Ah vs. Wh – akú energiu má Váš akumulátor?

Kto sa vyzná, ušetrí. Kapacita akumulátora a jeho energia sú podstatne odlišné pojmy, v ktorých treba mať jasno.

Na každej akumulátorovej batérii nájdeme údaj o napätí vo voltoch (V) a údaj o kapacite v v ampérhodinách (Ah). Oba sú mnohým z Vás známe a často sa s nimi stretávate.

Kapacita akumulátora však nie je to isté ako energia akumulátora. Potrebujeme predsa vedieť, akú energiu dokáže náš akumulátor uskladniť – práve tá uskladnená energia je „životodarnou silou“, poháňajúcou skrutkovač, brúsku, okružnú alebo chvostovú pílu – a malo by jej byť toľko, aby sme dokázali efektívne pracovať, keď už teda chceme mať akumulátorové náradie. K tomu nám údaj o kapacite nestačí.

Energia uskladnená v akumulátore sa vyjadruje vo watthodinách (Wh). V nemčine je zavedený výraz „Energieinhalt“, v angličtine „energy content“ a u nás sa používa výraz „energia akumulátora“.

Chápem, že nemôže byť každý elektrotechnikom – to ani nie je nutné. Stavbár aj strojár potrebuje byť odborníkom vo svojej oblasti. Zastávam však názor, že mnohé špecializácie sa vzájomne prelínajú a keďže pracujú aj s elektrickým náradím, potom je pre nich dobré vedieť niekoľko zásad, ktoré im pri práci – a pri výbere pracovných strojov – môžu byť užitočné.

Tento článok je práve o tom, ako sa oboznámením s jednoduchými výpočtami dá ľahko zorientovať vo veciach tak, že výsledkom je optimalizácia nákladov, kúpa práve takého akumulátorového náradia, aké potrebujeme. To je také náradie, ktoré nie je ani poddimenzované a ani nemá zbytočne „prehnané parametre“. Pochopením zásad získate bonus – vedomosti zužitkujete aj v každodennom živote.

Ah a Wh v skratke

Ampérhodina (značka Ah) sa používa na vyjadrenie kapacity akumulátorov. Jedna ampérhodina znamená, že zariadenie je schopné dodávať prúd 1A po dobu jednej hodiny.

100Ah znamená schopnosť dodávať prúd 1A po dobu 100 hodín, 25A po dobu 4 hodín alebo aj 300A po dobu ⅓ hodiny, teda 20 minút.

Keď máme akumulátory rovnakej napäťovej platformy, vieme sa zorientovať veľmi ľahko (obr.1). Všetky majú rovnaké napätie 18V a logicky predpokladáme, že za týchto podmienok nám pri vykonávaní tých istých úkonov vydrží 8Ah akumulátor (C) 2x viac ako 4Ah (B) a 4x viac ako 2Ah (A).

Obr. 1. Akumulátory rovnakej napäťovej platformy s rôznymi kapacitami

Predpoklad je samozrejme správny. Pre jednoduchú predstavu výdrže akumulátora nám môže poslúžiť skrutkovanie skrutiek akumulátorovým skrutkovačom do dreva – keď s 18V/2Ah zaskrutkujeme 100 skrutiek, so 4Ah to bude +/- 200 a s 8Ah zaskrutkujeme +/- 400 skrutiek.

Watthodina (značka Wh) je jednotkou energie. Zodpovedá práci stroja s výkonom jeden watt po dobu jednej hodiny.

Pre predstavu o množstve naakumulovanej energie slúži obr.2.

Pri výpočte watthodín (keď nie sú uvedené na akumulátore) potrebujeme trocha matematiky. Netreba sa toho báť, počty sú veľmi jednoduché.

Wh = V x Ah, čiže: watthodiny = napätie x kapacita

Príklad: Akú má energiu 18V/2Ah akumulátor?
18V x 2Ah = 36Wh

Výpočet energie akumulátorov HERMAN BL je na obr. 3.

Obr. 2. Predstava o energii rôznych akumulátorov

Obr. 3. Výpočet energie 18V akumulátorov

Energia akumulátora (C) je 2x väčšia ako energia akumulátora (B) a 4x väčšia ako akumulátora (A). Výsledok toho, koľkonásobne viac ktorý akumulátor vydrží, je totožný ako pri príklade s ampérhodinami. Niekto si teda môže povedať, načo sú nám watthodiny, keď nám vyšiel ten istý výsledok?

Pozor!
Akonáhle je však napätie akumulátorov rôzne, samotné ampérhodiny nám na posúdenie „výkonnosti“ nestačia. Pri akumulátorovom náradí máme dnes niekoľko napäťových platforiem (10,8V, 14,4V, 18V, 36V...). Pri ich reálnom výbere sa pohybujeme vo veľmi odlišných cenových hladinách - od desiatok po stovky Eur za akumulátor. Bez výpočtu watthodín sa nevieme správne zorientovať.

