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mAh vs Wh : capacità ed energia di una batteria

Guardando l'etichetta di una batteria, a volte si trovano dichiarati gli Ah, a volte i Wh, a volte entrambi. Che significa? Qual è la giusta unità di misura da usare?

Sulle batterie, di qualsiasi tipo, si trova stampigliato uno di questi dati:

Sappiamo che se una batteria ha una capacità di 1Ah, vuol dire che ci fornisce 1A per 1h (la corrente di 1A per il tempo di 1h). Oppure mi fornirà 4A per 1/4 di ora (15min) o ancora 8A per 1/8 di ora etc..(in linea teorica, perchè aumentando molto la corrente spillata, ci sono delle perdite la capacità effettiva si riduce).

L'unità di misura, Ah o mAh, é comoda e pertanto usata a livello globale: dirti quanti Ah ti da la batteria ti fa conoscere quanta corrente ti da la batteria e per quanto tempo.

C'è solo un piccolo problema:
Gli Ah ti dicono la corrente elettrica spillata alla batteria e per quanto tempo, ok...ma a quanti volt?
Bè, i volt della batteria, naturalmente. Parlando solo di batterie da 3.7V per esempio, come quelle dei cellulari, allora possiamo dire che:

  • una batteria da 2000mAh ha il doppio della capacità di una batteria da 1000mAh
  • oppure che il mio nuovo galaxy s7, è dotato di batteria da 3000mAh e questa ha capacità quasi doppia rispetto alla batteria del mio vecchio iPhone5, che era da 1600mAh.

Tutto giusto, perchè ci riferiamo sempre a batterie con lo stesso voltaggio, ovvero da 3.7 o 3.8 volts.

Ma che succede quando dico che la batteria del mio smartphone samsung, che ha una capacità di 2800mAh e quella della mia Reflex Canon che ha solo 2000mAh? E' forse vero che la batteria del mio telefono è più potente di quella della mia Reflex?

capacità ampere coulomb al secondo

Assolutamente no! I due valori non sono confrontabili, perchè le batterie lavorano a voltaggio diverso. La batteria dello smartphone è da 3.8V e quella della Reflex è da 7.4V e fornisce certamente più energia!

Ed è qui che viene in aiuto il wattora, infatti la batteria della reflex fornisce 14.8Wh contro i 10.6Wh della batteria dello smartphone.

Le capacità, espresse in Ah o mAh, non sono confrontabili quando si parla di batterie che lavorano con voltaggi diversi (per es. La batteria di un telefono e la batteria di una macchina)

L'energia fornita da due batterie qualsiasi, con qualsiasi voltaggio, è sempre confrontabile.

 

Vediamo un altro esempio

Consideriamo due batterie di voltaggio diverso e stabiliamo in modo assoluto quale delle due fornisce più energia. Queste due batterie, per esempio:

batteria calcolo energia wh

Hanno capacità di 6Ah (a sinistra) e 4Ah (a destra). Verrebbe spontaneo dire che quella da 6Ah sia "più potente", ma sarebbe un grave errore. Hanno voltaggi diversi e non si possono confrontare sulla base della capacità. E' invece corretto confrontare le energie, per cui la batteria di destra è "più potente" ovvero fornisce una maggiore energia di quella a sinistra.

Le capacità, espresse in Ah o mAh, non sono confrontabili quando si parla di batterie che lavorano con voltaggi diversi (per es. La batteria di un telefono e la batteria di una macchina). Le energie, espresse in Wh, di due batterie sono invece sempre confrontabili, indipendentemente da voltaggio o chimica delle batterie stesse.

Il Wh è il modo migliore per quantificare una batteria. Quando comunemente si parla di "capacità" o "potenza" o persino "forza" di una batteria, si intende in effetti ciò che verrebbe espresso in termini fisici dalla sua energia

Spesso, sull'etichetta di una batteria riportati entrambi: Ah e Wh ma il Wh è l'unico valore che dovrebbe essere riportato, insieme al voltaggio. Conoscendo Wh e V....i mAh non sono di alcuna utilità.

