行业动态

黄宪维

深圳市儿童医院

后勤管理科干事

导语

医院建筑规模庞大，建筑复杂性仅次于核电站，这对医院管理者是巨大的压力和挑战。可靠的电力供应维系着医院的正常运转，没有稳定安全的电力，医院的安全性就无从谈起。应急电源是医院供配电系统的重要组成部分，应用在多个关键场所。此外，随着医院规模的扩大和医疗设备的增加，应急电源数量进一步增加。铅酸蓄电池是医院应急电源系统的重要组成部分，因此针对铅酸蓄电池使用寿命的影响因子研究分析具备深远意义。

一家三级医院多达数百台UPS/EPS以及数千节蓄电池。分布在急诊抢救室、血液病房的净化室、产房、烧伤病房、重症监护室、早产儿室、血液透析室、手术室、术前准备室、术后复苏室、麻醉室、心血管造影检查室等多个场所。铅酸蓄电池的使用寿命约为3-5年，然而在医院实际使用中发现，有的铅酸蓄电池使用寿命长达7年，有的铅酸蓄电池不足3年就失效。倘若通过分析能够发现影响蓄电池寿命的关键因素并加以干预，那么能够为医院创造的经济收益十分可观。

铅酸蓄电池的结构设计、正负极板结构和材料、正负极板活性物质、隔板材料、电解液密度等是影响铅酸蓄电池使用寿命的内在因素。因此需要选择符合国家标准规定的铅酸蓄电池。此外，铅酸蓄电池的维护方法直接影响到铅酸蓄电池的性能、使用寿命和维护成本。深圳市儿童医院应急电源（UPS) 智慧化服务平台基于物联网、大数据、云计算技术构建，记录了平台上线以来全院应急电源系统的设备运行数据。通过对铅酸蓄电池组的长期监测和全面数据分析，了解影响其劣化速度的关键因素，从而改进维护方法，延长铅酸蓄电池的使用寿命。

应急电源（UPS)

智慧化服务平台

新生儿科电池组以及15楼网络主机房电池组节数相近，电池参数相近。从使用年限来看，新生儿科电池组已使用3年多，15楼网络主机房电池组使用7年多。深圳市儿童医院应急电源（UPS) 智慧化服务平台上线后通过监测发现新生儿科电池组在4个月内劣化严重，处于严重高风险，已整组更换为锂电池，然而“7岁高龄”的15楼网络主机房电池组健康状况良好。

从平台获取了自平台上线以来新生儿科电池组的全部运行数据，并获取了15楼网络主机房电池组的同时间段数据，基于这两组电池组4个月的运行数据进行电池健康度相关性分析。每隔8小时记录1次环境温度、每节电池温度以及每节电池内阻，从而观察数据趋势。（环境温度以及每节电池温度均为实时参数，电池内阻需通过充放电测试进行测量，不宜频率过高，因此每周更新一次数据，为了便于分析相关性，每节电池内阻同样隔8小时记录1次）。

新生儿科电池组内阻平均值及不平衡度

4个月变化情况

新生儿科电池组内阻平均值初始值为6.067毫欧，内阻不平衡度初始值为34%，4个月后内阻平均值为6.887毫欧，内阻不平衡度为40%，内阻平均值增长0.82毫欧，增长率为13.5%，内阻不平衡度上升6%，劣化严重

15楼网络主机房电池组内阻平均值及不平衡度

4个月变化情况

15楼网络主机房电池组内阻平均值初始值为5.134毫欧，内阻不平衡度初始值为11%，4个月后内阻平均值为5.069毫欧，内阻不平衡度为10%，内阻平均值下降0.82毫欧，下降1%，内阻不平衡度下降1%，健康状况良好

由于新生儿科电池组和15楼网络主机房电池组容量有差异，分别为65Ah和80Ah，因此内阻最大限值不同，无法直接对比内阻值比较初始健康度。这里采用内阻最大限值比率进行对比（内阻最大限值比率为内阻值与内阻最大限值之比，值越接近100%说明老化越严重）。

两组电池组的内阻最大限值比率初始值接近，所处环境平均温度以及内阻不平衡度初始值均差异很大（内阻不平衡度为电池组内最大内阻与最小内阻之差与内阻平均值之比，反映电池组的一致性，低于15%说明一致性非常良好）。

