Baterie w szeregu i baterie równolegle

Komórki baterii

Bateria to element elektryczny, w którym potencjał elektryczny powstaje w wyniku reakcji chemicznej. Każda reakcja elektrochemiczna ma swoje ograniczenie w tworzeniu różnicy potencjałów elektrycznych między dwoma elektrodami.
Komórki baterii to te, w których te reakcje elektrochemiczne mają miejsce, aby wytworzyć ograniczoną różnicę potencjałów elektrycznych. Aby osiągnąć pożądany potencjał elektryczny między zaciskami baterii, wiele komórek musi być połączonych szeregowo. Stąd można wnioskować, że bateria to kombinacja wielu komórek, gdzie jedna komórka to jednostka baterii. Na przykład, komórki baterii nikel-kadmium zwykle rozwijają około 1,2 V na komórkę, podczas gdy bateria kwasowo-ołowiowa rozwija około 2 V na komórkę. Zatem bateria o napięciu 12 V będzie miała łącznie 6 komórek połączonych szeregowo.

Napęd elektromotoryczny baterii

Jeśli ktoś mierzy różnicę potencjałów elektrycznych między dwoma zaciskami baterii, gdy obciążenie nie jest podłączone do baterii, uzyska on napięcie wytworzone w baterii, gdy nie płynie przez nią prąd. To napięcie jest ogólnie określane jako napęd elektromotoryczny lub napęd elektromotoryczny baterii. Nazywane jest również napięciem bezobciążenia baterii.

Napięcie zaciskowe baterii

Napięcie zaciskowe baterii to różnica potencjałów między jej zaciskami, gdy prąd jest pobierany z niej. W rzeczywistości, gdy obciążenie jest podłączone do baterii, będzie przepływał przez nią prąd obciążeniowy. Ponieważ bateria to urządzenie elektryczne, musi posiadać pewną oporność elektryczną wewnątrz. Dzięki tej wewnętrznej oporności baterii, wystąpią pewne spadki napięcia. Dlatego, jeśli ktoś zmierzy napięcie zaciskowe obciążenia, czyli napięcie zaciskowe baterii, gdy obciążenie jest podłączone, uzyska napięcie, które jest mniejsze od napędu elektromotorycznego baterii o spadek napięcia wewnętrznego baterii.

Jeśli E to napęd elektromotoryczny lub napięcie bezobciążenia baterii, a V to napięcie zaciskowe obciążenia baterii, to E – V = spadek napięcia wewnętrzny baterii.
Zgodnie z Prawem Ohma, ten wewnętrzny spadek napięcia to nic innego jak iloczyn oporu elektrycznego zapewnianego przez baterię i prądu przepływającego przez nią.

Wewnętrzna oporność baterii

Całkowita oporność napotykana przez prąd, gdy przepływa on przez baterię od zacisku ujemnego do zacisku dodatniego, jest znana jako wewnętrzna oporność baterii.

Baterie szeregowo-równolegle

Komórki baterii mogą być połączone szeregowo, równolegle oraz jako mieszanka zarówno połączeń szeregowych, jak i równoległych.

Baterie szeregowe

Gdy w baterii, zacisk dodatni jednej komórki jest połączony z zaciskiem ujemnym kolejnej komórki, to komórki są połączone szeregowo lub krótko baterie szeregowe. W tym przypadku, całkowity napęd elektromotoryczny baterii to algebraiczna suma wszystkich indywidualnych komórek połączonych szeregowo. Jednak całkowity prąd rozładowania baterii nie przekracza prądu rozładowania indywidualnych komórek.

Jeśli E to całkowity napęd elektromotoryczny baterii składający się z n liczb komórek, a E1, E2, E3, …………… En to napędy elektromotoryczne indywidualnych komórek.

Podobnie, jeśli r1, r2, r3, …………… rn to wewnętrzne oporności indywidualnych komórek, to wewnętrzna oporność baterii będzie równa sumie wewnętrznych oporności indywidualnych komórek, tj.

Baterie równoległe

Gdy zaciski dodatnie wszystkich komórek są ze sobą połączone, a podobnie zaciski ujemne tych komórek są połączone w baterii, to komórki są połączone równolegle. Te kombinacje są również nazywane bateriami równoległymi. Jeśli napęd elektromotoryczny każdej komórki jest identyczny, to napęd elektromotoryczny baterii składającej się z n liczb komórek połączonych równolegle, jest równy napędowi elektromotorycznemu każdej komórki. Wszechstronna wewnętrzna oporność kombinacji to,

Prąd dostarczany przez baterię to suma prądów dostarczanych przez indywidualne komórki.

Mieszane grupowanie baterii lub baterie szeregowo-równolegle

Jak już wcześniej wspomniano, komórki w baterii mogą być również połączone mieszanką połączeń szeregowych i równoległych. Te kombinacje czasem nazywane są bateriami szeregowo-równoległymi. Obciążenie może wymagać zarówno napięcia, jak i prądu większych niż pojedyncza komórka baterii. Aby osiągnąć wymagane napięcie obciążenia, pożądana liczba komórek baterii może być połączona szeregowo, a aby osiągnąć wymagany prąd obciążenia, pożądana liczba tych połączeń szeregowych może być połączona równolegle. Niech m, liczba szeregów, każda zawierająca n liczb identycznych komórek, jest połączona równolegle.