你将学习:
- 哪些类型的医疗和工业设备可以在具有综合电源的工作站上动员。
- 了解两种相互竞争的电力架构，即使用电力的移动工作站或可交换电池系统。
- 了解锂离子电池化学在医疗和工业工作站中的应用趋势。
如果你访问医院的走廊或病房，你会看到许多安装在移动推车或技术工作站(通常称为车轮上的工作站)上的便携式医疗设备。这些IT设备包括笔记本电脑、显示器、条形码扫描仪和打印机。在其他的临床设备中，有超声波、病人监视器、远程呈现和成像机器。
集成到移动工作站的医疗设备的一个共同主题是移动时提供不间断电源的便携式电源。图1显示由公司制造的领先医疗工作站的示例Simplifi医疗．类似地，如果您走在大型零售商的分销中心(DC)的过道上，您将看到通常配备了IT设备的移动技术推车，这些设备需要不间断电源才能持续运行。
自2001年以来，移动驱动的工作站已被用于医院环境，当时第一个移动工作站被部署在宾夕法尼亚州的一家医院。但在2012年之前，大多数医疗工作站都依赖密封铅酸电池。快进到2020年，医疗和工业工作站继续使用许多设备，底层的电力架构集中在两种竞争性的电力配置上:基地电源和可交换电池系统。
基本权力架构
大多数移动工作站为安装在工作站上的用户设备提供120伏或240伏交流电源。基地内的电源体系结构通常由两个主要子系统组成——一个12v、40-Ahr(±10)、480-Whr、U1格式的锂离子电池和一个100- 150 w的逆变器/充电器。该逆变器/充电器具有多种功能，包括ac-dc电源转换、电池充电、dc-ac电源转换、物联网(IoT)处理器、通信收发器(SMBus、CANBus)和驱动远程用户界面(RUI)或燃油表的电子器件，以通知用户系统性能。
图2提供了一个医疗工作站的内部视图，该工作站具有内部电源子系统(电池和逆变器/充电器)。嵌入式power架构具有以下特点:
- 可靠性:这种架构有一个永久性的硬连线布线系统。
- 不操作:这种架构是非侵入性的，所有的设备都隐藏在工作站库中。
- 大容量:考虑到大多数工作站的物理容量，这个架构可以容纳大电池来支持多班。
- 固定收费:一旦电池耗尽，这个架构要求工作站插入一个交流插座来给电池充电，这可能需要三个小时。因此，充电时工作站是固定的。
直到2015年左右，大多数医疗和工业移动工作站都只使用基地内的电源架构。基地内的电源组件只能从OEM获得，并在制造和组装期间安装在工作站。
可更换电池系统
在过去的几年里，移动工作站制造商已经将可更换电池系统作为一种为他们的工作站供电的方法。当工作站移动时，这些可更换电池是主要的电源。很简单，当护士或仓库员工希望使用他/她的工作站巡房时，他们将一个可更换电池放入工作站的接收器，工作站(和附属的IT设备)在整个值班期间都可以使用交流和/或直流电源。
一个可更换电池系统通常由一个12v、20-Ahr、240-Whr的锂离子电池和一个100- 150 w的逆变器/充电器组成。大多数工作站被设计成容纳一到两块电池。图3显示可更换电池安装在领先的工业工作站，制造明确科技集团．
一个可更换电池系统比一个基地内的电池体系结构有更多的组件。从框图的角度来看，该系统至少维护了三个不同的子系统:电池、电池充电器和安装在工作站上的电池接收器/控制器。电池接收器/控制器可以执行多种功能，包括ac-dc电源转换、电池充电、dc-ac电源反转，并包含物联网处理器、Wi-Fi收发器、小型备用电池和驱动RUI或燃油表的电子设备。一个完全集成的控制器/接收器将具有所有这些功能。
电池热插拔是指在不关闭工作站的电子设备和IT设备的情况下，将耗尽的电池取出并插入充满电的电池。这一有用的功能使移动工作站能够提供不间断的电源，而不是停靠工作站进行电池充电或在更换电池时关闭工作站的电子设备。
热插拔可以通过在一个通用的接收器/控制器中安装两个可插拔电池来实现，也可以通过在接收器/控制器中嵌入一个小的备用电池来开发一个单槽可插拔电池系统。大多数现代工作站都支持热插拔，因为另一种方法是中断对工作站的供电，这对用户的设备是破坏性的。
