Pourquoi les batteries sont-elles mesurées en ampères-heures alors que la consommation d'électricité est mesurée en kilowattheures?

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Je lisais sur l'utilisation d'énergie dans les batteries et je ne comprends pas très bien pourquoi elle est mesurée dans des unités différentes de l'utilisation électrique domestique. Un ampère-heure n'inclut pas une mesure de volts. Mais si je comprends bien, une batterie a une tension constante (1,5 V, 9 V, ...) tout autant que l'utilisation électrique domestique (120 V, 220 V, ...). Je ne vois donc pas pourquoi ils ont des unités différentes selon lesquelles ils sont mesurés.

batteries watts Alexis K
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fyi. Il semble que votre question touche au sujet de la jauge de la batterie. Voici un récent article de synthèse: batteryuniversity.com/learn/article/…
Nick Alexeev

Réponses:

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kW⋅h sont une mesure d'énergie, pour laquelle les clients du réseau sont facturés et apparaissent généralement sur votre facture en chiffres faciles à comprendre (0-1000, pas 0-1 ou très grands nombres; plages qui, malheureusement, déroutent beaucoup de gens) .

A⋅h sont une mesure de la charge électrique. Une batterie (ou un condensateur) peut stocker plus ou moins une certaine quantité de charge quelles que soient ses conditions de fonctionnement, tandis que son énergie de sortie peut changer. Si la courbe de tension d'une batterie dans certaines conditions de fonctionnement est connue (circuit, température, durée de vie), son énergie de sortie est également connue, mais pas autrement, bien que vous puissiez arriver à de très bonnes estimations.

Pour convertir de en pour une source de tension constante, multipliez par cette tension; pour une source de tension et / ou de courant changeante, intégrez au fil du temps:A⋅hkW⋅h

1kW⋅h1000W⋅h∫t1t2je(t)E(t)rét ;  E [V], je [UNE], t1,2 [h]
tyblu
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Les clients du réseau sont facturés à la fois pour l'électricité et l'énergie. L '«énergie de sortie» d'une batterie ne peut pas changer (ni créée ni détruite). Je pense que vous voulez dire "puissance de sortie". La capacité de stockage d'énergie d'une batterie secondaire (c'est-à-dire rechargeable) peut changer au cours de la durée de vie de la batterie en raison de changements dans sa structure (car un travail a été effectué sur celle-ci).
Argyle
L'énergie de sortie et la charge d'une batterie changent, @Josh, notamment en ce qui concerne les changements de température et de consommation de courant, mais le nombre de coulombs nécessaires pour fournir cette énergie est plus constant. Cela ne me dérangerait pas si vous expliquiez dans le chat comment on pouvait être facturé pour l'électricité seule.
tyblu
Mon mauvais, votre utilisation est correcte. J'ai pensé qu'il était important de faire la distinction entre puissance et énergie ici, mais ils sont directement liés. La production d'énergie variera en fonction de la puissance, car l'énergie fait partie intégrante de la puissance. L'intérêt d'une batterie est de stocker de l'énergie et bien sûr sa puissance diminuera à mesure que vous l'utiliserez. L'électricité n'est généralement pas facturée seule aux clients résidentiels (même si une partie de ce que nous payons va à l'infrastructure), mais elle est facturée aux gros clients en tant que «frais de demande».
Argyle
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Remarque sur la tension de la batterie: la tension nominale de la batterie est "nominale". Une batterie au plomb-acide de 12 volts complètement chargée démarre en fait autour de ~ 14,4 volts et tombe lorsque vous en tirez de l'énergie. La tension réelle de la batterie dépend d'un certain nombre de facteurs non limités à l'état de charge, l'âge de la batterie, le profil de charge, la chimie, etc. Par exemple, une batterie lithium-ion de 3,7 V (nominale) peut démarrer à 4,15 volts et diminuer à ~ 2,7 volts avant de nécessiter une recharge.

