Batterier i serie och batterier parallellt

Battericeller

Batteri är en elektrisk komponent där elektrisk potential produceras genom kemisk reaktion. Varje elektrokemisk reaktion har sin gräns för att producera elektrisk spänningsdifferens mellan två elektroder.
Battericeller är de där dessa elektrokemiska reaktioner äger rum för att producera den begränsade elektriska spänningsdifferensen. För att uppnå önskad elektrisk spänningsdifferens över batteriterminalerna måste flera celler kopplas i serie. Så kan man konstatera att ett batteri är en kombination av flera celler, där en cell är en enhet i ett batteri. Till exempel utvecklar nikkel-kadmium battericeller vanligtvis ca 1,2 V per cell, medan blysyra batteri utvecklar ca 2 V per cell. Så ett 12-volts batteri kommer att ha totalt 6 celler kopplade i serie.

Batteriets EMF

Om någon mäter den elektriska spänningsdifferensen mellan två terminaler på ett batteri när ingen belastning är ansluten till batteriet, kommer han eller hon att få den spänning som utvecklas i batteriet när det inte finns något ström som flyter genom det. Denna spänning kallas generellt electromotorisk kraft (EMF) eller batteriets EMF. Det kallas också batteriets obelastade spänning.

Batteriets terminalspänning

Batteriets terminalspänning är spänningsdifferensen över dess terminaler när ström dras från det. När belastning är ansluten till batteriet, kommer det att finnas belastningsström som flyter genom det. Eftersom ett batteri är en elektrisk utrustning, måste det ha viss elektrisk resistans inuti det. P.g.a. denna inre resistans i batteriet, kommer det att finnas vissa spänningsfall över det. Så, om någon mäter terminalspänningen på belastningen, dvs. batteriets terminalspänning när belastning är ansluten, kommer han eller hon att få en spänning som är lägre än batteriets EMF med batteriets inre spänningsfall.

Om E är batteriets EMF eller obelastade spänning och V är terminalspänningen på belastningen, så är E – V = batteriets inre spänningsfall.
Enligt Ohms lag, är detta inre spänningsfall inget annat än produkten av den elektriska resistans som erbjuds av batteriet och strömmen som flyter genom det.

Batteriets inre resistans

Alla resistanser som en ström stöter på när den flyter genom ett batteri från den negativa terminalen till den positiva terminalen kallas batteriets inre resistans.

Serieparallella batterier

Battericeller kan kopplas i serie, parallellt och även som en blandning av både serie och parallellkoppling.

Seriekopplade batterier

När i ett batteri, den positiva terminalen av en cell är ansluten till den negativa terminalen av den efterföljande cellen, sägs cellerna vara seriekopplade eller helt enkelt seriekopplade batterier. Här är den totala EMF:n för batteriet den algebraiska summan av alla enskilda celler kopplade i serie. Men den totala utsläppade strömmen från batteriet överskrider inte den utsläppade strömmen från enskilda celler.

Om E är den totala EMF:n för batteriet sammansatt av n antal celler och E1, E2, E3, …………… En är EMF:erna för enskilda celler.

På samma sätt, om r1, r2, r3, …………… rn är de inre resistanserna för enskilda celler, då blir den inre resistansen för batteriet lika med summan av de inre resistanserna för de enskilda cellerna, dvs.

Parallellkopplade batterier

När de positiva terminalerna av alla celler är anslutna tillsammans och likaså de negativa terminalerna av dessa celler är anslutna tillsammans i ett batteri, sägs cellerna vara parallellkopplade. Dessa kombinationer kallas också parallellkopplade batterier. Om EMF:n för varje cell är identisk, då är EMF:n för batteriet sammansatt av n antal celler kopplade parallellt, lika med EMF:n för varje cell. Den resulterande inre resistansen för kombinationen är,

Strömmen levererad av batteriet är summan av strömmarna levererade av enskilda celler.

Mixade grupperingar av batterier eller serieparallella batterier

Som vi sa tidigare, kan cellerna i ett batteri också kopplas i en blandning av både serie och parallell. Dessa kombinationer kallas ibland serieparallella batterier. En belastning kan kräva både spänning och ström högre än vad en enskild battericell kan erbjuda. För att uppnå den önskade belastningsspänningen kan de önskade antalet battericeller kombineras i serie, och för att uppnå den önskade belastningsströmmen kan de önskade antalet av dessa seriekombinationer kopplas parallellt. Antag att m antal serier, var och en innehållandes n antal identiska celler, är kopplade parallellt.