电池风险管理

以可靠性为中心的维护 (RCM) 是一种维护策略，它以最低级别的维护提供持续的系统可靠性。RCM 始于 1960 年代，并于 1970 年代被航空业采用。军方在 1980 年代紧随其后，在 1990 年代，这一过程扩展到民用用户，例如核电站、石油和天然气、地铁、医院等。RCM 由技术标准 SAE JA1011 定义，提供风险意识，可提高可靠性，同时减少侵入性维护的需要并降低运营成本。

“坏了就修”适用于旧机器。对于航空旅行，这种方法不再适用，联合航空公司是第一家出于安全原因采用 RCM 的公司。现代飞机和新机械的设计现在与 RCM 协调以简化维护。

一旦可靠的诊断方法可用于测量健康状况 (SoH)，RCM 还将致力于维护电池。但由于分析的复杂性和波动性，技术滞后。电池性能指标在充满电、空电、搅动或存放时会发生变化。电池带有“黑匣子”综合症，肉眼看不到它们的状况。电池组在充满电或空、新的或需要更换时看起来都一样。相比之下，汽车轮胎在空气不足时会变形，或者在胎面磨损时表示寿命终止。

电池经常被安装和遗忘。新电池以 100% 的容量开始，最初不会注意到褪色。与机械部件类似，电池也可能过早失效，尤其是在压力过大的情况下。考虑到日益增长的重要性，电池应该得到与飞机或机器中的关键部件相同的处理，在这些部件中，磨损属于严格的维护指南。

监管机构意识到电池的缺点，这在医疗保健领域尤为明显。与受到严格监管的医药产品不同，电池并没有得到很好的控制。一位生物医学技术人员说：“电池是最常被滥用的部件；工作人员很少关心他们，只会做最低限度的工作。” 举报人继续说：“电池维护的参考含糊不清，隐藏在服务手册中。”
AAMI（医疗仪器促进协会）将电池管理列为十大挑战之一。FDA 的一项调查显示，医院中高达 50% 的问题与电池有关。FDA 指出设备制造商在电池质量保证方面存在缺陷，对电池系统集成缺乏了解，并且不知道电池寿命的尽头。

与生物医学技术人员讨论电池问题

一位退休的生物医学技术人员最近在密歇根州的一家大型医院组织了一个研讨会，讨论医疗保健中的电池问题。参与者是经验丰富的生物医学技术人员；大多数 50 岁，具有丰富的实践经验。Cadex Electronics 通过提问参与，以协助开发新的电池诊断技术。Cadex 还参加了在比利时举行的类似研讨会，以了解欧洲的电池问题。

1. 电池在医疗设备中是一个问题吗？你信任他们吗？
   人们普遍不信任电池，生物医学技术人员同意 FDA 的说法，即医院中高达 50% 的问题与电池有关。我自己是一名服务技术员，我很清楚电池故障约占服务电话的一半。
2. 谁负责医疗设备中的电池？
   在这里，电池适配发挥了作用。如果电池内置于设备中，则测试和更换电池的责任由技术人员承担。如果电池可拆卸充电，则程序会发生变化。带有可拆卸电池的设备的优势在于，用户可以用充电的电池更换空电池组，用电池分析仪检查它，并在电池电量耗尽时报废，而无需维修。
3. 什么时候应该更换电池？多少百分比表示寿命结束？
   答案好坏参半。除非用电池分析仪检查，否则容量是未知的。电池尺寸过大以允许一些褪色；寿命结束通常为 80%。在维修设备时和更换电池组之前，应验证电池容量。
4. 电池测试的监管程序是什么？
   在没有电池分析仪的情况下，设备制造商建议根据允许使用 2 年和 3 年的日期戳更换电池。制造到目的地会导致延迟，并且电池在投入使用时可能已经使用一年。日期戳会导致丢弃好电池。使用两年后，除颤器电池的容量仍可保持在 90% 以上。美国能源部的一位经理发现，每年大约有 100 万块可用的锂离子电池被丢弃。
   
