重症監護設備中的電池冗餘系統

2025 年 9 月 23 日

範浩博士

技術總監，擁有20年鋰電池研發設計經驗，精通電池結構優化、性能提升及安全技術，在高能量密度電池、防爆電池、長壽命電池開發方面擁有豐富的實際項目經驗，參與並領導了多個大型電池研發及產業化項目。

電池冗餘系統可確保您的關鍵護理設備不間斷運作。在醫療保健領域，即使是短暫的斷電也可能威脅病人安全併中斷重要程序。鋰電池組可提供高可靠性和高效率，急救設備和便攜式醫療系統. 模組化 UPS 系統現在已廣泛應用，可確保關鍵任務環境中的不間斷運作。

可靠的電力供應對於醫療服務至關重要，因為不間斷電源系統故障可能會造成嚴重破壞。
您必須考慮切實可行的解決方案和挑戰，以保持不間斷電源並保護患者。

關鍵要點

電池冗餘系統確保重症監護設備的持續供電，在停電期間保護病患的安全。
定期測試電池備用系統至關重要，以確保它們在需要時能夠提供即時緊急電源。
模組化電池解決方案提供靈活性和快速更換，最大限度地減少停機時間並維持備用電源。
自動切換機制可保持電源穩定，確保救生設備不間斷運作。
遵守安全標準以提高可靠性並保護醫療環境中的患者。

第一部分：電池冗餘系統概述

1.1 重症監護設備需求

您依靠電池冗餘系統來維持重症監護設備的穩定電源。當主電源發生故障時，這些系統可提供即時、自動的備用電源。在醫院中，保護關鍵設備對於病人安全和不間斷護理至關重要。您會看到電池備用緊急電源支援各種救生設備，例如：

麻醉機
心臟監護儀
通風機

設施必須滿足最低電力要求，尤其是在緊急情況下。下表列出了需要持續供電的風險類別和設備範例：

風險類別	產品說明	包機成本結構範例
Cat 1. 纜線	電氣故障可能導致嚴重傷害甚至死亡。電源必須持續供應。	手術室、維生系統、加護病房
Cat 2. 纜線	電氣故障可能會造成輕傷。	緊急呼叫系統、病房照明
Cat 3. 纜線	電氣故障不太可能導致受傷。	醫院管道系統、普通護理室電力
Cat 4. 纜線	電氣故障不會影響患者的健康。	候診室裡的電視、草坪灑水器、公共廣播系統

您必須優先考慮第 1 類和第 2 類區域的備用電源解決方案，以最大限度地減少停機時間並確保可靠的電力供應。

1.2 冗餘設計類型

電池冗餘系統採用多種設計類型，為關鍵設備提供備用電源保護。您經常會看到雙交流輸入系統，它們連接到兩個獨立的電源電路。這些系統支援快速故障轉移（低於 10 毫秒），防止電池備用電源中斷。外部 UPS 系統提供電池備用緊急電源和電湧保護，但您需要定期更換電池以確保安全。

常見的設計類型包括：

緊急服務和重症監護室：保護呼吸器和監視器等關鍵設備。
手術室：確保手術燈和麻醉機的恆定電力。
醫學影像：支援 CT 掃描儀和 MRI 機器等敏感診斷設備。
實驗室設備：為離心機和培養箱提供動力。
資料中心：保護電子健康記錄和重要 IT 系統。

您可以合併並聯 UPS 裝置或使用 N+1 配置來確保備用電源系統保持可用。

1.3 模組化電池解決方案

模組化電池冗餘系統為重症監護設備提供先進的安全性和靈活性。您將受益於過充保護、深度放電保護和溫度監控等功能。每個模組都包含電壓、溫度和電流的即時監控。如果某個模組發生故障，您可以快速隔離並更換，從而最大限度地減少停機時間並保持備用電源的正常運作。

企業優勢	產品說明
先進的安全措施	過度充電、深度放電和溫度監控。
實時監控	電池電壓、溫度和電流監測。
故障模組的隔離	可以隔離故障模組，防止整個系統的危險。
高效散熱	單獨冷卻可降低熱失控的風險。
快速更換	無需拆卸系統即可更換性能下降的模組。
冗餘模組	如果一個模組發生故障，仍可繼續運行，確保系統可靠性。

您可以擴展或縮減模組化電池系統，以滿足不斷變化的能源需求。這種適應性支持醫療、機器人、安防、基礎設施、消費電子和工業領域。鋰電池組（包括磷酸鋰鐵、三元鋰、鈷酸鋰、鋰錳氧化物、鈦酸鋰、固態和鋰金屬化學電池）具有高能量密度、長循環壽命和強大的平台電壓，可提供備用電源保護。為您的設施選擇備用電池系統時，應查看永續性和衝突礦物聲明。

第 2 部分：保護關鍵設備

2.1 救生設備備份

您依靠電池備用緊急電源來確保救生設備始終正常運作。在重症監護環境中，即使是短暫的斷電也可能危及病人安全，並導致重要手術的停機。磷酸鐵鋰 (LiFePO4) 和鎳鈷錳 (NMC) 等鋰電池組可為呼吸器、心臟監視器和麻醉機提供可靠的備用電源。這些電池具有高能量密度和長循環壽命，是持續運作的理想選擇。

