DE102014011397B4 - Method of calibrating an electrochemical impedance spectroscopy measuring device and impedance standard - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Kalibrieren einer elektrochemischen Impedanzspektroskopie-Messvorrichtung (10) mit den Schritten:(a) mittels der Impedanzspektroskopie-Messvorrichtung (10) Abgeben eines elektrischen Eingangs-Wechselstroms (I) an ein Impedanznormal (20), das ein ohmsches Wechselstrom-Strommesswiderstandselement (22) aufweist, sodass an dem Wechselstrom-Strommesswiderstandselement (22) eine Arbeitsspannung (Us) abfällt,(b) wobei der ohmsche Wechselstrom-Strommesswiderstand (Rs) des Wechselstrom-Strommesswiderstandselements (22) höchstens 0,2 Ohm beträgt,(c) mittels der Arbeitsspannung (Us) und eines ohmschen Teiler-Widerstandselements (24) Erzeugen einer elektrischen Ausgangs-Wechselspannung (U), die derjenigen Spannung entspricht, die über ein Netzwerk einer vorgegebenen Soll-Impedanz (Z) abfallen würde, wobei ein Quotient aus dem Wechselstrom-Strommesswiderstand (Rs) als Zähler und einem Teiler-Widerstand des Teiler-Widerstandselements (24) als Nenner höchstens 10beträgt und(d) Anlegen der Ausgangs-Wechselspannung (U) an die Impedanzspektroskopie-Messvorrichtung (10).Method for calibrating an electrochemical impedance spectroscopy measuring device (10) with the steps: (a) by means of the impedance spectroscopy measuring device (10) delivering an electrical input alternating current (I) to an impedance standard (20) which contains an ohmic alternating current measuring resistance element (22 ), so that a working voltage (Us) drops at the AC current measuring resistor element (22), (b) the ohmic AC current measuring resistor (Rs) of the AC current measuring resistor element (22) being at most 0.2 Ohm, (c) by means of the Working voltage (Us) and an ohmic divider resistance element (24) generate an electrical output alternating voltage (U) which corresponds to the voltage that would drop over a network of a predetermined target impedance (Z), a quotient from the alternating current Current measurement resistance (Rs) as a numerator and a divider resistance of the divider resistance element (24) as a denominator is at most 10 and (d) A Applying the AC output voltage (U) to the impedance spectroscopy measuring device (10).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kalibrieren einer elektrochemischen Impedanzspektroskopie-Messvorrichtung und ein zugehöriges Impedanznormal. Bei der elektrochemischen Impedanzspektroskopie wird an ein zu untersuchendes Objekt ein Wechselstrom angelegt und die daraus resultierende Spannung erfasst. Es ergibt sich so eine Impedanz, also ein komplexwertiger Widerstand, der Rückschlüsse auf die Eigenschaft des Objekts zulässt. Beispielsweise kann ein Akkumulator mittels Impedanzspektroskopie auf Alterung und Versagensrisiko untersucht werden.The invention relates to a method for calibrating an electrochemical impedance spectroscopy measuring device and an associated impedance standard. In electrochemical impedance spectroscopy, an alternating current is applied to an object to be examined and the resulting voltage is detected. The result is an impedance, i.e. a complex-value resistance, which allows conclusions to be drawn about the property of the object. For example, an accumulator can be examined for aging and risk of failure using impedance spectroscopy.

Bei großen Akkumulatoren, wie sie beispielsweise in Elektrofahrzeugen eingesetzt werden, kann mittels der elektrochemischen Impedanzspektroskopie eine Aussage über den Alterungszustand des Akkumulators gemacht werden. Es stellt sich das Problem, dass derartige Akkumulatoren eine hohe Kapazität und einen kleinen Innenwiderstand haben. Zum Kalibrieren eines Messgeräts sollte ein Normal eingesetzt werden, dessen maßgebliche Eigenschaften in der gleichen Größenordnung liegen wie das zu untersuchende Objekt. Es ist bislang nicht gelungen, ein derartiges Normal zu schaffen, sodass für die elektrochemische Impedanzspektroskopie verwendete Messvorrichtungen bislang nicht mit hoher Genauigkeit zu kalibrieren sind.In the case of large accumulators, such as those used in electric vehicles, a statement can be made about the aging state of the accumulator by means of electrochemical impedance spectroscopy. The problem arises that such accumulators have a high capacity and a low internal resistance. A standard should be used to calibrate a measuring instrument, the relevant properties of which are of the same order of magnitude as the object to be examined. So far it has not been possible to create such a standard, so that measuring devices used for electrochemical impedance spectroscopy have so far not been able to be calibrated with high accuracy.

Die DE 39 01 314 A1 beschreibt eine Schaltungsanordnung zur Nachbildung einer variablen Impedanz, insbesondere eines ohmschen Wiederstands. Es wird dabei ein Eingangsstrom an einen Strom-Spannungswandler angelegt und die resultierende Spannung so auf einem zweiten Eingang des Strom-Spannungswandlers zurückgeführt, dass sich die Ausgangsspannung so einstellt, dass sie mit der Eingangsspannung übereinstimmt.The DE 39 01 314 A1 describes a circuit arrangement for emulating a variable impedance, in particular an ohmic resistor. An input current is applied to a current-voltage converter and the resulting voltage is fed back to a second input of the current-voltage converter in such a way that the output voltage adjusts itself to match the input voltage.

Die DE 102 45 133 A1 beschreibt eine Kalibrierungsanordnung zur Einstellung einer einstellbaren Impedanz, die einen Spannungsteiler mit einem einstellbaren Wiederstand und einen damit in Reihe geschalteten weiteren Wiederstand aufweist. Die mittels des Spannungsteilers einstellbare Spannung wird mit einer weiteren von einer zweiten Schaltungsanordnung gelieferten Spannung verglichen und der variable Wiederstand so eingestellt, dass die Differenz sich zu null ergibt.The DE 102 45 133 A1 describes a calibration arrangement for setting an adjustable impedance, which has a voltage divider with an adjustable resistance and a further resistance connected in series therewith. The voltage which can be set by means of the voltage divider is compared with a further voltage supplied by a second circuit arrangement and the variable resistance is set in such a way that the difference is zero.

Die DE 31 24 231 A1 beschreibt eine Anordnung zur Darstellung eines variablen elektrischen Präzisionswiderstands. Es wird eine Schaltung mit zumindest einem festen Referenzwiderstand und einem Digital-Analog-Konverter verwendet.The DE 31 24 231 A1 describes an arrangement for representing a variable electrical precision resistor. A circuit with at least one fixed reference resistor and a digital-to-analog converter is used.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Messgenauigkeit bei der elektrochemischen Impedanzspektroskopie zu verbessern.The invention is based on the object of improving the measurement accuracy in electrochemical impedance spectroscopy.

