Tension vs ampères-heures : quelle est la relation ?

Peut-être que vous voulez simplement en savoir plus ou voir si vos notions sur la tension par rapport aux ampères-heures sont correctes. Peut-être que vous débutez avec les outils sans fil et que vous ne savez pas par où commencer. Contente que tu aies pu être à la fête !

La tension par rapport aux ampères-heures est l'une des questions les plus fondamentales posées aux outils sans fil. Cela peut être déroutant. Avec les outils filaires, nous décrivons souvent la quantité de puissance en fonction du nombre d'ampères qu'il consomme. C'est génial quand il y a une alimentation électrique pratiquement infinie. La plupart des gens résument le nombre d'outils sans fil à l'idée que la tension est équivalente à la puissance et que les ampères-heures sont équivalentes à la durée de fonctionnement. Ouais… eh bien, en quelque sorte… peut-être. Ces deux mesures sont issues de la capacité réelle de la batterie, un terme connu sous le nom de wattheures. Voici l'équation :

Ampères-heures x Tension nominale = Wattheures

Si vous regardez sur l'étiquette de la plupart des batteries, elle vous indiquera le total des wattheures de sa capacité. Fondamentalement, plus le réservoir de carburant est grand (wattheures), plus votre potentiel énergétique est élevé - tout dépend de la façon dont vous l'utilisez.

Si vous deviez démonter votre batterie (ne le faites pas !), vous trouverez les cellules de batterie individuelles qui stockent et fournissent de l'énergie à l'outil. Chaque batterie est capable de fournir une quantité spécifique de tension, généralement 3,6 volts dans les cellules lithium-ion 18650 utilisées. Besoin d'une batterie 12V ? Enchaînez-en 3 dans une série. Besoin d'une batterie 18V ? Utilisez 5.

Si vous faites le calcul avec moi, vous savez déjà qu'il y a un problème. La tension varie légèrement dans les cellules en fonction de la quantité de charge qu'elles contiennent. Ils peuvent produire une tension plus élevée à pleine charge que faible. Cette cellule de 3,6 V produit en fait un peu plus de 4 V à pleine charge. Même avec cela, le calcul ne fonctionne pas parfaitement. Ne perdez pas encore confiance en moi, cependant. J'expliquerai ces anomalies dans un article ultérieur. Pour l'instant, concentrons-nous sur la tension en tant que puissance.

Si vous voulez plus de puissance, ajoutez simplement une autre cellule en série à la batterie. Vous augmenterez d'environ 4V pour chaque nouveau que vous ajoutez. En théorie, vous pourriez faire un 12V, 16V, 20V, 24V et ainsi de suite. Heureusement, l'industrie de l'outillage s'est installée dans des plates-formes 12V, 18V/20V et 36V pour les outils, tandis que d'autres combinaisons existent pour les équipements électriques extérieurs.

Une définition simple des ampères-heures serait la quantité d'ampérage que la batterie peut fournir pendant une heure. Tous les autres facteurs étant ignorés (comme la température et les vibrations), une batterie de 3,0 ampères-heure vous donnera 3 ampères de courant pendant une heure. Une batterie de 5,0 ampères-heure vous donnera 5 ampères pendant une heure. Contrairement à la tension, ce n'est pas un chiffre fixe. Vous pouvez tirer un ampérage plus élevé d'une batterie et obtenir moins de temps de fonctionnement. Jon Bucklew en a fait une démonstration exceptionnelle avec la meuleuse d'angle sans balais Makita 18V LXT. Vous pouvez également consommer moins d'ampères et fonctionner plus longtemps.

Tout est linéaire. Exécutez 2,5 ampères sur une batterie de 5,0 ampères-heure - vous obtenez 2 heures d'autonomie. Tirez 6 ampères sur une batterie de 3 ampères-heure - vous n'avez plus que 30 minutes. Voici un graphique qui montre comment le tirage actuel affecte le temps d'exécution.

Alors, comment obtenons-nous ces chiffres ? La plupart des cellules de batterie lithium-ion fonctionnent quelque part autour de 2000 milliampères-heures ou 2,0 ampères-heures. Lorsque vous enchaînez ces cellules en série, elles ne produisent toujours que 2,0 ampères-heures combinés. Dans une série, c'est la tension qui est combinée, pas les ampères-heures.

