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电化学阻抗光谱仪(EIS)

易于集成的多通道大功率解决方案

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利用 EIS 释放电池、燃料电池和电解槽的全部潜能

电化学阻抗能谱仪 (EIS) 是一种复杂的诊断方法,通过测量确定电化学系统运行健康状况和效率的电波动来检查电池、燃料电池和电解槽的复杂内部化学性质,从而为开发研究和维护提供支持。 EIS 通过应用正弦信号和监测由此产生的电气行为来分析这些系统的动态响应,从而揭示直流评估所看不到的过程。 通过对这些系统中的电阻和电抗进行详细分析,EIS 有助于保持电极完整性和预测未来性能,从而最大限度地降低风险,提高电化学储能和发电在各种应用(从小型实验室测试到大型工业实施)中的可靠性。

GI.bench- 用于现代和高强度测试的数字平台

GI.bench软件平台可在一个数字平台上更快的进行测试设置、任务配置和处理以及可视化数据流。

GI.bench允许使用者在运行中就可以进行设置、执行、分析测试测量任务。它进一实现了随时随地访问实时数据和历史测试。

通过GI.bench的用户界面设计,体验随时随地访问不同的高可用性测量数据。 通过我们的麦克风演示,见证强大的新功能。

为了优化您的测试和监测任务,GI.bench现在包括一个带有正弦和矩形波函数的示波器部件和新的FFT图表。 通过标记窗口中的 “统计 “视图增强您的数据分析功能。 从一个专门的树中访问历史源,并通过点击查看实时数据。 GI.bench的这些功能使您能更有效地配置、执行和分析您的测试和监测任务。

播放有关的视频 GI.bench 13.3 Best of v4

电化学阻抗能谱仪 (EIS) 的优点

EIS 对能源行业中正在改进电化学设备运行效率的利益相关者至关重要。 这种复杂的方法可以量化电池、燃料电池和电解槽的电阻抗。 它提供了对其电化学行为的深入了解,这对于提高运行效率和延长使用寿命而又不影响其运行至关重要。 该技术能够在很宽的频率范围内进行高分辨率阻抗测量,有助于在影响系统性能之前解决问题。 这种积极主动的方法简化了维护流程,并在潜在问题出现之初就将其锁定,从而大大降低了相关成本。

  • 深入洞察电池健康状况:EIS 技术可深入洞察电池系统,使您能够优化性能并延长电池寿命。
  • 无损分析:EIS 是一种非破坏性方法,可在不损坏电池的情况下揭示关键的内部电池行为,确保您的系统在分析过程中保持完好无损。
  • 全面的阻抗分解:利用 EIS,您可以区分电池中的电阻和电抗,详细了解电荷转移和离子扩散等对保持电极完整性至关重要的内部过程。
  • 预测性维护:EIS 可提供当前的健康状况并预测未来的电池性能,从而采取先发制人的措施来防止问题的发生,从而提高可靠性并降低成本。
  • 跨应用多功能性:除电池优化外,EIS 对于推动电解槽和燃料电池技术的发展也非常重要。 通过评估这些系统的阻抗特性,EIS 提供了对提高这些重要能源部门的性能和推动创新至关重要的重要见解。

EIS 如何工作:测量和数据处理步骤

EIS 为评估和改善电化学系统的健康状况和功能性提供了一种全面、非破坏性的手段,为能源储存和转换技术的进步提供了支持。 它深入研究了正弦输入所引起的微观电气响应,突出了影响系统性能和稳定性的内在机制。 通过在宽频谱范围内进行精确测量,EIS 可以解读决定这些电化学系统健康和效率的关键参数。

环境影响评估信息系统流程概述

系统准备

在开始 EIS 测量之前,要对被测系统–电池、燃料电池或电解槽–进行精心准备。 准备工作包括清洁、组装验证和正确连接,以确保系统与 EIS 仪器正确连接。

频率选择

根据系统内预期的电化学过程选择适当的频率范围。 EIS 测量的频率范围通常很低,从 1 毫赫兹到 10 千赫,可对慢速和快速过程进行全面分析。

交流电压或电流的叠加

在电化学系统中叠加一个小振幅交流电(AC)或电压。 该信号被刻意保持在线性响应范围内,以避免非线性行为,确保测量结果反映系统的固有特性。

反应测量

在选定的频率范围内记录系统对外加交流信号的响应。 这种响应通常是交流电压或电流信号,与外加信号相比,该信号会发生相位偏移并可能衰减。 系统的输出包括相对于输入信号的电压或电流幅值和相移,提供系统对每个激励信号频率的反应数据。

阻抗计算

通过将测得的电压响应除以电流响应(Z = V/I),可精确计算出每个频率下的阻抗。 该计算还考虑了电压和电流之间的相移,提供了一个包含幅值和相位分量的复数,揭示了系统的电阻和无功特性。

数据可视化

所得到的阻抗数据通常以图形形式显示,如显示阻抗大小和相位与频率关系的 Bode 图,以及显示阻抗实部与虚部关系的 Nyquist 图。 这些图解释了系统在测试频率范围内的电化学行为。