Die Erfindung löst das Problem durch ein Verfahren zum Kalibrieren einer elektrochemischen Impedanzspektroskopie-Messvorrichtung mit den Schritten (a) mittels der Impedanzspektroskopie-Messvorrichtung Abgeben eines elektrischen Eingangs-Wechselstroms an ein Impedanznormal, das ein ohmsches Wechselstrom-Strommesswiderstandselement aufweist, so dass an dem Wechselstrom-Strommesswiderstandselement eine Arbeitsspannung abfällt, wobei (b) der ohmsche Wechselstrom-Strommesswiderstand des Wechselstrom-Strommesswiderstandselements höchstens 0,2 Ohm beträgt, (c) mittels der Arbeitsspannung und eines ohmschen Teilerwiderstandselements erzeugen einer elektrischen Ausgangs-Wechselspannung, die derjenigen Spannung entspricht, die über ein Netzwerk einer vorgegebenen Soll-Impedanz abfallen würde, wobei ein Quotient aus dem Wechselstrom-Strommesswiderstand als Zähler und einem Teiler-Widerstand des Teiler-Widerstandselements als Nenner höchstens 10^-3 beträgt, und (d) Anlegen der Ausgangs-Wechselspannung an die Impedanzspektroskopie-Messvorrichtung.The invention solves the problem by a method for calibrating an electrochemical impedance spectroscopy measuring device with the steps (a) by means of the impedance spectroscopy measuring device. Delivering an electrical input alternating current to an impedance standard that has an ohmic alternating current measuring resistance element so that the alternating current Current measuring resistor element drops a working voltage, where (b) the ohmic AC current measuring resistor of the AC current measuring resistor element is at most 0.2 ohms, (c) by means of the working voltage and an ohmic divider resistor element produce an electrical output AC voltage that corresponds to that voltage above a Network would drop a predetermined target impedance, with a quotient of the AC current measuring resistor as a numerator and a divider resistance of the divider resistor element as a denominator is at most 10 ^-3 , and (d) applying the output We alternating voltage to the impedance spectroscopy measuring device.

Gemäß einem zweiten Aspekt löst die Erfindung das Problem durch ein Impedanznormal zum Kalibrieren einer elektrochemischen Impedanzspektroskopie-Messvorrichtung, das (a) ein ohmsches Wechselstrom-Strommesswiderstandselement aufweist, über das beim Anlegen eines Eingangs-Wechselstroms eine Arbeitsspannung abfällt und das einen ohmschen Wechselstrom-Strommesswiderstand von höchstens 0,2 Ohm hat, und (b) einer Umsetzvorrichtung, die ein ohmsches Teiler-Widerstandselement aufweist, wobei ein Quotient aus dem Wechselstrom-Strommesswiderstand als Zähler und einem Teiler-Widerstand des Teiler-Widerstandselements als Nenner höchstens 10^-3 beträgt, und mittels der aus der Arbeitsspannung eine elektrische Ausgangsspannung erzeugbar ist, die derjenigen Spannung entspricht, die über ein Netzwerk einer vorgegebenen Soll-Impedanz beim Anlegen des Eingangs- Wechselstroms abfallen würde.According to a second aspect, the invention solves the problem by means of an impedance standard for calibrating an electrochemical impedance spectroscopy measuring device, which (a) has an ohmic alternating current measuring resistor element, via which a working voltage drops when an input alternating current is applied and which has an ohmic alternating current measuring resistor of has at most 0.2 ohms, and (b) a conversion device which has an ohmic divider resistance element, a quotient of the AC current measuring resistor as a numerator and a divider resistance of the divider resistance element as a denominator being at most 10 ^-3 , and by means of which an electrical output voltage can be generated from the working voltage, which corresponds to the voltage that would drop over a network of a predetermined target impedance when the input AC current is applied.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass eine wichtige Quelle von Messunsicherheit beim Kalibrieren eines Impedanzspektroskopie-Messgeräts von der Änderung elektrischer Eigenschaften des Impedanznormals bei sich ändernder Temperatur herrührt. Durch den kleinen ohmschen Widerstand, den das Impedanznormal aufweisen muss, kommt es zu großen elektrischen Strömen und damit einer großen elektrischen Leistung. Diese bedingt eine signifikante Erwärmung der beteiligten elektrischen Bauteile. Elektrische Bauteile, die in den Eigenschaften nur wenig temperaturabhängig sind, sind aber aufwändig in der Realisierung.The invention is based on the knowledge that an important source of measurement uncertainty when calibrating an impedance spectroscopy measuring device results from the change in electrical properties of the impedance standard as the temperature changes. The small ohmic resistance that the impedance standard must have leads to large electrical currents and thus a large electrical output. This causes a significant warming of the electrical components involved. Electrical components used in the Properties are only slightly temperature-dependent, but are complex to implement.

Durch die Verwendung des Wechselstrom-Strommesswiderstandselements fällt der weit überwiegende Teil der Leistung, die im Impedanznormal umgesetzt wird, an diesem Wechselstrom-Strommesswiderstandselement an. Es ist daher ausreichend, sicherzustellen, dass das Wechselstrom-Strommesswiderstandselement auch bei großen Strömen seinen ohmschen Widerstand nur wenig ändert. Die übrigen Komponenten des Impedanznormals hingegen können mit kleinen Spannungen und Strömen betrieben werden, so dass thermisch bedingte Messunsicherheiten auf einfache Weise deutlich reduziert werden können.By using the AC current measuring resistor element, the vast majority of the power, which is implemented in the impedance standard, falls on this AC current measuring resistor element. It is therefore sufficient to ensure that the AC current measuring resistance element changes its ohmic resistance only slightly, even with large currents. The other components of the impedance standard, on the other hand, can be operated with small voltages and currents, so that thermal measurement uncertainties can be significantly reduced in a simple manner.

Vorteilhaft an der Erfindung ist auch, dass parasitäre Induktivitäten klein sind, da ein großer elektrischer Strom lediglich über das Wechselstrom-Strommesswiderstandselement fließt und in den übrigen Komponenten des Impedanznormals kleine elektrische Ströme fließen.Another advantage of the invention is that parasitic inductances are small, since a large electrical current only flows through the AC current measuring resistance element and small electrical currents flow in the other components of the impedance standard.

Im Rahmen der vorliegenden Beschreibung wird unter dem Impedanznormal eine Maßverkörperung für eine Impedanz von zumindest fünf Farad bei einem ohmschen Innenwiderstand von höchstens 1 Ohm, insbesondere höchstens 0,2 Ohm, verstanden. Jedes Normal besitzt einen Kalibrierschein, in dem die Eigenschaften der Maßverkörperung beschrieben sind.In the context of the present description, the impedance standard is a material measure for an impedance of at least five farads with an ohmic internal resistance of at most 1 ohm, in particular at most 0.2 ohm. Every standard has a calibration certificate, in which the properties of the material measure are described.

Vorzugsweise ist die relativeTemperaturabhängigkeit des Wechselstrom-Strommesswiderstandselements kleiner als 2·10^-4 pro Kelvin.Preferably, the relative temperature dependence of the AC current sensing element is less than 2 x 10 ^-4 per Kelvin.

