便攜式體外診斷分析儀在兩次測試之間可能需要等待數小時，然後還需要消耗大量電力用於樣品處理、溫度控制、光學測量或數據傳輸。其電池必須能夠支援整個流程，而不僅僅是平均負載。如果外部電源發生故障，所需的回應措施可能是完成目前檢測、保存資料或繼續進行預定數量的測試。
客製化鋰電池組 這些儀器的設計首先要考慮三個獨立的預算：待機功耗、尖峰負載能力和可用備用能量。電池、電池管理系統 (BMS) 和主機電源架構需要同時滿足這三個條件。
快速回答： 測量每種工作模式的電池側功耗，記錄最壞情況下的脈衝電流和持續時間，並確定外部電源斷電後哪些功能必須繼續運作。選擇與分析儀相容的電池組電壓範圍，然後根據轉換損耗、老化、溫度和儲備能量來計算能量。使用實際的檢測方案驗證整個分析儀，而不是假設某種特定的拓樸結構能夠保證運行時間。
關鍵要點
單獨出貨、斷電儲存、睡眠和待機測試模式。
計算電子損耗（以安時為單位）；單獨評估化學自放電。
根據電壓範圍、能量和電流要求選擇串聯和並聯數量。
並聯電池組不是獨立的備用電源。
在指定的電池報廢狀態下，驗證測試完成情況、資料完整性和警報情況。
第一部分：建立基於模式的功率預算
1.1 定義分析器的實際運作狀態
待機狀態可能指控制器處於休眠狀態，也可能指溫控儀器隨時準備啟動。這些狀態的要求截然不同。請為每種模式定義所需的喚醒時間、保留資料、時鐘功能和通訊行為。電池儲存需求必須基於產品的預期分銷和服務週期，而不是照搬其他組件的 12-24 個月保質期。
模式 | 潛在負荷 | 設計問題 |
|---|---|---|
運輸或長期倉儲 | 殘餘保護和洩漏 | 經過規定的儲存時間後，還剩下多少電量？ |
寵物床 | 喚醒電路、時鐘、儀表和定期檢查 | 分析儀需要以多快的速度和多高的可靠性喚醒？ |
待命 | 控制器、顯示器、連接性和可能的熱控制 | 哪些功能必須保持啟用狀態？ |
含量測定 | 加熱器、馬達、光學器件、加工設備和泵浦（如有） | 哪些載荷相互重疊並決定峰值？ |
備份作業 | 已定義的檢測和資料保存功能 | 外部電源中斷後，哪些事情必須繼續進行？ |
1.2 正確計算電子漏電流
對於直接從電池組汲取的恆定電流，損耗量 Qlost (Ah) = I (A) × 時間 (h)。舉例來說，10 µA 的電流持續 8,760 小時消耗 0.0876 Ah，即 5 Ah 電池組的 1.75%。 1 µA 的電流持續 720 小時消耗 0.00072 Ah，即該電池組的 0.0144%。這些數據不包括自放電和其他所有負載。
對於轉換器後的負載，應考慮轉換效率和靜態損耗。測量週期性喚醒循環（而不僅僅是靜默期）內的平均電池側電流。測量時應包括保護IC、電流表、主機漏電、充電器反向漏電、分壓網路、指示燈以及任何均衡操作。在串聯電池組中，即使總電流看起來很小，不均衡的監控電流消耗也會導致不平衡。
1.3 將自放電視為獨立的機制
電子洩漏和化學自放電是不同的。自放電取決於特定的電芯型號、儲存溫度、荷電狀態 (SOC)、使用年限和電池狀況。不要為 NMC 或 LFP 電池設定一個統一的月度自放電百分比，也不要在沒有其他證據支持的情況下，將短期測試結果外推至多年的存儲情況。日曆老化也會降低電池的可用容量，這與可逆電荷損失並不相同。
在預期條件下進行儲存測試。測量剩餘電量、充電後可恢復容量、電壓分佈和喚醒特性。明確初始儲存荷電狀態 (SOC)、充電間隔以及出貨或服務所需的最低條件。
第二部分：在不降低就緒率的情況下減少待機功耗
