压设定电路、四端稳压电路和电池电压采样电路；所述电池充电最大电压设定电路和电池电压采样电路一同连接有电池电压调节电路，所述电池电压调节电路连接有电流旁路电路。
如图2所示，主要包括串联的N个电池和并联在每个电池正负极之间的平衡控制电路，N个电池组具有相同的技术参数。蓄电池充电的工作原理为：将蓄电池接入市电线路或发电机，如果蓄电池的所有电池电压均没有达到额定电压Vnormal时，所有电池的平衡控制电路不工作。一旦存在一个或多个电池的电压达到Vnormal时，对应的平衡控制电路开始工作，并实时监控电池电压是否达到电池充电最大电压
Figure GDA0004232089130000061
当电池电压小于电池充电最大电压/>
Figure GDA0004232089130000062
时，平衡控制电路中的电流旁路电路不工作，只有极微小的电流用以维持平衡控制电路的工作。当电池电压大于电池充电最大电压/>
Figure GDA0004232089130000063
时，平衡控制电路依据电池电压与电池充电最大电压/>
Figure GDA0004232089130000064
的差值，实时动态调节流过平衡控制电路中的电流，进而将电池电压维持在/>
Figure GDA0004232089130000065
由于各个电池两端均并联有平衡控制电路，因而平衡控制电路能实现电池组电压的均衡控制。
优选的，所述控制开关为PMOS管Q1，PMOS管Q1分别连接电池组的正负极；通过合理设计Q1的门极驱动电压
Figure GDA0004232089130000066
的大小，使其等于电池额定电压Vnormal，进而实现只有电池电压达到Vnormal时，平衡控制电路才开始工作。依据电池充电曲线可知，电池电压低于Vnormal时，电池处于大电流充电阶段，/>
Figure GDA0004232089130000067
可以保证电池在大电流充电时平衡控制电路不分流，提高充电速度和效率。另一方面，电池电压达到Vnormal时，接近充满状态，并且平衡控制电路开始进行工作。由于充电电流较小，平衡控制电路工作时分流也很小，在实现电池电压平衡控制的同时能有效减小平衡控制电路的发热损耗；
优选的，所述电池充电最大电压设定电路由电阻R1和稳压二极管Z1组成；所述电阻R1的一端与PMOS管Q1连接，电阻R1的另一端与稳压二极管Z1的阴极连接；所述电池充电最大电压设定电路用于设定电池充电时电压最大值，保证电池充电阶段电压限定在最大值
Figure GDA0004232089130000068
通过合理选择电阻R1的阻值和Z1的稳压值，确保Z1的稳压值等于
Figure GDA0004232089130000069
以及流过Z1的电流最小；
优选地，所述四端稳压电路与PMOS管Q1的漏极连接，用于产生具有公共地的正电压VCC和负电压VEE；在PMOS管Q1导通时，电池两端电压连接到输入端正极和公共地，其输出分别为正电压VCC和负电压VEE，为运算放大器OP1和OP2提供电源；
优选地，所述电池电压采样电路由电阻R2和R3组成，所述电阻R2的一端连接PMOS管Q1的漏极，电阻R2的另一端连接电阻R3，电阻R3连接电池组负极。在PMOS管Q1饱和导通时，采样电压
Figure GDA0004232089130000071
其中：VE为电池E的电压。
优选地，所述电池电压调节电路包括减法电路和PI电路；所述减法电路由电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7和运算放大器OP1组成；所述电阻R4的一端连接电池电压采样电路，电阻R4的另一端连接运算放大器OP1的负极，所述运算放大器OP1的负极和输出端之间连接有电阻R6；所述电阻R5的一端连接电池充电最大电压设定电路，电阻R5的另一端连接运算放大器OP1的正极；所述运算放大器OP1的正极与电池组的负极之间连接有电阻R7；
所述PI电路由电阻R8、电阻R9、电容C1和运算放大器OP2组成；所述电阻R8的一端连接运算放大器OP1的输出端，电阻R8的另一端连接运算放大器OP2的负极；所述运算放大器OP2的正极与电池组的负极连接；所述运算放大器OP2的负极连接电阻R9，电阻R9连接电容C1，电容C1与运算放大器OP2的输出端连接。
为了减小对采样电路分流影响，电阻R4的阻值要远大于电阻R3。同理，R5的阻值也要远大于R1。由电工学知识可知，当R4＝R5＝R6＝R7时，运算放大器OP1的输出端v1的电压为
Figure GDA0004232089130000081
令/>
Figure GDA0004232089130000082
由电工学知识可知，运算放大器OP2的输出端v2的电压为/>
Figure GDA0004232089130000083
依据控制工程知识可知，电池电压调节电路为PI控制器。通过合理设计电阻R8、电阻R9和电容C1的大小，可以满足稳定性和动静态性能要求，保证电池电压稳定在/>
Figure GDA0004232089130000084
电池电压调节电路的工作原理为：如果电池电压VE大于/>
Figure GDA0004232089130000085
时(即e＜0)，运输放大器OP2的输出端v2的电压为正，依据PI控制算法确定其大小，进而改变驱动Q2的导通程度，调节流经电流旁路电路的电流大小。电池电压VE越超过
Figure GDA0004232089130000086