Unter dem Merkmal, dass Wechselstrom-Strommesswiderstandselement einen ohmschen Wechselstrom-Strommesswiderstand hat, wird verstanden, dass dieses vorzugsweise ein rein ohmscher Widerstand ist.The feature that the AC current measurement resistance element has an ohmic AC current measurement resistor is understood to mean that this is preferably a purely ohmic resistance.

Unter dem Merkmal, dass eine elektrische Ausgangs-Wechselspannung erzeugt wird, wird insbesondere Verstanden, dass eine Spannung erzeugt wird, deren Wechselspannungsanteil die genannte Eigenschaft hat. Es ist möglich, dass eine Spannung an die Impedanzspektroskopie-Messvorrichtung angelegt wird, die zusätzlich zur Ausgangs-Wechselspannung einen Gleichspannungsanteil enthält.The feature that an electrical output AC voltage is generated means in particular that a voltage is generated whose AC voltage component has the property mentioned. It is possible that a voltage is applied to the impedance spectroscopy measuring device which contains a DC voltage component in addition to the AC output voltage.

Vorzugsweise umfasst das erfindungsgemäße Verfahren den Schritt eines Vergleichens der von der Impedanzspektroskopie-Messvorrichtung ermittelten Mess-Impedanz mit der Soll-Impedanz.The method according to the invention preferably comprises the step of comparing the measuring impedance determined by the impedance spectroscopy measuring device with the target impedance.

Gemäß seiner Art und Ausführungsform umfasst der Schritt des Erzeugens der elektrischen Ausgangs-Wechselspannung die folgenden Teilschritte: (i) Erzeugen eines Arbeitsstroms aus der Arbeitsspannung, wobei das insbesondere mittels eines ohmschen Teiler-Widerstandselements erfolgt, (ii) Leiten des Arbeitsstroms durch ein Test-Impedanzelement, so dass ein Spannungsabfall entsteht, wobei der Quotient aus der Test-Impedanz des Test-Impedanzelements als Zähler und der Soll-Impedanz als Nenner zumindest 10³, insbesondere zumindest 10⁵, beträgt, und (iii) aus dem Spannungsabfall Erzeugen der Ausgangs-Wechselspannung. Das Erzeugen erfolgt vorzugsweise durch Invertieren der Ausgangsspannung, insbesondere mit einer niedrigen Ausgangsimpedanz. Insbesondere liegt die Ausgangsimpedanz bei höchstens 1Ohm.According to its type and embodiment, the step of generating the electrical AC output voltage comprises the following substeps: (i) generating a working current from the working voltage, this being done in particular by means of an ohmic divider resistance element, (ii) passing the working current through a test Impedance element, so that a voltage drop arises, the quotient of the test impedance of the test impedance element as a numerator and the nominal impedance as a denominator being at least 10 ³ , in particular at least 10 ⁵ , and (iii) generating the output from the voltage drop -Wechselspannung. The generation is preferably carried out by inverting the output voltage, in particular with a low output impedance. In particular, the output impedance is at most 1 ohm.

Vorzugsweise hat das Teiler-Widerstandselement einen ohmschen Teiler-Widerstand und einen Quotienten aus dem Wechselstrom-Strommesswiderstand als Zähler und den Teiler-Widerstand als Nenner höchstens 10^-3, insbesondere 10^-6, beträgt. Dadurch fließt ein großer Strom durch das Wechselstrom-Strommesswiderstandselement und nur ein kleiner Strom durch den Teiler-Widerstand. Die Änderung des ohmschen Widerstands aufgrund thermischer Effekte kann dadurch beim Teiler-Widerstand vernachlässigt werden. Die Impedanzspektroskopie-Messvorrichtung kann so mit einer hohen Genauigkeit kalibriert werden.The divider resistor element preferably has an ohmic divider resistor and a quotient of the AC current measuring resistor as a numerator and the divider resistor as a denominator is at most 10 ^-3 , in particular 10 ^-6 . As a result, a large current flows through the AC current measuring resistor element and only a small current flows through the divider resistor. The change in the ohmic resistance due to thermal effects can be neglected in the divider resistance. The impedance spectroscopy measuring device can thus be calibrated with high accuracy.

Günstig ist es, wenn das Erzeugen des Arbeitsstroms mittels eines Operationsverstärkers erfolgt, der so mit dem Wechselstrom-Strommesswiderstand und dem Teiler-Widerstand verbunden ist, dass der Arbeitsstrom stets dem Quotienten aus Arbeitsspannung als Zähler und Teiler-Widerstand als Nenner entspricht. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Test-Impedanz stets von einem elektrischen Strom durchflossen wird, der sich zu $I\left(Z\text{'}\right)=I_{in}\frac{R_s}{R_d}$

berechnet.It is favorable if the working current is generated by means of an operational amplifier which is connected to the AC current measuring resistor and the divider resistor such that the working current always corresponds to the quotient of the working voltage as a numerator and the divider resistor as a denominator. This ensures that the test impedance is always traversed by an electrical current that increases $I\left(Z\text{'}\right)=I_{in}\frac{R_s}{R_d}$

calculated.

Vorzugsweise sind das Wechselstrom-Strommesswiderstandselement und das Teiler-Widerstandselement so gewählt, dass der Quotient $\frac{R_s}{R_d}$

für alle im Betrieb auftretenden Temperaturen mit einer relativen Genauigkeit von zumindest 10^-4 bekannt ist.The alternating current measuring resistor element and the divider resistor element are preferably selected such that the quotient $\frac{R_s}{R_d}$

is known for all temperatures occurring during operation with a relative accuracy of at least 10 ^-4 .

In anderen Worten ist der Strom durch das Test-Impedanzelement ein kleiner Bruchteil des Eingangs-Wechselstroms, wobei dieser kleine Anteil mit hoher Genauigkeit bekannt ist. Es ist daher möglich, die Test-Impedanz des Test-Impedanzelements sehr klein im Verglich zur Soll-Impedanz zu wählen und somit in einen für die praktische Realisierung günstigen Wertebereich zu gelangen.In other words, the current through the test impedance element is a small fraction of the input AC current, this small fraction being known with high accuracy. It is therefore possible to choose the test impedance of the test impedance element to be very small compared to the target impedance and thus to reach a range of values which is favorable for practical implementation.

Besonders günstig ist es, wenn dazu die Operationsverstärker-Ausgangsspannung des Operationsverstärkers gleich dem Spannungsabfall an dem Test-Impedanzelement wird. Die Operationsverstärker-Ausgangsspannung wird dabei zu dem Eingang gemessen, der nicht mit dem Test-Impedanzelement verbunden ist. Dieser Anschluss des Operationsverstärkers liegt vorzugsweise auf Nullpotential. Es ist möglich, nicht aber notwendig, dass es sich bei diesem Nullpotential, das auch als Masse bezeichnet werden könnte, um eine geerdete Masse handelt. Insbesondere kann es sich auch um ein erdfreies Nullpotential handeln. It is particularly favorable if the operational amplifier output voltage of the operational amplifier becomes equal to the voltage drop across the test impedance element. The operational amplifier output voltage is measured at the input that is not connected to the test impedance element. This connection of the operational amplifier is preferably at zero potential. It is possible, but not necessary, that this zero potential, which could also be referred to as ground, is an earthed ground. In particular, it can also be a floating zero potential.

