P13 - Histogramm-Verfahren für die Signalaussteuerung bei der Impedanzspektroskopie für Fahrzeugbatterien
- Event
- 22. GMA/ITG-Fachtagung Sensoren und Messsysteme 2024
2024-06-11 - 2024-06-12
Nürnberg - Band
- Poster
- Chapter
- Poster
- Author(s)
- T. Frahm, F. Rittweger, T. Schüthe, K. Riemschneider - Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hamburg
- Pages
- 473 - 479
- DOI
- 10.5162/sensoren2024/P13
- ISBN
- 978-3-910600-01-0
- Price
- free
Abstract
Die bewährte Methode der elektrochemischen Impedanzspektroskopie soll in Zukunft auf das gesamte Batteriesystem in Elektrofahrzeugen angewandt werden. Die dabei erfassten Spannungsantworten der Batteriezellen weisen besonders kleine Amplituden und geringe Störabstände auf. In diesem Kontext soll ein messtechnisches Teilproblem untersucht werden. Für die Umsetzung war es Aufgabe, durch einen steuerbaren Vorverstärker den Dynamikbereich des Analog-Digital-Wandlers (ADC) vollständig zu nutzen. Aufgrund der schlechten Signalqualität bei hoher Verstärkung führt das zu frühzeitiger Übersteuerung des ADC. Hieraus ergaben sich zwei Zielstellungen. Zum einen war die Sättigung des ADC zu erkennen und für die Steuerung des Vorverstärkers zu berücksichtigen. Zum anderen sollte der durch Sättigung entstehende Fehler bestmöglich kompensiert werden. Als Randbedingung musste sich auf Methoden beschränkt werden, welche mit minimalem Rechenaufwand im Sensorchip für jede Batteriezelle implementiert werden können. Der Lösungsansatz greift auf die fortlaufende Beobachtung des abgetasteten Signals mit einfachen statistischen Verfahren zurück. Es werden dabei drei Parameter ermittelt: der Anteil der Datenpunkte in Sättigung, die Varianz und Kurtosis der verbleibenden Datenpunkte, die sich nicht in Sättigung befinden. Daraus kann ein Amplituden-Korrekturfaktor bestimmt werden, welcher die fehlerhaft ermittelte Signalamplitude des übersteuerten Messsignals weitgehend ausgleicht. Dieser Amplituden-Korrekturfaktor kann bei der Berechnung der Impedanz eingesetzt werden. Die vorgestellten Ergebnisse zeigen, dass damit die negativen Auswirkungen infolge der Übersteuerung deutlich zu reduzieren sind.