鋰離子電池為便攜式醫療設備供能的優(yōu)勢

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

　　消費電子產(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，醫療器械制造商也不例外，這樣的趨勢提高了現場(chǎng)救助設備、監控設備和固定醫療設備的性能，進(jìn)而推動(dòng)了醫療保健行業(yè)的發(fā)展。不過(guò)除了便攜性以外，醫療器械制造商當然還希望能夠制造出可靠性高的器械，因為人們的生命往往命懸一線(xiàn)。手機壞了固然是惱人的事，但如果便攜式心臟監控儀或者輸液泵由于電池耗盡而停止運作，終端用戶(hù)――及病人――面臨的問(wèn)題則嚴重得多。

　　幾年前，醫療專(zhuān)業(yè)人員還無(wú)法將救助生命的設備帶到現場(chǎng);因為那時(shí)便攜式儀器的技術(shù)尚未成熟。但如今，大量的監控儀器、超聲設備和輸液泵可在遠離醫院的場(chǎng)所使用――甚至戰場(chǎng)。便攜式設備的移動(dòng)越來(lái)越方便。正是由于諸如鋰離子電池等技術(shù)的應用，重達50磅的笨重除顫器才可以被更輕便、更緊湊的用戶(hù)友好型裝置取代，也不會(huì )造成醫護人員肌肉的拉傷。

　　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 )從放射科轉移到重癥監護病房，從救護車(chē)轉移到急救室，或用救護車(chē)從一家醫院轉移到另一家醫院。同樣地，便攜式家用儀器和移動(dòng)式監控設備的普及，使病人可以待在喜歡的地方，而并不一定要留在醫療機構中。便攜式醫療器械必須真正實(shí)現完全意義上的便攜，為病人提供最佳服務(wù)。

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

　　與其它傳統技術(shù)相比，鋰離子電池在便攜式醫療設備的應用中具有很多優(yōu)勢。這包括能量密度更高、重量更輕、循環(huán)壽命更長(cháng)、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)獨特，鋰離子技術(shù)對設計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)，醫療設備在某些方面比消費電子產(chǎn)品有更嚴格的操作要求;由于可靠性非常重要，因此需要有功能強大的電池組，帶有精確電量監測且可靠的電池。

　　本文結合醫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設計的注意事項。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)勢在于其能量密度的顯著(zhù)提高。相同體積和重量時(shí)，鋰離子電池可儲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?jì)煞N方式測量。鋰離子技術(shù)現可以提供近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(zhù)需要使用多節其它電池時(shí)，僅需一節鋰離子電池即可滿(mǎn)足使用要求。便攜式儀器設計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。該現象即稱(chēng)為自放電。但若儲存得當，其損失的大部分容量仍可恢復。

　　所有電池均應在室溫(25°C 或更低)下儲存，以保持最大的電池容量。終端用戶(hù)須將SLA電池放在低溫下儲存，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電池也應遵循類(lèi)似的建議，避免長(cháng)期儲存使反應物失活。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(zhù)減慢。