การออกแบบแบตเตอรี่ลิเธียมสำหรับอุปกรณ์สวมใส่แบบแพทช์ MOTOMA แบตเตอรี่แพทช์อัจฉริยะ

ในการพัฒนาอุปกรณ์สวมใส่แบบแพทช์ เช่น เครื่องวัดน้ำตาลแบบต่อเนื่อง เซ็นเซอร์ผิวหนัง และแพทช์ทางการแพทย์ แบตเตอรี่มักถูกมองข้าม แต่เป็นหนึ่งในส่วนประกอบที่ยากที่สุดในการทำให้ถูกต้อง มันกำหนดไม่เพียงแต่อายุการใช้งานแบตเตอรี่ แต่ยังรวมถึงความสบายในการสวมใส่ ความปลอดภัย และการออกแบบเชิงกลโดยรวมของผลิตภัณฑ์

1. พื้นที่และฟอร์มแฟคเตอร์: แบตเตอรี่ต้อง "หายไป" ในผลิตภัณฑ์

สำหรับวิศวกรเครื่องกล ข้อจำกัดแรกของอุปกรณ์แพทช์ไม่ใช่ความจุ แต่เป็นพื้นที่

ผลิตภัณฑ์เหล่านี้มักต้องการความหนารวมน้อยกว่า 2 มม. แบตเตอรี่แบบแข็งแบบดั้งเดิมนั้นยากต่อการรวมเข้าด้วยกันและมักสร้างความรู้สึกถึงสิ่งแปลกปลอมบนผิวหนัง ส่งผลให้ แบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์แบบบางพิเศษ หรือแบตเตอรี่โซลิดสเตตแบบยืดหยุ่นกลายเป็นตัวเลือกที่ต้องการ พวกมันสามารถโค้งงอเล็กน้อยตามแพทช์และเข้ากับผิวหนังได้ดีขึ้น ทำให้อุปกรณ์แทบจะมองไม่เห็นขณะสวมใส่

จากมุมมองการบูรณาการ การออกแบบจำนวนมากขึ้นกำลังเคลื่อนไปสู่การบูรณาการอย่างลึกซึ้งกับวงจรพิมพ์แบบยืดหยุ่น (FPC) แบตเตอรี่ขนาดเล็กที่เข้ากันได้กับ SMT หรือแม้แต่การออกแบบแบตเตอรี่ที่ฝังอยู่ในวงจรยืดหยุ่นโดยตรง ช่วยเพิ่มการใช้พื้นที่ที่จำกัดอย่างยิ่ง

2. ความหนาแน่นพลังงานและเวลาทำงาน: เพิ่มระยะเวลาการทำงานสูงสุดในปริมาตรเล็กน้อย

อุปกรณ์แพทช์มักมีการใช้พลังงานปานกลาง แต่ข้อกำหนดด้านระยะเวลาการทำงานนั้นเข้มงวดมาก

แพทช์แบบใช้แล้วทิ้งมักต้องทำงานต่อเนื่องเป็นเวลา 7–14 วัน ในขณะที่แพทช์ที่ใช้ซ้ำได้มักต้องการการทำงาน 3–5 วันต่อการชาร์จหนึ่งครั้ง สิ่งนี้ทำให้ความหนาแน่นพลังงานตามปริมาตรเป็นความต้องการสูง โดยเป้าหมายอุตสาหกรรมมักจะเกิน 400–600 Wh/L

ในเวลาเดียวกัน เทคโนโลยีการสื่อสารพลังงานต่ำเช่น BLE และ NFC เป็นมาตรฐาน ทำให้การคายประจุเองต่ำเป็นข้อกำหนดหลัก เพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพของแบตเตอรี่ที่คาดการณ์ได้และเสถียรในช่วงระยะเวลาการสวมใส่ที่ยาวนาน

3. กลยุทธ์การชาร์จใหม่: การชาร์จไม่ใช่ตัวเลือกเดียว

ไม่ใช่อุปกรณ์แพทช์ทั้งหมดที่ต้องการแบตเตอรี่แบบชาร์จใหม่ได้

สำหรับผลิตภัณฑ์ตรวจสอบระยะยาว แบตเตอรี่ลิเธียมแบบชาร์จใหม่ยังคงเป็นโซลูชันหลัก โดยอายุการใช้งานรอบมักคาดว่าจะเกิน 500 รอบการชาร์จ-คายประจุ ในทางกลับกัน แพทช์ทางการแพทย์แบบใช้แล้วทิ้งบางชนิดได้รับประโยชน์จากโซลูชันแบตเตอรี่ปฐมภูมิ ซึ่งทำให้การออกแบบระบบง่ายขึ้นโดยไม่ต้องมีวงจรการชาร์จและข้อกังวลเรื่องการกู้คืนหลังการใช้งาน