Vorzugsweise umfasst das Verfahren den Schritt eines Erzeugens der Ausgangs-Wechselspannung aus der Operationsverstärker-Ausgangsspannung des ersten Operationsverstärkers mittels eines zweiten Operationsverstärkers, der invertierend in Bezug auf den ersten Operationsverstärker geschaltet ist, wobei ein invertierender Eingang des zweiten Operationsverstärkers in einen elektrischen Pfad zwischen einem ersten Widerstandselement, das einen ersten ohmschen Widerstand (R1) hat, und einem zweiten Widerstandselement, das einen zweiten ohmschen Widerstand (R2) hat, geschaltet ist. Der Quotient $\frac{Z_{soll}}{Z\text{'}}$

berechnet sich dann zu $\frac{Z_{soll}}{Z\text{'}}=\frac{R_s}{R_d}\frac{R_2}{R_1}$

und ist vorzugsweise beispielsweise kleiner als 10^-3, insbesondere 10^-5. Es ist dann möglich, kleine Soll-Impedanzen durch Test-Impedanzelemente mit größeren Test-Impedanzen zu simulieren. Das führt zu einer besseren Modellierung eines realen Akkumulators, da parasitäre Induktivitäten vermieden werden, die ansonsten aus der Verkabelung einzelner Test-Impedanzelemente resultieren würden. Derartige Verkabelungen sind notwendig, um eine so geartete Impedanz darzustellen, wie sie Akkumulatoren haben, die in Elektroautos verwendet werden. Vorzugsweise sind die Widerstandselemente so gewählt, dass der Quotient $\frac{R_s}{R_d}\frac{R_2}{R_1}$

alle im Betrieb auftretenden Temperaturen mit einer relativen Genauigkeit von zumindest 10^-4 bekannt ist.The method preferably comprises the step of generating the AC output voltage from the operational amplifier output voltage of the first operational amplifier by means of a second operational amplifier, which is connected in an inverting manner with respect to the first operational amplifier, an inverting input of the second operational amplifier being in an electrical path between a first Resistance element, which has a first ohmic resistance ( R1 ) and a second resistance element, which has a second ohmic resistance ( R2 ) has switched. The quotient $\frac{Z_{sOll}}{Z\text{'}}$

is then calculated $\frac{Z_{sOll}}{Z\text{'}}=\frac{R_s}{R_d}\frac{R_2}{R_1}$

and is preferably, for example, less than 10 ^-3 , in particular 10 ^-5 . It is then possible to simulate small target impedances using test impedance elements with larger test impedances. This leads to better modeling of a real accumulator, since parasitic inductances are avoided, which would otherwise result from the wiring of individual test impedance elements. Cabling of this type is necessary in order to represent an impedance of the type that accumulators used in electric cars have. The resistance elements are preferably selected such that the quotient $\frac{R_s}{R_d}\frac{R_2}{R_1}$

all temperatures occurring during operation are known with a relative accuracy of at least 10 ^-4 .

Günstig ist es, wenn der nicht-invertierende Eingang des zweiten Operationsverstärkers auf Nullpotential liegt.It is favorable if the non-inverting input of the second operational amplifier is at zero potential.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der Ausgangs-Wechselspannung ein Gleichspannungsanteil hinzuaddiert. Es existieren elektrochemische Impedanzspektroskopie-Messvorrichtungen, die nur dann einen Messwert liefern, wenn eine Gleichspannung anliegt. Derartige Messgeräte können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kalibriert werden, wenn der Gleichspannungsanteil hinzuaddiert wird.According to a preferred embodiment, a DC voltage component is added to the AC output voltage. There are electrochemical impedance spectroscopy measuring devices which only deliver a measured value when a direct voltage is present. Such measuring devices can be calibrated with the method according to the invention if the DC voltage component is added.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren die folgenden Schritte: (i) Umsetzen der Arbeitsspannung in einen digitalen Wert, (ii) Errechnen eines Werts der Ausgangsspannung und (iii) Umsetzen des Werts der Ausgangsspannung in die Ausgangsspannung. Die Ausgangsspannung entspricht der Ausgangs-Wechselspannung, die gegebenenfalls einen Gleichspannungsanteil enthält.According to a preferred embodiment, the method comprises the following steps: (i) converting the working voltage into a digital value, (ii) calculating a value of the output voltage and (iii) converting the value of the output voltage into the output voltage. The output voltage corresponds to the AC output voltage, which may contain a DC voltage component.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise für Wechselströme verschiedener Frequenzen wiederholt, so dass ein Impedanzverlauf zwischen einer Maximalfrequenz und einer Minimalfrequenz erhalten wird. Ein Quotient aus Maximalfrequenz als Zähler und Minimalfrequenz als Nenner beträgt vorzugsweise zumindest 10000, insbesondere zumindest 20.000. Besonders günstig ist es, wenn die Maximalfrequenz größer ist als 10 Kilohertz und die Minimalfrequenz höchstens 2 Hertz, insbesondere höchstens 0,5 Hertz, beispielsweise höchstens 0,5 Millihertz, beträgt. Aus einem derartigen Impedanzverlauf lassen sich weit gehende Rückschlüsse über den Alterungszustand eines Akkumulators, insbesondere eines Lithium-Akkumulators herleiten. Es ist daher vorteilhaft, die Impedanzspektroskopie-Messvorrichtung auch in diesem Frequenzbereich zu kalibrieren.The method according to the invention is preferably repeated for alternating currents of different frequencies, so that an impedance curve between a maximum frequency and a minimum frequency is obtained. A quotient of the maximum frequency as the numerator and the minimum frequency as the denominator is preferably at least 10,000, in particular at least 20,000. It is particularly favorable if the maximum frequency is greater than 10 kilohertz and the minimum frequency is at most 2 hertz, in particular at most 0.5 hertz, for example at most 0.5 millihertz. From such an impedance curve, extensive conclusions can be drawn about the aging condition of a rechargeable battery, in particular a lithium rechargeable battery. It is therefore advantageous to calibrate the impedance spectroscopy measuring device also in this frequency range.

