Baterías en serie y baterías en paralelo

Celdas de batería

Batería es un elemento eléctrico donde se produce un potencial eléctrico debido a una reacción química. Cada reacción electroquímica tiene su límite para producir diferencia de potencial eléctrico entre dos electrodos.
Las celdas de batería son aquellas donde estas reacciones electroquímicas tienen lugar para producir la diferencia de potencial eléctrico limitada. Para lograr la diferencia de potencial eléctrico deseada entre los terminales de la batería, se deben conectar en serie múltiples celdas. Por lo tanto, se puede concluir que una batería es una combinación de varias celdas, donde una celda es una unidad de la batería. Por ejemplo, las celdas de batería de níquel-cadmio normalmente generan alrededor de 1.2 V por celda, mientras que las baterías de ácido plomo generan alrededor de 2 V por celda. Por lo tanto, una batería de 12 voltios tendrá un total de 6 celdas conectadas en serie.

FEM de la Batería

Si alguien mide simplemente la diferencia de potencial eléctrico entre dos terminales de una batería cuando no está conectada a una carga, obtendrá el voltaje desarrollado en la batería cuando no hay corriente fluyendo a través de ella. Este voltaje se conoce generalmente como fuerza electromotriz o fem de la batería. También se conoce como voltaje sin carga de la batería.

Voltaje Terminal de la Batería

El voltaje terminal de la batería es la diferencia de potencial entre sus terminales cuando se está extrayendo corriente de ella. En realidad, cuando se conecta una carga a la batería, habrá una corriente de carga fluyendo a través de ella. Como la batería es un equipo eléctrico, debe tener alguna resistencia eléctrica interna. Debido a esta resistencia interna de la batería, habrá algunas caídas de voltaje a través de ella. Por lo tanto, si alguien mide el voltaje terminal de la carga, es decir, el voltaje terminal de la batería cuando está conectada, obtendrá un voltaje que es menor que la fem de la batería por la caída de voltaje interna de la batería.

Si E es la fem o voltaje sin carga de la batería y V es el voltaje terminal de la carga de la batería, entonces E – V = caída de voltaje interna de la batería.
Según la Ley de Ohm, esta caída de voltaje interna no es más que el producto de la resistencia eléctrica ofrecida por la batería y la corriente que fluye a través de ella.

Resistencia Interna de la Batería

Toda la resistencia que encuentra una corriente al fluir a través de una batería desde el terminal negativo al positivo se conoce como resistencia interna de la batería.

Baterías en Serie y Paralelo

Las celdas de batería pueden conectarse en serie, en paralelo y también como una mezcla de ambas, en serie y paralelo.

Baterías en Serie

Cuando en una batería, el terminal positivo de una celda se conecta con el terminal negativo de la celda siguiente, se dice que las celdas están conectadas en serie o simplemente batería en serie. Aquí, el fem total de la batería es la suma algebraica de todas las celdas individuales conectadas en serie. Pero la corriente total descargada de la batería no excede la corriente descargada de las celdas individuales.

Si E es el fem total de la batería compuesta por n número de celdas y E1, E2, E3, …………… En son los fem de las celdas individuales.

De manera similar, si r1, r2, r3, …………… rn son las resistencias internas de las celdas individuales, entonces la resistencia interna de la batería será igual a la suma de las resistencias internas de las celdas individuales, es decir.

Baterías en Paralelo

Cuando los terminales positivos de todas las celdas se conectan juntos y, de manera similar, los terminales negativos de estas celdas se conectan juntos en una batería, se dice que las celdas están conectadas en paralelo. Estas combinaciones también se conocen como baterías en paralelo. Si el fem de cada celda es idéntico, entonces el fem de la batería compuesta por n números de celdas conectadas en paralelo, es igual al fem de cada celda. La resistencia interna resultante de la combinación es,

La corriente entregada por la batería es la suma de las corrientes entregadas por las celdas individuales.

Agrupamiento Mixto de Baterías o Baterías en Serie y Paralelo

Como dijimos anteriormente, las celdas en una batería también pueden conectarse en una mezcla de serie y paralelo. Estas combinaciones a veces se denominan baterías en serie y paralelo. Una carga puede requerir tanto voltaje como corriente mayores que las de una celda individual de batería. Para lograr el voltaje de carga requerido, se pueden combinar en serie el número deseado de celdas de batería, y para lograr la corriente de carga requerida, se pueden conectar en paralelo el número deseado de estas combinaciones en serie. Supongamos que m, números de series, cada una conteniendo n números de celdas idénticas, están conectadas en paralelo.

Supongamos nuevamente que el fem de cada celda es E y la resistencia interna de cada celda es r. Como n números de celdas están conectadas en cada serie, el fem de cada serie