WO2020201007A1 - Impedanznormal - Google Patents

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WO2020201007A1
WO2020201007A1 PCT/EP2020/058538 EP2020058538W WO2020201007A1 WO 2020201007 A1 WO2020201007 A1 WO 2020201007A1 EP 2020058538 W EP2020058538 W EP 2020058538W WO 2020201007 A1 WO2020201007 A1 WO 2020201007A1
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impedance
connections
cell
standard
measuring device
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PCT/EP2020/058538
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Christian Steinbauer
Ulrich Roth
Martin STANGLMAIER
Thomas HAMMERSCHMIDT
Jan Philipp Schmidt
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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Publication date
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Priority to CN202080021985.XA priority patent/CN113614555A/zh
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a method for
  • EIS electrochemical impedance spectroscopy
  • the impedance measurement can be carried out by applying a predetermined alternating voltage signal U (t) to the cell and measuring the resulting alternating current I (t), or by supplying a predetermined alternating current signal I (t) and measuring the alternating voltage u (t) that is dropped across the cell.
  • Impedance standards are used. Outwardly, an impedance standard ultimately behaves like a precision resistor with precisely defined, previously known impedance, hereinafter also referred to as the impedance setpoint value Zsoii.
  • the impedance standard of DE 10 2014 011 397 A1 includes an AC current measuring resistor with a maximum of 0.2 ohms and a conversion device that is based on the am
  • the conversion device can, for example, use analog technology using two operational amplifiers with negative feedback
  • the impedance setpoint can e.g. by changing the negative feedback resistance on the first
  • the voltage signal is pre-amplified and fed via an A / D converter to a digital signal processor (DSP), which then calculates the output signal based on the digitally specified target impedance and outputs it via a downstream D / A converter.
  • DSP digital signal processor
  • the implementation of the impedance standard as a circuit is in the foreground.
  • the connection of the impedance standards to the measuring device is not detailed and is implemented in practice using banana plugs or the like.
  • the impedance standard in such a way that at least the connections of the impedance standard match those of the cell to be measured. In this way the impedance standard can be in the same arrangement with the
  • Measuring device can be connected like the cell, and the dependence on the wiring can be reduced or
  • a calibration of the test stand thus also includes the cable routing and cell holder. So can
  • Impedance measurement data above 10Hz can be used for further evaluation.
  • the calibration can now also a correction function can be derived in order to remove the components from the cabling and an extended one
  • Figure 1 shows the outline of a lithium ion cell in
  • FIG. 2 is a sketch of the impedance standard that can be used according to the invention, which has the same format as the cell shown in FIG. 1 and whose two-part connections Al / Ml and M2 / A1 correspond to the connection contacts of the cell.
  • the actual circuit of the impedance standard is implemented on the board.
  • FIG. 3 shows an embodiment of the contacts of the
  • Impedance standard in which the source connection (A1 or A2) and the sense connection (Ml or M2) lie next to one another.
  • FIG. 4 shows a further embodiment in which the sense connection (Ml, M2) lies on the inside and is completely surrounded by the contact surface of the source connection (Al, A2).
  • FIG. 5 shows a further embodiment in which the sense connection is introduced as an inlay into a groove milled into the contact plate of the source connection.
  • the sense contact is electrically insulated from the source contact, at least towards the bottom. Furthermore, the contact area of the sense contact can be offset downwards with respect to that of the source contact, for example by approximately 1 mm.
  • the method according to the invention can be used for any impedance measuring devices that are used for impedance measurement or impedance spectroscopic examination (EIS) of
  • galvanic cells in particular lithium ion cells, are provided.
  • it can be a
  • Measuring device that is permanently installed in an electrically powered vehicle for online diagnosis.
  • the measuring device has at least one output for the excitation signal (Source) and one input for the measurement signal (Sense), which in turn each comprise two connections (Source * and Source- or Sense * and Sense-).