Les wattheures (ou kW-H) sont un indicateur de la capacité de stockage d'énergie de la batterie, tandis que les ampères-heures se réfèrent au nombre d'ampères minimum que vous pouvez tirer d'une batterie à pleine charge pendant une heure avant qu'elle ne soit plus capable de fournir ce niveau d'écoulement (peut-être à ou au-dessus de la tension nominale?). Ils sont étroitement liés, mais pas équivalents. Certaines batteries sont conçues davantage pour les appareils à courant élevé, tandis que d'autres sont conçues pour durer longtemps pour les appareils à courant faible.

En annexe: Maintenant que je regarde la batterie de mon téléphone portable, je remarque qu'elle a les trois notes imprimées dessus. Il s'agit d'une batterie au lithium-ion dont la tension nominale est de 3,7 V. Sa capacité énergétique est de 4,81 wattheures. Sa charge électrique est de 1300 milliampères-heures. Cela semble indiquer que l'énergie = tension * charge électrique (au moins en termes de cotes de batterie), bien que je pense que cette équation cache le fait qu'il y a une intégration de P = VI en cours et que V ressemble plus à un valeur moyenne qu'une constante, ce qui donne probablement une assez bonne approximation.

Argyle
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La tension d'une batterie complètement chargée (qui a été laissée seule pendant 24H) est assez proche de 13 V plutôt que de 14,4 V. 14,4 V est la tension que le chargeur utilise dans une phase de charge.
Gunnish
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C'est faux: "ampères-heures se réfère au nombre d'ampères minimum que vous pouvez tirer d'une batterie à pleine charge pendant une heure". Ce n'est pas vrai. Vous pouvez facilement obtenir une batterie de 2000 mAh qui ne produira jamais 2 ampères, mais elle pourrait probablement produire 500 mA pendant 4 heures.
rocketsarefast
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De la façon dont fonctionne une batterie, le nombre total de coulombs qu'elle peut déplacer tombe plus directement que l'énergie totale qu'elle peut stocker. La tension n'est pas constante. Il varie en fonction de l'état de charge de l'un et la relation entre les deux peut être très différente entre les caractéristiques chimiques des batteries. Tout cela pour dire que Ah est plus pertinent pour les fabricants de batteries que Wh ou Joules.

Les joules peuvent bien sûr être pertinents pour la conception des circuits, donc ces informations sont disponibles, mais ne sont tout simplement pas incluses dans la morsure sonore de 2 secondes appelée intensité ampère-heure. Les fiches techniques de la batterie peuvent devenir assez complexes. Comme pour la plupart des choses, il existe une multitude de compromis et des informations approfondies sont plus qu'un seul chiffre. Si vous ne devez choisir que deux chiffres pour caractériser rapidement une batterie, les volts et les ampères-heures sont aussi bons que n'importe quel autre, et c'est ce sur quoi l'industrie a convergé.

Olin Lathrop
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Le problème avec Ah est qu'il dépend de la charge, et il n'est généralement pas spécifié dans les informations brèves situées sur la batterie, ce n'est même pas toujours disponible auprès du fabricant.
Gunnish
@Gunnish: Toutes les fiches techniques de batterie que j'ai vues vous donnent une idée de ce que la batterie peut produire dans diverses conditions, Ah étant très courant. Oui, le Ah qu'une batterie peut fournir varie en fonction du profil actuel, de la température et d'autres paramètres, mais il en va de même de l'énergie totale. Tout dépend de nombreux autres paramètres en ce qui concerne les batteries, mais la charge totale livrable est probablement plus constante que d'autres, comme l'énergie totale livrable.
Olin Lathrop
@Josh: Non, ce n'est pas si simple. La charge totale d' une batterie peut fournir ne varie avec la charge. De bonnes fiches techniques de batterie montreront une courbe de Ah ou du facteur de déclassement par rapport au courant nominal de décharge. Votre batterie de 25 Ah peut être évaluée à 25 ° C sur une décharge de 10 h (2,5 A). À 25 A, vous pouvez obtenir 75% de cela, par exemple. À une température plus basse, il diminuera également. Tout cela varie différemment entre les caractéristiques chimiques de la batterie, les détails de construction et divers autres paramètres. Les batteries sont compliquées. Allez voir une fiche technique un peu de temps.
Olin Lathrop
3

La tension d'une batterie change au cours de sa durée de vie. Le courant est réglé par le circuit auquel il est connecté.

