如何計(jì)算串聯(lián)連接的輸出電壓和電流電壓電池

在本文中，了解如何計(jì)算串聯(lián)連接的輸出電壓和電流電壓電池。此外，了解串聯(lián)輔助和串聯(lián)相反現(xiàn)象如何在電壓單元中工作。

一個(gè)電壓電池的正極端子連接到另一個(gè)電壓電池的負(fù)極端子時(shí)，組合輸出是電池端子電壓的總和，并且稱為電池串聯(lián)。

輸出電壓和電流

圖1（a）顯示了串聯(lián)連接的四個(gè)電池的電池，其中負(fù)極連接到前一個(gè)電池的正極。通過這種布置，電池電壓加在一起以獲得相對(duì)較大的電池端電壓。

E= E1+ E2+ E3+ E4+ ? （1）

如果圖1（a）中每節(jié)電池的電動(dòng)勢(shì)為1.5 V，則總輸出電壓為：

E= 1.5V+1.5V+1.5V+1.5V=6V

如果電池電動(dòng)勢(shì)并非全部為1.5 V，則電池的輸出電壓仍將是各個(gè)電池電壓的總和。

（a） 四個(gè)串聯(lián)電壓電池

（b） 四個(gè)串聯(lián)電池的電路符號(hào)

（c） 串聯(lián)電池的替代電路符號(hào)

（d） 串聯(lián)電池的等效電路

圖1.帶有電路圖和等效電路的串聯(lián)電池。輸出電壓是單個(gè)電池電壓的總和，電池的內(nèi)阻是電池內(nèi)部電阻的總和。圖片由Amna Ahmad提供

圖1（b）顯示了串聯(lián)的四個(gè)電池的電路圖。以圖形方式表示串聯(lián)電池的替代方法如圖1（c）所示，電池等效電路如圖1（d）所示。串聯(lián)電池的總內(nèi)阻當(dāng)然是單個(gè)電池的內(nèi)阻之和。

Rs= RS1( 1S2( 1S3+ ? （2）

當(dāng)外部負(fù)載電阻（RL）連接到一組四個(gè)串聯(lián)連接的電池，輸出電流為：

[I=frac{E_{1}+E_{2}+E_{3}+E_{4}}{R_{L}+R_{s1}+R_{s2}+R_{s3}+R_{s4}}]

和

I=I1= I2= I3= I4

從電路中注意，輸出電流流過每個(gè)單獨(dú)的電池。因此，例如，如果每個(gè)電池可以提供 1 A 的最大電流，則電池組的輸出電流不能超過 1 A。開路輸出電壓和電池輸出電流可分別由公式1和公式3計(jì)算得出。提供負(fù)載電流時(shí)電池的端電壓由公式1確定。不相同的電壓電池可以串聯(lián)連接;但是，電池可以提供的最大電流僅限于最低電流電池的最大輸出。

串聯(lián)電池產(chǎn)生的輸出電壓等于單個(gè)電池電壓的總和，并提供等于可以從最低電流電池獲取的最大電流。

例

圖2（a）所示的電池由四個(gè)單獨(dú)的電池組成，每個(gè)電池的開路端電壓為E = 2 V，內(nèi)阻為0.1 Ω。確定電池在空載和R時(shí)的端電壓L=9.6 Ω.此外，確定電池端子短路時(shí)流動(dòng)的電流。

（a） 帶外部負(fù)載的電池

（b） 等效電路

圖2.具有外部負(fù)載的電池電池的電路圖和等效電路。負(fù)載電流為 IE/（Rs+RL），電池端電壓為Eo= E - （紅外s).圖片由Amna Ahmad提供

溶液

E= E1+ E2+ E3+ E4= 4×2V = 8V

Rs= RS1( <>S2( <>S3( <>S4= 4 ×0。1Ω = 0.4Ω

用于空載

我o= 0

和

Eo= E - IoRs= 8V - 0 =8 V

對(duì)于 RL= 9.6Ω

[I_{o}=frac{E_{c}}{R_{s}+R_{L}}=frac{8V}{0.4Omega+9.6Omega}=0.8A]

