Batteriespannung
Die Spannung einer Batterie ist eine grundlegende Eigenschaft einer Batterie, die durch die chemischen Reaktionen in der Batterie, die Konzentrationen der Batteriekomponenten und die Polarisierung der Batterie bestimmt wird. Die unter Gleichgewichtsbedingungen berechnete Spannung wird üblicherweise als Batterie-Nennspannung bezeichnet. In der Praxis kann die Batterie-Nennspannung nicht ohne weiteres gemessen werden, aber für praktische Batteriesysteme (in denen die Überspannungen und nicht idealen Effekte gering sind) ist die Leerlaufspannung eine gute Annäherung an die Batterie-Nennspannung.
Da das elektrische Potenzial (Spannung) aus den meisten chemischen Reaktionen in der Größenordnung von 2 V liegt, während die von den Verbrauchern benötigte Spannung in der Regel größer ist, werden in den meisten Batterien zahlreiche einzelne Batteriezellen in Reihe geschaltet. Bei Blei-Säure-Batterien zum Beispiel hat jede Zelle eine Spannung von etwa 2 V. Sechs Zellen werden miteinander verbunden, um eine typische 12-V-Blei-Säure-Batterie zu bilden.
Spannungsschwankungen beim Entladen
Aufgrund der Polarisationseffekte kann die Batteriespannung bei Stromfluss erheblich von der Gleichgewichts- oder Leerlaufspannung abweichen. Ein wesentliches Merkmal der Batterietechnologie ist, wie sich die Batteriespannung unter Entladebedingungen verändert, sowohl aufgrund von Gleichgewichtskonzentrationseffekten als auch aufgrund von Polarisationseffekten. Im Folgenden sind Entlade- und Ladekurven für verschiedene Batteriesysteme dargestellt. Die Entlade- und Ladekurven sind nicht unbedingt symmetrisch, da bei den höheren Spannungen, die beim Laden auftreten, zusätzliche Reaktionen auftreten können.
Abschaltspannung
Bei vielen Batterietypen, einschließlich Bleibatterien, kann die Batterie nicht unter ein bestimmtes Niveau entladen werden, da sonst dauerhafte Schäden an der Batterie auftreten können. Diese Spannung wird als „Abschaltspannung“ bezeichnet und hängt vom Batterietyp, der Temperatur und der Entladungsrate der Batterie ab.
Messung des Ladezustands anhand der Spannung
Die Verringerung der Batteriespannung bei der Entladung ist zwar ein negativer Aspekt von Batterien, der ihren Wirkungsgrad verringert, ein praktischer Aspekt einer solchen Verringerung ist jedoch, dass die Batterie bei einer bestimmten Temperatur zur Annäherung an den Ladezustand der Batterie verwendet werden kann, wenn diese Verringerung annähernd linear ist. In Systemen, in denen die Batteriespannung über einen gewissen Bereich des Ladezustands der Batterie nicht linear ist oder in denen es schnelle Spannungsschwankungen mit dem BSOC gibt, wird es schwieriger sein, den BSOC zu bestimmen, und daher wird es schwieriger sein, zu laden. Ein Batteriesystem, das eine konstantere Spannung mit der Entladerate beibehält, hat jedoch einen hohen Spannungswirkungsgrad und kann leichter zum Antrieb spannungsempfindlicher Lasten verwendet werden.
Auswirkung der Temperatur auf die Spannung
Die Batteriespannung steigt mit der Temperatur des Systems und kann durch die Nernst-Gleichung für die Gleichgewichtsspannung der Batterie berechnet werden.