Rôzne napätia a rôzne kapacity

Práve v takýchto prípadoch sú watthodiny užitočné – ukážu nám napríklad aj to, prečo akumulátory s vyššími napätiami nemusia mať viac energie.

Obr. 4. Príklady akumulátorov rôznych napätí a kapacít

Porovnanie energie akumulátorov rôznych napätí a kapacity je na obr. 4. Môžete si ľahko vypočítať, o koľko percent má ktorý z nich väčšiu alebo menšiu energiu ako ten vedľa neho alebo porovnajte ktorékoľvek dvojice medzi sebou. Vidíte napríklad, že 14,4V/3Ah akumulátor má viac energie ako 18V/2Ah, alebo aj to, že 36V/2Ah má menej energie ako 18V/5Ah. A je v tom jasno.

Uvádzanie energie akumulátorov (Wh)

Na všetkých našich akumulátoroch nájdete okrem údaja o napätí a kapacite aj údaj o energii (obr. 5).

Obr.5. Údaj vo watthodinách uvedený na štítku našich akumulátorov

Konkurencia, a to ani renomované značky, energiu akumulátora neuvádzajú. Pozitívnou výnimkou je v tomto prípade HILTI.

Problém s týmto údajom majú všetci, ktorí neuvádzajú správne napätie svojich akumulátorov – pretože ako už vieme, Wh = V x Ah.

Pokiaľ výrobca na svojom 10,8-voltovom akumulátore uvedie údaj 12V, je to technicky nesprávne. Energia akumulátora musí vychádzať z menovitého napätia, stanoveného normou EN 61960:2011.

Čo je však horšie, v dôsledku uvedenia tohto nesprávneho údaja by sme sa mohli nazdávať, že akumulátor má podstatne – až o 10% vyššiu energiu, než v skutočnosti má!

Energia 10,8V akumulátora s kapacitou 2Ah je 21,6Wh (10,8V x 2Ah = 21,6Wh).

Avšak keď pri výpočte energie vychádzate z nesprávneho údaja o napätí – 12V, budete sa mylne domnievať, že energia akumulátora je 24Wh (12V x 2Ah = 24Wh).

Uvádzanie napätia 12V/20V/40V/60V namiesto menovitého napätia 10,8V/14,4V/18V/36V/54V, je nekorektné a zavádzajúce.

Uvádzanie energie akumulátora ako súčinu maximálneho napätia a kapacity akumulátoru je klamstvo a možno je toto ten pravý dôvod, že údaj o energii nájdeme iba zriedkavo - dve klamstvá na jednom produkte, to je už dosť.

Pri kúpe akumulátora, na ktorom sú uvedené údaje napríklad 40V/4Ah/160Wh si môžete s kľudným svedomím pýtať zľavu aspoň 10%, pretože skutočná energia tohto akumulátora je 144Wh.

Praktické využitie Wh

Začnime naším najmenším a najľahším akumulátorom (obr.6).

Zástrčná konštrukcia s tromi Li-Ion článkami 10,8V/2Ah pre vŕtací skrutkovač AXS-1080 a aj pre malý rázový uťahovač AXI-1080.

Skrutkovač AXS-1080 s týmto akumulátorom zaskrutkuje do suchého smrekového hranola 281 bežných skrutiek rozmeru 4x60mm (video). Pri sériovom skrutkovaní to zručnému pracovníkovi trvalo 21 minút a 4 sekundy. V praxi sa však potreba sériového skrutkovania takmer 300 skrutiek vyskytuje málokedy. O výbere vhodnej platformy pre potrebné účely si povieme v niektorom z ďalších článkov. Teraz sa však vráťme k watthodinám.

Obr. 6. Li-Ion akumulátor HERMAN BL 10,8V/2,0Ah

Príklad: Energiou 21,6Wh sme zaskrutkovali 281 skrutiek. Koľko skrutiek zaskrutkujeme jednou jedinou watthodinou energie?
281 skrutiek / 21,6Wh = 13 skrutiek

Príklad: Máme skrutkovač s akumulátorom 36V/2Ah. Už vieme, že jeho energia je 72Wh (36V x 2Ah = 72Wh). Koľko skrutiek zaskrutkujeme týmto skrutkovačom a takýmto akumulátorom?
1Wh = 13 skrutiek
72Wh = 72 x 13 = 936 skrutiek

Ľahko teraz vypočítame, že s akumulátorom 18V/5Ah, ktorý má 90Wh, zaskrutkujeme 1 040 skrutiek. A môžeme si vypočítať aj čas. Pracovník zaskrutkoval 281 skrutiek za 21 minút a 4 sekundy, t.j. 4,49 sekundy / 1 skrutku. Keby dokázal udržať toto tempo s 1 040 ks skrutkami, trvalo by mu to takmer 80 min. Všetci vieme, že tempo by nevydržal, takéto sériové práce nie sú každodennou záležitosťou a akumulátor sa rýchlonabíjačkou nabije za 40 minút.

Pre takýto prípad logicky nie je nutné kupovať 5Ah akumulátor, ktorý je nielen podstatne drahší, ale aj ťažší. Rozdiel v hmotnosti je výrazný: 10,8V/2Ah akumulátor váži 181 gramov a 18V/5Ah 652 gramov. A kto s náradím pracuje často, vie veľmi dobre, ako hmotnosť náradia ovplyvňuje komfort pri práci...

Pri takomto pohľade sa teda vynára množstvo otázok, čo je vhodné a čo nie. Takýmto spôsobom si môžeme na „počet zaskrutkovaných skrutiek“ rýchle prepočítať energiu akéhokoľvek akumulátora. Príklad bol použitý pre názornosť, podobne si vieme prepočítať iné rozmery skrutiek do iných materiálov, prepočítať počet otvorov vyvŕtaných akumulátorovým SDS-plus kladivom, dĺžku odrezanej OSB dosky napríklad okružnou pílou alebo čokoľvek iné.

Faktory ovplyvňujúce korektnosť vyššie uvedených výpočtov:

Ak chceme byť dôslední, musíme povedať, že uvedené výpočty vychádzajú z nášho modelového testu za konkrétnych podmienok. Existuje celý rad faktorov, ktoré môžu relatívne výrazne ovplyvniť výsledok, pokiaľ by ste sa chceli pokúsiť náš test zopakovať vo svojich podmienkach, ktoré sa od našich celkom iste budú líšiť. Kľúčovým je napríklad účinnosť stroja. Ďalšími faktormi sú: stav akumulátora, vonkajšia teplota, teplota motora skrutkovača, nerovnomerná tvrdosť podkladového materiálu, rozdiel medzi technikou skrutkovania, na ktorú má vplyv únava človeka alebo iný spôsob práce a pod. Tieto (a aj iné) vplyvy sa prejavujú vždy a v tomto článku sme ich zanedbali, avšak v praxi dôležité sú. Cieľom úvahy však bolo načrtnúť metodiku, ktorá nám s pomerne veľkou presnosťou pomôže zvoliť ten správny akumulátor pre konkrétnu aplikáciu.

A teraz už nepracujme - poďme na dovolenku

Je horúce leto. Na cestu si zoberieme autochladničku. V aute máme akumulátor 12V/60Ah, na štítku chladničky je uvedený údaj: príkon 48W. Počas jazdy alternátor priebežne dobíja akumulátor, ten dodáva energiu do autozásuvky, kam je pripojená chladnička. Pohoda, cesta ubieha, tešíme sa.

Večer sa ubytujeme na polceste, chladničku necháme pripojenú v aute. Ráno nás čaká nepríjemné prekvapenie, kedy nevieme auto ani otvoriť diaľkovým ovládaním. A čudujeme sa, čo sa stalo.

Poďme počítať:
12V x 60Ah = 720Wh, príkon autochladničky je 48W.
720Wh / 48W = 15 hodín

Akumulátor bol schopný dodávať energiu 15 hodín. Pozrieme na hodinky – zaparkovali sme včera o 18:00 a teraz je už 9:00. Presne 15 hodín. Akumulátor sa určite úplne vybil – až tak, že nevieme otvoriť ani dvere. Celkom pekný začiatok dovolenky – čo poviete?

vám to však už nehrozí. Viete, ako sa počítajú watthodiny a dáte si pozor. Chladničku si určite kúpite s kombinovaným napájaním a večer ju odnesiete na izbu a pripojíte do elektrickej siete.

Pre tých, ktorých téma zaujala a chcú si vyskúšať, či správne pochopili princíp energie, tu máme príklad s možnosťou výhry:

Vo svojom motorovom vozidle máte akumulátor 12V/60Ah. Zabudli ste vypnúť tlmené svetlá. Predné žiarovky majú príkon 55W, zadné 5W. Po koľkých hodinách bude akumulátor úplne vybitý?

Keď si u nás objednáte akékoľvek akumulátorové náradie a do poznámky pri objednávke uvediete správnu odpoveď, radi vám dáme na náradie, ktoré ste si vybrali, zľavu vo výške 20%.

Kľúčové slová: Ah, Wh, kapacita akumulátora, energia akumulátora, ampérhodina, watthodina

Zdroje:
Interné technické a školiace materiály spoločnosti HERMAN

Ing. Herman Nagypál

Vyštudoval som vojenskú školu, odbor letecká elektrotechnika. S náradím a nástrojmi som sa naučil pracovať už v detstve s otcom na stavbe rodinného domu. Každý náš nový produkt testujem aj osobne - vlastnými rukami vo svojej dobre vybavenej dielni. Vo voľnom čase sa rád preháňam na motorke po rumunských horských priesmykoch. Okrem toho študujem trendy v odbore a rád si vyskúšam aj konkurenčné produkty. Nad niektorými sa pousmejem, nad niektorými sa čudujem (že sa niekto dal nachytať a kúpil to) a niektoré sú fakt dobré. Skoro ako naše 😊.