當主電源發生故障時，電池冗餘系統可提供即時備援。這些系統為重症監護病房和急診室的關鍵設備提供支援。先進的UPS電源可確保無縫過渡到電池備用緊急電源，防止手術或緊急情況中斷。您可以保護敏感醫療材料免受溫度變化的影響，並維護生命關鍵設備的完整性。

提示：定期測試您的電池備用系統，以確保它們在需要時提供即時緊急電源。

2.2 手術室及急診設備

手術室的關鍵操作需要不間斷電源。您必須保護最容易斷電的設備，包括：

手術室照明中斷
電外科手術裝置故障
視訊顯示器無法操作
吸力喪失

電池備用應急電源可確保這些設備持續運行，讓您能夠不間斷地進行手術。鋰電池組（包括 LCO 和 LMO 電池）可支援高耗電設備並提供穩定的平台電壓。您可以盡量減少停機時間，確保病人和工作人員的安全。

手術和緊急環境中不間斷電源的協議包括：

電池備用系統確保手術室關鍵設備的持續運作。
停電期間立即供電可讓您安全地完成手術。
備用系統可保護敏感的醫療材料免受電源故障的損害。

協定/系統	產品說明
緊急安全協定（ESP）	透過清晰的溝通和明確的角色來最大限度地減少錯誤並提高安全性的結構化方法。
模擬訓練（ST）	增強高壓情況下團隊協調能力和態勢感知能力的訓練。
不間斷電源（UPS）	為關鍵設備提供備用電源的系統，確保在停電期間繼續運作。

設計和安裝這些系統時，必須遵守嚴格的規範和規定。先進的鋰電池組（例如 LTO 和固態電池組）性能強勁，充電速度快，可在高壓環境下為關鍵設備提供支援。

2.3 資料與環境保護

您依靠電池冗餘系統來保護敏感資料並維持醫療機構的環境控制。持續供電至關重要用於診斷工具、藥房冷凍設備和生物醫學儲存。電源中斷可能導致設備故障，危及患者生命，並損害設施的完整性。

敏感的生物醫學材料需要精確的溫度控制。斷電可能會損壞這些材料，造成經濟損失並威脅病人安全。合適的UPS系統可確保無縫切換至備用電源，從而維持患者護理的連續性。

電源故障可能導致大量資料遺失。如果在資料處理過程中發生斷電，未儲存的資訊可能會永久遺失。突然斷電可能會損壞硬體和作業系統，導致進一步的資料遺失和營運中斷。在重症監護環境中，斷電期間缺少UPS可能會導致資料損壞或遺失。例如，如果影像設備或病患資料伺服器意外斷電，病患資訊的完整性可能會受到損害，直接影響病患安全。

注意：使用可靠的備用電源保護數位系統和環境控制可減少停機時間並支援不間斷的患者護理。

鋰電池組（包括鋰金屬和固態化學電池）可為醫療、機器人、安防、基礎設施、消費性電子和工業領域的備用系統提供高能量密度和長循環壽命。即使在意外斷電事件中，也能確保關鍵設備和敏感資料受到保護。

第 3 部分：可靠性與維護

3.1 N+1 和 2(N+1) 冗餘

您需要了解冗餘策略，以確保關鍵系統的持續運作。 N+1 冗餘意味著在系統中新增一個備用組件。這種設置可以降低硬體成本，並且易於實施。但是，如果備用組件發生故障，您的系統將面臨風險。對於高可用性環境，2N 冗餘可以複製整個系統。這種方法可以消除單點故障並支援無縫電源切換，但會增加成本和複雜性。

冗餘類型	產品說明	優點	缺點
N + 1	一個額外的備用組件用於處理故障。	降低硬體成本。易於實施。提供單一故障的備份。	備用電源發生故障時，有系統故障的風險。對於大型系統來說，效率較低。
2N	完全複製系統。	無單點故障。可處理多個組件故障。高可用性的理想選擇。	硬體和維護成本更高，管理更複雜。

您應該選擇符合您設施關鍵需求和預算的冗餘類型。在醫療、機器人和工業領域，最大限度地減少停機時間對於安全性和可靠性至關重要。

3.2 測試和生命週期管理

您必須定期測試電池備用緊急電源系統，以確保其可靠性。例行檢查有助於您及早發現問題，並防止緊急故障。建議的測試間隔包括每月、每季和每年對電壓、電流和溫度進行評估。您還應在安裝時進行驗收測試，並根據使用壽命定期進行放電測試。

測試類型	頻率
在電池端子處測量的總浮動電壓	每月、每季、每年
充電器輸出電流和電壓	每月、每季、每年
直流浮充電流（每串）	每月、每季、每年
環境溫度	每月、每季、每年
每個電池負極的溫度	每季、每年
電池/單元內部歐姆值	每季、每年
電池間和端子連接細部電阻	每年
交流漣波電流和/或電壓	每年

