Tại sao pin được sắp xếp ngược nhau?

Pin thường được sắp xếp ngược nhau và kề nhau để dòng điện có thể chạy mạch mà không cần thêm phụ kiện. Khi xếp pin thành dãy, cần phải nối các cực (+) và (-) xen kẽ, làm cho thiết kế trở nên hiệu quả và dễ dàng hơn.

Nhớ lại thời thơ ấu, bạn có cảm giác vui vẻ khi mở một món đồ chơi hoàn toàn mới - một chiếc xe điều khiển từ xa, những mô hình siêu anh hùng có thể di chuyển, đèn nhấp nháy theo nhạc, hoặc thậm chí là một chiếc điện thoại chơi. Khi bạn mở gói, điều quan trọng nhất là tìm ra pin để có thể bật món đồ chơi lên và bắt đầu vui chơi. Nhưng một điều bạn nhất định đã nhận thấy và đã thấy hàng trăm lần, đó là hướng dẫn trực quan về cách gắn pin theo các hướng ngược nhau.

Việc đặt các cục pin thành một hàng theo hướng ngược nhau không khó, nhưng nó đặt ra câu hỏi - tại sao pin lại được thiết kế như vậy?

Trước khi có thể hiểu được việc tích hợp pin và thiết kế sản phẩm, ta cần có cái nhìn tổng quan về pin. Pin, một cách đơn giản, là một tập hợp các tế bào điện hóa với các kết nối bên ngoài cho phép cung cấp năng lượng cho các thiết bị điện tử. Từ những cục pin nhỏ cho máy trợ thính và điện thoại thông minh đến những cục pin lớn cho các xe điện, có một số thành phần cơ bản của pin vẫn được giữ nguyên.

Khi sử dụng pin, cực dương sẽ kết nối với cực âm và cực âm sẽ kết nối với cực dương. Các electron chạy từ mạch bên ngoài vào cực dương và di chuyển đến cực âm. Phản ứng oxi hóa khử xảy ra sẽ chuyển hóa chất phản ứng có năng lượng cao thành sản phẩm có năng lượng thấp; năng lượng còn lại sau đó sẽ được sử dụng cho thiết bị hoặc sản phẩm dưới dạng năng lượng điện, cung cấp năng lượng cho thiết bị.

Cơ bản, năng lượng hóa học trong pin được chuyển đổi thành năng lượng điện dưới dạng dòng điện một chiều (DC). Các hóa chất chứa trong pin thường là axit và được gọi là chất điện phân. Pin có thể được làm từ niken, lithium, cadmium, chì, thủy ngân và kiềm, với mỗi loại có ưu và nhược điểm riêng. Pin lithium ion ngày nay được sử dụng phổ biến vì mật độ năng lượng cao, cung cấp nhiều năng lượng từ nguồn nhỏ và có khả năng sạc lại cao.

Trước đây, pin truyền thống có nhiều ô kết nối với nhau, nhưng pin hiện đại có thể chứa nhiều ô bên trong. Khi nhiều pin được sử dụng cùng nhau, thường sắp xếp nối tiếp, tăng cả điện áp và Ampe giờ (lượng năng lượng sạc trong pin sẽ cho phép một ampe dòng điện chạy trong một giờ). Tùy chọn khác là sắp xếp pin song song (tăng Ampe giờ nhưng giữ nguyên điện áp), nhưng không phù hợp với các thiết bị yêu cầu mức điện áp cao hơn.

Khi nhiều pin được sắp xếp nối tiếp, các cực dương và cực âm của các pin liền kề phải được kết nối để dòng điện có thể chạy qua, hoàn thiện mạch điện và cấp nguồn cho thiết bị. Sắp xếp pin theo mô hình xen kẽ là hiệu quả, với bộ pin có cực (+) hướng lên trên, tiếp theo là pin có cực (-) hướng lên trên.

Nếu các pin có cùng cực hướng về một phía, cần dây nối giữa cực dương và cực âm của các pin lân cận. Với các pin thay đổi hướng, một tấm kim loại ở hai đầu của pin có thể thiết lập kết nối giữa các cực (+) và (-).

Tùy thuộc vào thiết kế sản phẩm, pin có thể được sắp xếp cạnh nhau hoặc thành một hàng. Trong cách sắp xếp thứ hai, thường thấy ở đèn pin, cực dương và cực âm được nén và giữ chặt vào nhau, cho phép dòng điện chạy mạch. Trong các sản phẩm khác như máy chơi điện tử cầm tay, sắp xếp nhiều pin cạnh nhau theo hướng xen kẽ là hiệu quả nhất cho mạch điện.

Trong quá trình thiết kế sản phẩm, mỗi chi tiết đều cần được cân nhắc tỉ mỉ; thậm chí cả việc sử dụng thêm một sợi dây cũng được coi là lãng phí và có thể gây tăng chi phí cuối cùng của quá trình sản xuất. Cả nhà sản xuất và nhà thiết kế đều không ngừng tìm kiếm cách để tối ưu hóa chi phí mà vẫn đảm bảo chức năng. Việc sắp xếp pin theo kiểu hướng lên trên và kết nối các cực dương và cực âm bằng thanh kim loại thay vì sử dụng dây sẽ cải thiện hiệu suất và tiết kiệm trong quá trình thiết kế. Cách bố trí pin theo hướng (trong hàng hoặc xen kẽ) sẽ phụ thuộc vào hình dạng tổng thể và các yếu tố vật lý khác của sản phẩm.