{"id":86044,"date":"2024-08-05T07:18:00","date_gmt":"2024-08-05T07:18:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.gantner-instruments.com\/blog\/innovative-eis-loesung-fuer-energiespeichersysteme-der-naechsten-generation\/"},"modified":"2025-02-17T09:21:46","modified_gmt":"2025-02-17T09:21:46","slug":"innovative-eis-loesung-fuer-energiespeichersysteme-der-naechsten-generation","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.gantner-instruments.com\/de\/blog\/innovative-eis-loesung-fuer-energiespeichersysteme-der-naechsten-generation\/","title":{"rendered":"Innovative EIS-L\u00f6sung f\u00fcr Batteriespeichersysteme der n\u00e4chsten Generation"},"content":{"rendered":"\n<div style=\"height:25px\" aria-hidden=\"true\" class=\"wp-block-spacer\"><\/div>\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Einf\u00fchrung in das EIS<\/h2>\n\n<p>Die Analyse des Innenwiderstands bei verschiedenen Frequenzen eines elektrochemischen Systems, wie z.B. einer Batteriezelle, einer Brennstoffzelle oder eines Elektrolyseurs, wird als elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) bezeichnet. Mit dieser Messtechnik k\u00f6nnen z.B. Batteriezellen, -module und -packs unter Lade- oder Entladebedingungen getestet werden, um das Verhalten und die chemischen Prozesse bei Belastung der Batterie zu beobachten. Dies wird auch als Online-Impedanzspektroskopie oder elektrochemische Hochleistungs-Impedanzspektroskopie bezeichnet, wenn sie bei h\u00f6heren Spannungspotentialen und Ladestr\u00f6men im Falle einer Batterie mit 1 oder mehreren C-Raten durchgef\u00fchrt wird.  <\/p>\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Unterschiedliche Methoden der EIS-Messung<\/h2>\n\n<p>Diese Technik der elektrochemischen Impedanzspektroskopie erzeugt Stromanregungen mit bestimmten Frequenzen und misst die Spannungsantwort (galvanostatischer Modus). Alternativ dazu erzeugt es Spannungsanregungen und misst die Stromantwort (potentiostatischer Modus). Der galvanostatische Modus stellt sicher, dass das SoC w\u00e4hrend der Messung nicht driftet und wird daher f\u00fcr Batteriezellen bevorzugt. Mit den Spannungs- und Strommesswerten kann die komplexe Impedanz berechnet werden.   <\/p>\n\n<figure class=\"wp-block-image size-large\"><a href=\"https:\/\/www.gantner-instruments.com\/wp-content\/uploads\/2024\/06\/eis-concept-mockup-marketing-240617.png\" data-rel=\"lightbox-gallery-BH868WXL\" data-rl_title=\"\" data-rl_caption=\"\" title=\"\"><img fetchpriority=\"high\" decoding=\"async\" width=\"1024\" height=\"592\" src=\"https:\/\/www.gantner-instruments.com\/wp-content\/uploads\/2024\/06\/eis-concept-mockup-marketing-240617-1024x592.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-86062\" srcset=\"https:\/\/www.gantner-instruments.com\/wp-content\/uploads\/2024\/06\/eis-concept-mockup-marketing-240617-1024x592.png 1024w, https:\/\/www.gantner-instruments.com\/wp-content\/uploads\/2024\/06\/eis-concept-mockup-marketing-240617-300x174.png 300w, https:\/\/www.gantner-instruments.com\/wp-content\/uploads\/2024\/06\/eis-concept-mockup-marketing-240617-768x444.png 