Präzise Batteriemessungen sind unerlässlich, um verlässliche Ergebnisse zu erzielen. Mit der 4-Leiter-Messung ist es möglich, Kabelwiderstände im Messaufbau zu eliminieren und Messfehler effektiv vermeiden.
Die präzise Messung von Batterien ist eine unverzichtbare Grundlage für die Entwicklung, Prüfung und Optimierung moderner Energiespeicher. Ob in der Forschung, der Qualitätskontrolle oder bei der Produktentwicklung – eine hohe Messqualität ist der Schlüssel, um verlässliche und reproduzierbare Ergebnisse zu erzielen. Dabei gibt es einige essenzielle Grundlagen, die beachtet werden müssen, um Messfehler zu minimieren und die Aussagekraft der Ergebnisse zu maximieren.
Was ist die 4-Leiter Messung?
Aus der Elektrotechnik ist häufig nur die 2-Leiter-Messung bekannt. Eine Batterie wird über zwei Kabel mit einer Lampe verbunden – ein einfaches und alltägliches Beispiel. Solange die Stromstärke gering ist, leuchtet die Lampe wie erwartet, da die Spannungsverluste entlang der Kabel nahezu vernachlässigbar sind. Doch steigt der Strom, verändert sich die Situation: Die Widerstände der Kabel und Verbindungen führen zu Spannungsabfällen, sodass an der Lampe weniger Spannung ankommt als ursprünglich von der Batterie geliefert wird. Für die Lampe mag das weniger kritisch sein, doch bei einer Messung von Batteriekennwerten, wo Präzision unverzichtbar ist, können solche Verluste die Ergebnisse völlig unbrauchbar machen.
Hier setzt die 4-Leiter-Messmethode an: Sie trennt den Stromkreis von der Spannungsmessung. Während der Messstrom über ein separates Kabelpaar fließt, wird die Spannung direkt an den Batteriepunkten gemessen. Diese Trennung eliminiert die Einflüsse von Kabel- und Übergangswiderständen und gewährleistet präzise Messwerte.

Aufbau:
- 1. Zwei Stromleitungen (I+ und I−):
- Durch diese Leitungen wird ein definierter Messstrom I durch die Batterie geleitet.
- Der Strom fließt durch die Prüfklemmen und die Batterie.
- An den Kabeln fällt Spannung ab, dies spielt aber keine Rolle
- Zwei Spannungsleitungen (V+ und V−):
- Diese Leitungen messen die Spannung direkt an der Batterie.
- Da durch diese Leitungen fast kein Strom fließt, haben die Leitungswiderstände keinen Einfluss auf die Spannungsmessung. Der Spannungsabfall über die Kabel ist 0 V.
Ablauf:
- Der Messstrom I wird von einem Messgerät erzeugt und fließt durch die Batterie.
- Die Spannung V wird direkt an den Batteriepolen gemessen, ohne dass die Leitungswiderstände den Messwert verfälschen.
Wann ist die 4-Leiter-Messung wichtig?
Besonders wichtig ist die 4-Leiter Messung beim Laden und Entladen mit hohen Strömen, da durch die Kabelwiderstände die Messungen bei 2-Leiter Messungen völlig unbrauchbar werden. Auch bei lange dauernden Tests, bei denen sich Fehler kumulieren, ist die 4-Leiter-Messmethode essenziell.
Weitere Maßnahmen für gute Messqualität
Die Verwendung der 4-Punktmessung ist schon mal der wichtigste Punkt, um den gröbsten Fehler zu vermeiden. Das Ziel sollte immer sein, die Spannungs- und Stromführenden Kabel möglichst spät zusammen zu führen. Das ist häufig nicht immer perfekt möglich, weil die Raumgeometrie dem entgegensteht. In diesem Fall sollten dann die gemeinsamen Leiter so dick wie möglich ausgeführt werden, sodass der Widerstand über diese Kontaktierung so gering wie möglich ausfällt.
In der Praxis ist es zudem häufig der Fall, dass sich das Messgerät in einer elektromagnetisch gestörten Umgebung befindet. Das bedeutet, dass andere Testgeräte in der Nähe die Messung stören können. Dies kann sich dann durch eine starke Streuung der Messergebnisse bemerkbar machen. Insbesondere bei Widerstandsmessungen und ganz im Besonderen bei Elektroimpedanzmessungen (EIS) können hier Messungen völlig unbrauchbar werden.
Um den Einfluss von Elektromagnetischen Störungen gering zu halten, gibt es mehrere Maßnahmen:
- Verdrillen der Messkabel: Durch das Verdrillen der Leitungen hebt sich die Wirkung parasitärer elektrische Felder auf, sodass die Störung eliminiert bzw. reduziert wird. Je engmaschiger die Verdrillung erfolgt, desto besser werden Störungen reduziert. Verdrillt wird immer I+ und I- und V+ und V-.
- Keine Metallflächen in der Nähe: Befinden sich die Zu- und Ableiter in der Nähe von Metallflächen (z.B. Metalltisch, Gehäuse von Testgeräten etc.) entstehen Wirbelströme, die in die Spannungskabel einwirken und Fehlmessungen entstehen lassen. Die Lösung besteht darin, den Abstand von Kabeln zu Metallflächen zu vergrößern.
- Leitungen so kurz wie möglich: Auch wenn der Kabelwiderstand keine Rolle spielt, sind kurze Leitungen vorteilhaft. Je geringer die Länge ist, desto weniger Möglichkeit gibt es für elektromagentische Störungen auf die Kabel einzuwirken.