Estaba leyendo sobre el uso de energía en las baterías y no entiendo bien por qué se mide en unidades diferentes a las del uso de electricidad en el hogar. Un amperio-hora no incluye una medida de voltios. Pero mi entendimiento es que una batería tiene un voltaje constante (1.5V, 9V, ...) tanto como el uso eléctrico en el hogar (120V, 220V, ...). Así que no veo por qué tienen diferentes unidades con las que se miden.
\ $ kW \ cdot h \ $ es una medida de energía, por la cual los clientes de la red se facturan y generalmente aparecen en su factura en números fácilmente comprensibles (0-1000, no 0-1 o números muy grandes; rangos que , desafortunadamente, confunde a mucha gente).
\ $ A \ cdot h \ $ son una medida de la carga eléctrica. Una batería (o un condensador) puede almacenar más o menos una cierta cantidad de carga, independientemente de sus condiciones de funcionamiento, mientras que su energía de salida puede cambiar. Si se conoce la curva de voltaje para una batería en ciertas condiciones de operación (circuito, temperatura, vida útil), entonces también se conoce su energía de salida, pero no de otra manera, aunque puede llegar a algunas estimaciones bastante buenas.
Para convertir de \ $ A \ cdot h \ $ a \ $ kW \ cdot h \ $ para una fuente de voltaje constante, multiplique por ese voltaje; para un voltaje cambiante y / o fuente de corriente, integre en el tiempo: $$ \ frac {1 kW \ cdot h} {1000 W \ cdot h} \ int_ {t_1} ^ {t_2} \! I (t) E (t) dt ~; ~~ E ~ [V], ~ I ~ [A], ~ {t_ {1,2}} ~ [h] $$
Una nota sobre el voltaje de la batería: El voltaje nominal de la batería es "nominal". Una batería de plomo-ácido de 12 voltios completamente cargada en realidad comienza alrededor de ~ 14.4 voltios y cae a medida que extraes energía de ella. El voltaje real de la batería depende de varios factores no limitados al estado de carga, la antigüedad de la batería, el perfil de la carga, la química, etc. Por ejemplo, una batería de ión litio de 3.7 V (nominal) puede comenzar a 4.15 voltios y disminuir a ~ 2.7 voltios antes de requerir la recarga.
Watt-Hours (o kW-H) es un indicador de la capacidad de almacenamiento de energía de la batería, mientras que amp-hours se referiría a la cantidad mínima de amperios que puede extraer de una batería con una carga completa durante una hora antes de que se consumiera. ya no es capaz de proporcionar ese nivel de flujo (¿tal vez a la tensión nominal o por encima de ella?). Están estrechamente relacionados, pero no son equivalentes. Algunas baterías están diseñadas más para dispositivos de alto consumo de corriente, mientras que otras están diseñadas para durar mucho tiempo para dispositivos de menor consumo de corriente.
Adjunto: Ahora que miro la batería de mi teléfono celular, me doy cuenta de que tiene impresas las tres calificaciones. Es una batería de iones de litio cuyo voltaje nominal es de 3.7V. Su capacidad de energía está marcada como 4,81 vatios-hora. Su índice de carga eléctrica es de 1300 miliAmp-Horas. Esto parece indicar que Energy = Voltage * Electric Charge (al menos en términos de capacidad nominal de la batería), aunque creo que esta ecuación está ocultando el hecho de que hay una integración de P = VI y que V es más como un valor promedio que una constante, lo que probablemente da una buena aproximación.
La forma en que funciona una batería, los coulombs totales que puede empujar caen más directamente que la energía total que puede almacenar. El voltaje no es constante. Varía según el estado de carga para uno, y la relación entre los dos puede ser bastante diferente entre los componentes químicos de la batería. Todo esto es para decir que A-h es más relevante para los fabricantes de baterías que W-h o Joules.
Los julios pueden, por supuesto, ser relevantes para el diseño del circuito, por lo que esta información está disponible, pero no se incluye en la secuencia de sonido de 2 segundos denominada clasificación de amperios / hora. Las hojas de datos de la batería pueden ser bastante complejas. Como con la mayoría de las cosas, hay una gran cantidad de concesiones y la información completa es más que un solo número. Si tiene que elegir solo dos números para caracterizar rápidamente una batería, los voltios y las horas de amperaje son tan buenos como cualquiera, y es lo que la industria ha convergido.
El voltaje de una batería cambia durante su vida útil. La corriente se establece mediante el circuito al que está conectado.
Como la corriente es un valor conocido constante y se puede predecir, y la tensión no puede, las unidades están en el valor que se puede predecir.
Su suministro de electricidad es un voltaje constante y se puede predecir.
Un factor que aún no se ha mencionado es que debido a que las baterías tienen una cierta resistencia interna, el hecho de consumir más corriente provocará que el voltaje caiga. Supongamos, hipotéticamente, que una batería en particular que se ha descargado una cierta cantidad suministrará 12 voltios cuando suministre 10 mA, o 10 voltios cuando suministre 100 mA. Sacar 10 mA de la batería durante 10 horas lo descargará casi tanto como dibujar 100 mA durante una hora, pero en el primer escenario, la batería habría suministrado un 20% más de energía "útil". Punto clave: una fracción mayor de la energía en una batería se perderá cuando se intente drenarla rápidamente que cuando se intenta drenarla lentamente.
Las líneas eléctricas también tienen un cierto nivel de resistencia, y pueden aplicarse factores similares, pero el voltaje de la línea que llega al medidor de un cliente residencial generalmente no se ve afectado apreciablemente por el uso de ese cliente. Una compañía eléctrica podría suministrar un amplificador a 105 voltios con un 20% menos de energía (por unidad de tiempo) de lo que se requeriría para suministrar un amplificador a 126 voltios. Si se facturara a los clientes por amp-hora, las compañías eléctricas tendrían un incentivo para suministrar su energía al voltaje más bajo posible. La facturación por kWh significa que el uso facturable del cliente será proporcional a la cantidad de energía que la compañía eléctrica debe generar para suministrarla. A propósito, algunos dispositivos (por ejemplo, motores de inducción) a menudo consumen menos corriente a voltajes más altos (mientras realizan la misma cantidad de trabajo), mientras que otros dispositivos como las lámparas incandescentes y los calentadores consumen más corriente a voltajes más altos (mientras que producen sustancialmente más luz y calor). ).