  • the source signal can in principle be a voltage or a current signal, and accordingly the sense signal is a current or voltage signal. A is preferred as the source signal
  • the measurement frequency is not particularly limited and can be, for example, 5 Hz to 100 kHz.
  • the contacting section in which the measuring device is connected to the cell can be configured as a holding device into which the entire cell can be introduced, for example clamped. The connection of the source and sense connections of the measuring device to the connections of the cell can then take place via contact elements correspondingly provided in the holding device.
  • the measuring device can be designed in such a way that it has a socket element that can be plugged onto the cell or can be plugged onto the cell as a whole in order to establish the connection.
  • the measuring device can also be permanently installed in an electrically operated vehicle or in a battery pack, for example to enable calibration and validation of the measuring means for online impedance measurement during operation.
  • the measuring device is to be calibrated by the method according to the invention, instead of the cell, the
  • Impedance standard described below is used and contacted with the measuring device in the same way.
  • a single one can also be replaced by an impedance standard in order to monitor the correct functioning of the impedance measuring device during operation.
  • the impedance standard used according to the invention has
  • the geometric arrangement of these connections corresponds to that of the connections of the cell, the impedance of which is to be measured, so that the impedance standard can be contacted with the impedance measuring device in the same arrangement as the cell.
  • the connections of the impedance standard correspond to
  • the cell to be measured can already be designed for four-point contacting and accordingly have two anode or cathode connections, one of which is provided for the voltage measurement.
  • the contact surfaces of the connections of the impedance standard are arranged in such a way that they match the connection arrangement of the cell.
  • the cell has only one anode connection and one cathode connection.
  • the contact surfaces of the connections Al and El are like this
  • connections of the cell are plate-shaped, as shown in Figure 1 using the example of a PHEV-1 cell, so the connections of the impedance standard can respectively
  • Figure 3 shows the arrangement of Al (source) and Ml (sense) in plan view.
  • Al source
  • Ml sense
  • A2 or M2 the arrangement is mirrored accordingly.
  • the contact surfaces of the connections A1 or A2 can at least partially surround the contact surfaces of the connections E1 or E2.
  • FIG. 4 shows such a (coaxial) arrangement in which the sense contact E1 / E2 is surrounded as a type of island by the source contact A1 / A2, the
  • the sense contact E1 can be introduced into the contact surface of Al as an insert (inlay).
  • an insert inlay
  • a plate-shaped contact element which functions as a source connection A1
  • the contact element serving as a sense connection El is introduced into this as an inlay. Electrical insulation is provided between the two contact elements.
  • the contact surface of the inlay can preferably lie somewhat deeper than the contact surface of the plate-shaped one
  • At least the geometry and the spatial arrangement of the connections A1 / A2 / E1 / E2 correspond to the
  • the external shape of the impedance standard is not particularly limited as long as the measuring device can be contacted with the impedance standard in the same way as the cell.
  • the further dimensions of the impedance standard also correspond to those of the cell, the impedance of which is to be measured, so that the impedance standard can be introduced into the measuring device in the same way as the cell.
  • the measuring device is intended for PHEV1 cells, for example, the dimensions of the measuring device.
  • Impedance standards preferably those of a PHEV1 cell, as shown in FIGS. 1 and 2.
  • Impedance standards preferably those of a PHEV1 cell, as shown in FIGS. 1 and 2.
  • Impedance standards preferably those of a PHEV1 cell, as shown in FIGS. 1 and 2.
  • the impedance standard can also have a housing that corresponds to the PHEVl standard.
  • Form factors for example PHEV2, BEV1 or BEV2 (according to VDA).
  • the impedance of the impedance standard is typical
  • the internal structure of the impedance standard is not particularly limited, and all known structures can be used. In particular, the construction methods described in DE 10 2014 011 397 A1 can also be considered.
