¿Por qué al conectar las pilas en serie se duplica el suministro de corriente en cortocircuito?

Question

Tengo pilas Duracell Ultra Power AAA, el consumo de corriente es de alrededor de 2,5A cuando se cortocircuita para una sola unidad.

Acabo de intentar conectarlos en serie y en paralelo y luego medir la corriente de descarga.

Resultados:

• En paralelo: Un poco de aumento de la fuente de corriente

• Serie: doble fuente de corriente

No tiene sentido si pensamos en términos de V=IR ya que la conexión en serie también aumenta la resistencia interna.

Así que mi pregunta es ¿por qué? Dudo que la química de la batería sea el parámetro limitante y no la resistencia interna (¿tal vez sea lo suficientemente baja?)

(Por cierto, mi objetivo final es utilizar 2 pilas AA para elevar la tensión a 3,6V y suministrar 2A para ráfagas cortas)

Answer 1

Creo que esto se debe a la forma de medir la corriente. Todos tus resultados tienen sentido si la resistencia de tu medidor de corriente es mayor que la resistencia interna de la batería a la corriente medida.

Piensa en el caso límite en el que las baterías son una fuente de tensión pura (sin resistencia) y pones una resistencia fija a través de ellas (tu medidor de corriente en este caso). En estas condiciones, la corriente sería proporcional a la tensión total, y obtendrías más o menos lo que has medido.

El otro caso limitante es cuando cada batería tiene una resistencia interna fija y finita. Esto puede pensarse como una resistencia en serie con una batería ideal. En este ejemplo, el "cortocircuito" es realmente un cortocircuito de 0 ohmios. Ahora la corriente de cortocircuito de cualquier batería es fija, que es el voltaje de la batería dividido por su resistencia interna. En este caso, añadir cualquier número de baterías en serie no cambiará la corriente de cortocircuito, pero ponerlas en paralelo multiplica la corriente por el número de baterías.

Por sus medidas, creo que lo que ocurre se acerca al caso 1, no al caso 2.

Answer 2

Se puede estimar la resistencia interna (y, por tanto, la corriente de cortocircuito) sin necesidad de utilizar un amperímetro. Todo lo que necesitas es una sola resistencia externa y un voltímetro.

En primer lugar, una batería puede modelarse como una serie de una fuente de tensión ideal de \$V_{BATT}\$ voltios y una resistencia de \$R_{BATT}\$ ohmios. \$R_{BATT}\$ es la resistencia interna de la batería. Este modelo no es perfecto, porque \$R_{BATT}\$ realmente varía con la carga, la carga, la temperatura, etc. Pero se aproxima bastante, por lo que una típica pila recargable AA / AAA puede tener este aspecto:

\$V_{BATT}\$ se mide fácilmente con un voltímetro: es la tensión en circuito abierto de la batería. Ahora, para calcular \$R_{BATT}\$ necesitamos esa resistencia extra de \$R_{LOAD}\$ ohmios:

Cuando el \$R_{LOAD}\$ resistencia cierra el circuito, forma un divisor de tensión con \$R_{BATT}\$ . Si la tensión a través de \$R_{LOAD}\$ es \$V_{LOAD}\$ entonces:

$$ V_{LOAD} = V_{BATT} * \frac {R_{LOAD} }{ R_{BATT} + R_{LOAD}} $$ o, reordenando: $$ R_{BATT} = R_{LOAD} * ( \frac{V_{BATT}}{V_{LOAD}} - 1) $$

Todos los valores del lado derecho pueden medirse directamente.

Nota: En el esquema anterior, cuando el SW1 está abierto (o \$R_{LOAD}\$ está ausente), VM mide \$V_{BATT}\$ cuando el SW1 está cerrado (es decir, el \$R_{LOAD}\$ completa el circuito), VM mide \$V_{LOAD}\$

Nota: Hay que tener en cuenta un par de cosas a la hora de elegir el valor de la resistencia de carga:

1. Tiene que ser lo suficientemente bajo, para que el \$V_{LOAD}\$ la medición arroja un resultado útil. Con una resistencia interna que suele estar en el rango de 0,05 ~ 1 ohmio, una resistencia de carga de 100 ohmios dejaría caer más del 99% de la tensión e introduciría un gran error en el cálculo.
2. Tiene que ser lo suficientemente alta, para que la corriente de descarga no sea demasiado alta - a las baterías no les gusta eso y pueden dañarse permanentemente si están en (casi) cortocircuito durante demasiado tiempo. No puedo proporcionar valores exactos, pero cualquier cosa por debajo de 1A debería estar bien.
3. Tiene que ser lo suficientemente alta, para el paquete de resistencia / potencia específica, para que la propia resistencia no se incendie en el proceso. La potencia disipada en la resistencia es de aproximadamente \$V_{BATT}^2/R_{LOAD}\$

Una resistencia común de 10 ohmios 1/4W debería estar bien para una prueba rápida de pilas AA/AAA: La corriente de descarga es de 0,12 ~ 0,15A, la potencia disipada es de 0,144 ~ 0,225W. Para estar seguro, una resistencia de 1/2W sería una mejor opción.

Answer 3

Tal vez una respuesta más corta sería más acertada:

• en paralelo, => 1,5V
• serie => 3V

Supongamos que la resistencia es de 1 Ohm =>

• 1.5/1 = 1.5A
• 3/1=3A

Extiende esto a tu caso: la resistencia finita del multímetro (+hilos) más los internos.