Die Bestimmung der Impedanz einer Batterie mit der ac-IR-Methode birgt gewisse Risiken, die die Genauigkeit der Messung beeinträchtigen. Ein ganz erhebliches Risiko sind Wirbelströme und in die Messleitungen induziertes Rauschen:
Bei der ac-IR-Methode mit einer 4-Punkt-Sonde wird der Messstrom über getrennte Leitungen zu denjenigen geleitet, die für die Spannungsmessung verwendet werden. Ein leitendes Objekt in der Nähe der Messdrähte führt zu einem Energieverlust durch Wirbelströme und damit zu einer Veränderung des Messsignals. Erschwerend kommt hinzu, dass die Wirkung der Wirbelströme in der Regel quadratisch mit steigender Frequenz zunimmt und somit nicht über den gesamten Impedanzmessbereich konstant bleibt. Darüber hinaus erhöhen induzierte Spannungen aufgrund von magnetischen Wechselfeldern in der Nähe des Messaufbaus den Rauschpegel der Messung.
Beides führt zu einer Verzerrung des gemessenen Signals und damit zu einem falschen Ergebnis bei der Bestimmung von Parametern aus dem Cole-Cole-Plot. Während eines Experiments mit einer festen Frequenz von 1 kHz können Sie in einem Video meiner Kollegen aus Japan den ganz erheblichen Einfluss von Wirbelströmen sehen. Aber sehen Sie selbst (der Wirbelstromteil beginnt bei etwa 3:09): Video: Unterschied zwischen AC- und DC-Methoden für…
Um dies zu verhindern, hat HIOKI die 4-Terminal Pair Leitungen entwickelt, bei denen die Messleitungen abgeschirmt sind. Indem der Messstrom durch die Abschirmung der Kabel zurückgeführt wird, wird das Magnetfeld um die Messleitungen herum eingeebnet (siehe Abbildung unten). Die Spannungsdrähte sind ebenfalls abgeschirmt, wodurch die Induktion von Rauschen verhindert wird, wenn die Abschirmung mit der Erde verbunden ist.
Die 4-Pol-Paar-Sonden L2002 und L2003 zeigen im Vergleich zu herkömmlichen Sonden gute Ergebnisse. Bei internen Tests wird die Impedanz der gleichen Batterie mit drei verschiedenen Verdrahtungspositionen getestet:
Neben induzierten Einflüssen auf die Messung ist eine Kontaktierungssituation mit maximaler Wiederholbarkeit erforderlich. Dies kann aufgrund der Natur einer 4-Punkt-Sondenmessung ein Problem sein: Der angelegte Strom führt ein entsprechendes elektrisches Potentialfeld in die elektrischen Kontakte der Batterie ein, das dann von den Spannungssonden gemessen wird. Da die Form der Potenzialfelder den geometrischen Abmessungen des Prüflings entspricht, schwankt der Wert des gemessenen Oberflächenpotenzials je nach der genauen Position der Sonden. Das nachstehende Diagramm veranschaulicht diesen Zusammenhang anhand einer Vierpunkt-Sondenmessung an einer Batterie. Die Spannung der gleichen Batterie wird an zwei verschiedenen Stellen gemessen, was zu unterschiedlichen Spannungswerten V1 und V2 führt:
Daraus wird deutlich, dass der Abstand zwischen Strom- und Spannungspins zwar einen Einfluss auf den gemessenen absoluten Spannungswert hat, dass es aber für die Wiederholbarkeit der Messwerte entscheidend ist, bei jeder Messung genau die gleiche Stelle zu treffen. Zu diesem Zweck hat HIOKI seine L2002 Messleitungen mit einem flexiblen Stopper versehen, um sicherzustellen, dass die Messstelle bei jeder Messung die gleiche ist und an einer definierten Position durchgeführt wird:
Alle Verbesserungen an den Messleitungen führen zu einer stark erhöhten Messgenauigkeit, wie Sie an diesen 20 aufeinander folgenden, wiederholten Messungen mit Wiederkontaktierung an einer Probe von 1,4 mOhm unter Verwendung der L2002-Messleitungen sehen können:
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