Batterispänning

Batterispänningen är en grundläggande egenskap hos ett batteri som bestäms av de kemiska reaktionerna i batteriet, koncentrationerna av batterikomponenterna och batteriets polarisering. Den spänning som beräknas utifrån jämviktsförhållanden kallas vanligtvis för den nominella batterispänningen. I praktiken kan den nominella batterispänningen inte enkelt mätas, men för praktiska batterisystem (där överspänningar och icke-ideala effekter är låga) är spänningen i öppen krets en god approximation av den nominella batterispänningen.

Då den elektriska potentialen (spänningen) från de flesta kemiska reaktioner är av storleksordningen 2 V, medan spänningen som krävs av lasterna vanligtvis är större, är i de flesta batterier ett stort antal enskilda battericeller kopplade i serie. I t.ex. blybatterier har varje cell en spänning på ca 2 V. Sex celler är sammankopplade för att bilda ett typiskt blybatteri på 12 V.

Spänningsvariation vid urladdning

På grund av polariseringseffekterna kan batterispänningen under strömgenomströmning skilja sig väsentligt från jämvikts- eller öppen krets-spänningen. En viktig egenskap hos batteritekniken är hur batterispänningen förändras på grund av under urladdningsförhållanden, både på grund av jämviktskoncentrationseffekter och på grund av polarisering. Batteriets urladdnings- och laddningskurvor visas nedan för flera olika batterisystem. Urladdnings- och laddningskurvorna är inte nödvändigtvis symmetriska på grund av förekomsten av ytterligare reaktioner som kan förekomma vid de högre spänningar som förekommer vid laddning.

Slutspänning

I många batterityper, inklusive blybatterier, kan batteriet inte laddas ur under en viss nivå, annars kan permanenta skador uppstå på batteriet. Denna spänning kallas ”brytspänning” och beror på batteritypen, dess temperatur och batteriets urladdningshastighet.

Mätning av laddningstillstånd baserat på spänning

Men även om minskningen av batterispänningen med urladdning är en negativ aspekt av batterier som minskar deras effektivitet, är en praktisk aspekt av en sådan minskning, om den är ungefärlig linjär, att batteriet vid en given temperatur kan användas för att ungefärligt mäta batteriets laddningstillstånd. I system där batterispänningen inte är linjär över ett visst intervall av batteriets laddningstillstånd eller där det finns snabba variationer i spänningen med BSOC kommer det att bli svårare att bestämma BSOC och därmed svårare att ladda. Ett batterisystem som bibehåller en mer konstant spänning med urladdningshastigheten kommer dock att ha en hög spänningsverkningsgrad och kommer lättare att användas för att driva spänningskänsliga laster.

Temperaturens inverkan på spänningen

Batterispänningen kommer att öka med systemets temperatur och kan beräknas med Nernst-ekvationen för batterispänningen vid jämvikt.