进一步分析

在初步数据收集和绘制之后,将进行进一步的深入分析,包括模型拟合和参数提取。 这些先进的分析对于深入了解电化学过程至关重要,有助于在导致系统故障之前发现问题,并增强预测性维护能力。

EIS 是保证电池、燃料电池和电解槽合格和高效运行的关键。

甘特纳的一体化 EIS 解决方案

EIS 测量系统:可扩展和模块化

电化学阻抗谱(EIS)测量系统由各种关键组件组成,旨在促进对电化学系统进行精确而全面的分析:

  • 被测设备:根据应用和研究目标,通常包括电池、燃料电池或电解器。
  • 信号生成和调制:该组件生成准确的测试信号。 它控制施加到被测电化学系统上的电激励,确保 EIS 测量的完整性。
  • 可编程双向电源:这些电源对于提供可调节的测试条件至关重要。 研究人员可以利用它们为被测设备模拟不同的工作环境,这对全面和相关的 EIS 分析至关重要。
  • DAQ 解决方案Q.raxx A193和 Q.station 等设备可采集阻抗、电流、电压、温度和应变的详细数据。 这些数据对于分析被测系统的电化学行为和健康状况至关重要。
  • 算法和数据访问控制器:如Q.core201EIS,该装置管理数据处理算法,并确保无缝访问测量数据,以便进一步分析。

安全、快速地断开电源,为设备和人员提供维护安全和紧急保护。

连接 EIS 系统组件,实现快速、实时数据传输和网络通信

创建 1 mHz 至 10 kHz 的特定频率信号,以分析阻抗特性。

即使在高电压条件下,也能实现同类最佳的信号测量精度和稳定性,同时还具有高数据完整性和强大的抗噪能力。

管理原始数据采集控制和 EIS 数据处理,操作系统和测量序列。

为您当前的传感器 (CT) 提供直接的即插即用连接,以提高系统集成和易用性。

测量和监控电流、电压和温度等关键参数,以进行全面的系统诊断。

可在任何位置进行多通道温度测量,以监控各种运行条件下的系统完整性。

优化系统内的热量管理,以保持稳定的热量条件,从而实现精确的测量条件。

提供从千瓦到兆瓦的可扩展电力解决方案,满足各种电力需求。

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技术特点

数据采集功能 Q.series X A193 模块
  • 高性能模块:Q.series X A193 专为大功率和工业应用而设计。
  • 信号放大和偏移测量:该功能可放大交流信号,并测量每通道高达 100 kHz 的在线直流偏移。 它对锁定技术至关重要,可提高阻抗测量的灵敏度和选择性。
  • 电压测量范围:直流电池/堆栈电压测量范围为 5 V,交流信号测量范围为 150 mV。
  • 电流测量灵活:通过分流器或电流传感器测量电流。
  • 强大的电隔离功能:通道之间、通道与电源以及总线系统之间的隔离电压高达 800 VDC。
  • 支持整个电池组的 EIS:专为处理整个电池组配置的电化学阻抗光谱而设计,扩大了其在大规模应用中的实用性。
数据处理和分析
  • 同步信号采集:确保同时采集所有电压和电流信号,以保持数据的一致性和准确性。 利用锁定技术隔离特定的信号频率和相位,大大提高了在嘈杂环境中测量微弱信号的能力。
  • 可调参考频率:可接受用于电源和电子负载的模拟和数字参考信号。
  • 全面的数据访问能力:提供原始数据访问,以便进行深入的时域分析。
    阻抗和电压分析:自动计算每个频率的阻抗,并依次测量电池/电池组电压,在整个测试过程中提供实时动态更新。
系统设计和可扩展性
  • 系统频率范围:能够在 1 mHz 至 10 kHz 的宽频率范围内工作,满足广泛的电化学测试要求。 宽广的频率范围增强了锁定检测能力,使其适用于各种工业和研究应用。
  • 模块化系统配置:可轻松扩展,从 4 个通道的基本设置到多达 128 个 EIS 通道的复杂配置,适应从研发到生产规模的项目需求。
  • 温度测量通道:包括专门用于温度监测的附加通道,将热分析与电化学阻抗测量相结合。
  • 直观的用户界面:GI.bench软件便于配置和可视化,为管理和观察测试进度提供了用户友好界面。
  • 实时可视化工具:具有先进的在线过程控制和可视化工具,包括奈奎斯特图和 Bode 图。
集成与连接
  • 与电源系统兼容:与主要电源和电子负载供应商直接集成,确保在现有设置内无缝运行,并与首选合作伙伴达到 10 kHz。
  • 先进的连接选项:该模块配备开放式 API 和 EtherCAT 接口,可直接集成到各种自动化系统中。

特色锁定放大器

电化学阻抗能谱仪 (EIS) 中使用的锁相放大器技术是一种强大的方法,用于检测和测量通常被噪声掩盖的极小交流信号。 该技术包括向测试对象(如电池或燃料电池)输入特定频率的参考信号,并同步检测相同频率的输出信号。 该过程利用相位敏感检测,有效地将相关信号从噪声中隔离和放大。 它显著提高了信噪比,从而可以在宽动态范围和各种条件下精确测量阻抗变化。

