バッテリー構造

バッテリーという言葉 単に類似したコンポーネントのグループを意味します。軍の語彙では、「バッテリー」は銃のクラスターを指します。電気では、「バッテリー」は、1つのセルだけで可能であるよりも大きな電圧および/または電流を提供するように設計された一連のボルタ電池です。

セルの記号は非常に単純で、1本の長い線と1本の短い線で構成され、互いに平行で、接続線があります。

バッテリーのシンボルは、直列に積み重ねられた2つのセルシンボルにすぎません。

前に述べたように、特定の種類のセルによって生成される電圧は、そのセルタイプの化学的性質によって厳密に決定されます。セルのサイズは、その電圧とは無関係です。単一セルの出力よりも高い電圧を得るには、複数のセルを直列に接続する必要があります。バッテリーの合計電圧は、すべてのセル電圧の合計です。一般的な自動車用鉛蓄電池には6つのセルがあり、公称電圧出力は6 x2.0または12.0ボルトです。

自動車用バッテリーのセルは、同じ硬質ゴム製のハウジング内にあり、ワイヤーではなく太い鉛の棒で接続されています。各セルの電極と電解液は、バッテリーケースの別々の仕切られたセクションに含まれています。大型バッテリーでは、電極は一般に薄い金属グリッドまたはプレートの形状を取り、プレートと呼ばれることがよくあります。 電極の代わりに。

便宜上、バッテリー記号は通常4行に制限されており、長い/短い交互になっていますが、実際のバッテリーはそれよりもはるかに多くのセルを持っている場合があります。ただし、場合によっては、意図的に余分な線で描かれた、異常に高い電圧のバッテリーの記号に出くわすことがあります。もちろん、これらの線は個々の細胞プレートを表しています。

バッテリーのサイズはどのように関係しますか？

セルの物理的なサイズがその電圧に影響を与えない場合、それは何に影響しますか？答えは抵抗です。これは、セルが供給できる最大電流量に影響を与えます。すべてのボルタ電池には、電極と電解質によるある程度の内部抵抗が含まれています。セルが大きくなるほど、電解質との電極接触面積が大きくなり、内部抵抗が小さくなります。

一般に、回路内のセルまたはバッテリーは完全な電圧源（絶対的に一定）であると見なされますが、それを流れる電流は外部によってのみ決定されます。 それが接続されている回路の抵抗、これは実際の生活では完全に真実ではありません。すべてのセルまたはバッテリーには内部抵抗が含まれているため、その抵抗は特定の回路の電流に影響を与える必要があります。

上に点線で示した実際のバッテリーの内部抵抗は0.2Ωであり、これは1Ωの負荷抵抗に電流を供給する能力に影響を与えます。左側の理想的なバッテリーには内部抵抗がないため、電流のオームの法則の計算（I =E / R）により、1オームの負荷と10ボルトの電源での電流の完全な値は10アンペアになります。抵抗が組み込まれ、電流の流れをさらに妨げる実際のバッテリーは、同じ抵抗負荷に8.333アンペアしか供給できません。

理想的なバッテリーは、抵抗が0Ωの短絡状態で、無限の量の電流を供給できます。一方、実際のバッテリーは、内部抵抗のため、0Ωの抵抗の短絡に対して50アンペア（10ボルト/0.2Ω）しか供給できません。セル内の化学反応はまだ正確に10ボルトを供給している可能性がありますが、電流がバッテリーを流れるときに電圧がその内部抵抗の両端で低下し、バッテリー端子で負荷に利用できる電圧の量が減少します。

セルを接続してバッテリーの内部抵抗を最小限に抑える方法

私たちは不完全なバッテリーのある不完全な世界に住んでいるので、内部抵抗などの要因の影響を理解する必要があります。通常、バッテリは、回路負荷の内部抵抗と比較して内部抵抗が無視できるアプリケーション（短絡電流が通常の負荷電流をはるかに超える）に配置されるため、パフォーマンスは理想的な電圧源のパフォーマンスに非常に近くなります。

1つのセルが提供できるよりも低い抵抗で（より大きな電流容量のために）バッテリーを構築する必要がある場合は、セルを並列に接続する必要があります：

基本的に、ここで行ったことは、並列の5つのセルのテブナン等価物（1つの電圧源と1つの直列抵抗の等価ネットワーク）を決定することです。同等のネットワークの電源電圧は同じですが、元のネットワークの個々のセルの抵抗の一部です。セルを並列に接続することの全体的な効果は、並列の抵抗が総抵抗を減少させるのと同じように、等価内部抵抗を減少させることです。この5セルのバッテリーの等価内部抵抗は、個々のセルの1/5です。全体の電圧は同じままです：2.0ボルト。このセルのバッテリーが回路に電力を供給している場合、等抵抗の並列分岐を流れる電流が均等に分割されるため、各セルを流れる電流は回路の総電流の1/5になります。

レビュー：

• バッテリー は、電圧や電流容量を増やすために相互に接続されたセルのクラスターです。
• セルを直列に接続すると（極性が補助されます）、合計電圧が高くなります。
• 物理的なセルサイズはセルの抵抗に影響を与え、それが次にセルが回路に電流を供給する能力に影響を与えます。一般に、セルが大きいほど、内部抵抗は小さくなります。
• セルを並列に接続すると、総抵抗が少なくなり、総電流が大きくなる可能性があります。

関連するワークシート：

• 電池ワークシート
• テブナン、ノートン、および最大電力伝達定理ワークシート