زیادہ سے زیادہ بیٹری لائف کے لیے پورٹایبل مساجر کا ڈیزائن کیسے کریں؟

پورٹ ایبل مساجرز کے لیے بیٹری کی زندگی کو بہتر بنانے کی بنیادی حکمت عملیاں

پورٹ ایبل مساجرز میں بجلی کی خرچ کے اہم عوامل

زیادہ تر قابلِ حمل مساج کرنے والے آلات بجلی کا استعمال بنیادی طور پر موٹر کے چلنے سے کرتے ہیں جو تقریباً 58 فیصد وقت تک چلتی رہتی ہے، جبکہ کنٹرول سسٹمز اس کا مزید 23 فیصد استعمال کرتے ہیں، اور سرکٹس میں چھوٹی چھوٹی لیکیجز تقریباً 19 فیصد کے برابر ہوتی ہیں جیسا کہ پونمین کی 2023 کی کچھ تحقیق کے مطابق۔ ان چیزوں کا جتنا زوردار وائبریشن ہوگا، اس کا چارج کے درمیان دورانیہ پر اتنا ہی بڑا اثر پڑتا ہے۔ جب کوئی شخص وائبریشن کو زیادہ سے زیادہ سطح تک بڑھا دیتا ہے تو یہ بیٹری کی عمر کو نرم موڈ کے مقابلے میں تقریباً دو تہائی تک کم کر سکتا ہے۔ متراکم ڈیزائن کی وجہ سے ان آلات کے اندر حرارت کے جمع ہونے کے مسائل بھی پیدا ہوتے ہیں۔ چونکہ مناسب تالیل (کولنگ) کے لیے جگہ کافی نہیں ہوتی، اس لیے تقریباً 12 فیصد صرف پیدا ہونے والی حرارت کو سنبھالنے میں ضائع ہو جاتا ہے۔

موثر موٹر کا انتخاب اور ڈیوٹی سائیکل کنٹرول

نایاب زمینی مقناطیس کے ساتھ برش لیس ڈی سی موٹرز 92 فیصد کارکردگی حاصل کرتے ہیں، جو 78 فیصد پر مشتمل برش والے موٹرز کی نسبت بہتر کارکردگی دکھاتے ہیں۔ 45 سیکنڈ آپریشن کے بعد 15 سیکنڈ کے وقفے پر مشتمل متحرک ڈیوٹی سائیکلنگ کو نافذ کرنے سے طبی تجربات میں ہر چارج پر 32 منٹ تک چلنے کی مدت بڑھ جاتی ہے۔ پلس-وِڈتھ ماڈولیشن (PWM) کنٹرولرز رفتار کی تبدیلی کے دوران توانائی کے ضیاع کو 41 فیصد تک کم کر کے کارکردگی میں مزید اضافہ کرتے ہیں۔

توانائی کے رساؤ کو کم سے کم کرنے کے لیے سرکٹ ڈیزائن کی تکنیکیں

ایس ایم ڈی اجزاء میں دراڑ کی وجہ سے خود بخود ہونے والی سمندریت میں کافی حد تک کمی آتی ہے، دراصل تقریباً 29 فیصد کمی واقع ہوتی ہے۔ اور مائیکرو کنٹرولرز کی بات کریں تو، اے آر ایم کورٹیکس-ایم0+ سیریز واقعی نمایاں ہے کیونکہ وہ اپنا خاموشی کا رویہ صرف 8 مائیکروایمپئر پر برقرار رکھتی ہے۔ کسی اتنی چھوٹی چیز کے لحاظ سے یہ کافی متاثر کن ہے۔ جب بات بجلی کے انتظام کی آتی ہے، تو بہتر بنائے گئے تقسیم کاری نیٹ ورکس کا بھی حقیقی فرق پڑتا ہے۔ وہ لیتھیم آئن سسٹمز میں ورنہ ضائع ہونے والی توانائی کے 18 سے 22 فیصد تک بچت میں مدد کرتے ہیں۔ حالیہ بہتری کو دیکھتے ہوئے، ہم نے کچھ دلچسپ ترقیات دیکھی ہیں۔ سوئچ موڈ پاور سپلائز اب تقریباً 95 فیصد کارکردگی حاصل کر لیتے ہیں جو قابل تعریف ہے۔ نئے گرافین پر مبنی سپر کیپسیٹرز بھی موجود ہیں جو روایتی اختیارات کے مقابلے میں لوڈ کو بہتر طریقے سے مستحکم کرتے ہیں۔ اور چارجنگ سرکٹس میں موافقت پذیر امپیڈنس میچنگ کی تکنیکوں کو نظر انداز نہ کریں جو حالات کی بنیاد پر خود بخود ایڈجسٹ ہو جاتی ہیں۔ تمام ان ایجادات کا اجتماع الگ طور پر الیکٹرانک اشیاء میں بجلی کے استعمال کے بارے میں ہمارے خیالات کو تبدیل کر رہا ہے۔