  • the impedance standard can have a single fixed impedance. If several calibration points are to be recorded, several impedance standards must be included
  • the impedance standard can have several adjustable impedances, which can be selected, for example, by switching over a resistor. If that
  • Impedance standard is implemented in digital technology and the output signal is generated by a signal processor (DSP), the impedance can be set by programming the DSP accordingly.
  • DSP signal processor
  • both the amount and the phase shift of the output signal can be freely selected in this case, so that these
  • Embodiment is preferred in view of the flexibility in the selection of the calibration points.
  • the impedance standard has additional control connections
  • Calibration and, if necessary, the repetition for further calibration points can be carried out automatically.
  • a corresponding Calibration program be stored, the several measuring points at different impedance setpoints and / or
  • the measuring points can then be run automatically, with the impedance measuring device using the control interface

Abstract

Erfindungsgemäß wird ein Kalibrierverfahren für eine elektrochemische Impedanz-Messeinrichtung, die zur Messung der Impedanz einer elektrochemischen Zelle, inbesondere einer Lithiumionenzelle, vorgesehen ist, bereitgestellt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: (a) Verbinden der Impedanz-Messeinrichtung mit einem Impedanznorntal, das zumindest zwei Anregungsanschlüsse (Al, A2) für die Einspeisung eines Anregungssignals und zwei Messanschlüsse (Ml, M2) für die Bestimmung eines Messsignals aufweist und das eine feste oder einstellbare Impedanz besitzt, die dem Impedanz-Sollwert ZSoll entspricht; (b) Anlegen eines Spannungssignals UEin an die Anregungsanschlüsse und Messung des aufgrund von UEin durch das Impedanznormal fließenden Stroms IAUS an den Messanschlüssen; oder Zufuhr eines Stromsignals IEin an die Anregungsanschlüsse und Messung der abfallenden Spannung UAus an den Messanschlüssen; und (c) Kalibrieren der Impedanz-Messeinrichtung gegenüber dem Impedanznormal auf die Impedanz ZSoll unter Verwendung von Z = UEin/IAUS = ZSoll bzw. Z = UAUS/ΙΕin = ZSoll, dadurch gekennzeichnet, dass die geometrische Anordnung der Anschlüsse Al, A2, Ml, M.2 des Impedanznormale der geometrischen Anordnung der Anschlüsse der Zelle entspricht, deren Impedanz gemessen werden soll, so dass das Impedanznormal mit der Impedanz-Messeinrichtung in der gleichen Anordnung wie die Zelle kontaktiert werden kann. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Impedanznormal für die Durchführung des Verfahrens,

Description

Impedanznormal
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur
Kalibrierung einer Impedanzmesseinrichtung für galvanische Zellen unter Verwendung eines Impedanznormals, sowie ein entsprechendes Impedanznormal .
Technischer Hintergrund
Die Elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) ist ein etabliertes Verfahren zur Charakterisierung von
elektrochemischen Systemen wie insbesondere auch galvanischen Zellen. Der Stand der Technik lehrt auch, Impedanzmessungen zur Diagnose des Zustandes von Lithiumionenzellen im
Automobilbereich einzusetzen.
Die Impedanzmessung kann durch Anlegen eines vorbestimmten Wechselspannungssignals U(t) an die Zelle und Messung des resultierenden Wechselstroms I (t) erfolgen, oder durch Zufuhr eines vorbestimmten Wechselstromsignals I (t) und Messung der dadurch an der Zelle abfallenden Wechselspannung ü (t) . Die Impedanz Z ist im Allgemeinen komplex und ergibt sich in beiden Fällen als Z = U(t)/I(t).
Zur Kalibrierung der Messeinrichtung können sogenannte
Impedanznormale eingesetzt werden. Ein Impedanznormal verhält sich nach außen hin letztlich wie ein Präzisionswiderstand mit genau definierter, vorbekannter Impedanz, nachfolgend auch als Impedanz-Sollwert Zsoii bezeichnet.
