膠囊內鏡供電電池放電特性的測試研究

錢莎莎 劉宇星 李凱華

（上海理工大學醫療器械與食品學院，上海 200093）

膠囊內鏡供電電池放電特性的測試研究

錢莎莎 劉宇星 李凱華

（上海理工大學醫療器械與食品學院，上海 200093）

膠囊內窺鏡進入人體后由紐扣電池供電，希望其工作時間足夠長，以滿足對消化道疾病患者腸胃動力參數的檢測。因此設計了低功耗、高性能的電源管理系統，其中對放電時間長、輸出電壓穩定的供電電池的選擇尤為重要。該裝置基于供電電池檢測電路并結合后續的電源管理模塊，實現了對不同種紐扣電池的放電特性檢測，并利用LabVIEW虛擬儀器制作出直觀的性能顯示界面，對植入式裝置的電池的選擇具有重要的參考意義。

膠囊內窺鏡；紐扣電池；放電特性； LabVIEW

1 引言

全球每天都有許多的患者受消化道的疾病所困擾，膠囊內窺鏡以其體積小、無創等優勢越來越廣泛地應用于消化道疾病的臨床診斷。為了便于吞咽，膠囊內窺鏡體內功能裝置的體積受到嚴格限制，因此多采用紐扣電池供電。膠囊內窺鏡進入人體后，需要進行消化道內圖像的采集、處理和無線發送，在消化道內工作時間較長，因此選擇放電時間長、輸出電壓穩定的高性能供電電池很有必要。

圖1 電池放電特性檢測電路示意圖

圖2 LABVIEW顯示界面前面板

2 紐扣電池放電特性檢測電路的設計

設計了如下電路用以測試不同類型紐扣電池的放電特性，如圖1所示。紐扣電池接外部負載和保護電路，組成模擬放電回路。由單片機實時采集負載兩端的電壓值，經過數字濾波處理后，將數據發送至串口。通過串口通信模塊，上位機實時讀取電壓數據，并將其趨勢曲線在界面中實時顯示，同時將數據在后臺保存至相關文件，供歷史數據查詢和調用。其中，電池性能顯示界面由LABVIEW2014制作。

3 電池性能顯示界面的設計

利用LABVIEW2014制作相關的數據采集及顯示界面，可以直觀清晰地觀察到不同電池的放電性能。前面板和程序框圖分別如圖2和圖3所示。

前面板中除了串行通信服務器中預設好的控件外還加入了其他控件來描述紐扣電池的放電性能。波形圖表可用于實時顯示放電路線，橫坐標為時間，縱坐標為輸出電壓；數值欄可實時顯示并儲存放電電壓數據；開始和停止按鈕用于控制圖形和數值顯示。

4 實驗測試結果

4.1 不同類型的紐扣電池特性測試

分別選用Eunicell-LR44、Maxwell-LR44、GP-LR44、MP-LR44四種型號的紐扣電池采用測試電路進行連接和測試，其放電曲線如圖4～圖7所示。放電曲線中，縱坐標為放電電壓（單位V）橫坐標為放電時間（單位s）。

實驗采用2節紐扣電池供電，以實驗開始后紐扣電池放電電壓劇烈下降為標準，四種電池放電時常分別為51.5min、60min、55.5min、35.5min。各電池初始放電電壓均為3V，其中Eunicell-LR44紐扣電池在和MP-LR44紐扣電池的最終放電電壓接近2V，綜合測評后的放電性能次序由高到低依次為Maxwell-LR44、GPLR44、Eunicell-LR44、MP-LR44。

4.2 不同負載電流下紐扣電池特性測試

分別在大電流和小電流工作條件下對MaxwellLR44紐扣電池放電特性以及相關參數的研究。其放電曲線和放電參數如圖8和圖9所示。

圖3 LABVIEW顯示界面程序框圖

圖4 Eunicell-LR44紐扣電池

圖5 Maxwell-LR44紐扣電池

圖6 GP-LR44紐扣電池

圖7 MP-LR44紐扣電池

圖8小電流條件下放電曲線

圖9 大電流條件下放電曲線

由圖8和圖9可知：紐扣電池在負載為6.2K時，工作電流為1.5/6.2k= 0.242mA，大約工作了350h，耗能為84mA?h，而當負載為18Ω時，工作電流為1.5/18Ω=83.3mA，大約工作了1小時，耗能為83.3mA?h。所以，紐扣電池在大電流條件下無法長時間工作，這是由紐扣電池的特性所決定的。由電池的特性可知其內部電阻可以分為歐姆電阻和由電化學反應時極化引起的電化學內阻，大電流放電時，內阻對放電特性的影響尤為明顯。低溫大電流放電時，電機的極化大，活性物質不能得到充分利用，電池的電壓下降快；小電流放電時，電極的極化小，活性物質得到較為充分的利用。

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TH776

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上海市大學生創新項目（XJ2014205）。