تجاویزِ توانائی سے بچت کرنے والی مکینیکل اور ساختی ڈیزائن

ماسج کے سر میں ٹنگسٹن کاربائیڈ بیئرنگز فولاد کے مقابلے میں اصطکاک کے نقصان کو 39 فیصد تک کم کر دیتی ہیں۔ ایروجل کے ساتھ عایت شدہ ریاحت بخش ہینڈلز مناسب آپریٹنگ درجہ حرارت (25—35°C) برقرار رکھتے ہیں، جس سے بیٹری کی کارکردگی کو تحفظ حاصل رہتا ہے۔ عناصر کے محدود تجزیہ (FEA) کی بنیاد پر ٹاپولوجی کی بہتری وزن کو 17 فیصد تک کم کرتی ہے بغیر پائیداری کے نقصان کے، جس سے فی گرام توانائی کی کارکردگی میں بہتری آتی ہے۔

منفرد طاقت کے موڈز اور استعمال کی بنیاد پر توانائی کی بچت

اسمارٹ نظام MEMS ایکسلیرومیٹرز کا استعمال کرتے ہوئے غیر فعالیت کا پتہ لگاتے ہیں اور عام استعمال کے دوران 8 سیکنڈ کے اندر اسٹینڈ بائی موڈ میں تبدیل ہو جاتے ہیں، جس سے عام حالات میں بیٹری کی صلاحیت کا 23 فیصد بچ جاتا ہے۔ لیتھیم آئن بیٹریز کو 20—80 فیصد چارج کی حالت (SoC) کے درمیان رکھنا مکمل ڈسچارج کے مقابلے میں سائیکل زندگی کو 2.4 گنا تک بڑھا دیتا ہے۔ حقیقی دنیا کی جانچ پڑتال سے پتہ چلتا ہے کہ منفرد الخوارزمی روزمرہ استعمال کے منظرناموں میں سروس زندگی کو 18 ماہ تک بڑھا دیتی ہے۔

لیتھیم آئن بیٹری کا انتخاب اور توانائی کی کثافت کی بہتری

موٹر سائز کے ساتھ بیٹری کی زندگی کے ساتھ پورٹ ایبل مساجرز کو ڈیزائن کرنے کے لیے لیتھیم آئن کیمسٹری کے انتخاب اور توانائی کی کثافت کی بہتری کی حکمت عملی درکار ہوتی ہے۔ الیکٹرو کیمیکل خصوصیات کو ڈیوائس کی حدود کے ساتھ متوازن کرکے، انجینئرز حفاظت یا قابلِ حمل ہونے کو متاثر کئے بغیر وقت تک چلنے کی صلاحیت حاصل کر سکتے ہیں۔