Quand il est temps d'augmenter les ampères-heures, vous enchaînez vos cellules en parallèle. Voici un exemple d'une batterie 12V typique.

Trois cellules lithium-ion 18650 sont montées en série.

Chaque cellule transporte 3,6 volts et 2,0 ampères heures. Puisqu'ils sont en série, nous obtenons 10,8 volts (ou 12 V lorsqu'ils sont complètement chargés), mais toujours juste les 2,0 ampères-heures.

Un appareil électronique différent prend les trois mêmes cellules mais les câble en parallèle. Maintenant, ils ne produisent que 3,6 volts, mais 6,0 ampères-heures.

Ce qui se passe dans les batteries haute capacité est une combinaison de câblage en série et en parallèle. Tout d'abord, vous prenez 5 cellules câblées en série pour obtenir le 18V dont vous avez besoin. Ensuite, mettez en parallèle un autre ensemble câblé de la même manière. Nous avons maintenu la tension à 18, mais avons doublé les ampères-heures à 4,0. En théorie, nous pourrions ajouter un autre ensemble pour obtenir 6,0 ampères-heures à 18V.

Dans un récent article sur les meilleures tondeuses à gazon, nous avons noté qu'il semblait que Black & Decker et Craftsman utilisaient essentiellement des batteries 20V max réutilisées. Ils l'étaient probablement. Prenez cette batterie 20V max, 5,0 ampères-heure dans une configuration 5S2P (5 séries, 2 parallèles = 10 cellules au total disposées en 2 ensembles de 5) et faites-les fonctionner toutes en série. Vous avez maintenant une batterie de 40 V max, 2,5 ampères-heure en changeant uniquement la configuration en 10S (série 10).

10 cellules au total disposées en 2 rangées de 5 cellules en série = batterie 20V Max 5Ah

10 cellules au total disposées en 1 rangée continue de 10 cellules en série = batterie 40 V Max 2,5 Ah

Revenons maintenant à l'idée du nombre total de wattheures… Peu importe la façon dont vous reliez les cellules de la batterie, le nombre de cellules détermine les wattheures du pack. La batterie Black & Decker 40V (36V nominal), 2,5 ampères-heure et son cousin 20V (18V nominal), 5,0 ampères-heure ont un total de 90 wattheures.

Dans le monde réel, les choses commencent à devenir folles. Lorsque vous parlez de température (à la fois trop chaude et trop froide), de vibrations et d'autres conditions environnementales, la tension et les ampères-heures commencent à s'éloigner de l'idéal. Ces conditions font pourtant partie de la vie sur le chantier. À certains égards, les fabricants fixent de meilleures attentes en indiquant simplement une note inférieure qui est plus représentative de l'expérience de travail réelle (18 V nominal au lieu de 20 V Max).

Il existe des moyens de fabriquer de meilleures batteries. Vous pouvez commencer à jouer avec la chimie à l'intérieur de la batterie (anodes, cathodes et électrolytes entre autres composants). Des différences se produisent dans la résistance, l'impédance et d'autres mots amusants de chaque cellule que la plupart des gens normaux ne peuvent pas définir. Cela se traduit par de meilleures (ou parfois moins bonnes) performances. Soudain, le même nombre de cellules qui produisaient 18 volts et trois ampères-heures délivrent la même tension mais avec 4 ampères-heures et maintenant 5 !

Les différences de performances d'une entreprise à l'autre ont beaucoup à voir avec les cellules de batterie qu'elles utilisent. Les commandes électroniques et les sécurités qu'ils utilisent entrent également en jeu. C'est simplement changer la configuration du câblage qui vous permet d'ajouter plus de puissance à une batterie, plus d'ampères-heures, ou les deux. Le résultat réel de la combinaison peut être simplifié pour dire qu'une tension plus élevée signifie plus de puissance globale et des ampères-heures plus élevés se traduisent par une durée de fonctionnement globale plus longue.

Les fabricants testant constamment différentes cellules de batterie et conceptions de boîtiers, nous continuerons à voir des améliorations dans l'extrémité ampère-heure de l'équation watt-heure. Pour l'instant, il semble que nous continuerons à voir la tension de l'outil sans fil rester là où elle est pendant que l'OPE s'efforce de s'installer dans un endroit idéal.