حل بطارية ليثيوم بوليمر لمضخة الأنسولين

في أجهزة مثل مضخات الأنسولين، لا تكون البطارية مجرد "مصدر طاقة" أبدًا.
إنها مكون على مستوى النظام يؤثر بشكل مباشر على دقة الجرعات والسلامة والاستقرار طويل المدى.

من خلال تجربة المشاريع الفعلية، يمكن غالبًا تتبع العديد من المشكلات التي تبدو "مشاكل تحكم أو برمجية" إلى مصدر الطاقة، مثل:
انخفاض الجهد الفوري، ارتفاع درجة الحرارة غير المنضبط، انتفاخ البطارية في دورات الحياة المتأخرة، أو فشل التنشيط بعد النقل أو التخزين طويل الأمد.

لهذا السبب تكون متطلبات بطارية الليثيوم لمضخة الأنسولين أعلى بكثير من تلك الخاصة بالمنتجات القابلة للارتداء العادية.

I. تصميم المعلمات الكهربائية حول محرك المضخة

عادةً ما تستخدم مضخات الأنسولين محركات تروس DC عالية الدقة أو محركات خطوية مصغرة.

خصائصها المشتركة هي:

1. تيار تشغيل متوسط منخفض جدًا
2. قمم تيار قصيرة ولكن ملحوظة أثناء بدء تشغيل المحرك والجرعات

إذا لم يتم التحكم في المقاومة الداخلية للبطارية بشكل جيد، أو إذا كانت قدرة التفريغ غير كافية، فقد يحدث انخفاض في الجهد أثناء الجرعات.
قد يؤثر ذلك على اتساق الجرعات، أو في الحالات الشديدة، يؤدي إلى تنشيط حماية النظام وإنذارات كاذبة.

بناءً على ذلك، لا تكون معلمات البطارية "كلما زادت كانت أفضل"، بل يجب أن تتطابق مع خصائص الحمل الفعلية للنظام.

المعلمات الكهربائية الرئيسية الموصى بها

1. الجهد الاسمي: 3.7V / 3.8V
هذه منصة ليثيوم بوليمر ناضجة ومستقرة. من السهل مطابقتها مع دوائر خفض الجهد DC-DC عالية الكفاءة وتساعد في تقليل استهلاك الطاقة الإجمالي.

2. السعة الاسمية: 500mAh – 800mAh
في ظل ظروف الاستخدام الفعلي مع تشغيل البلوتوث دائمًا واستخدام الإضاءة الخلفية العرضية، تدعم حوالي 3-7 أيام من التشغيل مع موازنة الحجم وتجربة المستخدم.

3. جهد قطع الشحن: 4.20V ±0.05V
يجب على الأجهزة الطبية تجنب الشحن الزائد بشكل صارم. يوصى بالحماية على مستوى الأجهزة، مع ضبط حماية الشحن الزائد دون 4.3V.

4. جهد قطع التفريغ: 3.0V – 3.2V
عادةً ما يتم حجز "منطقة الاحتفاظ بالبيانات" دون 3.0V لحماية RTC والسجلات والمعلمات الحرجة.

5. الحد الأقصى لتيار التفريغ المستمر: 1C (حوالي 500mA)
الهدف ليس معدل C مرتفع، بل جهد مستقر أثناء بدء تشغيل المحرك.

6. تيار السكون للنقل/التخزين (وضع الشحن): < 10μA
غالبًا ما يتم تجاهله. يضمن التيار المنخفض للسكون إمكانية تنشيط المنتج بعد ستة أشهر من التخزين.

II. الإدارة الحرارية للارتداء على الجسم

بطاريات الليثيوم حساسة جدًا لدرجة الحرارة.
في الوقت نفسه، تُستخدم مضخات الأنسولين بالقرب من الجسم لفترات طويلة، مع درجات حرارة جلدية نموذجية حوالي 35°C.

الأهم من ذلك، أن الأنسولين نفسه حساس للحرارة.
إذا فشل التحكم في درجة الحرارة المحلية، فإنه يؤثر ليس فقط على عمر البطارية ولكن أيضًا على سلامة الدواء.

حدود درجة الحرارة الموصى بها

1. درجة حرارة التفريغ: -10°C إلى +55°C
تغطي البيئات الخارجية الباردة والساخنة.

2. درجة حرارة الشحن: +10°C إلى +45°C
يزيد الشحن في درجات الحرارة المنخفضة من خطر ترسيب الليثيوم، بينما يزيد الشحن في درجات الحرارة المرتفعة من الانتفاخ والشيخوخة.

على مستوى الأجهزة، يوصى بوضع ثرمستور NTC بالقرب من مركز الخلية، بدلاً من الاعتماد فقط على درجة حرارة العلبة.
في منطق النظام، يجب إيقاف الشحن فورًا عندما تتجاوز درجة حرارة البطارية 48°C، مع تحذير واضح بدرجة الحرارة.

