第2节 电池结构(修订中)
[TOC]
_电池_一词仅表示一组相似的组件。在军事词汇中，“电池”是指一组枪支。在电力方面，“电池”是一组伏打电池，旨在提供比单独使用一个电池可能提供的更大的电压和/或电流。
单元格的符号很简单，由一根长线和一根短线组成，相互平行，并带有连接线：
电池的符号只不过是几个串联堆叠的电池符号：
如前所述，任何特定类型的电池产生的电压都严格由该电池类型的化学性质决定。电池的大小与其电压无关。为了获得比单个电池的输出更大的电压，必须串联多个电池。电池的总电压是所有电池电压的总和。典型的汽车铅酸电池有六个电池，标称电压输出为 6 x 2.0 或 12.0 伏：
汽车电池中的电池包含在同一个硬橡胶外壳中，用粗铅条而不是电线连接在一起。每个电池的电极和电解质溶液都包含在电池盒的独立分隔部分中。在大型电池中，电极通常采用薄金属网格或板的形状，通常被称为_板_而不是电极。
为方便起见，电池符号通常限于四行，长/短交替，尽管它所代表的真实电池可能比这更多。但是，有时您可能会遇到一个带有异常高电压的电池符号，故意用额外的线绘制。当然，这些线代表了单个细胞板：
# 1. 电池的大小有什么关系？
如果电池的物理尺寸对其电压没有影响，那么它会影响什么？答案是电阻，它反过来会影响电池可以提供的最大电流量。由于电极和电解质，每个伏打电池都包含一定量的内阻。电池越大，电极与电解质的接触面积就越大，因此它的内阻就越小。
虽然我们通常认为电路中的电池或电池是完美的电压源（绝对恒定），但通过它的电流仅取决于它所连接的电路的_外部_电阻，这在现实生活中并不完全正确. 由于每个电池或电池都包含一些内部电阻，因此该电阻必须影响任何给定电路中的电流：
上面虚线所示的真实电池的内阻为 0.2 Ω，这会影响其向 1 Ω 负载电阻提供电流的能力。左侧的理想电池没有内阻，因此我们的欧姆定律 (opens new window)计算电流 (I=E/R) 为我们提供了 10 安培的完美电流值，负载为 1 欧姆，电源为 10 伏。真正的电池具有内置电阻，进一步阻碍了电流的流动，只能为相同的电阻负载提供 8.333 安培的电流。
理想的电池，在具有 0 Ω 电阻的短路中，将能够提供无限量的电流。另一方面，由于其内部电阻，真正的电池只能为 0 Ω 电阻的短路提供 50 安培（10 伏特/0.2 Ω）电流。电池内部的化学反应可能仍然提供正好 10 伏的电压，但是当电流流过电池时，该内部电阻上的电压会下降，这会减少电池端子上可用于负载的电压量。
# 2. 如何连接电池以最小化电池的内阻？
由于我们生活在一个不完美的世界，拥有不完美的电池，我们需要了解内阻等因素的影响。通常，电池被放置在其内部电阻与电路负载的内部电阻相比可以忽略不计的应用中（它们的短路电流远远超过其通常的负载电流），因此其性能非常接近理想电压源的性能。
如果我们需要构建一个电阻低于单个电池所能提供的电阻的电池（以获得更大的电流容量），我们将不得不将电池并联在一起：
本质上，我们在这里所做的是确定五个并联电池的戴维南 (opens new window)等效值（一个电压源和一个串联电阻的等效网络）。等效网络具有相同的源电压，但电阻是原始网络中任何单个电池的一小部分。并联电池的总体效果是降低等效内阻，就像电阻并联一样 (opens new window)总阻力减小。这个由 5 个电池组成的电池的等效内阻是每个电池的 1/5。总电压保持不变：2.0 伏。如果这组电池为电路供电，则通过每个电池的电流将是总电路电流的 1/5，因为通过等阻并联支路的电流均等分配。
# 3. 总结
- _电池_是一组电池，它们连接在一起以获得更大的电压和/或电流容量。
- 串联在一起的电池（极性辅助）会产生更大的总电压。
- 物理单元尺寸会影响单元电阻，进而影响单元向电路提供电流的能力。通常，电池越大，其内阻越小。
- 并联在一起的电池会导致总电阻更小，总电流可能更大。
相关练习：