村田高功能能源装置在医疗设备峰值辅助和备份中的必要性

 随着人口老龄化的加速，家族形态也在发生着一定的变化，医疗、护理等社会保障制度也相应进行了各种各样的制度改革。云服务的普及以及网络利用范围的扩大，使得Information and Communication Technology (以下称ICT)等技术也在不断发展，人们能够更好地利用大数据和开放数据信息，创造更多的附加价值。在医疗领域如何合理应用ICT，实现高效且高品质的医疗、护理服务，促进健康管理，实现健康长寿社会备受期待。

医疗设备数据的数字化普及最初是通过使用有线LAN连接来实现，随后是在能有效记录数据的大部分设备中普及SD卡等外部存储器。如今，无线通信设备的数据传输速率有所提高，基础设施也比较完善，在推进机动性这一实际需求下，将有线LAN电缆线发展为不占用空间的无线LAN逐渐成为必然趋势。特别是为了应对便携式医疗设备的要求，其设备整体的小型化对电池小型化、电池使用寿命长、维持系统稳定(热交换：插入电源维持工作状态，插拔供电线、交换供电线、交换电池)以及设备的工作稳定性都提出了很高的要求。村田制作所(以下简称“村田”)的超级电容(DMF/DMT系列)以及小型能源装置(UMA系列)在医疗设备的峰值辅助和备份方面能够发挥重要作用。

村田超级电容：适用于便携式医疗设备的峰值辅助

村田的医疗设备峰值辅助产品阵容如表1所示。DMT系列可在周围温度高达85℃的环境下使用，是能够长期用于高温环境下的通用型产品。DMF系列ESR更低，更适合支持长时间大功率负载输出辅助。

 

 

表1 ：村田医疗设备峰值辅助产品阵容

在便携式医疗设备的峰值辅助方面，村田的超级电容具有小型、薄型化的封装，同时具有业内超高水平的功率密度和能量密度。特别是如图1所示的对于连续运行负载的功能，也可进行高输出辅助。如图2所示，将超级电容与1次电池并联，就能在高峰值负载运行时，均衡电压输出，因此能够有助于提高设备的性能和品质(如图3所示)。

 

 

 

 

图3：超级电容的负载平均化

这里我们可以用2个均衡峰值负载输出的例子讲解适用于便携式医疗设备的事例。一个是便携式医疗设备的显示屏和SD卡等存储功能启动时的适用事例，另一个是具有无线LAN功能的便携式设备启动无线LAN功能时的适用事例(假设便携式医疗设备的电源为1次电池)。

在负载条件①(图4)下，便携式医疗设备的显示屏以及SD卡等存储功能启动时，仅用电池时和同时使用电池+超级电容时的比较结果如图5所示。由此可以看出，村田的超级电容可以均衡负载运行时的电压波动，可以不浪费电池电量，充分利用到最后。

 

 

图4：负载条件①

 

 

图5：负载条件①的比较结果

在负载条件②(图6)下，便携式医疗设备的无线LAN功能启动时，仅用电池时和同时使用电池+超级电容时的比较结果如图7所示。

 

 

图6：负载条件②

 

 

图7：负载条件②的比较结果

从以上两个案例中我们可以看到，通过使用村田的超级电容，能够均衡负载大功率输出时的电压波动，有助于提升设备工作的稳定性，更充分地利用电池的能量。

村田小型能源装置(UMA系列)：适用于便携式医疗设备的备份

在便携式医疗设备的备份方面，与传统锂离子电池(以下称LIB)不同的是，村田的小型能源装置(UMA系列)是在阴极材料上使用钛酸锂的新型锂离子二次电池。通过刷新使用材料，实现了一般LIB不可能达成的高速率充放电、长寿命以及不会发生热失控的高安全性，尤其适用于作为辅助电源应用于便携式医疗设备的系统备份。村田圆柱型(UMAC)和薄片型(UMAL)小型能源装置的规格如表2所示。

UMAC(圆柱型)UMAL(薄片型)

品名UMAC040130A003TA01UMAL221522A012TA01

公称电压2.3V2.3V

充电电压2.7V2.7V

放电终止电压1.8V1.8V

公称容量3mAh12mAh

ESR800mΩ200mΩ

最大放电电流30mA (10 C)120mA (10 C)

重量0.29g0.74g

尺寸

表2：小型能源装置(UMA系列)产品规格

在替换便携式医疗设备上的电池时，要维持系统运行，就需要在操作OS和系统时避免深度休眠模式，缩减再启动导致的时间损耗。在便携式医疗设备不慎跌落而造成的电池错位时，由于超级电容容量较小，在交换电池时不能支持足够的备份时间来维持系统。而传统的小型锂离子电池不能够输出系统备份所需的功率，并且存在循环寿命短的问题。村田的小型能源装置与其他元件相比，在备份时间、备份功率输出、循环寿命(在满电~50%充电循环内，5000次循环后容量几乎没有发生劣化，如图8所示)等各方面性能表现都十分优异，非常适合作为便携式医疗设备备份用的蓄电元件。特性比较如表3所示。

 

 

图8：循环特性(UMAL事例)

表3：备份用元件比较表

要求功能超级电容和电解电容UMA系列锂离子电池

备份时间

30sec以上×○○

备份输出○○×

循环寿命○○×

总体来说，村田的超级电容(DMF/DMT系列)以及小型能源装置(UMA系列)是具备今后便携式医疗设备所需各项特性的高功能能源装置。今后，村田将通过继续改善该产品优势、扩充产品阵容以及产品解决方案，为便携式医疗设备的高功能化做贡献。