پورٹ ایبل مساجرز کے لیے لیتھیم آئن کیمسٹری کا موازنہ تجزیہ

پورٹیبل مساجرز کے لیے، لیتھیم آئرن فاسفریٹ (LFP) اور نکل منگنیز کوبالٹ (NMC) بیٹری کیمیائی اقسام بہت اچھی کارکردگی دکھاتی ہیں کیونکہ وہ تقریباً 150 سے 220 واٹ فی کلوگرام تک توانائی کی کثافت اور مضبوط حرارتی استحکام کے درمیان اچھا توازن قائم کرتی ہیں۔ لیتھیم کوبالٹ آکسائیڈ (LCO) بیٹریاں تقریباً 240 سے 270 واٹ فی کلوگرام تک زیادہ طاقت رکھتی ہیں، لیکن ان میں گرمی کی مزاحمت کے سنگین مسائل ہوتے ہیں جو ان اوزاروں میں استعمال کرتے وقت حفاظتی مسائل پیدا کر سکتے ہیں جو کام کے دوران بہت زیادہ کمپن پیدا کرتے ہیں۔ تجربات سے پتہ چلا ہے کہ LFP بیٹریاں تب بھی سالم رہتی ہیں جب درجہ حرارت 60 ڈگری سیلسیس تک پہنچ جاتا ہے، اس لیے وسیع عرصے تک بے تحاشہ استعمال کیے جانے والے اوزاروں میں گرم ہونے کے خدشات کے بغیر گہرے ٹشو مساج کی درخواستوں کے لیے عام طور پر انہی بیٹریوں کو ترجیح دی جاتی ہے۔

کمپیکٹ ڈیزائن میں توانائی کی کثافت، سائز اور حفاظت کا توازن

سیلیکان سے بنے اینوڈز توانائی کی کثافت میں تقریباً 30 سے 40 فیصد اضافہ کر سکتے ہیں، حالانکہ ان سے کافی زیادہ حرارت پیدا ہوتی ہے جس کی وجہ سے چھوٹی ہاتھ میں استعمال ہونے والی اشیاء میں درجہ حرارت کو منظم کرنا مشکل ہو جاتا ہے۔ 2025 میں شائع ہونے والی کچھ تحقیق کے مطابق، جب تقریباً 4 ملی میٹر موٹی NMC سیلز کا استعمال کیا جاتا ہے تو صارفین کو تقریباً آٹھ گھنٹے کا چلنے کا وقت ملتا ہے۔ تاہم، انہی سیلز کو ان کی پتلی LFP ہم منصبوں کے مقابلے میں تقریباً 35 فیصد اضافی جگہ نِمّو کے لیے درکار ہوتی ہے۔ الیکٹروڈ کے ایک ایسے ڈیزائن کا بھی ذکر ہے جسے 'folded electrode designs' کہا جاتا ہے اور جو کارکردگی اور عملیت کے درمیان مناسب توازن قائم کرتا محسوس ہوتا ہے۔ یہ ترتیب عملی استعمال کے دوران گرمی کو چالیس ڈگری سیلسیس سے کم رکھتے ہوئے، معمول کے وہ بیس منٹ کے مختصر استعمال کے دوران، اندر 15 سے لے کر 20 فیصد تک زیادہ فعال مواد فٹ کرنے میں کامیاب ہوتی ہے جو زیادہ تر لوگ روزمرہ کی زندگی میں تجربہ کرتے ہیں۔

پروڈکٹ ڈیزائن میں بیٹری کی خصوصیات کا ابتدائی انضمام

CAD ماڈلنگ کے عمل کے آغاز میں بیٹری کے سائز اور وزن کو درست کر لینے سے پورے چیسس کے سائز میں تقریباً 18 سے 25 فیصد تک کمی آسکتی ہے، خاص طور پر اس صورت میں جب ان تبدیلیوں کو بعد میں کیا جائے۔ اس ڈیزائن کی وجہ سے بہتر گرفت والی سطحوں کو بنانے میں مدد ملتی ہے جبکہ کم از کم 300 mAh فی کیوبک سینٹی میٹر کی گنجائش برقرار رکھی جا سکتی ہے، جو ہاتھ میں پکڑنے والے وائبریٹنگ مساج ڈیوائسز کے لیے نہایت ضروری ہے جنہیں 10,000 RPM کے موٹرز کو چلانے کی ضرورت ہوتی ہے۔ جب برقی انجینئرز مشینی ڈیزائنرز کے ساتھ پہلے دن سے قریبی تال میل سے کام کرتے ہیں، تو ہمیں زیادہ بڑے ہینڈلز یا صرف تقریباً 800 چارج سائیکل تک چلنے والی بیٹریوں جیسی پریشانیوں سے بچا جا سکتا ہے، جبکہ اب زیادہ تر لوگ جدید دور میں معیاری 2,000 چارج سائیکل کی توقع کرتے ہیں۔