Bei einem bevorzugten Impedanznormal weist die Umsetzvorrichtung vorzugsweise ein ohmsches Teiler-Widerstandselement, das einen ohmschen Teiler-Widerstand hat, und ein Test-Impedanzelement, dass eine Test-Impedanz hat, auf, wobei das Impedanznormal eine Soll-Impedanz in Form des Quotienten aus der Ausgangsspannung und einer Eingangs-Wechselstromstärke des Eingangs-Wechselstroms besitzt und wobei ein Quotient aus der Test-Impedanz als Zähler und der Soll-Impedanz mindestens 10³, insbesondere mindestens 10⁶, beträgt.In a preferred impedance standard, the conversion device preferably has an ohmic divider resistance element, which has an ohmic divider resistance, and a test impedance element, which has a test impedance, the impedance standard having a desired impedance in the form of the quotient from the Output voltage and an input AC current strength of the input AC current and wherein a quotient of the test impedance as a counter and the target impedance is at least 10 ³ , in particular at least 10 ⁶ .

Günstig ist es, wenn die Umsetzvorrichtung einen Operationsverstärker besitzt, der so mit dem Wechselstrom-Strommesswiderstand und dem Teiler-Widerstand verbunden ist, dass der Arbeitsstrom stets dem Quotienten aus Arbeitsspannung als Zähler und Teiler-Widerstand als Nenner entspricht. Das hat den Vorteil, dass ein relativ großes Test-Impedanzelement es ermöglicht, um eine sehr kleine Soll-Impedanz zu simulieren.It is advantageous if the conversion device has an operational amplifier which is connected to the AC current measuring resistor and the divider resistor such that the working current always corresponds to the quotient of the working voltage as a numerator and the divider resistor as a denominator. This has the advantage that a relatively large test impedance element makes it possible to simulate a very small target impedance.

Günstig ist es, wenn die Umsetzvorrichtung ein zweites Test-Impedanzelement mit einer zweiten Testimpedanz hat und eine Umschaltvorrichtung aufweist, mittels der das zweite Test-Impedanzelement so mit dem Operationsverstärker verbindbar ist, dass die Soll-Impedanz veränderbar ist. Vorteilhaft sind auch weitere umschaltbare Test-Impedanzelemente zur Simulation weiterer Soll-Impedanzen.It is expedient if the conversion device has a second test impedance element with a second test impedance and has a switching device by means of which the second test impedance element can be connected to the operational amplifier in such a way that the target impedance can be changed. Are advantageous also other switchable test impedance elements for the simulation of further target impedances.

Günstig ist es, wenn eine Eingangsoffsetspannung des Operationsverstärkers kleiner ist als 100 Mikrovolt, insbesondere kleiner als 50 Mikrovolt. Das vermindert einen systematischen Messfehler.It is favorable if an input offset voltage of the operational amplifier is less than 100 microvolts, in particular less than 50 microvolts. This reduces a systematic measurement error.

Vorzugsweise beträgt ein Eingangs-Ruhestrom des Operationsverstärkers höchsten fünf Pikoampere. Die offene Schleifverstärkung des Operationsverstärkers beträgt vorzugsweise zumindest 110 dB. Das Verstärkungs-Bandbreitenprodukt des Operationsverstärkers beträgt vorzugsweise zumindest 15 Megahertz.An input quiescent current of the operational amplifier is preferably at most five picoamps. The open loop gain of the operational amplifier is preferably at least 110 dB. The gain bandwidth product of the operational amplifier is preferably at least 15 megahertz.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt

• 1 das Schaltbild eines erfindungsgemäßen Impedanznormals, das mit einer zu kalibrierenden Impedanzspektroskopie-Messvorrichtung zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens verbunden ist, und
• 2 ein Schaltbild eines Impedanznormals gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

The invention is explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. It shows

• 1 the circuit diagram of an impedance standard according to the invention, which is connected to an impedance spectroscopy measuring device to be calibrated for performing a method according to the invention, and
• 2 a circuit diagram of an impedance standard according to a second embodiment of the invention.

1 zeigt schematisch eine Impedanzspektroskopie-Messvorrichtung 10, die mit einem ersten Stromanschluss 12 und einem zweiten Stromanschluss 14 sowie einem ersten Spannungsanschluss 16 und einem zweiten Spannungsanschluss 18 eines Impedanznormals 20 verbunden ist. Die Impedanzspektroskopie-Messvorrichtung 10 gibt einen Eingangs-Wechselstrom I_in an das Impedanznormal 20 ab, der durch ein Wechselstrom-Strommesswiderstandselement 22 fließt. Dieses hat einen ohmschen Wechselstrom-Strommesswiderstand R_S , so dass über diesem eine Arbeitsspannung U_S abfällt. 1 shows schematically an impedance spectroscopy measuring device 10 that with a first power connector 12 and a second power connector 14 and a first voltage connection 16 and a second voltage connection 18 of an impedance standard 20 connected is. The impedance spectroscopy measuring device 10 gives an input alternating current I _in to the impedance standard 20 by an AC current sensing element 22 flows. This has an ohmic AC current measuring resistor R _S so that over this a working voltage U _S drops.

Mittels einer Umsetzvorrichtung 23 wird aus der Arbeitsspannung Us eine elektrische Ausgangsspannung U_A erzeugt, die derjenigen Spannung entspricht, die über ein Netzwerk einer vorgegebenen Soll-Impedanz Z_Soll beim Anlegen des Eingangs-Wechselstroms lin abfallen würde. Die Umsetzvorrichtung 23 umfasst zumindest ein Teiler-Widerstandselement 24. Das Wechselstrom-Strommesswiderstandselement 22 ist mit dem Teiler-Widerstandselement 24 verbunden, das einen Teiler-Widerstand R_d hat. Mit seiner anderen Seite ist das Wechselstrom-Strommesswiderstandselement 22 mit einem nicht-invertierenden Eingang 26 eines ersten Operationsverstärkers OP1 verbunden.By means of a transfer device 23 the working voltage Us becomes an electrical output voltage U _A generated that corresponds to the voltage that over a network of a predetermined target impedance Z _target would drop when applying the input alternating current lin. The transfer device 23 comprises at least one divider resistance element 24 , The AC current sensing element 22 is with the divider resistor element 24 connected that a divider resistor R _d Has. With its other side is the AC current sensing resistor element 22 with a non-inverting input 26 of a first operational amplifier OP1.

Der Teiler-Widerstand ist zudem an ein Test-Impedanzelement 28 angeschlossen. The divider resistor is also connected to a test impedance element 28 connected.

Zwischen dem Teiler-Widerstandselement 24 und dem Test-Impedanzelement 28 ist der Operationsverstärker OP1 mit seinem invertierenden Eingang 30 angeschlossen. Der nicht-invertierende Eingang 26 liegt auf Nullniveau.Between the divider resistor element 24 and the test impedance element 28 is the operational amplifier OP1 with its inverting input 30 connected. The non-inverting input 26 is at zero level.

