باتری سری و موازی (آموزش سری و موازی کردن باتری ها)

باتری یک عنصر الکتریکی است که در آن پتانسیل الکتریکی در اثر واکنش شیمیایی تولید می شود. هر واکنش الکتروشیمیایی مقدار متفاوتی از اختلاف پتانسیل الکتریکی را بین دو الکترود تولید می کند. این واکنش‌ های الکتروشیمیایی برای تولید اختلاف پتانسیل الکتریکی محدود در سلول های باتری انجام می ‌شود. برای دستیابی به اختلاف پتانسیل الکتریکی مورد نظر در دو سر باتری، باید چندین سلول به صورت سری به هم متصل شوند.

از این رو می توان چنین نتیجه گرفت که باتری ترکیبی از چندین سلول است که در آن یک سلول واحد یک باتری است. به عنوان مثال، سلول های باتری نیکل-کادمیم به طور معمول حدود 1.2 ولت در هر سلول تولید می کنند در حالی که باتری اسید سرب حدود 2 ولت در هر سلول تولید می کند. بنابراین یک باتری اسید سرب 12 ولتی در مجموع دارای 6 سلول به صورت سری خواهد بود.

نیرو محرکه‌ الکتریکی باتری (EMF):

اگر اختلاف پتانسیل الکتریکی بین دو سر باتری را زمانی که بار به باتری متصل نیست اندازه گیری کنیم، ولتاژ در باتری را زمانی که جریانی آن عبور نمی کند دریافت می کنیم. این ولتاژ به طور کلی به عنوان نیرو محرکه‌ الکتریکی یا emf باتری شناخته می شود که به آن ولتاژ بدون بار باتری نیز گفته می شود.

ولتاژ ترمینال باتری:

ولتاژ ترمینال باتری برابر با اختلاف پتانسیل بین ترمینال های آن در زمانی است که جریان از آن کشیده می شود. در واقع هنگامی که بار به باتری متصل می شود، جریان بار از آن عبور می کند. از آنجایی که باتری یک تجهیز الکتریکی است، باید مقداری مقاومت الکتریکی در داخل خود داشته باشد. به دلیل این مقاومت داخلی باتری، مقداری افت ولتاژ در آن وجود خواهد داشت. بنابراین، اگر کسی ولتاژ ترمینال باتری را هنگام اتصال به بار اندازه گیری کند، با در نظر گرفتن افت ولتاژ داخلی باتری، ولتاژی را دریافت می کند که کمتر از emf باتری است.

اگر E ولتاژ emf یا بدون بار باتری و V ولتاژ ترمینال باتری در حضور بار باشد، E – V = افت ولتاژ داخلی باتری است. طبق قانون اهم، این افت ولتاژ داخلی برابر با حاصل ضرب مقاومت الکتریکی باتری و جریان عبوری از آن است.

مقاومت داخلی باتری: جریانی که در باتری از ترمینال منفی به ترمینال مثبت جریان دارد، با مقاومتی در باتری مواجه می شود که به عنوان مقاومت داخلی باتری شناخته می شود.

سلول های باتری را می توان به صورت سری، موازی و همچنین ترکیبی از این دو به هم متصل کرد.

باتری های سری

هنگامی که در یک باتری، ترمینال مثبت یک سلول به ترمینال منفی سلول بعدی متصل می شود، گفته می شود که سلول ها به صورت سری به هم متصل هستند. این ترکیب به عنوان باتری های سری شناخته می شود. در سلول های سری، emf کلی باتری، مجموع جبری emf تمام سلول‌ های متصل به صورت سری است. اما جریان تخلیه کلی باتری برابر جریان تخلیه از‌ یک سلول است.

اگر E، برابر emf کلی باتری باشد و با n سلول ترکیب شود بنابراین E1، E2، E3، …En برابر emf سلول های باتری هستند.

به طور مشابه، اگر r1، r2، r3،… rn مقاومت های داخلی سلول های باتری باشند، مقاومت داخلی باتری برابر با مجموع مقاومت داخلی تمام سلول های باتری خواهد بود.

باتری های موازی

هنگامی که در یک باتری ترمینال های مثبت سلول ها به هم متصل شوند و به طور مشابه ترمینال های منفی این سلول ها نیز به هم متصل شوند، گفته می شود که سلول ها به صورت موازی به هم متصل شده اند. این ترکیب به عنوان باتری های موازی نیز شناخته می شوند. اگر emf همه سلول ها یکسان باشد، آنگاه emf باتری که با n سلول به صورت موازی ترکیب شده است برابر با emf هر سلول است. مقاومت داخلی حاصل از ترکیب موازی برابر است با:

جریان در باتری برابر با مجموع جریان های همه سلول های باتری است.

همانطور که قبلاً گفتیم، سلول‌ های باتری را می ‌توان به صورت ترکیبی به صورت سری و موازی به هم متصل کرد. ممکن است یک بار به ولتاژ و جریان بیشتر از یک سلول باتری نیاز داشته باشد. برای دستیابی به ولتاژ مورد نیاز، می توان تعداد سلول های باتری مورد نظر را به صورت سری ترکیب کرد و برای دستیابی به جریان بار مورد نیاز، می توان تعداد مورد نظر از این ترکیب های سری را به صورت موازی وصل کرد. فرض کنید m تعداد سلول که هر کدام حاوی n تعداد سلول یکسان هستند‌، به صورت موازی به هم متصل شوند.

مجدداً  emf هر سلول E و مقاومت داخلی هر سلول r است. از آنجایی که n سلول در هر اتصال سری به هم متصل است، emf هر اتصال سری و همچنین باتری nE خواهد بود. مقاومت معادل سری nr است. همچنین، مقاومت معادل موازی برابر با nr/m است.