便攜式醫(yī)療電源系統(tǒng)設(shè)計的特性及注意事項

　　幾年前，醫(yī)療專業(yè)人員還無法將救助生命的設(shè)備帶到現(xiàn)場；因為那時便攜式儀器的技術(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)院的場所使用——甚至戰(zhàn)場。便攜式設(shè)備的移動越來越方便。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，也不會造成醫(yī)護(hù)人員肌肉的拉傷。

　　病人的移動性也變得越來越重要。如今的病人可能會從放射科轉(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)療機構(gòu)中。便攜式醫(yī)療器械必須真正實現(xiàn)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(yī)療器械的需求也因此顯著增加，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(yī)療設(shè)備設(shè)計工程師可以對此加以創(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。這包括能量密度更高、重量更輕、循環(huán)壽命更長、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(shè)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，醫(yī)療設(shè)備在某些方面比消費電子產(chǎn)品有更嚴(yán)格的操作要求；由于可靠性非常重要，因此需要有功能強大的電池組，帶有精確電量監(jiān)測且可靠的電池。

　　1 能量密度和電壓

　　圖1. 鋰離子的能量密度遠(yuǎn)高于鎳化合物。

　　鋰離子電池技術(shù)的主要優(yōu)勢在于其能量密度的顯著提高。相同體積和重量時，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)量兩種方式測量。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（見圖1）。

　　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，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（見圖2）。

　　2 自放電

　　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。

　　充電電池的容量會不斷損失。該現(xiàn)象即稱為自放電。但若儲存得當(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個月后自放電容量約為20%；但40°C放置6個月后該值則增加到約30%。NiMH電池也應(yīng)遵循類似的建議，避免長期儲存使反應(yīng)物失活。NiCd 和NiMH電池在25°C下放置1個月，其自放電率約為20%，隨后自放電率的增速顯著減慢。

　　相反，當(dāng)鋰離子電池儲存時的充電電量為30-50%時，可獲得最佳循環(huán)壽命。鋰離子電池25°C儲存6個月后的自放電容量僅為10%。