An seinem Ausgang 32 ist der Operationsverstärker OP1 mit dem Test-Impedanzelement 28 verbunden. Dadurch fließt durch das Test-Impedanzelement 28 der elektrische Strom $I_S=I_{im}\frac{R_S}{R_d}.$

At its exit 32 is the operational amplifier OP1 with the test impedance element 28 connected. This will flow through the test impedance element 28 the electric current $I_S=I_{im}\frac{R_S}{R_d},$

An dem Test-Impedanzelement 28 entsteht dadurch der Spannungsabfall von $U\left(Z\text{'}\right)=I_{in}\frac{R_S}{R_d}Z\text{'}.$

Dieser Spannungsabfall entspricht dem Spannungsabfall, der von der Stromstärke I_S an der mit dem Faktor R_S/ R_d multiplizierten Test-Impedanz hervorgerufenen Spannungsabfall und liegt am Ausgang 32 des Operationsverstärkers OP1 gegen Nullniveau an.On the test impedance element 28 this creates the voltage drop of $U\left(Z\text{'}\right)=I_{in}\frac{R_S}{R_d}Z\text{'},$

This voltage drop corresponds to the voltage drop caused by the current I _S at the with the factor R _S / R _d multiplied test impedance caused voltage drop and is at the output 32 of the operational amplifier OP1 against zero level.

Aufgrund der invertierenden Schaltung des Operationsverstärkers OP1 ist das Vorzeichen invertiert. Mit dem Ausgang 32 ist ein erstes Widerstandselement 34 angeschlossen, das mit einem zweiten Widerstandselement 36 verbunden ist. In die Verbindung zwischen beiden Widerstandselementen 34, 36 ist ein invertierender Eingang 38 eines zweiten Operationsverstärkers OP2. Der nicht-invertierende Eingang 40 liegt auf dem gleichen Potential wie der nicht-invertierende Eingang 26 des ersten Operationsverstärkers OP1. Der Ausgang 42 des zweiten Operationsverstärkers OP2 ist mit dem Ende des zweiten Widerstandselements 36 verbunden, das nicht mit dem ersten Widerstandselement 34 elektrisch kontaktiert ist.Due to the inverting circuit of the operational amplifier OP1, the sign is inverted. With the exit 32 is a first resistance element 34 connected that with a second resistance element 36 connected is. In the connection between the two resistance elements 34 . 36 is an inverting input 38 a second operational amplifier OP2. The non-inverting input 40 is at the same potential as the non-inverting input 26 of the first operational amplifier OP1. The exit 42 of the second operational amplifier OP2 is connected to the end of the second resistance element 36 connected that is not connected to the first resistance element 34 is electrically contacted.

Am Ausgang 42 des zweiten Operationsverstärkers OP2 tritt relativ zum Nullniveau die Ausgangs-Wechselspannung U_A auf, die Spannungseingänge der Impedanzspektroskopie-Messvorrichtung 10 zugeführt wird. Die beschriebene Schaltung des Impedanznormals 20 verhält sich wie ein Vierleiter-Impedanzelement mit den Stromanschlüssen 12, 14 und den Spannungs-Anschlüssen 16,18. die Impedanz berechnet sich zu $Z=\frac{U}{I}=\frac{R_S}{R_d}\frac{R_2}{R_1}Z\text{'}.$

At the exit 42 of the second operational amplifier OP2, the output AC voltage occurs relative to the zero level U _A on, the voltage inputs of the impedance spectroscopy measuring device 10 is fed. The described circuit of the impedance standard 20 behaves like a four-wire impedance element with the power connections 12 . 14 and the voltage connections 16, 18. the impedance is calculated $Z=\frac{U}{I}=\frac{R_S}{R_d}\frac{R_2}{R_1}Z\text{'},$

Alle Bauteile bis auf das Wechselstrom-Strommesswiderstandselement 22 arbeiten bei kleiner Verlustleistung und sind somit zeitlich und thermisch hoch stabil. Der Wertebereich der Bauteile, die für die Realisierung des Test-Impedanzelements 28 notwendig sind, ist so gewählt, dass sowohl Zuleitungs-Impedanzen als auch andere parasitäre Beläge und induktive Verkopplungen vernachlässigbar klein sind.All components except for the AC current measuring resistor element 22 work with low power dissipation and are therefore highly stable in terms of time and heat The range of values of the components used to implement the test impedance element 28 necessary, is chosen so that both lead impedances as well as other parasitic coatings and inductive couplings are negligibly small.

Das Impedanznormal 20 kann eine Gleichspannungsquelle 44 zum Abgeben einer Gleichspannung Uocv aufweisen, deren einer Pol auf Nullniveau liegt und deren anderer Pol über einen Zwischenwiderstand 46 mit dem invertierenden Eingang 38 des zweiten Operationsverstärkers OP2 verbunden ist. Es ist dadurch möglich, der Ausgangs-Wechselspannung U_A einen Gleichspannungsanteil aufzuaddieren. Der Gleichspannungs-Anteil ist vorteilhaft, um Impedanzspektroskopie-Messvorrichtungen 10 kalibrieren zu können, die einen derartigen Gleichanteil voraussetzen, um eine Messung durchzuführen.The impedance standard 20 can be a DC voltage source 44 for delivering a DC voltage Uocv, one pole of which is at zero level and the other pole of which is connected via an intermediate resistor 46 with the inverting input 38 of the second operational amplifier OP2 is connected. This makes it possible to use the AC output voltage U _A add up a DC voltage component. The DC voltage component is advantageous for impedance spectroscopy measuring devices 10 to be able to calibrate that require such a constant component in order to carry out a measurement.

1 zeigt, dass das Impedanznormal 20 eine Umschaltvorrichtung 48 aufweist, mittels der ein zweites Test-Impedanzelement 50 mit dem invertierenden Eingang 30 des Operationsverstärkers OP1 sowie mit dem Ausgang 32 verbunden werden kann. Auf diese Weise können zumindest zwei Soll-Impedanzen simuliert werden. Eine Erweiterung auf n Soll-Impedanzen erfolgt beispielsweise wie zuvor beschrieben durch eine erweiterte Umschaltvorrichtung mit n Stellungen und n Test-Impedanzen 1 shows that the impedance normal 20 a switching device 48 has, by means of a second test impedance element 50 with the inverting input 30 of the operational amplifier OP1 and with the output 32 can be connected. In this way, at least two target impedances can be simulated. An expansion to n target impedances takes place, for example, as described above, by means of an expanded switching device with n positions and n test impedances

2 zeigt einen alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Impedanznormals 20. Die Arbeitsspannung Us, die über das Wechselstrom-Strommesswiderstandselement 22 abfällt, wird zunächst in einem Verstärker 52 verstärkt, beispielsweise um den Faktor 10. Die verstärkte Ausgangsspannung wird von einem Analog-Digital-Umsetzer in ein digitales Signal umgesetzt und einen digitalen Signalprozessor DSP zugeführt. Dieser errechnet anhand einer digital vorgegebenen Soll-Impedanz den zugehörigen Wert der Ausgangs-Wechselspannung U_A . Dieser digitale Wert wird an einen Digital-Analog-Umsetzer vergeben, der daraus die Ausgangs-Wechselspannung U_A oder eine Ausgangsspannung erzeugt, die zusätzlich zur Ausgangs-Wechselspannung einen Gleichspannungsanteil hat. 2 shows an alternative embodiment of an impedance standard according to the invention 20 , The working voltage Us, which is via the AC current measuring resistor element 22 drops, is first in an amplifier 52 amplified, for example by the factor 10 , The amplified output voltage is converted into a digital signal by an analog-digital converter and fed to a digital signal processor DSP. Using a digitally specified target impedance, this calculates the associated value of the AC output voltage U _A , This digital value is assigned to a digital-to-analog converter, which uses it to generate the AC output voltage U _A or generates an output voltage that has a DC voltage component in addition to the AC output voltage.

