Аккумулятор гелевый устройство: Устройство и Принцип Работы АКБ, Как Правильно Заряжать Зарядным Устройством, Обслуживание и Восстановление на Авто и Мото

Содержание

Гелевый аккумулятор. Технология. Устройство. Применение

Технологии в развитии аккумуляторной мысли не стоят на месте. Как и всё вокруг они развиваются столь же стремительно. Кто постарше помнят ещё деревянные ящики с пластинами внутри, затем черные «эбонитовые» аккумуляторы с клеммами, залитыми смолой, и отличающиеся особой тяжестью….

Многообразие сегодняшнего аккумуляторного мира не может не впечатлять. Всё больше ёмкости, меньше размеры, дольше служба, шире применяемость, выше возможности. В традиционном понимании аккумулятор это короб, в котором два электрода в виде свинцовых пластин помещены в раствор серной кислоты (электролит), где протекает окислительно-восстановительная реакция и выдаётся электроэнергия на гора. При этом аккумулятор устройство достаточно небезопасное, любое неосторожное обращение с которым грозит невосполнимыми последствиями для наших джинсов. Но как сказано было выше, технологии не стоят на месте и всё бОльшее распространение получают аккумуляторы, в которых вместо привычного жидкого раствора кислоты электролит в гелеобразном состоянии.

Итак, что такое Гелевый аккумулятор?

В широком и обывательском понимании гелевый аккумулятор это аккумулятор, где электролит в виде геля. А ещё интересное бытует мнение, что аккумулятор гелИевый от слова гелий.

На самом деле есть две конкурирующие друг с другом технологии применения «густого» электролита в аккумуляторах

Первая, наиболее распространенная технология – Absorptive Glass Mat (AGM). . В данном случае путем применения пористого заполнителя-сепаратора из стекловолокна, пропитанного электролитом, добиваются его безжидкостного состояния. Такой сепаратор представляет собой пористую систему, в которой каппилярные силы удерживают электролит. При этом количество электролита дозируется так, чтобы мелкие поры были заполнены, а крупные оставались свободными для свободной циркуляции газов. Таким образом, AGM батареи не требуют обслуживания в течение всего срока эксплуатации.

Вторая – Gelled Electrolite (GEL), так называемые гелевые аккумуляторы, электролит в которых имеет гелеобразное состояние благодаря добавлению в него соединений кремния. Гелевый электролит позволяет добиться полной герметичности батареи, так как все газовыделение происходит внутри сильно развитой системы пор в массе геля. Это решает проблему необслуживаемости АКБ.

Итак, такое достоинство «гелевых» аккумуляторов как безжидкостное состояние электролита вылилось в ряд существенных преимуществ этого типа аккумуляторов перед их классическими собратьями.

  1. Гелевые аккумуляторы и аккумуляторы AGM могут эксплуатироваться в любом положении – вот почему они популярны на экстремальных и спортивных видах техники – самолёты, мототехника, лодки ….
  2. Аккумуляторы GEL и AGM отличаются безопасностью – нет рисков протекания электролита, исключается возможность выделения газов и опасность взрывов – детские электроигрушки, инвалидные коляски, медицинское оборудование…
  3. Повышенная виброустойчивость – благодаря тому, что в пространстве между пластинами находится пористый твёрдый наполнитель – стекловолокно или силикагель – в таких аккумуляторных батареях практически невозможно осыпание свинцовых пластин и как следствие, закорачивание и выход из строя.
  4. Аккумуляторы GEL и AGM максимально эффективны даже в нештатных режимах работы, что позволяет эксплуатировать их в жарких погодных условиях, при температуре до +50°C, или в низкотемпературных режимах, например до -35°C и ниже.
  5. За счёт своих уникальных технологий аккумуляторы GEL и AGM выдерживают большое количество циклов заряда-разряда, могут продолжительное время находиться в разряженном состоянии, имеют низкий саморазряд. Продолжительность службы таких аккумуляторных батарей 8-10 лет.

Применение

В силу своих характеристик, качеств и достоинств аккумуляторы, изготовленные по GEL и AGM технологиям, находят самое широкое применение:

  • Телекоммуникации.
  • Системы энергоснабжения.
  • Бытовое потребление электроэнергии.
  • Системы искусственного охлаждения.
  • Транспорт.
  • Энергопроизводство.
  • Медицина.

И там где надёжность на первом месте.

Ваш ЭнергоМет, аккумуляторная компания.

Устройство гелевых аккумуляторов ➡ ООО «ТД Елхим-Искра»

Гелевые АКБ постепенно вытесняют аккумуляторы с жидким электролитом. Популярность этих устройств обусловлена прекрасными техническими характеристиками, которые позволяют батареям обеспечивать постоянное необходимое напряжение в течение долгого времени.

Аккумуляторы с гелевым электролитом используются в автомобильном и железнодорожном транспорте, применяются в пожарных и охранных системах, а также показывают хорошие результаты в обеспечении работы систем отопления и водоснабжения.
Благодаря конструкционным особенностям АКБ с гелевым электролитом, любые незначительные повреждения корпуса не приводят к выводу аппарата из строя. Если щелочной или серно-свинцовый аккумулятор получает трещину в корпусе, то электролит попросту вытекает, а значит, электрохимическая реакция не может состояться.

Особенности эксплуатации

Гелевые аккумуляторы относятся к классу малообслуживаемых – они не требуют дозаправки электролитом или дистиллятом. Так как при работе такие батареи не выделяют вещества наружу, технологических отверстий для регулярной ревизии очень мало, и контроль за ними не обязателен.

Основным преимуществом аккумуляторов является стабильность емкости батареи при низких температурных показателях. Также гелевые батареи хорошо держат заряд во время хранения.
Гелевые АКБ сохраняют стабильность работы в любом положении. Поэтому могут использоваться в мотоциклах, скутерах и другой технике, которая имеет риск возникновения крена или может перевернуться.

Выбор, устройство и зарядка гелевого аккумулятора, популярные модели

Выбор гелевого аккумулятора производится в соответствии с техническими характеристикам оборудования, на которое будет установлена батарея. При выборе следует обратить внимание на следующие показатели:

  • габариты АКБ;
  • напряжение;
  • емкость;
  • срок службы.

Не рекомендуется устанавливать аккумуляторы с повышенными характеристиками, так как это может привести к выходу электроники из строя. Отклонение в показателях должно быть в разумных пределах.

Устройство гелевого АКБ

Устройство и принцип возникновения химической реакции такой батареи практически не отличается от свинцово-кислотных моделей. Отличие гелевого аккумулятора в том, что в серную кислоту добавляется силиконовый состав, обеспечивающий более плотную текстуру.

Электроды производятся в форме спиралей или пластин из свинца, между которыми обычно прокладывается стекловолокно или наносится специальный пористый состав (AGM и GEL) – для большей адгезии электролита с поверхностью электродов. Такая конструкция обеспечивает хорошую постоянную реакцию и препятствует разрушению электродов.

Пластины и электролит заключены в прочный пластиковый корпус. Благодаря гелеобразному состоянию электролита, небольшие повреждения корпуса не сказываются на работоспособности батареи.

Как правильно заряжать аккумуляторы

Как и любой другой тип АКБ, гелевую батарею необходимо заряжать. Существует несколько видов ЗУ, с помощью которых можно производить зарядку. Стандартное устройство представляет собой блок с амперметром и вольтметром, а также комплектом клемм. Некоторые зарядные блоки оснащены автоматическими контроллерами напряжения и силы тока, которые делают процесс зарядки легким и удобным.

Для правильной зарядки аккумулятора с гелевым электролитом необходимо провести следующие действия:

  1. Открутить пробки с банок, если АКБ обслуживаемый.
  2. Выставить нулевой ток и соответствующее напряжение на ЗУ.
  3. Соблюдая полярность, подключить клеммы к аккумулятору.
  4. Установить параметры тока для устройства.
  5. Произвести зарядку, контролируя показатели на ЗУ.

Стандартное время заряда гелевых аккумуляторов – около 15 часов. Специалисты рекомендуют производить зарядку около суток, постоянно контролируя силу тока и напряжение.

Популярные производители гелевых аккумуляторов

Каждый владелец техники предпочитает выбирать только лучшие комплектующие. На сегодняшний день среди производителей гелевых аккумуляторов достойными считаются:

  • Bosch;
  • Varta;
  • Akom;
  • Topla;
  • Mutlu;
  • ТАЗ;
  • Елхим-Искра.

Компания Елхим-Искра предлагает большой ассортимент стартерных и тяговых гелевых АКБ. В ассортименте компании представлены батареи различных габаритов для складской и погрузочной техники, автомобилей и других устройств.
Для каждого вида техники необходимо приобретать надежные комплектующие. Гелевые аккумуляторы – это хороший выбор для тех, кто ценит стабильность работы в любых условиях.

Гелевый аккумулятор — особенности работы и преимущества

Гелевый аккумулятор заполняется электролитом в виде желеобразной белёсой массы, твердеющей в ходе эксплуатации. Он пронизан микротрещинами, препятствующими улетучиванию испарений, благодаря чему пары водорода с кислородом остаются внутри и в процессе реакции преобразуются в воду, вновь впитываемую гелием. Это исключает появление вредных выделений и носит название рекомбинации газов, смазывающих пластины и препятствующих стеканию активной массы. В результате повышается сопротивление воздействию разрядных токов и ограничивается образование вредных не разрушаемых веществ в виде сульфата свинца.

Промышленные гелевые акб — разновидности

Существуют промышленные гелевые АКБ двух типов: AGM; GEL.

В случае с батареями типа GEL электролит загущается силикогелием, сепаратором является микропористый дюрипластик. Он отличается высокой устойчивостью к агрессивным средам, так как в нём присуствуют присадки из алюминия, попутно, уменьшающие внутреннее сопротивление в АКБ. Они выделяются отличной температурной стабильностью, прочностью.

В процессе производства применяется исключительно высококачественный свинец, благодаря чему, улучшаются эксплуатационные характеристики. Обеспечивается плотное обволакивание пластин гелем, что препятствует осыпанию активной массы. Способность к повышенному сопротивлению разрядными токами препятствует образованию вредных не разрушаемых веществ, таких как сульфат свинца. В батареях типа AGM применяется абсорбированный электролит в стекловолоконный наполнитель, одновременно, являющийся сепаратором.

Гелевый аккумулятор — принцип работы

Гелевые АКБ относятся к классу свинцово-кислотных батарей, состоят из пластикового корпуса, в котором помещаются пластины электроды, изготовленные с применением свинца, или его сплавов с прочими металлами. Пластины находятся в кислотной среде – электролите, в процессе работы протекают химические реакции между ним и электродами, что и способствует выработке электрического тока. Когда осуществляется подача на клеммы пластин из свинца электрического внешнего напряжения определённой величины, активизируются обратные химические реакции, что обеспечивает восстановление батареей первоначальных характеристик.

Существует также промышленный гелевый аккумулятор, созданный в соответствии с технологией, созданный в соответствии с технологией OPzS. Это специализированная разработка, используемая при цикличных тяжёлых режимах, она активно применяется при организации автономного электроснабжения. Эти АКБ выделяются пониженным выделение газа и способны выдерживать множество разрядно-зарядных циклов порядка 70% от собственной номинальной ёмкости. При этом гелевый аккумулятор не повреждается, его срок эксплуатации не сокращается, однако такие аккумуляторы стоят намного больше своих аналогов.

Из отличительных особенностей батарей типа GEL, можно выделить способность к полному восстановлению после полного разряда, устойчивость к повышенным температурам, отсутствие необходимости в уравнительных зарядах, наличие утолщённых электродов. Гелевые АКБ типа AGM выделяются высокой энергоёмкостью и абсолютной герметичностью конструкции. Все типы аккумуляторов является необслуживаемыми, и могут эксплуатироваться в любом положении.

Устройство гелевого аккумулятора — DigiMedia.ru

Оказывается, гелевые аккумуляторы – изобретение далеко не современных разработчиков. Да, некоторые из нас узнали об их существовании только в начале нового тысячелетия, в то время как в сфере энергетики такие устройства используются уж не один год.

Некоторые пользователи, впервые встречающие в своей практике гелевые аккумуляторы, полагают, что данная конструкция представляет собой приспособление одноразового применения, то есть восстановить которое невозможно. При этом они ошибочно думают, что гелевые батареи больше ничем не отличаются от металлогидридных или же полимерных.

RITAR RA 12-26 G — GEL-аккумулятор

Не особо вдаваясь в подробности, большинство обывателей ошибочно считают, что термины «GEL» и «AGM» — это одно и то же. На самом же деле под этими определениями скрываются абсолютно различные технологии. Более того, эти технологии являются конкурентами в своей области.


