Batteriunderhåll på sjukhus

Isidor BuchmannCadex Electronics Inc.

Överblick

Vilket är det bästa batteriet för sjukhus

De fyra hemligheterna bakom batteriets livslängd

Det smarta batteriet / SMBus /smart battery

Bränslecellen

Få ut så mycket som möjligt från ditt batteri

Snabbtestning av batteriet

Batteri underhåll

Gravimetric Energy Density (Wh/kg)

0

50

100

150

200

250

300

Leadacid

NiMH Li-ion Alkaline Lithiumprimary

Wh

/kg Non-rechargable

Rechargable

Ej uppladdningsbara batterier har hög energitäthet

… men låg energitäthet

Gravimetric Energy Density (Wh/kg), rated and actual energy

0

50

100

150

200

250

300

Lead acid NiMH Li-ion Alkaline Lithium

Wh/

kg Rated

Actual

‘Actual’ relaterar till ett kraftverktyg

‘Rated’ relaterar till en köksklocka

Primärcellen (alkaliska ej laddningsbara “vanliga” batterier) kan inte leverera hög kraft/ström

Nickel-Cadmium, NiCd, sedan 1950 Nickel-Metal-Hydride, NiMH, sedan1990

Tålig, lång hållbarhet

Hög urladdnings nivå

Bra temperaturområde

Ekonomiskt i inköp

Genomsnittlig energitäthet

NiCd är inte möljövänlig

Tvåvägsradio, el-handvertyg, medicinsk utrustning

Uppladdningsbara batterier

Lithium-ion

Kobolt, utvecklade av Sony 1991 - Har hög energidensitet; - Inte lämpad för kraftiga urladdningar - Säkerhetsrisker - Används i mobiltele, laptop & kamera

Magnesium [1996]; Fosfat [2006] - Har hög krafttäthet - Bra termisk stabilitet - Lägre kapacitet än Kobolt - För defibrillatorer & el-handverktyg

Det finns två Li-ion system:

Permanent kapacitetsförlust av Li-ion

per år

För bästa resultat, förvara batteriet svalt och delvis laddat i tätt emballage så att det inte uppstår kondens / fuktskador.

Slutna (VRLA) Bly-syra Batterier

”Ventil reglerade blybatterier”

Servar en unik nisch: svår att ersätta

Mest ekonomisk för stora kraftapplikationer

Billiga och tåliga

Låg energitäthet

Begränsad livscykel

Rullstolar, nödbelysning

och UPS

Energitäthet Jämförelse av uppladdningsbara batterier

Hög energi-täthet kan kompromissa säkerhet och livslängd.

Vilket är det bästa uppladdningsbara batteriet?  Nickel-

cadmiumNickel-metal-

hydrideSLA

Kapslade bly syra batterier

Lithium‑ioncobalt / kobolt

Lithium‑ion- magnesium

- fosfat

Energitäthet(Wt/kg)

45-80 60-120 30-50 150 - 190 90 - 120

Livscykel ggrvid 80% kapacitet

1500 300 - 500 200 - 300 300 - 500 500 - 1000

Laddtid 1-2t 2 – 4t 8 – 16t 1.5 – 3t 1t eller mindre

Självurladdning per månad

20% 30% 5% Mindre än 10%

Cell Volt 1.25V 1.25V 2V 3.6V 3.6V / 3.3V

Laddningsström 2C 0,5C 0,5C 1C 3C

Underhåll 30 - 60 dagar 60 - 90 dagar 6 månader Behövs inte

Säkerhet Termiskt stabil säkring rekommenderas

Termiskt stabil Stabil till 150C Säkerhetskrets

obligatorisk

Stabil till 250C säkerhetskrets

rekommenderas

Finns sedan 1950 1990 1970 1991 1996 / 2006

Giftigt, miljöfarligt Hög Låg, Hög Mycket låg

1- Tidspåverkad kapacitet

Mängden laddning som ett batteri kan lagra minskar gradvis beroende på användandet och ålder

Normal kapacitet på ett nytt batteri är 100%

Batteriet bör bytas vid 80-90%.

Batteriet kan sjunka till en lägre nivå beroende på applikation innan det ersätts.

De fyra hemligheterna bakom batteriets livslängd

I Nickelbaserade batterier, kan stenbildning innebära förlust i minne (kristallisering).

Bly-syra batterier blir dålig av sulfatoxidation och gallerkorrosion

Li-ion batterier tappar kapaciteten på grund av celloxidation

Minnet gjort synligt

Orsaker till batteriets försämring

2 – Ökande Intern Resistans

Intern resistans styr över “flödet”.

Resistansen ökar med . användandet och åldern

Går inte att åtgärda

De fyra hemligheterna

Låg resistans Hög resistans

3 – Ökande självurladdning

Vanligast på nickelbaserade batterier.

För varje 10C så dubbleras självurladdningen.

Ökar vid stor användning och ålder.

De fyra hemligheterna

Största förlusten sker direkt efter laddning.

Nickelbaserat: 10-15% efter 24tim, sedan 10-15% per månad

Li-ion: ~10% efter 24tim, sedan 5% per månad ~3% används av säkerhetskretsen

Bly-syra: ~5% per månad

Fakta om självurladdning

Självurladdning av NiCd

4 – För tidig spänningsavstängning

Det går inte att använda all lagrad batterienergi

Vissa utrustningar stängs av för tidigt.

Värme sänker batteriets spänning som sedan resulterar i en tidig avstängning av batteriet.

De fyra hemligheterna

Batteriet är en produkt som mattas ut av åldern och blir sämre på att hålla laddningen.

Det första året, fungerar systemet på grund av att batteriet är fräscht.

I de efterföljande åren börjar en del batterier tappa kapaciteten och tillförlitligheten sjunker.

Nya batteripack köps in, och batteriflottan blir en blandning av nya och fallerande batterier.

Det är då batterihuvudvärken kommer in.

Ett batteriunderhållssystem löser problemet.

Summering

Det smarta batteriet

“Batteriet är som ett vilddjur och artificiell intelligens tämjer det”

En krets mäter energin som går in och ut i batteriet.

En display visar resterande SoC (stat of charge) / laddstatus.

Hur fungerar bränslemätaren?

• Batteri [+] • Batteri [-] • Data/Clock • Temperatursensor

• Batteri [+] • Batteri [-] • Data• Clock• Temperatursensor• Brytare kan finnas

Singe Wire Two Wire or SMBus

- Laptops

- Medicinska instrument

-Trådlös utrustning

- Skanners

Bra

Dålig

Hur läser man ut och med vad ?

SoC State of Charge / laddstatus informationen berättar bara lite om batteriets kondition.

Ett batteri kan vara fulladdat, displayen visar 100%, men den energi som kan användas är bara 50%...

Ett dåligt batteri kan jämföras med en bensintank fylld med sten.

Bränslemätaren visar FULL.

Allting verkar normalt, förutom att

den resta sträckan blir betydligt kortare.

Att fylla upp tanken går fort, eftersom tanken rymmer lite bränsle.

Negativt:

Höjer batterikostnaden med 25%

Kräver en specialladdare

Kräver periodisk batterikalibrering

Tyvärr fungerar inte batterihistoria och minnet alltid på grund av många tillverkare av batterier

Positivt:

Erbjuder laddstatus

“spelar in” batterihistoria

Kommer ihåg användare av periodisk service

Det smarta batteriet (fortsättning)

Varför behövs batterikalibrering?

För att korrigera spåringsfelen mellan det kemiska och digitala batteriet.

för att

Kretsen inte kan följa energiflödet in och ut helt rätt.

Varje cykel plussar på ca 1% fel.

Självurladdning lägger till avvikelse.

Hur kalibrerar man ett smartbatteri?

Full-ladda batteriet, ladda ur det fullständigt, ladda upp det igen i utrustningen eller i en batterianalysator.

Kalibrera var tredje månad, eller efter 40 upp och urladdningar för att få en säkrare avläsning.

När man kalibrerar sätts elektroniska flaggor ut.

Bränsle cellenEn bränslecell är en elektrokemisk anordning som kombinerar hydrogen och oxygen så att den producerar elektricitet, vatten och värme.

1839, Sir William Grove tillverkar den första bränslecellen

1960-, kraftkälla inom ”rymdkapplöpningen”

1980-, experimenteras med för att driva bilar och bussar.

2000-, miniatyr bränslecell.

Behöver inte komprimerad hydrogengas

Lågt pris, lättanvänd och snabbt påfylld

Ger upp till 900Wh; energidensitet 102 Wh/l

Låg effektivitet (30% max)

Ger 300mW kontinuerlig

kraft →

Metanol som bränsle (Direct methanol fuel cell)

Hydrogen som bränsle (PEM)

Hög effektivitet (50%)

Upp till 450Wh/l i energidensitet

Bränsle transporter, påfyllning

Inte kommersiellt tillgänglig

Bränslecell för ficklampa och cykellampa.

21cc behållare motsvarar energin från 10st AA alkaliska batterier.

Begränsningarna

Uppstarten tar lång tid, begränsat temperaturområde.

1V utspänning per cell; 0.6V under laddning.

Hög intern resistans. Snävt kraftuttag, se bild.

Behöver ett batteri till start, Bränslecellen laddar efter start.

Högt pris.

Bränslecellen har en snäv bandbredd där man kan ta ut kraft

Få ut det mesta av dina batterier Använd en normal laddare med

urladdare

Undvik djupa urladdningar

Förvara batteriet svalt

Exempel på high-power Li-ion

Uppladdningsbara batterier kan användas under ett brett temperaturområde. Laddning är annorlunda.

Nickelbaserade:Sakta laddning (0.1C) under +5C Snabbladdning mellan +5 to 45C

Lithium-ion: Ingen laddning är tillåten under 0C

Bly-syra: Under 0C, full laddning kan inte bli nådd, på grund av spänningsökning.

Laddning vid låg temperatur

Ladda bly-syra batterierna rätt!

Bly-syrabatterier kan inte snabbladdas, dom behöver 8-14 timmars laddning.

Om batteriet inte är mättat, så kommer det att oxidera.

Varför håller ett Bly-syra batteri längre i en golfbil än i en rullstol?

Får bara 7 tim uppladdning Får en full 14 timmars uppladdning

2 års batterigaranti

4 års batterigaranti

Batteriunderhåll

Batteriunderhåll består av periodiska hälsotester.

Det finns två olika tester

Snabbtestning

Fullservice

Bild från Ottawa Heart Institute

Batteri snabbtest

Cadex QuickSort™ kontrollerar Li-ion på 30 sek.

Baserat på elektorokemisk dynamisk reaktion.

Inbyggd i Cadex C7000 C-Serien Batterianalysator.

Sorterar in batterierna i Poor, Low och Good.

Den Nordamerikanska underhållsmodellen

University of Ottawa Heart Institute är ett 140 bäddars Cardiac Care Organisation (dotterbolag till Ottawa Hospital)

Sjukhuset behandlar varje batteri som en tillgång och använder därför ett underhållsprogram.

Ottawa Hospital har 12 Cadex batteri analysatorer.

Cadex förser alla stora sjukhus i Nord Amerika med analysatorer.

I Sverige har över 25% av alla sjukhusen minst en Cadex.

Inköp

Ett godkänt batteri kostar SEK 1000,-

Ottawa Hospital köper in samma typ av batteri från

en annan leverantör för SEK 300,-

Före godkännandet så är batterierna kvalificerade med Cadex Batterianalysator.

Sjukhuset hittar inga skiljaktigheter mellan ett 300 och ett 1.000 kronors batteri i analysatorn.

Specialtillverkad batteriadapter

Service inspektioner av bly-syra batterier

Alla batterier analyseras. Många blir ej godkända

Sulfat: Om batteriet inte når 65% efter 3-5 cykler, ersätt batteriet.

Soft Short: Om cellen har minde än 2.10V, ersätt batteriet.

O.B.S: Bly-syra batterier kan bli förbättrade och få bättre värden om man ställer om laddningsspänningen till 2.45V/cell. Detta går endast att utföra med en batterianalysator.

Underhåll som en del av kvalitetssystemet

Sjukhuset fastställer först hur lång tid utrustningen behöver ”köra”. (ex. 3tim för en infusion pump)

Sjukhuset undersöker batteriets uppträdande med utgångspunkt för behovet i den tilltänkta applikationen.

Sjukhuset litar inte på datumstämplingen, de flesta batterierna håller längre.

Sjukhuset förvarar alla sina batterier på en acceptabel hälsonivå.

Fördelen med batteriunderhåll

Förståelsen för hur viktigt det är med en god kontroll av batteriet ökar driftssäkerheten.

Batterier orsakar mest fel i portabel utrustning.

Batteriunderhåll sparar pengar till sjukhusen, och ökar tillförlitligheten.

En bra analys av batterier säkrar utrustningens funktion.

Du vet att det är ett bra batteri.

Cadex C7400ER Battery Analyzer

Varför är ”ladda och använd” inte tillräckligt

”Ready” lampan kommer eventuellt att lysa, den indikerar fulladdat.

Användaren tror att batteriet har nått full kapacitet och litar fullt på det.

Den gröna ”Ready” lampan betyder inte att batteriet har bra kapacitet.

för att…

Dåliga batterier laddar snabbare och får snabbare “Ready” i laddaren än bra batterier.

Dåliga batterier har en förmåga att komma upp till toppen och blir ett fall för den oförutseende användaren.

Batterier som switchar över till “ready” först kan vara obrukbara.

Inom tid, så bär vi sten istället för batterier.

Battery Shop DivisionService Datum Utgångs datumPrestanda Batt ID#

Datum har utgått

SKALL SERVAS

Förenklat batteriunderhåll

Sätt en unik batterietikett med prestanda och service datum.

Vid förutbestämd utgångsdatum, avlägsna batteriet för service.

SKALLSERVAS

Serva batterierna med analysatorn för att verifiera skicket.

Ersätt batterier som ej klarar de krav Ni ställer.

Märk om bra batterier och returnera dessa till serviceavdelningen.

FörenklatBatteriunderhåll

Att tänka på vid användandet av

Cadex batterianalysator När ni ska prova ett nytt batteri, antingen i Batshop eller somStand-alone ska ni tänka på denna ”regel” för bibehålla ochförbättra livslängden på era batteriet.

Charge / Discharge

NiCd så bör ”C” stå på 0,5C / 0,5C

NiMH så bör ”C” stå på 0,3C / 0,3C

SLA så bör ”C” stå på 0,1C / 0,05C (20 timmars batteri)

Li så bör ”C” stå på 0,5C / 0,5C

Tack!

www.cadex.com Corporate website

www.BatteryUniversity.com Educational website

www.buchmann.caInformational website