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

20

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.

Alexis K.
źródło
Fyi. Wygląda na to, że twoje pytanie dotyka tematu pomiaru baterii. Oto ostatni artykuł poglądowy: batteryuniversity.com/learn/article/…
Nick Alexeev

Odpowiedzi:

18

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) .kWh

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.Ah

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 hAhkWh

1kWh1000Wht1t2I(t)E(t)dt ;  E [V], I [A], t1,2 [h]
tyblu
źródło
Klienci sieci są rozliczani zarówno za moc, jak i energię. „Energia wyjściowa” akumulatora nie może się zmienić (ani wytworzona, ani zniszczona). Myślę, że masz na myśli „moc wyjściową”. Pojemność magazynowania energii wtórnego (tj. Ładowalnego) akumulatora może się zmieniać w czasie jego użytkowania ze względu na zmiany jego struktury (ponieważ wykonano na nim prace).
Argyle
Energia wyjściowa akumulatora i ładunek zmieniają się, @Josh, szczególnie w odniesieniu do zmian temperatury i poboru prądu, ale liczba kulombów potrzebnych do dostarczenia tej energii jest bardziej stała. Nie miałbym nic przeciwko, gdybyś wyjaśnił na czacie, jak sam można zapłacić za władzę.
tyblu
Moje złe, twoje użycie jest prawidłowe. Pomyślałem, że ważne jest tutaj rozróżnienie między mocą a energią, ale są one bezpośrednio powiązane. Moc wyjściowa będzie się różnić w zależności od mocy wyjściowej, ponieważ energia jest całką mocy. Głównym celem baterii jest magazynowanie energii i oczywiście jej moc będzie się zmniejszać w miarę jej używania. Energia zwykle nie jest rozliczana osobno dla klientów indywidualnych (chociaż część tego, co płacimy, idzie na infrastrukturę), ale rozliczana jest dla dużych klientów jako „Opłaty za żądanie”.
Argyle,
5

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.

Argyle
źródło
Napięcie w pełni naładowanego akumulatora (pozostawionego na 24 godziny) jest raczej zbliżone do 13 V zamiast 14,4 V. 14,4 V to napięcie, które ładowarka stosuje w fazie ładowania.
Gunnish 12.12.12
1
Jest to błędne: „liczba amperogodzin odnosi się do tego, ile amperów można pobierać z akumulatora przy pełnym naładowaniu przez godzinę”. To nie jest prawda. Możesz łatwo uzyskać akumulator o natężeniu 2000 mA, który nigdy nie wytworzy 2 amperów, ale prawdopodobnie może wytworzyć 500 mA przez 4 godziny.
rakiety są szybkie
4

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.

Olin Lathrop
źródło
Problem z Ah polega na tym, że jest on zależny od obciążenia i zwykle nie jest określony w krótkich informacjach umieszczonych na akumulatorze, nie zawsze jest dostępny od producenta.
Gunnish 12.12.12
@Gunnish: Wszystkie arkusze danych baterii, które widziałem, dają pewne pojęcie o tym, co bateria może wytwarzać w różnych warunkach, przy czym Ah jest bardzo powszechna. Tak, Ah może dostarczyć akumulator różni się w zależności od aktualnego profilu, temperatury i innych parametrów, ale także całkowita energia. Wszystko jest funkcją wielu innych parametrów, jeśli chodzi o akumulatory, ale całkowity ładunek dostarczalny jest prawdopodobnie bardziej stały niż inne, podobnie jak całkowita dostarczalna energia.
Olin Lathrop,
@Josh: Nie, to nie jest takie proste. Całkowite ładowanie, jakie może dostarczyć bateria , różni się w zależności od obciążenia. Dobre karty danych akumulatorów pokażą krzywą Ah lub współczynnik obniżania wartości znamionowej dla prądu rozładowania. Twój akumulator 25 Ah może mieć moc znamionową 25 ° C przez 10 godzin rozładowania (2,5 A). Na 25 A możesz na przykład uzyskać 75% tego. W niższej temperaturze dodatkowo spadnie. Wszystko różni się w zależności od składu baterii, szczegółów konstrukcyjnych i różnych innych parametrów. Baterie są skomplikowane. Od pewnego czasu spójrz na arkusz danych.
Olin Lathrop,
3

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.

Majenko
źródło
Uważam, że ta zwięzła odpowiedź jest znacznie lepsza niż odpowiedź zaakceptowana; trafia do sedna „dlaczego?”, o co pytający naprawdę chciał wiedzieć.
Ryan V. Bissell
Nie do końca dociera do sedna, dlaczego, ale jeśli odpowiedź brzmi: „Liczba kulombów ładunku elektrycznego (amper sekund lub 1 / 3,6 mAh), które można przechowywać i odzyskiwać z akumulatora, jest z grubsza stała ponad jego żywotność, podczas gdy liczba dżuli energii (J lub 1/3 600 000 kWh), które można magazynować i odzyskiwać z tej samej baterii, różni się znacznie w czasie jej życia ”- zgodziłbym się
codhot
3

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),

supercat
źródło
0

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 ...!

użytkownik217664
źródło
Amperogodzina jest naukowa, ponieważ zarówno amper, jak i godzina są naukowo zdefiniowane. Amperogodzina jest bardzo często stosowana w inżynierii. Pamiętaj, że pytanie ma akceptowaną odpowiedź sprzed siedmiu lat.
Tranzystor