Perché le batterie sono misurate in ampere-ore ma il consumo di elettricità è misurato in chilowattora?

Stavo leggendo del consumo di energia nelle batterie e non capisco bene perché sia ​​misurato in unità diverse rispetto all'uso elettrico domestico. Un'ampere-ora non include una misura di volt. Ma la mia comprensione è che una batteria ha una tensione costante (1,5 V, 9 V, ...) tanto quanto l'uso elettrico domestico (120 V, 220 V, ...). Quindi non vedo perché hanno unità diverse con le quali vengono misurate.

$kW \cdot h$ sono una misura di energia, per la quale i clienti della rete vengono fatturati e di solito vengono visualizzati sulla fattura in numeri facilmente comprensibili (0-1000, non 0-1 o numeri molto grandi; intervalli che, sfortunatamente, confondono molte persone) .

$A \cdot h$ sono una misura della carica elettrica. Una batteria (o condensatore) può immagazzinare più o meno una certa quantità di carica indipendentemente dalle sue condizioni operative, mentre la sua energia di uscita può cambiare. Se la curva di tensione di una batteria in determinate condizioni operative è nota (circuito, temperatura, durata), allora anche la sua energia di uscita è nota, ma non diversamente, anche se è possibile elaborare alcune stime piuttosto buone.

Per convertire da a per una sorgente di tensione costante, moltiplicare per quella tensione; per una sorgente di tensione e / o corrente variabile, integrare nel tempo:$A \cdot h$$kW \cdot h$

Una nota sulla tensione della batteria: la tensione nominale della batteria è "nominale". Una batteria al piombo-acido da 12 volt completamente carica inizia effettivamente intorno a ~ 14,4 volt e si scarica quando si assorbe energia da essa. La tensione effettiva della batteria dipende da una serie di fattori non limitati a stato di carica, età della batteria, profilo di carico, chimica, ecc. Ad esempio, una batteria agli ioni di litio da 3,7 V (nominale) può iniziare a 4,15 volt e diminuire a ~ 2,7 volt prima di richiedere la ricarica.

Le Watt-ore (o kW-H) sono un indicatore della capacità di accumulo di energia della batteria, mentre le amp-ora farebbero riferimento a quanti ampere minimo è possibile prelevare da una batteria a piena carica per un'ora prima che non fosse più in grado di fornire quel livello di flusso (forse alla o al di sopra della tensione nominale?). Sono strettamente correlati, ma non equivalenti. Alcune batterie sono progettate più per dispositivi ad alta corrente, mentre altre sono progettate per durare a lungo per dispositivi a bassa corrente.

Aggiunto: Ora che guardo la batteria del mio cellulare, noto che ha tutte e tre le valutazioni stampate su di esso. È una batteria agli ioni di litio la cui tensione nominale è di 3,7 V. La sua capacità energetica è contrassegnata come 4,81 Watt-ora. La sua carica elettrica è di 1300 milliAmp-Hours. Questo sembra indicare che Energia = Tensione * Carica elettrica (almeno in termini di capacità della batteria), anche se penso che questa equazione nasconda il fatto che ci sia un'integrazione di P = VI in corso e che V è più simile a un valore medio di una costante, che probabilmente fornisce un'approssimazione abbastanza buona.

Il modo in cui funziona una batteria, il totale delle bobine che può spingere cade più direttamente dell'energia totale che può immagazzinare. La tensione non è costante. Per uno varia in base allo stato di carica e la relazione tra i due può essere molto diversa tra i composti chimici della batteria. Tutto questo per dire che Ah è più rilevante per i produttori di batterie rispetto a Wh o Joules.

Naturalmente i joule possono essere rilevanti per la progettazione dei circuiti, quindi queste informazioni sono disponibili, ma non sono incluse nel morso del suono di 2 secondi chiamato valutazione Amp-hour. I fogli dati della batteria possono diventare piuttosto complessi. Come per la maggior parte delle cose, ci sono una serie di compromessi e le informazioni complete sono più di un singolo numero. Se devi scegliere solo due numeri per caratterizzare rapidamente una batteria, Volt e Amp-ora sono buoni come tutti, e sono quelli su cui il settore ha fatto convergere.

La tensione di una batteria cambia nel corso della sua durata. La corrente è impostata dal circuito a cui è collegata.

Poiché la corrente è un valore noto costante e può essere previsto e la tensione non è possibile, le unità si trovano nel valore che può essere previsto.

La tua alimentazione elettrica è una tensione costante e può essere prevista.

Un fattore non ancora menzionato è che, poiché le batterie hanno una certa resistenza interna, assorbire più corrente provoca l'abbassamento della tensione. Supponiamo, ipoteticamente, che una particolare batteria che è stata scaricata una certa quantità fornirà 12 volt quando fornisce 10mA o 10 volt quando fornisce 100mA. L'utilizzo di 10 mA dalla batteria per 10 ore lo scaricherà all'incirca di 100 mA per un'ora, ma nel primo scenario la batteria avrebbe fornito il 20% in più di energia "utile". Punto chiave: una frazione maggiore dell'energia in una batteria andrà persa quando si cerca di scaricarla rapidamente rispetto a quando si tenta di scaricarla lentamente.

Anche le linee elettriche hanno un certo livello di resistenza e possono essere applicati fattori simili, ma la tensione di linea che raggiunge il contatore di un cliente residuo non è generalmente influenzata in modo sensibile dall'uso di quel cliente. Una società elettrica potrebbe fornire un amplificatore a 105 volt utilizzando il 20% in meno di energia (per unità di tempo) di quanto sarebbe necessario per fornire un amplificatore a 126 volt. Se i clienti fossero fatturati all'ora / ora, le compagnie elettriche avrebbero un incentivo a fornire la loro energia alla minima tensione possibile. La fatturazione per kWh significa che l'utilizzo fatturabile del cliente sarà proporzionale alla quantità di energia che la società elettrica deve generare per fornirlo. Per inciso, alcuni dispositivi (ad es. Motori a induzione) assorbono spesso meno corrente a tensioni più elevate (facendo lo stesso lavoro),

Semplicemente un "Amp.Hour" non è un'unità scientifica o un'unità SI. Amp.hr è una valutazione che i produttori di batterie usano ma poiché un ampre = un Coulomb al secondo, quando moltiplicato per un'ora i due fattori temporali si annullano e il risultato è semplicemente 1 Amp.Hr = 3600 Coulomb di carica, nessun fattore temporale coinvolto . Quindi un po 'di fumo e specchi dai produttori di batterie. Se vuoi davvero sapere come funzionerà la tua batteria, dovrai guardare un po 'più in profondità rispetto a prendere la parola dei venditori ...!