راه حل باتری لیتیوم پلیمری برای پمپ انسولین

در دستگاه‌هایی مانند پمپ‌های انسولین، باتری هرگز فقط یک "منبع تغذیه" نیست.
این یک جزء در سطح سیستم است که به طور مستقیم بر دقت دوز، ایمنی و پایداری بلندمدت تأثیر می‌گذارد.

از تجربه پروژه واقعی، بسیاری از مسائل که به نظر "مشکلات کنترل یا نرم‌افزار" می‌رسند، اغلب می‌توانند به منبع تغذیه بازگردند، مانند:
افت ولتاژ لحظه‌ای، افزایش دمای کنترل نشده، تورم باتری در چرخه‌های عمر بعدی، یا عدم فعال‌سازی پس از حمل و نقل یا ذخیره‌سازی طولانی مدت.

به همین دلیل است که الزامات برای باتری لیتیومی پمپ انسولین بسیار بیشتر از محصولات پوشیدنی معمولی است.

I. طراحی پارامترهای الکتریکی پیرامون موتور پمپ

پمپ‌های انسولین معمولاً از موتورهای دنده‌ای DC با دقت بالا یا موتورهای پله‌ای مینیاتوری استفاده می‌کنند.

ویژگی‌های مشترک آنها عبارتند از:

1. جریان عملیاتی متوسط بسیار پایین
2. قله‌های جریان کوتاه اما قابل توجه در هنگام راه‌اندازی موتور و دوزدهی

اگر مقاومت داخلی باتری به خوبی کنترل نشود، یا اگر ظرفیت تخلیه کافی نباشد، ممکن است در حین دوزدهی افت ولتاژ رخ دهد.
این می‌تواند بر ثبات دوز تأثیر بگذارد، یا در موارد شدید، حفاظت سیستم و هشدارهای کاذب را فعال کند.

بر این اساس، پارامترهای باتری "هرچه بالاتر بهتر" نیستند، بلکه باید با ویژگی‌های بار واقعی سیستم مطابقت داشته باشند.

پارامترهای الکتریکی کلیدی توصیه شده

1. ولتاژ نامی: 3.7V / 3.8V
این یک پلتفرم لیتیوم پلیمری بالغ و پایدار است. تطبیق آن با مدارهای کاهش دهنده DC-DC با راندمان بالا آسان است و به کاهش مصرف کلی انرژی کمک می‌کند.

2. ظرفیت نامی: 500mAh – 800mAh
در شرایط استفاده واقعی با بلوتوث همیشه روشن و استفاده گاه به گاه از نور پس‌زمینه، این حدود 3-7 روز کارکرد را پشتیبانی می‌کند و اندازه و تجربه کاربری را متعادل می‌کند.

3. ولتاژ قطع شارژ: 4.20V ±0.05V
دستگاه‌های پزشکی باید به شدت از شارژ بیش از حد خودداری کنند. محافظت در سطح سخت‌افزار توصیه می‌شود، با تنظیم محافظت از شارژ بیش از حد زیر 4.3V.

4. ولتاژ قطع تخلیه: 3.0V – 3.2V
یک "منطقه نگهداری داده" زیر 3.0V معمولاً برای محافظت از RTC، گزارش‌ها و پارامترهای حیاتی رزرو می‌شود.

5. حداکثر جریان تخلیه پیوسته: 1C (حدود 500mA)
هدف نرخ C بالا نیست، بلکه ولتاژ پایدار در هنگام راه‌اندازی موتور است.

6. جریان سکون حمل و نقل/ذخیره‌سازی (Ship Mode): < 10μA
این اغلب نادیده گرفته می‌شود. جریان سکون پایین تضمین می‌کند که محصول پس از شش ماه ذخیره‌سازی همچنان قابل فعال‌سازی باشد.

II. مدیریت حرارتی برای پوشیدن روی بدن

باتری‌های لیتیومی به دما بسیار حساس هستند.
در عین حال، پمپ‌های انسولین برای مدت طولانی نزدیک به بدن پوشیده می‌شوند، با دمای معمولی پوست حدود 35 درجه سانتی‌گراد.

مهم‌تر از آن، خود انسولین به گرما حساس است.
اگر کنترل دمای موضعی شکست بخورد، نه تنها بر عمر باتری، بلکه بر ایمنی دارو نیز تأثیر می‌گذارد.

حدود دمای توصیه شده

1. دمای تخلیه: -10 درجه سانتی‌گراد تا +55 درجه سانتی‌گراد
محیط‌های بیرونی سرد و گرم را پوشش می‌دهد.

2. دمای شارژ: +10 درجه سانتی‌گراد تا +45 درجه سانتی‌گراد
شارژ در دمای پایین خطر رسوب لیتیوم را افزایش می‌دهد، در حالی که شارژ در دمای بالا تورم و پیری را تسریع می‌کند.

در سطح سخت‌افزار، توصیه می‌شود که یک ترمیستور NTC در نزدیکی مرکز سلول قرار داده شود، به جای اینکه فقط به دمای محفظه تکیه شود.
در منطق سیستم، زمانی که دمای باتری از 48 درجه سانتی‌گراد فراتر رفت، شارژ باید فوراً متوقف شود، با هشدار دمایی واضح.