可换电池系统的特点是:
- 操作:24/7工作站可以24/7使用，所以工作站不会经历任何停机时间来给耗尽的电池充电。
- 无需在地板上安装交流插座:旧的医院或仓库可能没有足够的分布式交流电源插座在每层或工作区域附近，以容纳工作站的同时充电。因此，可更换电池在一个集中的位置充电，然后分配到地板上。
- 升级和改造:无动力工作站可以升级到现场的动力工作站。
- 更多的组件:有三个分布式组件——电池、电池充电器和接收器/控制器——这可能会使操作员的工作流程更加复杂。
可交换电池系统可从工作站制造商，以及第三方供应商提供的通用解决方案，运行于所有工作站品牌。在过去的五年中，几乎所有的工作站制造商都引入了可更换电池，以补充或替代他们的基地电源架构。
最近，可换电池工作流程已被其他行业采用。电动摩托车公司(如台湾的Gogoro)提供可更换电池的订阅服务。电动汽车制造商(如中国的蔚来汽车)为他们的可更换电池提供“电池即服务”(BaaS)订阅服务，而不是将电池与汽车一起销售。
工作站电源的细胞化学选项
所有的内置电池和可更换电池都使用锂离子可充电电池来存储能量。两种主要的电池化学成分是磷酸铁锂(LFP)和锂镍锰钴氧化物(NMC)。对于这些小型电池，典型的电池格式是18650 (18mm直径× 65mm高度)，21700 (21mm × 70mm)，或26650 (26mm × 65mm)金属套管圆柱形电池。
NMC电池通常采用18650或21700格式，额定工作电压3.6-3.7 V，提供2.5-4.0 Ahr的容量，并可提供15- 30a的连续输出。LFP电池通常采用26650格式，额定工作电压为3.2 V，提供3.5-4.0 Ahr的容量，并可提供20- 50a的连续输出。这些单体电池串联或并联，以提供所需的电池电压、容量和电流参数。
当引入内置电源和可插拔电池时，oem提供了LFP或NMC版本的产品。随着时间的推移，由于以下几个关键原因，医疗工作站市场被LFP化学吸引:
- 长循环寿命:LFP电池提供优越的循环寿命超过一个移动工作站的寿命。LFP电池在达到80%的原始容量之前，至少可以进行2000 - 3000次充放电循环。典型的NMC电池在达到80%的原始容量之前，可以进行500- 1000次充放电循环。假设典型的护士每天的轮班时间是8到12小时，一辆手推车可以在24小时内连续使用。这意味着典型的电池每天都是完全循环的。工业工作站也经历了类似的使用模式。
- 本质安全:与NMC电池相比，LFP电池有一种本质上更安全的阴极材料，而且它们在较高的温度下不会分解。这意味着LFP电池提供了最好的热和化学稳定性，从而在安全性上优于NMC电池。与NMC电池相比，LFP电池在250-270℃时进入热失控状态，在热失控过程中释放的能量最小。所有的锂离子电池都是安全的，但LFP是目前最安全的锂离子电池化学成分。考虑到使用内置电池(即500 Whr)的U1电池的活性电池材料量，医疗行业选择了最安全的锂离子电池。
目前，尽管LFP化学比NMC的每瓦特小时成本更高，但几乎所有为工作站供电的电池都使用LFP化学。LFP电池的总拥有成本优于SLA和NMC电池。前期成本较高，但在工作站的生命周期内，总成本较低。
结论
不管你是医学OEM评估选择权力你的下一个移动工作站,医院评估替代品给你的移动医疗工作站,或仓库想加快速度你的业务与移动技术,许多可靠的选择存在基本权力和可切换电力解决方案。这两种选择都可以在购买时集成到工作站中，可更换电池可以作为现场升级后添加。
医疗移动工作站的最新趋势是支持混合配置，其中工作站可容纳基地电源和可交换电池。虽然NMC和LFP电池都可以为这些解决方案提供动力，但考虑到工作站的使用性质(即长时间轮班和连续使用)，市场选择了LFP作为主要的化学成分。
Jeffrey VanZwol是公司的首席营销官绿色方块技术．
