배터리라는 단어는 단순히 유사한 구성 요소의 그룹을 의미합니다. 군사 용어로 "배터리"는 총의 집합을 의미합니다. 전기에서 "배터리"는 단일 셀로 가능한 것보다 더 큰 전압 및/또는 전류를 제공하도록 설계된 볼타 셀 세트입니다.
세포의 기호는 매우 간단합니다. 서로 평행한 긴 선 하나와 짧은 선 하나로 구성되어 있으며, 연결선이 있습니다.
배터리 기호는 직렬로 쌓인 몇 개의 셀 기호에 불과합니다.
앞서 언급했듯이, 특정 종류의 셀에서 생성되는 전압은 해당 셀 유형의 화학에 의해 엄격하게 결정됩니다. 셀의 크기는 전압과 무관합니다. 단일 셀의 출력보다 더 높은 전압을 얻으려면 여러 셀을 직렬로 연결해야 합니다. 배터리의 총 전압은 모든 셀 전압의 합입니다. 일반적인 자동차 납산 배터리에는 셀이 6개 있어 정격 전압 출력은 6 x 2.0 또는 12.0V입니다.
자동차 배터리의 셀은 동일한 단단한 고무 하우징에 들어 있으며, 와이어 대신 두꺼운 납 막대로 연결되어 있습니다. 각 셀의 전극과 전해질 용액은 배터리 케이스의 별도 분할 섹션에 들어 있습니다. 대형 배터리의 경우 전극은 일반적으로 얇은 금속 격자 또는 판 모양을 띠며 종종 전극 대신 판 이라고 합니다.
편의상 배터리 기호는 일반적으로 4개의 선으로 제한되며, 길고 짧음이 번갈아가며 표시되지만, 실제로 배터리는 그보다 훨씬 많은 셀을 가질 수 있습니다. 그러나 가끔은 의도적으로 여분의 선으로 그려진 비정상적으로 높은 전압의 배터리 기호를 볼 수도 있습니다. 물론 선은 개별 셀 플레이트를 나타냅니다.
배터리 크기는 왜 중요할까?
셀의 물리적 크기가 전압에 영향을 미치지 않는다면 무엇에 영향을 미칠까요? 답은 저항이며, 이는 셀이 제공할 수 있는 최대 전류량에 영향을 미칩니다. 모든 볼타 셀은 전극과 전해질로 인해 어느 정도의 내부 저항을 포함합니다. 셀이 클수록 전해질과 전극의 접촉 면적이 커지고 따라서 내부 저항이 줄어듭니다.
우리는 일반적으로 회로의 셀이나 배터리를 완벽한 전압원(절대적으로 일정함)으로 여기지만, 이를 통과하는 전류는 연결된 회로의 외부 저항에 의해서만 결정됩니다. 이는 현실에서는 전적으로 사실이 아닙니다. 모든 셀이나 배터리에는 내부 저항이 있기 때문에 해당 저항은 주어진 회로의 전류에 영향을 미쳐야 합니다.
위에 점선으로 표시된 실제 배터리는 내부 저항이 0.2Ω로, 1Ω의 부하 저항에 전류를 공급하는 능력에 영향을 미칩니다. 왼쪽의 이상적인 배터리는 내부 저항이 없으므로 전류에 대한 옴의 법칙 계산(I=E/R)은 1Ω 부하와 10V 공급에서 완벽한 10암페어 전류 값을 제공합니다. 내장 저항이 전류 흐름을 더욱 방해하는 실제 배터리는 동일한 저항 부하에 8.333암페어만 공급할 수 있습니다.
0Ω 저항의 단락 회로에서 이상적인 배터리는 무한한 양의 전류를 공급할 수 있습니다. 반면 실제 배터리는 내부 저항으로 인해 0Ω 저항의 단락 회로에 50암페어(10볼트/0.2Ω)만 공급할 수 있습니다. 셀 내부의 화학 반응은 여전히 정확히 10볼트를 제공할 수 있지만, 전류가 배터리를 통해 흐르면서 전압이 내부 저항을 통해 떨어지고, 이는 배터리 단자에서 부하로 사용할 수 있는 전압의 양을 줄입니다.
배터리의 내부 저항을 최소화하기 위해 셀을 연결하는 방법은?
우리는 불완전한 배터리가 있는 불완전한 세상에 살고 있기 때문에 내부 저항과 같은 요인의 의미를 이해해야 합니다. 일반적으로 배터리는 회로 부하에 비해 내부 저항이 무시할 수 있는 애플리케이션에 배치됩니다(단락 전류가 일반적인 부하 전류를 훨씬 초과하는 경우). 따라서 성능은 이상적인 전압 소스의 성능과 매우 가깝습니다.
한 셀이 제공할 수 있는 것보다 더 낮은 저항을 갖는 배터리를 구성해야 하는 경우(더 큰 전류 용량을 위해), 우리는 셀을 병렬로 연결해야 할 것입니다:
기본적으로, 우리가 여기서 한 것은 병렬로 연결된 5개 셀의 테브난 등가를 결정하는 것입니다(1개 전압원과 1개 직렬 저항의 등가 네트워크). 등가 네트워크는 동일한 소스 전압을 갖지만 원래 네트워크의 개별 셀의 저항의 일부에 불과합니다. 병렬로 셀을 연결하는 전반적인 효과는 병렬로 연결된 저항기가 전체 저항을 감소시키는 것과 마찬가지로 등가 내부 저항을 감소시키는 것입니다. 이 5개 셀 배터리의 등가 내부 저항은 각 개별 셀의 1/5입니다. 전체 전압은 동일하게 유지됩니다: 2.0볼트. 이 셀 배터리가 회로에 전력을 공급하는 경우, 각 셀을 통과하는 전류는 등가 저항 병렬 분기를 통한 전류의 균등한 분할로 인해 전체 회로 전류의 1/5이 될 것입니다.
검토:
- 배터리 는 더 높은 전압 및/또는 전류 용량을 위해 서로 연결된 셀의 집합체입니다.
- 직렬로 연결된 셀(극성에 따라 다름)은 전체 전압이 더 높아집니다.
- 물리적 셀 크기는 셀 저항에 영향을 미치고, 이는 셀이 회로에 전류를 공급하는 능력에 영향을 미칩니다. 일반적으로 셀이 클수록 내부 저항이 작아집니다.
- 병렬로 연결된 셀은 전체 저항이 낮아지고, 잠재적으로 전체 전류가 높아집니다.