Intern handelt es sich hingegen typischerweise um aktive Bauelemente, die aus dem angelegten Eingangssignal (U(t) bzw. I (t) ) ein entsprechendes Ausgangssignal I(t) bzw. U(t) erzeugen, so dass die Gleichung Zsoii = U(t)/I(t) erfüllt ist.
Die Verwendung von Impedanznormalen wurde bereits in der Literatur diskutiert („A Nonlinear Impedance Normal1*, 2012, Nordmann et al.) und die Ausführung als Schaltung ist beispielsweise in DE 10 2014 011 397 Al beschrieben.
Speziell umfasst das Impedanznormal von DE 10 2014 011 397 Al einen Wechselstrom-Strommesswiderstand mit höchstens 0,2 Ohm sowie eine Umsetzvorrichtung, die ausgehend von der am
Wechselstrom-Strommesswiderstand abfallenden Arbeitsspannung die eigentliche Ausgangsspannung erzeugt. Die
Umsetzvorrichtung kann beispielsweise in Analogtechnik unter Einsatz zweier gegengekoppelter Operationsverstärker
implementiert sein. Der Impedanz-Sollwert kann dabei z.B. durch Wechsel des Gegenkopplungswiderstands am ersten
Operationsverstärker eingestellt werden. Eine Ausführungsform in Digitaltechnik wird ebenfalls beschrieben. Hierbei wird das am Wechselstrom-Strommesswiderstand abfallende
SpannungsSignal vorverstärkt und über einen A/D-Wandler zu einem digitalen Signalprozessor (DSP) geführt, der dann das Ausgangssignal anhand der digital vorgegebenen Soll-Impedanz berechnet und über einen nachfolgenden D/A-Wandler ausgibt .
In diesem Stand der Technik steht jeweils die Umsetzung des Impedanznormals als Schaltung im Vordergrund. Der Anschluss der Impedanznormale an die Messeinrichtung ist nicht näher beschrieben und wird in der Praxis über Bananenstecker oder ähnliches realisiert.
Aufgabenstellung
Bei niederohmigen Proben (wie dies für Batteriezellen im Automobil der Fall ist) führt im Allgemeinen bereits ein Unterschied in der Anordnung der Verkabelung zu
unterschiedlichen Messergebnissen für Frequenzen oberhalb von 10Hz. Somit führt die Kalibrierung über ein geometrisch beliebig ausgeführtes Impedanznormal zu Ergebnissen, die abhängig von der Kabelführung oder der Position der
Anschlüsse sind. Folglich kann ein solches Impedanznormal nicht für die Kalibrierung von Prüfständen für Proben mit niederohmigen Impedanzen herangezogen werden.
Lösung der Aufgabe
In Anbetracht der obigen Problematik wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, das Impedanznormal so auszuführen, dass zumindest die Anschlüsse des Impedanznormals mit denen der zu vermessenden Zelle übereinstimmen . Auf diese Weise kann das Impedanznormal in der gleichen Anordnung mit der
Messeinrichtung verbunden werden wie die Zelle, und die Abhängigkeit von der Verkabelung kann reduziert oder
eliminiert werden.
Eine Kalibrierung des Prüfstands umfasst somit auch die Kabelführung und Zellhalterung. Damit können
Impedanzmessdaten oberhalb von 10Hz zur weiteren Auswertung herangezogen werden . Durch die Kalibrierung kann nun auch eine Korrekturfunktion abgeleitet werden, um die Anteile aus der Verkabelung herauszurechnen und einen erweiterten
Frequenzbereich von 10Hz bis mindestens 100kHz sinnvoll auswerten zu können .
Weiterhin kann eine Vergleichbarkeit von unterschiedlichen Prüfständen erreicht werden. Somit können die Messergebnisse auf verschiedenen Prüfständen nun auch für Frequenzen >10Hz quantitativ verglichen werden.
Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt den Umriss einer Lithiumionenzelle im
Formfaktor PHEV-1 mit plattenförmigen Anschlusskontakten.
