Trong các thiết bị như máy bơm insulin, pin không bao giờ chỉ là "nguồn cấp điện".
Nó là một thành phần cấp hệ thống ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác liều lượng, an toàn và độ ổn định lâu dài.

Từ kinh nghiệm dự án thực tế, nhiều vấn đề tưởng như "vấn đề điều khiển hoặc phần mềm" thường có thể truy nguyên đến nguồn điện, chẳng hạn:
sụt áp tức thời, tăng nhiệt độ không kiểm soát, pin phồng trong chu kỳ sống sau, hoặc không kích hoạt được sau vận chuyển hoặc bảo quản lâu dài.

Đó là lý do tại sao yêu cầu đối với pin lithium cho máy bơm insulin cao hơn nhiều so với các sản phẩm đeo thông thường.

I. Thiết kế thông số điện xung quanh động cơ bơm

Máy bơm insulin thường sử dụng động cơ DC có hộp số độ chính xác cao hoặc động cơ bước thu nhỏ.

Đặc điểm chung của chúng là:

1. Dòng điện hoạt động trung bình rất thấp
2. Đỉnh dòng điện ngắn nhưng đáng kể trong khi khởi động động cơ và cấp liều

Nếu điện trở trong của pin không được kiểm soát tốt hoặc khả năng xả không đủ, có thể xảy ra sụt áp trong khi cấp liều.
Điều này có thể ảnh hưởng đến tính nhất quán của liều hoặc trong trường hợp nghiêm trọng, kích hoạt bảo vệ hệ thống và báo động giả.

Dựa trên điều này, các thông số pin không phải "càng cao càng tốt" mà phải phù hợp với đặc tính tải thực tế của hệ thống.

Các thông số điện chính được khuyến nghị

1. Điện áp danh định: 3.7V / 3.8V
Đây là nền tảng lithium polymer trưởng thành và ổn định. Dễ dàng kết hợp với mạch hạ áp DC-DC hiệu suất cao và giúp giảm tiêu thụ điện năng tổng thể.

2. Dung lượng danh định: 500mAh – 800mAh
Trong điều kiện sử dụng thực tế với Bluetooth luôn bật và sử dụng đèn nền thỉnh thoảng, hỗ trợ khoảng 3-7 ngày hoạt động, cân bằng giữa kích thước và trải nghiệm người dùng.

3. Điện áp cắt sạc: 4.20V ±0.05V
Thiết bị y tế phải tránh sạc quá mức một cách nghiêm ngặt. Khuyến nghị bảo vệ ở cấp độ phần cứng, với bảo vệ quá sạc đặt dưới 4.3V.

4. Điện áp cắt xả: 3.0V – 3.2V
"Vùng lưu giữ dữ liệu" dưới 3.0V thường được dành riêng để bảo vệ RTC, nhật ký và các thông số quan trọng.

5. Dòng xả liên tục tối đa: 1C (khoảng 500mA)
Mục tiêu không phải là tỷ lệ C cao, mà là điện áp ổn định trong khi khởi động động cơ.

6. Dòng tĩnh vận chuyển/lưu trữ (Ship Mode): < 10μA
Điều này thường bị bỏ qua. Dòng tĩnh thấp đảm bảo sản phẩm vẫn có thể được kích hoạt sau sáu tháng lưu trữ.

II. Quản lý nhiệt cho đeo trên cơ thể

Pin lithium rất nhạy cảm với nhiệt độ.
Đồng thời, máy bơm insulin được đeo gần cơ thể trong thời gian dài, với nhiệt độ da điển hình khoảng 35°C.

Quan trọng hơn, bản thân insulin nhạy cảm với nhiệt.
Nếu kiểm soát nhiệt độ cục bộ thất bại, nó ảnh hưởng không chỉ đến tuổi thọ pin mà còn đến an toàn thuốc.

Giới hạn nhiệt độ được khuyến nghị

1. Nhiệt độ xả: -10°C đến +55°C
Bao gồm môi trường ngoài trời lạnh và nóng.

2. Nhiệt độ sạc: +10°C đến +45°C
Sạc ở nhiệt độ thấp làm tăng nguy cơ mạ lithium, trong khi sạc ở nhiệt độ cao làm tăng phồng và lão hóa.

Ở cấp độ phần cứng, khuyến nghị đặt nhiệt điện trở NTC gần trung tâm của tế bào, thay vì chỉ dựa vào nhiệt độ vỏ.
Trong logic hệ thống, việc sạc nên dừng ngay khi nhiệt độ pin vượt quá 48°C, kèm theo cảnh báo nhiệt độ rõ ràng.

