BMS für Medizingeräte
Diagnostik in Echtzeit: Impedanzspektroskopie überwacht Akkus
Labortechnik im Batteriepack: NXP integriert elektrochemische Impedanzspektroskopie erstmals in ein Serien-Batteriemanagementsystem. Die Hardware mit Nanosekunden-Synchronisation erkennt Alterung, Temperaturgradienten und Mikro-Kurzschlüsse in Echtzeit – und ist auch für die Medizintechnik relevant.
Batteriemanagementsysteme stehen unter Druck, gerade in medizinischen Geräten: Schnelleres Laden, längere Lebensdauer, maximale Sicherheit – und das alles möglichst kostengünstig. Herkömmliche, software-basierte Monitoring-Methoden stoßen dabei an ihre Grenzen, wenn es darum geht, dynamische Ereignisse im Millisekundenbereich präzise zu erfassen, die als Frühwarnsignale für kritische Ausfälle dienen.
Hardware mit Nanosekunden-Präzision
NXP Semiconductors adressiert diese Herausforderung mit einem radikal neuen Ansatz: Das Unternehmen aus Eindhoven hat Ende Oktober 2025 das nach eigenen Angaben branchenweit erste Battery Management System (BMS) Chipset mit integrierter elektrochemischer Impedanzspektroskopie (EIS) angekündigt. Die Besonderheit liegt in der hardware-basierten Nanosekunden-Synchronisation aller Geräte innerhalb eines Hochvolt-Batteriepacks.
Das System besteht aus drei Bausteinen: dem BMA7418 als Battery Cell Controller, dem BMA6402 Gateway und dem BMA8420 als Battery Junction Box Controller. Der BMA8420 überwacht Batterieströme alle acht Mikrosekunden – bis zu zehnmal schneller als konventionelle ICs. Dazu nutzt er einen 27-Bit-ADC für präzise Messungen mit 1 kHz Abtastrate sowie einen 16-Bit-ADC für schnelle Erfassung mit 125 kHz. Die EIS-Messung arbeitet mit integrierter diskreter Fourier-Transformation und liefert präzise Impedanzmessungen in Echtzeit.
Anspruchsvoll: Hohes Potenzial für Medizingeräte
Die elektrochemische Impedanzspektroskopie basiert darauf, kontrollierte elektrische Anregungssignale durch die gesamte Batterie zu senden. NXP's Systemlösung beinhaltet einen elektrischen Anregungssignal-Generator, der sowohl den Hochspannungskreis vorlädt als auch das Anregungssignal erzeugt. Diese Anordnung ermöglicht es den DC-Link-Kondensatoren, als sekundärer Energiespeicher neben der Batterie zu fungieren – ein Konzept, das den Anregungsprozess deutlich energieeffizienter macht.
Die elektrochemische Impedanzspektroskopie basiert darauf, kontrollierte elektrische Anregungssignale durch die gesamte Batterie zu senden. NXP's Systemlösung beinhaltet einen elektrischen Anregungssignal-Generator, der sowohl den Hochspannungskreis vorlädt als auch das Anregungssignal erzeugt. Diese Anordnung ermöglicht es den DC-Link-Kondensatoren, als sekundärer Energiespeicher neben der Batterie zu fungieren – ein Konzept, das den Anregungsprozess deutlich energieeffizienter macht.
Präzision auf Zellebene, auch in Medtech
Der MC33774 Battery Cell Controller überwacht bis zu 18 Zellen mit einer Spannungsmessgenauigkeit von ±0,8 bis 1 mV im Bereich von 0 bis 3,7 V bei -40 bis +85 °C. Die Architektur ist vollständig redundant ausgelegt. Bis zu 62 Geräte lassen sich per TPL3-Bus mit 2 Mbit/s in einer Daisy-Chain verbinden.
Was ursprünglich für Elektrofahrzeuge entwickelt wurde, zeigt perspektivisch auch ein hohes Potenzial für die Medizintechnik. Portable medizinische Geräte wie Herzmonitore, Infusionspumpen oder Beatmungsgeräte stellen höchste Anforderungen an das Batteriemanagement. Hier geht es nicht nur um Lebensdauer und Performance, sondern um Patientensicherheit: Eine ungenaue Abschätzung der verbleibenden Batteriekapazität kann bei kritischen medizinischen Geräten fatale Folgen haben.
Die EIS-Technologie erlaubt tiefere Einblicke in Batteriealterung und -gesundheit als konventionelle Spannungs- und Strommessungen. Sie unterscheidet zwischen Widerstand und Reaktanz und liefert detaillierte Informationen über interne Prozesse wie Ladungstransfer und Ionendiffusion. Dadurch lassen sich Degradationserscheinungen früher erkennen als mit herkömmlichen Coulomb-Counting-Verfahren.
Upgrade ohne Redesign
NXP verspricht einen niedrigschwelligen Upgrade-Pfad: Das neue System ist pin-kompatibel zu bestehenden Systemen, was die Adoption für OEMs erleichtert. Die hardware-basierte Synchronisation der Batteriezellen-Messungen reduziert Komplexität und Kosten, da keine zusätzlichen Sensoren für sicheres Schnellladen benötigt werden.
Das Chipset soll ab Anfang 2026 verfügbar sein. Ergänzend hat NXP ein Software Enablement Package angekündigt, das Entwicklung und Tests der EIS-Lösung auf Medizinbatterien beschleunigen soll. Das Potenzial für präzisere Batterieüberwachung bei gleichzeitig reduzierten Systemkosten können Medtech-OEMs dann vollumfänglich für künftige Designs erproben. (uh)
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