แบตเตอรี่แบบอนุกรมและแบตเตอรี่แบบขนาน

เซลล์แบตเตอรี่

แบตเตอรี่ เป็นองค์ประกอบไฟฟ้าที่สร้างศักย์ไฟฟ้าจากปฏิกิริยาเคมี ทุกปฏิกิริยาเคมีมีขีดจำกัดในการสร้าง ความต่างศักย์ไฟฟ้า ระหว่างอิเล็กโทรดสองตัว
เซลล์แบตเตอรี่ คือส่วนที่เกิดปฏิกิริยาเคมีเพื่อสร้างความต่างศักย์ไฟฟ้าที่จำกัด หากต้องการความต่างศักย์ไฟฟ้าตามที่ต้องการที่ขั้วแบตเตอรี่ จะต้องเชื่อมเซลล์หลาย ๆ ตัวเป็นอนุกรม ดังนั้น สามารถสรุปได้ว่า แบตเตอรี่คือการรวมของเซลล์หลายตัว และเซลล์คือหน่วยของแบตเตอรี่ ตัวอย่างเช่น เซลล์แบตเตอรี่ Nickel-cadmium ปกติจะสร้างประมาณ 1.2 V ต่อเซลล์ ในขณะที่ แบตเตอรี่กรดตะกั่ว สร้างประมาณ 2 V ต่อเซลล์ ดังนั้น แบตเตอรี่ 12 โวลต์จะมีเซลล์รวม 6 ตัวที่เชื่อมต่อกันเป็นอนุกรม

แรงดันไฟฟ้าภายใน (EMF) ของแบตเตอรี่

หากใครวัดความต่างศักย์ไฟฟ้าระหว่างขั้วของแบตเตอรี่เมื่อไม่มีโหลดเชื่อมต่อกับแบตเตอรี่ พวกเขาจะได้แรงดันไฟฟ้าที่พัฒนาขึ้นในแบตเตอรี่เมื่อไม่มี กระแส ไหลผ่าน แรงดันไฟฟ้านี้มักถูกเรียกว่า แรงดันไฟฟ้าภายใน หรือ EMF ของแบตเตอรี่ หรือแรงดันไฟฟ้าเมื่อไม่มีโหลด

แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วของแบตเตอรี่

แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วของแบตเตอรี่ คือความต่างศักย์ระหว่างขั้วเมื่อมีการดึงกระแสออกจากแบตเตอรี่ จริงๆ แล้ว เมื่อมีโหลดเชื่อมต่อกับแบตเตอรี่ จะมีกระแสโหลดไหลผ่าน ดังนั้น แบตเตอรี่เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ต้องมี ความต้านทานไฟฟ้า ภายใน ด้วยเหตุนี้ ความต้านทานภายในของแบตเตอรี่ จะมี แรงดันตกคร่อม บางส่วน ดังนั้น ถ้าวัดแรงดันที่ขั้วโหลด หรือ แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วของแบตเตอรี่ เมื่อมีโหลดเชื่อมต่อ จะได้แรงดันที่น้อยกว่า EMF ของแบตเตอรี่โดยแรงดันตกคร่อมภายในแบตเตอรี่

หาก E คือ EMF หรือแรงดันไฟฟ้าเมื่อไม่มีโหลดของแบตเตอรี่ และ V คือแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วโหลด แล้ว E – V = แรงดันตกคร่อมภายในแบตเตอรี่
ตามกฎ โอห์ม แรงดันตกคร่อมภายในนี้คือผลคูณของความต้านทานไฟฟ้าที่แบตเตอรี่เสนอและกระแสที่ไหลผ่าน

ความต้านทานภายในของแบตเตอรี่

ความต้านทานทั้งหมดที่กระแสเผชิญเมื่อไหลผ่านแบตเตอรี่จากขั้วลบไปยังขั้วบวกเรียกว่า ความต้านทานภายในของแบตเตอรี่

แบตเตอรี่แบบอนุกรมและขนาน

เซลล์แบตเตอรี่ สามารถเชื่อมต่อแบบอนุกรม แบบขนาน หรือผสมผสานทั้งสองแบบ

แบตเตอรี่แบบอนุกรม

เมื่อขั้วบวกของเซลล์หนึ่งเชื่อมต่อกับขั้วลบของเซลล์ถัดไป เซลล์เหล่านั้นจะถูกเรียกว่าเชื่อมต่อแบบอนุกรม หรือ แบตเตอรี่แบบอนุกรม ที่นี่ แรงดันไฟฟ้ารวมของแบตเตอรี่เป็นผลรวมทางพีชคณิตของเซลล์แต่ละตัวที่เชื่อมต่อกันเป็นอนุกรม แต่กระแสที่ปล่อยออกจากการเชื่อมต่อแบบอนุกรมไม่เกินกระแสที่ปล่อยออกจากเซลล์เดี่ยว

หาก E คือแรงดันไฟฟ้ารวมของแบตเตอรี่ที่รวมเซลล์ n ตัว และ E1, E2, E3, …………… En คือแรงดันไฟฟ้าของเซลล์แต่ละตัว

เช่นเดียวกัน ถ้า r1, r2, r3, …………… rn คือความต้านทานภายในของเซลล์แต่ละตัว ความต้านทานภายในของแบตเตอรี่จะเท่ากับผลรวมของความต้านทานภายในของเซลล์แต่ละตัว นั่นคือ

แบตเตอรี่แบบขนาน

เมื่อขั้วบวกของเซลล์ทั้งหมดเชื่อมต่อกัน และขั้วลบของเซลล์เหล่านี้เชื่อมต่อกันในแบตเตอรี่ เซลล์เหล่านั้นจะถูกเรียกว่าเชื่อมต่อแบบขนาน การเชื่อมต่อเหล่านี้ยังถูกเรียกว่า แบตเตอรี่แบบขนาน ถ้าแรงดันไฟฟ้าของเซลล์แต่ละตัวเท่ากัน แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ที่รวมเซลล์ n ตัวที่เชื่อมต่อกันแบบขนานจะเท่ากับแรงดันไฟฟ้าของเซลล์แต่ละตัว ความต้านทานภายในที่ได้จากการเชื่อมต่อนี้คือ

กระแสที่แบตเตอรี่ส่งออกคือผลรวมของกระแสที่เซลล์แต่ละตัวส่งออก

การเชื่อมต่อแบบผสมของแบตเตอรี่ หรือแบตเตอรี่แบบอนุกรมและขนาน

เช่นเดียวกับที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ เซลล์ในแบตเตอรี่สามารถเชื่อมต่อแบบผสมระหว่างอนุกรมและขนาน ซึ่งบางครั้งเรียกว่า แบตเตอรี่แบบอนุกรมและขนาน โหลดอาจต้องการแรงดันและกระแสที่มากกว่าเซลล์แบตเตอรี่เดียว สำหรับแรงดันที่ต้องการ สามารถเชื่อมต่อเซลล์แบตเตอรี่จำนวนที่ต้องการเป็นอนุกรม และสำหรับกระแสที่ต้องการ สามารถเชื่อมต่อการเชื่อมต่อแบบอนุกรมเหล่านี้เป็นขนาน สมมติว่ามี m จำนวนของการเชื่อมต่อแบบอนุกรม แต่ละรายการมีเซลล์ n ตัวเชื่อมต่อกันเป็นขนาน