Bei der Entwicklung und Produktion von kundenspezifischen Lithium-Ionen-Akkupacks gilt es, in Abstimmung mit dem eingesetzten Batteriemanagementsystem (BMS) ein verl\u00e4ssliches Gesamtsystem zu bilden. Als langj\u00e4hriger Zulieferer f\u00fcr die Medizintechnik wei\u00df man bei FRIWO nur zu gut, dass es insbesondere in diesem Bereich auf maximale Sicherheit und Zuverl\u00e4ssigkeit ankommt. Ausf\u00e4lle eines Akkupacks k\u00f6nnen dramatische Folgen haben, werden damit beispielsweise Beatmungsger\u00e4te oder Defibrillatoren betrieben. Entsprechend erh\u00f6hte Anforderungen bestehen daher an die Elektronik eines Akkupacks: Beispielsweise sind Eigenstromverbrauch, Impulsbelastung, Messwertgenauigkeit, Temperatur\u00fcberwachung und lange Laufzeiten wesentliche Parameter, die beim Design eines BMS f\u00fcr Medizinprodukte ber\u00fccksichtigt werden m\u00fcssen.<\/p>\n
Die Architektur eines Batteriemanagementsystems kann aus einer F\u00fclle von unterschiedlichsten Funktionsbl\u00f6cken konzipiert werden, abh\u00e4ngig von den spezifischen Anforderungen und jeweiligen Lebensdauerzielen des Lithium-Ionen-Akkupacks. Das Design des BMS wird dabei ma\u00dfgeblich durch die eingesetzten ICs bestimmt, welche die Betriebsdauer der Batterie optimieren sollen. Neben den grunds\u00e4tzlichen Schutzfunktionen gegen \u00dcber- und Unterspannung, \u00dcberstrom, Kurzschluss und \u00dcbertemperatur lassen sich auch verschiedene weitere Funktionsbl\u00f6cke auf einem BMS integrieren. So werden etwa die Parameter f\u00fcr die Ladung und Entladung im Mikrocontroller des BMS hinterlegt.<\/p>\n
F\u00fcr Batteriemanagementsysteme im medizintechnischen Umfeld sollte neben den herk\u00f6mmlichen Schutzfunktionen stets ein zweistufiges Sicherheitskonzept implementiert sein, um eine m\u00f6glichst hohe Patienten- und Anwendersicherheit gew\u00e4hrleisten zu k\u00f6nnen. Die erste Sicherheitsstufe wird von FRIWO in der Regel mittels Verwendung einer MOSFET-Schaltung umgesetzt. Lade- und Entlade-MOSFETs werden hierbei in einer back-to-back Anordnung platziert, da im Fehlerfall eine Unterbrechung des Stroms in beide Richtungen m\u00f6glich sein muss. Zur Realisierung dieser ersten Sicherheitsstufe stehen verschiedene MOSFET-Schaltungstopologien zur Verf\u00fcgung, die eine Optimierung des jeweiligen BMS hinsichtlich des Eigenstromverbrauchs und weiterer Anforderungen erm\u00f6glichen. Eine zus\u00e4tzliche Sicherheitsstufe, die sogenannten 2nd Protection, l\u00e4sst sich beispielsweise realisieren, in dem zus\u00e4tzlich zum MOSFET-Schalter eine Schmelzsicherung in das System integriert wird.<\/p>\n
Neben der Sicherheit des Akkupacks spielt auch die Lebensdauer f\u00fcr den Einsatz in der Medizintechnik eine wichtige Rolle. Das sogenannte \u201eCell Balancing\u201c ist ein lebensdauerverl\u00e4ngerndes Feature, welches vor allem bei der Serienschaltung von Zellen Vorteile birgt. Bei diesem Vorgang wird das Spannungslevel der einzelnen Zellen gemessen und bei eventuellen Abweichungen mittels individueller Zellbelastung angepasst. Durch dieses Vorgehen haben alle Zellen auch nach vielen Zyklen noch ein identisches Niveau, was sich positiv auf die Lebensdauer des gesamten Akkupacks auswirkt<\/p>\n
Neben Features f\u00fcr mehr Sicherheit und l\u00e4ngere Lebensdauer lassen sich mit einem daf\u00fcr ausgelegten BMS auch verschiedenste Kommunikationsm\u00f6glichkeiten realisieren. Entsprechende Schnittstellen erm\u00f6glichen den Informationsaustausch mit dem Ladeger\u00e4t f\u00fcr einen optimalen Ladevorgang. Des Weiteren k\u00f6nnen dem Medizinger\u00e4t oder auch direkt dem Anwender selbst vielf\u00e4ltige Informationen \u00fcber Akkupack und Ladevorgang zur Verf\u00fcgung gestellt werden, wie etwa die Akku-Restlaufzeit oder die maximal verf\u00fcgbare Akku-Kapazit\u00e4t. Auch einzelne Zellspannungen, die verbleibende Laufzeit des Ladevorgangs, die Temperatur im Akkupack oder der aktuelle Strom k\u00f6nnen kommuniziert werden. F\u00fcr derartige Datentransfers setzt FRIWO beispielsweise SM-Bus-Interfaces ein. Der SM-Bus basiert auf dem oft verwendeten I\u00b2C-Busprotokoll, welches zur Kommunikation zwischen verschiedensten Baugruppen genutzt wird. Die Bitrate auf diesem Zweileiterbus kann bis zu 100 Kbit\/s betragen, was einen schnellen Datenaustausch erm\u00f6glicht.<\/p>\n