في التصميم الميكانيكي والحراري، يجب عزل البطارية عن مصادر الحرارة مثل المحرك وSoC الرئيسي.
يمكن إضافة هلام هوائي نانوي أو موزعات حرارة من الجرافيت لمنع النقاط الساخنة المحلية طويلة المدى من التأثير على الخلية وخزان الأنسولين.

III. تصميم الحجم والهيكل والموثوقية

لتحقيق تجربة ارتداء أكثر احتواءً، يكون المساحة الداخلية لمضخة الأنسولين محدودة جدًا عادةً.
هذا يجعل البطارية شديدة التخصيص شبه إلزامية.

نطاقات الحجم المخصص الشائعة

1. السماكة: 4.0 – 6.0 مم
2. العرض: 20 – 30 مم
3. الطول: 30 – 45 مم

بالمقارنة مع البطاريات القياسية، تعمل الخلايا ذات الشكل المخصص على تحسين استخدام المساحة بشكل كبير وتوفر مزيدًا من الحرية في السماكة والتصميم الصناعي.

في معظم المشاريع، تُفضل خلايا الليثيوم بوليمر من نوع الكيس.
إنها أخف وزنًا، وفي ظروف الفشل القاسية، تميل إلى الانتفاخ بدلاً من التمزق، مما يجعلها أكثر ملاءمة للأجهزة الطبية القابلة للارتداء.

نقطة أساسية هي أنه يجب تخصيص ما لا يقل عن 10٪ من بدل الانتفاخ في اتجاه السُمك أثناء التصميم الميكانيكي.
إذا ضغط انتفاخ البطارية في المراحل المتأخرة مباشرة على PCB، فقد يتسبب بسهولة في قراءات خاطئة للضغط أو مستشعر التدفق. هذا وضع فشل شائع جدًا في المشاريع الفعلية.

بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن البطارية غالبًا ما تكون المكون الأثقل داخل المضخة، يوصى باستخدام رغوة PORON حول البطارية لتقليل الضرر الذي يلحق بوصلات اللحام والهيكل أثناء السقوط.

IV. المتطلبات التنظيمية وإصدار الشهادات

يجب أن يأخذ أي حل للبطارية مستخدم في مضخات الأنسولين في الاعتبار مسار الاعتماد مبكرًا.
خلاف ذلك، يمكن حظر المشاريع بسهولة في مرحلة متأخرة.

تشمل المعايير الشائعة المطلوبة:

1. IEC 62133-2 (سلامة بطارية الليثيوم)
2. UN 38.3 (النقل الجوي)
3. UL 2054 (سلامة حزمة البطارية)
4. ISO 13485 (نظام إدارة جودة الأجهزة الطبية)

من الخبرة العملية، غالبًا ما تكون معرفة مورد البطارية بعمليات الاعتماد الطبي أكثر أهمية من المواصفات الأولية وحدها.

MOTOMA: حلول بطاريات الليثيوم المخصصة لمضخات الأنسولين

في تطبيقات مضخات الأنسولين، هناك عدد قليل جدًا من حلول البطاريات "الجاهزة" حقًا.
هذا هو بالضبط المكان الذي تبرز فيه بطاريات الليثيوم بوليمر من MOTOMA.

توفر MOTOMA ليس فقط خلايا فردية، ولكن حلولًا كاملة موجهة نحو النظام من بطارية الليثيوم الطبية :

1. دعم منصات 3.7V / 3.8V مع تخصيص مرن للسعة والحجم
2. مقاومة داخلية محسّنة وهيكل تفريغ لأحمال الذروة للمحرك
3. خلايا كيسية فائقة النحافة ومخصصة للأشكال للتصاميم الصناعية المعقدة
4. حلول متكاملة تشمل NTC ودوائر الحماية والموصلات
5. خبرة في استقرار التوريد طويل الأجل والاتساق للمشاريع الطبية

بالنسبة لتصميم الأجهزة الطبية القابلة للارتداء، يعني هذا حرية تصميم أكبر دون التضحية بالسلامة أو الموثوقية، مع تقليل مخاطر الفشل وإصدار الشهادات على المدى الطويل.

لم يعد التنافس في مضخات الأنسولين مقتصرًا على الخوارزميات أو المظهر.
إنه يعكس القدرة الهندسية للنظام بشكل عام.

البطارية، باعتبارها الجزء الأكثر أساسية وغالبًا ما يتم الاستهانة بها، تحدد في كثير من الأحيان ما إذا كان المنتج يمكن أن يعمل بأمان وموثوقية على المدى الطويل.
من خلال التصميم الكهربائي المتوافق مع الحمل، والتحكم الحراري الصارم، والهامش الميكانيكي المناسب، وقدرة التخصيص الموثوقة، تصبح بطارية الليثيوم لمضخة الأنسولين من البوليمر حقًا "أساس السلامة" للنظام.