Az akkumulátor feszültsége, önkisülése és belső ellenállása

Röviden: az akkumulátor feszültségét a benne lezajló kémiai reakciók határozzák meg, és ez a feszültség a töltöttséggel változik. A belső ellenállás korlátozza a legnagyobb kisütési áramot, az önkisülés miatt pedig terhelés nélkül is fogy a töltés.

Honnan jön a feszültség?

Az akkumulátor feszültsége alapvető jellemző, amelyet a kémiai reakciók, az alkotók koncentrációi és a polarizáció határoz meg. Az egyensúlyi feltételekből számolt feszültséget névleges akkumulátorfeszültségnek nevezik. A gyakorlatban ez nem mérhető közvetlenül, de a használható akkumulátoroknál, ahol a túlfeszültségek és a nem ideális hatások kicsik, az üresjárási feszültség jó közelítése a névlegesnek.

A legtöbb kémiai reakció feszültsége 2 V körüli, a terhelések viszont többnyire ennél nagyobb feszültséget igényelnek, ezért az akkumulátorokban általában több cellát kapcsolnak sorba. Az ólomsavas akkumulátornál egy cella feszültsége kb. 2 V, és egy tipikus 12 V-os akkumulátort hat cellából kapcsolnak össze.

A feszültség változása és a lekapcsolási feszültség

Áramfolyás közben a polarizációs hatások miatt az akkumulátor feszültsége jelentősen eltérhet az egyensúlyi vagy üresjárási feszültségtől. Az akkumulátortechnológiák egyik fő jellemzője az, hogyan változik a feszültség kisütés közben. A töltési és a kisütési görbék nem feltétlenül szimmetrikusak, mert töltéskor, a nagyobb feszültségeknél további reakciók is lejátszódhatnak.

Sok akkumulátortípusnál, az ólomsavasnál is, az akkumulátort nem szabad egy bizonyos szint alá kisütni, mert maradandó károsodás következhet be. Ezt a feszültséget lekapcsolási feszültségnek nevezik, és az akkumulátor típusától, hőmérsékletétől és kisütési sebességétől függ.

A feszültség mint töltöttségjelző

A feszültség csökkenése kisütés közben az akkumulátor hatásfokát rontó hátrány. Ha viszont körülbelül lineáris, adott hőmérsékleten az akkumulátor töltöttségi állapotának közelítésére használható. Ha a feszültség nem lineáris a töltöttség egy tartományában, vagy gyorsan változik, nehezebb meghatározni a töltöttségi állapotot, és nehezebb tölteni. Az a rendszer viszont, amely kisütéskor állandóbb feszültséget ad, nagyobb feszültséghatásfokú, és könnyebben táplál feszültségérzékeny terheléseket. Az akkumulátor feszültsége a hőmérséklettel nő, és az egyensúlyi feszültség a Nernst-egyenlettel számítható.

További elektromos paraméterek

• Belső soros ellenállás: ez határozza meg az akkumulátor legnagyobb kisütési áramát. Ahol az akkumulátornak nagy pillanatnyi teljesítményt kell adnia, ott kicsi belső ellenállás kell. Befolyásolja a hatásfokot is, és az akkumulátor öregedésével változhat.
• Önkisülés: még terhelés nélkül is lejátszódik a kisütési reakció korlátozott mértékben, ezért az akkumulátor idővel magától kisül. Az önkisülés sebessége elsősorban a reakcióban részt vevő anyagoktól (vagyis az akkumulátortípustól) és a hőmérséklettől függ.
• Indítóáram (cranking current): az a legnagyobb áram, amelyet az akkumulátor rövid ideig adni tud. Közlekedési alkalmazásoknál szokták megadni, ahol az akkumulátornak nagy motort kell beindítania, a napelemes rendszerekben viszont általában nem fontos paraméter.

Mit érdemes megjegyezni?

A feszültség nem állandó szám: töltöttségtől, hőmérséklettől és terheléstől is függ. A töltöttségről és a kisütésről a töltöttségről és C-rátáról szóló cikkben írtunk, a hatásfokról az akkumulátor hatásfokáról szóló írásban, az alapműködésről pedig az akkumulátor működéséről szóló cikkben.