ماحولیاتی حالات کا بیٹری کی کارکردگی پر اثر

ساونا یا سرد بازیابی کے کمرے میں استعمال ہونے والے مساجر درجہ حرارت کی شدید حدود کی وجہ سے سالانہ صلاحیت میں 15—20% تک تیزی سے کمی کا سامنا کرتے ہیں۔ ٹیسٹنگ سے پتہ چلتا ہے کہ ماحولیاتی طور پر کنٹرول شدہ ماحول کے مقابلے میں 90°F/90% RH کی حالت میں LFP سیل 2.3 گنا تیزی سے خراب ہوتے ہیں۔ اسمارٹ تھرمل بفر اور نم کو جذب کرنے والے خول مختلف ممالک میں 500 مکمل چارج سائیکل تک ≥80% صلاحیت برقرار رکھنے میں مدد کرتے ہیں۔

طویل مدتی قابل اعتمادی کے لیے اسمارٹ بیٹری مینجمنٹ سسٹمز (BMS)

اعلیٰ درجے کے BMS پلیٹ فارمز خلیے کے وولٹیج میں فرق (±5 mV درستگی) اور ماحولیاتی درجہ حرارت (0—45°C رینج) کی نگرانی کرتے ہیں تاکہ کارکردگی کو بہتر بنایا جا سکے۔ آپریشن کے دوران 5°C اضافہ اندری مقاومت میں 12% اضافے کا سبب بنتا ہے، جو خرابی کو تیز کر دیتا ہے۔ حقیقی وقت کے تجزیات موٹر لوڈ اور چارجنگ کی شرح میں متحرک ایڈجسٹمنٹ کی اجازت دیتے ہیں، جو بنیادی نگرانی کے مقابلے میں توانائی کے ضیاع کو 18% تک کم کر دیتے ہیں۔

بیٹری کی صحت کو برقرار رکھنے کے لیے ذہین چارجنگ الگورتھم

ایڈاپٹیو چارجنگ پروٹوکولز ریاستِ چارج (SoC) اور استعمال کے تاریخ کی بنیاد پر کرنٹ کو متحرک کرتے ہیں۔ کم ہوتے ہوئے کرنٹ کے ساتھ متعدد مرحلوں والی CC-CV چارجنگ لیتھیم پلیٹنگ کے خطرے کو 23 فیصد تک کم کرتی ہے۔ مشین لرننگ ماڈلز 90 دنوں کے نمونوں کا تجزیہ کرکے بہترین چارج ختم ہونے کی پیشن گوئی کرتے ہیں، جس سے 80 فیصد صلاحیت برقرار رکھتے ہوئے 800 سے زائد سائیکلز ممکن ہوتے ہیں۔

درست کٹ-آف اور چارج کنٹرول کے ذریعے اوور چارجنگ سے بچنا

اوور چارجنگ سے 34 فیصد قبل از وقت بیٹری فیل ہوتی ہیں۔ درست کٹ-آف سرکٹ (±0.5 فیصد رواداری) 4.2V/سل پر منقطع ہوجاتے ہیں، جبکہ کولمب گنتی اور کالمین فلٹرنگ کا استعمال کرتے ہوئے دوہرے طریقہ کار سے SOC کا اندازہ لگانے سے 99.5 فیصد درستگی حاصل ہوتی ہے۔ فیلڈ ڈیٹا ظاہر کرتا ہے کہ ان طریقوں سے صلاحیت کی کمی 100 سائیکلز میں ≥2 فیصد تک محدود رہتی ہے، جبکہ غیر منظم سسٹمز میں یہ 5 فیصد ہوتی ہے۔

