Tensione della batteria

La tensione di una batteria è una caratteristica fondamentale di una batteria, che è determinata dalle reazioni chimiche nella batteria, dalle concentrazioni dei componenti della batteria e dalla polarizzazione della batteria. La tensione calcolata dalle condizioni di equilibrio è tipicamente conosciuta come la tensione nominale della batteria. In pratica, la tensione nominale della batteria non può essere facilmente misurata, ma per i sistemi pratici di batterie (in cui le sovratensioni e gli effetti non ideali sono bassi) la tensione a circuito aperto è una buona approssimazione della tensione nominale della batteria.

Siccome il potenziale elettrico (tensione) dalla maggior parte delle reazioni chimiche è dell’ordine di 2V mentre la tensione richiesta dai carichi è tipicamente maggiore, nella maggior parte delle batterie, numerose cellule individuali sono collegate in serie. Per esempio, nelle batterie al piombo, ogni cella ha una tensione di circa 2V. Sei celle sono collegate per formare una tipica batteria al piombo da 12V.

Variazione della tensione con la scarica

A causa degli effetti di polarizzazione, la tensione della batteria sotto flusso di corrente può differire sostanzialmente dalla tensione di equilibrio o di circuito aperto. Una caratteristica chiave della tecnologia delle batterie è il modo in cui la tensione della batteria cambia in condizioni di scarica, sia per gli effetti di concentrazione di equilibrio che per la polarizzazione. Le curve di scarica e di carica delle batterie sono mostrate qui sotto per diversi sistemi di batterie. Le curve di scarica e di carica non sono necessariamente simmetriche a causa della presenza di reazioni aggiuntive che possono essere presenti alle tensioni più alte incontrate nella carica.

Tensione di spegnimento

In molti tipi di batterie, incluse quelle al piombo, la batteria non può essere scaricata al di sotto di un certo livello o la batteria potrebbe subire danni permanenti. Questa tensione è chiamata “tensione di taglio” e dipende dal tipo di batteria, dalla sua temperatura e dal tasso di scarica della batteria.

Misurare lo stato di carica in base alla tensione

Mentre la riduzione della tensione della batteria con la scarica è un aspetto negativo delle batterie che riduce la loro efficienza, un aspetto pratico di tale riduzione, se è approssimativamente lineare, è che ad una data temperatura, la batteria può essere usata per approssimare lo stato di carica della batteria. Nei sistemi in cui la tensione della batteria non è lineare su una certa gamma di stato di carica della batteria o in cui ci sono rapide variazioni della tensione con il BSOC sarà più difficile determinare il BSOC e quindi sarà più difficile da caricare. Tuttavia, un sistema di batterie che mantiene una tensione più costante con il tasso di scarica avrà un’alta efficienza di tensione e sarà più facilmente utilizzato per guidare carichi sensibili alla tensione.

Effetto della temperatura sulla tensione

La tensione della batteria aumenterà con la temperatura del sistema, e può essere calcolata dall’equazione di Nernst per la tensione di equilibrio della batteria.