锂离子电池为便携式医疗设备供能的优势
消费电子产品以及许多其他职业都越来越考究产品的移动性，医疗器械制造商也不破例，这样的趋势进步了现场救助设备、监控设备和固定医疗设备的功能，从而推动了医疗保健职业的开展。不过除了便携性以外，医疗器械制造商当然还期望能够制造出牢靠性高的器械，由于人们的生命往往命悬一线。手机坏了固然是恼人的事，但假如便携式心脏监控仪或许输液泵由于电池耗尽而中止运作，终端用户——及患者——面对的问题则严峻得多。
几年前，医疗专业人员还无法将救助生命的设备带到现场；由于那时便携式仪器的技能没有老练。但现在，许多的监控仪器、超声设备和输液泵可在远离医院的场所运用——乃至战场。便携式设备的移动越来越便利。正是由于比如锂离子电池等技能的运用，重达50磅的粗笨除颤器才能够被更简便、更紧凑的用户友爱型设备替代，也不会形成医护人员肌肉的拉伤。
患者的移动性也变得越来越重要。现在的患者或许会从放射科转移到重症监护病房，从救护车转移到急救室，或用救护车从一家医院转移到另一家医院。相同地，便携式家用仪器和移动式监控设备的遍及，使患者能够待在喜爱的当地，而并不一定要留在医疗机构中。便携式医疗器械有必要真实完成彻底意义上的便携，为患者供给最佳服务。
对更小型、更简便的医疗器械的需求也因而明显添加，这大大激发了人们对更高能量密度、更细巧的电池组的爱好。笔记本电脑和手机运用的锂离子电池技能已经有了许多打破，医疗设备规划工程师能够对此加以立异运用。
与其它传统技能比较，锂离子电池在便携式医疗设备的运用中具有许多优势。这包括能量密度更高、分量更轻、循环寿数更长、电池容量坚持特性更好，以及适用温度规模更广。
由于化学性质共同，锂离子技能对规划方面的约束与从前的电池技能如镍氢化合物(NiMH)、镍镉(NiCd)和密封铅酸(SLA)不同。一起，医疗设备在某些方面比消费电子产品有更严厉的操作要求；由于牢靠性非常重要，因而需求有功能强大的电池组，带有准确电量监测且牢靠的电池。
本文结合医疗器械的要求及锂离子技能的特性，概述了便携式电源体系规划的留意事项。并比较了锂离子电池和其它化学电池的特性和容量。
能量密度和电压
图1. 锂离子的能量密度远高于镍化合物。
锂离子电池技能的首要优势在于其能量密度的明显进步。相同体积和分量时，锂离子电池可贮存和开释的能量比其它充电电池更高。能量密度以体积和质量两种办法丈量。锂离子技能现能够供给近500Wh/L的体积能量密度和200Wh/kg的质量能量密度(见图1)。
与其它技能比较，锂离子能够开释更多的能量，并且体积更小，质量更轻。锂离子电池的作业电压比其它充电电池更高，一般约为3.7V，而NiCd或NiMH电池为1.2V 。这意味着需求运用多节其它电池时，仅需一节锂离子电池即可满意运用要求。便携式仪器规划中运用的电池能量密度越高，其产品的体积越小，便携性也越好。电池组体积的缩小表明工程师能够运用剩下空间，在同一产品中增加更多新功能(见图2)。
自放电
图2. 锂离子电池有圆柱形和棱柱形两种形状，可制成不同尺度和容量的电池。
充电电池的容量会不断丢失。该现象即称为自放电。但若贮存妥当，其丢失的大部分容量仍可康复。
一切电池均应在室温（25°C 或更低）下贮存，以坚持最大的电池容量。终端用户须将SLA电池放在低温下贮存，并尽或许每次充电量挨近其容量的100%，以坚持最佳功能。密封铅电池在25°C下放置6个月后自放电容量约为20%；但40°C放置6个月后该值则添加到约30%。NiMH电池也应遵从相似的主张，避免长时刻贮存使反应物失活。NiCd 和NiMH电池在25°C下放置1个月，其自放电率约为20%，随后自放电率的增速明显减慢。
相反，当锂离子电池贮存时的充电电量为30-50%时，可取得最佳循环寿数。锂离子电池25°C贮存6个月后的自放电容量仅为10%。
倍率特性
挑选资料时，应考虑到其终端设备的涌流和最大放电率。电池或电池组以高倍率放电会形成电压下降。假如规划时没有考虑到这方面，终端设备或许会由于电压缺乏而封闭。
高倍率的NiCd电池的接连放电率可达2C（电池额外容量的两倍）乃至更高，详细取决于电池原料及内部阻抗。许多SLA电池的接连放电率可达3C乃至更高。大部分的锂离子电池的接连放电率仅为1C，但选用该技能的新电池，其接连放电率极高，抵达80A，可继续30秒，在与NiCd和SLA电池的竞赛中具有很大的优势。
循环寿数
