便携式体外诊断分析仪在两次测试之间可能需要等待数小时，然后还需要消耗大量电力用于样品处理、温度控制、光学测量或数据传输。其电池必须能够支持整个流程，而不仅仅是平均负载。如果外部电源发生故障，所需的响应措施可能是完成当前检测、保存数据或继续进行预定数量的测试。
工程 定制锂电池组 这些仪器的设计首先要考虑三个独立的预算：待机功耗、峰值负载能力和可用备用能量。电池、电池管理系统 (BMS) 和主机电源架构需要同时满足这三个条件。
快速回答： 测量每种工作模式下的电池侧功耗，记录最坏情况下的脉冲电流和持续时间，并确定外部电源断电后哪些功能必须继续运行。选择与分析仪兼容的电池组电压范围，然后根据转换损耗、老化、温度和储备能量来计算能量。使用实际的检测方案验证整个分析仪，而不是假设某种特定的拓扑结构能够保证运行时间。
关键精华
单独发货、断电存储、睡眠和待机测试模式。
计算电子损耗（以安时为单位）；单独评估化学自放电。
根据电压范围、能量和电流要求选择串联和并联数量。
并联电池组不是独立的备用电源。
在指定的电池报废状态下，验证测试完成情况、数据完整性和报警情况。
第一部分：构建基于模式的功率预算
1.1 定义分析器的实际运行状态
待机状态可能指控制器处于休眠状态，也可能指温控仪器随时准备启动。这些状态的要求截然不同。请为每种模式定义所需的唤醒时间、保留数据、时钟功能和通信行为。电池存储要求必须基于产品的预期分销和服务周期，而不是照搬其他组件的 12-24 个月保质期。
时尚 | 潜在负荷 | 设计问题 |
|---|---|---|
运输或长期仓储 | 残余保护和泄漏 | 经过规定的储存时间后，还剩下多少电量？ |
睡觉 | 唤醒电路、时钟、仪表和定期检查 | 分析仪需要以多快的速度和多高的可靠性唤醒？ |
待命 | 控制器、显示器、连接性和可能的热控制 | 哪些功能必须保持启用状态？ |
化验 | 加热器、电机、光学器件、加工设备和泵（如有） | 哪些载荷相互重叠并决定峰值？ |
备份操作 | 已定义的检测和数据保存功能 | 外部电源中断后，哪些事情必须继续进行？ |
1.2 正确计算电子漏电流
对于直接从电池组汲取的恒定电流，损耗量 Qlost (Ah) = I (A) × 时间 (h)。举例来说，10 µA 的电流持续 8,760 小时消耗 0.0876 Ah，即 5 Ah 电池组的 1.75%。1 µA 的电流持续 720 小时消耗 0.00072 Ah，即该电池组的 0.0144%。这些数据不包括自放电和其他所有负载。
对于转换器后的负载，应考虑转换效率和静态损耗。测量周期性唤醒循环（而不仅仅是静默期）内的平均电池侧电流。测量时应包括保护IC、电流表、主机漏电、充电器反向漏电、分压网络、指示灯以及任何均衡操作。在串联电池组中，即使总电流看起来很小，不均衡的监测电流消耗也会导致不平衡。
1.3 将自放电视为一种独立的机制
电子泄漏和化学自放电是不同的。自放电取决于具体的电芯型号、存储温度、荷电状态 (SOC)、使用年限和电池状况。不要给 NMC 或 LFP 电池设定一个统一的月度自放电百分比，也不要在没有其他证据支持的情况下，将短期测试结果外推至多年的存储情况。日历老化也会降低电池的可用容量，这与可逆电荷损失并不相同。
在预期条件下进行存储测试。测量剩余电量、充电后可恢复容量、电压分布和唤醒特性。明确初始存储荷电状态 (SOC)、充电间隔以及发货或服务所需的最低条件。
第二部分：在不降低就绪率的情况下减少待机功耗
