|
當醫療設備的應用范圍由醫院擴展到緊急應變和家庭醫療環境時，它的移動性將由多種因素所決定。此外，在醫院內的醫療設備也經常需要電池的支持，以方便患者在不同的病房中轉移。而且，在生育高峰期出生的人們已步入了老年，他們仍然希望四處活動，這就為傳統固定設備的便攜應用創造了需求，這些設備能夠方便患病老年人的活動。它們包括了診斷儀器，如除纖維顫動器、超聲設備和血分析儀；還有面向患者的設備，包括胰島素注射器、左心室輔助裝置（LVADs）和無線生命信號監控器。 此外，當多種手術器械只能在一定范圍內使用時，一些器械則因使用電池組供電而擺脫了這種限制。像電動整形工具或內窺鏡這樣的外科設備使用電池供電的時候，外科醫生感受到了這種靈活性帶來的極大便利。 傳統電池組包含了提供主能源的電芯和集成了剩余電量計、保護電路、溫度傳感器、顯示電池組或電芯狀態的LED驅動器和串行數據通信總線的電路板。電池組的外部則是一個典型的塑料外殼，附帶可以為同主設備的連接提供電接口的外接觸點和吸收外部振蕩和保持內部元器件的絕緣。 1 使用概況 設計一個安全可靠系統的第一步是要準確理解醫療設備使用模型的諸特性，這些特點包括了溫度范圍、放電曲線、充電方式、保存壽命和傳輸需要。在為移動應用設備挑選最優電池的時候，所有外部的和內部的工作溫度也都是重要的考慮因素。 制造商們標明了電芯在理想的C/5 恒定電流和+20℃的外部溫度下的性能。然而，許多醫療設備被期望能夠工作在-20℃～+60℃的溫度范圍之間，且熱量可以在充放電過程中散發出來，因而當電池系統同溫敏元件放在一起的時候，組合電池系統和設備外殼有最大的溫度閾值。 一個不一致的脈沖放電或是典型的去纖顫器的脈沖會導致電芯產生更多的熱量，相比非一致放電曲線，這種情況能更快的降低電池能力。而充電方式影響了電池熱量散發的方式，也應該被考慮進電池的系統設計中。 2 最優化學特性 為電池組選擇最優的電芯決定著野外醫療工作設備能否正常工作，這就需要對電芯性能曲線有充分的了解。了解電壓、充放電周期、負載電流、能量密度、充電時間和放電率等指標是為手持設備選擇電芯的第一步，下面就以這幾個標準來分別介紹幾種電池。 首先是密封式鉛酸電池（SLA）。可充電SLA的特性包括：2V的額定電壓，棱柱或圓柱型結構，大容量，低成本和簡單的充電條件。SLA電池最大的挑戰包括：龐大笨重的體積因素，線性電壓衰減，缺少快速充電技術和對高溫度和高自放電的敏感度（這會影響保存壽命）。 其次是NiMH電池。它的特點包括：1.25V的額定電壓，壽命期內的500充放電周期，100Wh/kg的平均能量密度，充電時間小于四小時，接近30％的月放電率以及嚴格的尺寸因素。在對低電壓有需求或價格敏感的場所，NiMH電池有著很好的表現，10個NiMH電池可以串連起來增加電壓，使總電壓達到12.5V。 最后是鋰離子電池。鋰離子電池的特點包括：3.6V的額定電壓，在壽命期內500到1000的充放電周期，平均的能量密度為160Wh/kg, 充電時間小于4小時，每月的平均放電率為10％；7個鋰離子電池可以串接在一起，使總電壓達到25.2V。 3 電池組智能化 手持化和戶外化是當今醫療設備的發展趨勢。鋰離子電池有更高的能量密度，更輕的質量，更長的工作周期，出眾的容量保持性和寬廣的環境溫度適應能力，相對于同樣功率的NiMH和SLA解決方案，它需要的電芯數目更少。 電路板上的許多高級附件促進了系統的智能化，這些附件包括剩余電量計、保護電路、溫度傳感器和串行數據總線。一個智能的電池組，當終端用戶的放電曲線或特性經過調整后，能提供更高的功率利用率。電池組對醫療應用有價值的一個原因是它有能力監控自己的狀態，能準確預測剩余的運行時間并將其工組狀態發送到醫療設備。這些特點允許終端用戶能智能的管理設備使用，還能避免意外的故障或關機。一個智能化的電池組能根據它的使用歷史做出反饋，這樣為可追溯性和保證問題提供便利性。 4 安全性 醫療用電池組必須集成多重安全系統和可靠的保護電路。其中，活動的安全電路是保證電池的化學物質保持穩定狀態的必須因素。安全電路保護電池組免受過充電、過放電、短路和極端溫度的影響，它可以將電壓限定在嚴格的工作范圍之內。安全電路通過溫度傳感器使電池在特定的溫度下斷路，預防熱耗散和過熱。 對于多電池電池組，擁有一個活動的電池平衡電路是明智的。將電路放置在電池組中尤其關鍵，因為這使得電池不再有過熱的危險。 |
