시리즈 배터리와 병렬 배터리

배터리 셀

배터리는 화학 반응으로 인해 전기적 잠재력이 생성되는 전기적 요소입니다. 모든 전기화학적 반응은 두 개의 전극 사이에 전기 잠재차를 생성하는 한계가 있습니다.
배터리 셀은 이러한 전기화학적 반응이 일어나서 제한된 전기 잠재차를 생성하는 곳입니다. 배터리 단자 사이에서 원하는 전기 잠재차를 얻기 위해서는 여러 개의 셀을 직렬로 연결해야 합니다. 따라서, 배터리는 여러 개의 셀의 조합이며, 셀은 배터리의 단위라고 결론지을 수 있습니다. 예를 들어, 니켈-카드뮴 배터리 셀은 일반적으로 셀당 약 1.2V를 발생시키며, 연산 배터리는 셀당 약 2V를 발생시킵니다. 따라서 12볼트 배터리는 총 6개의 셀을 직렬로 연결합니다.

배터리의 EMF

누군가 배터리와 부하가 연결되지 않은 상태에서 배터리의 두 단자 사이의 전기 잠재차를 측정하면, 전류가 흐르지 않을 때 배터리에서 발생하는 전압을 얻게 됩니다. 이 전압은 일반적으로 전동력 또는 배터리의 EMF로 언급됩니다. 또한 배터리의 무부하 전압이라고도 합니다.

배터리의 단자 전압

배터리의 단자 전압은 배터리로부터 전류가 인출될 때 그 단자 사이의 잠재차입니다. 실제로 부하가 배터리에 연결되면, 부하 전류가 배터리를 통해 흐르게 됩니다. 배터리는 전기 장비이므로, 내부에 일부 전기 저항이 있어야 합니다. 이러한 배터리의 내부 저항으로 인해, 일부 전압 강하가 발생합니다. 따라서, 누군가 부하가 연결된 상태에서 배터리의 단자 전압, 즉 배터리의 단자 전압을 측정하면, 배터리의 내부 전압 강하를 제외한 전압을 얻게 됩니다.

E가 배터리의 EMF 또는 무부하 전압이고 V가 배터리의 단자 전압 또는 부하 전압이라면, E – V = 배터리의 내부 전압 강하입니다.
오름의 법칙에 따르면, 이 내부 전압 강하는 배터리가 제공하는 전기 저항과 이를 통과하는 전류의 곱입니다.

배터리의 내부 저항

전류가 배터리의 음극 단자에서 양극 단자로 흐를 때 겪는 전체 저항은 배터리의 내부 저항으로 알려져 있습니다.

직렬 병렬 배터리

배터리 셀은 직렬, 병렬 및 직렬과 병렬의 혼합으로 연결할 수 있습니다.

직렬 배터리

배터리에서 하나의 셀의 양극 단자가 다음 셀의 음극 단자와 연결될 때, 이러한 셀들은 직렬로 연결되었다고 하거나 간단히 직렬 배터리라고 합니다. 여기서 배터리의 전체 EMF는 직렬로 연결된 모든 개별 셀의 대수 합입니다. 그러나 배터리의 전체 방전 전류는 개별 셀의 방전 전류를 초과하지 않습니다.

E가 n개의 셀로 구성된 배터리의 전체 EMF이고 E1, E2, E3, …………… En이 각각의 개별 셀의 EMF라면.

마찬가지로, r1, r2, r3, …………… rn이 각각의 개별 셀의 내부 저항이라면, 배터리의 내부 저항은 개별 셀의 내부 저항의 합과 같습니다.

병렬 배터리

배터리에서 모든 셀의 양극 단자가 서로 연결되고, 마찬가지로 음극 단자들도 서로 연결될 때, 이러한 셀들은 병렬로 연결되었다고 합니다. 이러한 조합은 병렬 배터리라고도 합니다. 각 셀의 EMF가 동일하다면, n개의 셀을 병렬로 연결하여 구성된 배터리의 EMF는 각 셀의 EMF와 같습니다. 조합의 결과적인 내부 저항은,

배터리가 제공하는 전류는 각 셀이 제공하는 전류의 합입니다.

혼합 그룹화 배터리 또는 직렬 병렬 배터리

앞서 말했듯이, 배터리의 셀은 직렬과 병렬의 혼합으로도 연결할 수 있습니다. 이러한 조합은 때때로 직렬 병렬 배터리라고도 합니다. 부하가 개별 배터리 셀보다 더 높은 전압과 전류를 필요로 할 수 있습니다. 필요한 부하 전압을 얻기 위해 원하는 수의 배터리 셀을 직렬로 결합하고, 필요한 부하 전류를 얻기 위해 이러한 직렬 조합을 병렬로 연결할 수 있습니다. m개의 직렬, 각각 n개의 동일한 셀을 포함하고, 이를 병렬로 연결한다고 가정합니다.

다시 말해서, 각 셀의 EMF가 E이고 내부 저항이 r이라고 가정합니다. n개의 셀이 각 직렬에 연결되어 있으므로, 각 직렬의 EMF와 배터리의 EMF는 nE가