Soluție baterie litiu-polimer pentru pompă de insulină

În dispozitive precum pompele de insulină, bateria nu este niciodată doar o „sursă de alimentare".
Este o componentă la nivel de sistem care afectează direct precizia dozării, siguranța și stabilitatea pe termen lung.

Din experiența proiectelor reale, multe probleme care par a fi „probleme de control sau software" pot fi adesea urmărite până la sursa de alimentare, cum ar fi:
căderea instantanee de tensiune, creșterea necontrolată a temperaturii, umflarea bateriei în ciclurile de viață ulterioare sau eșecul activării după transport sau depozitare pe termen lung.

De aceea, cerințele pentru o baterie cu litiu pentru pompă de insulină sunt mult mai mari decât pentru produsele obișnuite de purtat.

I. Proiectarea parametrilor electrici în jurul motorului pompei

Pompele de insulină utilizează de obicei motoare DC cu angrenaje de înaltă precizie sau motoare pas cu pas miniaturizate.

Caracteristicile lor comune sunt:

1. Curent de funcționare mediu foarte scăzut
2. Vârfuri de curent scurte, dar vizibile, în timpul pornirii motorului și dozării

Dacă rezistența internă a bateriei nu este bine controlată sau capacitatea de descărcare este insuficientă, poate apărea o cădere de tensiune în timpul dozării.
Acest lucru poate afecta consistența dozării sau, în cazuri grave, poate declanșa protecția sistemului și alarme false.

Pe baza acestui fapt, parametrii bateriei nu sunt „cu cât mai mari, cu atât mai bine", ci trebuie să se potrivească cu caracteristicile reale de sarcină ale sistemului.

Parametri electrici cheie recomandați

1. Tensiune nominală: 3.7V / 3.8V
Este o platformă de litiu-polimer matură și stabilă. Este ușor de asociat cu circuite de reducere DC-DC de înaltă eficiență și ajută la reducerea consumului total de energie.

2. Capacitate nominală: 500mAh – 800mAh
În condiții reale de utilizare cu Bluetooth mereu pornit și utilizare ocazională a luminii de fundal, susține aproximativ 3-7 zile de funcționare, echilibrând dimensiunea și experiența utilizatorului.

3. Tensiune de oprire la încărcare: 4.20V ±0.05V
Dispozitivele medicale trebuie să evite strict supraîncărcarea. Se recomandă protecție la nivel hardware, cu protecția la supraîncărcare setată sub 4.3V.

4. Tensiune de oprire la descărcare: 3.0V – 3.2V
O „zonă de retenție a datelor" sub 3.0V este de obicei rezervată pentru a proteja RTC, jurnalele și parametrii critici.

5. Curent maxim de descărcare continuă: 1C (aproximativ 500mA)
Scopul nu este un C-rate ridicat, ci o tensiune stabilă în timpul pornirii motorului.

6. Curent de repaus pentru transport/depozitare (Ship Mode): < 10μA
Acest lucru este adesea trecut cu vederea. Un curent de repaus scăzut asigură că produsul poate fi încă activat după șase luni de depozitare.

II. Gestionarea termică pentru purtarea pe corp

Bateriile cu litiu sunt foarte sensibile la temperatură.
În același timp, pompele de insulină sunt purtate aproape de corp pentru perioade lungi, cu temperaturi tipice ale pielii în jur de 35°C.

Mai important, insulina însăși este sensibilă la căldură.
Dacă controlul local al temperaturii eșuează, afectează nu numai durata de viață a bateriei, ci și siguranța medicamentului.

Limite de temperatură recomandate

1. Temperatura de descărcare: -10°C până la +55°C
Acoperă medii exterioare reci și calde.

2. Temperatura de încărcare: +10°C până la +45°C
Încărcarea la temperatură scăzută crește riscul de depunere de litiu, în timp ce încărcarea la temperatură ridicată accelerează umflarea și îmbătrânirea.

La nivel hardware, se recomandă plasarea unui termistor NTC în apropierea centrului celulei, mai degrabă decât să se bazeze doar pe temperatura carcasei.
În logica sistemului, încărcarea ar trebui să se oprească imediat când temperatura bateriei depășește 48°C, cu un avertisment clar de temperatură.

