許多醫(yī)療設(shè)備使用來自電網(wǎng)的交流電和電池作為備用電源。這與智能手機(jī)或平板電腦等典型手持消費(fèi)設(shè)備所需的功率預(yù)算形成鮮明對比。這意味著，在許多情況下，電池只是作為備用電池真正發(fā)揮作用，或者當(dāng)設(shè)備在醫(yī)院周圍移動(dòng)時(shí)才真正發(fā)揮作用。

但是，醫(yī)療設(shè)備環(huán)境中也有例外。例如，救護(hù)車上的吸氣器通常主要由電池供電。它將具有交流電源選項(xiàng)以及從電網(wǎng)充電。

創(chuàng)建功率預(yù)算

為了創(chuàng)建功率預(yù)算，醫(yī)療設(shè)備設(shè)計(jì)人員必須確定設(shè)備的當(dāng)前要求，包括屏幕尺寸、壓縮機(jī)（如果需要）、內(nèi)置泵或風(fēng)扇等需求，以及任何板載計(jì)算需求。 這將允許設(shè)計(jì)人員確定需要多少功率，當(dāng)與運(yùn)行時(shí)間相結(jié)合時(shí)，將創(chuàng)建功率預(yù)算。

管理設(shè)備功率預(yù)算的最佳方法是關(guān)閉它不需要的東西——就像湯姆漢克斯和桑德拉布洛克在他們的電影中所做的那樣。例如，可以降低設(shè)備上的處理器速度或調(diào)暗屏幕。

那么，在制定電池供電策略時(shí)，首先要回答的問題是需要多少電池才能提供必要的電力。例如，在功率預(yù)算為 50 瓦時(shí) （Wh） 的情況下，容量小于 100 Wh 的單個(gè)鋰離子電池將綽綽有余。

這聽起來很簡單，但是當(dāng)在設(shè)備、電源要求和電池之間的關(guān)系中添加更多功能時(shí)，就會出現(xiàn)問題。例如，如果在使用過程中需要熱交換電池，例如在保持患者心臟或肺功能的灌注系統(tǒng)上，則設(shè)計(jì)必須在系統(tǒng)中至少有兩個(gè)電池。即使只有一個(gè)可以滿足非熱插拔環(huán)境中的功率預(yù)算，這仍然是正確的。

在灌注系統(tǒng)示例中，該設(shè)計(jì)將有一個(gè)電池在大部分時(shí)間運(yùn)行，而另一個(gè)在熱插拔期間提供電力。在交換期間留在設(shè)備中的第一個(gè)電池稱為橋接電池。充電后，從橋接電池切換回可拆卸電池通常是自動(dòng)的。

熱插拔允許設(shè)備長時(shí)間運(yùn)行，而無需求助于電網(wǎng)的交流電源。唯一的限制是可用的已充電備用電池的數(shù)量和橋接電池的壽命，它本身最終會耗盡。使用這種橋接技術(shù)的醫(yī)療系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)際例子是用于運(yùn)送病人的呼吸機(jī)。

關(guān)鍵是橋接電池必須能夠獨(dú)立運(yùn)行整個(gè)設(shè)備。熱插拔在多個(gè)電池均分電流的系統(tǒng)中不起作用。

不斷變化的醫(yī)療器械需求

技術(shù)在不斷變化，變得更小、更高效。因此，原始設(shè)備制造商 （OEM） 通常需要減少電池的占用空間，以縮小設(shè)備本身的尺寸。這些尺寸減小的需求是由對便攜性、消費(fèi)者技術(shù)仿真或使用這些設(shè)備的醫(yī)療專業(yè)人員的需求增加的要求驅(qū)動(dòng)的。

為了遵守，始終可以使用較小的電池，但 OEM 必須接受這將導(dǎo)致運(yùn)行時(shí)間縮短、循環(huán)壽命縮短或低溫性能變差。

通用驅(qū)動(dòng)是設(shè)計(jì)一個(gè)更小更輕的設(shè)備，但電池往往是最后考慮的，這會產(chǎn)生功率預(yù)算問題。請記住，電池沒有摩爾定律；鋰離子技術(shù)是能量密度最高、商業(yè)上可行的儲能方式，如果不減少儲能，就無法將其做得更小。設(shè)計(jì)受到可用金屬的化學(xué)對的限制。

在理想世界中，很難為 OEM 提供他們想要的所有性能特征。因此，關(guān)于原始規(guī)范中哪些元素最重要以及哪些元素可以取消優(yōu)先級的協(xié)商至關(guān)重要。

功率預(yù)算指標(biāo)

計(jì)算功率預(yù)算需要考慮以下因素，例如所需的輸入工作電壓、設(shè)備消耗的功率（用于計(jì)算所需電流）、預(yù)計(jì)運(yùn)行時(shí)間、允許電池充電多長時(shí)間、可能的工作溫度、占空比，以及整體壽命。

通常在醫(yī)療應(yīng)用中，高溫下的良好操作比低溫操作更重要。電池位于設(shè)備內(nèi)部，溫度可以持續(xù)高達(dá) 12 0 °F （4 9 °C ）。相比之下，充電需求卻是一場流動(dòng)的盛宴；在某些應(yīng)用中，電池必須在一小時(shí)內(nèi)充電，而在其他應(yīng)用中，24 小時(shí)的充電時(shí)間已經(jīng)超出了可接受的范圍。

根據(jù)醫(yī)療應(yīng)用的不同，電池壽命也可能是完全不同的要求。在某些情況下，從實(shí)用和財(cái)務(wù)角度來看，每年更換電池都可以。但是，如果為經(jīng)常使用的應(yīng)用設(shè)計(jì)的電池只能循環(huán) 300 次，即 300 次完全充電和 300 次完全放電，那么它甚至不可能持續(xù)一年。醫(yī)院預(yù)計(jì)電池可以使用兩到三年。

認(rèn)證要求

在醫(yī)療環(huán)境中，電池符合嚴(yán)格的安全標(biāo)準(zhǔn)至關(guān)重要。例如，對于通過 IEC/EN60601-1 第 3 版認(rèn)證的醫(yī)療設(shè)備，必須對電池進(jìn)行 IEC62133 測試。

在美國，電池可能還需要通過 UL2054 測試，而在歐洲，它需要帶有 CE 標(biāo)志，以確認(rèn)符合所有適用的歐盟法規(guī)。所有鋰離子電池的運(yùn)輸測試都是強(qiáng)制性的，能量超過 100 Wh 的電池對其運(yùn)輸?shù)谋O(jiān)管要嚴(yán)格得多。

但是，如果電池需要提供超過 100 Wh 的容量，那么細(xì)分電池通常是明智的。這具有提高可靠性和允許熱插拔功能以及將其從危險(xiǎn)品分類中刪除的額外好處。最后，在美國，醫(yī)療設(shè)備制造商需要接受 FDA 審核，電池合作伙伴應(yīng)該能夠提供所有相關(guān)的測試證書，以使審核能夠圓滿完成。

在這種情況下，設(shè)計(jì)人員可以采用經(jīng)過預(yù)先測試和認(rèn)證的電池系列，例如 Accutronics 的 Entellion 系列，并將它們設(shè)計(jì)成設(shè)備。這節(jié)省了大量的研究和評估時(shí)間，從而加快了上市時(shí)間。

審核編輯：郭婷