DE102005011081A1

DE102005011081A1 - Akkumulator und Verfahren zu dessen Betrieb

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Publication number: DE102005011081A1
Application number: DE102005011081A
Authority: DE
Inventors: Axel Muntermann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-03-08
Filing date: 2005-03-08
Publication date: 2006-09-14
Also published as: CA2599804A1; NZ561062A; EP1856786A2; AU2006222162B2; NO20075045L; WO2006094785A3; US8049464B2; WO2006094785A2; IL185783A0; US20090051320A1; AU2006222162A1

Abstract

Um Akkumulatoren mit besseren Eigenschaften insbesondere für mobile elektrische Geräte bereitzustellen sowie um Akkumulatoren in Geräten zu verwenden, welche für den Einsatz mit Akkumulatoren eines anderen Typs, insbesondere mit Zellen einer anderen Zellspannung, ausgelegt sind, sieht die Erfindung einen Akkumulator zum Betrieb mit einer zumindest zeitweise am Ausgang des Akkumulators anliegenden externen Spannung, welche unterhalb der Ausgangsspannung des Akkumulators in dessen voll aufgeladenem Zustand liegt, vor, welcher zumindest eine ladbare elektrochemische Zelle, einen elektrischen Anschluss am Ausgang des Akkumulators für das Zuführen und/oder Abführen von elektrischer Energie, ein die zumindest eine ladbare elektrochemische Zelle umgebendes Gehäuse und eine Regelschaltung zum Regeln des Aufladevorgangs des Akkumulators und/oder des Bereitstellens der Akkumulatorspannung am Ausgang des Akkumulators aufweist. Die Erfindung sieht ferner ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Akkumulators vor. DOLLAR A Die Erfindung schlägt außerdem einen Akkumulator vor, welcher zumindest eine Lithiumionenzelle umfasst, sowie eine Kommunikationsschnittstelle für die Kommunikation zwischen dem Akkumulator und einem zu versorgenden Verbraucher, welche auf die Eigenschaften der Lithiumionenzelle angepasst ist, wobei die Lithiumionenzelle für einen Betrieb ohne Schutzschaltung geeignet ist. DOLLAR A Weiterhin sieht die Erfindung eine Akkumulator-Anordnung, ein medizinisches Gerät, ein Ladegerät ...

Description

Die Erfindung betrifft Akkumulatoren mit mindestens einer 1adbaren elektrochemischen Zelle, insbesondere Akkumulatoren mit hohem Entladestrom zum Einsatz in medizinischen Geräten wie Defibrillatoren, sowie ein Verfahren zum Auf- und Entladen von Akkumulatoren.

Zur Energieversorgung mobiler elektrischer Geräte werden häufig Akkumulatoren oder Akkumulator-Zellen eingesetzt. Übliche Akkumulatortypen sind Blei-Säure-Akkumulatoren, welche beispielsweise in Autobatterien Anwendung finden, oder alkalische Akkumulatoren, zu denen unter anderem Nickel-Cadmium (NiCd)- und Nickel-Metall-Hydrid (NiMH)-Akkumulatoren zählen.

Große Bedeutung haben die eine negative Elektrode aus metallischem Cadmium aufweisenden Ni-Cd-Akkumulatoren erlangt, welche als kleine gasdichte gekapselte Knopf- und Rundzellen wegen ihrer Wartungsfreiheit häufig zur Stromversorgung in elektronischen Geräten, wie zum Beispiel Taschenrechnern, Rundfunkgeräten, Mobiltelefonen oder Blitzlichtgeräten eingesetzt werden.

Die bekannten Nachteile der NiCd-Zellen, zu denen der sogenannte Memory-Effekt, Selbstentladung der Zellen, geringe Volumenkapazität, sowie die Verwendung toxischer Bestandteile gehören, werden durch die fortschrittlicheren NiMH-Zellen nur teilweise vermieden. Insbesondere Memory-Effekt und Selbstentladung treten auch bei NiMH-Zellen auf.

Wesentlich bessere Eigenschaften hingegen haben Lithium-Ionen (Li-Ion)-Akkumulatoren. Bei diesem Akkumulatortyp tritt kein Memory-Effekt und nur eine minimale Selbstentladung auf. Außerdem weisen Lithiumionenzellen eine deutlich höhere spezifische auf und haben daher ein deutlich geringeres Gewicht.

Herkömmliche Lithiumionenzellen benötigen jedoch eine aufwendige elektronische Schutzschaltung (Protection Circuit Module; PCM), welche die Zellen vor Überladen und Überentladen, sowie gegen Kurzschluß schützt, da sonst die Gefahr einer Zerstörung oder Explosion der Zellen besteht. Eine Schutzschaltung für Lithiumionenzellen wird beispielsweise in EP 0 871 273 A1 bechrieben. Der Einsatz eines Akkumulators, welcher mit einer Schutzschaltung ausgestattet ist, birgt prinzipiell das Risiko einer Fehlfunktion und damit eines unerwarteten Ausfalls. Dies macht insbesondere den Einsatz in medizinischen Geräten, wie beispielsweise in der Rettungsmedizin eingesetzten Defibrillatoren, aufgrund der dort geforderten hohen Verfügbarkeit problematisch. Daher haben Lithiumionen-Akkumulatoren im Bereich medizinischer Geräte trotz ihrer besseren Eigenschaften bisher keine Verbreitung gefunden.

Ferner stellt die unterschiedliche Zellspannung von NiCd- bzw. NiMH-Zellen, welche beide eine Nominalspannung von etwa 1,25 V aufweisen, und Lithiumionenzellen mit einer Nominalspannung von etwa 3,6 V bis 3,7 V ein weiteres Problem bei der Umstellung auf Li-Ion-Akkumulatoren dar. Das Problem besteht darin, dass die Spannung, welche ein Akkumulator liefert, prinzipiell durch die Anzahl der in Reihe geschalteten Zellen definiert ist und demnach nur ein Vielfaches der Zellspannung der verwendeten Zellen sein kann und daher in der Regel die Spannung des Li-Ion-Akkumulators nicht mit der Spannung des zu ersetzenden Akkumulators übereinstimmt. Dies ist insbesondere dann problematisch, wenn im Gerät ein Netzteil zum Aufladen des Akkumulators integriert ist oder bestehende Ladegeräte weiter verwendet werden sollen. Wird in diesem Fall für den Li-Ion-Akkumulator eine Spannung gewählt, welche oberhalb des zu ersetzenden Akkumulators liegt, so wird der Li-Ion-Akkumulator nie voll aufgeladen. Wird hingegen für den Li-Ion-Akkumulator eine Spannung gewählt, welche unterhalb des zu ersetzenden Akkumulators liegt, ist möglicherweise kein korrekter Betrieb des Gerätes gewährleistet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Weg aufzuzeigen, wie Akkumulatoren mit besseren Eigenschaften bereitgestellt und eingesetzt werden können, insbesondere in mobilen elektrischen Geräten. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Weg zum Einsatz von Akkumulatoren in Geräten aufzuzeigen, welche für den Einsatz mit Akkumulatoren eines anderen Typs, insbesondere mit Zellen einer anderen Zellspannung, ausgelegt sind.

Diese Aufgabe wird in höchst überraschend einfacher Weise durch einen Akkumulator gemäß Anspruch 1 und 22, ein Verfahren zum Betrieb eines Akkumulators gemäß Anspruch 14, sowie eine Akkumulator-Anordnung gemäß Anspruch 35, ein medizinisches Gerät gemäß Anspruch 36, ein Ladegerät gemäß Anspruch 38 und eine Verwendung gemäß einem. der Ansprüche 39, 40 oder 41 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen umschrieben.

Unter dem Ausdruck Akkumulator wird im Folgenden ein elektrochemischer Energiespeicher verstanden, welcher eine oder mehrere ladbare elektrochemische Zellen aufweist. Mehrere Zellen können innerhalb des Akkumulators parallel und/oder in Reihe geschaltet sein, angepasst an die für den jeweiligen Einsatzzweck erforderlichen Werte der Akkumulatorspannung und des Entladestroms.

Der erfindungsgemäße Akkumulator umfasst zumindest eine ladbare elektrochemische Zelle, einen elektrischen Anschluss am Ausgang des Akkumulators für das Zuführen und/oder Abführen von elektrischer Energie, ein die zumindest eine ladbare elektrochemische Zelle umgebendes Gehäuse, und eine Regelschaltung zum Regeln des Aufladevorgangs des Akkumulators und/oder des Bereitstellens der Akkumulatorspannung am Ausgang des Akkumulators. Zweckmäßigerweise ist die Regelschaltung vorzugsweise innerhalb des Gehäuses des Akkumulators angeordnet. Der Akkumulator ist für einen Betrieb ausgelegt, in dem zumindest zeitweise am Ausgang des Akkumulators eine externe Spannung, beispielsweise von einem Netzteil, anliegt, welche unterhalb der Ausgangsspannung des Akkumulators in dessen voll aufgeladenem Zustand liegt. Die Regelschaltung ist dementsprechend vorteilhaft dazu ausgebildet zu überwachen, ob die externe Spannung anliegt, und in Abhängigkeit davon den Aufladevorgang des Akkumulators und/oder das Bereitstellen der Akkumulatorspannung am Ausgang des Akkumulators zu regeln. Die zeitweise am Ausgang des Akkumulators anliegende externe Spannung wird dabei insbesondere von einem zeitweise an ein elektrisches Versorgungsnetz angeschlossenen Netzteil bereitgestellt, welches beispielsweise in das von dem Akkumulator zu versorgende elektrische Gerät integriert ist.

Für elektrische Geräte, welche bisher beispielsweise mit NiCd- oder NiMH-Akkumulatoren mit einer Akkumulatorspannung von zum Beispiel 10 V betrieben werden und mit einer integrierten Ladeeinrichtung zum Aufladen der Akkumulatoren ausgestattet sind, ermöglicht die Erfindung durch die integrierte Regelschaltung den Einsatz eines Lithium-Ionen-Akkumulators mit einer höher liegenden Akkumulatorspannung auf eine Weise, welche die Ladefunktion gewährleistet ohne Änderungen am Gerät selbst vornehmen zu müssen.

Zum Bereitstellen der Akkumulatorspannung am Ausgang des Akkumulators umfasst die Regelschaltung vorteilhaft einen entsprechenden steuerbaren Schalter, mittels dessen die Akkumulatorspannung auf den Ausgang geschaltet oder von diesem getrennt werden kann. Zum Aufladen des Akkumulators umfasst die Regelschaltung ferner mit Vorteil eine steuerbare Ladeschaltung, welche vorzugsweise einen Spannungswandler umfasst, um die externe Spannung in eine höhere, zum Aufladen des Akkumulators geeignete Spannung wandelt.

Der Begriff Akkumulatorspannung bezeichnet die Spannung, welche von der zumindest einen elektrochemischen Zelle des Akkumulators geliefert wird und mittels des steuerbaren Schalters wahlweise auf den Ausgang des Akkumulators gelegt werden kann.

Zum Überwachen der am Ausgang des Akkumulators anliegenden Spannung weist die Regelschaltung bevorzugt zumindest einen Komparator auf, welcher dazu ausgebildet ist, die am Ausgang des Akkumulators anliegende Spannung mit einer Referenzspannung zu vergleichen. Es können insbesondere auch zwei Komparatoren vorgesehen sein, wobei der erste Komparator anspricht, wenn die überwachte Spannung unterhalb einer Referenzspannung liegt und der zweite Komparator, wenn die überwachte Spannung oberhalb einer Referenzspannung liegt.

Da der Aufladevorgang des Akkumulators und/oder das Bereitstellen der Akkumulatorspannung am Ausgang des Akkumulators von der Regelschaltung in Abhängigkeit davon geregelt wird, ob die externe Spannung anliegt, ist der zumindest eine Komparator bevorzugt dazu ausgebildet, den steuerbaren Schalter und/oder die steuerbare Ladeschaltung anzusteuern.

Insbesondere ist die Regelschaltung vorteilhaft dazu ausgebildet, bei Erkennen einer am Ausgang des Akkumulators anliegenden Spannung unterhalb einer Referenzspannung die Akkumulatorspannung an den Ausgang des Akkumulators zu legen und den Aufladevorgang des Akkumulators durch die Ladeschaltung zu unterbrechen. Entsprechend ist die Regelschaltung vorteilhaft dazu ausgebildet, bei Erkennen einer am Ausgang des Akkumulators anliegenden Spannung oberhalb der Referenzspannung die Akkumulatorspannung von dem Ausgang des Akkumulators zu trennen und den Aufladevorgang des Akkumulators mittels der Ladeschaltung auszuführen.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Regelschaltung zumindest ein Zeitglied, welches zwischen den zumindest einen Komparator und den steuerbaren Schalter und/oder die steuerbare Ladeschaltung geschaltet und dazu ausgebildet ist, das Steuersignal des Komparators um eine vorgegebene Verzögerungszeit zu verzögern.

Insbesondere wird bei Erkennen einer am Ausgang des Akkumulators anliegenden Spannung oberhalb der Referenzspannung dasjenige Steuersignal des Komparators mittels eines entsprechenden Zeitglieds um eine vorgegebene Verzögerungszeit verzögert, welches zum Trennen der Akkumulatorspannung vom Ausgang des Akkumulators dient und insbesondere den zu diesem Zweck vorgesehenen steuerbaren Schalter ansteuert. Auf diese Weise wird erreicht, dass die Akkumulatorspannung in zyklischen Abständen vom Ausgang des Akkumulators getrennt wird, um zu überprüfen, ob die unterhalb der Akkumulatorspannung liegende externe Spannung am Ausgang anliegt.

Vorzugsweise wird durch ein zweites Zeitglied das Ausführen des Aufladevorgangs des Akkumulators beziehungsweise das Aktivieren der Ladeschaltung um eine zweite vorgegebene Verzögerungszeit verzögert, wobei diese Verzögerungszeit bevorzugt so eingestellt ist, dass der Aufladevorgang nicht vor Erkennen einer am Ausgang anliegenden externen Spannung begonnen wird. Ob eine externe Spannung am Ausgang anliegt, wird dadurch erkannt, dass das Erkennen einer am Ausgang des Akkumulators anliegenden Spannung unterhalb der Referenzspannung ausbleibt, wenn die Akkumulatorspannung vom Ausgang des Akkumulators getrennt wird.

Um die Versorgung eines am Ausgang des Akkumulators angeschlossenen Verbrauchers zu gewährleisten, wenn die Akkumulatorspannung bei nicht anliegender externer Spannung vom Ausgang des Akkumulators getrennt wird, umfasst die Regelschaltung vorteilhaft einen Energiespeicher zum Speichern elektrischer Energie, welcher insbesondere als Kondensator ausgebildet ist.

Durch die beschriebene Regelschaltung ermöglicht die Erfindung generell in besonders vorteilhafter Weise das Betreiben eines Akkumulators in einem elektrischen Gerät, welches zumindest zeitweise an eine Spannungsversorgung angeschlossen wird, wobei im angeschlossenen Zustand die Spannungsversorgung sowohl zum Betreiben des elektrischen Gerätes als auch zum Aufladen des Akkumulators dient, das elektrische Gerät jedoch zum Aufladen des Akkumulators nur eine Spannung bereitstellt, welche zumindest unterhalb der maximalen Ladespannung des Akkumulators liegt. Dieser Anwendungsfall tritt insbesondere dann auf, wenn in einem bestehenden elektrischen Gerät ein neuer Akkumulatortyp höherer Spannung eingesetzt werden soll.

Ferner können die Anforderungen an Spannung und Kapazität des Akkumulators je nach Einsatzzweck unterschiedlich sein. Daher umfasst der erfindungsgemäße Akkumulator vorteilhaft zumindest zwei in Reihe geschaltete und/oder zumindest zwei parallel geschaltete Zellen. Selbstverständlich liegt auch jede andere Anzahl in Reihe und/oder parallel geschalteter Akkumulatorzellen im Rahmen der Erfindung.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betrieb eines Akkumulators mit einer schaltbar am Ausgang des Akkumulators anliegenden Akkumulatorspannung und einer zumindest zeitweise am Ausgang des Akkumulators anliegenden externen Spannung, welche unterhalb der Akkumulatorspannung bei voll aufgeladenem Akkumulator liegt, umfasst das Überwachen der am Ausgang des Akkumulators anliegenden Spannung, sowie das Anlegen der Akkumulatorspannung an den Ausgang des Akkumulators und das Aufladen des Akkumulators durch die am Ausgang des Akkumulators anliegende externe Spannung, wobei das Anlegen der Akkumulatorspannung und das Aufladen des Akkumulators in Abhängigkeit der überwachten Spannung erfolgt. Die zeitweise am Ausgang des Akkumulators anliegende externe Spannung wird beispielsweise von einem zeitweise an ein elektrisches Versorgungsnetz angeschlossenen Netzteil bereitgestellt wird.

Das Überwachen der am Ausgang des Akkumulators anliegenden Spannung umfasst vorteilhaft das Vergleichen mit einer vorgegebenen Referenzspannung.

Vorzugsweise sieht das Verfahren vor, dass die Akkumulatorspannung an den Ausgang des Akkumulators gelegt wird und das Aufladen des Akkumulators unterbrochen wird, wenn die überwachte Spannung unter einen vorgegebenen Referenzwert fällt. Dies ist typischerweise der Fall, wenn die externe Spannung vom Ausgang des Akkumulators getrennt wird.

Wird nun die externe Spannung wiederum an den Ausgang des Akkumulators angelegt, stellt es sich als problematisch dar, dies zu erkennen, wenn die Akkumulatorspannung einen höheren Wert aufweist, als die externe Spannung, da sich der am Ausgang anliegende Spannungspegel bei diesem Vorgang nicht ändert.

Vorteilhaft wird daher zur Überprüfung, ob die externe Spannung am Ausgang des Akkumulators anliegt, die Akkumulatorspannung in zyklischen Zeitabständen vom Ausgang des Akkumulators getrennt. Nach Trennen der Akkumulatorspannung vom Ausgang des Akkumulators wird das Aufladen des Akkumulators vorzugsweise erst dann ausgeführt, wenn die überwachte Spannung über einen vorgegebenen Zeitraum oberhalb eines vorgegebenen Referenzwertes liegt beziehungsweise eine anliegende externe Spannung erkannt wurde. Dementsprechend liegt der vorgegebene Spannungs-Referenzwert vorzugsweise unterhalb des Spannungswertes der externen Spannung.

Da die externe Spannung zumindest unterhalb der maximalen Ladespannung des Akkumulators liegt, sieht das Verfahren vorteilhaft vor, dass das Aufladen des Akkumulators durch die am Ausgang des Akkumulators anliegende externe Spannung das Wandeln einer Spannung umfasst.

Ferner sieht dass Verfahren vorzugsweise vor, elektrische Energie, welche insbesondere vom Akkumulator bereitgestellt wird, in einem Energiespeicher, insbesondere einem Kondensator, zu speichern.

Die Erfinder haben ferner überraschend herausgefunden, dass Akkumulatoren auf Basis bestimmter Lithiumionenzellen ohne die sonst für Lithiumionenzellen erforderliche Schutzschaltung betrieben werden können.

Dementsprechend wird die Aufgabe ferner durch einen Akkumulator gelöst, welcher zumindest eine Lithiumionenzelle, einen elektrischen Anschluß für das Zuführen und/oder Abführen von elektrischer Energie, ein die zumindest eine Lithiumionenzelle umgebendes Gehäuse, und eine Kommunikationsschnittstelle für die Kommunikation zwischen dem Akkumulator und einem zu versorgenden Verbraucher, wobei die Kommunikationsschnittstelle an die Eigenschaften der Lithiumionenzelle angepasst ist und die Lithiumionenzelle dazu ausgebildet ist, ohne Schutzschaltung betrieben zu werden.

Die Erfindung stellt somit einen Akkumulator auf der Basis von Lithiumionenzellen bereit, der ohne eine Schutzschaltung, welche die Zellen vor Überladen, Überentladen, und Kurzschluß schützt, betrieben werden kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann beispielsweise bevorzugt dazu ausgebildet sein, das Smart Battery System (SBS) zu unterstützen, wobei die mit dem zu versorgenden elektrischen Gerät auszutauschenden Protokolldaten auf die Eigenschaften der verwendeten Lithiumionenzellen, welche ohne Schutzschaltung betrieben werden können, angepasst sind.

Selbstverständlich läßt sich auch mit diesem Akkumulator sowie den im folgenden beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen eines solchen Akkumulators das oben beschriebene Verfahren zum Betrieb eines Akkumulators ausführen.

Vorteilhaft umfasst zumindest eine Elektrode der Lithiumionenzelle Mangan. Mit besonderem Vorteil weist die positive Elektrode der Lithiumionenzelle eine Nickel/Mangan-Mischung auf. Die Verwendung dieser Materialien verbessert signifikant die Eigenschaften der Zelle im Hinblick auf Überladen, Überentladen und Kurzschluß.

Ferner ist die Lithiumionenzelle vorteilhaft als Lithium-Polymer-Zelle ausgebildet. Akkumulatorzellen auf Polymerbasis, beispielsweise mit einer festen oder gelartigen, polymeren Elektrolytschicht, ermöglichen die Fertigung von dünnen Folienbatterien und damit eine günstige Formgestaltung für den Einbau in transportable Geräte.

Vorteilhaft weist die Lithiumionenzelle eine maximale Spannung von etwa 4,2 V und eine Nominalspannung von etwa 3,7 V auf. Selbstverständlich können eine beliebige Anzahl von Lithiumionenzellen innerhalb des Akkumulators in Reihe und/oder parallel zusammengeschaltet werden, um den Akkumulator an verschiedene Anwendungszwecke anzupassen. Dementsprechend umfasst ein erfindungsgemäßer Akkumulator vorteilhaft zumindest zwei in Reihe geschaltete und/oder zumindest zwei parallel geschaltete Lithiumionenzellen.

Besonders bevorzugt erfüllt die zumindest eine Lithiumionenzelle den Sicherheitsstandard gemäß UL 1642.

Insbesondere bei Einhaltung dieses Sicherheitsstandards durch die Lithiumionenzelle ist eine in den Akkumulator integrierte Schutzschaltung nicht erforderlich.

Um den Akkumulator zur Versorgung mobiler elektrischer Geräte, insbesondere im Außenbereich, einzusetzen, muss der Akkumulator auch bei niedrigen Temperaturen einsetzbar sein. Dementsprechend ist die zumindest eine Lithiumionenzelle vorzugsweise zum Entladen in einem Betriebstemperaturbereich von wenigstens 0° bis 40°C, insbesondere –10° bis 50°C, insbesondere –20° bis 60°C, geeignet. Analog ist die Lithiumionenzelle vorteilhaft zum Aufladen in einem Betriebstemperaturbereich von wenigstens 10° bis 40°C, insbesondere 5° bis 45°C, insbesondere 0° bis 50°C, geeignet.

Um den Akkumulator in Fahrzeugen, insbesondere vibrationsstarken Fahrzeugen wie beispielsweise Helikoptern oder Flugzeugen einzusetzen, weist die Lithiumionenzelle vorzugsweise eine Vibrationsbeständigkeit gemäß EN 1789 auf.

Ferner weist die Lithiumionenzelle eine Anfangskapazität von vorzugsweise wenigstens 1400 mAh, insbesondere wenigstens 1600 mAh, insbesondere wenigstens 1800 mAh, insbesondere wenigstens 2000 mAh, auf, um eine ausreichende Betriebsdauer des Akkumulators zu gewährleisten.

Die Lithiumionenzelle erlangt vorzugsweise über eine hohe Anzahl von Lade- und Entladezyklen einen hohen Prozentsatz ihrer Anfangskapazität, um eine hohe Lebensdauer des Akkumulators zu gewährleisten. Dementsprechend weist die Lithiumionenzelle vorteilhaft nach etwa 500 Ladezyklen bei einem durchschnittlichen Entladestrom von 1,5 A und einer Entladung auf eine Akkumulatorspannung von etwa 3 V eine Kapazität von wenigstens 60%, insbesondere 70%, insbesondere 80%, der Anfangskapazität auf. Ferner weist die Lithiumionenzelle vorteilhaft nach etwa 500 Ladezyklen bei einem durchschnittlichen Entladestrom von 4,5 A und einer Entladung auf eine Akkumulatorspannung von etwa 3 V eine Kapazität von wenigstens 40%, insbesondere 50%, insbesondere 60%, der Anfangskapazität auf.

Um elektrische Geräte mit einem hohen Strombedarf, wie beispielsweise Defibrillatoren, zu versorgen, weist die Lithiumionenzelle einen maximalen Entladestrom von wenigstens 10 A, insbesondere 30 A, insbesondere 50 A, auf.

Des weiteren sieht die Erfindung eine Akkumulator-Anordnung vor, welche zumindest einen ersten und einen zweiten Akkumulator wie oben beschrieben umfasst, sowie einen Anschluss für das Zuführen und/oder Abführen von elektrischer Energie, und eine elektronische Baugruppe, welche dazu ausgebildet ist, bei Entladen der Akkumulator-Anordnung den zweiten Akkumulator nur zu entladen, wenn der erste Akkumulator vollständig entladen ist. Hierdurch wird eine deutlich höherer Lebensdauer des zweiten Akkumulators erreicht, da dieser typischerweise weniger Ladezyklen durchläuft als der erste Akkumulator. Damit erhöht sich die Gesamt-Verfügbarkeit des Gerätes, in dem die Akkumulator-Anordnung eingesetzt wird, erheblich.

Ein erfindungsgemäßer Akkumulator ist besonders vorteilhaft einsetzbar in elektrischen Geräten, welche einen hohen Entladestrom und eine hohe Verfügbarkeit erfordern. Die Erfindung umfasst daher ferner ein medizinisches Gerät, insbesondere mit einer Einrichtung zur Überwachung der Herzfunktionen und/oder einem Defibrillator, welches einen Akkumulator und/oder eine Akkumulator-Anordnung wie oben beschrieben umfasst. Ein erfindungsgemäßes medizinisches Gerät umfasst vorteilhaft ein integriertes Netzteil, welches an ein elektrisches Versorgungsnetz anschließbar ist.

Weiterhin sieht die Erfindung ein Ladegerät vor, welches dazu ausgebildet ist, einen oben beschriebenen Akkumulator aufzuladen.

Der oben beschriebene auf Lithiumionenzellen basierende Akkumulator und die entsprechende Akkumulator-Anordnung weisen eine Reihe vorteilhafter Eigenschaften gegenüber herkömmlichen Akkumulatoren auf. Hierzu gehören eine erhöhte mechanische Stabilität, eine Einsatzfähigkeit in einem größeren Temperaturbereich, eine erhöhte Lagerfähigkeit, eine längere Betriebszeit, sowie ein hoher konstanter Entladestrom.

Dementsprechend eignet sich ein erfindungsgemäßer Akkumulator und/oder Akkumulator-Anordnung besonders vorteilhaft zur Verwendung in einem medizinischen Gerät, welches insbesondere eine Einrichtung zur Überwachung der Herzfunktionen und/oder einen Defibrillator umfasst. Durch den Einsatz eines erfindungsgemäßen Akkumulators beispielsweise in einem Defibrillator/Monitor-System vom Typ LifePak 12 der Firma Medtronic kann die Betriebszeit von derzeit etwa 2,5 h bei Verwendung eines NiCd-Akkumulators auf etwa 5,5 h bei Verwendung eines erfindungsgemäßen 3s3p-Akkumulators (3s3p: Drei Lithiumionenzellen seriell und drei parallel geschaltet) und auf etwa 11 h bei Verwendung einer Akkumulator-Anordnung mit zwei Akkumulatoren erhöht werden.

Durch die vorteilhaften Eigenschaften liegt ferner eine Verwendung eines oben beschriebenen medizinischen Gerätes in einem Rettungsfahrzeug, insbesondere einem Rettungswagen oder Rettungshubschrauber, ebenfalls im Rahmen der Erfindung.

Weiterhin kann ein erfindungsgemäßes medizinisches Gerät beispielsweise vorteilhaft in öffentlichen Einrichtungen, in Off-Shore-Einrichtungen, in Sportstätten, in Bahnhöfen oder auf Flugfeldern verwendet werden. Bei diesen Verwendungsmöglichkeiten kommt insbesondere der größere Temperaturbereich zum Tragen, bei dem ein medizinisches Gerät mit einem erfindungsgemäßen Akkumulator betrieben werden kann.