电池的循环寿数是电池容量下降到其原始容量的某一规则百分比之前，电池所阅历的充放电循环次数。铅酸电池的循环寿数约为250至500次，详细取决于制造商的产品质量和放电深度（放电容量最多至额外容量的60%）。NiCd、NiMH和锂离子电池一般可耐受500-700次充放电循环，其容量仅下降为额外容量的80%。不论运用何种化学物质，电池放电深度越深，用户可运用的循环次数就越少。
充电差异
锂离子电池的充电办法不同于其它电池。SLA电池最好选用恒压充电，速率一般为额外容量的1/10(C/10)，充电时刻为14-16小时，或涓流充电或浮充充电，充电速率为C/20 至 C/30。NiCd电池充电的停止引荐选用-△V的办法，此刻充电器的电压抵达峰值。NiMH电池由于其发热的特色，充电进程中要求选用温度检测，ΔT/Δt为其首选办法。特制的快充式NiCd和NiMH电池可在C/2-C/3的速率下充电4-6小时。极低阻尼镍电池作为快充式电池的一种，可在1C速率下充电1小时。终究，锂离子电池主张选用恒流/恒压充电(CC/CV)。
一般，锂离子电池供电的器械以1C的速率充电60-75分钟至4.1V后，即可从本来的低能状况抵达电量80-90%的状况。其它电池，除可选用高电流充电的特制电池外，相同充电至80-90%时或许需求更多的时刻。锂离子电池还需慢充4-5小时至4.2V，取得剩下的10-20%的电量。这种充电办法有两个优点。用户能够在极短的时刻内取得挨近满充的电量，且充电完成后的实践电压绝不会超越4.2V。
须留意的是：假如仅将锂离子电池充至4.1V而非4.2V，可延长其循环寿数；但其每次可用的电量将会下降。在某些医疗器械中电池是一种后备设备，它始终坚持充电的状况，以保证随时可用。锂离子的化学性质决议其不适合选用涓流充电；锂离子电池不能选用稳定浮充充电。但有几种办法能够在不危害电池或影响医疗器械的基础上，有用下降锂离子电池过度充电的或许性。办法之一是在触发电池再次充电前保证电池放电量至少为20%，随后进行规范充电。锂离子技能与SLA比较明显进步了能量密度，在大多数情况下足以避免锂离子电池电量彻底充溢。
安全电路
图3. 锂离子电池组规划中需求选用电子安全设备。电池组内还包括电量监测设备和充电电路。
每种电池技能均有其一整套安全考虑。NiCd电池组带有某种电流分断设备以避免发作严峻毛病，这是优异的电池规划必不行少的。NiMH具有发热的化学性质，因而电池中需配有热量感应设备，与充电器相联系，避免过度充电，电池组自身还带有电流分断设备。在锂离子电池组中，一旦发作过电压，即有锂金属发作。这说明电池中应运用安全电路，使充放电进程中电池电压坚持在特定的规模内(见图3)。
虽然SLA电池一般不需求外部安全元件，但许多医疗设备制造商仍坚持将不行复位保险丝置于电池内部或周围。由于大部分SLA电池都带有杰出的正负极板，假如没有保险丝，当其置于金属板上时，就很容易发作短路，而金属板许多存在于医疗保健设备中。这些电池还或许呈现其它短路的风险。假如发作短路，设备即有爆破的或许。锂离子电池组短路的风险较小，安全电路首要用于维护电池。
在电池中参加安全电路添加了器械的本钱，耗费了更多的空间。规划者有必要认识到这些都是电池的挑选进程中会考虑到的权衡要素。总的来说，虽然有安全电路的存在，锂离子电池仍能够缩小电池组体积，减轻其分量，并能开释更多的能量。
电量监测
来越多的医疗器械制造商开端选用锂离子技能，电池办理特性在职业中也越来越常见。电量监测设备能够为终端用户供给一些信息，如电池估计运用时刻等。办理特性的引进，很大程度上清晰了电池电量评价及充电计划的履行。
就电池办理而言，运用锂离子电池的规划者有多种挑选计划。例如，一些锂离子电池电量监测设备中含有信息特征，能够陈述已通过的充放电循环次数。此类信息在一些重要的医疗设备中具有重要作用。电量监测根本办法有两种：根据电压和库仑计数。将两种技能相结合的解决计划，其准确性高达99%。
耐高温性
锂离子电池在40°-45°C的高温条件下，功能优于其它电池。SLA和NiMH电池在高热量环境下无法正常作业。这成为其在急救东西中运用的一个约束要素，由于此刻，运用者无法将他们的便携式器械保存在低温环境下。
定论
在为便携式器械挑选最佳电源计划时，有必要对其总本钱和全体功能进行评价。锂离子技能的高电压特功能够削减电池运用量，由此下降了电池组的本钱，使之与运用镍技能的电池大致适当。此外，锂离子电池供货商不断运用新资料，以下降电池本钱。
锂离子电池体积小、分量轻、能量高、循环寿数长、耐久性好、电压高及耐热性好的特色使其具有潜在的优势。医疗电子产品制造商能够运用这些特性，拓展产品商场，并终究给顾客、医疗专业人员和患者带来医治等方面的优点。
