White Paper. Betreff: LiFe-Batterietechnologie von Ergotron

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1 White Paper Betreff: LiFeBatterietechnologie von Ergotron Ergotron hat für alle stromversorgten, medizinischen StyleView Fahrwagen eine neue Batterietechnologie auf den Markt gebracht. Diese neue Technologie wird von Ergotron als LiFe bezeichnet, eine vereinfachende Abkürzung für die auf LithiumEisenPhosphat (LiFePO 4 ) beruhende Batteriechemie. Dieses Dokument beschreibt die Technologie, die Gründe, weshalb Ergotron sie als Alternative zu SLABatterien (SealedLead Acid Bleibatterie) für Kunden verwendet und wie sie so entwickelt wurde, dass die Sicherheit jederzeit gewährleistet ist. Vorteile Im direkten Vergleich der beiden Varianten besitzt die LiFeBatterietechnologie die folgenden signifikanten Vorteile gegenüber dem BleibatterieBranchenstandard (SLA): Sehr geringes Gewicht: Durch die Umstellung von der auf Bleibatterien beruhenden Stromversorgung zum neuen LiFeSystem im ErgotronWagen SV42 konnte das Gewicht um mehr als 13,6 kg verringert werden. Das Gesamtgewicht des Wagens liegt damit jetzt unter 45,4 kg. Somit ließ sich die Manövrierfähigkeit des Fahrwagens entscheidend verbessern. Schnelles Aufladen: LiFe kann nach einer Tiefentladung in 2 bis 2,5 Stunden gegenüber 6 bis 8 Stunden bei einer vergleichbaren SLABatterie aufgeladen werden. Somit kann der Fahrwagen rund um die Uhr verwendet werden, wenn er regelmäßig ans Netz angeschlossen wird. Lange Laufzeiten: Die LiFeBatterie mit 40 Ah kann ohne eine Verkürzung der Batterielaufzeit komplett entladen werden. So ergibt sich in der Praxis eine leicht verlängerte Laufzeit im Vergleich zu Ergotrons SLABatterie mit 66 Ah, da die Bleibatterie nicht vollständig entladen werden sollte. Außerdem ist sie gegenüber einem Fehlgebrauch weniger anfällig. Aus einschlägigen Erfahrungen ist bekannt, dass viele Krankenhäuser Schwierigkeiten dabei haben, ihr Pflegepersonal an Tiefentladungen von Batterien zu hindern, die bei Bleibatterien zu schweren Schäden führen. Längere Ladezyklen: Die LiFeBatterie sollte mehr als Ladezyklen überdauern, sodass sich eine Lebensdauer von bis zu vier Jahren ergibt; außerdem verringert sich der Wartungsbedarf. Eine Bleibatterie übersteht in der Regel nur ein paar Hundert Ladezyklen und hat eine Lebenserwartung von neun bis zwölf Monaten, wenn sie sachgemäß eingesetzt wird weniger, wenn sie tief entladen wird. Sicherheitszertifizierungen auf jeder Stufe: Die Batterien, das Leistungsmodul und der komplette Wagen verfügen gemäß den von den Behörden vorgeschriebenen Sicherheitsnormen über alle Zertifizierungen. In den USA sind das die von der OSHA festgelegten ULSicherheitsstandards. In jedem Land gelten jedoch eigene zusätzliche Anforderungen. Außerdem bietet die Chemie der LiFeBatterie erhebliche Vorteile gegenüber der LithiumChemie, die üblicherweise als LithiumIonen oder als LithiumPolymer bezeichnet wird. Die in der Öffentlichkeit diskutierten Brände von LaptopBatterien ereigneten sich bei Geräten mit LithiumIonenBatterien und ließen sich auf kleine Mängel zurückführen, die beim Herstellungsprozess auftraten. Zwar hat man diese Probleme bei der Herstellung inzwischen offensichtlich im Griff, jedoch neigen die LithiumIonenBatterien bei Beschädigung nach wie vor zur Selbstentzündung. Aus diesem Grund kann ein physischer Schaden an den Zellen wie eine Punktierung oder Sprünge im Gehäuse zum Ausbruch eines Feuers führen. Die LiFeChemie verzeichnet eine etwas geringere Energiedichte, übersteht aber wegen ihrer geringeren Reaktivität schwere physische Schäden ohne Brandgefahr. Seite 1 von 5