در طراحی مکانیکی و حرارتی، باتری باید از منابع گرما مانند موتور و SoC اصلی ایزوله شود.
می‌توان از آئروژل نانو یا پخش کننده‌های حرارتی گرافیتی اضافه کرد تا از تأثیر نقاط داغ موضعی بلندمدت بر سلول و مخزن انسولین جلوگیری شود.

III. طراحی اندازه، ساختار و قابلیت اطمینان

برای تجربه پوشیدن محجوب‌تر، فضای داخلی پمپ انسولین معمولاً بسیار محدود است.
این باعث می‌شود که یک باتری کاملاً سفارشی تقریباً اجباری باشد.

محدوده اندازه سفارشی رایج

1. ضخامت: 4.0 – 6.0 میلی‌متر
2. عرض: 20 – 30 میلی‌متر
3. طول: 30 – 45 میلی‌متر

در مقایسه با باتری‌های استاندارد، سلول‌های با شکل سفارشی استفاده از فضا را به طور قابل توجهی بهبود می‌بخشند و آزادی بیشتری در ضخامت و طراحی صنعتی ایجاد می‌کنند.

در اکثر پروژه‌ها، سلول‌های لیتیوم پلیمری کیسه‌ای ترجیح داده می‌شوند.
آنها سبک‌تر هستند و در شرایط خرابی شدید، معمولاً به جای پارگی، متورم می‌شوند که برای دستگاه‌های پزشکی پوشیدنی مناسب‌تر است.

یک نکته کلیدی این است که در طول طراحی مکانیکی باید حداقل 10٪ کمک هزینه تورم در جهت ضخامت رزرو شود.
اگر تورم باتری در مراحل بعدی مستقیماً روی PCB فشار آورد، می‌تواند به راحتی باعث خوانش نادرست سنسور فشار یا جریان شود. این یک حالت خرابی بسیار رایج در پروژه‌های واقعی است.

علاوه بر این، از آنجایی که باتری اغلب سنگین‌ترین جزء داخل پمپ است، استفاده از فوم PORON در اطراف باتری برای کاهش آسیب به اتصالات لحیم کاری و محفظه در هنگام سقوط توصیه می‌شود.

IV. الزامات نظارتی و گواهینامه

هر راه حل باتری مورد استفاده در پمپ‌های انسولین باید مسیر گواهینامه را زودتر در نظر بگیرد.
در غیر این صورت، پروژه‌ها به راحتی می‌توانند در مراحل بعدی مسدود شوند.

استانداردهای رایج مورد نیاز عبارتند از:

1. IEC 62133-2 (ایمنی باتری لیتیومی)
2. UN 38.3 (حمل و نقل هوایی)
3. UL 2054 (ایمنی بسته باتری)
4. ISO 13485 (سیستم مدیریت کیفیت تجهیزات پزشکی)

از تجربه عملی، آشنایی تأمین‌کننده باتری با فرآیندهای گواهینامه پزشکی اغلب مهم‌تر از خود مشخصات فنی است.

MOTOMA: راه حل های باتری لیتیوم سفارشی برای پمپ های انسولین

در کاربردهای پمپ انسولین، راه حل‌های باتری واقعاً "آماده" بسیار کمی وجود دارد.
این دقیقاً جایی است که باتری‌های لیتیوم پلیمری MOTOMA برجسته می‌شوند.

MOTOMA نه تنها سلول‌های جداگانه، بلکه راه حل‌های کامل باتری لیتیوم پزشکی مبتنی بر سیستم را ارائه می‌دهد:

1. پشتیبانی از پلتفرم‌های 3.7V / 3.8V با سفارشی‌سازی انعطاف‌پذیر ظرفیت و اندازه
2. مقاومت داخلی بهینه و ساختار تخلیه برای بارهای پیک موتور
3. سلول‌های کیسه‌ای فوق‌نازک و با شکل سفارشی برای طرح‌های صنعتی پیچیده
4. راه حل‌های یکپارچه شامل NTC، مدارهای حفاظتی و کانکتورها
5. تجربه در پایداری تأمین بلندمدت و ثبات برای پروژه‌های پزشکی

برای طراحی دستگاه‌های پزشکی پوشیدنی، این به معنای آزادی طراحی بیشتر بدون قربانی کردن ایمنی یا قابلیت اطمینان، و در عین حال کاهش خطرات خرابی و گواهینامه بلندمدت است.

رقابت در پمپ‌های انسولین دیگر فقط در مورد الگوریتم‌ها یا ظاهر نیست.
این نشان دهنده توانایی کلی مهندسی سیستم است.

باتری، به عنوان اساسی‌ترین و اغلب نادیده گرفته شده‌ترین بخش، اغلب تعیین می‌کند که آیا یک محصول می‌تواند به طور ایمن و قابل اعتماد در دراز مدت کار کند.
از طریق طراحی الکتریکی متناسب با بار، کنترل حرارتی دقیق، کمک هزینه مکانیکی مناسب و قابلیت سفارشی‌سازی قابل اعتماد، یک باتری لیتیوم پمپ انسولین پلیمری واقعاً به "پایه ایمنی" سیستم تبدیل می‌شود.