2.1 在系統層級驗證睡眠模式和出貨模式
睡眠模式和出貨模式功能因設備而異。低功耗監控狀態不一定會斷開負載，而負載斷開狀態也無法消除電池自放電或內部漏電。請驗證完整的電路圖、保護機制、喚醒源和溫度相關的漏電情況。
負載開關可以隔離顯示、無線電和其他非關鍵域。僅保留運作需求所需的功能。檢查通訊或測量引腳是否會意外地為斷開連接的域反向供電。使用耗盡的電池組和長時間儲存後確認恢復功能。
2.2 測量整個組件
使用代表性的生產組件，並配備預期的韌體和配件進行測試。 PCB污染、濕度和元件公差可能影響漏電。清潔或塗層控制措施應根據特定應用進行驗證，而不能想當然地認為其能夠保證低電流。
使用既適用於小待機電流又適用於大喚醒脈衝的儀器。測量時間要夠長，以便捕捉週期性監測和通訊資料。 德州儀器的醫療設計資源 確定低靜態電流電子元件是延長電池壽命的途徑之一；實際的分析儀預算仍需測量。
第三部分：峰值負載和電壓驟降的設計
3.1 電瓶端子電流特性分析
記錄振幅、持續時間、重複頻率、啟動突波電流和同時負載。加熱器或馬達的需求不能與短測量脈衝互換。包括支援的最低電池組電壓：恆功率負載通常會隨著電壓的降低而消耗更多電流。
C倍率 = 電流 (A) / 容量 (Ah)，需在正確的電流等級下進行計算。例如，一個5A的電池組負載，理想情況下，每組並聯電池包含兩個2.5Ah的電池，每個電池組共享電流，則每個電池的電流為2.5A，約為1C。實際的共享情況取決於電阻和互連對稱性。使用特定型號的連續和脈衝限制，包括脈衝持續時間、靜置時間、荷電狀態 (SOC) 和溫度。
3.2 根據需求選擇電壓和拓樸結構
5S2P電池組包含五個串聯的電池組，每個電池組包含兩個並聯的電芯，共十個電芯。電芯標稱電壓為3.6–3.7 V，最大電壓為4.2 V，因此電池組的標稱電壓為18.0–18.5 V，最大電壓為21.0 V。這些數值不適用於其他化學成分的電芯。分析儀必須能夠識別整個合格的放電-充電電壓範圍。
並聯電芯可以提高容量並降低等效組電阻，但並不能形成兩個獨立保護的備用電池組。電芯短路、共用電池管理系統故障或公共連接器故障都可能影響整個組件。任何冗餘設計都需要對電源路徑進行單獨分析並進行故障隔離。
透過 I × R 估算電壓驟降，包括電池組、線路、保險絲、FET 和連接器，然後進行動態測量。並聯數量必須同時滿足能量和熱/電流要求。 BMS 必須在合格的負載瞬變期間保護每個串聯組，避免發生誤跳閘。
3.3 僅在必要時添加脈衝緩衝
電容器或超級電容器可以承受短暫的瞬態電流，但需要精心設計的充電路徑、電壓相容性和突波電流控制。對於近似恆定的電容電流，C ≥ I × Δt / ΔV。理想情況下，一個 5 A、0.5 s 的脈衝，允許 1 V 的電容壓降，至少需要 2.5 F 的電容，這還不包括 ESR、容差、老化和溫度裕量。初始 ESR 壓降是額外的。
切勿在未評估超級電容器的額定電壓、突波電流、均衡需求和故障特性之前，將其直接並聯到電池兩端。應權衡使用緩衝電容器、更換更合適的電池單元或增加並聯數量等因素。
第四部分：針對特定工作流程的備用能源規模
4.1 明確所需結果
明確備份是否必須完成一次偵測、支援特定時間視窗、儲存結果或維持熱控。具體說明偵測類型、初始充電條件、所需警報以及儲備電量不足以啟動另一次偵測時的處理方式。並非所有分析儀都適用統一的兩小時備份要求或 80% 的 DoD 規則。