In der Medizintechnik ist insbesondere die Kenntnis \u00fcber die aktuelle Restlaufzeit eines Akkumulators von hoher Bedeutung, da ein Ausfall im Feld drastische Folgen haben k\u00f6nnte. Umso wichtiger ist eine genaue und sichere Ausgabe dieses Wertes. Daf\u00fcr stehen verschiedenste L\u00f6sungsm\u00f6glichkeiten zur Verf\u00fcgung, etabliert hat sich aber vor allem das \u201eImpedance Track Gas Gauge\u201c-Verfahren. Bei diesem Verfahren wird die Messung der Batterieimpedanz, welche sich mit zunehmender Ladung und Entladung ver\u00e4ndert, mit einer regelm\u00e4\u00dfigen Messung der Leerlaufspannung kombiniert. Neben diesem Verfahren setzt FRIWO auch verst\u00e4rkt den CEDV (Compensated End of Discharge Voltage)-Algorithmus ein. Die Ermittlung der Spannungswerte bei unterschiedlichen Lastf\u00e4llen und die Ber\u00fccksichtigung von Zellchemie und Zyklenzahl charakterisieren dieses Schema.<\/p>\n
F\u00fcr eine maximale Betriebssicherheit von medizinischen Ger\u00e4ten nimmt der Plagiatsschutz eine wesentliche Rolle ein. FRIWOs intelligente Lithium-Ionen-Akkupacks k\u00f6nnen daher mit einem SHA-1 Authentifizierungsschl\u00fcssel versehen werden, welcher auf Seiten des Anwenders den ausschlie\u00dflichen Einsatz von Original-Batterien sicherstellt. Die erste Kommunikation zwischen Akkupack und Applikation ist in diesem Fall das Auslesen des Authentifizierungsschl\u00fcssels aus der Batterie. Best\u00e4tigt das Medizinger\u00e4t den Schl\u00fcssel, kann die Batterie verwendet werden. Andernfalls wird sie abgewiesen. Der Authentifizierungsschl\u00fcssel kann dabei beispielsweise f\u00fcr alle Standardbatterien eines Herstellers gleich sein oder kundenspezifisch individuell erzeugt werden.<\/p>\n
Beim Design eines BMS ist die F\u00fclle an m\u00f6glichen Kombinationen der einzelnen Features nahezu unersch\u00f6pflich. F\u00fcr ein optimal funktionierendes Gesamtsystem sollten die Features stets exakt nach den Anforderungen der jeweiligen Applikation kombiniert werden, denn jede Applikation hat andere Anspr\u00fcche an Lebensdauer, Sicherheit und Kommunikationsm\u00f6glichkeiten eines Akkupacks. F\u00fcr den ma\u00dfgenauen Zuschnitt der BMS-L\u00f6sung an die kundenspezifischen Bed\u00fcrfnisse verf\u00fcgt FRIWO am Unternehmenshauptsitz im westf\u00e4lischen Ostbevern \u00fcber ein breites Entwicklungs-Knowhow. Hier lassen sich unter dem Qualit\u00e4tssiegel Made in Germany auch komplexe Batteriemanagementsysteme mit Kommunikation und Parameter-Abfragen umsetzen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
Besondere Anforderungen an Akkul\u00f6sungen in der Medizintechnik Bei der Entwicklung und Produktion von kundenspezifischen Lithium-Ionen-Akkupacks gilt es, in Abstimmung mit dem eingesetzten Batteriemanagementsystem (BMS) ein verl\u00e4ssliches Gesamtsystem zu bilden. Als langj\u00e4hriger Zulieferer f\u00fcr die Medizintechnik wei\u00df man bei FRIWO nur zu gut, dass es insbesondere in diesem Bereich auf maximale Sicherheit und Zuverl\u00e4ssigkeit ankommt. Ausf\u00e4lle […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":4947,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"footnotes":""},"categories":[1],"tags":[],"class_list":["post-4946","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-news"],"acf":[],"yoast_head":"\n