心力衰竭是世界醫(yī)學(xué)界面臨的一個嚴峻問題,人工心臟泵的問世為心力衰竭提供了一條有效的治療途徑。不同于普通電子產(chǎn)品,在磁懸浮心臟泵系統(tǒng)中,供電電池的性能與剩余電量的多少直接關(guān)系著使用者的生命安全,因此電池的能量管理系統(tǒng)(Battery Manage System,BMS)十分重要,而電池的荷電狀態(tài)(State of Charge,SOC)的精確估計又是電池能量管理系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。電池的荷電狀態(tài),俗稱電池剩余電量,它無法像燃油箱中的汽油一樣能簡單直接的測量出來,而是需要通過電池的電壓,電流、內(nèi)阻等基本特征量,結(jié)合相應(yīng)的理論模型間接估算。對于磁懸浮心臟泵系統(tǒng),擁有一套先進的供電電源和電量管理系統(tǒng)至關(guān)重要。本課題基于人工心臟泵用鋰電池和SOC管理系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀,并結(jié)合目前鋰電池和SOC估算方法的發(fā)展現(xiàn)狀,對磁懸浮心臟泵用鋰電池SOC估算系統(tǒng)進行了研究與設(shè)計。在研究與設(shè)計過程中,本文的具體工作包括:建立了所使用的鋰電池的數(shù)學(xué)模型,對模型的參數(shù)進行了最優(yōu)估計;為精確估算鋰電池SOC,介紹了 EKF算法和UKF算法關(guān)于鋰電池SOC估算的具體步驟,結(jié)合磁懸浮心臟泵的工作電流特點,在三種模擬工況下進行了兩種算法的仿真,對比了兩種算法的性能。提出了一種UKF和AH法結(jié)合的復(fù)合算法估算策略,并對該算法的估算精度、速度、復(fù)雜度進行了仿真驗證;在設(shè)計過程中,基于低功耗、高精度、小體積的設(shè)計要求,提出了鋰電池SOC在線估算系統(tǒng)的嵌入式設(shè)計;將所設(shè)計的嵌入式裝置接入磁懸浮心臟泵系統(tǒng),分別進行了鋰電池充電實驗、數(shù)據(jù)采集模塊檢測誤差試驗和鋰電池SOC估算實驗,并對數(shù)據(jù)結(jié)果進行了分析。結(jié)果表明,本文所設(shè)計的SOC估算系統(tǒng)功耗低、精度高、體積小,能很好地實現(xiàn)鋰電池的安全有效的監(jiān)督和管理,對維持磁懸浮心臟泵的正常運行和使用者的生命安全做出保障。
【學(xué)位單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM912
【部分圖文】：

人工心臟泵是近些年來成為研宄熱點的一種機械心室輔助裝置，它能輔助甚??至取代心臟堯成循環(huán)功能。目前，人工心臟泵主要應(yīng)用在三個方面：（１）心臟移植??的過渡橋梁；（２）心肌恢復(fù)的過渡支持；（３）永久植入Ｐ，３Ｉ。圖１－１為模擬人體佩戴??的第三代磁懸浮心臟泵的整體圖示［４］。??纖??％??圖１－１磁懸浮心臟泵連接示意圖??圖中，心臟泵的泵體植入體內(nèi)，由經(jīng)皮電纜與體外腰正前方位置的控制器連??接，控制器通過電源線與兩側(cè)的供電電池連接。作為整個系統(tǒng)的供電裝置，電池??的性能和管理系統(tǒng)對于病人的生命安全有著重要的影響。近幾十年來，電源技術(shù)??的發(fā)展為人工心臟泵的發(fā)展注入了新的活力，從Ｊａｒｖｉｋ２０００早期使用的鉛酸蓄電??池到如今在第三代磁懸浮心臟泵中廣泛使用的鋰離子電池，在體積重量不斷減小??１??

人工心臟泵是近些年來成為研宄熱點的一種機械心室輔助裝置，它能輔助甚??至取代心臟堯成循環(huán)功能。目前，人工心臟泵主要應(yīng)用在三個方面：（１）心臟移植??的過渡橋梁；（２）心肌恢復(fù)的過渡支持；（３）永久植入Ｐ，３Ｉ。圖１－１為模擬人體佩戴??的第三代磁懸浮心臟泵的整體圖示［４］。??纖??％??圖１－１磁懸浮心臟泵連接示意圖??圖中，心臟泵的泵體植入體內(nèi)，由經(jīng)皮電纜與體外腰正前方位置的控制器連??接，控制器通過電源線與兩側(cè)的供電電池連接。作為整個系統(tǒng)的供電裝置，電池??的性能和管理系統(tǒng)對于病人的生命安全有著重要的影響。近幾十年來，電源技術(shù)??的發(fā)展為人工心臟泵的發(fā)展注入了新的活力，從Ｊａｒｖｉｋ２０００早期使用的鉛酸蓄電??池到如今在第三代磁懸浮心臟泵中廣泛使用的鋰離子電池，在體積重量不斷減小??１??

使用者生命安全的重任，需要有更為精確的ＳＯＣ統(tǒng)計和更為友好合理的顯示功??能，并且在保證功能的同時需要對硬件電路的功耗進行限制。??圖１－３所示的是ＨｅａｒｔＭａｔｅ?ＩＩＩ與ＨｅａｒｔＷａｒｅ?ＨＶＡＤ的ＳＯＣ管理系統(tǒng)顯示界??４??
【參考文獻】

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本文編號：2877159