負載能量 Eload (Wh) = 功率隨時間積分。對於簡化的穩態情況，15 W 的功率持續兩小時，負載能量為 30 Wh。在 90% 的轉換效率下，電池提供的能量約為 33.3 Wh（未考慮儲備和降額）。安時乘以時間不等於瓦時；將充電容量轉換為能量時，必須考慮電壓。
4.2 應用明確的、經過驗證的邊距
作為初步範例模型，如果電池在使用壽命結束時僅剩餘額定能量的 80%，且其中 90% 可在合格的電壓/負載範圍內使用，則額定能量至少需要 30 / (0.90 × 0.80 × 0.90) ≈ 46.3 Wh。此外，還需加上任何單獨的測試完成儲備和合理的溫度裕度。這些因素是設計假設，並非通用電池額定值，且不得重複計算已包含在測量可用能量中的因素。
對於脈衝式工作流程，剩餘測試計數或保守的完成指標可能比單獨的 SOC 更有用。 德州儀器脈衝負載測量討論 突出剩餘電荷和有效脈衝之間的差異。針對實際電池和檢測特性配置並驗證此計量器。
第五部分：驗證分析儀和適用標準
5.1 測試完整的電源架構
測試 | 透過標準以定義 |
|---|---|
長時間儲存和喚醒 | 能量保持穩定，喚醒可靠，充電安全。 |
最壞情況下的檢測負荷 | 軌道穩定性好，溫度適宜，無意外復位。 |
外部來源損失和恢復 | 要求具備偵測行為、資料完整性和受控的來源轉移能力。 |
經過陳年和溫度調節的包裝 | 所需可用能量和脈衝能力在規定限值內。 |
儀表、感測器和通訊故障 | 適當的警報和受控的操作限制。 |
韌體和組件變更 | 重複進行受影響的備用、尖峰負載和備份測試。 |
記錄電池組版本、電芯批次、韌體版本、SOC準備、調節、負載曲線和截止標準。使用完整的分析儀測試來確認分析性能，尤其是在電源幹擾可能影響測量的情況下；僅靠可編程負載無法確定結果的準確性。
5.2 避免錯誤的合規性假設
體外診斷設備需要進行產品特定的標準評估。 IEC 61010-2-101 本文件針對體外診斷（IVD）醫療設備，旨在與IEC 61010-1標準搭配使用。切勿僅因分析儀用於醫療保健領域就自動將IEC 60601-1標準列為適用標準。請與設備的合規團隊確認適用版本和市場要求。
電池安全和運輸要求，例如 IEC 62133-2、UL 2054 和 UN 38.3（如適用），涵蓋範圍各不相同。 ISO 13485 專注於品質管理，而非保證運作時間。應將電池認證和變更控制證據與設備驗證計劃關聯起來。
對於 IVD分析儀電池集成提供模式電流、脈衝軌跡、輸入電壓限制和所需的備份工作流程。 請求客製化電池評測 在修復包佈局和介面之前。
常見問題
5S2P 是否適用於所有攜帶式體外診斷分析儀？
不。請根據完整的輸入電壓範圍、能量、峰值電流、外殼和散熱要求選擇拓樸結構。 5S2P 是一種可能的配置，並非標準平台。
船舶模式能保證多年的儲存嗎？
否。驗證殘餘漏電、電池自放電、日曆老化、喚醒以及在指定時間間隔內的剩餘可用能量。
NMC 自行出院率是否應假定為每月 20-40%？
不，這並非合理的通用設計假設。應取得特定型號的證據，並在預期的儲存條件下測試整個組件。
新增並行單元是否能提供備份冗餘？
不。它能提高容量和電流共享能力。獨立備份需要分析來源路徑、提供保護並實現故障隔離。
設計必須採用 80% 的 DoD 限制嗎？
不。根據電池限制、使用壽命、負載電壓要求和備用策略選擇可用的工作窗口，然後進行驗證。
哪些變更需要運行時重新驗證？
評估電池、電池組保護、連接器、轉換器、韌體和檢測操作的變化。重複受汲極變化、尖峰負載、截止特性或源極切換影響的測試。
