הדרישות החשובות ביותר מסוללה נטענת המספקת חשמל למכשיר חיוני הן מהימנות ובטיחות, והן צריכות לעמוד בראש מעייני המתכננים. אולם מתכנני המכשור צריכים להתחשב בגורמים רבים נוספים בכל שלבי התכנון המותאם של הסוללה. רובּ פיליפס (Rob Phillips), המנכ”ל של ספקית הסוללות הבריטית Accutronics, ממליץ למהנדסי התכנון כיצד להטמיע סוללות במכשור רפואי.
רוב מהנדסי התכנון סבורים כי הסוללה היא-היא ליבו של כל מכשיר, מִתוקֶף היותה מקור הכוח שלו. אולם אני כשלעצמי סבור כי יש להעמיק אל ליבה של הסוללה, וטוען כי התא הוא-הוא הגרעין של כל סוללה, מפני שהוא הקובע את הביצועים של המכשיר, את מחזור החיים ואת עמידותו.
אין דבר כזה – פרויקט תכנון סוללה טיפוסי. הדבר נובע בין השאר מכך שמקורות כוח מותאמים (bespoke power sources) מזינים כיום מכשור רפואי בכל מקום – החל בבתי חולים וכלה במכשור רפואי בשדה הקרב. חלק מהלקוחות זקוקים לקיבולת אנרגיה גבוהה, חלקם זקוקים לביצועים טובים בטמפרטורות נמוכות, זמינות גבוהה, מחזור חיים ארוך יותר או גודל מסוים. במלים אחרות, כדי לתכנן סוללה שתענה על צורכיכם, יש לברר בדיוק מה צריכה הסוללה לעשות במכשיר המדובר.
כתוצאה מכך, השאלה הראשונה שיצרן הציוד המקורי (OEM) ומפתח הסוללה צריכים לשאול את עצמם בתחילת תהליך תכנונה של סוללה היא מהו התא המתאים ביותר לסוללה זו. בתכנונו של כל מכשיר יש מספר בעלי עניין, וחשוב מאד לשתף את כל הצדדים בשלב מוקדם ככל האפשר של מחזור הפיתוח, על מנת שהסוללה תותאם באופן אופטימלי למכשיר. כדי ליצור את סוגי התאים המתאימים ביותר יש לברר מהי צריכת החשמל של המכשור, מהן דרישות “זמן הריצה” (runtime) שלו ובאילו תנאים סביבתיים הוא אמור לפעול. יש להביא בחשבון גם את מגבלות המשקל והנפח של הסוללה הנדרשת, כמו גם את הדרישה לעמוד ביעדי עלות מוגדרים מראש.
מפתח הסוללה יכול לבחור מבין כמה סוגים שונים של תאים, ובכללם ניקל קדמיום, ניקל-מתכת הידריד (NiMH), ליתיום-יון או ליתיום יון פולימר. בשנים האחרונות, סוללות ליתיום-יון חלשו על פיתוח המוצרים בזכות דחיסות האנרגיה הגבוהה ורקורד הבטיחות המצוין שלהן, אך חלק מהמכשירים מגיעים לביצועים מיטביים דווקא עם סוללות הניקל הישנות.
אנו ממליצים, בתור התחלה, להחליט אם הסוללה תצטרך לפעול בתנאים קיצוניים כגון קיפאון, חום עז, לחות או לכלוך. כדי להבטיח שהסוללה תפעל ביעילות, יש לבחור רק בתאים הפועלים היטב בתנאים הסביבתיים הללו.
מארז סוללה חכמה
בחירה מושכלת בתא יכולה גם להבטיח את זמינותה העתידית של הסוללה, כלומר מקנה אפשרות לשדרג את התא עם הזמן לגרסה מתקדמת יותר. אפשרות השדרוג מאריכה את מחזור החיים של הסוללה שלכם ומפוגגת את החששות מהתיישנות הסוללה.
תכנונם של הרכיבים האלקטרוניים המוטמעים במערכת הוא נושא מרכזי נוסף שיצרן ציוד מקורי ושותפו לפיתוח הסוללה צריכים לתת עליו את הדעת. הסוללה עצמה היא חלק בלתי נפרד מ”משולש” ניהול החשמל, כפי שמקובל לומר בחברת Accutronics. בקודקוד אחד של משולש ניהול החשמל מצוי המכשיר עצמו, ואילו בשני קודקודיו האחרים מצויים הסוללה והמטעֵן.
האמצעי הטוב ביותר לקיים את עקרון משולש ניהול החשמל הוא מערכת תקשורת משותפת (common communication system) – כגון מערכת SBS – המסדירה את דרכי התקשורת בין סוללות חכמות לבין מטענים חכמים ויתר המכשירים במערכת.
סוללה שתוכננה על פי תקני SBS שולטת באופן הטענתה: היא מתַקשרת עם מטען חכם ומבקשת ממנו את המתח והזרם החשמלי הדרושים לה. זוהי הדרך הבטוחה והיעילה ביותר לטעון את הסוללה מפני שהסוללה היא זו ששולטת בכל הטענה, והיא איננה כפופה לתכתיבי הטענה שאינם מיטביים לה.
המאפיינים הפיזיים של סוללה, כגון גודלה, עמידותה ומשקלה, ממלאים גם הם תפקיד מהותי בתכנונה. בדומה לכך, מאפייני ביצועים כגון יעילות, מהימנות וזמינות גם הם חשובים לא פחות. לדוגמה, יש מכשירים רפואיים ניידים החייבים להיות עמידים בפני רטט, כדי שאפשר יהיה לעשות בהם שימוש להובלת פצוע במסוק.
גורם נוסף שיש להביא בחשבון, ושיש לו השלכות על האינטגרציה של כל תת-הרכיבים, היא זמינותם של חלקי החילוף כיום והאפשרות שזמינותם בעתיד תהיה נמוכה יותר. משום כך, מומלץ למהנדסים שלא לתכנן מכשירים עם סוללות שהן מוצרי מדף רגילים. הניסיון מלמד שהתמיכה הטכנית בסוללות שכאלה היא דלה ביותר וכי זמינותן יורדת תוך זמן קצר. שתי הבעיות האלה נוגעות במיוחד למכשירים רפואיים, שלרובם יש מחזור חיים ארוך – עשור ומעלה.
הדברים שלהלן מאששים את הנחת היסוד שלי לפיה הסוללה היא לב-לבם של מכשירים רפואיים רבים. אפשר לטעון גם כי איכותו של הליך התכנון היא שמבטיחה כי לבו של המכשיר ימשיך לפעום לכל אורך חייו של המכשיר.
כל עוד הדבר נכון והסוללה מספקת חשמל ביעילות ובדייקנות מבוקרת, המכשיר כל עוד הדבר נכון והסוללה מספקת חשמל ביעילות ובדייקנות מבוקרת, המכשיר ימלא את מטרתו.
חברת Accutronics מייצרת סוללות נטענות עבור מכשירים מקצועיים. בסיסה של החברה הוא בסטרטפורדשייר, בריטניה, והיא מייצרת ומספקת את החידושים המובילים בתחום הסוללות ליצרני ציוד מקורי בכל רחבי העולם ובשלל שווקים מקצועיים כגון הגנה ובטחון, רפואה ובריאות, מיכון וגיבוי תעשייתי כמו גם מכשירים אלקטרוניים ניידיים.
החברה מיוצגת בלעדית בישראל על ידי אלכסנדר שניידר.
מאת: Rob Phillips, Accutronics