Eo= Ec， h1Rs= 8V - （0.8A × 0.4Ω） = 7.68V

用于短路

RL= 0

[I_{o}=frac{E_{c}}{R_{s}+R_{L}}=frac{8V}{0.4Omega+0Omega}=20A]

請(qǐng)注意，應(yīng)避免電池或電池端子短路，因?yàn)樗鼤?huì)快速放電。此外，流動(dòng)的大電流可能會(huì)永久損壞可充電電池。

9 V 電池

常用9 V電池的結(jié)構(gòu)如圖3所示。使用六個(gè)1.5 V鋅碳電池，每個(gè)電池近似矩形棱柱形。每個(gè)電池的（負(fù)極端子）底部與下方電池的（正極端子）頂部接觸。因此，堆疊的單元是串聯(lián)的。電池正極端子直接連接到最上層電池的頂部，扁平絕緣導(dǎo)體從底部電池的負(fù)極與電池負(fù)極接觸。

圖3.9 V 電池由六個(gè)串聯(lián)的 1.5 V 電池組成

串聯(lián)輔助和串聯(lián)對(duì)立連接

圖4（a）所示的串聯(lián)電池的每個(gè)正極端子都連接到相鄰電池的負(fù)極端子。通過這種布置，它們相互協(xié)助產(chǎn)生電流。這種連接方法稱為串聯(lián)輔助。如圖4（b）所示，當(dāng)電池串聯(lián)以產(chǎn)生相反方向的電流時(shí)，該連接稱為串聯(lián)對(duì)置。通常避免串聯(lián)相反的連接，通常僅由于錯(cuò)誤而發(fā)生?？傒敵鲭妷喝匀皇歉鱾€(gè)電池電壓的總和，但必須考慮電壓的極性。如圖4（c）所示，當(dāng)三節(jié)1.5 V電池之一串聯(lián)對(duì)接時(shí)，電池的端電壓為：

E= E1+ E2+ E3= 1.5V + 1.5V + （-1.5V） = 1.5V

如果放電電池與完全充電的電池串聯(lián)，則放電電池對(duì)總輸出電壓增加很少或沒有增加，但它確實(shí)增加了電池的總內(nèi)阻。因此，放電電池不應(yīng)與充滿電的電池串聯(lián)。

（a） 以串聯(lián)輔助順序連接的電壓電池

（b） 以串聯(lián)相反的順序連接的電壓電池

（c） 以輔助和串聯(lián)對(duì)立順序連接的電壓電池

圖4.當(dāng)電壓電池串聯(lián)連接時(shí)，它們總是串聯(lián)輔助連接，以便它們的電壓加在一起。串聯(lián)相反的電池可降低輸出電壓。

正/負(fù)供應(yīng)

圖5（a）顯示了兩個(gè)串聯(lián)的4.5 V電池，其公共端子接地，電池的電路圖如圖5（b）所示。因?yàn)殡姵谺的負(fù)極端子1接地，輸出電壓為E1=4.5 V，即相對(duì)于地為正。B的正極端子2是接地的，所以輸出電壓為B的2是 E2=-4.5 V，相對(duì)于地面為負(fù)。兩個(gè)電池的組合輸出通常指定為±4.5 V。許多電子電路使用這種正/負(fù)類型的電源。

（a） 兩個(gè)電池作為正負(fù)電源連接

（b） 正負(fù)供應(yīng)電路

圖5.兩個(gè) 4.5 V 電池可以串聯(lián)，其公共端子接地，以提供 ±4.5 電源。

電壓電池的要點(diǎn)

一個(gè)簡單的電壓電池由浸入液體電解質(zhì)中的兩個(gè)不同的金屬板組成。電壓電池可以串聯(lián)、并聯(lián)或串并聯(lián)組合運(yùn)行。電壓電池或電池組的性能可以根據(jù)其可以提供的最大電壓和電流及其安培小時(shí) （A-h） 額定值來定義。
審核編輯：陳陳