Ritar RT1270 относится уже к семейству  AGM аккумуляторов

Чем же отличается гелевый аккумулятор от, например, свинцово-кислотного, какими являются многие батареи для цифровых камер? Дело всё в том, что для того, чтобы выработался ток в аккумуляторе традиционной конструкции, в нём имеются 2 разнополярно (положительно и отрицательно) заряженные пластины, между которыми расположен жидкий электролит, в качестве которого обычно выступает серная кислота. Для того, чтобы избежать соприкосновения пластин, пространство между ними заполнено специально разработанным для этой цели пластиком.

Что же касается гелевого аккумулятора, то электролит в нём тоже есть, только он не жидкий, а гелеобразный. В процессе использования батареи гель подсыхает ещё больше, что препятствует испарению самого электролита. В случае испарения водорода и кислорода, они не выходят наружу, а остаются в пространстве геля, в котором и происходит реакция превращения этих элементов в обычную воду. Данный процесс превращения получил название «рекомбинация». Правда, здесь как и в любом процессе не всё проходит гладко и некоторая часть газа не рекомбинирует, а через специальный клапан выбрасывается наружу. В качестве же электролита здесь используется дюропластик, в состав которого входит небольшое количество алюминия, за счёт которого материал приобретает некоторые свойства, например, ударопочность, стойкость к механическому износу, сопротивление воздействию высоких температур. Патенты на производство дюропластика имеются лишь у двух изготовителей в мире, что делает их монополистами в этой области.

Для того, чтобы качество работы гелевых аккумуляторов улучшить в несколько раз, в их производстве применяется очищенный свинец. При этом гель, в который погружены свинцовые пластины, противодействует образованию такого вредного для окружающей среды химического соединения как сульфат свинца.

Именно благодаря вышеописанным характеристикам гелевых аккумуляторов количество циклов зарадки-разрядки у них намного выше, нежели у тех же никель-металлогидридных батарей. Кроме того, такой аккумулятор можно хранить даже в разряженном состоянии и при этом повернув его как вам удобно. В случае же повреждения батареи можно не опасаться, что на кожу попадёт агрессивная серная кислота, вместо неё вы увидите лишь белесоватый гель.

Гелевые аккумуляторы получили широкое распространение ещё в начале 80-х годов. Их применяли для питания сотовых телефонов, но только в начале 21 века стали производиться подобные батареи и для другой цифровой техники, например, батареи для ноутбуков.

Купить аккумулятор для ноутбука, фотоаппарата, мобильного телефона и другой цифровой техники можно на складе аккумуляторных батарей «БАТСТОР».

Гелевый аккумулятор: устройство, работа, стоит ли брать

Гелевый аккумулятор: стоит ли брать?

С тех пор, как на полках автомобильных магазинов по всей стране начали появляться гелевые аккумуляторы (или GEL), прошло уже несколько лет, однако многие автомобилисты, по-прежнему, обходят их стороной. Возможно, причиной тому непринятие всего нового, однако, скорее винить стоит незнание особенностей этого типа бортовых батарей.

Лишнее тому подтверждение – непрерывно растущая в интернет-сообществе волна вопросов о том, насколько хороши гелевые АКБ и стоят ли они своих денег в сравнении с другими автомобильными аккумуляторами. Для того чтобы определиться, насколько такая трата денег будет оправданной, попробуем разобраться в особенностях технологии.

Что представляет собой обычный свинцово-кислотный аккумулятор? Не вдаваясь в физико-химические дебри, это помещенные в электролит свинцовые пластины, замкнутые в герметичном корпусе. Говоря начистоту, каждый из обозначенных элементов АКБ является одновременно и его слабым местом.

Свинцовые пластины со временем осыпаются, а электролит выкипает или вытекает при образовании малейшей трещины в корпусе. Именно поэтому аккумулятор для многих автолюбителей давно стал расходным материалом.

Устройство и особенности гелевых АКБ

Теперь перейдем к аккумулятору гелевому. Естественно, принцип работы его практически ничем не отличается от «классического». Это все так же пластины, помещенные в электролит, вот только совершенно другие по составу и свойствам. Главное отличие – это совершенно иной состав электролита: здесь он не жидкий, а гелеобразный. Благодаря доведению раствора до такой консистенции производители решили сразу три серьезных проблемы обычных АКБ.

Во-первых, теперь можно не бояться протекания кислоты, поскольку гель не обладает достаточной текучестью для того, чтобы вытечь даже через трещину в корпусе.

Во-вторых, теперь аккумулятор можно устанавливать хоть на бок, хоть на ребро, другими словами – кому как удобнее. Ограничение тут всего одно – его нельзя переворачивать вверх дном (правда, в рекламе многие производители об этом умалчивают).

В-третьих, в связи с тем, что электролит стал гуще, пластины перестали активно осыпаться – гелеобразное вещество стало для них своего рода цементом, защищающим от разрушения.

Не менее серьезные изменения произошли и в составе самих пластин – вместо сплава свинца с сурьмой, здесь стали использовать очищенный свинец. Вообще, сурьма всегда применялась в АКБ с одной целью – для стабилизации пластин, однако коль скоро в GEL пластины защищает электролит, то необходимости в таком количестве сурьмы уже нет.

Как следствие – возрастает мощность аккумулятора. Некоторые из производителей помимо классических пластин используют еще и свернутые в рулон, благодаря чему площадь пластин, а значит и скорость передачи заряда, возрастает.

Говоря по-простому, все обозначенные изменения дают GEL-аккумулятору одно серьезное преимущество – стабильно высокое напряжение. Касается это, в том числе, и так называемого стартового тока, так что работает он гораздо стабильнее, а это особенно важно в системах с высоким потреблением энергии.

В случае с авто ярким примером таковой может быть подборка из сабвуфера, пары усилителей и хороших колонок. Там, где обычный аккумулятор «плачет горькими слезами», гелевый будет отлично «качать». Увы, но при падении температуры описанная стабильность слегка падает, впрочем, не до критического уровня.

А что в итоге?

Теперь поговорим о насущном – об эксплуатации. В двух словах гелевый АКБ можно охарактеризовать как «неприхотливый». Он отлично переносит вибрацию, удары и даже трещины, а продлить жизнь батареи вы сможете, просто заклеив ее.

Что касается обслуживания, то такие аккумуляторы, как вы уже поняли, относятся к абсолютно необслуживаемым, так что вскрывать их и контролировать состояние электролита не нужно.

Как зарядить гелевый аккумулятор?

Единственная сервисная операция, которую может провести водитель – это подзарядка. Вот тут как раз впечатления GEL оставляет двойственные.

С одной стороны, заряжается он довольно просто – не боится ни перезаряда, ни малого заряда, и даже может быть восстановлен с «нуля». С другой – все эти радости достижимы лишь при наличии специального «зарядника», подающего малый ток. Учтите, пользоваться обычными экспресс-станциями с гелевой батареей категорически нельзя. Только испортите дорогостоящий АКБ.

Что ж, на этом, пожалуй все о том, что такое гелевый аккумулятор, и теперь должно быть более понятно, что это за зверь. Брать или не брать – это вопрос, на который каждый ответит сам, однако теперь определиться, надеемся, будет проще.

особенности строения, плюсы и минусы гелевых АКБ

Не так давно в продаже появились новые источники питания – гелевые аккумуляторы. Они отличаются от обычных батарей тем, что действующее вещество внутри находится не в жидком состоянии, а в виде густого желе. Такие источники энергии хорошо подходят для самых разных устройств: мотоциклов, квадроциклов, скутеров, солнечных батарей, котлов.

Гелевые аккумуляторы стали популярными по нескольким причинам. В первую очередь – из-за того, что при движении электролит не растекается, а сохраняет свою форму. А еще их ресурс составляет не менее тысячи циклов зарядки, батареи не разряжаются на сильном морозе.

Устройство гелевых аккумуляторов

Принцип работы и внутренняя структура гелевого источника питания не особо отличаются от стандартных автомобильных АКБ. У свинцово-кислотного аккумулятора внутри находится электролит – раствор серной кислоты. Устройство преобразует в электричество энергию химической реакции.

В гелевых батареях в раствор серной кислоты добавляется диоксид кремния. За счет этого она приобретает желеобразную структуру и внешне напоминает гель. Кроме электролита, гелевый аккумулятор состоит из:

  • блоков пластин;
  • решеток;
  • клемм;
  • корпуса.

Пластины и решетки устанавливаются для положительного и отрицательного электродов отдельно. Между ними есть сепараторная перегородка из стекловолокна. Она отделяет полюса друг от друга и не дает гелю растекаться.

Преимущества гелевых аккумуляторов

Пожалуй, наиболее полезная особенность гелевиков – им не так страшны повреждения корпуса. Если у кислотной автобатареи на корпусе появится хотя бы небольшая трещина, начнется утечка активного вещества. Кислота может испортить окружающие детали. Да и аккумулятор придется сразу же менять.

У гелевых источников питания такой проблемы нет из-за того, что электролит не жидкий, а пастообразный. Из-за такого состояния активного вещества и нет проблем с газоотводом, поэтому необязательно следить за чистотой отверстий.

Кроме этого, к достоинствам гелевых батарей можно отнести:

  • емкость батареи не меняется в разных условиях – на сильном морозе она уменьшится максимум на 19%;
  • источник питания долго сохраняет свой заряд, даже если не используется – его можно надолго оставлять без подзарядки;
  • нет риска того, что пластины осыпятся, как в обычном кислотном аккумуляторе;
  • увеличенный ресурс источника питания – у гелевика срок жизни выше в 3-4 раза по сравнению со стандартной батареей, и он выдерживает около 1 000 циклов зарядки;
  • высокий показатель пускового тока – благодаря этому можно без проблем запустить мотор даже при очень низкой температуре.

Кроме этого, гелевые аккумуляторы сохраняют свою работоспособность в любом положении, тогда как свинцово-кислотные варианты могут прекращать работать на сильных спусках-подъемах, а также при нестандартной позиции авто.

Недостатки гелевых источников энергии

Несмотря на очевидные преимущества перед обычными батареями, у гелевых аккумуляторов есть и свои недостатки:

  • высокая чувствительность к параметрам зарядки и колебаниям тока в сети;
  • специальное зарядное устройство подходит не для каждого автомобиля;
  • необходимость постоянно контролировать уровень заряда, что не так важно в случае со стандартными АКБ;
  • ни в коем случае нельзя допускать избыточной зарядки гелевой батареи – она может просто взорваться;
  • необходимость покупать и дополнительно устанавливать особый переходник, если до этого на авто стоял кислотный аккумулятор;
  • высокая цена устройства – стоимость таких источников питания в несколько раз выше, чем у обычных автомобильных батарей.

Есть также и несколько других нюансов. Например, несмотря на то, что емкость гелевика не так сильно понижается при отрицательной температуре, долгое воздействие мороза не идет ему на пользу. Такие аккумуляторы не предназначены для долгой и суровой зимы, их нужно специально утеплять, иначе они быстро выходят из строя.

На ресурсе батареи сказывается и общее состояние электроники авто. Если реле работает некорректно и наблюдаются резкие скачки напряжения в системе, это повлечет за собой быстрое окисление пластин. Напряжение не должно превышать 12 В, иначе превращенный в гель электролит утратит свои свойства, и нужно будет менять АКБ.

Зарядное устройство для гелевого аккумулятора

Обычная автомобильная зарядка для гелевых батарей не подходит – сгущенный электролит очень чувствителен к параметрам тока. Поэтому необходимо зарядное устройство, которое позволяет точно регулировать силу тока и напряжение, подаваемое на клеммы аккумулятора. При попытке зарядить такую батарею обычной зарядкой можно ее повредить.

Правильное зарядное устройство – важный фактор, если вы хотите пользоваться гелевым источником питания как можно дольше. Оно важно не только для продления ресурса батареи, но и для безопасности водителя – от неправильной зарядки гелевик может взорваться. Поэтому не стоит рисковать, лучше сразу купить нужное приспособление.

Заряжаем гелевый аккумулятор правильно

Независимо от того, какой автомобильный аккумулятор вы купите – гелевый или обычный кислотный, его придется заряжать. Чтобы правильно зарядить именно гелевую батарею, нужно соблюдать определенную последовательность действий:

  • Сначала выкрутите пробки с блоков пластин (банок) элемента питания.
  • На зарядном устройстве для гелевых батарей выставьте параметры нужные напряжения (не больше 12 В) и нулевой ток.
  • Затем подключайте клеммы зарядки к клеммам аккумулятора, обязательно проверяя, правильно ли выставлена полярность – если перепутать полюса, может произойти замыкание.
  • Теперь устанавливаем параметры силы тока.
  • Среднее время зарядки батареи – от 12 до 15 часов. В это время нежелательно отлучаться, нужно постоянно контролировать показатели тока и напряжения. Если они начнут резко меняться, следует сразу прекратить зарядку, отключив устройство.

