¿Por qué las baterías se miden en amperios-hora pero el consumo de electricidad se mide en kilovatios-hora?

Estaba leyendo sobre el uso de energía en las baterías y no entiendo por qué se mide en unidades diferentes que el uso de electricidad en el hogar. Un amperio-hora no incluye una medida de voltios. Sin embargo, entiendo que una batería tiene un voltaje constante (1.5V, 9V, ...) tanto como el uso eléctrico doméstico (120V, 220V, ...). Entonces no veo por qué tienen diferentes unidades por las cuales se miden.

$kW \cdot h$ son una medida de energía, por la cual se factura a los clientes de la red y generalmente aparece en su factura en números fáciles de entender (0-1000, no 0-1 o números muy grandes; rangos que, por desgracia, confunden a muchas personas) .

$A \cdot h$ son una medida de carga eléctrica. Una batería (o 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 de una batería en ciertas condiciones de funcionamiento (circuito, temperatura, vida útil), también se conoce su energía de salida, pero no de otra manera, aunque puede llegar a algunas estimaciones bastante buenas.

Para convertir de a para una fuente de voltaje constante, multiplique por ese voltaje; para un voltaje cambiante y / o fuente de corriente, integre con el tiempo:$A \cdot h$$kW \cdot 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 se cae a medida que extrae energía de ella. El voltaje real de la batería depende de una serie de factores que no se limitan al estado de carga, la antigüedad de la batería, el perfil de carga, la química, etc., por ejemplo, una batería de iones de litio de 3.7V (nominal) puede comenzar a 4.15 voltios y disminuya a ~ 2.7 voltios antes de requerir una recarga.

Watt-Hours (o kW-H) es un indicador de la capacidad de almacenamiento de energía de la batería, mientras que amp-horas se referiría a cuántos amperios mínimo puede extraer de una batería con carga completa durante una hora antes de que ya no sea capaz de proporcionar ese nivel de flujo (¿quizás en o por encima del voltaje nominal?). 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 bajo consumo de corriente.

Adjunto: Ahora que miro la batería de mi teléfono celular, noto que tiene las tres clasificaciones impresas. Es una batería de iones de litio cuyo voltaje nominal es de 3.7V. Su capacidad energética está marcada como 4,81 vatios-hora. Su capacidad de carga eléctrica es de 1300 miliamperios-hora. Esto parece indicar que Energía = Voltaje * Carga eléctrica (al menos en términos de las clasificaciones 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 aproximación bastante buena.

De la forma en que funciona una batería, el total de coulombs que puede empujar se cae más directamente que la energía total que puede almacenar. El voltaje no es constante. Varía según el estado de carga de uno, y la relación entre los dos puede ser bastante diferente entre las químicas de la batería. Todo esto quiere decir que Ah es más relevante para los fabricantes de baterías que Wh o Joules.

Por supuesto, los julios pueden ser relevantes para el diseño del circuito, por lo que esta información está disponible, solo que no se incluye en la mordida de sonido de 2 segundos llamada calificación de amperios-hora. Las hojas de datos de la batería pueden volverse bastante complejas. Como con la mayoría de las cosas, hay una serie de compensaciones 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 amperios-hora son tan buenos como cualquiera, y es en lo que la industria ha convergido.

El voltaje de las baterías cambia durante su vida útil. La corriente la establece el circuito al que está conectada.

Como la corriente es un valor constante conocido y puede predecirse, y el voltaje no puede, las unidades están en el valor que puede predecirse.

Su suministro de electricidad es un voltaje constante y puede predecirse.

Un factor que aún no se menciona es que debido a que las baterías tienen una cierta cantidad de resistencia interna, consumir más corriente hará que el voltaje se hunda. 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. Al extraer 10 mA de la batería durante 10 horas, se descargará casi tanto como extraer 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 intente drenarla rápidamente que cuando intente 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 apreciablemente afectado por el uso de ese cliente. Una compañía eléctrica podría suministrar un amplificador a 105 voltios utilizando un 20% menos de energía (por unidad de tiempo) de lo que se necesitaría 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 suministrarlo. Por cierto, algunos dispositivos (p. Ej. Motores de inducción) a menudo consumen menos corriente a voltajes más altos (mientras realizan la misma cantidad de trabajo),

Simplemente un "Amp.Hour" no es una unidad científica o unidad SI. Amp.hr es una clasificación que usan los fabricantes de baterías, pero debido a que un ampre = un Coulomb por segundo, cuando se multiplica por una hora, los dos factores de tiempo se cancelan y el resultado es simplemente 1 Amp.Hr = 3600 Coulombs de carga, sin factor de tiempo involucrado . Un poco de humo y espejos de los fabricantes de baterías. ¡Si realmente quiere saber cómo funcionará su batería, tendrá que mirar un poco más profundo que tomar la palabra de los vendedores ...!