2 Gesamtbetriebskosten LiFeBatterien sind zwar in der Anschaffung deutlich teurer, jedoch können die geringeren Wartungskosten insgesamt niedrigere Gesamtbetriebskosten zur Folge haben. Zu den Faktoren, aus denen sich die Gesamtbetriebskosten zusammensetzen, gehören der ursprüngliche Anschaffungspreis, die Wartungshäufigkeit, die Kosten des Austauschs der Batterien und die Kosten eines Wartungs bzw. Reparaturauftrags. Eine Analyse der Gesamtbetriebskosten mit Berücksichtigung der Mindestkosten für den Batterieersatz und der Servicegebühren legt nahe, dass die SLATechnologie immer noch die niedrigsten Gesamtkosten aufweist. Zahlreiche Krankenhäuser werden sich jedoch zusehends der Tatsache bewusst, dass mit der Batteriewartung erhebliche Servicekosten verbunden sind. So gab beispielsweise ein ErgotronKunde zu Protokoll, er sei der Meinung, man brauche 24 Stunden, um eine Batterie auszuwechseln: Der Techniker müsse zur jeweiligen Krankenhausabteilung gehen, den Wagen suchen, ihn zurück ins Wartungslabor bringen, eine neue Batterie holen, die Batterie ersetzen, die alte Batterie entsorgen, die neue Batterie ent und aufladen, um ihre korrekte Funktion zu überprüfen und den Wagen abschließend in die Abteilung zurückbringen. Außerdem benötigt der Benutzer in dieser Zeit einen Ersatzwagen. Zudem käme es zu Spannungen mit dem Pflegepersonal, weil dieses improvisieren müsse, während der Fahrwagen gewartet wird. Ergotron geht davon aus, dass die Preise für Lithiumbatterien sinken werden, während die Technologie weiter ausreift. Für viele Kunden überwiegen die Vorteile einer einfacheren Bedienung durch die Krankenpfleger und einer einfacheren Wartung durch den ITBereich bei Weitem die höheren Anschaffungskosten. Das folgende Beispiel zeigt einen Vergleich von SLA und LiFeBatterien, wobei davon ausgegangen wird, dass der unmittelbare Zeitaufwand des Technikers 150,00 EUR bzw. bei Einbeziehung der indirekten Servicekosten 1.000,00 EUR beträgt. Die Servicekosten wirken sich also stark auf die Gesamtbetriebskosten aus. Und wir sind der Überzeugung, dass diese Tatsache den starken Trend zu LiFeFahrwagen begünstigt. Total Cost of Ownership Model: LiFe vs. SLA Assuming 150 Direct Service Cost Assuming 1000 Total Service Cost SLA battery LiFe Battery SLA battery LiFe Battery Cart Initial Price Replacement Battery Price Estimated Battery Life 1 year 4 years 1 year 4 years Cost of Battery Service Call Year Year Year Year Year Total Battery Replacement Cost TOTAL COST: PER CART 5yr TOTAL COST: 150 CART FLEET 5yr DELTA: 150 CART FLEET 5yr ( ) DELTA%: 150 CART FLEET 5yr 13% 32% Seite 2 von 5

3 Batterietechnologie Ergotron hat sich bei der Entscheidung für die bevorzugte Batterietechnologie stark an Qualität, Sicherheit und Zuverlässigkeit orientiert alles Punkte, die die LiFe (LithiumEisenPhosphat)Batterie den Kunden von Ergotron bietet. Zwar verfügt die LiFeTechnologie über eine geringere Energiedichte (dadurch kürzere Laufzeiten) als die klassischen LithiumIonen (Li+ oder LithiumKobalt)Batterien, jedoch ist diese Technologie, wie in BatterieCrush und Einstichversuchen nachgewiesen, deutlich sicherer. Für die zahlreichen Studien, die die Sicherheit verschiedener Batterietechnologien beschreiben, ist ein Gutachten des Prüflabors Exponent mit dem Titel BN64159 Vergleich ausgewählter Lithium IonenBatterien ( ein gutes Beispiel. Ergotron hat auch andere LithiumBatterien wie etwa die LithiumPolymerBatterie näher untersucht, dabei aber festgestellt, dass diese Batterien nicht die strengen Sicherheitsanforderungen von Ergotron einhalten. Wir sind zu der mutigen Schlussfolgerung gelangt, dass LithiumIonen oder LithiumPolymerbatterien, die auf der Kobaltchemie beruhen, mit der für einen Fahrwagen typischen Leistung nicht so sicher ausgeführt werden können, dass sie sich für eine Krankenhausumgebung eignen. Die chemische Stabilität der LithiumEisenPhosphatBatterie führt auch zu längeren BatterieLadezyklen. Obwohl in der technischen Literatur viele Batteriesysteme genannt sind, können nur wenige Batterietypen in Bezug auf ihren chemischen Aufbau auf eine sichere und erfolgreiche Herstellung verweisen. Die Batterietechnologie und der Lieferant, die Ergotron ausgewählt hat, haben sich in Elektrofahrzeugen und anspruchsvollen Militäranwendungen nachweislich bewährt. Sicheres Systemdesign Die Batterie, die Stromversorgung und der Fahrwagen bilden ein System, in dem Sicherheit in jeder Phase große Aufmerksamkeit geschenkt wird. Die LiFeBatterie bietet nicht nur die sicherste Lithiumchemie, sondern verfügt ebenfalls über mehrere Kontrollmechanismen in ihrer eigenen Elektronik, um ein Überladen, eine Ungleichverteilung in den Batteriezellen, eine Überhitzung oder sonstige Gefahrenzustände zu verhindern. Das Leistungsmodul beinhaltet zusätzliche redundante Kontrollen, die den Ladevorgang regulieren und die Batterietemperatur erkennen. Diese redundanten Sicherheitskontrollfunktionen sind für Lithiumzellen sehr wichtig. Dieses Niveau an Sicherheitsvorrichtungen geht weit darüber hinaus, was sich in kleineren, von Lithiumbatterien gespeisten Geräten wie Laptops oder Mobiltelefonen umsetzen lässt. Außerdem ist das Wagensystem für die Batteriesicherheit sehr wichtig. Eine ausreichende Belüftung und ein guter Luftstrom im Batteriefach, die elektrische Verdrahtung und die Sicherungen, die Erdung des gesamten Wagens vom Monitor bis zum Netzkabel und das Netzkabel mit Zugentlastung spielen für die Sicherheit des Wagens eine entscheidende Rolle. Die StyleViewWagen von Ergotron sind mit den neusten EMR und PHDFahrwagen und Stromversorgungssystemen mittlerweile in der fünften Generation und bilden den Höhepunkt der besten Systemplanung aus den vorangegangenen vier Generationen von Fahrwagen. Sicherheit und Prüfungen Ergotron und der Batteriehersteller haben das LiFeBatteriesystem und die LiFeZellen ausgiebig getestet. Einige der aggressiveren Versuche bestanden darin, die Batterie zu punktieren oder kurzzuschließen, um sicherzustellen, dass kein Risiko durch thermisches Durchgehen entsteht. Unter thermischem Durchgehen wird der Zustand verstanden, in dem eine beschädigte Batterie schmilzt oder sich entzündet, weil sich ihre Energie schnell entlädt und Sauerstoff freisetzt, was wiederum eine Selbstentzündung hervorrufen kann. Vielleicht haben Sie gelesen, dass es in der Vergangenheit bei LaptopBatterien, bei denen es sich häufig um LithiumIonenZellen handelt, zu diesem Zustand gekommen ist. Die LiFeBatteriezellen von Ergotron wurden außerdem CrushVersuchen, Erhitzungstests und anderen aggressiven Expositions und Funktionsversuchen unterzogen, damit ihre Sicherheit gewährleistet ist. Seite 3 von 5

