鋰離子電池為便攜式醫(yī)療設(shè)備供能的優(yōu)勢(shì)

　　一種能量密度更高的技術(shù)可以釋放比其它同類產(chǎn)品更多的能量，且體積更小。

　　消費(fèi)電子產(chǎn)品以及許多其他行業(yè)都越來(lái)越講究產(chǎn)品的移動(dòng)性，醫(yī)療器械制造商也不例外，這樣的趨勢(shì)提高了現(xiàn)場(chǎng)救助設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備和固定醫(yī)療設(shè)備的性能，進(jìn)而推動(dòng)了醫(yī)療保健行業(yè)的發(fā)展。不過(guò)除了便攜性以外，醫(yī)療器械制造商當(dāng)然還希望能夠制造出可靠性高的器械，因?yàn)槿藗兊纳鼞乙痪€。手機(jī)壞了固然是惱人的事，但如果便攜式心臟監(jiān)控儀或者輸液泵由于電池耗盡而停止運(yùn)作，終端用戶――及病人――面臨的問(wèn)題則嚴(yán)重得多。

　　幾年前，醫(yī)療專業(yè)人員還無(wú)法將救助生命的設(shè)備帶到現(xiàn)場(chǎng);因?yàn)槟菚r(shí)便攜式儀器的技術(shù)尚未成熟。但如今，大量的監(jiān)控儀器、超聲設(shè)備和輸液泵可在遠(yuǎn)離醫(yī)院的場(chǎng)所使用――甚至戰(zhàn)場(chǎng)。便攜式設(shè)備的移動(dòng)越來(lái)越方便。正是由于諸如鋰離子電池等技術(shù)的應(yīng)用，重達(dá)50磅的笨重除顫器才可以被更輕便、更緊湊的用戶友好型裝置取代，也不會(huì)造成醫(yī)護(hù)人員肌肉的拉傷。

　　病人的移動(dòng)性也變得越來(lái)越重要。如今的病人可能會(huì)從放射科轉(zhuǎn)移到重癥監(jiān)護(hù)病房，從救護(hù)車轉(zhuǎn)移到急救室，或用救護(hù)車從一家醫(yī)院轉(zhuǎn)移到另一家醫(yī)院。同樣地，便攜式家用儀器和移動(dòng)式監(jiān)控設(shè)備的普及，使病人可以待在喜歡的地方，而并不一定要留在醫(yī)療機(jī)構(gòu)中。便攜式醫(yī)療器械必須真正實(shí)現(xiàn)完全意義上的便攜，為病人提供最佳服務(wù)。

　　對(duì)更小型、更輕便的醫(yī)療器械的需求也因此顯著增加，這大大激發(fā)了人們對(duì)更高能量密度、更小巧的電池組的興趣。筆記本電腦和手機(jī)使用的鋰離子電池技術(shù)已經(jīng)有了許多突破，醫(yī)療設(shè)備設(shè)計(jì)工程師可以對(duì)此加以創(chuàng)新利用。

　　與其它傳統(tǒng)技術(shù)相比，鋰離子電池在便攜式醫(yī)療設(shè)備的應(yīng)用中具有很多優(yōu)勢(shì)。這包括能量密度更高、重量更輕、循環(huán)壽命更長(zhǎng)、電池容量保持特性更好，以及適用溫度范圍更廣。

　　由于化學(xué)性質(zhì)獨(dú)特，鋰離子技術(shù)對(duì)設(shè)計(jì)方面的限制與先前的電池技術(shù)如鎳氫化合物(NiMH)、鎳鎘(NiCd)和密封鉛酸(SLA)不同。同時(shí)，醫(yī)療設(shè)備在某些方面比消費(fèi)電子產(chǎn)品有更嚴(yán)格的操作要求;由于可靠性非常重要，因此需要有功能強(qiáng)大的電池組，帶有精確電量監(jiān)測(cè)且可靠的電池。

　　本文結(jié)合醫(yī)療器械的要求及鋰離子技術(shù)的特性，概述了便攜式電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)。并比較了鋰離子電池和其它化學(xué)電池的特性和容量。

　　能量密度和電壓

　　鋰離子電池技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)在于其能量密度的顯著提高。相同體積和重量時(shí)，鋰離子電池可儲(chǔ)存和釋放的能量比其它充電電池更高。能量密度以體積和質(zhì)量?jī)煞N方式測(cè)量。鋰離子技術(shù)現(xiàn)可以提供近500Wh/L的體積能量密度和200Wh/kg的質(zhì)量能量密度(見(jiàn)圖1)。

　　圖1. 鋰離子的能量密度遠(yuǎn)高于鎳化合物。

　　與其它技術(shù)相比，鋰離子可以釋放更多的能量，而且體積更小，質(zhì)量更輕。鋰離子電池的工作電壓比其它充電電池更高，通常約為3.7V，而NiCd或NiMH電池為1.2V 。這意味著需要使用多節(jié)其它電池時(shí)，僅需一節(jié)鋰離子電池即可滿足使用要求。便攜式儀器設(shè)計(jì)中使用的電池能量密度越高，其產(chǎn)品的體積越小，便攜性也越好。電池組體積的縮小表示工程師可以利用多余空間，在同一產(chǎn)品中增添更多新功能(見(jiàn)圖2)。

　　圖2. 鋰離子電池有圓柱形和棱柱形兩種形狀，可制成不同尺寸和容量的電池。

　　自放電

　　充電電池的容量會(huì)不斷損失。該現(xiàn)象即稱為自放電。但若儲(chǔ)存得當(dāng)，其損失的大部分容量仍可恢復(fù)。

　　所有電池均應(yīng)在室溫(25°C 或更低)下儲(chǔ)存，以保持最大的電池容量。終端用戶須將SLA電池放在低溫下儲(chǔ)存，并盡可能每次充電量接近其容量的100%，以保持最佳性能。密封鉛電池在25°C下放置6個(gè)月后自放電容量約為20%;但40°C放置6個(gè)月后該值則增加到約30%。NiMH電池也應(yīng)遵循類似的建議，避免長(zhǎng)期儲(chǔ)存使反應(yīng)物失活。NiCd 和NiMH電池在25°C下放置1個(gè)月，其自放電率約為20%，隨后自放電率的增速顯著減慢。