ในผลิตภัณฑ์ระดับสูง การชาร์จแบบไร้สายผ่าน Qi หรือ NFC กำลังเป็นที่แพร่หลายมากขึ้น การกำจัดตัวเชื่อมต่อทางกายภาพช่วยเพิ่มความทนทานต่อน้ำได้อย่างมาก ทำให้การออกแบบสามารถบรรลุระดับ IP67 หรือแม้แต่ IP68 ซึ่งเป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญสำหรับอุปกรณ์ที่สวมใส่ต่อเนื่องและสัมผัสน้ำในระหว่างการใช้งานประจำวัน

4. ช่วงอุณหภูมิและการจัดการความร้อน: ขอบเขตความปลอดภัยที่มองไม่เห็น

อุปกรณ์แพทช์ทำงานในสภาพแวดล้อมที่เฉพาะเจาะจงมาก – สัมผัสโดยตรงกับร่างกายมนุษย์

แบตเตอรี่ต้องรักษาแรงดันไฟฟ้าขาออกให้คงที่ภายในประมาณ 30 °C ถึง 42 °C ซึ่งสอดคล้องกับอุณหภูมิผิวหนัง ในระหว่างการชาร์จ การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิมักจะต้องต่ำกว่า 2 °C เพื่อหลีกเลี่ยงการระคายเคืองหรือความรู้สึกไม่สบายของผิวหนัง นอกจากนี้ แบตเตอรี่ต้องทนต่อสภาวะการจัดเก็บและการขนส่งในช่วง –20 °C ถึง 60 °C ซึ่งทำให้เกิดความต้องการเพิ่มเติมต่อวัสดุและกระบวนการผลิต

5. ความปลอดภัยและการปฏิบัติตามข้อกำหนด: พื้นฐานที่ไม่สามารถต่อรองได้

เนื่องจากอุปกรณ์แพทช์ยังคงสัมผัสโดยตรงกับผิวหนังเป็นระยะเวลานาน ความปลอดภัยของแบตเตอรี่จึงไม่สามารถประนีประนอมได้

วัสดุบรรจุภัณฑ์ต้องผ่านการทดสอบความเข้ากันได้ทางชีวภาพ ISO 10993 เพื่อรับประกันความไม่เป็นพิษและการไม่ก่อให้เกิดอาการแพ้ จากมุมมองความปลอดภัยทางกล แบตเตอรี่ไม่ควรติดไฟ รั่ว หรือล้มเหลวอย่างอันตรายเมื่อถูกบีบอัด ดัด หรือเจาะโดยไม่ได้ตั้งใจ – นี่คือเหตุผลหนึ่งที่เทคโนโลยีโซลิดสเตตและกึ่งโซลิดสเตตกำลังได้รับความสนใจ

วงจรป้องกันขนาดเล็กพิเศษยังจำเป็นเพื่อป้องกันการชาร์จเกิน การคายประจุเกิน และการลัดวงจร ทำให้มั่นใจได้ถึงพฤติกรรมที่มีการควบคุมภายใต้สภาวะการทำงานทั้งหมด

6. แนวโน้มข้อกำหนดทั่วไป (ช่วงอ้างอิง)

• ประเภทแบตเตอรี่: ลิเธียมโพลิเมอร์แบบบางพิเศษ / แบตเตอรี่โซลิดสเตตแบบยืดหยุ่นหรือฟิล์มบาง
• ช่วงความหนา: 0.4 มม. – 1.5 มม.
• แรงดันไฟฟ้าเล็กน้อย: 3.7 V – 3.85 V
• ช่วงความจุ: 10 mAh – 100 mAh (ขึ้นอยู่กับขนาด)
• มาตรฐานความปลอดภัย: IEC 62133, UL 1642, UN 38.3
• ระดับกันน้ำ: IP67 / IP68 (ขึ้นอยู่กับการออกแบบระบบ)

ในการใช้งานที่มีข้อกำหนดด้านการบูรณาการและความปลอดภัยสูงเช่นนี้ ประสบการณ์ทางวิศวกรรมมักมีความสำคัญมากกว่าข้อกำหนดเฉพาะแต่ละรายการ

แบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์ของ MOTOMA ได้ถูกนำไปใช้อย่างกว้างขวางในอุปกรณ์สวมใส่แบบแพทช์และอุปกรณ์ทางการแพทย์ โดยมีกรณีความสำเร็จมากมายที่พิสูจน์แล้ว MOTOMA นำเสนอ การออกแบบที่กำหนดเองแบบบางพิเศษ คุณภาพการผลิตจำนวนมากที่สม่ำเสมอ และการสนับสนุนด้านความปลอดภัยและการรับรองที่ครอบคลุม ตั้งแต่การประสานงานทางกลในระยะเริ่มต้นจนถึงการผลิตขนาดใหญ่ที่เสถียร MOTOMA มุ่งเน้นที่มุมมองโดยรวมของผลิตภัณฑ์ – ช่วยให้ลูกค้าบรรลุโซลูชันที่ปฏิบัติได้จริงและตรวจสอบได้ซึ่งสมดุลระหว่างพื้นที่ ระยะเวลาการทำงาน และความปลอดภัย