简要解答：首先明确体外诊断分析仪在检测过程中断电时必须执行的操作：完成检测、保存结果和状态，还是安全停止。根据所需负载和时间确定备用电池的容量，然后在具有代表性的检测阶段中断电源进行验证。
关键精华
根据每个测试步骤的实际所需功率进行匹配。然后决定是继续运行、保存当前状态还是安全关机。
选择适合分析仪功耗和检测完整性需求的电池类型和电池管理系统功能。
使用基于模式的功率预算，根据待机功耗、峰值负载和运行时间来调整备用能源规模。
在每个测试阶段都应进行断电测试，以检验电源装置的运行情况。此外，还应在电池组使用寿命的开始和结束时进行测试。
遵循 IEC 62133 标准，定期进行测试并使用经认可的充电器，保持电池组的良好状态。
第一部分：断电期间检测的保护：要求和故障模式
1.1 各检测阶段的基本负荷
在确定哪些负载必须保持运行之前，无法选择合适的电池组容量。列出所有负载及其所处的测试阶段。然后决定哪些负载必须持续运行，哪些负载可以移除。
检测阶段 | 基本负荷 | 骑车穿过或棚屋 |
|---|---|---|
试剂处理 | 试剂泵、阀门、位置传感器 | 骑行通过 |
孵化 | 加热器控制、温度传感器 | 骑行通过 |
检测 | 光学、光电探测器、信号处理 | 骑行通过 |
数据记录 | 内存写入，结果存储 | 骑行通过 |
冷藏 | 样品和试剂冷却 | 穿过，或者如果热质量保持不变，则可以短暂脱落。 |
检测阶段也决定着最终结果。在试剂处理或孵育过程中，短暂中断可能足以让分析仪完成检测。在检测过程中，保存状态并恢复运行通常能更好地保证结果的准确性。在运行后期，安全关机可能是唯一可靠的选择。务必记录每个阶段的运行情况，因为它决定了所需的备用电源。
1.2 电源中断故障模式
停电只是故障模式之一。电压骤降会导致电压下降，但并非完全断电。电压骤降持续时间仅为几毫秒，却足以重置控制器。市电和发电机之间的切换会产生开关瞬态。每种故障模式都会对分析仪造成不同的压力，并且都可能干扰正在进行的检测。
在电源插座和分析仪之间加装稳压器或浪涌保护器是一种低成本的一线升级方案。它可以吸收瞬态电压并抑制电压骤降，防止其到达电源。虽然它不能替代电池组，但可以减少电池组承担负载的频率。可以将其视为断电期间保护检测的第一道防线，锂电池组则作为第二道防线。
第二部分：锂电池化学和电池管理系统选择
2.1 匹配 LCO、NMC、LiFePO4 和 LMO
您选择的电池化学成分决定了电池组的能量密度、循环寿命和电压平台。下表显示了单体电池的参考范围。请将其作为单体电池的参考，而非电池组的保证值，因为电池组设计、热控制和放电深度都会影响实际数值。
材质 | 平台电压 | 能量密度（Wh/kg） | 周期 |
|---|---|---|---|
LCO | 3.7 V | 180-230 | 500-1,000 |
NMC | 3.6-3.7伏 | 160-270 | 500-1,000 |
LiFePO4 | 3.2 V | 100-180 | 2,000-5,000 |
LMO | 3.7 V | 120-170 | 300-700 |
每种化学材料都最适合特定的用途。据Verified Market Reports报道，LCO电池适用于紧凑型、高密度设计，例如手持设备和可穿戴设备。NMC电池兼顾能量密度、寿命和成本，因此适用于电动汽车和电网储能。LMO电池则适用于电动工具、电动自行车以及一些对安全性和成本要求较高的医疗设备。LiFePO4电池具有长循环寿命和在严苛工况下稳定的性能。BateriaPower指出，LiFePO4电池广泛应用于数据中心备用电源、医院应急系统和便携式电源。固态电池和锂金属电池是空间受限分析仪的前瞻性选择。