4 Es liegen die folgenden ErgotronZertifizierungen vor: Die LiFeBatterie hat das CEZeichen und ist nach UL 2054 und IEC zertifiziert. Die Batterien wurden außerdem vom Labor Exponent umfassend auf ihre Sicherheit geprüft. Das Leistungsmodul wurde von TÜVLaboren nach UL 1778 und UL getestet und zertifiziert. Das USLeistungsmodul ist nach UL 1778 und UL und der gesamte Wagen mit Energiesystem ist nach UL zertifiziert. Das internationale ErgotronLeistungsmodul wird voraussichtlich im vierten Quartal 2011 nach IEC zertifiziert. Der gesamte Wagen wird dann voraussichtlich im ersten Quartal 2012 nach IEC zertifiziert. Diese Zertifizierungen sind sehr wichtig, damit die Sicherheit des gesamten Systems gewährleistet ist. Diese Tests gewährleisten außerdem die elektrische sowie die mechanische Sicherheit und befassen sich mit dem Problem elektromagnetischer Störungen. Daneben prüft Ergotron in internen, über fünf Generationen der Wagenentwicklung und nutzung hinweg entwickelten Versuchen auch das gesamte Wagensystem Versuche, die die von UL definierten Anforderungen übertreffen. Beispiele sind die erweiterte Prüfung auf Kabelzugentlastung, 4x Belastungstests und Hitzeprüfungen für die Computer im Wagengehäuse. Zuverlässigkeit Der lange Ladezyklus der LiFeBatterietechnologie ist experimentell erwiesen und belegt eindeutig die verbesserte Zuverlässigkeit. Diese ist nicht nur die Folge der LiFePO4Chemie, sondern auch der robusten Steuerelektronik, mit der Ergotron eine in der Branche ihresgleichen suchende Kapazitätsgarantie anbieten kann. Ergotron garantiert, dass die Batterie zwei Jahre lang mindestens 70 % ihrer Kapazität hält und zusätzlich wird ihre Mängelfreiheit für einen Zeitraum von drei Jahren garantiert. Kundentrends Ergotron beobachtet seit einiger Zeit eine massive Verschiebung von SLA zu LiFeBatterien in Nordamerika und ein besonders starkes Interesse im Nahen Osten. LiFeBatterien werden erst jetzt in Europa und der APACRegion verfügbar, weshalb wir für diese Regionen zum jetzigen Zeitpunkt noch über keine Kundentrends berichten können. Diese Verschiebung ist zwar auf eine ganze Reihe von Faktoren zurückführbar, jedoch sind wir der Ansicht, dass die wichtigsten Faktoren das geringe Gewicht und die einfache Wartung dieser Batterien sind. ITAbteilungen in Krankenhäusern verwalten und überwachen Hunderte (wenn nicht Tausende) von Geräten pro Person und können nicht die Ressourcen aufbringen, die zur ordnungsgemäßen Wartung von SLABatterien benötigt werden. Für sie gehen die realen Kosten eines ITWartungsauftrags weit darüber hinaus, was ein einfacher Geldbetrag in einer Kostentabelle zum Ausdruck bringen kann, weil ihnen die Kundenzufriedenheit ihres Pflegepersonals ein wichtiges Anliegen ist. Ein LiFeWagen ist einfacher zu verwenden und muss im Vergleich zu einem SLAWagen weniger oft gewartet und somit auch weniger häufig außer Dienst gestellt werden. Das bedeutet deutlich zufriedene Krankenpfleger und ITMitarbeiter. Seite 4 von 5

5 Schlussfolgerung Mit seinen bewährten LithiumbatterieSystemen hat Ergotron neue Maßstäbe gesetzt und übertrifft die höchsten Erwartungen in Bezug auf Sicherheit und Prüfungen. Wir werden auch in Zukunft für Kunden, denen vor allem an einem niedrigen Anschaffungspreis gelegen ist, SLAFahrwagen anbieten, gehen aber für die Zukunft von einer globalen Verschiebung zu LiFeWagen aus. Peter R. Segar, Ph.D (Chemie) President, Ergotron Branded Products Vertrieb in Nord/Mittel /Südamerika u. Unternehmenshauptsitz St. Paul, MN, USA (800) Vertrieb in EMEARegion Amersfoort, Niederlande Vertrieb in APACRegion Tokio, Japan Weltweiter OEMVerkauf Seite 5 von 5