如何计算串联连接的输出电压和电流电压电池

在本文中，了解如何计算串联连接的输出电压和电流电压电池。此外，了解串联辅助和串联相反现象如何在电压单元中工作。

一个电压电池的正极端子连接到另一个电压电池的负极端子时，组合输出是电池端子电压的总和，并且称为电池串联。

输出电压和电流

图1（a）显示了串联连接的四个电池的电池，其中负极连接到前一个电池的正极。通过这种布置，电池电压加在一起以获得相对较大的电池端电压。

E = E1+ E2+ E3+ E4+ ⋯ （1）

如果图1（a）中每节电池的电动势为1.5 V，则总输出电压为：

E = 1.5V + 1.5V + 1.5V + 1.5V = 6V

如果电池电动势并非全部为1.5 V，则电池的输出电压仍将是各个电池电压的总和。

（a） 四个串联电压电池

（b） 四个串联电池的电路符号

（c） 串联电池的替代电路符号

（d） 串联电池的等效电路

图1.带有电路图和等效电路的串联电池。输出电压是单个电池电压的总和，电池的内阻是电池内部电阻的总和。图片由Amna Ahmad提供

图1（b）显示了串联的四个电池的电路图。以图形方式表示串联电池的替代方法如图1（c）所示，电池等效电路如图1（d）所示。串联电池的总内阻当然是单个电池的内阻之和。

Rs= RS1( 1S2( 1S3+ ⋯ （2）

当外部负载电阻（RL）连接到一组四个串联连接的电池，输出电流为：

[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

从电路中注意，输出电流流过每个单独的电池。因此，例如，如果每个电池可以提供 1 A 的最大电流，则电池组的输出电流不能超过 1 A。开路输出电压和电池输出电流可分别由公式1和公式3计算得出。提供负载电流时电池的端电压由公式1确定。不相同的电压电池可以串联连接;但是，电池可以提供的最大电流仅限于最低电流电池的最大输出。

串联电池产生的输出电压等于单个电池电压的总和，并提供等于可以从最低电流电池获取的最大电流。

例

图2（a）所示的电池由四个单独的电池组成，每个电池的开路端电压为E = 2 V，内阻为0.1 Ω。确定电池在空载和R时的端电压L=9.6 Ω.此外，确定电池端子短路时流动的电流。

（a） 带外部负载的电池

（b） 等效电路

图2.具有外部负载的电池电池的电路图和等效电路。负载电流为 IE/（Rs+RL），电池端电压为Eo= E - （红外s).图片由Amna Ahmad提供

溶液

E = E1+ E2+ E3+ E4= 4×2V = 8V

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

用于空载

我o= 0

和

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

对于 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]

请注意，应避免电池或电池端子短路，因为它会快速放电。此外，流动的大电流可能会永久损坏可充电电池。

9 V 电池

常用9 V电池的结构如图3所示。使用六个1.5 V锌碳电池，每个电池近似矩形棱柱形。每个电池的（负极端子）底部与下方电池的（正极端子）顶部接触。因此，堆叠的单元是串联的。电池正极端子直接连接到最上层电池的顶部，扁平绝缘导体从底部电池的负极与电池负极接触。

图3.9 V 电池由六个串联的 1.5 V 电池组成

串联辅助和串联对立连接

图4（a）所示的串联电池的每个正极端子都连接到相邻电池的负极端子。通过这种布置，它们相互协助产生电流。这种连接方法称为串联辅助。如图4（b）所示，当电池串联以产生相反方向的电流时，该连接称为串联对置。通常避免串联相反的连接，通常仅由于错误而发生。总输出电压仍然是各个电池电压的总和，但必须考虑电压的极性。如图4（c）所示，当三节1.5 V电池之一串联对接时，电池的端电压为：

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

如果放电电池与完全充电的电池串联，则放电电池对总输出电压增加很少或没有增加，但它确实增加了电池的总内阻。因此，放电电池不应与充满电的电池串联。

（a） 以串联辅助顺序连接的电压电池

（b） 以串联相反的顺序连接的电压电池

（c） 以辅助和串联对立顺序连接的电压电池

图4.当电压电池串联连接时，它们总是串联辅助连接，以便它们的电压加在一起。串联相反的电池可降低输出电压。

正/负供应

图5（a）显示了两个串联的4.5 V电池，其公共端子接地，电池的电路图如图5（b）所示。因为电池B的负极端子1接地，输出电压为E1=4.5 V，即相对于地为正。B的正极端子2是接地的，所以输出电压为B的2是 E2=-4.5 V，相对于地面为负。两个电池的组合输出通常指定为±4.5 V。许多电子电路使用这种正/负类型的电源。

（a） 两个电池作为正负电源连接

（b） 正负供应电路

图5.两个 4.5 V 电池可以串联，其公共端子接地，以提供 ±4.5 电源。

电压电池的要点

一个简单的电压电池由浸入液体电解质中的两个不同的金属板组成。电压电池可以串联、并联或串并联组合运行。电压电池或电池组的性能可以根据其可以提供的最大电压和电流及其安培小时 （A-h） 额定值来定义。
审核编辑：陈陈