Jump to content
  • Theorie achter het paren van batterijen


    TheVapingRaven

    Disclaimer: Onderstaande is een theoretische onderbouwing waarom het verstandig is om batterijen te paren. De gebruikte schema's zijn gemaakt met een simulatieprogramma (in dit geval iCircuit) waarmee elektronische schakelingen nagebootst kunnen worden. De simulaties  zijn gebaseerd op de theorie, niet op de praktijk. De theorie geeft echter een goede indicatie wat er in praktijk zal gebeuren met de opgegeven schakeling.

     

    De theorie achter het paren van batterijen

     

    Waarom wordt geadviseerd om twee batterijen die tegelijkertijd in dezelfde mod gebruikt gaan worden (in een parallelle of serie-configuratie) zoveel mogelijk gelijk te houden? Waarom wordt aangeraden batterijen die tegelijk gebruikt gaan worden, op hetzelfde moment en bij dezelfde winkel aan te schaffen?

     

    Batterijen voldoen, zoals meer dingen in het leven, niet aan het ideaal van wat een batterij zou moeten zijn. Een ideale batterij ziet er zo uit: 

     

    1.jpeg

    Afbeelding 1: Model voor een ideale batterij

     

    In de praktijk heb je echter te maken met de zogenoemde interne weerstand van een batterij (meer info: Wikipedia). Het is deze interne weerstand die maakt dat er verschil bestaat tussen batterijen: de diverse merken batterijen verschillen van elkaar; er zit verschil tussen nieuwe en gebruikte batterijen; ongebruikte nieuwe batterijen die net uit de fabriek komen, verschillen van hetzelfde merk en type batterij dat een tijd in de opslag heeft gelegen.

    De kans dat je twee batterijen koopt met vrijwel dezelfde interne weerstand is het grootst als je batterijen van hetzelfde merk en type koopt, bij dezelfde leverancier en op hetzelfde moment.

     

    De interne weerstand van een batterij zijn o.a te meten met een Impedantiemeter. De interne weerstand wordt vaak gesimuleerd door een weerstand in serie met een ideale batterij te zetten:

     

    2.jpeg

    Afbeelding 2: Model voor een batterij met interne weerstand

     

    De normale interne weerstand van batterijen varieert nogal bij de diverse merken en typen. In de voorbeelden hieronder wordt gebruikt gemaakt van 15 milliohm en 20 milliohm weerstand. Dit zijn redelijk representatieve waarden. Een nieuwe batterij heeft vaak een lage interne weerstand (15 milliohm), een oudere / gebruikte batterij een hogere weerstand (20 milliohm).

     

    Een mod met twee ideale batterijen in parallel

     

    Wanneer we twee ideale batterijen parallel (naast elkaar met de twee pluspolen met elkaar verbonden en met de twee minpolen) in een mod plaatsen, krijgen we onderstaand circuit. In dit voorbeeld gaan we uit van een mechanische mod, maar dezelfde principes gelden voor gereguleerde mods. Hier is de situatie uitgetekend waarbij de mod niet is ingeschakeld (de vuurknop is niet ingedrukt). We zien een ideale situatie. De batterijen zijn opgeladen tot 4,19 Volt. Er vloeit nergens stroom in het circuit.

     

    3.jpeg

    Afbeelding 3: Circuittekening van een mod met twee ideale batterijen in parallel 

     

    Bij het indrukken van de vuurknop begint de stroom te vloeien. Op de coil van de atomizer komt het volledige beschikbare Voltage van 4,19 Volt te staan. De 4,19 Ampère die de 1 Ohm coil van de batterijen vraagt, wordt netjes over de twee batterijen verdeeld (2,09 Ampère per batterij). De stroom (aangegeven met pijlen, lichter gekleurde pijlen vertegenwoordigen een hoger Ampère) gaat ook allemaal netjes in dezelfde richting:

     

    4.jpeg

    Afbeelding 4: Circuittekening van een mod met twee parallel geschakelde ideale batterijen onder last (vuurknop ingedrukt)

     

    Hou bij de rest van de voorbeelden vooral het rood omcirkelde gedeelte in de gaten:

     

    5.jpeg

    Afbeelding 5

     

     

    Een mod met twee gepaarde realistische batterijen (met toegevoegde interne weerstand) in parallel

     

    In onderstaande illustratie worden de twee ideale batterijen vervangen met twee realistische batterijen (zie afbeelding 2). Dit is de situatie die nagestreefd word bij het paren van batterijen: twee batterijen met dezelfde interne weerstand en tot hetzelfde voltage volgeladen.