提示：定期測試和監控鋰電池組，例如 LiFePO4、NMC、LCO、LMO、LTO、固態和鋰金屬，可幫助您實現連續運作並最大限度地減少停機時間。

您可以使用先進的電池管理系統（了解更多關於 BMS 的資訊）來優化電池管理。這些系統可以監控電池的健康狀況、溫度和充電週期，支援關鍵設備的備用電源和緊急電源需求。

3.3 合規性

您必須遵守國際標準，以確保電池冗餘系統的安全性和可靠性。 ANSI/AAMI ES 60601-1 和 IEC 60086-4 等標準規定了醫療設備安全和鋰電池性能的要求。 IEC 62133 和 IEC 62485-X 則涉及二次電池和電池組的安裝安全。遵守這些標準有助於保護患者並維持監管部門的批准。

標準版	產品說明
ANSI/AAMI ES 60601-1	需要電源插座或電池的醫療器材的基本安全和基本性能的一般要求。
IEC 60086-4	鋰電池的安全性，概述了一次鋰電池的測試和要求。
IEC 62133	含鹼性或其他非酸性電解質的二次電池和電池組的安全要求。
IEC 60086-5	水性電解質電池的安全性。
IEC 62485-X	二次電池和電池裝置的安全要求。

您應該隨時了解法規變化，並維護所有用於重症監護設備的鋰電池組的文件。這種方法可以保障緊急電源的可靠性，並確保醫療、機器人、安防、基礎設施、消費性電子和工業應用中的無縫電源轉換。

第四部分：電池冗餘創新

4.1 智能監控

您可以透過對鋰電池組進行智慧監控來提高重症監護的可靠性。這些系統收集即時數據，幫助您在問題影響患者安全之前發現問題。您可以監控電池充電狀態（SOC）、健康狀態 (SOH)、充電記錄、溫度變化、電壓測量值以及資料品質指標。現場數據可讓您清楚了解電池在實際工況下的性能，從而幫助您預測電池壽命並及早發現故障。

好處	產品說明
持續監控	提供持續資料以在問題導致故障之前檢測出問題。
主動維護	能夠及時介入以維持電池的健康和性能。
早期故障檢測	儘早發現潛在問題，減少停機時間並確保可靠性。
延長電池壽命	幫助實現電池的額定使用壽命，這對於醫療保健運作至關重要。
提高網站可用性	確保電力系統可靠，支援醫院的關鍵任務服務。

您可以使用先進的電池管理系統 (BMS) 來實現智慧監控。這些工具可協助您維護鋰電池組，例如磷酸鋰 (LiFePO4)、三元鋰 (NMC)、鋰鈷 (LCO)、鋰金屬氧化物 (LMO)、鈦酸鋰 (LTO)、固態電池和鋰金屬電池。了解更多關於 BMS 的資訊。

4.2 自動切換

自動切換機制可在斷電期間保持電源穩定。當主電源發生故障時，自動轉換開關 (ATS) 會根據設定的電壓偏好將負載切換至緊急電源。一旦電源恢復，ATS 會切換回主電源。此過程可減少停機時間並保護關鍵護理設備。

主電源故障
ATS 在規定的電壓範圍內將負載切換到緊急電源
一旦電源恢復，轉換開關將負載返回主電源

醫療設施、大型資料中心、工業園區和電信樞紐都配備了自動切換系統。這些系統確保機器人、安全、基礎設施和消費性電子產業的持續運作。

提示：自動切換可協助您維持救生設備不間斷的電源。

4.3未來趨勢

您將看到新技術正在塑造醫療保健領域的電池冗餘。 LG Energy Solution 和三星 SDI 等公司正在改善醫療設備的電池管理。新創公司利用人工智慧驅動的 BMS 解決方案來優化電池效能。邁瑞的 BMS 等能量收集技術可以捕捉環境能量，從而延長便攜式設備的電池壽命。

技術類型	產品說明
先進的電池管理系統	提高醫療設備中的電池效能。
AI驅動的BMS解決方案	利用人工智慧優化電池管理。
能量收集技術	透過捕捉環境能量來延長便攜式設備的電池壽命。

您也可能看到氫燃料電池作為長效備用電源，人工智慧驅動的網路防禦用於威脅檢測，以及區塊鏈用於保障醫藥供應鏈安全。鋰離子和鈉離子技術的進步將提高能量密度、安全性和成本效益。固態電池和矽陽極將提高穩定性和永續性，使冗餘系統更加可靠和高效。

您需要強大的電池冗餘系統來保護重症監護設備並確保患者安全。磷酸鐵鋰 (LiFePO4) 等鋰電池組使用壽命長且維護成本低，而模組化 UPS 解決方案則提供可擴展性和可靠性。透過將現代電源系統與持續的檢查和維護相結合，您可以降低營運成本並提高可靠性。

為您的設施考慮以下步驟：

評估您目前的備份系統。
投資可擴展的鋰電池組和模組化 UPS 解決方案。
培訓員工並遵守電氣規範。
安排定期測試和維護。

常見問題