Зарядка гелевого аккумулятора не такая простая, как у обычных кислотных АКБ. Чтобы увеличить сроки эксплуатации, рекомендуется заряжать батарею, постепенно понижая силу тока. Параллельно с этим нужно следить за напряжением, чтобы она не превышало допустимые параметры. В таком режиме устройство будет заряжаться гораздо дольше – до суток.

Чтобы не сидеть целый день над аккумулятором, можно купить специальное устройство, контролирующее параметры зарядки: силу тока и напряжение. Если они выйдут за рамки установленных настроек, зарядное устройство само отключится. Это наиболее безопасный и простой вариант зарядки – достаточно все подключить и только иногда проверять состояние АКБ.

Кроме этого, существуют и специальные зарядные устройства, которые не только работают, как предохранитель, прекращая подачу тока, если напряжение скачет, но и могут самостоятельно изменять параметры зарядки во время работы. Им можно задать, через какие промежутки времени нужно понизить силу тока, чтобы зарядить батарею оптимально.

Также есть модели, компенсирующие при зарядке температуру окружающей среды. Их можно использовать и для восстановления гелевиков.

Заключение

Гелевые аккумуляторы – отличная альтернатива кислотным автомобильным батареям. Они более надежные и безопасные, могут работать в разных условиях, долго держат заряд и служат в 3-4 раза дольше. Но такие модели более чувствительны к параметрам тока, да и стоят дороже стандартных АКБ.

Сложности с правильной зарядкой решаются покупкой специальных устройств, которые сами отслеживают напряжение и силу тока. Но установить такую батарею можно не в любое авто – модель должна содержать хорошую электронику, не допускающую резких скачков напряжения. В этом случае стоимость гелевика компенсируется долгим сроком его службы.

Все о гелевом аккумуляторе для скутера: как правильно зарядить, как обслуживать, как продлить срок службы?

Многие люди выбирают в качестве средства передвижения по дорогам скутер. Для комфорта обслуживания, надежного запуска и управления, на нем рекомендуется устанавливать гелевые аккумуляторные батареи, эксплуатация которых отличается от эксплуатации привычных кислотных. Основное отличие заключается в том, что они являются необслуживаемыми герметичными.

Гелевый аккумулятор для скутера

В электролит гелевого АКБ добавляются специальные присадки на основе кремния, что превращает жидкий электролит в густой желеобразный гель. Его преимущество перед жидкостным заключается в том, что при наклонах, ввиду желеобразного состояния электролита, не теряется контакт геля с пластинами, и сохраняется работоспособность батареи.
Не боится она также и вибрации. Впрочем, переворачивать ее полностью не следует. Тестирование показало, что при движении скутера и связанных с этим постоянных наклонах аккумулятора, его уровень заряда снижается не больше чем на 25%.

АКБ обладает следующими преимуществами:

• высокий пусковой ток, в том числе и при глубоком разряде;

• длительный срок службы;

• не требует обслуживания;

• отсутствует утечка из корпуса батареи даже при его повреждении;

• высокая безопасность в работе;

• хорошая морозоустойчивость.

Недостатки:

• требует высокой точности поддержания зарядного тока;

• высокая стоимость.

Как зарядить гелевый аккумулятор для скутера правильно?

Основные правила:

Уровень заряда АКБ следует периодически проверять. Сделать это можно мультиметром, позволяющим измерять напряжение постоянного тока. Напряжение АКБ измеряется на пределе мультиметра 20 В, прибор подключается к клеммам батареи при неработающем скутере.

ВАЖНО: При зарядке напряжение не должно превышать порогового напряжения 14,2-14,4 В. При превышении зарядного тока электролит-гель начнет испаряться, а «доливка» электролита в гелевых АКБ, в отличие от жидкостных, не предусмотрена. Также возможно отслоение силиконового геля-наполнителя от пластин, с нарушением контакта и потерей батареей работоспособности.

Зарядка гелевого аккумулятора скутера может осуществляться в любом помещении, при этом следует обеспечить бесперебойное питание зарядного устройства. Неполный заряд батареи, ввиду наличия у нее «памяти», приводит к уменьшению ее электрической емкости. Лучше заряжать АКБ чаще, не допуская глубокого разряда.

Зарядное устройство для гелевого аккумулятора

Существует возможность зарядить АКБ в домашних условиях специально предназначенным для этого зарядным устройством с номинальным напряжением 12 В и возможностью регулировки тока зарядки. Использовать устройства, предназначенные для заряда автомобильных аккумуляторов, не следует, это приводит к гибели батареи.

Как рассчитать уровень зарядного тока?

Для правильной зарядки следует задать на зарядном устройстве значение тока заряда в амперах, численно равное 10% от емкости аккумулятора в ампер-часах. Пример: при емкости в 7 Ач следует выставить ток заряда 0,1 х 7 = 0,7 (А).

Сколько заряжать?

При зарядке АКБ постоянным током, рассчитанным по приведенному выше правилу, время заряда полностью разряженной батареи составляет 12 часов.

Как обслуживать гелевый аккумулятор для скутера?

Обслуживание гелевых АКБ

Не следует допускать полной разрядки батареи. Хотя АКБ продолжает работать при глубоком разряде, такой режим приводит к уменьшению ее электрической емкости. Уровень зарядки следует периодически контролировать мультиметром и необходимо непременно заряжать хотя бы раз в сезон.

Батарея выдерживает длительное хранение в разряженном состоянии, и может храниться при низких температурах. Зарядное устройство целесообразно возить с собой, чтобы в случае глубокого разряда существовала возможность подзарядки в любом месте, где есть электрическая розетка.

Как продлить срок службы гелевых аккумуляторов?

Во время заряда следует контролировать напряжение на клеммах, оно не должно превышать 15 В. При превышении напряжения аккумулятор, ввиду его полной герметичности, может вздуться вследствие внутреннего газообразования, активные пластины внутри при этом корродируют.

ВАЖНО: Для продления срока службы полностью разряженного аккумулятора необходимо уменьшать ток заряда с 10% номинальной емкости вдвое, до 5% емкости, и увеличить время заряда до 24 часов. По примеру выше ток заряда должен составлять 0,35 А. Если уж так вышло, что АКБ скутера разрядилась полностью, восстанавливать ее следует именно в таком режиме, с малым зарядным током и увеличением времени заряда.

При правильной эксплуатации гелевой АКБ срок ее службы продлевается до 10 лет, количество выдерживаемых циклов заряд/разряд доходит до 1000.

Посмотрите видео о том как заряжать гелевый аккумулятор для скутера

Устройства и оборудование с батарейным питанием для опасных грузов

Не более 15 электронных устройств с питанием от литиевых батарей (включая электроинструменты ), для личного использования разрешено только на одного пассажира.

Примечание: Ватт-часы (Втч) определяются путем умножения напряжения (В) на ампер-часы (Ач). т.е. 12 В x 5 Ач = 60 Втч

Важно

США и Великобритания ввели новые требования к поездкам, которые ограничивают провоз электронных устройств размером больше смартфона в салоне прибывающих рейсов из некоторых аэропортов Ближнего Востока.Нет никаких последствий для клиентов Qantas путешествие на сервисах, управляемых Qantas. Однако мы поощряем клиентов путешествие с партнерами по код-шерингу и интерлайн в США или Великобритании, чтобы проверить требования этой авиакомпании.

Литий-ионные батареи (перезаряжаемые) — более 100 Втч и до 160 Втч в устройстве

Важно

Устройства, содержащие литий-ионные батареи более 160 Вт · ч, запрещены в качестве багажа пассажиров и должны отправляться в качестве груза.

Литий-ионные батареи в устройствах необходимо декларировать при регистрации.

Литий-металлические батареи в устройствах (неперезаряжаемые) — не более 2 г металлического лития на устройство

Эти батарейки обычно используются для слуховых аппаратов и т. Д.

Важно

Устройства (за исключением медицинского оборудования до 8 г), содержащие литий-металлические батареи с общим содержанием металлического лития, превышающим 2 г, запрещены в качестве багажа пассажиров и должны отправляться в качестве груза.

Непроливающиеся батареи в устройствах — максимум 12В и 100Втч

Эти батареи обычно называют герметичными свинцово-кислотными, гелевыми, сухими и т. Д.

Требования

  • При упаковке в зарегистрированный багаж устройства, содержащие батареи, должны иметь переключатель ВКЛ / ВЫКЛ, защищенный от случайного включения.

Для информации по электронной почте Опасные грузы

Требования

  • При упаковке в зарегистрированный багаж устройства, содержащие батареи, должны иметь переключатель ВКЛ / ВЫКЛ, защищенный от случайного включения.

Информацию по электронной почте Опасные грузы

Гель из плексигласа увеличивает срок службы нановолоконных аккумуляторов

Этот танец называется динамическое масштабирование напряжения и частоты (DVFS) постоянно происходит в процессоре, называемом системой на кристалле (SoC), который управляет вашим телефоном и вашим ноутбуком, а также на серверах, которые их поддерживают. Все это делается для того, чтобы сбалансировать вычислительную производительность и энергопотребление, что особенно сложно для смартфонов. Цепи, которые управляют DVFS, стремятся обеспечить стабильную тактовую частоту и стабильный уровень напряжения, несмотря на скачки тока, но они также являются одними из самых непростых в проектировании.

Это главным образом потому, что схемы генерации часов и регулирования напряжения являются аналоговыми, в отличие от почти всего остального на SoC вашего смартфона. Мы привыкли к почти ежегодному выпуску новых процессоров с существенно большей вычислительной мощностью благодаря достижениям в производстве полупроводников. «Перенос» цифровой конструкции из старого полупроводникового процесса в новый — это не пикник, это ничто по сравнению с попыткой перенести аналоговые схемы на новый процесс. Аналоговые компоненты, обеспечивающие DVFS, особенно схема, называемая стабилизатором напряжения с малым падением напряжения (LDO), не масштабируются, как цифровые схемы, и должны быть в основном перепроектированы с нуля с каждым новым поколением.

Если бы вместо этого мы могли строить LDO — и, возможно, другие аналоговые схемы — из цифровых компонентов, их было бы намного легче переносить, чем любую другую часть процессора, что значительно снизило бы затраты на разработку и освободило инженеров для решения других проблем, связанных с передовой конструкцией микросхем. есть в магазине. Более того, полученные цифровые LDO могут быть намного меньше своих аналоговых аналогов и работать лучше в некоторых отношениях. Исследовательские группы в промышленности и академических кругах протестировали не менее дюжины проектов за последние несколько лет, и, несмотря на некоторые недостатки, коммерчески полезный цифровой LDO может скоро стать доступным.

Стабилизаторы напряжения с малым падением напряжения (LDO) позволяют нескольким ядрам процессора на одной шине входного напряжения (V IN ) работать при разных напряжениях в соответствии с их рабочими нагрузками. В этом случае Core 1 предъявляет самые высокие требования к производительности. Его головной переключатель, на самом деле группа транзисторов, соединенных параллельно, замкнут, минуя LDO и напрямую подключающий Core 1 к V IN , который получает питание от внешней ИС управления питанием. Однако ядра 2–4 имеют менее требовательные рабочие нагрузки.Их LDO используются для подачи на сердечники напряжения, позволяющего экономить электроэнергию.

Базовый аналоговый регулятор напряжения с малым падением напряжения [слева] управляет напряжением через контур обратной связи. Он пытается сделать выходное напряжение (V DD ) равным опорному напряжению, контролируя ток через силовой PFET. В базовой цифровой схеме [справа] независимые часы запускают компаратор [треугольник], который сравнивает опорное напряжение с V DD . Результат сообщает логике управления, сколько мощных полевых транзисторов нужно активировать.

ТИПИЧНАЯ СИСТЕМА НА ЧИПЕ для смартфона — чудо интеграции. На одной кремниевой пластине он объединяет несколько ядер ЦП, графический процессор, процессор цифровых сигналов, нейронный процессор, процессор сигналов изображения, а также модем и другие специализированные блоки логики. Естественно, повышение тактовой частоты, которая управляет этими логическими блоками, увеличивает скорость, с которой они выполняют свою работу. Но для работы на более высокой частоте им также требуется более высокое напряжение.Без этого транзисторы не могут включаться или выключаться до следующего такта тактовой частоты процессора. Конечно, более высокая частота и напряжение происходит за счет энергопотребления. Таким образом, эти ядра и логические блоки динамически изменяют свои тактовые частоты и напряжения питания — часто в диапазоне от 0,95 до 0,45 В — в зависимости от баланса энергоэффективности и производительности, необходимого им для любой назначенной им рабочей нагрузки — съемки видео, воспроизведения музыки. файл, передача речи во время разговора и т. д.

Обычно внешняя ИС управления питанием генерирует несколько значений входного напряжения (V IN ) для SoC телефона. Эти напряжения передаются в области микросхемы SoC по широким межсоединениям, называемым рельсами. Но количество соединений между микросхемой управления питанием и SoC ограничено. Таким образом, несколько ядер на SoC должны использовать одну и ту же шину V IN .

