OEM을 위한 의료기기 배터리 팩 솔루션

의료 기기는 모니터링, 진단, 치료 및 응급 지원 기능을 위해 신뢰할 수 있는 전력에 의존합니다. 배터리 고장은 절차를 방해하거나, 부정확한 데이터를 제공하거나, 필요할 때 장비를 사용할 수 없게 만들 수 있습니다.

이와 관련해 의료기기 배터리 팩은 시스템 구성 요소로 설계되어야 합니다. 보호, 통신, 충전, 기계적 신뢰성, 수명, 규제 시험뿐만 아니라 전압, 실행 시간 및 크기도 설계에 매우 중요합니다.

의료기기에 맞춤형 배터리 팩이 필요한 이유

일반 배터리가 모든 의료용에 항상 적합한 것은 아닙니다. 소형 웨어러블 모니터, 주입 펌프, 휴대용 초음파 시스템을 위해서는 얇은 LiPo 배터리나 탈착식 대용량 리튬 이온 팩이 필요할 수 있습니다.

맞춤형 배터리 솔루션은 다음을 기반으로 만들 수 있습니다:

사용 가능한 설치 공간
필요한 운행 시간
연속 및 최대 전류
충전 방법
제품 중량 제한
작동 온도
청소 및 소독 절차
통신 요구사항
대상 시장 및 인증

이러한 조건은 테스트 단계에서 인클로저나 PCB 및 충전 회로에 변화가 발생하지 않도록 초기 단계에서 정의됩니다.

적합한 배터리 화학 성분 선택

리튬이온 원통형 배터리(18650, 21700)는 우수한 에너지 밀도, 구조 안정성, 유연한 직렬 및 병렬 연결을 갖추고 있습니다. 휴대용 진단 장비, 의료 카트, 환자 모니터링 기기에서 찾아볼 수 있습니다.

얇고 가볍며 맞춤형 형태는 리포 파우치 배터리와 호환됩니다. 웨어러블 모니터, 휴대용 진단 제품 및 기타 소형 모니터와 함께 사용할 수 있습니다. 주머니 세포는 구멍이 뚫리거나 구부러지거나 압박되거나 부풀어 오르는 것을 방지해야 합니다.

LiFePO4 배터리는 열적으로 안정적이며 여러 사이클을 견딜 수 있습니다. 이들은 더 큰 이동식 의료 장비, 백업 전원 시스템, 그리고 내구성이 최소 크기보다 더 중요한 용도에 적합합니다.

또한 NiMH 배터리로 여전히 사용 가능한 배터리 교체 제품이나 기존 의료 기기도 있을 수 있습니다.

의료용 배터리 팩을 위한 BMS 보호

셀은 보호되며, 실시간 정보는 배터리 관리 시스템을 통해 호스트 장치에 제공됩니다. 맞춤형 의료용 배터리 BMS는 다음과 같은 구성으로 구성될 수 있습니다:

과충전 및 과방전 보호
과전류 및 단락 보호
셀 밸런싱
충전 및 방전 시 온도 보호.
보조 하드웨어 보호
사이클 카운트 기록
전하 상태 추정
건강 상태 모니터링

보호 임계값은 선택된 셀, 장치 부하 및 충전기를 기준으로 해야 하며, 범용 배터리 설계를 복사해서는 안 됩니다.

멀티셀 팩에서는 일관된 전압 모니터링과 밸런싱이 배터리 용량 사용 수명 동안 더 효율적으로 활용할 수 있습니다.

연료 측정 및 통신

신뢰할 수 있는 배터리 상태 데이터가 필요합니다. 배터리가 제대로 작동하지 않으면, 사용자가 장비가 실제보다 더 긴 작동 시간을 제공할 것이라고 착각할 수 있습니다.

스마트 의료용 배터리 팩은 NTC 온도 센서, ID 저항기, 연료 게이지 IC, 디지털 통신과 함께 사용할 수 있습니다. I²C, SMBus, UART, CAN, RS485는 모두 일반적인 프로토콜입니다.

호스트 장치는 통신을 읽을 수 있습니다:

남은 수용 능력
배터리 전압과 전류도 중요하게 기억해야 합니다.
셀 온도
사이클 카운트
배터리 식별
과실 및 보호 기록

배터리/충전기/기기 소프트웨어를 동시에 테스트하여 경보, 종료 제한, 배터리 용량의 적절한 작동을 확인해야 합니다.

기계 및 커넥터 설계

좋은 배터리 팩은 핸들링, 진동, 떨어질 때도 제자리에 고정되어야 합니다. 하우징은 셀, 배선, BMS를 둘러싸고 설치가 쉽고 안전하게 가능하며 내부 부품에 가해지는 압력을 최소화해야 합니다.

키가 있는 커넥터, 가이드 레일, 잠금 기능은 교체 가능한 의료용 배터리로 잘못된 설치를 최소화할 수 있습니다. 자주 사용하는 팩에는 내구성 있는 블레이드 접점이나 스프링 단자가 필요할 수 있습니다.

설계자들은 또한 배터리 외장이 소독, 청소 화학물질, 습기에 노출될 가능성도 고려해야 합니다. 적절한 플라스틱, 씰, 커넥터 보호를 사용해야 할 수도 있습니다.

충전 안전과 전력 연속성

충전기는 배터리에서 승인한 동일한 화학, 직렬 구성, 충전 전류여야 합니다. 잘못되었거나 결함이 있는 충전 액세서리는 과열과 화재 위험을 초래할 수 있으며, FDA는 의료기기와 충전 액세서리의 손상 여부를 점검하고 제조사에서 제공한 액세서리를 사용할 것을 권장합니다.

가능하다면 중단 허용 기능이 있는 장비는 핫스왑 가능한 배터리, 이중 배터리 채널 또는 작은 내장 배터리를 갖추고 있습니다. 이러한 설계는 장치가 작동 중인 동안 특정 배터리를 교체할 수 있게 해줍니다.

하지만 핫스왑 설계에서는 팩, 전원 경로 회로, 펌웨어 및 사용자 알림 개발을 조율할 필요가 있습니다.

테스트 및 준수 문서 작성

최종 준수 계획은 기기 분류, 의도된 용도 및 목적지 시장에 따라 달라집니다.

The relevant safety requirements and tests, for portable sealed lithium batteries, are covered in [IEC 62133-2](https://webstore.iec.ch/en/publication/70017) for intended use and reasonably foreseeable misuse. Most Lithium batteries sent by air, sea or land are subject to testing to UN Manual of Tests and Criteria, subsection 38.3.

IEC 60601-1 표준은 의료 전기 장비의 기본 안전성과 필수 성능을 다룹니다. 배터리뿐만 아니라 전체 의료기기를 평가해야 합니다. 가정용 장비 사용에 적용되는 IEC 표준도 있으며, IEC 60601-1-11(가정용 장비)과 IEC 60601-1-11(가정용 장비)과 같은 제품 특화 표준도 있습니다.

일반적인 배터리 문서에는 다음이 포함될 수 있습니다: