Li-Ion-Akku mit Ladeanzeige für mobile Medizingeräte

Die Aufgabe

Mobile Medizingeräte werden bis heute oft mit Primärzellen betrieben. Für den Anwender heißt das Batterien wechseln, für den Hersteller heißt es, dass ein Akku als Ersatz in dieselben Geräte passen muss, mit denselben Kontaktflächen, demselben Etikett und ohne dass sich am Gerät etwas ändert.

Der Auftraggeber wollte diesen Akku als eigenes Produkt: mehrere Baugrößen für seine Gerätefamilie, geladen über eine USB-C-Buchse direkt am Akku, mit einer von außen sichtbaren Ladezustandsanzeige und einer Standby-Zeit, die Lagerung über Monate erlaubt. Entwickelt wurde nach den Anforderungen der IEC 60601-1 und der IEC 62133-2 für Zellen und Batterien, im Rahmen der MDR und der Batterieverordnung. Und der Akku darf im Gerät nichts tun, was das Gerät nicht erwartet.

Die Lösung

Die Elektronik sitzt zwischen Zelle und Kontaktflächen und entscheidet, was das Gerät zu sehen bekommt. Während des Ladens wird der Ausgang getrennt, damit das Gerät nicht am Ladegerät betrieben werden kann. Für eine unzulässige Spannungsquelle an der USB-Buchse, einen Kurzschluss an den Kontakten und eine Überladung der Zelle sind Schutzfunktionen vorgesehen, die im Fehlerfall abschalten. Ein Fuel Gauge mit einem eigens ermittelten Profil der Zelle liefert den Ladezustand, den eine RGB-LED über einen Lichtleiter nach außen zeigt.

Alle Baugrößen nutzen dieselbe Leiterplatte und dieselbe Firmware; die Variante ist eine Konfiguration. Die Firmware baut auf semf, unserer Softwarearchitektur, mit einer Zustandsmaschine für den Batteriezustand. Für die Standby-Zeit geht der Controller in einen Tiefschlaf und wacht nur zum Prüfen der Zelle auf.

Das Systemdesign wurde an Funktionsmustern validiert, bevor die Hardware finalisiert wurde. Das Gesamtgerät wurde nach den Abnahmetests des Auftraggebers getestet. Für die Überführung in die Fertigung sind Montageablauf und Unterlagen so angelegt, dass alle Baugrößen aus denselben Teilen entstehen.

Entstanden sind die Systemanforderungen, die Elektronik mit Fertigungsunterlagen, die Firmware und die Unterlagen für die Fertigung.