Figur 2 ist eine Skizze des erfindungsgemäß einsetzbaren Impedanznormals, das das gleiche Format wie die in Figur 1 gezeigte Zelle aufweist und dessen zweigeteilte Anschlüsse Al/Ml bzw. M2/A1 mit den Anschlusskontakten der Zelle übereinstimmen . Auf der Platine ist die eigentliche Schaltung des Impedanznormals implementiert .
Figur 3 zeigt eine Ausführungsform der Kontakte des
erfindungsgemäßen Impedanznormals, in der Source-Anschluss (Al bzw. A2) und Sense-Anschluss (Ml bzw. M2) nebeneinander liegen.
Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform, in der der Sense- Anschluss (Ml, M2) innen liegt und von der Kontaktfläche des Source-Anschluss (Al, A2) vollständig umgeben ist. Figur 5 zeigt eine weitere Ausführungsform, in der der Sense- Anschluss als Inlay in eine in die Kontaktplatte des Source- Anschlusses eingefräste Rille eingebracht ist. Der Sense- Kontakt ist zumindest nach unten hin gegenüber dem Source- Kontakt elektrisch isoliert. Weiterhin kann die Kontaktfläche des Sense-Kontakts gegenüber derjenigen des Source-Kontakts nach unten versetzt sein, beispielsweise um etwa 1 mm.
Detaillierte Beschreibung
Impedanz-Messeinrichtung
Das erfindungsgemäße Verfahren ist für beliebige Impedanz- Messeinrichtungen einsetzbar, die für die Impedanzmessung oder impedanzspektroskopische Untersuchung (EIS) von
galvanischen Zellen, insbesondere Lithiumionenzellen, vorgesehen sind. Beispielsweise kann es sich um eine
Prüfstand-Messeinrichtung handeln, oder um eine
Messeinrichtung, die zur Online-Diagnose fest in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug installiert ist.
Die Messeinrichtung weist zumindest einen Ausgang für das Anregungssignal (Source) und einen Eingang für das Messsignal (Sense) auf, die wiederum jeweils zwei Anschlüsse (Source* und Source- bzw. Sense* und Sense-) umfassen. Das Source- Signal kann grundsätzlich ein Spannungs- oder ein Stromsignal sein, dementsprechend ist das Sense-Signal ein Strom- bzw. SpannungsSignal. Bevorzugt wird als Source-Signal ein
Stromsignal eingesetzt (galvanostatische Messung) .
Die Messfrequenz ist nicht speziell beschränkt und kann beispielsweise 5 Hz bis 100 kHz betragen. Der Kontaktierungsabschnitt, in dem die Messeinrichtung mit der Zelle verschaltet wird, kann als Haltevorrichtung ausgestaltet sein, in das die gesamte Zelle eingebracht, beispielsweise eingespannt werden kann. Die Verbindung der Source- und Sense-Anschlüsse der Messeinrichtung mit den Anschlüssen der Zelle kann dann über entsprechend in der Haltevorrichtung vorgesehene Kontaktelemente erfolgen.
Alternativ kann die Messeinrichtung so ausgestaltet sein, dass sie ein auf die Zelle aufsteckbares Buchsenelement aufweist oder als Ganzes auf die Zelle aufgesteckt werden kann, um die Verbindung herzustellen.
In einer weiteren Ausführungsform kann die Messeinrichtung auch fest in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug oder in einem Batteriepack installiert sein, beispielsweise um eine Kalibrierung und Validierung der Messmittel für eine online- Impedanzmessung im laufenden Betrieb zu ermöglichen.
Wenn die Messeinrichtung durch das erfindungsgemäße Verfahren kalibriert werden soll, wird anstelle der Zelle das
nachfolgend beschriebene Impedanznormal eingesetzt und mit der Messeinrichtung auf die gleiche Weise kontaktiert. In einem kompletten Speicher kann auch eine einzelne durch ein Impedanznormal ersetzt werden um die korrekte Funktion der Impedanzmessungseinrichtung im Betrieb zu überwachen.
