Разработка литиевой батареи для носимых устройств патч-типа Аккумулятор для умного патча MOTOMA

В разработке носимых устройств патч-типа, таких как непрерывные глюкометры, кожные датчики и медицинские пластыри, батарея часто недооценивается, но это один из самых сложных компонентов для правильной реализации. Она определяет не только срок службы батареи, но и комфорт ношения, безопасность и общее механическое исполнение продукта.

1. Пространство и форм-фактор: батарея должна «исчезнуть» внутри продукта

Для инженеров-механиков первым ограничением пластырного устройства является не емкость, а пространство.

Эти продукты обычно требуют общей толщины менее 2 мм. Традиционные жесткие батареи трудно интегрировать, и они часто создают ощущение инородного тела на коже. В результате ультратонкие литий-полимерные батареи или гибкие твердотельные батареи стали предпочтительным выбором. Они могут слегка изгибаться вместе с пластырем и лучше соответствовать коже, делая устройство почти незаметным при ношении.

С точки зрения интеграции, все больше конструкций переходят к глубокой интеграции с гибкими печатными платами (FPC). Миниатюрные батареи, совместимые с SMT, или даже конструкции батарей, встроенных непосредственно в гибкую схему, помогают максимально использовать чрезвычайно ограниченное пространство.

2. Энергетическая плотность и время работы: максимизация времени автономной работы в малом объеме

Пластырные устройства обычно имеют умеренное энергопотребление, но их требования к времени работы очень строгие.

Одноразовые пластыри часто должны работать непрерывно в течение 7–14 дней, в то время как многоразовые пластыри обычно требуют 3–5 дней работы от одной зарядки. Это предъявляет высокие требования к объемной плотности энергии, при этом отраслевые показатели обычно превышают 400–600 Вт·ч/л.

В то же время такие технологии связи с низким энергопотреблением, как BLE и NFC, являются стандартными. Это делает низкий саморазряд ключевым требованием, обеспечивающим предсказуемую и стабильную работу батареи в течение длительных периодов ношения.

3. Стратегия подзарядки: зарядка — не единственный вариант

Не все пластырные устройства требуют перезаряжаемых батарей.

Для продуктов долгосрочного мониторинга перезаряжаемые литиевые батареи остаются основным решением, при этом срок службы цикла обычно ожидается более 500 циклов заряд-разряд. Напротив, некоторые одноразовые медицинские пластыри выигрывают от использования первичных батарей, которые упрощают конструкцию системы за счет устранения цепей зарядки и проблем с восстановлением после использования.

В более дорогих продуктах беспроводная зарядка через Qi или NFC становится все более распространенной. Удаление физических разъемов значительно улучшает водонепроницаемость, позволяя конструкциям достигать классов IP67 или даже IP68 — важное преимущество для устройств, которые носятся непрерывно и подвергаются воздействию воды в повседневном использовании.

4. Температурный диапазон и терморегулирование: невидимая граница безопасности

Пластырные устройства работают в очень специфической среде — в прямом контакте с телом человека.

Батарея должна поддерживать стабильное выходное напряжение в пределах примерно 30 °C – 42 °C, что соответствует температуре поверхности кожи. Во время зарядки повышение температуры обычно должно быть ниже 2 °C, чтобы избежать раздражения кожи или дискомфорта. Кроме того, батареи должны выдерживать условия хранения и транспортировки в диапазоне от –20 °C до 60 °C, что предъявляет дополнительные требования к материалам и производственным процессам.

5. Безопасность и соответствие требованиям: не подлежащая обсуждению основа

Поскольку пластырные устройства остаются в прямом контакте с кожей в течение длительного времени, безопасность батареи не может быть поставлена под угрозу.

Упаковочные материалы должны пройти тестирование на биосовместимость по ISO 10993 для обеспечения нетоксичности и отсутствия сенсибилизации. С точки зрения механической безопасности батарея не должна воспламеняться, протекать или выходить из строя опасным образом при сжатии, изгибе или случайном проколе — это одна из причин, почему твердотельные и полутвердые технологии привлекают внимание.

Сверхминиатюрные схемы защиты также необходимы для предотвращения перезаряда, переразряда и коротких замыканий, обеспечивая контролируемое поведение во всех условиях эксплуатации.

6. Типичные тенденции спецификаций (справочный диапазон)

• Тип батареи: Ультратонкий литий-полимер / гибкие или тонкопленочные твердотельные батареи
• Диапазон толщины: 0,4 мм – 1,5 мм
• Номинальное напряжение: 3,7 В – 3,85 В
• Диапазон емкости: 10 мАч – 100 мАч (в зависимости от размера)
• Стандарты безопасности: IEC 62133, UL 1642, UN 38.3
• Класс водонепроницаемости: IP67 / IP68 (в зависимости от конструкции системы)

В приложениях с такими высокими требованиями к интеграции и безопасности инженерный опыт часто важнее отдельных спецификаций.

Литий-полимерные батареи MOTOMA широко применяются в носимых устройствах патч-типа и медицинских устройствах, с множеством подтвержденных успешных случаев. MOTOMA предлагает ультратонкие индивидуальные конструкции, стабильное качество массового производства и всестороннюю поддержку по безопасности и сертификации. От ранней механической координации до стабильного крупносерийного производства MOTOMA фокусируется на общем взгляде на продукт, помогая клиентам достичь практичных и проверяемых решений, которые балансируют пространство, время работы и безопасность.