Но они не обязательно должны получать одинаковое напряжение благодаря стабилизаторам напряжения с малым падением напряжения.LDO вместе с выделенными тактовыми генераторами позволяют каждому ядру на общей шине работать с уникальным напряжением питания и тактовой частотой. Ядро, требующее наибольшего напряжения питания, определяет общее значение V IN . Микросхема управления питанием устанавливает V IN на это значение, и это ядро ​​полностью обходит LDO через транзисторы, называемые головными переключателями.

Чтобы снизить энергопотребление до минимума, другие ядра могут работать при более низком напряжении питания. Программное обеспечение определяет, каким должно быть это напряжение, и аналоговые LDO-стабилизаторы довольно хорошо справляются с его подачей.Они компактны, дешевы в сборке и относительно просты в интеграции в микросхему, поскольку не требуют больших катушек индуктивности или конденсаторов.

Но эти LDO могут работать только в определенном диапазоне напряжений. На верхнем конце целевое напряжение должно быть ниже, чем разница между V IN и падением напряжения на самом LDO (одноименное «падение напряжения»). Например, если напряжение питания, которое было бы наиболее эффективным для ядра, составляет 0,85 В, но V IN равно 0.95 В, а падение напряжения LDO составляет 0,15 В, это ядро ​​не может использовать LDO для достижения 0,85 В и должно вместо этого работать при 0,95 В, тратя немного энергии. Точно так же, если V IN уже был установлен ниже определенного предела напряжения, аналоговые компоненты LDO не будут работать должным образом, и цепь не может быть задействована для дальнейшего снижения напряжения питания ядра.

Основным препятствием, которое до сих пор ограничивало использование цифровых LDO, является медленная переходная характеристика.

Однако, если желаемое напряжение попадает в окно LDO, программное обеспечение включает схему и активирует опорное напряжение, равное целевому напряжению питания.

КАК LDO подает нужное напряжение? В базовой конструкции аналогового LDO-стабилизатора используется операционный усилитель, обратная связь и специализированный силовой p -канальный полевой транзистор (PFET). Последний представляет собой транзистор, который уменьшает свой ток с увеличением напряжения на затворе. Напряжение затвора этого силового PFET представляет собой аналоговый сигнал, поступающий от операционного усилителя, в диапазоне от 0 вольт до IN . Операционный усилитель постоянно сравнивает выходное напряжение схемы — напряжение питания ядра или V DD — с заданным опорным напряжением.Если выходное напряжение LDO падает ниже опорного напряжения — как это было бы, когда новая активная логика внезапно потребовала больше тока — операционный усилитель снижает напряжение затвора силового PFET, увеличивая ток и поднимая V DD до значения опорного напряжения. И наоборот, если выходное напряжение поднимается выше опорного напряжения — как это было бы, когда логика ядра менее активна — тогда операционный усилитель увеличивает напряжение затвора транзистора, чтобы уменьшить ток и снизить V DD .

Базовый Цифровой LDO , с другой стороны, состоит из компаратора напряжения, управляющей логики и ряда параллельных силовых полевых транзисторов.(LDO также имеет свою собственную тактовую схему, отдельную от тех, которые используются ядром процессора.) В цифровом LDO напряжения затвора на силовых полевых транзисторах являются двоичными значениями, а не аналоговыми, либо 0 В, либо В IN .

С каждым тактом тактового генератора компаратор измеряет, находится ли выходное напряжение ниже или выше целевого напряжения, обеспечиваемого опорным источником. Выход компаратора направляет логику управления при определении того, сколько силовых полевых транзисторов нужно активировать. Если выходной сигнал LDO ниже целевого, логика управления активирует больше мощных полевых транзисторов.Их объединенный ток поддерживает напряжение питания ядра, и это значение возвращается на компаратор, чтобы поддерживать его на заданном уровне. Если он выходит за пределы допустимого диапазона, компаратор подает сигнал управляющей логике, чтобы выключить некоторые из PFET.

НИ АНАЛОГОВЫЙ , ни цифровой LDO, конечно, не идеальны. Ключевым преимуществом аналоговой конструкции является то, что она может быстро реагировать на переходные спады и выбросы напряжения питания, что особенно важно, когда эти события связаны с резкими изменениями.Эти переходные процессы возникают из-за того, что потребность ядра в токе может сильно увеличиваться или уменьшаться за считанные наносекунды. В дополнение к быстрому отклику аналоговые LDO очень хорошо подавляют изменения V IN , которые могут исходить от других ядер на шинах. И, наконец, когда текущие требования не сильно меняются, он жестко контролирует выход, не превышая и не занижая цель, что вызывает рябь в V DD .

Когда требования к току ядра внезапно меняются, это может привести к скачку или падению выходного напряжения LDO [вверху].Базовые конструкции цифровых LDO не справляются с этой задачей [внизу слева]. Однако схема, называемая адаптивной выборкой с пониженной динамической стабильностью [внизу справа], может уменьшить величину скачка напряжения. Это достигается за счет увеличения частоты дискретизации LDO, когда спад становится слишком большим, что позволяет схеме реагировать быстрее. Источник: S.B. Насир и др., Международная конференция по твердотельным схемам IEEE (ISSCC), февраль 2015 г., стр. 98–99.

Эти атрибуты сделали аналоговые LDO привлекательными не только для питания процессорных ядер, но и практически для любой схемы, требующей тихого и стабильного напряжения питания.Однако есть некоторые серьезные проблемы, которые ограничивают эффективность этих проектов. Первые аналоговые компоненты намного сложнее цифровой логики, что требует длительного времени на разработку для их реализации в узлах передовых технологий. Во-вторых, они не работают должным образом при низком V IN , ограничивая, насколько низкое V DD они могут передать ядру. И, наконец, падение напряжения у аналоговых LDO не так мало, как хотелось бы разработчикам.

Взяв эти последние моменты вместе, аналоговые LDO предлагают ограниченный диапазон напряжений, при котором они могут работать.Это означает, что есть упущенные возможности включить LDO для экономии энергии — достаточно большие, чтобы заметно увеличить время автономной работы смартфона.

Цифровые LDO устраняют многие из этих недостатков: не имея сложных аналоговых компонентов, они позволяют дизайнерам использовать множество инструментов и других ресурсов для цифрового дизайна. Таким образом, уменьшение масштаба схемы для новой технологии процесса потребует гораздо меньше усилий. Цифровые LDO-стабилизаторы также будут работать в более широком диапазоне напряжений. На стороне низкого напряжения цифровые компоненты могут работать при значениях V IN , которые недоступны для аналоговых компонентов.А в более высоком диапазоне падение напряжения цифрового LDO будет меньше, что приведет к значительной экономии энергии ядра.

Но ничего бесплатного, а у цифрового LDO есть серьезные недостатки. Большинство из них возникает из-за того, что схема измеряет и изменяет свой выходной сигнал только в дискретные моменты времени, а не постоянно. Это означает, что схема имеет сравнительно медленную реакцию на падения и выбросы напряжения питания. Он также более чувствителен к изменениям V IN и имеет тенденцию создавать небольшие колебания выходного напряжения, которые могут ухудшить производительность ядра.

Из них основным препятствием, которое до сих пор ограничивало использование цифровых LDO, является их медленная переходная характеристика. Ядра испытывают провалы и выбросы, когда ток, который они потребляют, резко меняется в ответ на изменение рабочей нагрузки. Время реакции LDO на события спада имеет решающее значение для ограничения того, насколько сильно падает напряжение и как долго это состояние длится. Обычные жилы добавляют запас прочности к напряжению питания, чтобы гарантировать правильную работу при падении напряжения. Большее ожидаемое падение означает, что маржа должна быть больше, что снижает преимущества энергоэффективности LDO.Таким образом, ускорение реакции цифрового LDO на провалы и выбросы является основным направлением передовых исследований в этой области.

НЕКОТОРЫЕ ПОСЛЕДНИЕ ДОСТИЖЕНИЯ помогло ускорить реакцию схемы на провалы и выбросы. Один из подходов использует тактовую частоту цифрового LDO в качестве ручки управления, чтобы заменить стабильность и энергоэффективность на время отклика.

Более низкая частота улучшает стабильность LDO просто потому, что выходной сигнал будет меняться не так часто. Это также снижает энергопотребление LDO, поскольку транзисторы, составляющие LDO, переключаются реже.Но это происходит за счет более медленной реакции ядра процессора на переходные текущие требования. Вы можете понять, почему это так, если учесть, что большая часть переходного события может произойти в течение одного тактового цикла, если частота слишком низкая.

И наоборот, высокая тактовая частота LDO уменьшает время отклика на переходный процесс, потому что компаратор производит выборку выходного сигнала достаточно часто, чтобы изменить выходной ток LDO на более ранней стадии переходного процесса. Однако эта постоянная выборка ухудшает стабильность выходного сигнала и потребляет больше энергии.

Суть этого подхода состоит в том, чтобы ввести тактовый генератор, частота которого адаптируется к ситуации, схема, называемая адаптивной частотой дискретизации с пониженной динамической стабильностью. Когда падение или выброс напряжения превышает определенный уровень, тактовая частота увеличивается для более быстрого уменьшения переходного эффекта. Затем он замедляется, чтобы потреблять меньше энергии и поддерживать стабильное выходное напряжение. Этот трюк достигается путем добавления пары дополнительных компараторов для определения условий перерегулирования и спада и запуска часов.При измерениях с тестовой микросхемы с использованием этого метода падение напряжения V DD уменьшилось с 210 до 90 милливольт — на 57 процентов меньше, чем у стандартной цифровой конструкции LDO. А время, необходимое для стабилизации напряжения, сократилось с 5,8 мкс до 1,1 микросекунды, т.е. улучшение на 81 процент.

Альтернативный подход к уменьшению времени отклика на переходные процессы — сделать цифровой LDO немного аналоговым. Конструкция включает отдельный контур с аналоговым управлением, который мгновенно реагирует на переходные процессы тока нагрузки.Контур с аналоговым управлением передает выходное напряжение LDO-стабилизатора на параллельные PFET-транзисторы LDO через конденсатор, создавая контур обратной связи, который включается только при резком изменении выходного напряжения. Таким образом, когда выходное напряжение падает, оно снижает напряжение на активированных затворах PFET и мгновенно увеличивает ток в сердечнике, чтобы уменьшить величину спада. Было показано, что такой контур с аналоговым управлением снижает спад с 300 до 106 мВ, улучшение на 65 процентов, и выброс с 80 до 70 мВ (13 процентов).

Альтернативный способ заставить цифровые LDO быстрее реагировать на падения напряжения — это добавить аналоговую петлю обратной связи к силовой части PFET схемы [вверху]. При падении или выбросе выходного напряжения аналоговый контур подключается, чтобы поддержать его [внизу], уменьшая величину отклонения. Источник: М. Хуанг и др., IEEE Journal of Solid-State Circuits, январь 2018 г., стр. 20–34.

Конечно, у обоих этих методов есть свои недостатки.Во-первых, ни один из них не может сравниться со временем отклика сегодняшних аналоговых LDO. Кроме того, для метода адаптивной частоты дискретизации требуются два дополнительных компаратора, а также генерация и калибровка опорных напряжений для спада и выброса, поэтому схема знает, когда задействовать более высокую частоту. Контур с аналоговым управлением включает в себя несколько аналоговых компонентов, что сокращает время разработки полностью цифровой системы.

Развитие коммерческих процессоров SoC может помочь сделать цифровые LDO более успешными, даже если они не могут полностью соответствовать аналоговым характеристикам.Сегодня коммерческие процессоры SoC объединяют полностью цифровые адаптивные схемы, предназначенные для смягчения проблем с производительностью при возникновении провалов. Эти схемы, например, временно увеличивают период тактовой частоты ядра, чтобы предотвратить ошибки синхронизации. Такие методы смягчения могут ослабить временные ограничения переходных процессов, позволяя использовать цифровые LDO и повышая эффективность процессора. Если это произойдет, мы можем ожидать более эффективных смартфонов и других компьютеров, при этом значительно упростив процесс их разработки.

Советы, которые помогут избежать взрывов батарейки «вейп»

Возможно, вы слышали, что электронные сигареты или «вейпы» могут взорваться и серьезно повредить людям. Хотя они возникают редко, эти взрывы опасны. Точные причины таких инцидентов пока не ясны, но некоторые данные свидетельствуют о том, что проблемы, связанные с аккумулятором, могут привести к взрывам электронных сигарет.Приведенные ниже советы по безопасности могут помочь вам избежать взрыва батареи вейпа. Пожалуйста, сообщите в FDA о взрыве вейпа или любых других нежелательных проблемах со здоровьем или качеством вейпа.

Полная инфографика


Что еще я могу сделать?