Durch die lange Lagerfähigkeit eines erfindungsgemäßen Akkumulators ist auch der Einsatz in Defibrillator- und/oder Monitor-Vorrichtungen von Vorteil, welche für Notfälle beispielsweise in Sportstätten oder Bahnhöfen installiert sind und herkömmlich mit Einwegbatterien, zum Beispiel Trockenbatterien, ausgerüstet sind.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen in den Zeichnungen gleiche oder ähnliche Teile.
Es zeigen:
1 schematisch eine Regelschaltung zum Regeln des Auf- und Entladens eines erfindungsgemäßen Akkumulators bei Betrieb mit einer zumindest teilweise am Ausgang des Akkumulators anliegenden externen Spannung,
2 ein schematisches Funktionsdiagramm der in 1 dargestellten Regelschaltung,
3 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Akkumulators,
4 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Akkumulators, welche zum Zusammenschalten mehrerer Akkumulatoren ausgebildet ist,
5 eine schematische Darstellung zweier zusammengeschalteter Akkumulatoren,
6 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Akkumulators, welche eine Verschleißanzeige umfasst,
7 schematisch ein Diagramm der Ladecharakteristik einer bevorzugt in einem erfindungsgemäßen Akkumulator eingesetzten Lithiumionenzelle,
8 schematisch ein Diagramm der Entladekapazität in Abhängigkeit des Entladestroms einer bevorzugt in einem erfindungsgemäßen Akkumulator eingesetzten Lithiumionenzelle,
9 schematisch ein Diagramm der Entladekapazität in Abhängigkeit der Temperatur einer bevorzugt in einem erfindungsgemäßen Akkumulator eingesetzten Lithiumionenzelle,
10 schematisch ein Diagramm mit Entladekurven bei unterschiedlichen Entladeströmen einer bevorzugt in einem erfindungsgemäßen Akkumulator eingesetzten Lithiumionenzelle,
11 schematisch ein Diagramm mit Entladekurven bei unterschiedlichen Temperaturen einer bevorzugt in einem erfindungsgemäßen Akkumulator eingesetzten Lithiumionenzelle,
12 schematisch ein Diagramm der Kapazität einer bevorzugt in einem erfindungsgemäßen Akkumulator eingesetzten Lithiumionenzelle in Abhängigkeit der Ladezyklen bei einem Entladestrom von 1,5 A,
13 schematisch ein Diagramm der Kapazität einer bevorzugt in einem erfindungsgemäßen Akkumulator eingesetzten Lithiumionenzelle in Abhängigkeit der Ladezyklen bei einem Entladestrom von 4,5 A.
1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild einer Regelschaltung zum Regeln des Auf- und Entladens eines erfindungsgemäßen Akkumulators bei Betrieb mit einer zumindest teilweise am Ausgang 30 des Akkumulators anliegenden externen Spannung 20, welche zumindest bei voll aufgeladenem Akkumulator niedriger ist als die Akkumulatorspannung 10.
Im Folgenden wird die in 1 dargestellte Regelschaltung in Verbindung mit dem zugehörigen, in 2 dargestellten Funktionsdiagramm beschrieben. In dem Funktionsdiagramm in 2 sind in Abhängigkeit der Zeit die externe Spannung 220, die am Ausgang des Akkumulators anliegende Spannung 210, sowie die jeweiligen Schaltzustände 230 bzw. 240 des Entladeschalters 70 bzw. der Ladeschaltung 80 dargestellt.
Zum Anfangszeitpunkt des in 2 dargestellten Funktionsdiagramms hat der Entladeschalter den Schaltzustand AN, d.h. die Akkumulatorspannung 10 liegt am Ausgang 30 an und entspricht daher der Ausgangsspannung 210. Die Ladeschaltung hat zu diesem Zeitpunkt den Schaltzustand AUS, d.h. der Akkumulator wird nicht aufgeladen. Ferner liegt die externe Spannung 20 am Ausgang 30 an, in 2 dargestellt durch den Spannungsverlauf 220 der externen Spannung. Für die externe Spannung ist ein Sollbereich in 2 dargestellt.
Die Referenzspannung 40, welche unterhalb der externen Spannung 20 liegt, ist ebenfalls auch in 2 durch eine entsprechende Linie dargestellt. Zum Anfangszeitpunkt liegt die am Ausgang anliegende Spannung oberhalb der Referenzspannung. Der Komparator 54 hat bereits zu einem Zeitpunkt vor dem Anfangszeitpunkt auf diesen Zustand angesprochen und ein Steuersignal generiert. Dieses Steuersignal wurde durch das Verzögerungsglied 62 um die Zeit T1 verzögert und in diesem Beispiel zum Zeitpunkt t1 weitergeleitet. Durch das Steuersignal wird der Entladeschalter 70 in den Schaltzustand AUS geschaltet und am Ausgang 30 liegt somit die externe Spannung 20 an. Durch ein zweites Verzögerungsglied 64 wird das Steuersignal Komparators 54 um eine weitere Verzögerungszeit T2 verzögert und zum Zeitpunkt t2 zu der Ladeschaltung 80 geleitet und diese in den Schaltzustand AN geschaltet, um den Akkumulator mittels der anliegenden externen Spannung 20 aufzuladen.
Wird, wie in diesem Beispiel zum Zeitpunkt t3, die externe Spannung 20 abgeschaltet und fällt diese auf Null, wird ein Abfallen der am Ausgang anliegenden Spannung durch einen beispielweise als Kondensator ausgebildeten Energiespeicher 90 gepuffert. Dennoch fällt die am Ausgang 30 anliegende Spannung 210 zum Zeitpunkt t4 unter die Referenzspannung 40. Dadurch spricht der Komparator 52 an und schaltet unverzögert den Entladeschalter 70 in den Schaltzustand AN und die Ladeschaltung in den Schaltzustand AUS. Zum Zeitpunkt t5 liegt somit am Ausgang 30 wiederum die Akkumulatorspannung 10 an.
Sobald die Ausgangsspannung 210 wieder oberhalb der Referenzspannung 40 liegt, spricht wiederum der Komparator 54 an und schaltet den Entladeschalter 70 nach der Verzögerungszeit T1 in den Schaltzustand AUS, wodurch die Spannung am Ausgang 30 wiederum abfällt. Solange die externe Spannung 220 jedoch auf Null bzw. unterhalb der Referenzspannung 40 liegt, fällt die Ausgangsspannung wiederum unter die Referenzspannung 40 und es schaltet wiederum der Komparator 52, und zwar vor Ablauf der Verzögerungszeit T2, der Aufladevorgang des Akkumulators wird daher nicht gestartet.
Liegt die externe Spannung 20 aber wieder am Ausgang 30 an, wenn durch den Komparator 52 der Entladeschalter 70 zum Zeitpunkt t6 in den Schaltzustand AUS geschaltet wird, so fällt die Ausgangsspannung 210 nicht unter die Referenzspannung 40 und der Aufladevorgang wird nach der Verzögerungszeit T2 wieder aufgenommen.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Akkumulators 102, welcher drei in Serie geschaltete Lithiumionenzellen 110 auf Mangan-Basis aufweist. Vorteilhaft sind ferner zur Erhöhung der Kapazität des Akkumulators jeweils drei Zellen parallel geschaltet, dies ist jedoch in 3 nicht dargestellt. Der Akkumulator weist in diesem Ausführungsbeispiel eine elektronische Baugruppe 120 auf, welche zur Kommunikation mit dem zu versorgenden elektrischen Gerät dient. Vorteilhaft kann die elektronische Baugruppe 120 ferner eine Regelschaltung wie oben beschrieben umfassen. Der Anschluss-Stecker 130 des Akkumulators 102 umfasst Anschlusskontakte 132 und 134 zum Zu- oder Abführen elektrischer Energie, sowie eine Kommunikationsschnittstelle 136 zum uni- oder bidirektionalen Austausch von Protokolldaten. Hierdurch sind individuelle, dem Akkumulator 102 zugeordnete Informationen abrufbar und/oder in einem Speicher der elektronischen Baugruppe 120 ablegbar. Die Kommunikationsschnittstelle bzw. die ausgetauschten Protokolldaten sind auf die Eigenschaften der verwendeten Lithiumionenzellen angepasst, welche ohne Schutzschaltung betrieben werden können.
4 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Akkumulators 104, welche zum Zusammenschalten mehrerer Akkumulatoren ausgebildet ist. Zu diesem Zweck weist der Akkumulator 104 zusätzlich eine Anschluss-Buchse 140 auf, umfassend Anschlusskontakte 142 und 144 zum Zu- oder Abführen elektrischer Energie, sowie eine Kommunikationsschnittstelle 146 zum uni- oder bidirektionalen Austausch von Daten. Die Anschluss-Buchse 140 ist ferner dazu ausgebildet, einen Anschluss-Stecker 130 aufzunehmen. Auf diese Weise können zumindest zwei gleichartige Akkumulatoren 104 zu einer zusammengeschaltet werden. Der Akkumulator 104 weist zusätzlich eine weitere elektronische Baugruppe 150 auf. Im Zusammenwirken sind die Baugruppen 120 und 150 dazu ausgebildet, die zusammengeschalteten Akkumulatoren kaskadierend zu entladen und/oder aufzuladen. Beispielsweise bei zwei zusammengeschalteten Akkumulatoren 104 und 104', wie in 5 dargestellt, sind die Baugruppen 120 und 150 jeweils dazu ausgebildet, bei Entladen über den Anschluss des Akkumulators 104 den Akkumualtor 104' nur zu entladen, wenn der Akkumulator 104 bereits vollständig entladen ist.
6 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Akkumulators, welche eine Ladezustandsanzeige 300 umfasst, die in diesem Ausführungsbeispiel den aktuellen Ladezustand des Akkumulators mittels Leuchtdioden 310 anzeigt. Optional kann die Anzeige über einen Druckschalter 320 bei Bedarf aktiviert werden. Zusätzlich zur Anzeige des aktuellen Ladezustands des Akkumulators ist in diesem Ausführungsbeispiel eine weitere Leuchtdiode 330 als Verschleißanzeige vorgesehen, welche beispielsweise das Erreichen einer vorgegebenen Anzahl von Ladezyklen des Akkumulators anzeigt. Für die Verschleißanzeige können auch mehrere Leuchtdioden vorgesehen sein, welche in Abhängigkeit der bereits absolvierten Ladezyklen aktiviert werden. Selbstverständlich liegt auch jede andere geeignete Art der optischen oder nicht-optischen Anzeige des Ladezustands und/oder der Ladezyklen des Akkumulators im Rahmen der Erfindung.
In den 7 bis 13 sind verschiedene Eigenschaften von Lithiumionenzellen auf Manganbasis dargestellt, welche bevorzugt in einem erfindungsgemäßen Akkumulator verwendet werden.
7 zeigt schematisch ein Diagramm der Ladecharakteristik der Lithiumionenzelle. Dargestellt sind Ladespannung 410, Ladekapazität 420 sowie Ladestrom 430.
8 zeigt schematisch ein Diagramm der Entladekapazität 510 in Abhängigkeit des Entladestroms der Lithiumionenzelle bei einer Temperatur von 23°C, wobei die Zelle bei einer Spannung von 4,2 V und einem Ladestrom von 1 A über 3 h aufgeladen wurde und der Entladevorgang bei 3,0 V abgebrochen wird.
9 zeigt schematisch ein Diagramm der Entladekapazität 520 in Abhängigkeit der Temperatur der Lithiumionenzelle, wobei die Zelle bei einer Spannung von 4,2 V und einem Ladestrom von 1 A über 3 h aufgeladen wurde und der Entladevorgang mit einem Entladestrom von 1,5 A erfolgt und bei 3,0 V abgebrochen wird.
10 zeigt schematisch ein Diagramm mit Entladekurven 610, 620 630, 640 und 650 der Lithiumionenzelle bei unterschiedlichen Entladeströmen.
11 zeigt schematisch ein Diagramm mit Entladekurven 710, 720 730, 740 und 750 der Lithiumionenzelle bei unterschiedlichen Temperaturen.
12 zeigt schematisch ein Diagramm der Kapazität 810 der Lithiumionenzelle in Abhängigkeit der Anzahl der Ladezyklen bei einem Entladestrom von 1,5 A, 13 zeigt entsprechend ein schematisches Diagramm der Kapazität 820 der Lithiumionenzelle in Abhängigkeit der Anzahl der Ladezyklen bei einem Entladestrom von 4,5 A.

10: Akkumulatorspannung
20: Externe Spannung
30: Ausgangsspannung
40: Referenzspannung
52: Erster Komparator
54: Zweiter Komparator
62: Erstes Verzögerungsglied
64: Zweites Verzögerungsglied
70: Entladeschalter
80: Ladeschaltung
90: Energiespeicher
102: Akkumulator
104,104': erweiterbarer Akkumulator
106: Akkumulator mit Verschleißanzeige
110: Lithiumionenzelle
120: Elektronische Baugruppe
130: Anschluß-Stecker
132,134: Anschlußkontakte zum Zu- oder Abführen
: elektrischer Energie
136: Kommunikationsschnittstelle
141: Anschluß-Buchse
142,144: Anschlußkontakte zum Zu- oder Abführen
: elektrischer Energie
146: Kommunikationsschnittstelle
150: Elektronische Baugruppe
210: Ausgangsspannung des Akkumulators
220: Externe Spannung
230: Schaltzustand des Entladeschalters
240: Schaltzustand der Ladeschaltung
300: Ladezustandsanzeige
310: Leuchtdiode
320: Schalter
330: Leuchtdiode zur Verschleißanzeige
410: Ladespannung
420: Ladekapazität
430: Ladestrom
510,520: Entladekapazität
610–650: Entladekurven
710–750: Entladekurven
810,820: Kapazität
t1–t6: Zeitpunkte
T1,T2: Verzögerungszeiten