对于便携式体外诊断分析仪，应根据负载情况选择合适的电池类型。频繁循环使用的台式设备可能更适合使用磷酸铁锂电池 (LiFePO4)。而重量限制严格的手持式设备则可能更适合使用镍钴锰酸锂 (NMC) 或锂钴氧化物锂电池 (LCO)。据 Verified Market Reports 报道，医疗器械便携式诊断工具已经广泛采用小型锂离子电池，安全性和使用寿命是其首要考虑因素。
2.2 BMS 在检测完整性方面的功能
电池管理系统将电芯堆转化为一个安全可靠、可预测的电源。其中，有三个功能对检测结果的完整性至关重要。
睡眠模式 当分析仪在两次运行之间处于空闲状态时，可以减少待机功耗，使电池组保持电量以备下次中断使用。
保护性能 在过充、过放、过流和短路损坏电池或导致测试过程中线路断电之前，阻止这些情况发生。
监控 跟踪电池电压、电流和温度，并报告充电状态，以便分析仪知道剩余运行时间。
这些功能需要仔细规范。我们的指南将介绍…… BMS和PCM设计 深入探讨了架构。行业实践证明了其价值。库卡报告称，机器人现在负责组装和检测电动汽车的电池管理系统，这表明该电子产品供应链已发展得非常成熟。医疗机构也依赖于稳定的环境控制，而一个监控良好的电池组在分析仪中也发挥着同样的作用。
第三部分：备份设计：功率预算和运行时间规划
3.1 基于模式的预算和待机功耗
首先，测量电池在每种运行模式下的耗电量，以此作为功率预算的起点。记录试剂处理、孵育、检测和待机期间的电流消耗。每种模式对应一个数值，这些数值汇总起来就能反映出电池组能量的实际消耗情况。
待机耗电需要单独列出。分析仪在两次运行之间可能闲置数周，即使是微小的漏电流也会随着时间的推移而累积。large-battery.com 博客上关于便携式体外诊断分析仪电池组设计的一篇文章提供了一个实例。10 µA 的漏电持续 8,760 小时，会消耗 0.0876 Ah 的电量，相当于 5 Ah 电池组的 1.75%。1 µA 的漏电持续 720 小时，会消耗 0.00072 Ah 的电量，相当于该容量的 0.0144%。这两个数值都没有考虑自放电和其他负载，因此只能作为下限值。
BMS睡眠模式 是您的主要控制点。管理系统会在触发时关闭监控电路并唤醒，从而在耗尽备用电量之前切断空闲耗电。请根据检测计划设置睡眠阈值和唤醒条件，以便电池组随时准备应对下一次中断。
3.2 峰值负荷和备用能源容量
峰值负载和总能量是不同的问题，而一个电池组必须同时解决这两个问题。5S2P拓扑结构有助于解决这个问题。五个串联的电芯提高了电池组的电压，而两个并联的电芯串则分担电流。每个电芯串承担一半的负载，因此电池组可以处理单个电芯串无法处理的电流脉冲。并联的电芯串还增加了电池容量，从而延长了运行时间。
对于短暂的瞬态脉冲，可以使用电容器或超级电容器进行缓冲。large-battery.com 博客给出了电容值的关系：电容值至少应为脉冲电流乘以脉冲持续时间再除以允许的电压降。理想情况下，一个 5 A、0.5 s 的脉冲，允许的电压降为 1 V，至少需要 2.5 F 的电容值，这还不包括等效串联电阻 (ESR)、容差、老化和温度裕度等因素的影响。
现在来估算能量。博客中提到的情况是，以 15 瓦的功率稳定运行两小时，这需要 30 瓦时的能量。假设转换效率为 90%，电池在预留储备和降额使用前必须提供约 33.3 瓦时的能量。此外，还要预留足够的裕量。如果在运行结束时仅剩余额定能量的 80%，且其中 90% 的能量可以在符合要求的电压和负载范围内使用，则额定能量必须至少达到 30 / (0.90 × 0.80 × 0.90) ≈ 46.3 瓦时。在此基础上，还要加上任何单独的测试完成储备以及合理的温度裕量。
