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。這與智能手機或平板電腦等典型手持消費設(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)院周圍移動時才真正發(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)計人員必須確定設(shè)備的當(dāng)前要求，包括屏幕尺寸、壓縮機（如果需要）、內(nèi)置泵或風(fēng)扇等需求，以及任何板載計算需求。 這將允許設(shè)計人員確定需要多少功率，當(dāng)與運行時間相結(jié)合時，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，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 （Wh） 的情況下，容量小于 100 Wh 的單個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，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)計必須在系統(tǒng)中至少有兩個電池。即使只有一個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)計將有一個電池在大部分時間運行，而另一個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的。

熱插拔允許設(shè)備長時間運行，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)的一個實際例子是用于運送病人的呼吸機。

關(guān)鍵是橋接電池必須能夠獨立運行整個設(shè)備。熱插拔在多個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)致運行時間縮短、循環(huán)壽命縮短或低溫性能變差。

通用驅(qū)動是設(shè)計一個更小更輕的設(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（用于計算所需電流）、預(yù)計運行時間、允許電池充電多長時間、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 12 0 °F （4 9 °C ）。相比之下，充電需求卻是一場流動的盛宴；在某些應(yīng)用中，電池必須在一小時內(nèi)充電，而在其他應(yīng)用中，24 小時的充電時間已經(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，從實用和財務(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輸測試都是強制性的，能量超過 100 Wh 的電池對其運輸?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)計成設(shè)備。這節(jié)省了大量的研究和評估時間，從而加快了上市時間。

審核編輯：郭婷