768w, https:\/\/www.gantner-instruments.com\/wp-content\/uploads\/2024\/06\/eis-concept-mockup-marketing-240617-1210x700.png 1210w\" sizes=\"(max-width: 1024px) 100vw, 1024px\" \/><\/a><\/figure>\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Auswirkungen von Phasenverschiebung und Impedanz<\/h2>\n\n<p>Die zeitliche Verz\u00f6gerung der Spannungsantwort verursacht eine Phasenverz\u00f6gerung der Spannung zur Stromanregung w\u00e4hrend der Frequenzmessung. Diese Phasenverschiebung f\u00fchrt zu einer komplexen Impedanz mit einem realen und einem imagin\u00e4ren Teil. Die Impedanz ist nur f\u00fcr lineare Systeme definiert. Dennoch kann es auf ein nichtlineares System wie eine Batterie angewandt werden, wenn dessen Impedanz als linear und zeitinvariant angen\u00e4hert werden kann (d.h. Linear-Time-Invariant LTI-Bedingung), was bedeutet, dass die komplexe Impedanz linear war und sich w\u00e4hrend der Messung im Laufe der Zeit nicht ver\u00e4ndert hat oder zumindest sehr nahe an der linearen Impedanz war und sich im Laufe der Zeit fast nicht ver\u00e4ndert hat; dies ist in der Regel der Fall, wenn z.B. die Anforderungen u.a. erf\u00fcllt sind:   <\/p>\n\n<ul class=\"wp-block-list\">\n<li>Die Temperatur der Zelle \u00e4ndert sich w\u00e4hrend einer Messung nicht zu stark.<\/li>\n\n\n\n<li>Die Leerlaufspannung (OCV) \u00e4ndert sich w\u00e4hrend einer Messung nicht zu stark.<\/li>\n<\/ul>\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Praktische Herausforderungen und L\u00f6sungen<\/h2>\n\n<p>In Wirklichkeit \u00e4ndert sich die Temperatur einer Zelle aufgrund des Lade- oder Entladestroms und die OCV ist abh\u00e4ngig vom Ladezustand (SoC) und der Temperatur. Da sie sich ver\u00e4ndern, ist auch eine Ver\u00e4nderung der OCV unvermeidlich. <\/p>\n\n<p>Genaue und wiederholte Messungen des SOC und der Zelltemperatur nach jeder Messung k\u00f6nnen jedoch dabei helfen, zu beurteilen, wie sehr diese Ver\u00e4nderungen die Qualit\u00e4t und Genauigkeit der Impedanzmessung beeintr\u00e4chtigen.<\/p>\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Technische \u00dcberlegungen f\u00fcr eine wirksame EIS<\/h2>\n\n<p>Die Amplitude der Stromanregung sollte niedrig genug sein, um das Verhalten der Zelle nicht zu beeinflussen, aber gro\u00df genug, um eine ausreichende Spannungsantwort im Hinblick auf das Signal-Rausch-Verh\u00e4ltnis (SNR) des verwendeten Datenerfassungssystems zu liefern. Das bedeutet, dass das DAQ-System \u00fcber ein sehr gutes SNR verf\u00fcgen muss, um auch kleinste Spannungsantwortsignale im mV-Bereich messen zu k\u00f6nnen. Die Frequenzen, die f\u00fcr ganze Akkupacks am interessantesten sind, liegen beispielsweise zwischen 10 mHz und 2kHz. Bei Batteriezellen, Brennstoffzellenstapeln und Elektrolyseuren ist jedoch ein Frequenzbereich von 1 mHz bis 10 kHz (manchmal bis 20 kHz) \u00fcblich. Mit z.B. 10 Schritten pro Dekade als Sweep oder Multisinusmessung.    <\/p>\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Visualisierung von EIS-Daten<\/h2>\n\n<p>Nach der Messung mehrerer Frequenzen kann die komplexe Impedanz in das charakteristische Nyquist-Diagramm eingezeichnet werden, in dem -Zimg auf der Y-Achse \u00fcber Zreal auf der X-Achse aufgetragen ist. Jeder Punkt in diesem XY-Diagramm ist das Ergebnis einer Frequenz. Eine weitere g\u00e4ngige Visualisierung ist das Bode-Diagramm. Die Impedanz wird mit der logarithmischen Frequenz auf der X-Achse und sowohl dem absoluten Wert der Impedanz als auch der Phasenverschiebung auf der Y-Achse aufgetragen.   <\/p>\n\n<div style=\"height:20px\" aria-hidden=\"true\" class=\"wp-block-spacer\"><\/div>\n\n<figure class=\"wp-block-image size-large is-resized\"><a href=\"https:\/\/www.gantner-instruments.com\/wp-content\/uploads\/2024\/05\/bode-plot.png\" data-rel=\"lightbox-gallery-BH868WXL\" data-rl_title=\"\" data-rl_caption=\"\" title=\"\"><img decoding=\"async\" width=\"800\" height=\"450\" src=\"https:\/\/www.gantner-instruments.com\/wp-content\/uploads\/2024\/05\/bode-plot.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-83694\" style=\"width:742px;height:auto\" srcset=\"https:\/\/www.gantner-instruments.com\/wp-content\/uploads\/2024\/05\/bode-plot.png 800w, https:\/\/www.gantner-instruments.com\/wp-content\/uploads\/2024\/05\/bode-plot-300x169.png 300w, https:\/\/www.gantner-instruments.com\/wp-content\/uploads\/2024\/05\/bode-plot-768x432.png 768w\" sizes=\"(max-width: 800px) 100vw, 800px\" \/><\/a><\/figure>\n\n<div style=\"height:20px\" aria-hidden=\"true\" class=\"wp-block-spacer\"><\/div>\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Erweiterte Diagnostik durch EIS<\/h2>\n\n<p><strong>Pr\u00fcfen Sie die Linearit\u00e4t<\/strong>: Zur Qualit\u00e4tskontrolle ist es n\u00fctzlich, das angelegte sinusf\u00f6rmige Stromsignal auf der X-Achse und das Spannungsantwortsignal auf der Y-Achse aufzuzeichnen. Da Anregung und Reaktion phasenverschoben sind, ergibt sich ein Oval. Diese Darstellung ist auch als &#8220;Lissajous-Figur&#8221; bekannt.  <\/p>\n\n<div style=\"height:20px\" aria-hidden=\"true\" class=\"wp-block-spacer\"><\/div>\n\n<figure class=\"wp-block-image size-large is-resized\"><a href=\"https:\/\/www.gantner-instruments.com\/wp-content\/uploads\/2024\/05\/lissajous-figure.png\" data-rel=\"lightbox-gallery-BH868WXL\" data-rl_title=\"\" data-rl_caption=\"\" title=\"\"><img decoding=\"async\" width=\"800\" height=\"450\" src=\"https:\/\/www.gantner-instruments.com\/wp-content\/uploads\/2024\/05\/lissajous-figure.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-83699\" style=\"width:725px;height:auto\" srcset=\"https:\/\/www.gantner-instruments.com\/wp-content\/uploads\/2024\/05\/lissajous-figure.png 800w, https:\/\/www.gantner-instruments.com\/wp-content\/uploads\/2024\/05\/lissajous-figure-300x169.png 300w, https:\/\/www.gantner-instruments.com\/wp-content\/uploads\/2024\/05\/lissajous-figure-768x432.png 768w\" sizes=\"(max-width: 800px) 100vw, 800px\" \/><\/a><\/figure>\n\n<div style=\"height:20px\" aria-hidden=\"true\" class=\"wp-block-spacer\"><\/div>\n\n<p>Eine weitere M\u00f6glichkeit, die Linearit\u00e4t des Systems zu \u00fcberpr\u00fcfen, besteht darin, eine FFT des Anregungssignals und des entsprechenden Antwortsignals aufzuzeichnen. Wenn das System nichtlinear ist, enth\u00e4lt das Antwortsignal Oberwellen des Anregungssignals in seinem Spektrum. Anhand der Amplitude und Anzahl der Oberschwingungen k\u00f6nnen Sie beurteilen, ob diese Nichtlinearit\u00e4t die Qualit\u00e4t und Genauigkeit der Impedanzmessung beeintr\u00e4chtigt. Ein einfacher zu \u00fcberpr\u00fcfender Parameter ist der Klirrfaktor (Total Harmonic Distortion, THD), der anzeigt, wie stark Oberwellen das Signal verzerren. Das bedeutet, wie stark der Oberwellengehalt die Grundfrequenz beeinflusst.    <\/p>\n\n<div style=\"height:20px\" aria-hidden=\"true\" class=\"wp-block-spacer\"><\/div>\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Messung von Impedanzsignalen auf einem hohen elektrischen Potential<\/h2>\n\n<ul class=\"wp-block-list\">\n<li>Strom- und Spannungssignale m\u00fcssen synchron und auf einem hohen elektrischen Potential aufgezeichnet werden.<\/li>\n\n\n\n<li>Beste Signalqualit\u00e4t dank der neuen Messkarte f\u00fcr EIS-Signale (Q.series X A193)<\/li>\n<\/ul>\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Die All-in-One EIS-L\u00f6sung<\/h2>\n\n<p>Die All-in-One EIS-L\u00f6sung von Gantner Instruments erf\u00fcllt die Anforderungen der elektrochemischen Impedanzspektroskopie (EIS) durch ihr robustes Design und ihre fortschrittlichen technischen Eigenschaften. Das System umfasst ein leistungsstarkes Q.series X A193 Modul, das f\u00fcr Hochleistungsanwendungen und industrielle Anwendungen entwickelt wurde und \u00fcber Funktionen zur Signalverst\u00e4rkung und Offset-Messung verf\u00fcgt, die die Empfindlichkeit und Selektivit\u00e4t bei Impedanzmessungen verbessern. Der Spannungsmessbereich und die Flexibilit\u00e4t bei der Strommessung, unterst\u00fctzt durch eine robuste galvanische Isolierung, sorgen f\u00fcr eine genaue und zuverl\u00e4ssige Datenerfassung bei verschiedenen Anwendungen, einschlie\u00dflich ganzer Batteriepacks. Die synchrone Signalerfassung erh\u00e4lt die Datenkoh\u00e4renz und -genauigkeit aufrecht und nutzt den Lock-In, um bestimmte Signalfrequenzen und Phasen zu isolieren, was f\u00fcr die Erkennung schwacher Signale in verrauschten Umgebungen unerl\u00e4sslich ist. Der breite Frequenzbereich des Systems von 1 mHz bis 10 kHz und die modulare Konfiguration, die auf bis zu 128 EIS-Kan\u00e4le skalierbar ist, machen es f\u00fcr die unterschiedlichsten elektrochemischen Testanforderungen geeignet. Umfassender Datenzugriff und Echtzeit-Visualisierungstools, einschlie\u00dflich Nyquist- und Bode-Diagrammen, erleichtern detaillierte Analysen und sofortiges Feedback. Erweiterte Konnektivit\u00e4tsoptionen, wie eine offene API und eine EtherCAT-Schnittstelle, sorgen f\u00fcr eine nahtlose Integration in bestehende Stromversorgungssysteme und Automatisierungskonfigurationen. Zus\u00e4tzliche Funktionen wie hochisolierte Thermoelementeing\u00e4nge, Temperaturmesskan\u00e4le und ein Luftdeflektor f\u00fcr das W\u00e4rmemanagement verbessern die Systemleistung und -zuverl\u00e4ssigkeit weiter und machen die EIS-L\u00f6sung von Gantner zu einem umfassenden und effizienten Werkzeug f\u00fcr die Optimierung von Batterien, Brennstoffzellen und Elektrolyseuren.       <\/p>\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Technische Merkmale Q.series X A193<\/h2>\n\n<div style=\"height:20px\" aria-hidden=\"true\" class=\"wp-block-spacer\"><\/div>\n<div class=\"wp-block-image\">\n<figure class=\"alignleft size-large is-resized\"><a href=\"https:\/\/www.gantner-instruments.com\/wp-content\/uploads\/2024\/05\/technical-features-eis-solutions.png\" data-rel=\"lightbox-gallery-BH868WXL\" data-rl_title=\"\" data-rl_caption=\"\" title=\"\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"711\" height=\"1024\" src=\"https:\/\/www.gantner-instruments.com\/wp-content\/uploads\/2024\/05\/technical-features-eis-solutions-711x1024.png\" alt=\"EIS\" class=\"wp-image-83536\" style=\"width:414px;height:auto\" srcset=\"https:\/\/www.gantner-instruments.com\/wp-content\/uploads\/2024\/05\/technical-features-eis-solutions-711x1024.png 711w, https:\/\/www.gantner-instruments.com\/wp-content\/uploads\/2024\/05\/technical-features-eis-solutions-208x300.png 208w, https:\/\/www.gantner-instruments.com\/wp-content\/uploads\/2024\/05\/technical-features-eis-solutions-768x1107.png 768w, https:\/\/www.gantner-instruments.com\/wp-content\/uploads\/2024\/05\/technical-features-eis-solutions-486x700.png 486w, https:\/\/www.gantner-instruments.com\/wp-content\/uploads\/2024\/05\/technical-features-eis-solutions.png 1136w\" sizes=\"(max-width: 711px) 100vw, 711px\" \/><\/a><\/figure>\n<\/div>\n<div style=\"height:20px\" aria-hidden=\"true\" class=\"wp-block-spacer\"><\/div>\n\n<div style=\"height:20px\" aria-hidden=\"true\" class=\"wp-block-spacer\"><\/div>\n\n<ul class=\"wp-block-list\">\n<li>DAQ Module A193\n<ul class=\"wp-block-list\">\n<li>Erstklassige Synchronisation und Signal-Rausch-Verh\u00e4ltnis<\/li>\n\n\n\n<li>4 Spannungseing\u00e4nge +\/-5 V, 100 kHz<\/li>\n\n\n\n<li>1 Eingang f\u00fcr Strommessungen (+\/-5 V, 100 kHz)<\/li>\n\n\n\n<li>800 VDC Kanal-zu-Kanal, Kanal-zu-Stromversorgung und Kanal-zu-Bus<\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n\n\n\n<li>Analog\/Digital-Wandlung\n<ul class=\"wp-block-list\">\n<li>Aufl\u00f6sung: 24-bit<\/li>\n\n\n\n<li>Abtastrate: 100 kHz pro Kanal<\/li>\n\n\n\n<li>Sample-by-Sample-Sigma-Delta-Vollsynchronisierung<\/li>\n\n\n\n<li>Digitale Filter: Unendliche Impulsantwort (IIR), Tiefpass, Hochpass, Butterworth oder Bessel (2., 4., 6. oder 8. Ordnung), Frequenzbereich 0,1 Hz bis 10 kHz (einstellbar \u00fcber Software)<\/li>\n\n\n\n<li>Mittelwertbildung: konfigurierbar oder automatisch je nach gew\u00e4hlter Datenrate<\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n\n<div style=\"height:20px\" aria-hidden=\"true\" class=\"wp-block-spacer\"><\/div>\n\n<hr class=\"wp-block-separator has-text-color has-alpha-channel-opacity has-background\" style=\"background-color:#3056a8;color:#3056a8\"\/>\n\n<div style=\"height:20px\" aria-hidden=\"true\" class=\"wp-block-spacer\"><\/div>\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">EIS L\u00f6sung f\u00fcr die \u00dcberwachung von Elektrolyseur-Stacks<\/h2>\n\n<p>Diese Fallstudie untersucht eine reale Anwendung der fortschrittlichen Mehrkanal-Elektrochemie-Impedanzspektroskopie (EIS) von Gantner Instruments zur \u00dcberwachung und Optimierung von