Kontaktanordnung des Impadananormals
Das erfindungsgemäß eingesetzte Impedanznormal weist
zumindest zwei Anregungsanschlüsse (Al, A2) für die
Einspeisung des Source-Signals und zwei Messanschlüsse (Ml, M2) für die Bestimmung eines Messsignals auf. Erfindungsgemäß entspricht die geometrische Anordnung dieser Anschlüsse derjenigen der Anschlüsse der Zelle, deren Impedanz gemessen werden soll, so dass das Impedanznormal mit der Impedanz- Messeinrichtung in der gleichen Anordnung wie die Zelle kontaktiert werden kann.
Falls die Impedanz-Messeinrichtung für Zellen mit einem standardisierten Formfaktor vorgesehen ist, beispielsweise prismatischen Zellen vom Typ PHEV1 oder PHEV2, und für den Formfaktor auch die Anschlusspositionen festgelegt sind, dann entsprechen die Anschlüsse des Impedanznormals der
Anschlussposition wie im entsprechenden Standard
spezifiziert.
In einer Ausführungsform kann die Zelle, die vermessen werden soll, bereits für eine Vierpunktkontaktierung ausgelegt sein und dementsprechend zwei Anoden- bzw. Kathodenanschlüsse aufweisen, von denen jeweils einer für die Spannungsmessung vorgesehen ist. In diesem Fall sind die Kontaktflächen der Anschlüsse des Impedanznormals so angeordnet, dass sie mit der Anschluss-Anordnung der Zelle übereinstimmen .
Alternativ besitzt die Zelle nur einen Anodenanschluss und einen Kathodenanschluss . Beim entsprechenden Impedanznormal sind dann Kontaktflächen der Anschlüsse Al und El so
angeordnet, dass sie gemeinsaun mit der Kontaktfläche des Anodenanschlusses der Zelle übereinstimmen. Gleiches gilt auch für die Anschlüsse A2 und E2 bezüglich des
Kathodenanschlusses .
Wenn beispielsweise die Anschlüsse der Zelle plattenförmig sind, wie in Figur 1 am Beispiel einer PHEV-1 Zelle gezeigt, so können die Anschlüsse des Impedanznormals jeweils
zweigeteilt nebeneinanderliegend angeordnet sein, etwa mit außenliegenden Source-Kontaktflächen Al bzw. A2 und
innenliegenden Sense-Kontaktflächen Ml bzw. M2, wie in Figur 2 gezeigt .
Figur 3 zeigt die Anordnung von Al (Source) und Ml (Sense) in Draufsicht. Zwischen Al und Ml befindet sich zur elektrischen Isolierung typischerweise ein Luftspalt oder ein isolierendes Trennelement. Für die andere Seite (d.h. A2 bzw. M2) ist die Anordnung entsprechend gespiegelt .
Alternativ können die Kontaktflächen der Anschlüsse Al bzw. A2 die Kontaktflächen der Anschlüsse El bzw. E2 zumindest teilweise umgeben. Figur 4 zeigt eine solche (koaxiale) Anordnung, in der der Sense-Kontakt E1/E2 als eine Art Insel vom Source-Kontakt A1/A2 umgeben ist, wobei die
Kontaktflächen wieder durch einen Spalt oder eine Isolierung voneinander abgegrenzt sind.
