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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Versorgung eines medizinischen Gerätes, bei dem ein Energieversorgen von zumindest einer Batterie erfolgt, wobei die Batterien eine kalendarische und/oder zyklenabhängige Alterung durchlaufen.
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Medizinische Geräte, die von dem Stromnetz mit elektrischer Energie versorgt werden, beinhalten zusätzlich noch Batterien, um im Falle einer Netzunterbrechung weiterhin unterbrechungsfrei betrieben werden zu können. Die Batterien liefern dann während der Unterbrechung die benötigte elektrische Energie. Die Betriebszeit der Batterien ohne Netzversorgung ist durch den Verbrauch des medizinischen Gerätes und der in den Batterien gespeicherten Energie limitiert. In dieser Betriebsart werden die Batterien wenig aktiv genutzt, da eine Netzunterbrechung die Ausnahme der Netzversorgung ist.
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Eine weitere Verwendung für die Nutzung von Batterien in medizinischen Geräten stellt der mobile Einsatz dar. Im Rahmen eines mobilen Einsatzes der Batterien entfällt die Versorgung aus einem elektrischen Versorgungsnetz und die Batterien liefern ausschließlich die elektrische Energie. Die Betriebszeit ohne Netzversorgung ist durch den Verbrauch des medizinischen Gerätes und der in den Batterien gespeicherten Energie limitiert. In dieser Betriebsart werden die Batterien stark aktiv genutzt, da der mobile Einsatz viele Lade- und Entladezyklen erfordert.
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Sowohl bei einem mobilen Einsatz als auch bei einem Einsatz während einer Unterbrechung des elektrischen Versorgungsnetzes ist der Funktionserhalt und somit auch die Kenntnis der zu erwartenden Lebensdauer und der Alterungseigenschaften einer Batterie von zentraler Bedeutung. Die Alterung bzw. Batterielebensdauer wird dabei unterschieden in die Zyklenlebensdauer und die kalendarische Lebensdauer. In die Zyklenlebensdauer greifen all die Mechanismen ein, die eine Batterie aufgrund ihrer Beanspruchung im Betrieb, das sind vornehmlich Lade- und Entladezyklen, bestimmte Häufigkeit und Entladetiefe, altern lassen. Die Zyklenlebensdauer gibt also an, wie viele Lade- und Entladezyklen bei einer Batterie möglich sind, bevor diese ihre Funktion einstellt. Hierbei ist neben der reinen Anzahl der Zyklen und die Art der jeweiligen Zyklen, und hier insbesondere die Tiefe, mit welcher die Batterie entladen bzw. auf welche sie wieder aufgeladen wird, von Relevanz.
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Die kalendarische Alterung hingegen beschreibt die Alterung, die auch auftritt, wenn die Batterie überhaupt nicht belastet wird. Die kalendarische Alterung und zyklenabhängige Alterung können sich überlagern, wobei je nach Anwendung der Batterie die kalendarische Alterung oder die zyklenabhängige Alterung bestimmend ist.
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Um eine sichere Versorgung der medizinischen Geräte mit elektrischer Energie zu gewährleisten ist neben dem Funktionserhalt der Batterien auch der Austausch der Batterien nach einer bestimmten Zeit von fundamentaler Bedeutung. Der Zeitpunkt des Austausches, d. h. das Austauschintervall, ist bisher definiert als feste Zeit aufgrund von Erfahrungen im Betrieb der medizinischen Geräte im weltweiten Einsatz. Die Definition eines Austauschintervalls der Batterien in medizinischen Geräten hat dabei sämtliche relevante Einsatzfälle zu berücksichtigen, so dass auch zufällig auftretende ungünstige Faktoren Einfluss auf die Länge des Austauschintervalls haben und dieses verkürzen.
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Diese gängige Praxis lässt jedoch unberücksichtigt, dass Vermessungen von Batterien nach dem Ende der Nutzung in dem medizinischen Gerät, d. h. am Ende des Austauschintervalls, ergeben haben, dass nicht sämtliche Batterien abgenutzt sind. Der Austausch von funktionsfähigen Batterien stellt jedoch eine Verschwendung von Ressourcen und zunehmend auch eine Schädigung der Umwelt dar, da die Batterien in der Regel entsorgt werden müssen.
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Ausgehend von dem gewürdigten Stand der Technik sowie den aufgezeigten Nachteilen ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass die Nutzungsdauer von Batterien in medizinischen Geräten, und zwar sowohl im Rahmen der unterbrechungsfreien Stromversorgung als auch im mobilen Einsatz, über die herkömmlich angenommenen Austauschintervalle hinaus eine Verlängerung erfährt.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 oder 2 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass eine verbleibende kalendarische Lebensdauer der Batterie aus der Differenz der gesamten Lebensdauer der Batterie und der Betriebsdauer der Batterie ermittelt wird.
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Für den Fall, dass die Batterie eine zyklenabhängige Alterung durchläuft, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine verbleibende zyklenabhängige Lebensdauer der Batterie aus dem Produkt von Betriebsdauer der Batterie und dem Verhältnis von verbleibender Kapazität Crest der Batterie und abgegebener Kapazität Cabgegeben der Batterie ermittelt wird.
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Kernidee der Erfindung ist es, das Austauschintervall der Batterie um eine verbleibende kalendarische bzw. zyklenabhängige Lebensdauer zu verlängern.
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Neben dem Zeitablauf, der die kalendarische Lebendauer beeinflusst, können weitere Faktoren hinzutreten, die die kalendarische Lebensdauer der Batterie beeinflussen. Als wesentlicher Einflussfaktor hat sich die Temperatur erwiesen. Zudem haben Untersuchungen ergeben, dass die Abhängigkeit einer herstellerspezifischen Lebensdauer einer Batterie von der Temperatur mittels einer logarithmischen Funktion beschrieben wird. Der Temperatur einer Batterie kann somit eindeutig einer Zeit zugeordnet werden, die der Lebensdauer der Batterie entspricht. Die kalendarische Lebensdauer einer Batterie ist somit eine herstellerspezifische Größe, die von Batterie zu Batterie variieren kann.
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Eine ausführliche Dokumentation des Zusammenhanges zwischen kalendarischer Lebensdauer sowie Zeit und Temperatur ist z. B. der Referenz ”Panasonic Value Regulated Lead-Acid Batteries Technical Handbook 2007, Chapter 3” zu entnehmen.
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Da sich die Temperatur in Abhängigkeit vom Standort des medizinischen Gerätes ändern kann, wird vorzugsweise die mittlere Temperatur der Batterie verwendet, die sich im nicht statianären Einsatz der Batterie aus der Mittelung der lokalen Temperaturen ergibt, Die Berechnung der mittleren Temperatur TMittel ergibt sich somit gemäß der nachfolgenden Gleichung: TMittel = Tsumme/nT.
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In dieser Gleichung stellt Tsumme die aufsummierten Temperaturwerte dar, wohingegen nT die Anzahl der ermittelten Temperaturwerte angibt.
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Um im Rahmen der kalendarischen Überwachung die Betriebsdauer der Batterie zu ermitteln, ist es von Vorteil, die Differenz aus der aktuellen Zeit theute und den Zeitpunkt des Betriebsstarts der Batterie tstart gemäß der Gleichung tBetriebsdauer = theute – tstart zu bestimmen.
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Die verbleibende kalendarische Lebensdauer trest der Batterie ergibt sich dann aus der Differenz der herstellerspezifischen kalendarischen Lebensdauer tLebensdauer der Batterie und der Betriebsdauer tBetriebsdauer der Batterie gemäß der Gleichung trest = tLebensdauer – tBetriebsdauer.
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Die verbleibende zyklenabhängige Lebensdauer der Batterie ergibt sich dagegen aus der Extrapolation der bisherigen Nutzung der Batterien unter Berücksichtigung der noch verfügbaren Kapazität, d. h. aus dem Produkt von Betriebsdauer tBetriebsdauer der Batterie und dem Verhältnis von verbleibender Kapazität Crest und abgegebener Kapazität Cabgegeben gemäß der Gleichung trest = tBetriebsdauer × Crest/Cgesamt.
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Diese Extrapolation setzt eine kontinuierliche Nutzung der Batterie durch den Anwender voraus. Die Betriebsdauer tBetriebsdauer ergibt sich auch hier aus der Differenz aus der aktuellen Zeit theute und dem Zeitpunkt tstart des Betriebsstarts der Batterie.
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Die verbleibende Kapazität Crest resultiert wiederum aus der Differenz der gesamten Kapazität und der abgegebenen Kapazität gemäß der Gleichung Crest = Cgesamt – Cabgegeben. Die gesamte Kapazität Cgesamt ist dabei die Kapazität, die die Batterie während der herstellerspezifischen zyklenabhängigen Lebensdauer der Batterie abgeben kann. Eine ausführliche Dokumentation der Einflussgrößen und Berechnung der gesamten Kapazität findet sich ebenfalls z. B. in der Referenz ”Panasonic Value Regulated Lead-Acid Batteries Technical Handbook 2007, Chapter 3”.
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Um zu prüfen, inwieweit eine in dem medizinischen Gerät verwendete Batterie noch weiter benutzt werden kann, ist es von Vorteil, die verbleibende kalendarische Lebensdauer und/oder die verbleibende zyklenabhängige Lebensdauer mit einem Zeitintervall, das den Zeitabstand zwischen dem Betriebsbeginn der Batterie und dem Austausch der Batterie angibt, zu vergleichen. Sind die verbleibende kalendarische bzw. zyklenabhängige Lebensdauer für ein weiteres für den Batterieaustausch vorgesehenes Zeitintervall ausreichend, werden die Batterien noch nicht getauscht und der weiteren Nutzung zugeführt.
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Zudem sieht die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vor, wobei die mit einer Batterie und einem medizinischen Gerät versehene Vorrichtung noch zusätzlich neben einem Temperatursensor auch einen Strom- und Spannungssensor aufweist. Sowohl der Strom- und der Spannungssensor als auch der Temperatursensor sind dabei einem Datenrecorder zugeordnet.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt in schematischer Darstellung:
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1 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Das in 1 gezeigte Verfahren dient dazu, aus der Historie der Batterien 5 eine kalendarische sowie eine zyklenabhängige Alterung zu ermitteln, um aus der ermittelten kalendarischen Alterung und der ermittelten zyklenabängigen Alterung sowie aus der von dem Hersteller spezifizierten Lebensdauer der Batterie 5 die verbleibende kalendarische Lebensdauer und die verbleibende zyklenabhängige Lebensdauer bei vergleichbarer Nutzung abzuschätzen. Die verbleibende kalendarische Lebensdauer und die verbleibende zyklenabhängige Lebensdauer werden dann gegenüber der Dauer eines Serviceintervalls verglichen. Das Serviceintervall gibt den maximalen Zeitpunkt für die Prüfung sowie Kontrolle und eines damit evtl, einhergehenden Austausches der Batterien 5 an. Sind die ermittelten Zeitwerte der kalendarischen und zyklenabhängigen Lebensdauer noch für ein weiteres Serviceintervall ausreichend, so werden die Batterien 5 noch nicht getauscht.
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Bei den in 1 dargestellten Blöcken handelt es sich um funktionelle Module, welche nicht in notwendigerweise getrennten physikalischen Baugruppen entsprechen müssen. Vielmehr könnte ein einzelnes funktionelles Modul durch mehrere physikalische Baugruppen realisiert sein. Des Weiteren wäre es möglich, mehrere funktionelle Module mit einem einzelnen physikalischen Baustein umzusetzen.
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Das in 1 gezeigte Verfahren lässt sich in zwei Verfahrensvarianten aufteilen.
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Die erste Variante, die den Betrieb des medizinischen Gerätes 4 mit Netzversorgung vorsieht, beginnt damit, dass das Netzteil 2 mit elektrischer Energie über den Netzanschluss 1 versorgt wird. Das Netzteil 2 ist durch eine Zuleitung, in der das Batterieladegerät und Umschalter 3 angeordnet ist, mit dem medizinischen Gerät 4 verbunden. Um im Falle der Netzunterbrechung das medizinische Gerät 4 weiterhin mit elektrischer Energie versorgen zu können, liefern die Batterien 5 während der Netzunterbrechung die elektrische Energie für das medizinische Gerät 4. Bei dieser Verfahrensvariante durchlaufen die Batterien 5 eine kalendarische Alterung, d. h. die bestimmenden Faktoren, die Einfluss auf die Alterung der Batterien 5 ausüben, sind die Zeit und die Temperatur. Um im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens die verbleibende kalendarische Lebensdauer zu ermitteln, werden zu Beginn des Verfahrens zunächst die Batterien 5 in einem ungebrauchten Zustand in das medizinische Gerät 4 eingesetzt und das aktuelle Tagesdatum sowie die aktuelle Tageszeit in dem Datenrecorder 8, der dem medizinischen Gerät 4 und den Batterien 5 zugeordnet ist, gespeichert. Diese Anfangszeitpunkte stellen den Beginn des Serviceintervalls dar.
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Den Batterien 5 ist zudem ein Temperatursensor 7 zugeordnet, der in bekannter Weise die mittlere Temperatur der Batterien 5 aufnimmt. Die gemessenen mittleren Temperaturen fließen in die Berechnung der kalendarischen Lebensdauer ein. Hierzu steht eine von dem Hersteller der Batterien 5 angegebene Spezifikation in Form einer funktionalen Abhängigkeit zur Verfügung mit deren Hilfe in herkömmlicher Weise die kalendarische Lebensdauer bestimmbar ist.
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Über einen Strom- und Spannungssensor 6, der ebenfalls den Batterien 5 zugeordnet ist, lässt sich in herkömmlicher und bekannter Weise, und zwar durch Messung der geflossenen Ladungskapazität, die noch an das medizinische Gerät 4 lieferbare elektrische Energie durch die Batterie 5 bestimmen.
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Auf Grundlage der Betriebsdauer der Batterien 5, die aus der Differenz zwischen den gespeicherten Anfangszeitpunkten und der aktuellen Zeit resultiert, sowie der von dem Hersteller der Batterien 5 spezifizierten kalendarischen Lebensdauer, in deren Berechnung die über den Temperatursensor 7 gemessene mittlere Temperatur eingeht, kann die verbleibende kalendarische Lebensdauer aus der Differenz der kalendarischen Lebensdauer und der Betriebsdauer der Batterien 5 ermittelt werden.
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Bei einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, die bei einem mobilen Einsatz der Batterien 5 Anwendung findet und der Ermittlung der zyklenabhängigen Lebensdauer dient, erfolgt eine Extrapolation der bisherigen Betriebsdauer der Batterien 5 unter Berücksichtigung der noch verfügbaren Kapazität der Batterien 5.
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Hierzu wird in der schon beschriebenen Weise die Betriebsdauer der Batterien 5 sowie die verbleibende Kapazität der Batterien 5 und die abgegebene Kapazität 5 bestimmt. Die verbleibende Kapazität der Batterien 5 ergibt sich dabei aus der von dem Hersteller der Batterien 5 angegebenen gesamten Kapazität der Batterien 5 und der bereits abgegebenen Kapazität der Batterien 5. Zur Messung der bereits abgegebenen Kapazität der Batterien 5 dient auch hier der den Batterien 5 zugeordnete Strom- und Spannungssensor, der in an sich bekannter Weise die geflossene Ladung der Batterien 5 und die Dauer der Entladung misst. Dabei werden die gemessenen Daten in dem Datenrecorder 8 gespeichert. Das Batterieladegerät und Umschalter 3 sorgt für das Zyklieren, d. h. das Be- und Entladen der Batterien 5 und die Verbindung zwischen Batterien 5 und medizinischem Gerät 4.
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Die vorliegende Erfindung beschränkt sich in der Ausführung nicht auf das vorstehend angegebene Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist eine Anzahl von Varianten denkbar, welche von der dargestellten Lösung auch bei anders gearteten Ausführungen Gebrauch machen. Beispielsweise können die verbleibenden kalendarische und zyklische Lebensdauern gleichzeitig gemessen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Netzanschluss
- 2
- Netzteil
- 3
- Batterieladegerät und Umschalter
- 4
- medizinisches Gerät
- 5
- Batterien
- 6
- Strom- und Spannungssensor
- 7
- Temperatursensor
- 8
- Datenrecorder
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Panasonic Value Regulated Lead-Acid Batteries Technical Handbook 2007, Chapter 3 [0014]
- Panasonic Value Regulated Lead-Acid Batteries Technical Handbook 2007, Chapter 3 [0021]
