Batterien in Serie und Batterien parallel

Batteriezellen

Batterie ist ein elektrisches Element, in dem ein elektrisches Potential aufgrund einer chemischen Reaktion erzeugt wird. Jede elektrochemische Reaktion hat ihre Grenze, eine elektrische Spannungsdifferenz zwischen zwei Elektroden zu erzeugen.
Batteriezellen sind diejenigen, in denen diese elektro-chemischen Reaktionen stattfinden, um die begrenzte elektrische Spannungsdifferenz zu erzeugen. Um die gewünschte elektrische Spannungsdifferenz an den Batterieanschlüssen zu erreichen, müssen mehrere Zellen in Serie geschaltet werden. Daher kann man schlussfolgern, dass eine Batterie eine Kombination mehrerer Zellen ist, wobei eine Zelle die Einheit der Batterie ist. Zum Beispiel entwickeln Nickel-Cadmium-Batteriezellen normalerweise etwa 1,2 V pro Zelle, während Bleisäurebatterien etwa 2 V pro Zelle erzeugen. Eine 12-Volt-Batterie hat also insgesamt 6 Zellen, die in Serie verbunden sind.

Elektromotorische Kraft (EMK) der Batterie

Wenn jemand die elektrische Spannungsdifferenz zwischen den beiden Anschlüssen einer Batterie misst, wenn keine Last mit der Batterie verbunden ist, erhält er die Spannung, die in der Batterie entsteht, wenn kein Strom durch sie fließt. Diese Spannung wird allgemein als elektromotorische Kraft oder EMK der Batterie bezeichnet. Sie wird auch als Leerlaufspannung der Batterie bezeichnet.

Anschlussspannung der Batterie

Anschlussspannung der Batterie ist die Spannungsdifferenz an ihren Anschlüssen, wenn Strom aus ihr abgegeben wird. Tatsächlich fließt, wenn eine Last mit der Batterie verbunden ist, ein Laststrom durch sie. Da eine Batterie ein elektrisches Gerät ist, muss sie einen gewissen elektrischen Widerstand haben. Aufgrund dieses inneren Widerstands der Batterie gibt es einige Spannungsabfälle. Wenn also jemand die Anschlussspannung der Last, also die Anschlussspannung der Batterie, misst, wenn die Last angeschlossen ist, erhält er die Spannung, die um den inneren Spannungsabfall der Batterie kleiner ist als die EMK der Batterie.

Wenn E die EMK oder die Leerlaufspannung der Batterie und V die Anschlussspannung oder Lastspannung der Batterie ist, dann gilt: E – V = innerer Spannungsabfall der Batterie.
Gemäß dem Ohmschen Gesetz ist dieser innere Spannungsabfall nichts anderes als das Produkt des elektrischen Widerstands, den die Batterie bietet, und des durch sie fließenden Stroms.

Innerer Widerstand der Batterie

Der gesamte Widerstand, den ein Strom trifft, wenn er von der negativen zum positiven Pol der Batterie fließt, wird als innerer Widerstand der Batterie bezeichnet.

Seriell-parallel geschaltete Batterien

Batteriezellen können in Serie, parallel und auch als Mischung aus Serie und Parallel geschaltet werden.

Seriell geschaltete Batterien

Wenn in einer Batterie der positive Pol einer Zelle mit dem negativen Pol der folgenden Zelle verbunden ist, dann sind die Zellen als serielles Verbund oder einfach seriell geschaltete Batterie bezeichnet. Hier ist die gesamte EMK der Batterie die algebraische Summe aller einzelnen in Serie verbundenen Zellen. Der gesamte Abgabestrom der Batterie überschreitet jedoch nicht den Abgabestrom der einzelnen Zellen.

Wenn E die gesamte EMK der Batterie ist, die aus n Zellen zusammengesetzt ist, und E1, E2, E3, …………… En die EMK der einzelnen Zellen sind.

Ebenso, wenn r1, r2, r3, …………… rn die inneren Widerstände der einzelnen Zellen sind, dann ist der interne Widerstand der Batterie gleich der Summe der inneren Widerstände der einzelnen Zellen, d.h.

Parallel geschaltete Batterien

Wenn die positiven Pole aller Zellen in einer Batterie miteinander verbunden und ebenso die negativen Pole dieser Zellen miteinander verbunden sind, dann sind die Zellen parallel geschaltet. Diese Kombinationen werden auch als parallel geschaltete Batterien bezeichnet. Wenn die EMK jeder Zelle identisch ist, dann ist die EMK der Batterie, die aus n Zellen parallel verbunden ist, gleich der EMK jeder Zelle. Der resultierende interne Widerstand der Kombination ist,

Der von der Batterie gelieferte Strom ist die Summe der von den einzelnen Zellen gelieferten Ströme.

Mischverbindungen von Batterien oder Seriell-Parallel-Batterien

Wie bereits erwähnt, können die Zellen in einer Batterie auch in einer Mischung aus Serie und Parallel verbunden sein. Diese Kombinationen werden manchmal als Seriell-Parallel-Batterien bezeichnet. Eine Last kann sowohl eine höhere Spannung als auch einen höheren Strom als eine einzelne Batteriezelle benötigen. Um die erforderliche Lastspannung zu erreichen, können die gewünschten Anzahl von Batteriezellen in Serie kombiniert werden, und um den erforderlichen Laststrom zu erreichen, können die gewünschten Anzahl dieser Serienverbände parallel geschaltet werden. Lassen Sie m, die Anzahl der Serien, jeweils mit n identischen Zellen, parallel verbunden sein.

Nehmen wir wieder an, die EMK jeder Zelle sei E und der interne Widerstand jeder Zelle sei r. Da n Zellen in jeder