   设备制造商意识到，当许多电池组未得到充分利用时，更换成本会很高。一般而言，铅基和镍基电池可以使用 3 年左右，但锂离子电池可以使用五年以上。相比之下，电动汽车的电池保修期为八年。在使用诊断设备的医疗保健中也可以实现这种长寿。为了展示电池的耐用性，该研讨会的组织者重新使用了患者心脏泵的废电池，用他的电动割草机割草。
5. 更换电池时，您是否遵循日期戳或使用常识？
   这里的理念不同。一位先生说他根据规定的日期戳更换电池，但其他大多数人使用常识，前提是可以证明证据。医疗设备制造商意识到日期戳的缺点，一些已经放宽了政策。
6. 你如何检查电池容量？
   许多电池和便携式设备都包含一个显示电池充电状态 (SoC) 的电量计。虽然这很有用，但读数并不能保证运行时间。如果老化电池显示 100% SoC 而容量下降到 50%，则会出现严重错误。在这种情况下，运行时间减半。我们问，“100% 的是什么？”

   除非使用电池分析仪检查，否则真实容量仍然未知。容量是领先的健康指标，它也决定了生命周期的结束。当我问电池用户：“你更换电池的容量是多少？” 大多数人困惑地回答：“对不起？”

• 智能电池有什么好处？
  现代设备配备了智能电池，可提供即时可读的功能状态 (SoF)。智能电池中的 FCC（完全充电容量）代表与“化学容量”相关的“数字容量”。电池还有一个数字序列号，可以通过数据库跟踪历史记录。
  
  但智能电池还有改进的空间。很少有医疗设备以易于阅读的格式呈现 SoF。SoF 可能只能通过访问代码访问，因为服务于消费市场的制造商因担心保修索赔增加而不愿提供过多信息。Biomeds 还表示，“数字电池”比“化学电池”引起的问题更多。出于安全原因，许多充电器都是混合式的，当数字通信出现故障时会切换到常规充电。
• Fishbowl 会工作吗？
  作为研讨会的主持人，我提议使用 Fishbowl（图 2）以图形方式提供电池 SoF。该图标通过充电环显示 SoC，充电环逆时针移动至放电时的充电警报。Status Dome 显示电池状态；电池衰减由穹顶中的天花板下降表示。当电池衰减达到通过/失败线时，寿命结束。按下触摸屏上的圆顶会显示详细的电池信息（表 4）。图 3 一目了然地描绘了典型的电池状况。
  

• 数据库有多大用处？
  
  
  
   

  Cadex Cloud 是一个在线数据库，可与电池用户、技术人员和车队主管共享电池测试结果。识别并更换低于用户设定目标容量的包装。系统还会记录充电前读取SoC所消耗的能量。作为风险管理的一部分，可以跟踪以低备用费用返回的包装。一个类比是一架载有足够燃料以预测逆风和第二次着陆进近的飞机。图 5说明了使用计算设备的双向通信。

• 医用电池的记录情况如何？
  研讨会表明，医疗保健行业需要最少的电池文档。没有固定的标准，也很少有人跟踪绩效历史。协助电池服务和文件记录的服务工具可能来自私营部门，并且超越医疗保健领域。

概括

RCM 在航空运输中在减少故障和降低维护成本方面获得了突出地位。电池也变得越来越重要，但在真正实施 RCM 之前，必须开发更有效的电池诊断技术。电池使用与机械部件磨损和撕裂不同的标准，并观察容量、内阻和自放电。

• 容量代表存储能力，很难即时测量。库仑计数非常适合测量锂离子的容量。电化学阻抗谱 (EIS) 通过频率扫描检查铅酸和锂离子。
• 内阻控制电流传输。欧姆值易于阅读，但数字与容量无关。在整个生命周期中，电阻往往保持在较低水平，而作为使用的一部分，容量可预测地下降。
• 自放电反映了电池的机械完整性。锂离子自放电低；升高的自放电暗示着与压力相关的损害，而不是危及安全。现代电池分析仪测量容量、内阻和自放电。

减少我们对化石燃料的依赖给电池带来了新的责任。诊断电池管理 (DBM) 的进步最终将引入 RCM 作为电池维护工具。
电池的改进不仅仅在于提高容量，还在于在电池的整个使用寿命期间提供可靠且安全的能源。DBM 通过延长电池的使用寿命、降低运营成本以及减少制造和处置电池对环境的影响来协助电池开发。