До тех пор, пока все электронные сигареты и аккумуляторы для электронных сигарет не будут соответствовать строгим и последовательным стандартам безопасности, вашей лучшей защитой от взрывов аккумуляторов для электронных сигарет может быть как можно больше знаний о вашем устройстве и о том, как правильно обращаться и заряжать его аккумуляторы.

  • Убедитесь, что вы прочитали и поняли рекомендации производителя по использованию и уходу за устройством. Если к вашему вейпу не прилагались инструкции или у вас есть дополнительные вопросы, обратитесь к производителю.
  • Не удаляйте и не отключайте функции безопасности, такие как замки кнопок зажигания или вентиляционные отверстия, которые предназначены для предотвращения перегрева и взрывов аккумулятора.
  • Используйте только батареи, рекомендованные для вашего устройства. Не используйте одновременно батареи разных производителей, батареи с разным уровнем заряда и старые и новые батареи вместе.
  • Заряжайте вейп на чистой плоской поверхности, вдали от всего, что может легко загореться, и в таком месте, где вы его четко видите, — не на диване или подушке, где он более склонен к перегреву или случайному включению.
  • Защитите свой вейп от экстремальных температур, не оставляя его под прямыми солнечными лучами или в машине морозной ночью.
  • Узнайте, как безопасно упаковать устройство и аккумуляторы для путешествия по воздуху:

Загрузки

Поделитесь этими советами по безопасности со своими друзьями — загрузите изображения ниже и поделитесь ими со своим сообществом в социальных сетях.


Как мне сообщить FDA о взрыве батареи Vape?

FDA осведомлено о событиях взрыва и собирает данные для решения этой проблемы. Пожалуйста, сообщайте о взрыве вейпа или любых нежелательных проблемах со здоровьем или качеством вейпа в FDA через Портал отчетов по безопасности. При заполнении формы обязательно укажите:

  • Название производителя электронных сигарет
  • .
  • Фирменное наименование, модель и серийный номер вейпа
  • .
  • Марка и модель аккумулятора
  • Где приобрели
  • Был ли продукт использован иначе, чем задумано производителем
  • Был ли продукт модифицирован каким-либо образом

Узнайте больше о том, как сообщить FDA о взрыве батареи, в видео ниже.


  1. Lopez CF, Jeevarajan JA, Mukherjee PP. Определение характеристик теплового воздействия литий-ионных аккумуляторов с использованием экспериментального и вычислительного анализа. J Electrochem Soc. 2015; 162 (10): A2163 – A2173.
  2. 3.7 Безопасность. В компании Gates Energy Products. Справочник по применению аккумуляторных батарей. Бостон: Баттерворт-Хайнеманн, 1998: 149-51.
  3. Перевозка запасных литиевых батарей в ручной клади и зарегистрированном багаже.Вашингтон, округ Колумбия: Министерство транспорта США, Федеральное управление гражданской авиации; 2015. SAFO 15010.
  4. Лотфи Н., Фаджри П., Новосад С., Сэвидж Дж., Ландерс Р., Фирдоуси М. Разработка экспериментального испытательного стенда для исследования систем управления литий-ионными батареями. Энергии. 2013. 6 (10): 5231–5258.
  5. Комиссия по безопасности потребительских товаров США. Предупреждение о безопасности потребительских товаров: бытовые батареи могут вызвать химические ожоги. http://www.nchh.org/Portals/0/Contents/CPSC_Battery_Burns.pdf. По состоянию на 4 ноября 2016 г.
  6. Чжао В., Луо Дж., Ван С. Моделирование процесса внутреннего закорачивания в широкоформатных литий-ионных элементах. J Electrochem Soc. 2015; 162 (7): A1352 – A1364. 7. Финеган Д. П., Шил М., Робинсон Дж. Б. и др. Исследование материалов литий-ионных аккумуляторов во время теплового разгона, вызванного перезарядом: оперативное и многомасштабное рентгеновское КТ-исследование. Phys Chem Chem Phys. 2016; 18 (45): 30912–30919.
  7. Пожарная служба США. Пожары и взрывы электронных сигарет.https://www.usfa.fema.gov/downloads/pdf/publications/electronic_cigarettes.pdf. Опубликовано в октябре 2014 г. Проверено 4 ноября 2016 г.
  8. Федеральное управление гражданской авиации США. Аккумуляторы, перевозимые пассажирами авиакомпаний: часто задаваемые вопросы. https://www.faa.gov/about/office_org/headgency_offices/ash/ash_programs/hazmat/passenger_info/media/
    Airline_passengers_and_batteries.pdf. Опубликовано 9 сентября 2016 г. Проверено 4 ноября 2016 г.
  9. Блюм AF, Длинный RT.Оценка пожарной опасности систем хранения энергии литий-ионных батарей. Springer New York; 2016.
  10. Lyon RE, Уолтерс RN, Crowley S, Quintiere JG. Опасность возгорания литий-ионных батарей представлена ​​на: заседании Международной рабочей группы по противопожарной защите авиационных систем; 21-22 октября 2015 г .; Атлантик-Сити, Нью-Джерси. https://www.fire.tc.faa.gov/pdf/systems/Oct15Meeting/Lyon-1015-LIBs.pdf. По состоянию на 4 ноября 2016 г.
  11. Федеральное управление гражданской авиации США.Вейпы на простом маркетинговом комплекте. https://www.faa.gov/hazmat/packsafe/resources/vapes_marketing_kit/. По состоянию на 26 августа 2020 г.

Дополнительные ресурсы
  • Текущее содержание с:

  • Регулируемые продукты

    Темы

Принадлежности для снятия вакуума | Разработка уникальных материалов для работы с устройствами

Встроенная вакуумная станция / захватывающий инструмент (GP-TrayVac / A)

В системе используется сжатый воздух, поставляемый заказчиком (60-80 фунтов на кв. Дюйм при 0.5 SCFM), который создает постоянный вакуум на нижней стороне лотка Gel-Pak® VR, чтобы перевести его в режим высвобождения.

Интегрированная система включает специальную металлическую пластину для крепления лотка VR вместе с инструментом для непрерывного вакуумного захвата, который использует тот же источник вакуума. Отдельные переключатели включения / выключения для вакуумной пластины лотка и подборщика.

Система поставляется с 9 отдельными вакуумными насадками для работы с устройствами от 0,100 «до 0,500» и 4 футами подающего шланга. Приспособление может вместить как 2-дюймовые, так и 4-дюймовые поддоны для снятия вакуума.

GP-TrayVac / A

Ручной вакуумный насос (VHP-24)

Вакуумный ручной насос идеально подходит для небольших объемов производства и НИОКР. Это ручной ручной насос, который подает статический вакуум 25 дюймов рт.

VHP-24 включает ручной насос (VHP), трубку и специальную металлическую пластину (VP-24) для удержания лотка VR. Приспособление предназначено как для 2-дюймовых, так и для 4-дюймовых поддонов выпуска вакуума.Он также может вместить широкоформатные VR-продукты. Пластину и ручной насос также можно приобрести отдельно.

VHP-24

GP-PortaVac (ГП-PortaVac)

GP-PortaVac — это легкая и недорогая вакуумная насосная система с батарейным питанием для выгрузки устройств из лотков VR компании Gel-Pak. Он идеально подходит для мелкосерийного производства и НИОКР.

GP-PortaVac

Станция выпуска вакуума (ВРС-24)

Вакуумная станция выпуска использует постоянный вакуум, предоставляемый заказчиком, и подает его на нижнюю сторону лотка Gel-Pak VR, чтобы перевести его в режим выпуска.

VRS-24 включает в себя коробку двухпозиционных клапанов (VVB), трубку и специальную металлическую крепежную пластину (VP-24) для удержания лотка VR. Приспособление предназначено как для 2-дюймовых, так и для 4-дюймовых поддонов выпуска вакуума. Он также может вместить широкоформатные VR-продукты. Тарелку и клапанную коробку можно приобрести отдельно.

ВРС-24

Вафля / Вакуумная пластина большого формата VR (VP-900)

Специальная металлическая крепежная пластина, предназначенная для удержания продуктов большого формата VR-925, VR-926 или VR-927 при подаче вакуума.Функциональность VP-900 аналогична пластине VP-24, но предназначена для использования с более крупными продуктами VR.

Вакуум можно подавать на VP-900 с помощью тех же продуктов VVB или VHP, описанных выше.

ВП-900

Pen-Vacuum Pickup Tool (VPV)

Инструмент для вакуумного захвата (VPV)

Инструмент Pen-Vac идеально подходит для ручной разгрузки устройств из поддонов для снятия вакуума. Инструмент для захвата с защитой от электростатического разряда представляет собой автономное устройство и может поднимать до 500 граммов.Для работы не требуются шланги или батареи. Инструмент Pen-Vac включает в себя шесть насадок с присосками 1/8 дюйма, 1/4 дюйма и 3/8 дюйма (по одному на каждый прямой и угловой валы).

Pen Vac (VPV)

Внешние зажимы для лотка VR с крышкой (требуется для типа -00B)

Опасные предметы в United Airlines

Следующие батареи можно упаковать в регистрируемую сумку и ручную кладь. Убедитесь, что вы упаковали их, чтобы предотвратить короткое замыкание.

  • AA-9V
  • AAA
  • C
  • Углерод цинк
  • D щелочной
  • Металлогидрид никель
  • Оксид серебра

Отозванные, поврежденные или дефектные батареи

Любые батареи или устройства, о которых известно, что они подлежат отзыву , поврежденные или дефектные не допускаются в зарегистрированную или ручную кладь. Вам также не разрешается носить их во время полета.

Литиевые батареи

Вы можете упаковать личные устройства с литиевыми батареями менее 100 ватт-часов в регистрируемую сумку и ручную кладь.Однако мы не разрешаем перевозить в регистрируемых сумках такие устройства, как электронные сигареты, персональные испарители или аккумуляторы (в том числе те, которые установлены в «умных сумках»).

Нельзя упаковывать незакрепленные литиевые батареи в регистрируемые сумки. В случае незакрепленных литиевых батарей в ручной клади необходимо защитить каждую из них индивидуально, чтобы предотвратить короткое замыкание. Для этого вы можете поместить каждую батарею в оригинальную розничную упаковку, отдельные полиэтиленовые пакеты или защитные пакеты. Вы также можете изолировать батареи, заклеив изолентой открытые клеммы.Запасные батареи не должны касаться металлических предметов, таких как монеты, ключи или украшения. Примите меры, чтобы предотвратить раздавливание, прокол или давление на аккумулятор.

Кроме того, мы разрешаем упаковывать в ручную кладь до двух литиевых батарей емкостью более 100 ватт-часов, но не более 160 ватт-часов. Клеммы любых упакованных литиевых батарей должны быть надлежащим образом покрыты и изолированы. Если вы путешествуете с мобильным устройством на батарейках, посетите нашу страницу для клиентов с ограниченными физическими возможностями.

Если вы проверяете ручную кладь на выходе, вы должны удалить все литиевые батареи и блоки питания.

Перед полетом проверьте характеристики всех аккумуляторов, с которыми вы планируете путешествовать, чтобы убедиться, что они соответствуют этим требованиям. Если энергоемкость вашей батареи не указана в ватт-часах (Втч), вы можете рассчитать ее, умножив напряжение батареи на ее емкость в ампер-часах (Ач). Если емкость указана в миллиампер-часах (мАч), разделите это число на 1000, чтобы преобразовать в ампер-часы, затем умножьте на напряжение, чтобы преобразовать в ватт-часы.

Для получения самой последней информации о литиевых батареях посетите страницу DOT с советами для авиаперелетов и веб-сайт FAA.

Путешествие в Японию и обратно

Министерство земли, инфраструктуры, транспорта и туризма Японии (MLIT) имеет некоторые дополнительные ограничения в отношении батарей и устройств с батарейным питанием. Для получения дополнительной информации посетите веб-сайт MLIT.

Товары с ограничениями

Может быть трудно соблюдать последние правила в отношении того, что можно и чего нельзя брать с собой.Мы составили этот список для некоторых наиболее распространенных запрещенных предметов.

Обычные предметы с ограничениями

Отозванные батареи и устройства — Литиевые батареи, отозванные производителем / продавцом, нельзя перевозить на борту самолета или упаковывать в багаж. Устройства с батарейным питанием, отозванные из соображений безопасности литиевых батарей, также не должны перевозиться на борту самолета или упаковываться в багаж, если устройство или его батарея не были заменены, отремонтированы или иным образом обезопасены в соответствии с инструкциями производителя / поставщика.FAA и ваша авиакомпания могут предложить дополнительные публичные рекомендации по отдельным отозванным продуктам. Информация об отзыве продукта доступна по адресу http://www.cpsc.gov/recalls. Выучить больше.

Принадлежности для сидений — Такие устройства, как подножки и детские кровати, которые крепятся к сиденьям самолета, помещаются между сиденьями или блокируют доступ к проходу, нельзя использовать на борту. Их можно брать с собой, но нельзя использовать на борту.

