Bateries en sèrie i bateries en paral·lel

Cèl·lules de bateria

Bateria és un element elèctric on es produeix un potencial elèctric degut a una reacció química. Cada reacció electroquímica té un límit per a la producció de diferència de potencial elèctric entre dos electrodos.
Les cèl·lules de bateria són aquelles on aquestes reaccions electroquímiques tenen lloc per a produir la diferència de potencial elèctric limitada. Per aconseguir la diferència de potencial elèctric desitjada entre els terminals de la bateria, cal connectar en sèrie diverses cèl·lules. Així, es pot concluir que una bateria és una combinació de diverses cèl·lules, on una cèl·lula és una unitat de la bateria. Per exemple, les cèl·lules de bateria de níquel-cadmi normalment desenvolupen uns 1,2 V per cèl·lula, mentre que la bateria d'acidi plom desenvolupa uns 2 V per cèl·lula. Així, una bateria de 12 volts tindrà un total de 6 cèl·lules connectades en sèrie.

Força electromotriu (FEM) de la bateria

Si algú mesura la diferència de potencial elèctric entre els dos terminals d'una bateria quan no hi ha cap càrrega connectada, obtindrà el voltatge desenvolupat en la bateria quan no hi flueix corrent. Aquest voltatge es coneix generalment com a força electromotriu o FEM de la bateria. També es coneix com a voltatge sense càrrega de la bateria.

Voltatge terminal de la bateria

El voltatge terminal de la bateria és la diferència de potencial entre els seus terminals quan es treu corrent d'ella. En realitat, quan es connecta una càrrega a la bateria, hi haurà un corrent de càrrega que fluirà a través d'ella. Com que la bateria és un equipament elèctric, ha de tenir alguna resistència elèctrica interna. A causa d'aquesta resistència interna de la bateria, hi haurà alguns descens de tensió a través d'ella. Així, si algú mesura el voltatge terminal de la càrrega, és a dir, el voltatge terminal de la bateria quan està connectada, obtindrà un voltatge inferior a la FEM de la bateria per al descens de tensió intern de la bateria.

Si E és la FEM o el voltatge sense càrrega de la bateria i V és el voltatge terminal o voltatge de la càrrega de la bateria, llavors E – V = descens de tensió intern de la bateria.
Segons la Llei d'Ohm, aquest descens de tensió intern no és res més que el producte de la resistència elèctrica oferida per la bateria i el corrent que flueix a través d'ella.

Resistència interna de la bateria

Tota la resistència que enfronta un corrent quan flueix a través d'una bateria del terminal negatiu al positiu es coneix com a resistència interna de la bateria.

Bateries en sèrie i en paral·lel

Les cèl·lules de bateria es poden connectar en sèrie, en paral·lel i també com una barreja de sèrie i paral·lel.

Bateries en sèrie

Quan en una bateria, el terminal positiu d'una cèl·lula es connecta amb el terminal negatiu de la cèl·lula següent, es diu que les cèl·lules estan connectades en sèrie o simplement bateria en sèrie. Aquí, la FEM total de la bateria és la suma algebraica de totes les cèl·lules individuals connectades en sèrie. Però la corrent total descarregada de la bateria no supera la corrent descarregada de les cèl·lules individuals.

Si E és la FEM total de la bateria combinada per n cèl·lules i E1, E2, E3, …………… En són les FEMs de les cèl·lules individuals.

De manera similar, si r1, r2, r3, …………… rn són les resistències interns de les cèl·lules individuals, llavors la resistència interna de la bateria serà igual a la suma de les resistències interns de les cèl·lules individuals, és a dir.

Bateries en paral·lel

Quan els terminals positius de totes les cèl·lules es connecten junts i de manera similar, els terminals negatius d'aquestes cèl·lules es connecten junts en una bateria, es diu que les cèl·lules estan connectades en paral·lel. Aquestes combinacions també es coneixen com a bateries en paral·lel. Si la FEM de cada cèl·lula és idèntica, llavors la FEM de la bateria combinada per n cèl·lules connectades en paral·lel, és igual a la FEM de cada cèl·lula. La resistència interna resultant de la combinació és,

La corrent lliurada per la bateria és la suma de les corrents lliurades per les cèl·lules individuals.

Agrupació mixta de bateries o bateries en sèrie i paral·lel

Com hem dit abans, les cèl·lules en una bateria també es poden connectar en una barreja de sèrie i paral·lel. Aquestes combinacions some vegades es coneixen com a bateries en sèrie i paral·lel. Una càrrega pot requerir tant un voltatge com una corrent superior a la d'una cèl·lula individual de bateria. Per aconseguir el voltatge de càrrega desitjat, es poden combinar en sèrie el nombre desitjat de cèl·lules de bateria, i per aconseguir la corrent de càrrega desitjada, es poden connectar en paral·lel el nombre desitjat d'aquestes combinacions en sèrie. Suposem que m, nombres de sèries, cadascuna contenant n nombres de cèl·lules idèntiques, es connecten en paral·lel.