2.1 在系统级别验证睡眠模式和发货模式
睡眠模式和发货模式功能因设备而异。低功耗监控状态不一定会断开负载，而负载断开状态也无法消除电池自放电或内部漏电。请验证完整的电路图、保护机制、唤醒源和温度相关的漏电情况。
负载开关可以隔离显示、无线电和其他非关键域。仅保留运行需求所必需的功能。检查通信或测量引脚是否会意外地为断开连接的域反向供电。使用耗尽的电池组和长时间存储后确认恢复功能。
2.2 测量整个组件
使用具有代表性的生产组件，并配备预期的固件和附件进行测试。PCB污染、湿度和元件公差均可能影响漏电。清洁或涂层控制措施应根据具体应用进行验证，而不能想当然地认为其能够保证低电流。
使用既适用于小待机电流又适用于大唤醒脉冲的仪器。测量时间要足够长，以便捕捉周期性监测和通信数据。 德州仪器的医疗设计资源 确定低静态电流电子器件是延长电池寿命的途径之一；实际的分析仪预算仍需测量。
第三部分：峰值负载和电压骤降的设计
3.1 电池端子电流特性分析
记录振幅、持续时间、重复频率、启动浪涌电流和同时负载。加热器或电机的需求不能与短测量脉冲互换。包括支持的最低电池组电压：恒功率负载通常会随着电压的降低而消耗更多电流。
C倍率 = 电流 (A) / 容量 (Ah)，需在正确的电流水平下进行计算。例如，一个5A的电池组负载，理想情况下，每组并联电池包含两个2.5Ah的电池，每个电池组共享电流，则每个电池的电流为2.5A，约为1C。实际的共享情况取决于电阻和互连对称性。使用特定型号的连续和脉冲限制，包括脉冲持续时间、静置时间、荷电状态 (SOC) 和温度。
3.2 根据需求选择电压和拓扑结构
5S2P电池组包含五个串联的电池组，每个电池组包含两个并联的电芯，共十个电芯。电芯标称电压为3.6–3.7 V，最大电压为4.2 V，因此电池组的标称电压为18.0–18.5 V，最大电压为21.0 V。这些数值不适用于其他化学成分的电芯。分析仪必须能够识别整个合格的放电-充电电压范围。
并联电芯可以提高容量并降低等效组电阻，但并不能形成两个独立保护的备用电池组。电芯短路、共享电池管理系统故障或公共连接器故障都可能影响整个组件。任何冗余设计都需要对电源路径进行单独分析并进行故障隔离。
通过 I × R 估算电压骤降，包括电池组、线路、保险丝、FET 和连接器，然后进行动态测量。并联数量必须同时满足能量和热/电流要求。 BMS 必须在合格的负载瞬变期间保护每个串联组，避免发生误跳闸。
3.3 仅在必要时添加脉冲缓冲
电容器或超级电容器可以承受短暂的瞬态电流，但需要精心设计的充电路径、电压兼容性和浪涌电流控制。对于近似恒定的电容电流，C ≥ I × Δt / ΔV。理想情况下，一个 5 A、0.5 s 的脉冲，允许 1 V 的电容压降，至少需要 2.5 F 的电容，这还不包括 ESR、容差、老化和温度裕量。初始 ESR 压降是额外的。
切勿在未评估超级电容器的额定电压、浪涌电流、均衡需求和故障特性之前，将其直接并联到电池两端。应权衡使用缓冲电容器、更换更合适的电池单元或增加并联数量等因素。
第四部分：针对特定工作流程的备用能源规模
4.1 明确所需结果
明确备份是否必须完成一次检测、支持特定时间窗口、保存结果或维持热控。具体说明检测类型、初始充电条件、所需报警以及储备电量不足以启动另一次检测时的处理方式。并非所有分析仪都适用统一的两小时备份要求或 80% 的 DoD 规则。
