चार्जिंग केबल से ऊर्जा-जागरूक पहनने योग्य उपकरणों तक - लचीली ऊर्जा भंडारण प्रणालियों का भविष्य

पहनने योग्य उपकरणों के उपयोगकर्ताओं की सबसे आम शिकायतों में से एक आश्चर्यजनक रूप से सरल है: बैटरी लाइफ़ शायद ही कभी पूरे दिन बुद्धिमान कार्यक्षमता देने के वादे पर खरी उतरती है।

चाहे वह स्मार्ट हेल्थ पैच हो, AI-सक्षम हियरिंग एड, फिटनेस ट्रैकर, स्मार्ट रिंग, मेडिकल मॉनिटरिंग डिवाइस, AR चश्मा, इलेक्ट्रॉनिक स्किन या औद्योगिक पहनने योग्य सेंसर, इंजीनियर लगातार तीन प्रतिस्पर्धी आवश्यकताओं के बीच संतुलन बनाते हैं:

• छोटे और हल्के उत्पाद
• लंबा संचालन समय
• अधिक सेंसर, वायरलेस कनेक्टिविटी और AI प्रोसेसिंग

उत्पाद डिजाइनरों और इलेक्ट्रॉनिक्स निर्माताओं के लिए पारंपरिक पावर आर्किटेक्चर को अत्यधिक पतले, लचीले और शरीर के अनुरूप ढलने वाले उपकरणों में अपनाना लगातार कठिन होता जा रहा है। इस चुनौती ने ऐसी लचीली ऊर्जा भंडारण प्रणालियों में रुचि बढ़ाई है जो ऊर्जा संचयन और ऊर्जा भंडारण को एक ही एकीकृत प्लेटफ़ॉर्म में जोड़ती हैं।

MOTOMA में हम नियमित रूप से ऐसी विकास टीमों को देखते हैं जो ऐसे बैटरी समाधान तलाशती हैं जो न केवल कॉम्पैक्ट पहनने योग्य उत्पादों में फिट हों, बल्कि स्व-चालित इलेक्ट्रॉनिक्स, लचीले डिस्प्ले, बायोमेट्रिक सेंसिंग और निरंतर स्वास्थ्य निगरानी जैसी भविष्य की अवधारणाओं का भी समर्थन करें।

पारंपरिक पावर समाधान अपनी सीमा तक क्यों पहुँच रहे हैं

आज अधिकांश पहनने योग्य उत्पाद रिचार्जेबल लिथियम बैटरियों पर निर्भर हैं, जिनकी क्षमता 50mAh से 1000mAh तक होती है। सामान्य वोल्टेज प्लेटफ़ॉर्म में 3.7V, 3.8V, 3.85V, 3.87V और 3.88V लिथियम पॉलिमर सेल शामिल हैं।

इन बैटरियों की ऊर्जा घनत्व उत्कृष्ट होने के बावजूद, उपकरण निर्माताओं को कई चुनौतियों का सामना करना पड़ता है:

एक स्मार्टवॉच 150mAh या 300mAh की बैटरी इस्तेमाल कर सकती है, जबकि स्मार्ट चश्मे को अक्सर 500mAh से 1000mAh के बैटरी पैक की आवश्यकता होती है। संचालन अवधि के आधार पर मेडिकल पहनने योग्य उपकरण 100mAh की माइक्रो बैटरियों से लेकर 5000mAh के बाहरी पहनने योग्य बैटरी मॉड्यूल तक इस्तेमाल कर सकते हैं।

लचीले ऊर्जा संचयन और भंडारण की अवधारणा

अनुसंधान प्रयोगशालाओं और उन्नत उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स कार्यक्रमों में उभरता एक नया दृष्टिकोण ऑर्गेनिक फोटोवोल्टिक (OPV) तकनीक को लचीली रिचार्जेबल बैटरियों के साथ एकीकृत करना है।

सिर्फ चार्जिंग केबल या चार्जिंग डॉक पर निर्भर रहने के बजाय, पहनने योग्य उपकरण आसपास की ऊर्जा को लगातार एकत्र कर सकते हैं और अतिरिक्त ऊर्जा को बाद में उपयोग के लिए संग्रहीत कर सकते हैं।

इस आर्किटेक्चर में सामान्यतः शामिल होते हैं:

• लचीले ऑर्गेनिक फोटोवोल्टिक मॉड्यूल
• अत्यधिक पतले ऊर्जा प्रबंधन सर्किट
• लचीली रिचार्जेबल बैटरी प्रणालियाँ
• कम-ऊर्जा वायरलेस संचार मॉड्यूल
• बुद्धिमान बैटरी प्रबंधन प्रणालियाँ

परिणामस्वरूप एक ऐसा ऊर्जा संचयन-भंडारण प्लेटफ़ॉर्म मिलता है जो चार्जिंग की आवृत्ति घटाते हुए संचालन समय बढ़ा सकता है।

पहनने योग्य उपकरणों में ऑर्गेनिक फोटोवोल्टिक तकनीक

पारंपरिक कठोर सिलिकॉन सोलर पैनलों के विपरीत, ऑर्गेनिक फोटोवोल्टिक मॉड्यूल हल्के, मोड़ने योग्य और पहनने योग्य उत्पादों में एकीकरण के लिए उपयुक्त होते हैं।

इंजीनियर OPV सामग्री को इनमें एकीकृत कर सकते हैं:

• स्मार्ट कपड़े
• फिटनेस बैंड
• मेडिकल पैच
• AR और VR हेडसेट
• औद्योगिक सुरक्षा पहनने योग्य उपकरण
• इलेक्ट्रॉनिक स्किन डिवाइस
• स्मार्ट बैकपैक और आउटडोर उपकरण

इनडोर प्रकाश की स्थिति में OPV मॉड्यूल अतिरिक्त ऊर्जा उत्पन्न कर सकते हैं, जिससे कम-ऊर्जा सेंसर, Bluetooth संचार मॉड्यूल और पर्यावरण निगरानी प्रणालियों को चलाए रखने में मदद मिलती है।

पहनने योग्य इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए लचीली बैटरी तकनीकें

केवल ऊर्जा संचयन स्थिर पावर आउटपुट नहीं दे सकता। भंडारण घटक अभी भी आवश्यक है।

लचीली ऊर्जा भंडारण प्रणालियों के लिए कई बैटरी तकनीकों का वर्तमान में मूल्यांकन किया जा रहा है।

आज बड़े पैमाने पर उत्पादन में प्रवेश करने वाले वाणिज्यिक उत्पादों के लिए, अनुकूलित लिथियम पॉलिमर बैटरियाँ अपनी ऊर्जा घनत्व, विनिर्माण परिपक्वता और डिज़ाइन लचीलेपन के कारण सबसे व्यावहारिक समाधान बनी हुई हैं।

पहनने योग्य उपकरणों में आम तौर पर उपयोग होने वाले बैटरी पैरामीटर

उत्पाद की आवश्यकताओं के अनुसार पहनने योग्य इलेक्ट्रॉनिक्स विभिन्न वोल्टेज प्लेटफ़ॉर्म और क्षमताओं का उपयोग कर सकते हैं।

डिज़ाइन संबंधी बातें जिन्हें इंजीनियरों को नज़रअंदाज़ नहीं करना चाहिए

पहनने योग्य इलेक्ट्रॉनिक्स में लचीली ऊर्जा भंडारण प्रणालियों को एकीकृत करते समय बैटरी क्षमता समीकरण का केवल एक हिस्सा है।

इंजीनियरिंग टीमों को इनका भी मूल्यांकन करना चाहिए:

• मोड़ त्रिज्या की आवश्यकताएँ
• बैटरी की मोटाई की सीमाएँ
• संचालन तापमान सीमा
• चार्जिंग दक्षता
• चक्र जीवन की आवश्यकताएँ
• वायरलेस संचार की बिजली मांग
• बार-बार मोड़ने पर यांत्रिक विश्वसनीयता
• सुरक्षा प्रमाणन की आवश्यकताएँ

कई पहनने योग्य परियोजनाओं में, अनियमित आवरण में मानक बैटरी फिट करने की कोशिश की तुलना में कस्टम आकार की बैटरी अक्सर बेहतर सिस्टम दक्षता देती है।

संभावित अनुप्रयोग क्षेत्र

ऊर्जा संचयन और ऊर्जा भंडारण का संयोजन उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक्स से आगे बढ़ रहा है।

वर्तमान और उभरते अनुप्रयोगों में शामिल हैं:

• दूरस्थ रोगी निगरानी उपकरण
• निरंतर ग्लूकोज़ निगरानी प्रणालियाँ
• फिटनेस और खेल पहनने योग्य उपकरण
• AR और स्मार्ट चश्मा प्लेटफ़ॉर्म
• इलेक्ट्रॉनिक टेक्सटाइल
• सैन्य पहनने योग्य उपकरण
• औद्योगिक कर्मचारी सुरक्षा प्रणालियाँ
• पर्यावरण निगरानी पैच
• स्मार्ट हेलमेट और सुरक्षा उपकरण
• मानव-मशीन इंटरफ़ेस डिवाइस

उत्पाद निर्माताओं के लिए इसका क्या अर्थ है

जैसे-जैसे पहनने योग्य इलेक्ट्रॉनिक्स पतले, अधिक बुद्धिमान और अधिक कनेक्टेड होते जा रहे हैं, पावर आर्किटेक्चर एक स्वतंत्र बैटरी पैक से एकीकृत ऊर्जा इकोसिस्टम की ओर विकसित हो रहा है।

भविष्य केवल ऊर्जा संचयन पर निर्भर होने की संभावना नहीं है। इसके बजाय सबसे व्यावहारिक समाधान लचीले ऊर्जा संग्रह, बुद्धिमान पावर प्रबंधन और अनुकूलित रिचार्जेबल बैटरी तकनीक को जोड़ता है।

अगली पीढ़ी के पहनने योग्य उपकरण विकसित करने वाले OEM और ODM निर्माताओं के लिए डिज़ाइन चरण की शुरुआत में सही बैटरी साझेदार चुनने से उत्पाद एकीकरण, यांत्रिक डिज़ाइन, सुरक्षा प्रमाणन और उत्पादन विस्तार काफी सरल हो सकता है।

अक्सर पूछे जाने वाले प्रश्न

1. लचीली ऊर्जा भंडारण प्रणाली क्या है?

एक लचीली ऊर्जा भंडारण प्रणाली मोड़ने योग्य बैटरियों और ऊर्जा संचयन तकनीकों को जोड़कर पहनने योग्य और पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को ऊर्जा प्रदान करती है।

2. क्या ऑर्गेनिक फोटोवोल्टिक मॉड्यूल बैटरियों को पूरी तरह बदल सकते हैं?

नहीं। ऑर्गेनिक फोटोवोल्टिक मॉड्यूल पूरक ऊर्जा प्रदान करते हैं, जबकि स्थिर पावर डिलीवरी और ऊर्जा भंडारण के लिए बैटरियाँ आवश्यक बनी रहती हैं।

3. पहनने योग्य उपकरणों में लिथियम पॉलिमर बैटरियों का व्यापक उपयोग क्यों होता है?

लिथियम पॉलिमर बैटरियाँ उच्च ऊर्जा घनत्व, अनुकूलित आकार, हल्का निर्माण और कॉम्पैक्ट इलेक्ट्रॉनिक डिज़ाइनों के साथ अनुकूलता प्रदान करती हैं।

4. पहनने योग्य उपकरणों में आम तौर पर किस बैटरी वोल्टेज का उपयोग होता है?

सामान्य वोल्टेज प्लेटफ़ॉर्म में 3.7V, 3.8V, 3.85V, 3.87V और 3.88V शामिल हैं। बड़े पहनने योग्य सिस्टम 7.4V, 11.1V या 14.8V बैटरी पैक का उपयोग कर सकते हैं।

5. पहनने योग्य इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए सामान्य क्षमता सीमा क्या है?

क्षमता स्मार्ट रिंग में 50mAh से कम से लेकर औद्योगिक पहनने योग्य उपकरणों और पोर्टेबल कंप्यूटिंग प्रणालियों में 5000mAh से अधिक तक हो सकती है।

6. क्या जिंक-आयन बैटरियाँ पहनने योग्य अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त हैं?

जिंक-आयन बैटरियाँ आकर्षक सुरक्षा विशेषताएँ और लचीलापन प्रदान करती हैं, जिससे वे कुछ मेडिकल और पहनने योग्य अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त होती हैं, हालांकि व्यावसायिक उत्पादन में फिलहाल लिथियम पॉलिमर बैटरियों का प्रभुत्व है।

7. पहनने योग्य बैटरियों के लिए कौन-कौन से अनुकूलन विकल्प उपलब्ध हैं?

निर्माता उत्पाद की आवश्यकताओं के अनुसार बैटरी के आयाम, मोटाई, वोल्टेज, क्षमता, सुरक्षा सर्किट, कनेक्टर, तार की लंबाई, संचार प्रोटोकॉल और यांत्रिक पैकेजिंग को अनुकूलित कर सकते हैं।