Comme le courant est une valeur connue constante et peut être prévu, et la tension ne peut pas, les unités sont dans la valeur qui peut être prédite.

Votre alimentation électrique est une tension constante et peut être prédite.

Majenko
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Je pense que cette réponse concise est bien meilleure que la réponse acceptée; cela va droit au cœur du «pourquoi?», ce que le demandeur voulait réellement savoir.
Ryan V.Bissell
Cela ne va pas entièrement au cœur de la raison, mais si la réponse est "Le nombre de Coulombs de charge électrique (Ampère-seconde ou 1 / 3,6 mAh) qui peuvent être stockés et récupérés à partir d'une batterie est à peu près constant sur sa durée de vie alors que le nombre de Joules d'énergie (J ou 1/3 600 000 kWh) qui peuvent être stockés et récupérés à partir de la même batterie varie considérablement au cours de sa durée de vie "alors je serais d'accord
codeshot
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Un facteur non encore mentionné est que, parce que les batteries ont une certaine résistance interne, le fait de consommer plus de courant entraînera un affaissement de la tension. Supposons, hypothétiquement, qu'une batterie particulière qui a été déchargée d'une certaine quantité fournisse 12 volts en fournissant 10mA, ou 10 volts en fournissant 100mA. Le fait de tirer 10mA de la batterie pendant 10 heures la déchargera à peu près autant que de tirer 100mA pendant une heure, mais dans le premier scénario, la batterie aurait fourni 20% d'énergie "utile" en plus. Point clé: une plus grande fraction de l'énergie dans une batterie sera perdue en essayant de la vider rapidement qu'en essayant de la vider lentement.

Les lignes électriques ont également un certain niveau de résistance, et des facteurs similaires peuvent s'appliquer, mais la tension de ligne atteignant le compteur d'un client résidentiel n'est généralement pas affectée de manière appréciable par l'utilisation de ce client. Une compagnie d'électricité pourrait fournir un ampère à 105 volts en utilisant 20% moins d'énergie (par unité de temps) que ce qui serait nécessaire pour fournir un ampère à 126 volts. Si les clients étaient facturés par ampère-heure, les compagnies d'électricité seraient incitées à fournir leur énergie à la tension la plus basse possible. La facturation par kWh signifie que l'utilisation facturable du client sera proportionnelle à la quantité d'énergie que la compagnie d'électricité doit produire pour l'approvisionner. Par ailleurs, certains appareils (par exemple les moteurs à induction) consomment souvent moins de courant à des tensions plus élevées (tout en effectuant la même quantité de travail),

supercat
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Un "Amp.Hour" n'est tout simplement pas une unité scientifique ou une unité SI. Amp.hr est une note que les fabricants de batteries utilisent mais parce qu'un ampère = un Coulomb par seconde, multiplié par une heure, les deux facteurs de temps s'annulent et le résultat est simplement 1 Amp.Hr = 3600 Coulombs de charge, aucun facteur de temps impliqué . Donc un peu de fumée et de miroirs des fabricants de batteries. Si vous voulez vraiment savoir comment votre batterie va fonctionner, vous devrez regarder un peu plus profondément que de prendre la parole des vendeurs ...!

user217664
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L'ampère-heure est scientifique en ce sens que l'ampère et l'heure sont scientifiquement définis. L'ampère-heure est très utilisé en ingénierie. Notez que la question a une réponse acceptée d'il y a sept ans.
Transistor