Dasar-Dasar Konstruksi Baterai: Sel, Resistansi Internal, dan Konektivitas

Istilah baterai merujuk pada sekelompok komponen serupa. Dalam istilah militer, ia merujuk pada kluster meriam; dalam elektronika, ia menggambarkan sekelompok sel voltaik yang digabungkan untuk memberikan tegangan dan/atau arus yang lebih tinggi dari yang dapat disediakan oleh satu sel.

Simbol listrik sengaja dibuat sederhana: satu sel direpresentasikan oleh garis panjang dan garis pendek, sejajar satu sama lain, dengan kabel penghubung.

Simbol baterai hanyalah beberapa simbol sel yang ditumpuk secara seri, menunjukkan bahwa sel-sel terhubung sehingga tegangan mereka saling bertambah.

Seperti yang telah disebutkan, tegangan suatu sel ditentukan oleh kimiawannya; ukuran fisik sel tidak mengubah tegangan nominalnya. Untuk mencapai tegangan total yang lebih tinggi, sel-sel harus dihubungkan secara seri, dan tegangan keluaran baterai sama dengan jumlah tegangan masing-masing sel. Sebagai contoh, baterai asam timbal otomotif standar berisi enam sel 2,0 volt, menghasilkan keluaran nominal 12,0 volt:

Dalam baterai otomotif, sel-sel membagikan satu perbekasan karet keras. Batang timbal tebal, bukan kabel tipis, menghubungkan sel-sel. Elektroda dan elektrolit masing-masing sel terisolasi dalam bagian terpartisi dari casing. Dalam baterai kapasitas besar, elektroda sering kali berupa grid logam besar atau plat, biasanya disebut “plat.”

Untuk kesederhanaan, simbol skematik biasanya hanya menunjukkan empat garis—berpindang panjang/pendek—meskipun baterai sebenarnya memiliki banyak lebih banyak sel. Sesekali Anda akan melihat simbol baterai dengan garis tambahan untuk menandai tegangan yang luar biasa tinggi; setiap garis mewakili plat sel individu:

Bagaimana Ukuran Baterai Mempengaruhi Performa?

Sementara ukuran sel tidak memengaruhi tegangan, ia mempengaruhi resistansi internal. Sel yang lebih besar memberikan luas permukaan elektroda yang lebih besar, mengurangi resistansi kontak antara elektroda dan elektrolit. Resistansi internal yang lebih rendah memungkinkan sel untuk memberikan arus yang lebih tinggi ke beban.

Dalam teori, sel diperlakukan sebagai sumber tegangan ideal. Dalam praktik, setiap sel memiliki resistansi internal yang membatasi pengiriman arus. Contoh berikut mengilustrasikan efek ini:

Diagram titik-titik menunjukkan baterai nyata dengan resistansi internal 0,2 Ω memberi daya pada beban 1 Ω. Baterai ideal (tanpa resistansi internal) akan menyediakan 10 A (10 V / 1 Ω). Baterai nyata, dibatasi oleh resistansi internalnya, hanya menyampaikan 8,33 A. Dalam rangkaian pendek (beban 0 Ω), sumber ideal akan menyediakan arus tak terhingga, sedangkan baterai nyata terbatas pada 50 A (10 V / 0,2 Ω). Kimia sel masih menyediakan 10 V, tetapi sebagian dari tegangan tersebut jatuh di seluruh resistansi internal, mengurangi tegangan klem yang tersedia untuk beban.

Mengurangi Resistansi Internal Melalui Koneksi Paralel

Dalam banyak aplikasi, resistansi internal baterai bisa diabaikan dibandingkan dengan resistansi beban, sehingga performanya mendekati sumber ideal. Ketika resistansi keseluruhan yang lebih rendah diperlukan—for kapasitas arus yang lebih tinggi—sel-sel harus dihubungkan secara paralel:

Menghubungkan lima sel identik secara paralel menghasilkan ekuivalen Thevenin dari satu sumber 2,0-V dengan resistansi internal yang separuh lima dari resistansi satu sel. Tegangan total tetap 2,0 V, sementara kapasitas arus meningkat karena setiap sel membagi beban arus.

• Sebuah baterai adalah kluster sel yang dirangkaikan untuk meningkatkan keluaran tegangan dan/atau arus.
• Koneksi seri (polaritas selaras) menambahkan tegangan sel.
• Ukuran sel fisik menurunkan resistansi internal, meningkatkan pengiriman arus.
• Koneksi paralel mengurangi resistansi internal ekuivalen, meningkatkan arus yang tersedia.

• Lembar Kerja Baterai
• Lembar Kerja Teorema Thevenin, Norton, dan Transfer Daya Maksimum