Batterijspanning

De spanning van een batterij is een fundamentele eigenschap van een batterij, die wordt bepaald door de chemische reacties in de batterij, de concentraties van de batterijcomponenten, en de polarisatie van de batterij. Het voltage berekend op basis van evenwichtsomstandigheden wordt gewoonlijk het nominale batterijvoltage genoemd. In de praktijk kan het nominale batterijvoltage niet gemakkelijk worden gemeten, maar voor praktische batterijsystemen (waarin de overspanningen en de niet-ideale effecten gering zijn) is het open-circuitvoltage een goede benadering van het nominale batterijvoltage.

Omdat het elektrische potentiaal (voltage) van de meeste chemische reacties in de orde van grootte van 2V ligt, terwijl het door belastingen vereiste voltage typisch groter is, zijn in de meeste batterijen talrijke individuele batterijcellen in serie geschakeld. In loodzuur-batterijen bijvoorbeeld, heeft elke cel een spanning van ongeveer 2V. Zes cellen zijn verbonden om een typische 12V lood-zuur batterij te vormen.

Voltagevariatie bij ontlading

Door de polarisatie-effecten kan de batterijspanning onder stroom aanzienlijk verschillen van de evenwichtsspanning of de open-circuit spanning. Een belangrijk kenmerk van batterijtechnologie is hoe het batterijvoltage verandert onder ontlaadvoorwaarden, zowel ten gevolge van evenwichtsconcentratie-effecten als ten gevolge van polarisatie. Hieronder worden de ontlaad- en oplaadcurves getoond voor verschillende batterijsystemen. De ontlaad- en oplaadcurves zijn niet noodzakelijk symmetrisch als gevolg van de aanwezigheid van extra reacties die kunnen optreden bij de hogere spanningen die optreden bij het opladen.

Cut-Off Voltage

In veel batterijtypen, waaronder loodzuuraccu’s, kan de batterij niet beneden een bepaald niveau worden ontladen, anders kan de batterij blijvend worden beschadigd. Dit voltage wordt het “cut-off voltage” genoemd en hangt af van het type batterij, de temperatuur en de ontladingssnelheid van de batterij.

Het meten van de ladingstoestand op basis van voltage

Hoewel de afname van de batterijspanning bij ontlading een negatief aspect van batterijen is dat hun rendement vermindert, is een praktisch aspect van een dergelijke afname, indien deze ongeveer lineair is, dat bij een gegeven temperatuur de batterij kan worden gebruikt om de ladingstoestand van de batterij bij benadering te bepalen. In systemen waar het batterijvoltage niet lineair over één of andere waaier van staat van last van de batterij is of waarin er snelle variaties in het voltage met de BSOC zijn zal het moeilijker zijn om de BSOC te bepalen en daarom zal het moeilijker zijn om te laden. Een batterijsysteem dat een meer constante spanning handhaaft met de ontlaadsnelheid zal echter een hoge spanningsefficiëntie hebben en zal gemakkelijker kunnen worden gebruikt om spanningsgevoelige belastingen aan te drijven.

Effect van temperatuur op voltage

De batterijspanning zal toenemen met de temperatuur van het systeem, en kan worden berekend door de Nernst-vergelijking voor de evenwichtsspanning van de batterij.