배터리 구조 기초: 셀, 내부 저항, 연결 방식

배터리란 유사 구성요소 그룹을 지칭합니다. 군사 용어로는 포병 집합체, 전자공학에서는 더 높은 전압/전류를 제공하기 위해 결합된 볼타 전지 세트를 의미합니다.

전기 기호는 의도적으로 단순합니다: 단일 전지는 서로 평행한 긴 선과 짧은 선, 연결 와이어로 표현.

배터리 기호는 여러 전지 기호를 직렬로 쌓은 것으로, 전지들이 직렬 연결돼 전압이 더해짐을 나타냅니다.

앞서 언급했듯 전지 전압은 화학에 의해 고정되며, 전지 물리적 크기는 공칭 전압을 바꾸지 않습니다. 더 높은 총 전압을 위해선 전지들을 직렬 배선해야 하며, 배터리 출력 전압은 개별 전지 전압 합과 같습니다. 예: 표준 자동차 납축전지는 여섯 2.0볼트 전지 포함, 공칭 12.0볼트 출력.

자동차 배터리에서 전지들은 단일 경질 고무 하우징 공유. 굵은 납 막대가 얇은 와이어 대신 전지들 상호 연결. 각 전지 전극과 전해질은 케이스 분할 구역에 격리. 대용량 배터리에서 전극은 흔히 큰 금속 그리드나 판('플레이트') 형태.

단순화를 위해 회로도 기호는 실제 배터리가 더 많은 전지를 가져도 보통 네 줄(긴/짧음 번갈아)만 표시. 가끔 비정상적 고전압 표시 위해 추가 줄이 있는 배터리 기호도 보이는데, 각 줄이 개별 전지 플레이트 의미:

배터리 크기가 성능에 미치는 영향

전지 크기가 전압에 영향 없지만 내부 저항에는 영향 줍니다. 큰 전지는 더 큰 전극 표면적 제공해 전극-전해질 간 접촉 저항 감소. 낮은 내부 저항으로 부하에 더 높은 전류 전달 가능.

이론적으로 전지는 이상적 전압원으로 취급. 실제로는 모든 전지가 전류 전달을 제한하는 내부 저항 가짐. 다음 예제가 이 효과를 보여줍니다:

점선 다이어그램은 0.2Ω 내부 저항 실전지가 1Ω 부하 구동. 이상적 배터리(내부 저항 없음)는 10A(10V/1Ω) 공급. 실제 배터리, 내부 저항 제약으로 8.33A만 전달. 단락(0Ω 부하) 시 이상적 소스는 무한 전류, 실제 배터리는 50A(10V/0.2Ω)로 제한. 전지 화학은 여전히 10V 전달하지만 일부 전압이 내부 저항에서 강하해 부하 가용 단자 전압 감소.

병렬 연결로 내부 저항 감소

많은 응용에서 배터리 내부 저항은 부하 저항에 비해 무시 가능해 성능이 이상적 소스에 근접. 전체 저항 낮춤 필요시(더 높은 전류 용량 위해) 전지들 병렬 연결:

다섯 동일 전지 병렬 연결로 테브냉 등가: 단일 2.0V 소스에 단일 전지 저항 1/5 내부 저항. 총 전압 2.0V 유지, 각 전지가 부하 전류 분담해 전류 용량 증가.

• 배터리는 전압/전류 출력을 높이기 위해 조립된 전지 클러스터.
• 직렬 연결(극성 정렬) 시 전지 전압 더해짐.
• 물리적 전지 크기가 내부 저항 낮춰 전류 전달 향상.
• 병렬 연결로 등가 내부 저항 감소, 가용 전류 증가.

• 배터리 워크시트
• 테브냉, 노턴, 최대 전력 전달 정리 워크시트