Международные путешествия с порошкообразными веществами (специи, кофе, сухое молоко и т. Д.)) — Если вы въезжаете в США международным рейсом, вы ограничены 12 унциями. (350 мл) порошкообразного вещества в ручной клади. Более крупные суммы могут быть разрешены после дополнительной проверки. Порошки более 12 унций. (350 мл) также могут быть помещены в вашу зарегистрированную сумку. (Внутренние рейсы и рейсы PPG-HNL не затронуты.)
Умные сумки — «Умные сумки» с литий-ионными батареями не принимаются в качестве зарегистрированной или ручной клади, если аккумулятор не может быть удален.Батареи из зарегистрированного багажа должны быть извлечены и перенесены в салон. Выучить больше.
Жидкости, гели и аэрозоли — Емкости менее 3,4 унции (100 мл) можно поместить в прозрачный пакет размером с кварту и упаковать в ручную кладь. Контейнеры большего размера должны быть упакованы в зарегистрированный багаж. Разрешены лак для волос и средство от насекомых.
Алкоголь более 24% — Каждый гость может провозить до 5 литров в зарегистрированном багаже. Емкости должны быть оригинальной розничной тары объемом не более 5 литров. Примечание : напитки с содержанием алкоголя более 70% не принимаются.
Пои, йогурт, перец чили, джемы, желе и т. Д. — Большие емкости с нетвердой пищей должны быть надежно упакованы в регистрируемый мешок. Только небольшие контейнеры менее 3,4 унций. (100 мл) можно продолжать. Исключение : разрешено провозить детское питание, достаточное для полета.
Ice — Лед не перевозится в ручной клади или зарегистрированном багаже. Вместо этого следует использовать многоразовые гелевые пакеты.Сухой лед разрешается упаковывать в соответствии с правилами FAA. Имейте в виду, что охладители из пенополистирола не допускаются в качестве предметов регистрации.
Туристическое снаряжение — Печи, топливо и канистры с топливом не принимаются, даже если они новые, неиспользованные или очищенные от топлива.
Электронные сигареты, форсунки, устройства для вейпинга — Электронные курительные устройства принимаются только в ручной клади.
Батареи — Любые запасные литиевые или литий-ионные батареи должны перевозиться с клеммами, защищенными от короткого замыкания.По возможности также следует брать с собой устройства с установленными литиевыми или литий-ионными батареями.
Ноутбуки, планшеты, мобильные телефоны — Персональные электронные устройства можно носить и использовать по указанию бортпроводника.
Гироскутеры, сегвеи, электрические одноколесные велосипеды — Самобалансирующиеся устройства с батарейным питанием не принимаются.
Спички и зажигалки — Разрешается провозить один блок спичек и одну обычную бутановую зажигалку.Все остальные спички и зажигалки полностью запрещены.
Лампочки — Запасные лампочки должны быть энергоэффективными и упакованы во избежание поломки.
Надувные шары — Все воздушные шары следует спускать и хранить отдельно.

Прочие опасные грузы

Любой обычный предмет, который может быть использован в качестве оружия, должен быть упакован в вашу зарегистрированную сумку. Сюда входят все острые предметы, бейсбольные биты, весла для каноэ, походные палки, хоккейные клюшки, электроинструменты и ручные инструменты более 7 дюймов в полностью собранном виде.

  • Огнестрельное оружие и боеприпасы
  • Спреи для самообороны, такие как мускатный баллончик и перцовый баллончик, не допускаются к провозу в проверяемых сумках и ручной клади.
  • Тазеры и электрошокеры не допускаются к провозу в зарегистрированной сумке или ручной клади.


Как правило, мы откажемся от перевозки любых предметов, которые, по нашему мнению, могут быть взрывоопасными, легковоспламеняющимися, окисляющими, радиоактивными, инфекционными, ядовитыми, коррозионными, сильно магнитными, биологически опасными или иными опасными.


Вопросы?

Мы рекомендуем обратиться в оба TSA. Что я могу принести? и FAA Pack Safe.Кроме того, в некоторых случаях наши правила выходят за рамки правительственных постановлений. Следующие пункты могут быть разрешены TSA и FAA. Однако они не принимаются ни в какой форме авиакомпанией Hawaiian Airlines:

.
Запрещено Hawaiian Airlines
Кемпинговые печи, гироскутеры, сегвеи, электрические одноколесные велосипеды, топливо, канистры с топливом, Samsung Galaxy Note 7, фейерверки, баллончики со сжатым газом, устройства внутреннего сгорания, бензопилы, двигатель или автомобильные детали, признанные легковоспламеняющимися, живая рыба, живые омары, павлины, хорьки, грызуны (т.е., морские свинки, мыши, крысы и др.), пауки, комары, рептилии, ртуть, краска (кроме маленьких тюбиков), соленая вода, ферментированный рыбный соус, жидкость для снятия лака (кроме небольших количеств), покрышки (кроме велосипеды), самонагревающиеся прокладки, грелки для рук, MRE, булавы, перцовый баллончик, электрошокеры, электрошокеры, шокирующие устройства, пожарные танцевальные устройства, тревожные портфели или атташе, клюшки для гольфа без качания.

Мягкий подкожный имплант с возможностью беспроводной зарядки аккумулятора и программируемым управлением для приложений в оптогенетике

Конструкция и принципы работы

На рисунке 1а показано схематическое изображение в разобранном виде перезаряжаемой без проводов, управляемой смартфоном оптоэлектронной системы (см. Методы раздел и дополнительный рис.1 для деталей изготовления). Беспроводная оптоэлектронная система состоит из четырех основных функциональных частей: (i) оптоэлектронных нейронных датчиков для фотостимуляции, (ii) схемы управления питанием с гибкой катушечной антенной и перезаряжаемой литий-полимерной (LiPo) батареей (GMB-300910, технология PowerStream) для беспроводная зарядка и работа, (iii) Bluetooth Low Energy System-on-Chip (BLE SoC; RFD77101, RF Digital Corporation) для беспроводного управления и (iv) инкапсуляция из мягкого полимера для упаковки биосовместимых устройств.Схема управления питанием с спиральной антенной в первую очередь помогает собирать беспроводную радиочастотную энергию для формирования электрических зарядных токов постоянного тока для LiPo-аккумулятора (12 мАч, 0,3 г). Катушечная антенна (16 витков, распределенных на двух соединенных между собой слоях) построена путем нанесения медных следов (толщиной 35 мкм) на тонкие слои полиимида (PI; толщиной 25 мкм). Двусторонние нейронные зонды включают микромасштабные неорганические светодиоды (μ-ILED; синие (470 нм), 270 × 220 × 50 мкм 3 ; дополнительный рисунок 2), которые управляются BLE SoC для обеспечения беспроводной оптогенетической модуляции. как в левом, так и в правом полушарии мозга.Каждый зонд имеет толщину 100 мкм и ширину 300 мкм, что делает его площадь поперечного сечения аналогичной площади поперечного сечения одномодового оптического волокна (0,03 мм 2 для оптоэлектронного зонда по сравнению с 0,042 мм 2 для оптического волокна) . Предыдущие исследования продемонстрировали биосовместимость и долгосрочную стабильность in vivo этого типа оптоэлектронных зондов в ткани мозга 17,19,20,23,24 . Инкапсуляция из мягкого полимера играет ключевую роль не только в обеспечении защиты устройства от биожидкостей и внешних ударов, но и в обеспечении конформной биоинтеграции для адаптивной и надежной работы внутри тела.Инкапсуляция состоит из нескольких полимерных слоев. Внутренние инкапсулирующие слои состоят из полидиметилсилоксана (PDMS; толщина 600 мкм) и парилена C (толщина 7 мкм, 0,083 г мм · м –2 день –1 проницаемость для водяного пара) и работают как защитный барьер от биожидкости, в то время как внешний ультрамягкий полимер (33,4 кПа, толщина 1400 мкм; Ecoflex GEL, Smooth-On Inc.) представляет собой биосовместимый механический буфер для бесшовной хронической интеграции с тканью (дополнительный рисунок 3). Все материалы и электронные компоненты коммерчески доступны и могут быть обработаны и собраны с использованием стандартных технологий изготовления, что облегчает массовое производство и развертывание устройств для исследований в области нейробиологии.

Рис. 1: Конструкция и принципы работы полностью имплантируемых, беспроводных перезаряжаемых мягких оптоэлектронных систем для оптогенетики in vivo.

a Принципиальная схема мягкой беспроводной оптоэлектронной системы с двусторонними датчиками, состоящая из микромасштабных неорганических светодиодов (μ-ILED), схемы управления питанием, радиочастотных (RF) катушек антенн, батареи и Система на кристалле с низким энергопотреблением Bluetooth (BLE SoC). b Электрическая схема всей системы регулирования мощности, которая состоит из беспроводного передатчика энергии и беспроводной перезаряжаемой оптоэлектронной системы (т.е., беспроводной приемник). c Оптическое изображение беспроводной оптоэлектронной системы, удерживаемое пальцами. На вставке видно, что устройство меньше четверти США. d Концептуальная иллюстрация системы беспроводных оптоэлектронных датчиков, подкожно имплантированной в голову грызуна для управления нейронными цепями глубоко в головном мозге. На вставке подчеркивается конформная интеграция устройства с мозгом крысы. e Рентгеновский снимок крысы с имплантированной беспроводной оптоэлектронной системой. f Принципы работы беспроводных оптоэлектронных систем в двух различных сценариях. Беспроводные имплантаты могут работать (i) в клетке, оснащенной замкнутой системой самозарядки RF для хронических исследований in vivo, или (ii) в любой стандартной экспериментальной установке без использования специального передатчика мощности RF с использованием встроенной батареи. Во всех случаях специально разработанное приложение для смартфона позволяет легко управлять беспроводными имплантатами.

Принципиальная схема всей беспроводной системы показана на рис.1b. Как беспроводной передатчик энергии (рис. 1b, вверху), так и беспроводной приемник (т. Е. Беспроводное оптоэлектронное устройство; рис. 1b, внизу) предназначены для согласования с резонансной частотой 6,78 МГц в соответствии со стандартом Alliance for Wireless Power (A4WP). , который широко используется для одновременной беспроводной зарядки нескольких устройств. Поскольку спиральная антенна устройства принимает мощность, передаваемую по беспроводной сети, через индуктивную связь, она подает выпрямленное и умноженное напряжение на батарею для сбора энергии через схему удвоения напряжения.Чтобы предотвратить нежелательную разрядку батареи из-за обратного тока, батарея, расположенная на нагрузке, соединена с диодом Шоттки последовательно. Аккумулятор, заряжаемый по беспроводной сети, затем обеспечивает стабильное питание постоянного тока для BLE SoC и μ-ILED для их надежной беспроводной работы.

На рис. 1c – f показаны различные функции и рабочие концепции полностью имплантируемых оптоэлектронных систем с беспроводной подзарядкой. Компактная и легкая электронная конструкция (рис. 1c; 1,4 г; длина 19 мм × ширина 12 мм × толщина 5 мм) обеспечивает бесшовную интеграцию устройства в тело мелких животных, таких как грызуны, и обеспечивает их естественное естественное поведение и движение (рис.1d и e и дополнительный рис. 4). Первая особенность устройства по сравнению с современными головными системами 15,16,17,18,19,20,21 существенно снижает риск повреждения устройства и нежелательной нагрузки на ткань, в которую оно имплантировано, которые могут быть вызваны интенсивным взаимодействием между животными, особенно в условиях группового содержания, и / или случайным столкновением устройства с жесткими клетками во время свободного передвижения. Кроме того, подход, объединяющий беспроводную передачу энергии с аккумулятором, обеспечивает уникальные свойства, которые делают его превосходящим существующие беспроводные технологии с питанием от аккумулятора и без аккумулятора.Одной из наиболее важных особенностей этой конструкции является то, что возможность беспроводной подзарядки полностью устраняет необходимость в периодической замене батарей, открывая возможности для постоянной непрерывной работы внутри тела без прерывания работы. Кроме того, питаясь от встроенного аккумулятора, устройство позволяет работать независимо от условий окружающей среды и настроек питания, что делает их использование более универсальным. Некоторые возможные сценарии его использования в исследованиях поведенческой нейробиологии показаны на рис. 1f. Устройства можно заряжать по беспроводной сети, пока животные свободно перемещаются в домашней клетке, оснащенной беспроводной системой автоматической зарядки с обратной связью.После того, как устройства полностью заряжены, животных можно поместить в «любую» экспериментальную установку (т.е. без необходимости в установке для передачи энергии), тем самым облегчая их широкое использование для многочисленных исследований в области нейробиологии. Во всех случаях с помощью специально разработанного приложения для смартфона операцией μ-ILED (5-40 Гц с шириной импульса 10 мс) можно управлять по беспроводной сети, а уровень заряда батареи можно контролировать в режиме реального времени с помощью связи BLE (рис. 1f). , Дополнительный рисунок 5 и дополнительный фильм 1). BLE — это привлекательная схема беспроводного управления для исследований в области нейробиологии, которая преодолевает ограничения как IR 15,17,18 , так и других средств беспроводного управления RF 20,21,22,23,24,25,26,27 .Некоторые из преимуществ управления BLE включают в себя высокоселективный контроль одного или нескольких животных в непосредственной близости, отсутствие ограничений прямой видимости, большое рабочее расстояние (до ~ 100 м) и двунаправленную связь, которая обеспечивает управление с обратной связью, так как продемонстрировано в нашем имитационном эксперименте (дополнительный рис. 6). Все вышеупомянутые характеристики делают этот инструмент универсальным и эффективным вариантом для хронических приложений in vivo в нейробиологических исследованиях.

