满足医疗设备电池的功率预算和尺寸要求

许多医疗设备使用来自电网的交流电和电池作为备用电源。这与智能手机或平板电脑等典型手持消费设备所需的功率预算形成鲜明对比。这意味着，在许多情况下，电池只是作为备用电池真正发挥作用，或者当设备在医院周围移动时才真正发挥作用。

但是，医疗设备环境中也有例外。例如，救护车上的吸气器通常主要由电池供电。它将具有交流电源选项以及从电网充电。

创建功率预算

为了创建功率预算，医疗设备设计人员必须确定设备的当前要求，包括屏幕尺寸、压缩机（如果需要）、内置泵或风扇等需求，以及任何板载计算需求。 这将允许设计人员确定需要多少功率，当与运行时间相结合时，将创建功率预算。

管理设备功率预算的最佳方法是关闭它不需要的东西——就像汤姆汉克斯和桑德拉布洛克在他们的电影中所做的那样。例如，可以降低设备上的处理器速度或调暗屏幕。

那么，在制定电池供电策略时，首先要回答的问题是需要多少电池才能提供必要的电力。例如，在功率预算为 50 瓦时 （Wh） 的情况下，容量小于 100 Wh 的单个锂离子电池将绰绰有余。

这听起来很简单，但是当在设备、电源要求和电池之间的关系中添加更多功能时，就会出现问题。例如，如果在使用过程中需要热交换电池，例如在保持患者心脏或肺功能的灌注系统上，则设计必须在系统中至少有两个电池。即使只有一个可以满足非热插拔环境中的功率预算，这仍然是正确的。

在灌注系统示例中，该设计将有一个电池在大部分时间运行，而另一个在热插拔期间提供电力。在交换期间留在设备中的第一个电池称为桥接电池。充电后，从桥接电池切换回可拆卸电池通常是自动的。

热插拔允许设备长时间运行，而无需求助于电网的交流电源。唯一的限制是可用的已充电备用电池的数量和桥接电池的寿命，它本身最终会耗尽。使用这种桥接技术的医疗系统的一个实际例子是用于运送病人的呼吸机。

关键是桥接电池必须能够独立运行整个设备。热插拔在多个电池均分电流的系统中不起作用。

不断变化的医疗器械需求

技术在不断变化，变得更小、更高效。因此，原始设备制造商 （OEM） 通常需要减少电池的占用空间，以缩小设备本身的尺寸。这些尺寸减小的需求是由对便携性、消费者技术仿真或使用这些设备的医疗专业人员的需求增加的要求驱动的。

为了遵守，始终可以使用较小的电池，但 OEM 必须接受这将导致运行时间缩短、循环寿命缩短或低温性能变差。

通用驱动是设计一个更小更轻的设备，但电池往往是最后考虑的，这会产生功率预算问题。请记住，电池没有摩尔定律；锂离子技术是能量密度最高、商业上可行的储能方式，如果不减少储能，就无法将其做得更小。设计受到可用金属的化学对的限制。

在理想世界中，很难为 OEM 提供他们想要的所有性能特征。因此，关于原始规范中哪些元素最重要以及哪些元素可以取消优先级的协商至关重要。

功率预算指标

计算功率预算需要考虑以下因素，例如所需的输入工作电压、设备消耗的功率（用于计算所需电流）、预计运行时间、允许电池充电多长时间、可能的工作温度、占空比，以及整体寿命。

通常在医疗应用中，高温下的良好操作比低温操作更重要。电池位于设备内部，温度可以持续高达 12 0 °F （4 9 °C ）。相比之下，充电需求却是一场流动的盛宴；在某些应用中，电池必须在一小时内充电，而在其他应用中，24 小时的充电时间已经超出了可接受的范围。

根据医疗应用的不同，电池寿命也可能是完全不同的要求。在某些情况下，从实用和财务角度来看，每年更换电池都可以。但是，如果为经常使用的应用设计的电池只能循环 300 次，即 300 次完全充电和 300 次完全放电，那么它甚至不可能持续一年。医院预计电池可以使用两到三年。

认证要求

在医疗环境中，电池符合严格的安全标准至关重要。例如，对于通过 IEC/EN60601-1 第 3 版认证的医疗设备，必须对电池进行 IEC62133 测试。

在美国，电池可能还需要通过 UL2054 测试，而在欧洲，它需要带有 CE 标志，以确认符合所有适用的欧盟法规。所有锂离子电池的运输测试都是强制性的，能量超过 100 Wh 的电池对其运输的监管要严格得多。

但是，如果电池需要提供超过 100 Wh 的容量，那么细分电池通常是明智的。这具有提高可靠性和允许热插拔功能以及将其从危险品分类中删除的额外好处。最后，在美国，医疗设备制造商需要接受 FDA 审核，电池合作伙伴应该能够提供所有相关的测试证书，以使审核能够圆满完成。

在这种情况下，设计人员可以采用经过预先测试和认证的电池系列，例如 Accutronics 的 Entellion 系列，并将它们设计成设备。这节省了大量的研究和评估时间，从而加快了上市时间。

审核编辑：郭婷