     

    Wanneer de vuurknop niet is ingedrukt, is de situatie gelijk aan die van twee ideale batterijen in parallel (afbeelding 3). De batterijen zijn opgeladen tot 4,19 Volt. Er vloeit nergens stroom in het circuit:

     

    6.jpeg

    Afbeelding 6: Circuit van mod met twee realistische batterijen in parallel

     

    Bij het indrukken van de vuurknop verandert er weinig ten opzichte van de situatie met ideale batterijen. Maar omdat de batterijen een interne weerstand hebben, zal de weerstand in het hele circuit een beetje toenemen. Wanneer de weerstand toeneemt, zal de vraag naar Ampères afnemen, en wanneer de Ampères afnemen zal het Voltage in het circuit omlaag gaan (Ohmse wet).

     

    Vergelijk afbeelding 4, waar twee ideale batterijen gebruikt worden, met onderstaande afbeelding 7 waar twee batterijen met gelijke interne weerstanden van 15 milliohm gebruikt worden. De Ampère die de atomizer vraagt, wordt netjes verdeeld over de twee batterijen; alle stroom gaat in dezelfde richting. Dit is de situatie die het paren van batterijen zou moeten geven!

     

    7.jpeg

    Afbeelding 7: Illustratie van een mod met twee gepaarde batterijen

     

     

    Een mod met twee ongepaarde realistische batterijen in parallel

     

    In onderstaand circuit wordt één batterij met 15 milliohm gebruikt en één batterij met 20 milliohm. Dit is een realistische situatie wanneer er ongepaarde batterijen worden gebruikt in een mod. De twee verschillende batterijen zijn echter wel tot het gelijke voltage opgeladen (4,19 Volt).

     

    2a.jpeg

    Afbeelding 8: Realistische batterij met een interne weerstand van 20 milliohm en opgeladen tot 4,19 Volt

     

    Als de vuurknop niet is ingedrukt, is de situatie gelijk aan die bij ideale batterijen, en aan de situatie bij gepaarde batterijen. Er vloeit nergens stroom in het circuit:

     

    8.jpeg

    Afbeelding 9: Circuit met twee ongepaarde batterijen

     

    Wanneer de vuurknop wordt ingedrukt, verandert de situatie nogal ten opzichte van die met ideale of gepaarde batterijen (zie Afbeelding 10). De Ampère vraag van de atomizer wordt niet meer gelijk verdeeld over de twee batterijen! Eén batterij gaat meer stroom leveren dan de andere. 

     

    Dit is op zich nog niet zo'n probleem. Het probleem is dat bij het ongelijk ontladen van de batterijen er ongelijke Voltages kunnen ontstaan. Eén batterij kan eerder op een lager laadniveau/voltage komen dan de ander. Verschillen in voltages bij batterijen in parallel is iets wat rare situaties op kan leveren (zie afbeelding 13 en 14). 

     

    9.jpeg

    Afbeelding 10: Ongepaarde realistische batterijen in parallel onder last

     

     

    Een mod met twee ongepaarde realistische batterijen in parallel en verschillen in voltage

     

    Wat gebeurt er als de batterijen in parallel niet hetzelfde voltage hebben?

     

    2b.jpeg

    Afbeelding 11: Realistische batterij met een interne weerstand van 20 milliohm en opgeladen tot 4,10 Volt

     

    In afbeelding 12 en 13 gebruiken we één batterij met een interne weerstand van 15 milliohm opgeladen tot 4,19 Volt, en één batterij met een interne weerstand van 20 milliohm en opgeladen tot 4,10 Volt. Dit is geen ongewone situatie als je ongepaarde batterijen langdurig blijft gebruiken!

     

    We zien het eerste verschil al terwijl de vuurknop nog niet eens is ingedrukt. Ook al gaat er geen stroom naar de atomizer, er vloeit toch behoorlijk veel stroom (2,57 Ampère) door de niet door de gebruiker geactiveerde mod! Er ontstaat een soort van ongecontroleerde batterijlader. De batterij met meer Voltage zal proberen de batterij met minder Voltage op hetzelfde niveau te krijgen.