Bei der Ausführungsform gemäß 1 beträgt die Eingangsoffsetspannung der Operationsverstärker weniger als 100 Mikrovolt. Der Eingangs-Ruhestrom der Operationsverstärker beträgt weniger als 5 Pikoampere. Eine offene Schleifenverstärkung der Operationsverstärker beträgt mehr als 110 Dezibel. Das Verstärkungsbandbreitenprodukt beträgt mehr als 15 Megahertz.In the embodiment according to 1 the input offset voltage of the operational amplifiers is less than 100 microvolts. The input quiescent current of the operational amplifiers is less than 5 picoamps. An open loop gain of the operational amplifiers is more than 110 decibels. The gain bandwidth product is more than 15 megahertz.

In den Figuren ist der galvanostatische Betrieb gezeigt, bei dem die Stromstärke in das Impedanznormal 20 eingeprägt wird. Alternativ kann das Impedanznormal 20 auch potentiostatisch betrieben werden, indem die Impedanzspektroskopie-Messvorrichtung 10 eine Spannung abgibt und die resultierende, am ersten Stromanschluss 14 und am zweiten Stromanschluss 16 abgreifbare Stromstärke misst.The figures show the galvanostatic operation, in which the current intensity is in the impedance standard 20 is impressed. Alternatively, the impedance standard 20 can also be operated potentiostatically by using the impedance spectroscopy measuring device 10 outputs a voltage and the resulting one, at the first power connection 14 and on the second power connector 16 tapped current strength measures.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010

Impedanzspektroskopie-MessvorrichtungImpedance spectroscopy measurement device

1212

erster Stromanschluss (high)first power connector (high)

1414

zweiter Stromanschluss (low)second power connector (low)

1616

erster Spannungsanschluss (high)first voltage connection (high)

1818

zweiter Spannungsanschluss (low)second voltage connection (low)

2020

Impedanznormalimpedance normal

2222

Wechselstrom-StrommesswiderstandselementAC current measurement resistor element

2424

Teiler-WiderstandselementDivider resistor element

2626

nicht-invertierender Eingangnon-inverting input

2828

Test-ImpedanzelementTest-impedance element

3030

invertierender Einganginverting input

3232

Ausgangoutput

3434

Widerstandselementresistive element

3636

zweites Widerstandselementsecond resistance element

3838

invertierender Eingang inverting input

4040

nicht-invertierender Eingangnon-inverting input

4242

Ausgangoutput

4444

GleichspannungsquelleDC voltage source

4646

Zwischenwiderstandintermediate resistance

4848

Umschaltvorrichtung switching

5050

zweites Test-Impedanzelementsecond test impedance element

5252

Verstärkeramplifier

5454

Analog-Digital-UmsetzerAnalog-to-digital converter

5656

digitaler Signalprozessordigital signal processor

5858

Digital-Analog-Umsetzer Digital-to-analog converter

R_s R _s

Wechselstrom-StrommesswiderstandAC current measurement resistor

U_s U _s

Arbeitsspannungworking voltage

R_d R _d

Teiler-WiderstandDivider resistor

OPoperating room

Operationsverstärkeroperational amplifiers

U_A U _A

Ausgangs-WechselspannungAC output voltage

Claims (9)