Trong thiết kế cơ khí và nhiệt, pin nên được cách ly khỏi các nguồn nhiệt như động cơ và SoC chính.
Có thể thêm aerogel nano hoặc bộ tản nhiệt graphite để ngăn các điểm nóng cục bộ dài hạn ảnh hưởng đến tế bào và bể chứa insulin.

III. Thiết kế kích thước, cấu trúc và độ tin cậy

Để có trải nghiệm đeo kín đáo hơn, không gian bên trong của máy bơm insulin thường rất hạn chế.
Điều này làm cho pin được tùy chỉnh cao gần như bắt buộc.

Phạm vi kích thước tùy chỉnh phổ biến

1. Độ dày: 4.0 – 6.0 mm
2. Chiều rộng: 20 – 30 mm
3. Chiều dài: 30 – 45 mm

So với pin tiêu chuẩn, các tế bào hình dạng tùy chỉnh cải thiện đáng kể việc sử dụng không gian và cho phép tự do hơn về độ dày và thiết kế công nghiệp.

Trong hầu hết các dự án, tế bào lithium polymer loại túi được ưa chuộng.
Chúng nhẹ hơn, và trong điều kiện hỏng hóc cực đoan, chúng thường phồng thay vì vỡ, phù hợp hơn cho thiết bị y tế đeo.

Một điểm quan trọng là phải dành ít nhất 10% dung sai phồng theo hướng độ dày trong thiết kế cơ khí.
Nếu pin phồng ở giai đoạn sau ép trực tiếp lên PCB, có thể dễ dàng gây ra chỉ số áp suất hoặc cảm biến dòng chảy sai. Đây là một chế độ hỏng hóc rất phổ biến trong các dự án thực tế.

Ngoài ra, vì pin thường là thành phần nặng nhất bên trong máy bơm, nên sử dụng bọt PORON xung quanh pin để giảm thiệt hại cho các mối hàn và vỏ khi rơi.

IV. Yêu cầu quy định và chứng nhận

Bất kỳ giải pháp pin nào được sử dụng trong máy bơm insulin đều phải xem xét lộ trình chứng nhận sớm.
Nếu không, các dự án có thể dễ dàng bị chặn ở giai đoạn muộn.

Các tiêu chuẩn thường yêu cầu bao gồm:

1. IEC 62133-2 (An toàn pin lithium)
2. UN 38.3 (Vận chuyển hàng không)
3. UL 2054 (An toàn bộ pin)
4. ISO 13485 (Hệ thống quản lý chất lượng thiết bị y tế)

Từ kinh nghiệm thực tế, sự quen thuộc của nhà cung cấp pin với quy trình chứng nhận y tế thường quan trọng hơn thông số kỹ thuật cơ bản.

MOTOMA: Giải pháp pin lithium tùy chỉnh cho máy bơm insulin

Trong ứng dụng máy bơm insulin, có rất ít giải pháp pin thực sự "có sẵn".
Đây chính là nơi pin lithium polymer của MOTOMA nổi bật.

MOTOMA cung cấp không chỉ các tế bào riêng lẻ, mà còn các giải pháp pin lithium y tế toàn diện theo định hướng hệ thống:

1. Hỗ trợ các nền tảng 3.7V / 3.8V với tùy chỉnh linh hoạt về dung lượng và kích thước
2. Điện trở trong tối ưu và cấu trúc xả cho tải đỉnh động cơ
3. Tế bào túi siêu mỏng và hình dạng tùy chỉnh cho thiết kế công nghiệp phức tạp
4. Giải pháp tích hợp bao gồm NTC, mạch bảo vệ và đầu nối
5. Kinh nghiệm về ổn định cung cấp dài hạn và nhất quán cho các dự án y tế

Đối với thiết kế thiết bị y tế đeo, điều này có nghĩa là tự do thiết kế hơn mà không hy sinh an toàn hoặc độ tin cậy, đồng thời giảm rủi ro hỏng hóc và chứng nhận lâu dài.

Cạnh tranh trong máy bơm insulin không còn chỉ là thuật toán hoặc ngoại hình.
Nó phản ánh năng lực kỹ thuật hệ thống tổng thể.

Pin, với tư cách là bộ phận cơ bản nhất nhưng thường bị đánh giá thấp, thường quyết định liệu sản phẩm có thể hoạt động an toàn và đáng tin cậy trong dài hạn hay không.
Thông qua thiết kế điện phù hợp với tải, kiểm soát nhiệt nghiêm ngặt, dung sai cơ khí thích hợp và khả năng tùy chỉnh đáng tin cậy, pin lithium cho máy bơm insulin bằng lithium polymer thực sự trở thành "nền tảng an toàn" của hệ thống.