不要将通用的两小时规则或固定的80%放电深度限制照搬到每台分析仪上。应明确备用电源必须完成的任务：完成一次检测、保持特定时间窗口、保存结果或维持温度控制。根据这些定义，综合考虑备用电源的功耗、峰值容量和可用备用能量。
第四部分：根据标准验证电源架构
4.1 验证中断期间的检测保护
测试表明该设计确实有效。制定一个与您的检测阶段相匹配的中断测试计划。在试剂处理期间切断主电源，并检查分析仪是否完成运行。在检测期间切断电源，并检查其是否保存状态并在恢复后获得正确结果。停止后期运行，并检查是否安全关机且数据未损坏。
针对第一部分中的每种故障模式分别进行测试。完全断电、电压骤降、电压快速下降以及市电转发电机供电都会对电池组造成不同的压力。记录每次测试的电池组电压、电源轨电压和测试结果。在电池组使用寿命的开始和结束时进行测试，因为老旧电池组的储备容量会降低。
记录每个阶段的完整保存状态或安全关机行为。这份记录将证明“断电期间保护检测”策略在实际条件下有效，而不仅仅是纸上谈兵。
4.2 标准、维护和数据完整性
IEC 62133-2 标准涵盖便携式密封二次电池和蓄电池的安全要求。设计锂电池组时，请务必符合该标准，并将测试报告保存在设计历史文件中。同时，请将其与您所在地区的医疗器械电气安全法规以及质量管理体系记录结合使用。
维护保养可确保分析仪的保护功能在其整个使用寿命期间持续有效：
每次跑步之间请确保备用电池充满电。
按固定时间表测试该套件并记录结果。
仅使用制造商认可的充电器和配件。
在停电威胁到样品和试剂之前，请提前准备好冷藏设施。
数据完整性取决于这四个因素。即使电池组今天通过了中断测试，如果没有定期检查，明年也可能出现故障。应将电池视为经过验证的子系统，而不是报废后就更换的消耗品。
在断电期间保护检测流程遵循一个完整的步骤。首先，您需要定义关键负载和故障模式。然后，选择化学试剂和电池管理系统 (BMS) 功能。接下来，根据待机功耗、峰值负载和运行时间确定备用电源容量。最后，根据标准验证整个设计。检测保护是一项架构决策，而非单个组件的选择。请记录每个检测阶段的完整映射、保存状态映射或安全关机映射。
请将以下清单提供给实验室管理人员和生物医学工程师：
在电源插座和分析仪之间加装浪涌保护器。
保持备用电池电量充足，并定期进行测试。
仅使用制造商认可的充电器和配件。
在每个检测阶段、包装寿命的开始和结束时进行中断测试。
常见问题解答
哪些检测阶段需要全程电池续航？
试剂处理、孵育、检测和数据记录都需要持续进行。如果热容量足够，冷藏可以短暂中断。在确定包装尺寸之前，请先将每批样品与其所属阶段对应起来。这种对应关系是断电期间保护检测的第一步。
如何选择完成、保存状态和安全关机？
让检测阶段自行决定。早期阶段通常可以使用备用电源完成。检测过程有利于保存状态并恢复运行。后期运行可能需要安全关机。记录每个阶段的选择。
使用浪涌保护器是否可以取代电池组？
不。浪涌保护器或稳压器会在瞬态电压和电压骤降到达电源之前将其截断，从而减少电池组需要承受负载的频率。它本身无法完成测试。
为什么 5S2P 电池组有助于应对峰值负载？
五节电池串联可以提高电池组电压。两组并联电池分担电流，因此每组电池承担一半的负载。并联的电池组还能增加容量。此外，电容器还可以缓冲短脉冲。
锂电池组安全标准涵盖哪些内容？
IEC 62133-2 标准涵盖便携式密封二次电池和蓄电池的安全要求。请根据该标准设计您的电池组，并将测试报告保存在您的设计历史记录文件中。同时，请将其与您所在地区的医疗器械电气安全法规结合使用。
备用电池应该多久测试一次？
制定固定的测试计划并记录每次测试结果。在电池组使用寿命的开始和结束时进行中断测试，因为老旧电池组的储备容量较小。每次测试之间保持电池组充满电。