     

    Deze situatie ontstaat zelfs bij kleine Voltageverschillen. Dit is ook de reden dat je in theorie (de praktijk zal voor velen zijn dat ze een mod dagelijks gebruiken en niet dagenlang wegzetten) beter geen batterijen kunt laten zitten in parallelle mods als je ze wegzet. Deze ongecontroleerde batterijlader zorgt er namelijk voor dat de batterijen stroom kunnen verbruiken zonder dat je de mod gebruikt. Dit laden houdt op een gegeven moment wel weer op als er een Voltage-evenwicht is bereikt.

     

    10.jpeg

    Afbeelding 12: Een niet geactiveerd parallel modcircuit met twee in weerstand en voltage verschillende batterijen

     

    Als de vuurknop ingedrukt wordt bij een circuit met ongepaarde batterijen die verschillen in voltage, kunnen er helemaal rare dingen gebeuren. In onderstaande simulatie kun je zien dat één batterij alle Ampères aan de atomizer levert plus nog een een aantal Ampères naar de andere batterij stuurt om te proberen het voltage gelijk te krijgen.

     

    Hier kunnen gevaarlijke situaties ontstaan. In het hier beschreven circuit gebruiken we een coil met 1 Ohm weerstand. Gebruik je bijvoorbeeld een 0,2 Ohm weerstand, dan kan diezelfde situatie ervoor zorgen dat één batterij boven zijn Ampèrelimiet uitkomt, doordat hij eigenlijk het werk moet doen van twee batterijen plus een beetje extra.

     

    Let in onderstaande illustratie ook op de richting van de stroom (de witte pijlen op de tekening, lichter gekleurde pijlen hebben een hoger Ampère), die gaan nu in verschillende richtingen!

     

    11.jpeg

    Afbeelding 14: Een geactiveerd parallel modcircuit met twee in weerstand en voltage verschillende batterijen

     

     

    Gepaarde en ongepaarde batterijen in serie

     

    Bij mods met meerdere batterijen in serie is het extra belangrijk om gepaarde batterijen te gebruiken wanneer de batterijen ook in de mod worden opgeladen. Bij een series mod betekent het niet indrukken van de vuurknop dat er in de totale mod geen stroom vloeit. Bij een parallelle mod vormen de batterijen samen eigenlijk al een klein zelfstandig circuit dat niet onderbroken wordt bij het loslaten van de vuurknop.

     

    Bij batterijen in serie zal verschil in batterijen (interne weerstand en voltage verschil) vooral zichtbaar worden in het Voltage van de batterijen en niet zozeer in het Ampère wat de batterijen individueel afstaan. Het is niet echt mogelijk bij batterijen in series dat één enkele batterij het werk overneemt van twee batterijen zoals bij parallel geplaatste batterijen (zie afbeelding 14)

     

    Hieronder dezelfde vier circuits die gesimuleerd zijn in de parallel batterij-opstelling hierboven. Let vooral op wat er gebeurt met de individuele batterijvoltages. En let op de Ampères die vloeien bij het indrukken en loslaten van de vuurknop in het hele circuit. 

     

     

    Twee ideale batterijen in serie

     

    Ook in deze voorbeelden wordt een mechanische mod gesimuleerd met een 1 Ohm atomizer.

     

    series-1.jpeg

    Afbeelding 15

     

    series-2.jpeg

    Afbeelding 16

     

     

    Twee realistische gepaarde batterijen in serie

     

    series-3.jpeg

    Afbeelding 17

     

    series-4.jpeg

    Afbeelding 18

     

     

    Twee realistische ongepaarde batterijen in serie

     

    series-5.jpeg

    Afbeelding 19

     

    series-6.jpeg

    Afbeelding 20

     

     

    Twee realistische ongepaarde batterijen in serie met voltage verschil

     

    series-7.jpeg

    Afbeelding 21

     

    series-8.jpeg

    Afbeelding 22

     

     

    Zie ook:

     

    De wet van Ohm

    Ampèrelimiet

    Dubbele batterijen gebruiken (in serie of parallel) 

     

    Edited by TheVapingRaven
    Link toegevoegd naar Wikipedia artikel "Internal resistance"

    • Like 5


    User Feedback

    Recommended Comments

    There are no comments to display.



    Create an account or sign in to comment

    You need to be a member in order to leave a comment

    Create an account

    Sign up for a new account in our community. It's easy!

    Register a new account

    Sign in

    Already have an account? Sign in here.

    Sign In Now

×
×
  • Create New...