Электрические характеристики беспроводных систем зарядки аккумуляторов

Мягкие оптоэлектронные имплантаты можно заряжать без проводов через индуктивную связь на 6.78 МГц, при этом животные остаются в клетках родного дома. На рисунке 2 показаны электрические характеристики беспроводных систем зарядки аккумуляторов в различных условиях эксплуатации в типичной клетке для крыс (39,6 × 34,6 × 21,3 см 3 ), установленной с тремя катушечными радиочастотными антеннами, расположенными вверху (синий цвет, высота 21,3 см). боковая (зеленая, высота 4, 8 и 12 см) и нижняя (красная, высота 0 см) (рис. 2а). Антенны предназначены для интеграции с клеткой для крыс с помощью простого процесса сборки (дополнительный рис.7), чтобы обеспечить простую и быструю установку для разных клеток с одинаковыми размерами. В конструкции РЧ-передатчика одной боковой антенны или верхней и нижней антенн без боковой антенны недостаточно для эффективной беспроводной зарядки устройств, имплантированных свободно движущимся грызунам из-за либо относительно слабой генерации магнитного поля (дополнительный рисунок 8a), либо вакансия поля в трехмерном пространстве (дополнительный рис. 8б) соответственно. При одновременном использовании всех трех антенн система беспроводной зарядки может создавать магнитные поля, достаточно сильные, чтобы покрыть все трехмерное пространство внутри клетки (рис.2b, дополнительный рисунок 8c и дополнительный ролик 2), тем самым поддерживая сбор энергии во всех местах.

Рис. 2: Электрические характеристики беспроводных аккумуляторных оптоэлектронных систем.

a , b Принципиальная схема ( a ) и смоделированная плотность магнитного поля ( B ) ( b ) клетки для крыс (39,6 см ( W ) × 34,6 см ( L ) ) × 21,3 см ( В, )) с тремя рамочными антеннами (верхняя, боковая и нижняя антенны). c Измерение выпрямленного напряжения (синяя линия) и мощности, подаваемой на нагрузку (красная линия) беспроводного устройства с различным сопротивлением нагрузки (от 7 до 30 кОм), которое размещалось в центре на высоте 6 см над земля крысиной клетки. Максимальная выходная мощность (~ 5,3 мВт) была получена при сопротивлении нагрузки 4,7 кОм, когда передавалась входная мощность 12,5 Вт. d Нормализованная мощность при выходной нагрузке (4,7 кОм) беспроводных устройств в различных местах (центр, край и угол), высоте (3, 6, 9 и 12 см) и ориентации (0 °, 30 °, 60 °). ° и 80 °) внутри клетки для крыс. e Изменение эффективности сбора энергии в зависимости от расположения и угловой ориентации устройства на высоте 6 см в клетке для крыс. f Характеристики беспроводной зарядки аккумулятора в соленой воде (0,9%) на разной высоте (0, 3, 6, 9 и 12 см) для устройства, расположенного в центре (слева) и в углу (справа) клетки. Зарядка аккумулятора началась после того, как аккумулятор был полностью разряжен. г Мониторинг уровня заряда батареи в режиме реального времени во время операции автоматической зарядки оптоэлектронной системы с обратной связью в двух различных последовательных сценариях: беспроводная автоматическая зарядка (i) без и (іі) с работой светодиодов.Когда уровень напряжения аккумулятора достигает предварительно установленного максимума, зарядка автоматически временно отключается на 10 с, чтобы убедиться, что аккумулятор действительно полностью заряжен (см. Небольшую выемку на записанном сигнале через 22 мин). Небольшое колебание уровня напряжения батареи, возникающее между 58 и 80 мин, связано с электрическими помехами, вызванными работой светодиода. Проверка принципа действия проводилась с устройством, погруженным в соленую воду (0,9%), которое располагалось в центре пола клетки для крыс.

Беспроводные оптоэлектронные устройства (например, приемники) предназначены для эффективного поглощения передаваемой радиочастотной мощности независимо от их местоположения и углов внутри клетки. На рисунке 2c показано выпрямленное напряжение и передаваемая мощность на нагрузку беспроводного устройства с различным сопротивлением нагрузки в центре клетки (высота 6 см), когда входная мощность 12,5 Вт подается на передающие рамочные антенны клетки. Пиковая передаваемая мощность (~ 5,3 мВт) может быть получена при напряжении ~ 5 В, что достигается за счет выпрямления и умножения через схему управления беспроводной мощностью (рис.1б, красная пунктирная рамка). В целом, эти устройства показывают некоторую степень вариации мощности, принимаемой по беспроводной сети, в зависимости от их местоположения (центр, край и угол), высоты (3 см, 6 см, 9 см и 12 см над землей) и угловой ориентации (0 °, 30 °, 60 ° и 80 ° по отношению к горизонтальной плоскости) внутри клетки, демонстрируя четкую обратную зависимость между угловой ориентацией и принимаемой мощностью в трехмерном пространстве (рис. 2d, e). Тем не менее, нет резкого снижения эффективности сбора энергии даже при очень большой угловой ориентации (80 °) или при изменении высоты по направлению к среднему пространству клетки, что обеспечивает стабильную беспроводную зарядку аккумулятора.Это происходит благодаря комбинаторной конструкции антенны, которая объединяет поля сверху, сбоку и снизу катушек, чтобы обеспечить эффективное покрытие поля в пространстве и в направлении внутри клетки.

Проверочный эксперимент проверяет возможности устройства для беспроводной зарядки. Чтобы смоделировать работу in vivo, мы погрузили устройство в соленую воду (0,9%) и охарактеризовали поведение зарядки аккумулятора в различных местах внутри клетки (рис. 2f и дополнительный рис. 7b). Во всех случаях для зарядки аккумулятора хватало 45 мин (~ 3.7 В) для работы μ-ILED на частоте 5-40 Гц с длительностью импульса 10 мс в течение> 40 минут (дополнительный рисунок 9a, b). Это означает, что заряженные устройства могут работать где угодно и когда угодно, больше не полагаясь на настройку передачи энергии, тем самым преодолевая критическое ограничение современных имплантируемых безбатарейных технологий беспроводных устройств 22,23,24,25,26,27 . Обратите внимание, что время работы устройства может быть дополнительно увеличено за счет использования аккумулятора большей емкости и / или более продвинутой маломощной BLE SoC (дополнительный рис.9в, д).

Оптоэлектронные устройства также могут автоматически заряжаться по беспроводной сети через замкнутую систему, интегрированную с передатчиком РЧ мощности (рис. 1b, желтая пунктирная рамка). Беспроводная система автоматической зарядки (Рис. 1f, посередине) постоянно контролирует уровень заряда батареи устройств через соединение Bluetooth и включает РЧ-передатчик для беспроводной передачи энергии, если уровень заряда батареи опускается ниже 15% (Дополнительный Рис. 10). Эта схема зарядки с обратной связью предотвращает полную разрядку аккумулятора, благодаря чему устройства всегда находятся в режиме ожидания для беспроводного запуска.На рис. 2g и в дополнительном ролике 3 показана принципиальная демонстрация автоматической беспроводной зарядки устройств. Измерение в реальном времени уровня напряжения аккумулятора устройств во время работы в отсеке для беспроводной зарядки проверяет работоспособность беспроводной системы с обратной связью, которая не требует физического вмешательства в свободно движущихся животных во время поведенческих экспериментов.

Механические и тепловые характеристики мягких беспроводных оптоэлектронных систем

Оптоэлектронные системы с беспроводной подзарядкой упакованы в мягкую, совместимую с тканями платформу устройства, которая может адаптироваться к деформации и соответствовать криволинейным поверхностям внутри тела.Платформа для мягкой упаковки состоит из тонкого двухслойного (сердцевины) из ПДМС (0,6 мм) и парилена C (7 мкм), который действует как водостойкий барьер против проникновения биожидкости, и внешнего ультрамягкого силиконового геля (оболочка; Ecoflex GEL, Smooth- On Inc .; 33,4 кПа; 1,4 мм), который работает как механический буфер (рис. 3a). Эта система из мягкого полимерного композита ядро ​​/ оболочка обеспечивает несколько ключевых функций для полностью имплантируемых систем; он предлагает (i) идеальную конформную интеграцию с изогнутыми поверхностями тела, (ii) термомеханическую совместимость между имплантатом и мягкой мозговой тканью, (iii) защиту электронной системы от биожидкости и (iv) легкий вес устройства, который невозможно достичь с помощью обычных герметизирующие материалы, такие как металлы и стекло.На рис. 3б представлены оптические изображения инкапсулированных в полимер устройств (общая толщина 5 мм), конформно сопряженных с изогнутыми поверхностями черепа крысы (слева) и полусферической структурой (справа; радиус кривизны 35 мм). Кроме того, как показано на рис. 3c и дополнительном рис. 11, степень контакта на изогнутой поверхности увеличивается с увеличением толщины внешнего ультрамягкого силиконового слоя, достигая пиковых значений при общей толщине инкапсуляции 2 мм (1,4 мм). толстая оболочка Ecoflex GEL и 0.Сердечник из ПДМС толщиной 6 мм). Благодаря такой инкапсуляции устройства могут идеально интегрироваться с любой поверхностью с радиусом кривизны 35 мм или более без изгиба конструкции устройства внутри мягкого полимерного покрытия, что обеспечивает стабильную и стабильную работу устройства (дополнительный рис. 12). Кроме того, анализ напряжения-деформации показал, что поперечный эффективный модуль Юнга устройств существенно снизился до ~ 137 кПа, что сравнимо с модулем чистого мягкого силикона (например.g., Dragon Skin, Smooth-On Inc.), когда в качестве герметизирующей оболочки используется ультрамягкий силикон (Ecoflex GEL) толщиной более 1,4 мм (рис. 3d, e и дополнительный рис. 13). Наша мягкая упаковка с оптимизированными параметрами (например, Shell верх / низ = 0,5 мм / 0,9 мм, Core верх / низ = 0,5 мм / 0,1 мм), основанная на этом механическом анализе, не только делает устройство в целом достаточно тонким для полной имплантации, но также обеспечивает отличное соответствие, а также биомеханическую совместимость, что желательно для подкожных имплантатов.

Рис. 3: Механические и термические характеристики мягких беспроводных перезаряжаемых оптоэлектронных имплантатов.

a Схематическая диаграмма имплантата, инкапсулированного мягкими биосовместимыми полимерами (вверху) и его вид в разрезе (внизу). b Оптические изображения имплантата, конформно закрепленного на черепе крысы (слева) и полуцилиндрической конструкции с радиусом кривизны 35 мм (справа). На вставках показаны увеличенные изображения края устройства, подчеркивающие идеальную конформную интеграцию с изогнутыми поверхностями. c Степень конформного контакта на полуцилиндрических конструкциях с разным радиусом кривизны (5–50 мм) для устройств с инкапсулированием силиконовым гелем разной толщины ( т оболочка = 0,4, 1,4 и 2,4 мм). d Механическое напряжение как функция сжатия для устройств, покрытых силиконовым гелем разной толщины ( t оболочка = 0,4, 1,4 и 2,4 мм). e Поперечный эффективный модуль Юнга ( E eff ) устройств, покрытых тремя распространенными эластомерами (PDMS, Ecoflex и Ecoflex GEL), в зависимости от толщины инкапсуляции (слева) ( n = 3).Увеличенный график (справа) подчеркивает значительно низкий эффективный модуль Юнга устройства с инкапсуляцией Ecoflex GEL по сравнению с устройствами, покрытыми PDMS или Ecoflex. Планки погрешностей указывают максимальные и минимальные значения. f Инфракрасные изображения, показывающие температуру поверхности устройств без (вверху) и с (внизу) полимерной инкапсуляции до (слева) и во время (справа) беспроводной зарядки и работы μ-ILED (40 Гц, ширина импульса 10 мс). Измерение проводилось в окружающей среде при комнатной температуре. г Температура эксплантированной мозговой ткани с помощью μ-ILED, работающего при различных частотах импульсов (5, 10, 20 и 40 Гц; ширина импульса 10 мс) на 1 мм ниже поверхности ткани (вставка). Для имитации биологической среды базовая температура эксплантированной мозговой ткани поддерживалась на уровне 36,5 ° C с использованием нагревателя. ч Уровень напряжения аккумулятора как функция времени во время повторной работы устройства, то есть повторения беспроводной зарядки (60 мин) и работы μ-ILED (20 Гц, ширина импульса 10 мс), после погружения устройств в соленую воду с температуры 37 ° C и 90 ° C.