În proiectarea mecanică și termică, bateria ar trebui să fie izolată de sursele de căldură, cum ar fi motorul și SoC-ul principal.
Se pot adăuga aerogel nano sau dispersoare de căldură din grafit pentru a preveni ca punctele locale fierbinți pe termen lung să afecteze celula și rezervorul de insulină.

III. Proiectarea dimensiunii, structurii și fiabilității

Pentru o experiență de purtare mai discretă, spațiul intern al unei pompe de insulină este de obicei foarte limitat.
Acest lucru face ca o baterie foarte personalizată să fie aproape obligatorie.

Game de dimensiuni personalizate comune

1. Grosime: 4.0 – 6.0 mm
2. Lățime: 20 – 30 mm
3. Lungime: 30 – 45 mm

În comparație cu bateriile standard, celulele cu formă personalizată îmbunătățesc semnificativ utilizarea spațiului și oferă mai multă libertate în ceea ce privește grosimea și designul industrial.

În majoritatea proiectelor, sunt preferate celulele de tip pouch din litiu-polimer.
Sunt mai ușoare, iar în condiții extreme de defectare, tind să se umfle în loc să se spargă, ceea ce este mai potrivit pentru dispozitivele medicale purtabile.

Un punct cheie este că cel puțin 10% din alocația pentru umflare trebuie rezervată în direcția grosimii în timpul proiectării mecanice.
Dacă umflarea bateriei în fazele ulterioare apasă direct pe PCB, poate provoca cu ușurință citiri false ale senzorilor de presiune sau debit. Acesta este un mod de defectare foarte comun în proiectele reale.

În plus, deoarece bateria este adesea cel mai greu component din interiorul pompei, se recomandă spumă PORON în jurul bateriei pentru a reduce daunele aduse îmbinărilor sudate și carcasei în timpul căderilor.

IV. Cerințe de reglementare și certificare

Orice soluție de baterie utilizată în pompele de insulină trebuie să ia în considerare calea de certificare din timp.
În caz contrar, proiectele pot fi blocate cu ușurință într-o etapă târzie.

Standardele comune necesare includ:

1. IEC 62133-2 (Siguranța bateriilor cu litiu)
2. UN 38.3 (Transport aerian)
3. UL 2054 (Siguranța pachetelor de baterii)
4. ISO 13485 (Sistem de management al calității pentru dispozitive medicale)

Din experiența practică, familiaritatea furnizorului de baterii cu procesele de certificare medicală este adesea mai importantă decât specificațiile tehnice în sine.

MOTOMA: Soluții personalizate de baterii cu litiu pentru pompe de insulină

În aplicațiile pentru pompe de insulină, există foarte puține soluții de baterii cu adevărat „gata de utilizare".
Exact aici se remarcă bateriile litiu-polimer MOTOMA.

MOTOMA oferă nu doar celule individuale, ci soluții complete orientate sistem de baterie medicală cu litiu :

1. Suport pentru platforme 3.7V / 3.8V cu personalizare flexibilă a capacității și dimensiunii
2. Rezistență internă optimizată și structură de descărcare pentru sarcini de vârf ale motorului
3. Celule tip pouch ultra-subțiri și cu forme personalizate pentru designuri industriale complexe
4. Soluții integrate care includ NTC, circuite de protecție și conectori
5. Experiență în stabilitatea aprovizionării pe termen lung și consistență pentru proiecte medicale

Pentru proiectarea dispozitivelor medicale purtabile, aceasta înseamnă o libertate de proiectare mai mare fără a sacrifica siguranța sau fiabilitatea, reducând în același timp riscurile de defecțiune și certificare pe termen lung.

Concurența în pompele de insulină nu mai ține doar de algoritmi sau aspect.
Ea reflectă capacitatea generală de inginerie de sistem.

Bateria, ca parte cea mai de bază, dar adesea subestimată, determină frecvent dacă un produs poate funcționa în siguranță și fiabil pe termen lung.
Printr-un design electric adaptat sarcinii, un control termic riguros, o marjă mecanică adecvată și o capacitate de personalizare fiabilă, o baterie cu litiu pentru pompă de insulină din litiu-polimer devine cu adevărat „fundamentul de siguranță" al sistemului.