Fundamentos da Construção de Baterias: Células, Resistência Interna e Conectividade

O termo bateria denota um grupo de componentes semelhantes. No jargão militar, refere-se a um conjunto de canhões; em eletrônica, descreve um conjunto de pilhas voltaicas combinadas para fornecer tensão e/ou corrente maiores do que uma única pilha pode fornecer.

Símbolos elétricos são intencionalmente simples: uma única pilha é representada por uma linha longa e uma curta, paralelas, com fios de conexão.

O símbolo de bateria é apenas múltiplos símbolos de pilha empilhados em série, indicando que as pilhas estão conectadas de modo que suas tensões somam.

Como observado anteriormente, a tensão de uma pilha é fixada por sua química; o tamanho físico da pilha não altera sua tensão nominal. Para atingir uma tensão total maior, as pilhas devem ser ligadas em série, e a tensão de saída da bateria iguala a soma das tensões individuais das pilhas. Por exemplo, uma bateria automotiva padrão de chumbo-ácido contém seis pilhas de 2,0 volts, resultando em uma saída nominal de 12,0 volts:

Em baterias automotivas, as pilhas compartilham uma única carcaça de borracha dura. Barras grossas de chumbo, em vez de fios finos, interconectam as pilhas. Os eletrodos e eletrólito de cada pilha são isolados em seções particionadas da carcaça. Em baterias de grande capacidade, os eletrodos são frequentemente grades ou placas de metal grandes, comumente chamadas de "placas".

Por simplicidade, símbolos esquemáticos geralmente mostram apenas quatro linhas — alternando longa/curta — mesmo que a bateria real contenha muito mais pilhas. Ocasionalmente, você verá um símbolo de bateria com linhas extras para denotar tensões excepcionalmente altas; cada linha representa uma placa de célula individual:

Como o Tamanho da Bateria Influencia o Desempenho?

Embora o tamanho de uma pilha não afete sua tensão, ele influencia a resistência interna. Pilhas maiores fornecem maior área de superfície do eletrodo, reduzindo a resistência de contato entre eletrodos e eletrólito. Menor resistência interna permite que uma pilha forneça maior corrente a uma carga.

Em teoria, uma pilha é tratada como uma fonte de tensão ideal. Na prática, toda pilha tem resistência interna que limita a entrega de corrente. O exemplo a seguir ilustra esse efeito:

O diagrama pontilhado mostra uma bateria real com 0,2 Ω de resistência interna alimentando uma carga de 1 Ω. Uma bateria ideal (sem resistência interna) forneceria 10 A (10 V / 1 Ω). A bateria real, limitada por sua resistência interna, fornece apenas 8,33 A. Em curto-circuito (carga 0 Ω), a fonte ideal forneceria corrente infinita, enquanto a bateria real é limitada a 50 A (10 V / 0,2 Ω). A química da célula ainda fornece 10 V, mas parte dessa tensão cai na resistência interna, reduzindo a tensão de terminal disponível para a carga.

Reduzindo Resistência Interna Através de Conexão Paralela

Em muitas aplicações, a resistência interna de uma bateria é desprezível comparada à resistência de carga, então seu desempenho aproxima-se de uma fonte ideal. Quando uma resistência geral menor é necessária — para maior capacidade de corrente — as células devem ser ligadas em paralelo:

Conectar cinco células idênticas em paralelo resulta em um equivalente de Thevenin de uma única fonte de 2,0 V com resistência interna igual a um quinto da resistência de uma única célula. A tensão total permanece 2,0 V, enquanto a capacidade de corrente aumenta porque cada célula compartilha a corrente de carga.

• Uma bateria é um conjunto de células montadas para aumentar a tensão e/ou corrente de saída.
• Conexão série (polaridades alinhadas) soma as tensões das células.
• Tamanho físico da célula reduz resistência interna, melhorando entrega de corrente.
• Conexão paralela reduz resistência interna equivalente, aumentando corrente disponível.

• Planilha de Baterias
• Planilha dos Teoremas de Thevenin, Norton e Transferência de Potência Máxima