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电池构造基础:单体、内阻与连接方式

电池一词指代一组相似组件。军事术语指炮群;电子学指串联伏打电池单元以提供单体无法达到的更高电压和/或电流。

电气符号刻意简洁:单体用两平行长短线加连线表示。

电池构造基础:单体、内阻与连接方式

电池符号即多个单体符号串联堆叠,指示单体串联电压相加。

电池构造基础:单体、内阻与连接方式

如前所述,单体电压由化学性质决定;物理尺寸不改变标称电压。为得更高总电压,单体须串联,电池输出电压等于单体电压之和。例如标准汽车铅酸电池含六个 2.0 V 单体,标称 12.0 V 输出:

电池构造基础:单体、内阻与连接方式

汽车电池中,单体共用单一硬橡胶外壳。粗铅排而非细线互联单体。每单体电极与电解质隔离于外壳分区内。大容量电池电极常为大型金属网格或板,称“极板”。

为简化,原理图符号通常仅显示四线——交替长短——即使实际电池含更多单体。偶见额外线条表示异常高电压电池;每线代表单体极板:

电池构造基础:单体、内阻与连接方式

电池尺寸如何影响性能?

单体尺寸不影响电压,但影响内阻。较大单体提供更大电极表面积,降低电极-电解质接触电阻。更低内阻使单体能向负载提供更大电流。

理论上单体视为理想电压源。实践中每单体有内阻限制输出电流。下例说明此效应:

电池构造基础:单体、内阻与连接方式

虚线图显示 0.2 Ω 内阻真实电池驱动 1 Ω 负载。理想电池(无内阻)供 10 A (10V/1Ω)。真实电池受内阻限制仅供 8.33 A. 短路(0 Ω 负载)下,理想源供无限电流,真实电池限 50 A (10V/0.2Ω)。单体化学仍给 10 V,但部分电压跨内阻降落,减少负载端可用端电压。

并联连接降低内阻

许多应用中电池内阻可忽略,性能近似理想源。需更低总电阻(更大电流容量)时,单体应并联:

电池构造基础:单体、内阻与连接方式

五相同单体并联得戴维南等效:单 2.0 V 源,内阻为单体五分之一。总电压仍 2.0 V,但电流容量增大因每单体分担负载电流。

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