那么到底是环境温度影响了电池组的劣化速度还是内阻不平衡度初始值影响了电池组的劣化速度，或者是两者同时影响，需要进一步数据分析。

为进一步验证分析环境温度的影响，对新生儿科电池组以及15楼网络主机房电池组环境温度与电池组平均温度进行对比分析，数据如下：

新生儿科环境温度及电池组平均温度变化情况

新生儿科电池组平均温度曲线和环境温度曲线高度一致，新生儿科环境温度最高为40.5度，最低为30.7度，环境温度均值为33.6度，新生儿科电池组平均温度最高为39.3度，最低为29.5度，电池组平均温度均值为32.2度

15楼网络主机房环境温度及电池组

平均温度变化情况

15楼网络主机房电池组平均温度曲线和环境温度曲线高度一致，15楼网络主机房环境温度最高为20.5度，最低为14.7度，环境温度均值为18.2度，15楼网络主机房电池组平均温度最高为20.8度，最低为14.7度，电池组平均温度均值为18.1度

两组电池组平均温度曲线和环境温度曲线均高度一致，由此我们可以得出结论一：环境温度直接影响电池组平均温度。

为了进一步验证分析环境温度和内阻不平衡度对电池组劣化速度的影响，新增6组电池组数据进行分析，监测周期为8个月，数据如下：

6组电池组品牌、电池参数、节数、使用期限均相同，环境平均温度、内阻最大限值比率均接近，内阻不平衡度初始值差异较大，除设备层电池组1平均内阻增长率为9%，其他5组电池组平均内阻增长率均高于14%，最高达19%，未看出内阻不平衡度与平均内阻增长率的相关性，因此可判断环境温度是造成电池组劣化的主要原因。

6组电池组处在27度左右环境温度下电池组8个月平均内阻增长率均值为15%，新生儿科电池组处在34度左右环境温度下4个月电池组平均内阻增长率为14%，估算8个月平均内阻增长率为28%，另外获取了15楼网络主机房电池组8个月的运行数据，环境温度均值19.1度，8个月平均内阻增长率为-1%，内阻基本保持不变。（电池内阻测试仪精度为±2%，理论上来说内阻不会降低，所以可判定为内阻基本保持不变。）

基于以上数据可以得出结论二：电池组劣化趋势与环境温度呈现相关性，电池组所处环境温度越高，电池组劣化速度快的概率越大

以上主要从整组电池数据进行分析，以下重点分析了新生儿科电池组的单节数据，观察单节电池的内阻变化情况，数据如下：

新生儿科电池组单节电池内阻变化情况

30节电池的内阻值在4个月监测周期中均有大幅增长，其中第18节增长率最高，由5.656毫欧上升为6.844毫欧，增长率高达21%，其中第7节增长率最低，5.151毫欧上升为5.491毫欧，增长率为5.151毫欧上升为5.491毫欧，增长率为7%

新生儿科电池组单节电池内阻增长率分布情况

有22节电池（占比73%）的内阻增长率集中在[10%,16%）区间范围内，仅有4节（占比13%）电池内阻增长率低于10%，分别为第3/6/7/25节，而第3/6/7节刚好是该电池组中初始内阻最低的3节。

基于以上数据提出猜想，在一组劣化电池组中，单节电池的劣化速度和内阻初始值呈现相关性，内阻初始值越高，劣化速度快的概率越大。

为了验证以上结论，把新生儿科电池组30节电池按照初始内阻值由小到大排列，分成三组，数据如下：

内阻初始值最小的第一组平均内阻增长率为11%，内阻初始值处于中间的第二组平均内阻增长率为13%，内阻初始值最大的第三组平均内阻增长率为15%，平均内阻增长率随着内阻初始值呈现递增关系。由此我们可以得出结论三：蓄电池内阻初始值越高，劣化速度快的概率越大。

结论总结

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环境温度直接影响电池组平均温度

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电池组劣化趋势与环境温度呈现相关性，电池组所处环境温度越高，电池组劣化速度快的概率越大

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蓄电池内阻初始值越高，劣化速度快的概率越大

基于以上结论，未来对于铅酸蓄电池的维护可以有两大改进：

第一：严格控制环境温度，环境温度对铅酸蓄电池的劣化起到明显的正相关作用

第二：加强对已劣化电池的管理和维护，已劣化电池的劣化速度快的概率越大

目前，深圳市儿童医院已经在应急电源的各个使用场所加装了空调，改善铅酸蓄电池运行环境，延长铅酸蓄电池使用寿命，一方面提升了安全性，另一方面也将持续为医院带来可观的经济效益。

结语

医院后勤工作应当同临床医学一样是一门科学，医院后勤人要用临床医学的严谨态度对待后勤研究。后勤人应当不断提升在学术研究方面的能力，加强医院后勤科学化管理，推进医院后勤服务与模式创新，提升后勤保障水平，为医院后勤事业发展贡献自己的一份力量！