جزوی چارجنگ کے فوائد بمقابلہ مکمل سائیکل چارجنگ کے غلط فہمیاں

لیتھیم آئن بیٹریاں تب لمبے عرصے تک چلتی ہیں جب انہیں مکمل طور پر چارج اور ڈسچارج کرنے کے بجائے 20 سے 80 فیصد سوچ (SoC) کے درمیان چارج کیا جائے۔ تحقیق سے پتہ چلتا ہے کہ 50 فیصد ڈپتھ آف ڈسچارج (DOD) پر 1,200 سے زائد سائیکلز حاصل ہوتے ہیں، جبکہ 100 فیصد DOD پر صرف 500 سائیکلز۔ موافقت پذیر BMS سیٹنگز خود بخود صارف کی مقرر کردہ حد تک چارجنگ کو محدود کرتی ہیں جبکہ رزلٹنٹ اسپیکٹرواسکوپی کے ذریعے درست چلنے کے وقت کی پیش گوئی برقرار رکھتی ہیں۔

پورٹایبل مساج ڈیوائس کی بیٹریوں میں حرارتی انتظام اور طویل عمر

کمپیکٹ لیتھیم آئن پیکس میں حرارت پیدا کرنے کے چیلنجز

30 منٹ کے سیشن کے دوران، اوہمک اور اینٹروپک نقصانات کی وجہ سے لیتھیم آئن سیلز 18 تا 22 ویٹ حرارت پیدا کرتے ہیں، جس سے تنگی سے پیک شدہ ماڈیولز میں زیادہ سے زیادہ 15°C تک کا درجہ حرارت کا فرق پیدا ہوتا ہے۔ ایسی حالتیں الیکٹرولائٹ کے تحلیل ہونے کو 40 فیصد تک تیز کر دیتی ہیں جو اچھی طرح ٹھنڈک والے نظام کے مقابلے میں ہوتا ہے (جرنل آف پاور سورسز 2023)۔

پہننے کی قابل ڈیوائسز کے لیے غیر فعال اور فعال ٹھنڈک کے حل

طورِ تبدیل مواد (PCM) طورِ تبدیل کے دوران فی گرام 250 سے 300 جول جذب کرتے ہیں، جس سے صرف 2 تا 3 ملی میٹر ڈیوائس کی موٹائی میں اضافہ ہوتا ہے۔ ایک 2023 کے مطالعے میں پایا گیا کہ PCM کے ساتھ ضم شدہ پیک جاری استعمال کے دوران سطح کے درجہ حرارت کو 45°C سے کم رکھتے ہیں، جو الومینیم ہیٹ سنکس پر 60% بہتر کارکردگی دکھاتے ہیں۔ فعال مائیکرو پمپ مائع کولنگ حرارتی ہمواری میں 85% بہتری لاتی ہے لیکن بجلی کی مناسب تقسیم کی ضرورت ہوتی ہے۔

چارجنگ کی کارکردگی اور بیٹری کی عمر پر حرارتی اثر

25°C سے اوپر ہر 10°C بیٹری میں لیتھیم آئن کی خرابی کو دوگنا کر دیتا ہے، جس سے عمر 800 سائیکلز سے کم ہو کر 500 تک ہو سکتی ہے۔ ذہین حرارتی انتظام حقیقی وقت میں چارج کرنٹ کو موزوں کرتا ہے، جس سے دو سال بعد ابتدائی صلاحیت کا 92% برقرار رہتا ہے—جبکہ بغیر ضابطہ ڈیوائسز میں صرف 68%۔ بہترین چارجنگ 15 تا 35°C کے درمیان ہوتی ہے، جہاں حفاظتی خطرے کے بغیر 3C فاسٹ چارجنگ ممکن ہوتی ہے۔