Кроме того, покрытие ядра / оболочки работает как тепловой буфер, а также как барьер для жидкости, что обеспечивает термически безопасную и водонепроницаемую работу в биожидкостной среде. Слои полимерной инкапсуляции (2 мм для корпуса устройства; 7 мкм Parylene C для μ-ILED) эффективно рассеивают тепло, выделяемое во время беспроводной зарядки и работы μ-ILED, тем самым предотвращая термическое повреждение ткани мозга (рис. 3f и g и Дополнительный рис.14). Максимальное повышение температуры во время работы устройства (когда μ-ILED работают на частоте 40 Гц с длительностью импульса 10 мс) минимально (~ 1.1 ° C), что соответствует стандарту термобезопасной эксплуатации медицинских изделий (т. Е. Максимально допустимое превышение температуры над температурой тела: <2 ° C; ISO 14708-1: 2014 (E) 30 ). В нашем испытании на долговечность в физиологическом растворе (0,9%) при двух различных температурах, 37 ° C и 90 ° C (дополнительный рис. 15a), полимерная инкапсуляция обеспечивала отличную водонепроницаемость, которая позволяла устройствам стабильно работать в течение как минимум 55 дней. при <90 ° C (рис. 3h и дополнительный рис.15б). Согласно соотношению Аррениуса 24,31 , срок службы устройств оценивается более года при 37 ° C, что демонстрирует их потенциальную пригодность для хронических исследований in vivo.

Контроль выраженности индуцированной кокаином локомоторной сенсибилизации с помощью беспроводных перезаряжаемых оптоэлектронных систем у свободно движущихся крыс

Чтобы проверить, работает ли наше беспроводное оптоэлектронное устройство функционально и эффективно ли контролирует поведение свободно движущихся животных, мы провели оптогенетические эксперименты, применив Хорошо известная схема локомоторной сенсибилизации кокаином после экспрессии канала родопсина-2 (ChR2), опосредованного аденоассоциированным вирусом (AAV), в прелимбической (PL) цепи к прилежащему ядру (NAc) и имплантации устройства (рис.4а). Для имплантации устройства над черепом крысы надрезали достаточную площадь кожи, чтобы поместилось устройство (1,4 г; 19 × 12 × 5 мм 3 ; рис. 1c), и в черепе просверлили отверстия для инъекции зонда. (Рис. 4б, i). После того, как зонды были введены в ткань мозга и корпус устройства был закреплен на черепе с помощью цианакрилатного адгезива и стоматологического цемента, открытая кожа была закрыта и зашита для полной имплантации устройства (рис. 4b, ii – iii). После недели восстановления (рис.4b, iv), все крысы были здоровы и демонстрировали естественное нормальное поведение (то есть ели, двигались, поднимались и ухаживали) без каких-либо заметных нарушений активности и координации движений, как показано в дополнительных видеороликах 4 и 5. На рис. подсчет двигательной активности, полученный в течение 1 и 7 дней в ответ на внутрибрюшинную (IP) инъекцию физиологического раствора, только кокаина и кокаина с фотостимуляцией в NAc. Как хорошо известно 32,33 и ожидалось, крысы, ежедневно принимавшие кокаин, демонстрировали более выраженную сенсибилизированную локомоторную реакцию на 7-й день по сравнению с 1-м днем ​​( p <0.001). Этот эффект, однако, был значительно подавлен одновременной фотостимуляцией (длина волны 470 нм, 40 Гц с шириной импульса 10 мс, 30 с вкл / выкл в течение 5 минут с 10-минутным интервалом без света) ядра NAc. Двухфакторный дисперсионный анализ с повторными измерениями (ANOVA), проведенный на этих данных, показывает, что существует множественное значимое влияние на двигательную активность групп [F (2,12) = 5,75, p <0,02], дней [F (1 , 12) = 10,04, p <0,009], и взаимодействия между группами и днями [F (2,12) = 7.54, p. <0,009]. Последующие сравнения Бонферрони показали, что фотостимуляция значительно снижала ( p <0,05) сенсибилизированную двигательную активность, вызванную кокаином, в течение всего 60 минут. Анализ динамики движения данных по двигательной активности, полученных на 7-й день (рис. 4d), показал, что сенсибилизированные эффекты кокаина, активирующие локомоторы, сохранялись примерно в течение первых получаса тестирования, и способность оптогенетической стимуляции подавлять эти эффекты была очевидной. в течение этого времени.ANOVA подтвердил значимое влияние на двигательную активность групп [F (2,12) = 6,94, p <0,02] и время [F (11 132) = 4,64, p <0,001]. Последующие сравнения Бонферрони показали, что фотостимуляция значительно снизила ( p <0,05–0,01) сенсибилизированную двигательную активность, вызванную кокаином, через 5, 15 и 20 минут по сравнению с тем, что наблюдалось у крыс, которые получали только кокаин. После экспериментов мы подтвердили экспрессию ChR2 как в ядерных областях PL, так и в NAc, куда были доставлены вирусы (рис.4e) и точная имплантация зонда в области прямо под брегмой (фиг. 4f), где зонды μ-ILED были оптимально размещены для освещения области NAc в переднем направлении (см. Диаграмму мозга на фиг. 4a). Эти результаты ясно показывают, что наше беспроводное устройство полностью имплантируется и функционально хорошо работает у свободно движущихся животных, что подтверждает его потенциал для оптогенетики in vivo.

Рис. 4: Контроль экспрессии индуцированной кокаином сенсибилизации опорно-двигательного аппарата с помощью беспроводных перезаряжаемых оптоэлектронных имплантатов у свободно движущихся крыс.

a Календарь с указанием графика всей экспериментальной процедуры. На схематической диаграмме мозга крысы показаны места для инъекций вируса и введения зонда μ-ILED. Также показан график инъекций кокаина (справа). Подгруппа крыс, которым вводили кокаин, была фотостимулирована в дни 1 и 7. b Серия фотографий крысы, сделанных во время операции по имплантации устройства (i – iii) и после восстановления после операции (iv). c Подсчет общей двигательной активности, наблюдаемый во время 60-минутного теста в дни 1 и 7 после физиологического раствора (белый), только кокаина (красный) или кокаина с фотостимуляцией (синий) ( n = 5).Две перекрывающиеся индивидуальные оценки данных помечаются рядом с ними цифрой 2. Данные анализировали с помощью повторного двухфакторного дисперсионного анализа ANOVA с последующими апостериорными сравнениями Бонферрони. *** p <0,001, группа только кокаина на 7 день по сравнению с днем ​​1. p <0,05, группа кокаина с фотостимуляцией по сравнению с группой только кокаина. Планки погрешностей указывают на среднее значение + SEM. d Данные о ходе на 7 день, которые показаны в виде подсчетов двигательной активности с 5-минутными интервалами, полученных в течение 30 минут, предшествующих (от -30 до 0 минут), и 60 минут после физиологического раствора (белый), только кокаина (красный) , или кокаин с фотостимуляцией (синий) (0–60 мин) ( n = 5).Синяя полоса указывает на произведенную световую стимуляцию (5, 20, 35 и 50 минут). *** p <0,001, ** p <0,01, * p <0,05, группа только кокаина по сравнению с физиологическим раствором. †† p <0,01, p <0,05, группа только кокаина по сравнению с группой кокаина с фотостимуляцией. Планки погрешностей указывают на среднее значение + SEM. e Эпифлуоресцентное изображение диагонального среза мозга с малым увеличением (слева), показывающее опосредованную AAV экспрессию EYFP как в основных областях PL, так и в NAc.При большем увеличении (справа) более очевидно, что EYFP хорошо экспрессируется в областях клеточного тела в PL (вверху справа) и даже в терминальном месте аксона в ядре NAc (внизу справа). f Типичное изображение в светлом поле с зондирующими дорожками. Большинство следов находится в районе за NAc.

Доказательная демонстрация возможности работы в человеческом мозге

Предлагаемая полностью имплантируемая, беспроводная перезаряжаемая мягкая оптоэлектронная система может открыть новые возможности для включения оптогенетики в человеческий мозг для терапевтических применений.Рисунок 5 иллюстрирует демонстрацию концепции такой системы для ее потенциальной работы в человеческом мозге. Полностью имплантируемая беспроводная система (рис. 5a) может использоваться в качестве удобного для пользователя клинического устройства, которым можно управлять с помощью простой манипуляции со смартфоном для оптической стимуляции целевых нейронных цепей (слева) и которое можно заряжать по беспроводной сети с помощью беспроводной зарядки. шлем (справа, дополнительный рис. 16а). Благодаря миниатюрной беспроводной архитектуре с интегрированным аккумулятором, эта система требует не только минималистичного оборудования (т.е.е., смартфон) для управления, но также обеспечивает его повсеместное использование для лечения заболеваний мозга, что делает его очень практичным инструментом для использования в повседневной жизни. Эта функция преодолевает ограничения современных беспроводных оптогенетических устройств без батарей, которые ограничены для использования в исследованиях на животных, но не на людях, из-за необходимости в специальной громоздкой настройке беспроводной передачи энергии для включения устройств 20,21,22,23 , 24,25,26,27 . Кроме того, благодаря возможности беспроводной зарядки, устройству не требуется множество сложных операций для замены батареи, что повышает ценность устройства как удобного для пациента, хронически имплантируемого устройства.

Рис. 5: Доказательная демонстрация полностью имплантируемых беспроводных перезаряжаемых оптоэлектронных систем для потенциальной работы в человеческом мозге.

a Концептуальная иллюстрация, показывающая беспроводную работу и подзарядку системы для хронических приложений человеческого мозга. Человек с беспроводной системой, имплантированной в его / ее мозг, может управлять ею, просто манипулируя смартфоном (слева) и заряжая аккумулятор, надев беспроводной зарядный шлем, интегрированный с передающей катушкой RF (справа). b Оптические изображения и электрические характеристики системы, имплантированной в модель головы человека, состоящую из фантомного черепа и мозга (баллон, заполненный 0,9% -ной соленой водой), для двух различных сценариев работы: (1) повседневное использование со светодиодами и (2) беспроводная подзарядка. Чтобы имитировать повседневное использование (слева), набор операций μ-ILED (10 и 20 Гц, ширина импульса 10 мс; ~ 20 мин) и отдыха (~ 30 мин) повторялся до тех пор, пока батарея устройства не была почти полностью разряжена (уровень заряда батареи ~ 10%).Устройство было успешно заряжено путем передачи радиочастотной мощности (6, 8 и 10 Вт) с помощью специально разработанного беспроводного зарядного шлема (> 70% зарядки за 15 минут). c , d Смоделированная иллюстрация удельного коэффициента поглощения (SAR) над головой человека c и ИК-изображение передающей РЧ катушки d , когда передающая РЧ мощность 10 Вт на 6,78 МГц подается на беспроводной зарядный шлем. Достаточно низкий коэффициент SAR и незначительное тепловыделение, вызываемое шлемом с беспроводной зарядкой, подтверждают биологически безопасную работу.

На рисунке 5b показаны эксперименты с использованием фантомного черепа (часть Classic Human Skull Model 3, 3B Scientific) и фантомного мозга (баллон, заполненный 0,9% физиологическим раствором, дополнительный рисунок 16b) для изучения возможности работы устройства на человеке. головной мозг. В этом исследовании мы успешно и надежно реализовали как беспроводное управление светодиодами (сценарий 1), так и беспроводную зарядку (сценарий 2). Обратите внимание, что для использования человеком в устройстве может быть встроена батарея большего размера, поэтому время работы устройства может быть существенно увеличено (дополнительный рис.9c) по сравнению с измеренным в сценарии 1 на рис. 5b. По сравнению с клеткой для крыс с рамочными антеннами (рис. 2b, f) разница в размерах между передатчиком (в шлеме) и приемными катушками (в имплантате) была относительно небольшой, создавая более плотное магнитное поле и, таким образом, обеспечивая более быструю беспроводную зарядку. . Более того, этот подход к носимому зарядному шлему обеспечивает эффективную беспроводную передачу энергии, поскольку имплант всегда остается в одном и том же месте относительно передающего шлема. Согласно нашему моделированию (рис.5c и дополнительный рисунок 17), беспроводная зарядка с относительно низкой входной мощностью РЧ (<10 Вт) приводит к небольшому удельному коэффициенту поглощения (SAR <1,2 Вт / кг), что соответствует директивам Федеральной комиссии по связи (FCC) по биологической безопасности.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *