¿Por qué las baterías de ciclo profundo se clasifican en amperios por hora en lugar de vatios por hora?

En pocas palabras, los vatios miden una tasa de consumo y los amperios-hora o kilovatios-hora miden la energía total consumida. Las baterías almacenan energía, por lo que es útil una unidad que cuantifique la cantidad de energía almacenada.

Los vatios son 'julios por segundo', por lo que 1 vatio es el consumo de 1 julio por segundo. Watt-hora es la energía consumida por una carga con un consumo de energía de 1 Watt durante una hora. Esta es la misma unidad que usa la compañía eléctrica para determinar su factura de electricidad.

Entonces, la pregunta puede modificarse para ser "¿Por qué las baterías se expresan en amperios-hora en lugar de kilovatios-hora", y también hay una buena razón para eso. Al especificar el voltaje por separado, la unidad de 'Amp-Hours' permite un recálculo conveniente para diferentes combinaciones de baterías en serie/paralelo, así como un cálculo más fácil de la vida útil de la batería (medir la corriente de carga es más fácil que la potencia de carga).

Los amperios por hora especifican mejor lo que la batería almacena y proporciona lo que hacen los vatios por hora.

Los amperios por hora se relacionan con la reacción química básica de la batería, mientras que los vatios por hora se ven mucho más afectados por el estado de carga durante la carga y descarga y por la tasa de carga y descarga.

En una batería LiFePO4, la eficiencia Ah puede ser del 99,5 % o más, pero la hora vatio (eficiencia energética) puede ser del 70 % al 90 % dependiendo de diversas condiciones y parámetros. Una batería de iones de litio estándar es algo similar y una batería de plomo ácido puede lograr una eficiencia de corriente superior al 90 % (= Ah).

Una batería variará su voltaje a lo largo de su rango de carga.
Resistencia interna x corriente de carga al cuadrado = pérdidas resistivas internas que es energía totalmente desperdiciada.

En la descarga,
resistencia interna x corriente de descarga al cuadrado = pérdidas resistivas internas
que es energía totalmente desperdiciada.

En un caso la energía derrochada se refleja por un RISe de Vterminal y en el otro por una gota.

Al cargar, en la primera parte del ciclo, la resistencia interna es relativamente baja. Los AH (amperios por hora) puestos en la batería son en gran parte recuperables Y los vatios por hora también.
Pero a medida que avanza la carga, la resistencia interna aumenta, la eficiencia energética de carga disminuye PERO la eficiencia de la corriente de carga sigue siendo razonablemente alta.

Tomando una batería LiFePO4 (también conocida como "LFP" ) como un excelente ejemplo, cuando es nueva, la carga ACTUAL para descargar la eficiencia es de aproximadamente 99.5%. ¡ A medida que la batería envejece, esta eficiencia AUMENTA! es decir, se pueden sacar casi todos los amperios × horas. PERO los Watt-hora ingresados ​​y los Watt-hora extraídos dependen en qué parte del ciclo se colocan y qué tan rápido se agotan. Los Watt-hora en la primera parte del ciclo son razonablemente eficientes, pero disminuyen en eficiencia a medida que aumenta el voltaje.

Solar

Un panel fotovoltaico/fotovoltaico/solar para cargar un sistema de 12 V normalmente tiene 36 celdas, un voltaje sin carga de > 20 V, un "MPP" = voltaje máximo del punto de alimentación de quizás 15 V, de modo que el voltaje óptimo con carga completa supera con creces los 12 V . Conecte este panel a una batería de 12 V y el voltaje caerá a un valor que depende de los parámetros de la batería y el estado de carga.

Cuando se carga más allá de su punto de máxima potencia, el panel fotovoltaico se aproximará a una fuente de corriente constante.

Si un panel fotovoltaico funciona a, digamos, 3 A, independientemente de la potencia que produzca el panel (V x I), ya sea
18 V x 3 A = 54 vatios o
15 V x 3 A = 45 W o
13 V x 3 A = 39 W,
lo que ve la batería es el 3A.
El 3A es lo que impulsa la reacción de almacenamiento químico e independientemente del voltaje del terminal cuando la batería está descargada, no obtendrá más de 3 Ah por cualquier 3 Ah puesto, y en la práctica obtendrá menos porque cargar y descargar nunca es 100% eficiente .

Si el voltaje de la batería es de, por ejemplo, 12,1 V cuando consume 3 A durante una hora y se cargó con un panel que se habría cargado a 15 V x 3 A "si se hubiera permitido"
, entonces la eficiencia energética devuelta frente a la disponible es de
12,1 x 3 A / (15 x 3A) x Kah
=~ 81% x Kah
donde Kag es la eficiencia en amperios hora.
Si Kah es 0,9 (90 %), entonces la eficiencia total en vatios hora en relación con lo que el panel PODRÍA haber producido es 0,81 x 0,9 =~ 73 %

Se puede argumentar que "no es justo" decir que un panel "podría haber hecho 15 V x 3 A" cuando se carga para decir 12,5 V por una batería, y ese es un punto válido, PERO de una batería de 15 V había sido utilizado o si se hubiera utilizado un controlador MPPT que permite que el panel funcione en su punto óptimo, entonces el panel habría producido los 15 V x 3 A declarados. Qué enfoque es "correcto" depende de lo que esté tratando de determinar.

AH es la cantidad de corriente que puede extraer la carga en una sola hora. O la corriente que puede suministrar la batería en una sola hora.

WH sería el consumo de energía por parte de la carga en una sola hora.

El voltaje será la cantidad de potencial requerida para conducir la corriente. Cabe señalar que el voltaje de carga debe ser menor en comparación con la batería, como sugieren los fundamentos de la diferencia de potencial.

En cuanto a por qué las baterías están clasificadas en AH es porque cada carga funciona con un voltaje diferente. Clasificar la batería directamente en WH no significaría a qué voltaje está funcionando la carga. Se aplica voltaje y se extrae corriente.

Estos tres parámetros son fundamentalmente diferentes, pero técnicamente se requiere que estén juntos para comprender las capacidades de cualquier sistema eléctrico :).