Hochleistungs-Elektrolyseur-Stacks. Sie gibt einen detaillierten Einblick in unseren innovativen Ansatz und beschreibt die Herausforderungen, die wir bew\u00e4ltigt und die beeindruckenden Ergebnisse, die wir erzielt haben. Gewinnen Sie wertvolles Wissen \u00fcber die Optimierung der Leistung von Elektrolyseuren und die Verl\u00e4ngerung ihrer Lebensdauer durch fortschrittliche EIS-Technologie. <\/p>\n\n<div style=\"height:20px\" aria-hidden=\"true\" class=\"wp-block-spacer\"><\/div>\n\n<figure class=\"wp-block-image size-large\"><a href=\"https:\/\/resources.gantner-instruments.com\/electrochemical-impedance-spectroscopy-case-study\" target=\"_blank\" rel=\"noreferrer noopener\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"1024\" height=\"341\" src=\"https:\/\/www.gantner-instruments.com\/wp-content\/uploads\/2024\/05\/gi-eis-cs-blog-scaled-1024x341.jpg\" alt=\"\" class=\"wp-image-86017\" srcset=\"https:\/\/www.gantner-instruments.com\/wp-content\/uploads\/2024\/05\/gi-eis-cs-blog-scaled-1024x341.jpg 1024w, https:\/\/www.gantner-instruments.com\/wp-content\/uploads\/2024\/05\/gi-eis-cs-blog-scaled-300x100.jpg 300w, https:\/\/www.gantner-instruments.com\/wp-content\/uploads\/2024\/05\/gi-eis-cs-blog-scaled-768x256.jpg 768w, https:\/\/www.gantner-instruments.com\/wp-content\/uploads\/2024\/05\/gi-eis-cs-blog.jpg 1600w\" sizes=\"(max-width: 1024px) 100vw, 1024px\" \/><\/a><\/figure>\n\n<div style=\"height:20px\" aria-hidden=\"true\" class=\"wp-block-spacer\"><\/div>\n\n<div class=\"wp-block-buttons is-layout-flex wp-block-buttons-is-layout-flex\">\n<div class=\"wp-block-button\"><a class=\"wp-block-button__link wp-element-button\" href=\"https:\/\/resources.gantner-instruments.com\/electrochemical-impedance-spectroscopy-case-study\" target=\"_blank\" rel=\"noreferrer noopener\">Jetzt EIS-Fallstudie lesen<\/a><\/div>\n<\/div>\n\n<div style=\"height:20px\" aria-hidden=\"true\" class=\"wp-block-spacer\"><\/div>\n\n<div style=\"height:40px\" aria-hidden=\"true\" class=\"wp-block-spacer\"><\/div>\n\n<div style=\"height:20px\" aria-hidden=\"true\" class=\"wp-block-spacer\"><\/div>\n\n<div style=\"height:20px\" aria-hidden=\"true\" class=\"wp-block-spacer\"><\/div>\n\n<div style=\"height:15px\" aria-hidden=\"true\" class=\"wp-block-spacer\"><\/div>\n\n<div style=\"height:15px\" aria-hidden=\"true\" class=\"wp-block-spacer\"><\/div>\n\n<div style=\"height:35px\" aria-hidden=\"true\" class=\"wp-block-spacer\"><\/div>\n\n<div style=\"height:80px\" aria-hidden=\"true\" id=\"Empowering-Researchers\" class=\"wp-block-spacer\"><\/div>\n\n<div style=\"height:25px\" aria-hidden=\"true\" class=\"wp-block-spacer\"><\/div>\n\n<div style=\"height:20px\" aria-hidden=\"true\" class=\"wp-block-spacer\"><\/div>\n\n<div style=\"height:100px\" aria-hidden=\"true\" class=\"wp-block-spacer\"><\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Die elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) ist ein Analysewerkzeug f\u00fcr alle, die an der Entwicklung, Wartung und Weiterentwicklung elektrochemischer Systeme wie Batterien, Brennstoffzellen und Elektrolyseure beteiligt sind. 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