村田高功能能源裝置在醫(yī)療設(shè)備峰值輔助和備份中的必要性

 隨著人口老齡化的加速，家族形態(tài)也在發(fā)生著一定的變化，醫(yī)療、護(hù)理等社會保障制度也相應(yīng)進(jìn)行了各種各樣的制度改革。云服務(wù)的普及以及網(wǎng)絡(luò)利用范圍的擴(kuò)大，使得Information and Communication Technology (以下稱ICT)等技術(shù)也在不斷發(fā)展，人們能夠更好地利用大數(shù)據(jù)和開放數(shù)據(jù)信息，創(chuàng)造更多的附加價(jià)值。在醫(yī)療領(lǐng)域如何合理應(yīng)用ICT，實(shí)現(xiàn)高效且高品質(zhì)的醫(yī)療、護(hù)理服務(wù)，促進(jìn)健康管理，實(shí)現(xiàn)健康長壽社會備受期待。

醫(yī)療設(shè)備數(shù)據(jù)的數(shù)字化普及最初是通過使用有線LAN連接來實(shí)現(xiàn)，隨后是在能有效記錄數(shù)據(jù)的大部分設(shè)備中普及SD卡等外部存儲器。如今，無線通信設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸速率有所提高，基礎(chǔ)設(shè)施也比較完善，在推進(jìn)機(jī)動性這一實(shí)際需求下，將有線LAN電纜線發(fā)展為不占用空間的無線LAN逐漸成為必然趨勢。特別是為了應(yīng)對便攜式醫(yī)療設(shè)備的要求，其設(shè)備整體的小型化對電池小型化、電池使用壽命長、維持系統(tǒng)穩(wěn)定(熱交換：插入電源維持工作狀態(tài)，插拔供電線、交換供電線、交換電池)以及設(shè)備的工作穩(wěn)定性都提出了很高的要求。村田制作所(以下簡稱“村田”)的超級電容(DMF/DMT系列)以及小型能源裝置(UMA系列)在醫(yī)療設(shè)備的峰值輔助和備份方面能夠發(fā)揮重要作用。

村田超級電容：適用于便攜式醫(yī)療設(shè)備的峰值輔助

村田的醫(yī)療設(shè)備峰值輔助產(chǎn)品陣容如表1所示。DMT系列可在周圍溫度高達(dá)85℃的環(huán)境下使用，是能夠長期用于高溫環(huán)境下的通用型產(chǎn)品。DMF系列ESR更低，更適合支持長時間大功率負(fù)載輸出輔助。

表1 ：村田醫(yī)療設(shè)備峰值輔助產(chǎn)品陣容

在便攜式醫(yī)療設(shè)備的峰值輔助方面，村田的超級電容具有小型、薄型化的封裝，同時具有業(yè)內(nèi)超高水平的功率密度和能量密度。特別是如圖1所示的對于連續(xù)運(yùn)行負(fù)載的功能，也可進(jìn)行高輸出輔助。如圖2所示，將超級電容與1次電池并聯(lián)，就能在高峰值負(fù)載運(yùn)行時，均衡電壓輸出，因此能夠有助于提高設(shè)備的性能和品質(zhì)(如圖3所示)。

圖3：超級電容的負(fù)載平均化

這里我們可以用2個均衡峰值負(fù)載輸出的例子講解適用于便攜式醫(yī)療設(shè)備的事例。一個是便攜式醫(yī)療設(shè)備的顯示屏和SD卡等存儲功能啟動時的適用事例，另一個是具有無線LAN功能的便攜式設(shè)備啟動無線LAN功能時的適用事例(假設(shè)便攜式醫(yī)療設(shè)備的電源為1次電池)。

在負(fù)載條件①(圖4)下，便攜式醫(yī)療設(shè)備的顯示屏以及SD卡等存儲功能啟動時，僅用電池時和同時使用電池+超級電容時的比較結(jié)果如圖5所示。由此可以看出，村田的超級電容可以均衡負(fù)載運(yùn)行時的電壓波動，可以不浪費(fèi)電池電量，充分利用到最后。

圖4：負(fù)載條件①

圖5：負(fù)載條件①的比較結(jié)果

在負(fù)載條件②(圖6)下，便攜式醫(yī)療設(shè)備的無線LAN功能啟動時，僅用電池時和同時使用電池+超級電容時的比較結(jié)果如圖7所示。

圖6：負(fù)載條件②

圖7：負(fù)載條件②的比較結(jié)果

從以上兩個案例中我們可以看到，通過使用村田的超級電容，能夠均衡負(fù)載大功率輸出時的電壓波動，有助于提升設(shè)備工作的穩(wěn)定性，更充分地利用電池的能量。

村田小型能源裝置(UMA系列)：適用于便攜式醫(yī)療設(shè)備的備份

在便攜式醫(yī)療設(shè)備的備份方面，與傳統(tǒng)鋰離子電池(以下稱LIB)不同的是，村田的小型能源裝置(UMA系列)是在陰極材料上使用鈦酸鋰的新型鋰離子二次電池。通過刷新使用材料，實(shí)現(xiàn)了一般LIB不可能達(dá)成的高速率充放電、長壽命以及不會發(fā)生熱失控的高安全性，尤其適用于作為輔助電源應(yīng)用于便攜式醫(yī)療設(shè)備的系統(tǒng)備份。村田圓柱型(UMAC)和薄片型(UMAL)小型能源裝置的規(guī)格如表2所示。

UMAC(圓柱型)UMAL(薄片型)

品名UMAC040130A003TA01UMAL221522A012TA01

公稱電壓2.3V2.3V

充電電壓2.7V2.7V

放電終止電壓1.8V1.8V

公稱容量3mAh12mAh

ESR800mΩ200mΩ

最大放電電流30mA (10 C)120mA (10 C)

重量0.29g0.74g

尺寸

表2：小型能源裝置(UMA系列)產(chǎn)品規(guī)格

在替換便攜式醫(yī)療設(shè)備上的電池時，要維持系統(tǒng)運(yùn)行，就需要在操作OS和系統(tǒng)時避免深度休眠模式，縮減再啟動導(dǎo)致的時間損耗。在便攜式醫(yī)療設(shè)備不慎跌落而造成的電池錯位時，由于超級電容容量較小，在交換電池時不能支持足夠的備份時間來維持系統(tǒng)。而傳統(tǒng)的小型鋰離子電池不能夠輸出系統(tǒng)備份所需的功率，并且存在循環(huán)壽命短的問題。村田的小型能源裝置與其他元件相比，在備份時間、備份功率輸出、循環(huán)壽命(在滿電~50%充電循環(huán)內(nèi)，5000次循環(huán)后容量幾乎沒有發(fā)生劣化，如圖8所示)等各方面性能表現(xiàn)都十分優(yōu)異，非常適合作為便攜式醫(yī)療設(shè)備備份用的蓄電元件。特性比較如表3所示。

圖8：循環(huán)特性(UMAL事例)

表3：備份用元件比較表

要求功能超級電容和電解電容UMA系列鋰離子電池

備份時間

30sec以上×○○

備份輸出○○×

循環(huán)壽命○○×

總體來說，村田的超級電容(DMF/DMT系列)以及小型能源裝置(UMA系列)是具備今后便攜式醫(yī)療設(shè)備所需各項(xiàng)特性的高功能能源裝置。今后，村田將通過繼續(xù)改善該產(chǎn)品優(yōu)勢、擴(kuò)充產(chǎn)品陣容以及產(chǎn)品解決方案，為便攜式醫(yī)療設(shè)備的高功能化做貢獻(xiàn)。