Dlaczego baterie są mierzone w amperogodzinach, a zużycie energii elektrycznej w kilowatogodzinach?

Czytałem o zużyciu energii w akumulatorach i nie do końca rozumiem, dlaczego jest mierzone w innych jednostkach niż zużycie energii elektrycznej w domu. Amperogodzina nie obejmuje miary woltów. Ale rozumiem jednak, że bateria ma stałe napięcie (1,5 V, 9 V, ...) tak samo, jak domowe zużycie energii elektrycznej (120 V, 220 V, ...). Więc nie rozumiem, dlaczego mają różne jednostki, według których są mierzone.

są miarą energii, za którą naliczani są klienci sieci i zwykle pojawiają się na fakturze w łatwo zrozumiałych liczbach (0-1000, nie 0-1 lub bardzo duże liczby; zakresy, które niestety dezorientują wiele osób) .$kW \cdot h$

są miarą ładunku elektrycznego. Akumulator (lub kondensator) może przechowywać mniej więcej określoną ilość ładunku, niezależnie od jego warunków pracy, natomiast energia wyjściowa może się zmieniać. Jeśli znana jest krzywa napięcia dla akumulatora w pewnych warunkach pracy (obwód, temperatura, żywotność), to jego energia wyjściowa jest również znana, ale nie inaczej, chociaż można podać całkiem dobre szacunki.$A \cdot h$

Aby przekształcić z na k W ⋅ h dla źródła stałego napięcia, należy pomnożyć to napięcie; dla zmieniającego się źródła napięcia i / lub prądu całkować w czasie: 1 k W ⋅ $A \cdot h$$kW \cdot h$

Uwaga na temat napięcia akumulatora: Znamionowe napięcie akumulatora jest „nominalne”. W pełni naładowana 12-woltowa bateria kwasowo-ołowiowa zaczyna się około ~ 14,4 woltów i spada wraz z czerpaniem z niej energii. Rzeczywiste napięcie akumulatora zależy od szeregu czynników, które nie ograniczają się do stanu naładowania, wieku akumulatora, profilu obciążenia, chemii itp. ... Na przykład bateria litowo-jonowa 3,7 V (nominalna) może rozpocząć się przy 4,15 wolta i zmniejszyć do ~ 2,7 wolta przed wymaganiem doładowania.

Watt-Hours (lub kW-H) jest wskaźnikiem pojemności magazynowania energii akumulatora, podczas gdy amperogodziny odnosiłyby się do tego, ile amperów można pobierać z akumulatora przy pełnym naładowaniu przez godzinę, zanim nie był już w stanie zapewnienia tego poziomu przepływu (być może przy lub powyżej napięcia znamionowego?). Są ściśle powiązane, ale nie równoważne. Niektóre akumulatory są zaprojektowane bardziej do urządzeń pobierających prąd o wysokim natężeniu, podczas gdy inne mają działać długo w przypadku urządzeń pobierających prąd o niskim natężeniu.

Dołączono: Teraz, gdy patrzę na baterię mojego telefonu komórkowego, zauważam, że ma na niej wydrukowane wszystkie trzy oceny. Jest to akumulator litowo-jonowy, którego nominalne napięcie znamionowe wynosi 3,7 V. Jego pojemność energetyczna jest oznaczona jako 4,81 Watogodzin. Jego ocena ładunku elektrycznego wynosi 1300 miliamperogodzin. To wydaje się wskazywać, że Energia = Napięcie * Ładunek Elektryczny (przynajmniej w kategoriach znamionowych akumulatorów), choć myślę, że to równanie ukrywa fakt, że zachodzi całkowanie P = VI i że V jest bardziej jak wartość średnia niż stała, co prawdopodobnie daje całkiem dobre przybliżenie.

Sposób działania baterii powoduje, że całkowita liczba kulombów, które może przepychać, wypada bardziej bezpośrednio niż całkowita energia, jaką może zgromadzić. Napięcie nie jest stałe. Różni się w zależności od stanu naładowania jednego, a związek między nimi może być zupełnie inny w zależności od składu chemicznego baterii. Wszystko to oznacza, że ​​Ah jest bardziej odpowiedni dla producentów akumulatorów niż Wh lub Joules.

Dżule mogą oczywiście mieć znaczenie dla projektu obwodu, więc te informacje są dostępne, po prostu nieuwzględnione w 2 sekundowym zgryzie dźwięku zwanym oceną amperogodzin. Arkusze danych baterii mogą być dość złożone. Podobnie jak w przypadku większości rzeczy, istnieje wiele kompromisów, a dokładna informacja to więcej niż jedna liczba. Jeśli musisz wybrać tylko dwie liczby, aby szybko scharakteryzować baterię, wolty i amperogodziny są tak dobre, jak każda inna, i to, na czym skupił się przemysł.

Napięcie baterii zmienia się przez cały okres użytkowania. Prąd jest ustawiany przez obwód, do którego jest podłączony.

Ponieważ prąd jest stałą znaną wartością i może być przewidziany, a napięcie nie może, jednostki są w wartości, którą można przewidzieć.

Twoje zasilanie elektryczne jest stałym napięciem i można je przewidzieć.

Jednym z czynników, o których jeszcze nie wspomniano, jest to, że ponieważ akumulatory mają pewną wewnętrzną rezystancję, pobór większego prądu spowoduje zmniejszenie napięcia. Załóżmy hipotetycznie, że określony akumulator, który został rozładowany, pewna ilość dostarczy 12 woltów przy zasilaniu 10 mA lub 10 woltów przy zasilaniu 100 mA. Pobranie 10 mA z akumulatora przez 10 godzin spowoduje jego rozładowanie w takim samym stopniu, jak pobranie 100 mA przez godzinę, ale w poprzednim scenariuszu akumulator dostarczyłby o 20% więcej „użytecznej” energii. Kluczowy punkt: większa część energii w akumulatorze zostanie utracona podczas próby szybkiego rozładowania, niż podczas próby wolnego.

Linie elektroenergetyczne mają również pewien poziom rezystancji i mogą mieć zastosowanie podobne czynniki, ale na napięcie sieciowe docierające do miernika klienta będącego rezydentem na ogół nie ma znaczącego wpływu użycie tego klienta. Firma energetyczna mogłaby dostarczyć jeden wzmacniacz przy 105 woltach, zużywając o 20% mniej energii (na jednostkę czasu) niż byłaby wymagana do dostarczenia jednego wzmacniacza przy 126 woltach. Gdyby klienci byli rozliczani za amperogodzinę, przedsiębiorstwa energetyczne miałyby motywację do dostarczania energii przy możliwie najniższym napięciu. Fakturowanie za kWh oznacza, że ​​fakturowane zużycie przez klienta będzie proporcjonalne do ilości energii, którą firma energetyczna musi wytworzyć, aby ją dostarczyć. Nawiasem mówiąc, niektóre urządzenia (np. Silniki indukcyjne) często pobierają mniej prądu przy wyższych napięciach (wykonując tę ​​samą ilość pracy),

Po prostu „Amp.Hour” nie jest jednostką naukową ani jednostką SI. Pobór prądu jest wartością stosowaną przez producentów akumulatorów, ale ponieważ jeden amper = jedna kulomb na sekundę, po pomnożeniu przez jedną godzinę dwa czynniki czasowe znoszą się, a wynik wynosi po prostu 1 amper. Godz. = 3600 kulombowskich ładunków, bez udziału czasu . Tak więc trochę dymu i luster od producentów akumulatorów. Jeśli chcesz naprawdę wiedzieć, jak będzie działać bateria, musisz spojrzeć nieco głębiej niż wierzyć sprzedawcom ...!