Claims

Akkumulator zum Betrieb mit einer zumindest zeitweise am Ausgang des Akkumulators anliegenden externen Spannung, welche unterhalb der Ausgangsspannung des Akkumulators in dessen voll aufgeladenem Zustand liegt, umfassend – zumindest eine ladbare elektrochemische Zelle, – einen elektrischen Anschluss am Ausgang des Akkumulators für das Zuführen und/oder Abführen von elektrischer Energie, – ein die zumindest eine ladbare elektrochemische Zelle umgebendes Gehäuse, und – eine Regelschaltung zum Regeln des Aufladevorgangs des Akkumulators und/oder des Bereitstellens der Akkumulatorspannung am Ausgang des Akkumulators.
Akkumulator nach Anspruch 1, wobei die zumindest zeitweise am Ausgang des Akkumulators anliegende externe Spannung von einem zumindest zeitweise an ein elektrisches Versorgungsnetz angeschlossenes Netzteil bereitgestellt wird.
Akkumulator nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Regelschaltung innerhalb des Gehäuses angeordnet ist.
Akkumulator nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Regelschaltung einen steuerbaren Schalter zum Bereitstellen der Akkumulatorspannung am Ausgang des Akkumulators umfasst.
Akkumulator nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Regelschaltung eine steuerbare Ladeschaltung zum Aufladen des Akkumulators umfasst.
Akkumulator nach Anspruch 5, wobei die Ladeschaltung einen Spannungswandler umfasst.
Akkumulator nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Regelschaltung zumindest einen Komparator umfasst, welcher dazu ausgebildet ist, die am Ausgang des Akkumulators anliegende Spannung mit einer Referenzspannung zu vergleichen.
Akkumulator nach Anspruch 7, wobei der zumindest eine Komparator dazu ausgebildet ist, den steuerbaren Schalter und/oder die steuerbare Ladeschaltung anzusteuern.
Akkumulator nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Regelschaltung dazu ausgebildet ist, bei Erkennen einer am Ausgang des Akkumulators anliegenden Spannung unterhalb der Referenzspannung die Akkumulatorspannung an den Ausgang des Akkumulators zu legen und den Aufladevorgang des Akkumulators durch die Ladeschaltung zu unterbrechen.
Akkumulator nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Regelschaltung dazu ausgebildet ist, bei Erkennen einer am Ausgang des Akkumulators anliegenden Spannung oberhalb der Referenzspannung die Akkumulatorspannung von dem Ausgang des Akkumulators zu trennen und den Aufladevorgang des Akkumulators mittels der Ladeschaltung auszuführen.
Akkumulator nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend zumindest ein Zeitglied, welches zwischen den zumindest einen Komparator und den steuerbaren Schalter und/oder die steuerbare Ladeschaltung geschaltet ist, und dazu ausgebildet ist, das Steuersignal des Komparators um eine vorgegebene Verzögerungszeit zu verzögern.
Akkumulator nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Regelschaltung einen Energiespeicher zum Speichern elektrischer-Energie umfasst, welcher insbesondere als Kondensator ausgebildet ist.
Akkumulator nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend zumindest zwei in Reihe geschaltete und/oder zumindest zwei parallel geschaltete Zellen.
Verfahren zum Betrieb eines Akkumulators mit einer schaltbar am Ausgang des Akkumulators anliegenden Akkumulatorspannung und einer zumindest zeitweise am Ausgang des Akkumulators anliegenden externen Spannung, welche unterhalb der Akkumulatorspannung bei voll aufgeladenem Akkumulator liegt, umfassend die Schritte – Überwachen der am Ausgang des Akkumulators anliegenden Spannung, – Anlegen der Akkumulatorspannung an den Ausgang des Akkumulators in Abhängigkeit der überwachten Spannung, und – Aufladen des Akkumulators durch die am Ausgang des Akkumulators anliegende externe Spannung in Abhängigkeit der überwachten Spannung.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Überwachen der am Ausgang des Akkumulators anliegenden Spannung das Vergleichen mit einer vorgegebenen Referenzspannung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Akkumulatorspannung an den Ausgang des Akkumulators gelegt wird und das Aufladen des Akkumulators unterbrochen wird, wenn die überwachte Spannung unter einen vorgegebenen Referenzwert fällt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei zur Überprüfung, ob die externe Spannung am Ausgang des Akkumulators anliegt, die Akkumulatorspannung in zyklischen Zeitabständen vom Ausgang des Akkumulators getrennt wird, und das Aufladen des Akkumulators ausgeführt wird, wenn die überwachte Spannung über einen vorgegebenen Zeitraum oberhalb eines vorgegebenen Referenzwertes liegt.
Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, wobei der vorgegebene Referenzwert unterhalb des Spannungswertes der externen Spannung liegt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei Aufladen des Akkumulators durch die am Ausgang des Akkumulators anliegende externe Spannung das Wandeln einer Spannung umfasst.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend den Schritt des Speicherns elektrischer Energie in einem Energiespeicher, insbesondere einem Kondensator.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zumindest zeitweise am Ausgang des Akkumulators anliegende externe Spannung von einem zumindest zeitweise an ein elektrisches Versorgungsnetz angeschlossenen Netzteil bereitgestellt wird.
Akkumulator, insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend – zumindest eine Lithiumionenzelle, – einen elektrischen Anschluß für das Zuführen und/oder Abführen von elektrischer Energie, – ein die zumindest eine Lithiumionenzelle umgebendes Gehäuse, und – eine Kommunikationsschnittstelle für die Kommunikation zwischen dem Akkumulator und einem zu versorgenden Verbraucher, welche an die Eigenschaften der zumindest einen Lithiumionenzelle angepasst ist, wobei die zumindest eine Lithiumionenzelle für einen Betrieb ohne Schutzschaltung geeignet ist.
Akkumulator nach Anspruch 22, wobei zumindest eine Elektrode der Lithiumionenzelle Mangan umfasst.
Akkumulator nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die positive Elektrode der Lithiumionenzelle eine Nickel/Mangan-Mischung aufweist.
Akkumulator nach einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend zumindest zwei in Reihe geschaltete und/oder zumindest zwei parallel geschaltete Lithiumionenzellen.
Akkumulator nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine Lithiumionenzelle den Sicherheitsstandard gemäß UL 1642 erfüllt.
Akkumulator nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine Lithiumionenzelle zum Entladen in einem Betriebstemperaturbereich von wenigstens 0° bis 40°C, insbesondere –10° bis 50°C, insbesondere –20° bis 60°C, geeignet ist.
Akkumulator nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine Lithiumionenzelle zum Aufladen in einem Betriebstemperaturbereich von wenigstens 10° bis 40°C, insbesondere 5° bis 45°C, insbesondere 0° bis 50°C, geeignet ist.
Akkumulator nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine Lithiumionenzelle eine Vibrationsbeständigkeit gemäß EN 1789 aufweist.
Akkumulator nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine Lithiumionenzelle eine Anfangskapazität von wenigstens 1400 mAh, insbesondere wenigstens 1600 mAh, insbesondere wenigstens 1800 mAh, insbesondere wenigstens 2000 mAh, aufweist.
Akkumulator nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine Lithiumionenzelle nach etwa 500 Ladezyklen bei einem durchschnittlichen Entladestrom von 1,5 A und einer Entladung auf eine Akkumulatorspannung von etwa 3 V eine Kapazität von wenigstens 60%, insbesondere 70%, insbesondere 80%, der Anfangskapazität aufweist.
Akkumulator nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine Lithiumionenzelle nach etwa 500 Ladezyklen bei einem durchschnittlichen Entladestrom von 4,5 A und einer Entladung auf eine Akkumulatorspannung von etwa 3 V eine Kapazität von wenigstens 40%, insbesondere 50%, insbesondere 60%, der Anfangskapazität aufweist.
Akkumulator nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zumindest eine Lithiumionenzelle einen maximalen Entladestrom von wenigstens 10 A, insbesondere 30 A, insbesondere 50 A, aufweist.
Akkumulator nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Verschleißanzeige, welche insbesondere eine optische Anzeige in Abhängigkeit der Ladezyklen des Akkumulators generiert.
Akkumulator-Anordnung, umfassend – zumindest einen ersten und einen zweiten Akkumulator nach einem der vorstehenden Ansprüche, – einen Anschluss für das Zuführen und/oder Abführen von elektrischer Energie, und – eine elektronische Baugruppe, welche dazu ausgebildet ist, bei Entladen der Akkumulator-Anordnung den zweiten Akkumulator nur zu entladen, wenn der erste Akkumulator vollständig entladen ist.
Medizinisches Gerät, insbesondere mit einer Einrichtung zur Überwachung der Herzfunktionen und/oder einem Defibrillator, umfassend einen Akkumulator und/oder eine Akkumulator-Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche.
Medizinisches Gerät nach Anspruch 36, ferner umfassend ein integriertes Netzteil, welches an ein elektrisches Versorgungsnetz anschließbar ist.
Ladegerät, welches dazu ausgebildet ist, zumindest einen Akkumulator nach einem der vorstehenden Ansprüche aufzuladen.
Verwendung eines Akkumulators und/oder einer Akkumulator-Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche in einem medizinischen Gerät, welches insbesondere eine Einrichtung zur Überwachung der Herzfunktionen und/oder einen Defibrillator umfasst.
Verwendung eines medizinischen Gerätes nach einem der vorstehenden Ansprüche in – Fahrzeugen, – öffentlichen Einrichtungen, – Off-Shore-Einrichtungen, – Sportstätten, – Bahnhöfen, oder – Flugfeldern.
Verwendung eines medizinischen Gerätes nach einem der vorstehenden Ansprüche in einem Rettungsfahrzeug, insbesondere einem Rettungswagen oder Rettungshubschrauber.