Voltaje vs Amp Horas: ¿Cuál es la Relación?

Tal vez solo quiera saber más o ver si sus nociones sobre el voltaje frente a los amperios por hora son correctas. Tal vez seas nuevo en herramientas inalámbricas y no sepas por dónde empezar. ¡Qué bueno que pudiste asistir a la fiesta!

El voltaje frente a los amperios por hora es una de las preguntas más básicas que se hacen a las herramientas inalámbricas. Puede ser confuso. Con herramientas con cable, a menudo describimos la cantidad de energía en función de la cantidad de amperios que consume. Esto es genial cuando hay una fuente de alimentación virtualmente infinita. La mayoría de las personas reducen los números de herramientas inalámbricas a la idea de que el voltaje es equivalente a la potencia y los amperios por hora son equivalentes al tiempo de funcionamiento. Sí... bueno, algo así... tal vez. Estas dos medidas nacen de la capacidad real de la batería, un término conocido como vatios-hora. Aquí está la ecuación:

Amperios Horas x Voltaje Nominal = Vatios Horas

Si observa la etiqueta de la mayoría de las baterías, le indicará el total de vatios-hora de su capacidad. Básicamente, cuanto más grande sea el tanque de combustible (vatios-hora), mayor será el potencial de energía que tenga; solo es cuestión de cómo lo use.

Si tuviera que desarmar la batería (¡por favor, no lo haga!), encontraría las celdas individuales de la batería que almacenan y suministran energía a la herramienta. Cada batería es capaz de entregar una cantidad específica de voltaje, generalmente 3,6 voltios en las celdas de iones de litio 18650 que se utilizan. ¿Necesitas una batería de 12V? Encadena 3 de ellos juntos en una serie. ¿Necesitas una batería de 18V? Usa 5.

Si estás haciendo los cálculos conmigo, ya sabes que hay un problema. El voltaje varía ligeramente dentro de las celdas según la cantidad de carga que contienen. Pueden producir un voltaje más alto en un estado de carga completa que bajo. Esa celda de 3.6V en realidad produce un poco más de 4V en un estado de carga completa. Incluso con eso, las matemáticas no funcionan a la perfección. Sin embargo, no pierdas la fe en mí todavía. Explicaré esas anomalías en un artículo posterior. Por ahora, concentrémonos en el voltaje como potencia.

Si desea más potencia, simplemente agregue otra celda en serie a la batería. Aumentará aproximadamente 4 V por cada nuevo que agregue. En teoría, podría hacer un 12V, 16V, 20V, 24V y así sucesivamente. Afortunadamente, la industria de herramientas se ha asentado en plataformas de 12 V, 18 V/20 V y 36 V para herramientas, mientras que existen otras combinaciones para equipos eléctricos para exteriores.

Una definición simple de amperios por hora sería la cantidad de amperaje que el paquete de baterías puede entregar durante una hora. Ignorando todos los demás factores (como la temperatura y la vibración), una batería de 3,0 amperios por hora le dará 3 amperios de corriente durante una hora. Una batería de 5,0 amperios por hora le dará 5 amperios durante una hora. A diferencia del voltaje, esta no es una cifra fija. Puede extraer un amperaje más alto de una batería y obtener menos tiempo de ejecución. Jon Bucklew hizo una excelente demostración de esto con la amoladora angular sin escobillas LXT de 18V de Makita. También puede consumir menos amperios y funcionar por más tiempo.

Es todo lineal. Ejecute 2,5 amperios con una batería de 5,0 amperios por hora: obtiene 2 horas de funcionamiento. Consuma 6 amperios en una batería de 3 amperios por hora; ahora solo obtiene 30 minutos. Aquí hay un gráfico que muestra cómo el sorteo actual afecta el tiempo de ejecución.

Entonces, ¿cómo obtenemos esos números? La mayoría de las celdas de las baterías de iones de litio funcionan alrededor de 2000 miliamperios por hora o 2,0 amperios por hora. Cuando conectas esas celdas en serie, solo producen un total combinado de 2,0 amperios por hora. En una serie, es el voltaje el que se combina, no los amperios por hora.

Cuando llega el momento de aumentar los amperios por hora, conecta las celdas en paralelo. Aquí hay un ejemplo de una batería típica de 12V.

Tres celdas de iones de litio 18650 están conectadas en serie.

Cada celda transporta 3,6 voltios y 2,0 amperios hora. Como están en serie, obtenemos 10,8 voltios (o 12 V cuando están completamente cargados), pero aún así solo los 2,0 amperios por hora.

Un dispositivo electrónico diferente toma las mismas tres celdas pero las conecta en paralelo. Ahora están produciendo solo 3,6 voltios, pero 6,0 amperios por hora.

Lo que sucede en las baterías de alta capacidad es una combinación de cableado en serie y en paralelo. Primero, toma 5 celdas cableadas en serie para obtener los 18V que necesita. Luego, conecte en paralelo otro conjunto cableado de la misma manera. Mantuvimos el voltaje en 18, pero duplicamos los amperios por hora a 4.0. En teoría, podríamos agregar otro conjunto para obtener 6,0 amperios por hora a 18 V.

En un artículo reciente sobre las mejores cortadoras de césped, notamos que parecía que Black & Decker y Craftsman estaban usando básicamente baterías reutilizadas de 20 V máx. Probablemente lo eran. Tome esa batería de 20 V máx., 5,0 amperios por hora en una configuración 5S2P (5 en serie, 2 en paralelo = 10 celdas en total dispuestas como 2 juegos de 5) y haga que todas funcionen en serie. Ahora tiene una batería de 40 V máx., 2,5 amperios hora con solo cambiar la configuración a 10S (serie 10).

10 celdas en total dispuestas en 2 filas de 5 celdas en serie = paquete de baterías de 20 V máx. 5 Ah

10 celdas en total dispuestas en 1 fila continua de 10 celdas en serie = paquete de baterías de 40 V máx. 2,5 Ah

Ahora, volviendo a la idea de los vatios-hora totales... No importa cómo conecte las celdas de la batería, el número de celdas determina los vatios-hora del paquete. Tanto la batería Black & Decker de 40 V (36 V nominales) y 2,5 amperios por hora como su prima de 20 V (18 V nominales) y 5,0 amperios por hora tienen un total de 90 vatios-hora.

En el mundo real, las cosas comienzan a volverse locas. Cuando habla de temperatura (tanto demasiado caliente como demasiado fría), vibración y otras condiciones ambientales, el voltaje y los amperios por hora comienzan a alejarse de lo ideal. Sin embargo, esas condiciones son parte de la vida en el lugar de trabajo. De alguna manera, los fabricantes establecen mejores expectativas simplemente enumerando una calificación más baja que es más representativa de la experiencia laboral real (18 V nominales en lugar de 20 V máx.).

Hay maneras de hacer mejores baterías. Puedes empezar a jugar con la química dentro de la batería (ánodos, cátodos y electrolitos, entre otros componentes). Las diferencias ocurren en la resistencia, la impedancia y otras palabras divertidas de cada célula que la mayoría de las personas normales no pueden definir. Esto da como resultado un mejor (oa veces peor) rendimiento. De repente, la misma cantidad de celdas que producían 18 voltios y tres amperios por hora está entregando el mismo voltaje pero con 4 amperios por hora y ahora ¡5!

Las diferencias de rendimiento de una empresa a otra tienen mucho que ver con las celdas de batería que utilizan. Los controles electrónicos y de seguridad que utilizan también entran en juego. Es simplemente cambiar la configuración del cableado lo que le permite agregar más energía a un paquete de baterías, más amperios por hora o ambos. El resultado de la combinación en el mundo real se puede simplificar para decir que un voltaje más alto significa más potencia general y un mayor amperaje por hora da como resultado más tiempo de funcionamiento general.

Con los fabricantes probando constantemente diferentes celdas de batería y diseños de carcasas, continuaremos viendo mejoras en el extremo de amperios hora de la ecuación de vatios-hora. Por ahora, parece que continuaremos viendo que el voltaje de la herramienta inalámbrica permanece donde está mientras OPE trabaja para establecerse en un punto óptimo.