以下是锁定概念在 EIS 中的应用:

1.信号应用:向电化学系统施加已知的小幅值交流电压或电流。
2.同步检测:系统的响应与应用信号同步测量。 只检测和测量与参考信号频率和相位相同的信号,从而有效地过滤噪音。
3.相位敏感输出:锁相放大器的输出与参考信号和测量响应之间的相位差余弦成正比,可精确计算幅度和阻抗相位。

数据处理

EIS 发动机绘图结果

Gantner Instruments通过其先进的 EIS 引擎,出色地简化了电化学阻抗谱分析 (EIS) 所涉及的复杂数据处理。 我们的软件和硬件协同工作,从原始数据采集无缝过渡到详细的阻抗分析,只需用户最少的干预就能提供重要的见解。

EIS 插件的优势

  • 自动配置:系统会自动配置每次测试的设置,确保最佳的数据准确性和相关参数;这包括根据被测电化学系统的具体要求设置频率范围、信号幅度和其他关键因素。
  • 自动流程控制:系统自始至终对整个测试过程进行管理,并根据实时数据按需调整参数。 这种自动化水平可确保测试条件的一致性,并减少人为错误的可能性,这对于保持高风险测试环境的可靠性至关重要。
  • 自动仪表盘创建:利用自动化仪表盘工具,用户可以快速创建全面的可视化数据表示。 这些仪表盘将各种数据点整合成易于解读的格式,有助于直观地显示仅靠原始数据可能无法显现的趋势和模式。
  • 实时数据绘图:收集数据时,EIS 引擎会立即处理并绘制阻抗谱。 这种实时绘图功能对测试期间的即时反馈至关重要,可帮助快速调整和决策。 所提供的图表显示了锂离子电池的典型阻抗轨迹,说明了阻抗随频率的变化情况,有助于深入了解电池的健康状况和功能。
  • 增强型数据分析:EIS 引擎可在仪表盘环境中直接使用模型拟合和参数提取等高级数据分析技术。 通过这种集成,无需外部软件即可进行更深入的分析,从而简化工作流程,提高生产率。

加深理解

探索 Gantner EIS 如何为我们全球的客户带来运营效率的变革。 这些资源旨在提供信息、激励创新,并就如何将 EIS 解决方案有效集成到您的系统中提供实用见解。

通过我们的案例研究探索真实世界的应用
通过我们详细的案例研究,了解 Gantner E.I.S. 的强大影响力。 本文件展示了我们的 EIS 技术在提高系统效率和可靠性方面发挥重要作用的具体案例。 了解我们的解决方案如何应用于实际场景,推动能源技术的创新和卓越运营。

为什么需要 Gantner EIS?

Gantner Instruments 的尖端 EIS 解决方案使您处于电池管理和优化的最前沿,通过精确和明智的决策增强您的电池管理策略。 我们的技术可与客户系统无缝集成,通过以太网和 EtherCAT 等标准化接口支持配置。 通过精确测量和详细分析,我们的 EIS 解决方案可提高电化学电池的生命周期和功能,为推动储能技术的发展做出重大贡献。

轻松集成到 Q.series X 平台

这简化了设置过程,实现了与现有系统的无缝集成,确保了最小的干扰和最高的效率。

利用 EIS 信息扩展电流、电压、应变和振动信号

我们的系统提供全面的数据采集,将传统的测量类型与先进的 EIS 数据相结合,提供系统健康和性能的整体视图。

一站式多通道大功率解决方案

我们的系统可提供完整的 EIS 测试套件,并能轻松处理大功率应用。 这些功能对于业务规模要求强大、可靠的测试能力的行业来说至关重要。

所有参数的实时同步数据采集

所有参数,包括电压、电流、温度和应变,都是实时和同步采集的。 这种同步对于准确鉴定至关重要,可确保所有数据反映测试对象的真实状态。

真正的多通道、无复用和尽可能短的分析时间

我们的 EIS 系统支持多达 128 个通道,无需进行多路复用即可执行复杂的多通道分析,通过采集多个测试点的同步测量数据来节省时间并提高数据的可靠性。

与信号完美同步

我们的系统可与现有设置无缝集成,支持温度、应变甚至视频等信号。 这种整合对于全面诊断和分析至关重要。

快速部署,轻松集成到现有系统中

我们的 EIS 解决方案采用模块化设计,可确保快速集成到现有系统中,从而缩短设置时间,加快从设置到全面运行的过渡。

集成和数据分析方面的专业知识

Gantner Instruments不仅仅是供应商,还是系统集成方面的全面解决方案合作伙伴,提供数据分析和系统设计方面的专业知识。 我们的开放式应用程序接口增强了这一功能,允许定制解决方案并与第三方系统集成。

了解我们的 EIS 解决方案

如需深入了解如何在您的项目中实施 EIS 测量系统,请点击此处下载我们的技术解决方案宣传单。

应用

Gantner 数据采集产品的多功能性使其成为以下应用的理想选择:

汽车

航空航天

能源

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