Vediamo ancora una tabella che illustra bene la differenza tra capacità ed energia

 

Tipo di BatteriaVoltaggioCapacitàCarica elettricaEnergia
Piombo-acido 2V 2Ah 7200C 4Wh
Nichel-Cadmio 1.2V 2Ah 7200C 2.4Wh
Nichel Metallo idruro 1.2V 2Ah 7200C 2.4Wh
Litio-Cobalto 3.7V 2Ah 7200C 7.4Wh



Perchè alcune batterie hanno la stessa carica in coulomb o la stessa capacità in Ah, ma immagazzinano diverse quantità di energia?
Nelle batterie a voltaggio maggiore, la carica è immagazzinata a potenziale maggiore....quindi l'energia è maggiore. Infatti l'energia si può esprimere come il prodotto tra il voltaggio e la capacità. A parità di capacità, un voltaggio maggiore fornisce maggiore energia.

 

Un altro vantaggio dell'utilizzo del wattora si ha nelle curve di scarica.

batteria calcolo energia wh



Considerando una curva di scarica, infatti, si ha che l'energia in Wh della batteria è proporzionale all'area sottesa dalla curva di scarica. Puoi trovare maggiori informazioni in questo articolo.





Supponiamo ora di avere due batterie, entrambe scaricate con la stessa corrente di scarica 1C. Per entrambe la scarica inizia dal valore massimo della tensione, circa 4.2V e finisce a 2.8V (cut-off voltage). Entrambe le batterie, a fine scarica, forniscono la stessa capacità, ovvero circa 2600mAh. Le batterie dunque sembrerebbero in tutto e per tutto uguali. E' così?

batteria calcolo energia wh

No. Se considero di fermare la scarica, per esempio a 3.4V, noto che le due batterie mi hanno fornito, fino a quel momento, capacità diverse. In particolare la cella blu ha fornito meno di 1.75Ah e quella rossa oltre 2.25Ah. La cella rossa ha fornito più energia, perchè a parità di voltaggio (3.4) ha fornito più capacità. Questo discorso vale per tutti i voltaggi che considero. La curva di scarica rossa e quindi la cella rossa fornsice più energia di quella blu.

Questo fatto si esprime geometricamente dicendo che l'energia fornita dalla cella è proporzionale all'area sottesa dalla curva di scarica.

batteria calcolo area1

batteria calcolo area 2

E' evidente che l'intera area rossa è maggiore di quella blu. La differenza tra le due energie prodotte è pari alla differenza tra le aree:

Occorre quindi prestare sempre attenzione quando si utilizza il mAh, alla variazione di tensione in gioco, perchè è facile confondersi e confrontare gli Ah di due batterie. Questo problema non esiste con il wattora.

Per finire, cerchiamo di avere una idea, seppure spannometrica, delle differenze di energia tra batterie appartenenti a categorie diverse:

 

Tipo di BatteriaVoltaggioCapacità tipicheEnergia
Pila a bottone 1.55V 50-300mAh 0.08-0.5Wh
Stilo/Ministilo 1.5V 500-2000mAh 0.75-3Wh
Digital camera e smartphone 3.6/3.8V 1000-3500mAh 3.7-13Wh
Notebook 10.8/14.8V 2600-12000mAh 30-140Wh
Piombo acido 12V 40-100Ah 480-1200Wh



Si va dunque dai alcuni mWh (milliwattora) delle batterie o pile più piccole, ad oltre 1kW (kilowattora) delle batterie per auto e camion.

Nota bene

Molte pile, come stilo o ministilo, hanno ormai capacità altissime. Non bisogna dimenticare che la tensione nominale è di 1.5V e dunque l'energia complessiva è comunque bassa. Oltre a questo l'energia delle pile alcaline diminuisce drasticamente se aumenta la corrente di scarica.

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Letto 18160 volte Ultima modifica il Martedì, 26 Luglio 2016 16:13
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