Verfahren zum Kalibrieren einer elektrochemischen Impedanzspektroskopie-Messvorrichtung (10) mit den Schritten: (a) mittels der Impedanzspektroskopie-Messvorrichtung (10) Abgeben eines elektrischen Eingangs-Wechselstroms (I_in) an ein Impedanznormal (20), das ein ohmsches Wechselstrom-Strommesswiderstandselement (22) aufweist, sodass an dem Wechselstrom-Strommesswiderstandselement (22) eine Arbeitsspannung (Us) abfällt, (b) wobei der ohmsche Wechselstrom-Strommesswiderstand (Rs) des Wechselstrom-Strommesswiderstandselements (22) höchstens 0,2 Ohm beträgt, (c) mittels der Arbeitsspannung (Us) und eines ohmschen Teiler-Widerstandselements (24) Erzeugen einer elektrischen Ausgangs-Wechselspannung (U_A), die derjenigen Spannung entspricht, die über ein Netzwerk einer vorgegebenen Soll-Impedanz (Z_soll) abfallen würde, wobei ein Quotient aus dem Wechselstrom-Strommesswiderstand (Rs) als Zähler und einem Teiler-Widerstand des Teiler-Widerstandselements (24) als Nenner höchstens 10^-3 beträgt und (d) Anlegen der Ausgangs-Wechselspannung (U_A) an die Impedanzspektroskopie-Messvorrichtung (10).Method for calibrating an electrochemical impedance spectroscopy measuring device (10) with the steps: (a) by means of the impedance spectroscopy measuring device (10) delivering an electrical input alternating current (I _in ) to an impedance standard (20) which is an ohmic alternating current measuring resistance element ( 22), so that on the AC current measuring resistor element (22) a working voltage (Us) drops, (b) wherein the ohmic AC current measuring resistor (Rs) of the AC current measuring resistor element (22) is at most 0.2 ohms, (c) by means of the working voltage (Us) and one ohmic divider resistor elements (24) generating an electrical output alternating voltage (U _A ) which corresponds to that voltage which would drop over a network of a predetermined target impedance (Z _soll ), a quotient from the alternating current measuring resistor (Rs) as a numerator and a divider resistance of the divider resistance element (24) as a denominator is at most 10 ^-3 and (d) applying the AC output voltage (U _A ) to the impedance spectroscopy measuring device (10). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (c) die folgenden Schritte umfasst: (c1) Erzeugen eines Arbeitsstroms (Is) aus der Arbeitsspannung (Us), insbesondere mittels eines ohmschen Teiler-Widerstandselements (24), (c2) Leiten des Arbeitsstroms (Is) durch ein Test-Impedanzelement (28), sodass ein Spannungsabfall entsteht, wobei der Quotient (Z'/Z_soll) aus der Test-Impedanz (Z') des Test- Impedanzelements als Zähler und der Soll-Impedanz (Z_soll) als Nenner zumindest 10³ beträgt, und (c3) aus dem Spannungsabfall Erzeugen der Ausgangs-Wechselspannung (U_A).Procedure according to Claim 1 , characterized in that step (c) comprises the following steps: (c1) generating a working current (Is) from the working voltage (Us), in particular by means of an ohmic divider resistor element (24), (c2) conducting the working current (Is) by a test impedance element (28), so that a voltage drop occurs, the quotient (Z '/ Z _soll ) from the test impedance (Z') of the test impedance element as a numerator and the target impedance (Z _soll ) as a denominator is at least 10 ³ , and (c3) from the voltage drop generating the output AC voltage (U _A ). Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu der Ausgangs-Wechselspannung (U_A) ein Gleichspannungsanteil (Uocv) hinzuaddiert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a DC voltage component (Uocv) is added to the AC output voltage (U _A ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Schritt (c) die folgenden Schritte umfasst: (i) Umsetzen der Arbeitsspannung (Us) in einen digitalen Wert, (ii) Errechnen eines Werts der Ausgangsspannung (U_A) und (iii) Umsetzen des Werts der Ausgangsspannung (U_A) in die Ausgangsspannung (UA).Procedure according to Claim 1 , characterized in that step (c) comprises the following steps: (i) converting the working voltage (Us) into a digital value, (ii) calculating a value of the output voltage (U _A ) and (iii) converting the value of the output voltage ( U _A ) into the output voltage (UA). Impedanznormal (20) zum Kalibrieren einer elektrochemischen Impedanzspektroskopie-Messvorrichtung (10), das (a) ein ohmsches Wechselstrom-Strommesswiderstandselement (22), - über das beim Anlegen eines Eingangs-Wechselstroms (I_in) eine Arbeitsspannung (Us) abfällt und - das einen ohmschen Wechselstrom-Strommesswiderstand (R_s) von höchstens 0,2 Ohm hat, und (b) eine Umsetzvorrichtung (23), mittels der aus der Arbeitsspannung (Us) eine elektrische Ausgangsspannung (U_A) erzeugbar ist, die derjenigen Spannung entspricht, die über ein Netzwerk einer vorgegebenen Soll-Impedanz (Z) beim Anlegen des Eingangs-Wechselstroms (I_in) abfallen würde, aufweist, (c) wobei die Umsetzvorrichtung (23) (i) ein ohmsches Teiler-Widerstandselement (24), das einen ohmschen Teiler-Widerstand (R_d) hat, und (ii) ein Test-Impedanzelement (28), das eine Test-Impedanz (Z') hat, aufweist, (iii) wobei das Impedanznormal (20) eine Soll-Impedanz (Z_soll) in Form des Quotienten (U_A/ I_in) aus der Ausgangsspannung (U_A) und einer Eingangs-Wechselstromstärke (I_in) des Eingangs-Wechselstroms (I_in) besitzt und (iv) wobei ein Quotient aus dem Wechselstrom-Strommesswiderstand (Rs) als Zähler und einem Teiler-Widerstand des Teiler-Widerstandselements (24) als Nenner höchstens 10^-3 beträgt.Impedance standard (20) for calibrating an electrochemical impedance spectroscopy measuring device (10), which (a) is an ohmic alternating current measuring resistance element (22), - via which an operating voltage (Us) drops when an input alternating current (I _in ) is applied, and - that has an ohmic alternating current measuring resistor (R _s ) of at most 0.2 ohm, and (b) a conversion device (23) by means of which an electrical output voltage (U _A ) can be generated from the working voltage (Us), which corresponds to that voltage, which would drop over a network of a predetermined target impedance (Z) when the input alternating current (I _in ) is applied, (c) the conversion device (23) (i) an ohmic divider resistance element (24), which is a ohmic divider resistance (R _d ), and (ii) has a test impedance element (28) having a test impedance (Z '), (iii) wherein the impedance standard (20) has a desired impedance (Z _should ) in the form of the quotient (U _A / I _in ) from the output voltage (U _A ) and an input alternating current (I _in ) of the input alternating current (I _in ) and (iv) where a quotient of the alternating current measuring resistor (Rs) as a counter and a divider resistor of the divider resistor element ( 24) is a maximum of 10 ^-3 as the denominator. Impedanznormal nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzvorrichtung (23) einen Operationsverstärker (OP) besitzt, der so mit dem Wechselstrom-Strommesswiderstand (R_S) und dem Teiler-Widerstand (R_d) verbunden ist, dass der Arbeitsstrom (I_S) stets dem Quotienten (U_S / R_d) aus Arbeitsspannung (Us) als Zähler und Teiler-Widerstand (R_d) als Nenner entspricht.Impedance standard after Claim 5 , characterized in that the conversion device (23) has an operational amplifier (OP) which is connected to the AC current measuring resistor (R _S ) and the divider resistor (R _d ) such that the working current (I _S ) always corresponds to the quotient (U _S / R _d ) from working voltage (Us) as numerator and divider resistance (R _d ) as denominator. Impedanznormal nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzvorrichtung (23) - ein zweites Test-Impedanzelement (50), das eine zweite Test-Impedanz (Z") hat, und - eine Umschaltvorrichtung (48), mittels der das zweite Test-Impedanzelement (50) so mit dem Operationsverstärker (OP) verbindbar ist, dass die Soll-Impedanz veränderbar ist, umfasst.Impedance standard after Claim 6 , characterized in that the conversion device (23) - a second test impedance element (50), which has a second test impedance (Z "), and - a switching device (48), by means of which the second test impedance element (50) can be connected to the operational amplifier (OP) in such a way that the target impedance can be changed. Impedanznormal nach einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch eine Gleichspannungsquelle, die zum Hinzuaddieren eines Gleichspannungsanteils zu der Ausgangs-Wechselspannung (U_A) verschaltet ist.Impedance standard according to one of the Claims 5 to 7 , characterized by a DC voltage source, which is connected to add a DC voltage component to the output AC voltage (U _A ). Impedanznormal nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzvorrichtung (23) - einen Analog-Digital-Umsetzer (54), der mit dem Wechselstrom-Strommesswiderstandselement (22) verschaltet ist zum automatischen Umwandeln der Arbeitsspannung (Us) in einen digitalen Wert, - einen digitalen Signalprozessor (56), der mit dem Analog-Digital-Umsetzer (54) elektrisch verbunden ist und eingerichtet ist zum automatischen Errechnen der Ausgangsspannung (U_A) aus dem digitalen Wert, und - einen Digital-Analog-Umsetzer (58), der mit dem digitalen Signalprozessor (56) zum automatischen Erzeugen der Ausgangsspannung (U_A) aus dem digitalen Wert verbunden ist, umfasst.Impedance standard after Claim 5 , characterized in that the conversion device (23) - an analog-to-digital converter (54), which is connected to the AC current measuring resistor element (22) for automatically converting the working voltage (Us) into a digital value, - a digital signal processor ( 56), which is electrically connected to the analog-to-digital converter (54) and is set up to automatically calculate the output voltage (U _A ) from the digital value, and - a digital-to-analog converter (58), which is connected to the digital Signal processor (56) for automatic Generating the output voltage (U _A ) from the digital value connected includes.

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