In einer weiteren Ausführungsform kann der Sense-Kontakt El als Einlage (Inlay) in die Kontaktfläche von Al eingebracht sein. Eine solche Anordnung ist in Figur 5 gezeigt . Hierbei ist in ein plattenförmiges Kontaktelement, das als Source- Anschluss Al fungiert, eine rillenförmige Vertiefung
eingefräst. In diese ist als Inlay das als Sense-Anschuss El dienende Kontaktelement eingebracht. Zwischen den beiden Kontaktelementen ist eine elektrische Isolierung vorgesehen. Vorzugsweise kann die Kontaktfläche des Inlays etwas tiefer liegen als die Kontaktfläche des plattenförmigen
Kontaktelements, beispielsweise um etwa 1 mm. Xufier· Gestalt des Impedansnormal·
Erfindungsgemäß entspricht zumindest die Geometrie und die räumliche Anordnung der Anschlüsse A1/A2/E1/E2 des
Impedanznormals derjenigen der Zelle . Die äußere Gestalt des Impedanznormals ist nicht speziell beschränkt, solange die Messeinrichtung mit dem Impedanznormal auf die gleiche Weise wie die Zelle kontaktiert werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform entsprechen auch die weiteren Abmessungen des Impedanznormals denjenigen der Zelle, deren Impedanz gemessen werden soll, so dass das Impedanznormal auf die gleiche Weise wie die Zelle in die Messeinrichtung eingebracht werden kann.
Falls die Messeinrichtung beispielsweise für PHEVl-Zellen vorgesehen ist, entsprechen die Abmessungen des
Impedanznormals vorzugsweise denen einer PHEVl-Zelle, wie in Figur 1 und 2 gezeigt. In einer besonders bevorzugten
Ausführungsform kann das Impedanznormal auch ein Gehäuse aufweisen, das dem PHEVl-Standard entspricht .
Gleiches gilt natürlich auch für beliebige andere
Formfaktoren, beispielsweise PHEV2, BEV1 oder BEV2 (nach VDA) .
Interner Aufbau und Funktionsweise des Xnpedansnomals
Die Impedanz des Impedanznormals ist typischerweise
niederohmig und liegt im Bereich der für die Zelle zu erwartenden Impedanz, beispielsweise im Bereich von 1 mOhm oder weniger, typischerweise 0,5 mOhm oder weniger. Der interne Aufbau des Impedanznormals ist nicht speziell beschränkt, und es können alle bekannten Bauweisen eingesetzt werden. Insbesondere kommen auch die in DE 10 2014 011 397 Al beschriebenen Bauweisen in Betracht .
Das Impedanznormal kann eine einzige festgelegte Impedanz aufweisen. Wenn mehrere Kalibrierungspunkte aufgenommen werden sollen, müssen mehrere Impedanznormale mit
verschiedenen Impedanzen eingesetzt werden, die entsprechend ausgetauscht werden.
Alternativ kann das Impedanznormal mehrere einstellbare Impedanzen aufweisen, die beispielsweise durch Umschalten eines Widerstands ausgewählt werden können. Falls das
Impedanznormal in Digitaltechnik ausgeführt ist und das Ausgangssignal durch einen Signalprozessor (DSP) erzeugt wird, so kann die Impedanz durch entsprechende Programmierung des DSP eingestellt werden. Insbesondere können in diesem Fall sowohl der Betrag als auch die Phasenverschiebung des Ausgangssignals frei gewählt werden, so dass diese
Ausführungsform im Hinblick auf die Flexibilität bei der Auswahl der Kalibrierungspunkte bevorzugt ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist das Impedanznormal zusätzliche Steuerungsanschlüsse zur
Einstellung des Impedanzwerts Zsoii und/oder zur Abfrage des eingestellten Werts auf. Diese können über eine entsprechende Steuerungsschnittstelle mit der Messeinrichtung verbunden werden, so dass die Einstellung des Soll-Wertes, die
Kalibrierung und gegebenenfalls die Wiederholung für weitere Kalibrierungspunkte automatisiert durchgeführt werden können . Hierzu kann in der Messeinrichtung ein entsprechendes Kalibrierungsprogramm hinterlegt sein, das mehrere Messpunkte bei unterschiedlichen Impedanz-Sollwerten und/oder
unterschiedlichen Frequenzen umfasst . Die Messpunkte können dann automatisiert abgefahren werden, wobei die Impedanz- Messeinrichtung über die Steuerungsschnittstelle die
entsprechenden Referenz-Sollwerte des Impedanznormals programmgesteuert einstellt .