负载能量 Eload (Wh) = 功率随时间积分。对于简化的稳态情况，15 W 的功率持续两小时，负载能量为 30 Wh。在 90% 的转换效率下，电池提供的能量约为 33.3 Wh（未考虑储备和降额）。安时乘以时间不等于瓦时；将充电容量转换为能量时，必须考虑电压。
4.2 应用明确的、经过验证的边距
作为初步示例模型，如果电池在使用寿命结束时仅剩余额定能量的 80%，且其中 90% 可在合格的电压/负载范围内使用，则额定能量至少需要 30 / (0.90 × 0.80 × 0.90) ≈ 46.3 Wh。此外，还需加上任何单独的测试完成储备和合理的温度裕度。这些因素是设计假设，并非通用电池额定值，且不得重复计算已包含在测量可用能量中的因素。
对于脉冲式工作流程，剩余测试计数或保守的完成指标可能比单独的 SOC 更有用。 德州仪器脉冲负载测量讨论 突出剩余电荷和有效脉冲之间的区别。针对实际电池和检测特性配置并验证该计量器。
第五部分：验证分析仪和适用标准
5.1 测试完整的电源架构
《测试》（Test） | 通过标准以定义 |
|---|---|
长时间存储和唤醒 | 能量保持稳定，唤醒可靠，充电安全。 |
最坏情况下的检测负荷 | 轨道稳定性好，温度适宜，无意外复位。 |
外部来源损失和恢复 | 要求具备检测行为、数据完整性和受控的来源转移能力。 |
经过陈化和温度调节的包装 | 所需可用能量和脉冲能力在规定限值内。 |
仪表、传感器和通信故障 | 适当的警报和受控的操作限制。 |
固件和组件变更 | 重复进行受影响的备用、峰值负载和备份测试。 |
记录电池组版本、电芯批次、固件版本、SOC准备、调节、负载曲线和截止标准。使用完整的分析仪测试来确认分析性能，尤其是在电源干扰可能影响测量的情况下；仅靠可编程负载无法确定结果的准确性。
5.2 避免错误的合规性假设
体外诊断设备需要进行产品特定的标准评估。 IEC 61010-2-101 本文件针对体外诊断（IVD）医疗设备，旨在与IEC 61010-1标准配合使用。切勿仅因分析仪用于医疗保健领域就自动将IEC 60601-1标准列为适用标准。请与设备的合规团队确认适用版本和市场要求。
电池安全和运输要求，例如 IEC 62133-2、UL 2054 和 UN 38.3（如适用），涵盖范围各不相同。ISO 13485 关注质量管理，而非保证运行时间。应将电池认证和变更控制证据与设备验证计划关联起来。
对于 IVD分析仪电池集成提供模式电流、脉冲轨迹、输入电压限制和所需的备份工作流程。 请求定制电池评测 在修复包布局和界面之前。
常见问题解答
5S2P 是否适用于所有便携式体外诊断分析仪？
不。请根据完整的输入电压范围、能量、峰值电流、外壳和散热要求选择拓扑结构。5S2P 是一种可能的配置，并非标准平台。
船舶模式能保证多年的存储吗？
否。验证残余漏电、电池自放电、日历老化、唤醒以及在指定时间间隔内的剩余可用能量。
NMC 自行出院率是否应假定为每月 20-40%？
不，这并非合理的通用设计假设。应获取特定型号的证据，并在预期的存储条件下测试整个组件。
添加并行单元是否能提供备份冗余？
不。它能提高容量和电流共享能力。独立备份需要分析源路径、提供保护并实现故障隔离。
设计必须采用 80% 的 DoD 限制吗？
不。根据电池限制、使用寿命、负载电压要求和备用策略选择可用的工作窗口，然后进行验证。
哪些更改需要运行时重新验证？
评估电池、电池组保护、连接器、转换器、固件和检测操作的变化。重复受漏极变化、峰值负载、截止特性或源极切换影响的测试。