则v2的电压值越大，Q2越接近饱和程度，流经电流旁路电路的电流越大，进而减小电池充电电流，将电池电压维持在/>
Figure GDA0004232089130000087
同理，如果电池电压VE小于/>
Figure GDA0004232089130000088
时(即e＞0)，OP2的输出端v2的电压为负，Q2截止，电流旁路电路断开，电池充电电流不进行分流，电池保持充电。
优选地，所述电流旁路电路由电阻R10和NMOS管Q2组成，所述NMOS管Q2的栅极与运算放大器OP2的输出端连接，所述NMOS管Q2的漏极与电阻R10连接，电阻R10与电池组正极连接；所述NMOS管Q2的源级与电池组的负极连接。电流旁路电路用于给电池充电电流进行分流作用。其工作原理为：在电池电压没有达到额定电压Vnormal时，Q1截止，电流旁路电路关闭。一旦电压达到额定电压Vnormal，平衡电路开始工作，实时监控电池电压是否达到
Figure GDA0004232089130000089
电池电压小于/>
Figure GDA00042320891300000810
时，v2小于零，Q2截止，电流旁路电路不工作。当电池电压大于/>
Figure GDA0004232089130000091
时，输出电压v2调节Q2导通程度，进而调节电池充电电流大小，将电池电压维持在/>
Figure GDA0004232089130000092
综上所述，本发明在医院现有的供电模式下还添加了蓄电池的应急供电，该蓄电池的应急供电可以在市电线路提供的电力断开时，通过配电柜电源输入切换至蓄电池，由蓄电池为供电接口供电来确保医疗设备运行，利用蓄电池来供电可以无缝链接医疗设备的用电使用，无需等待发电机启动的时间，为医疗设备的持续稳定用电提供了保障。同时本发明在蓄电池供电时，还控制发电机启动，确保蓄电池电力消耗完毕之前，将发电机的电通过配电柜输送至医疗设备的供电接口，使得医疗设备能够长时间运行。进一步地，本发明为蓄电池提供了控制平衡电路，该控制平衡电路可以为单体电池实行平衡控制，从而避免由于个别单体电池的过充过放所导致的电池早期失效，使其性能尽量接近单体电池的平均水平。本发明的控制电路具有结构简单、成本低、实用性好、可靠性高的优点，能够支持任意数量电池串联，模块化程度高、通用性好，无需智能芯片。

Claims (4)

1.一种医疗设备的智能化稳定运作方法，包括与医疗设备连接的供电接口，所述供电接口连接有配电柜，配电柜连接有电源供应模块；所述电源供应模块包括市电线路、发电机和蓄电池；所述配电柜在市电线路有电时，选择市电线路为供电接口供电使医疗设备正常运行，当市电线路提供的电力断开时，配电柜电源输入切换至蓄电池，由蓄电池为供电接口供电确保医疗设备运行，并控制发电机启动，确保蓄电池电力消耗完毕之前，将发电机的电通过配电柜输送至医疗设备的供电接口，使得医疗设备能够长时间运行；其特征在于：
所述蓄电池分别与市电线路和发电机连接，在蓄电池电量损耗后，由市电线路或发电机为蓄电池充电；
所述蓄电池由多个串联的电池组成，所述电池连接有电池平衡控制电路；所述电池平衡控制电路包括控制开关，控制开关连接有电池充电最大电压设定电路、四端稳压电路和电池电压采样电路；所述电池充电最大电压设定电路和电池电压采样电路一同连接有电池电压调节电路，所述电池电压调节电路连接有电流旁路电路；
所述电池电压调节电路包括减法电路和PI电路；所述减法电路由电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7和运算放大器OP1组成；所述电阻R4的一端连接电池电压采样电路，电阻R4的另一端连接运算放大器OP1的负极，所述运算放大器OP1的负极和输出端之间连接有电阻R6；所述电阻R5的一端连接电池充电最大电压设定电路，电阻R5的另一端连接运算放大器OP1的正极；所述运算放大器OP1的正极与电池的负极之间连接有电阻R7；
所述PI电路由电阻R8、电阻R9、电容C1和运算放大器OP2组成；所述电阻R8的一端连接运算放大器OP1的输出端，电阻R8的另一端连接运算放大器OP2的负极；所述运算放大器OP2的正极与电池的负极连接；所述运算放大器OP2的负极连接电阻R9，电阻R9连接电容C1，电容C1与运算放大器OP2的输出端连接。
2.根据权利要求1所述的医疗设备的智能化稳定运作方法，其特征在于：在蓄电池电量耗尽之前，如果市电线路供电恢复，则配电柜切回市电线路供电。
3.根据权利要求1所述的医疗设备的智能化稳定运作方法，其特征在于：所述控制开关为PMOS管Q1，PMOS管Q1分别连接电池的正负极；所述电池充电最大电压设定电路由电阻R1和稳压二极管Z1组成；所述电阻R1的一端与PMOS管Q1连接，电阻R1的另一端与稳压二极管Z1的阴极连接；所述四端稳压电路与PMOS管Q1的漏极连接，用于产生具有公共地的正电压VCC和负电压VEE；所述电池电压采样电路由电阻R2和R3组成，所述电阻R2的一端连接PMOS管Q1的漏极，电阻R2的另一端连接电阻R3，电阻R3连接电池负极。
4.根据权利要求1所述的医疗设备的智能化稳定运作方法，其特征在于：所述电流旁路电路由电阻R10和NMOS管Q2组成，所述NMOS管Q2的栅极与运算放大器OP2的输出端连接，所述NMOS管Q2的漏极与电阻R10连接，电阻R10与电池正极连接；所述NMOS管Q2的源极与电池的负极连接。
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