Claims

Ansprüche
1. Kalibrierverfahren für eine elektrochemische Impedanz- Messeinrichtung, die zur Messung der Impedanz einer
elektrochemischen Zelle, insbesondere einer Lithiumionenzelle vorgesehen ist, umfassend:
(a) Verbinden der Impedanz-Messeinrichtung mit einem
Impedanznormal, das zumindest zwei
Anregungsanschlüsse (Al, A2) für die Einspeisung eines Anregungssignals und zwei Messanschlüsse (Ml, M2) für die Bestimmung eines Messsignals aufweist und das eine feste oder einstellbare Impedanz besitzt, die dem Impedanz-Sollwert Zsoll entspricht;
(b) Anlegen eines Spannungssignals UEin an die
Anregungsanschlüsse und Messung des aufgrund von UEin durch das Impedanznormal fließenden Stroms IAus an den Messanschlüssen; oder Zufuhr eines Stromsignals lEin an die Anregungsanschlüsse und Messung der
abfallenden Spannung UAus an den Messanschlüssen; und
(c) Kalibrieren der Impedanz-Messeinrichtung gegenüber dem Impedanznormal auf die Impedanz Zsoii unter Verwendung von Z = UEin/ lAus = Zsoii bzw. Z = UAus/ UEin = Zsoll, dadurch gekennzeichnet, dass die geometrische Anordnung der Anschlüsse Al, A2, Ml, M2 des Impedanznormals der
geometrischen Anordnung der Anschlüsse der Zelle entspricht, deren Impedanz gemessen werden soll, so dass das
Impedanznormal mit der Impedanz-Messeinrichtung in der gleichen Anordnung wie die Zelle kontaktiert werden kann.
2. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Zelle einen
Anodenanschluss und einen Kathodenanschluss aufweist, und die Anordnung der Kontaktflächen der Anschlüsse Al und El bzw. A2 und E2 des Impedanznormals zusammengenommen mit der Anordnung der Kontaktfläche des Anodenanschlusses bzw.
Kathodenanschlusses übereinstimmt .
3. Verfahren nach Anspruch 2, worin die Kontaktflächen der Anschüsse Al und El sowie A2 und E2 jeweils
nebeneinanderliegend angeordnet sind.
4. Verfahren nach Anspruch 2, worin die Kontaktflächen der Anschlüsse Al bzw. A2 die Kontaktflächen der Anschlüsse El bzw. E2 zumindest teilweise umgeben .
5. Verfahren nach Anspruch 4, worin die Anschlüsse Al bzw. A2 plattenförmig sind, und die Anschlüsse El bzw. E2 auf der Kontaktseite der Platte als Einlage eingebracht sind.
6. Verfahren nach Anspruch 1, worin die Zelle für eine Vierpunktkontaktierung vorgesehen ist und jeweils zwei
Anoden- bzw. Kathodenanschlüsse aufweist, und die Anordnung der Anschlüsse Al und El bzw. A2 und E2 des Impedanznormals mit der Anordnung der Anoden- bzw. Kathodenanschlüssen der Zelle übereinstimmt .
7. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, worin die Schritte (b) bis (d) für mehrere verschiedene Impedanzwerte Zsoii und/oder mehrere verschiedene
Anregrungssignale wiederholt werden.
8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, worin das Impedanznormal zusätzliche Steuerungsanschlüsse zur Einstellung des Impedanzwerts Zsoll und/oder zur Abfrage des eingestellten Werts aufweist .
9. Impedanznormal zur Kalibrierung für eine
elektrochemische Impedanz-Messeinrichtung für
Lithiumionenzellen, das für das Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8 konfiguriert ist.
10. Impedanznormal gemäß Anspruch 9, dessen
Anschlussanordnung dem Formfaktor PHEV1, PHEV2, BEV1 oder BEV2 entspricht .
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