Respuesta corta: Sí, pero no por ningún período de tiempo útil.
Respuesta larga: las baterías son solo dispositivos de almacenamiento de energía. Las baterías de los automóviles son un poco más grandes que AA o C, pero desde el punto de vista del almacenamiento de energía, son muy similares en muchos aspectos (especialmente si ignoramos la recarga). Hay sistemas de baterías que son mucho más grandes (por ejemplo, vehículos eléctricos y fuentes de alimentación ininterrumpida para edificios).
Al considerar, “¿Puede una batería alimentar a (complete el espacio en blanco)?” Hay varios factores clave (estos son los mismos factores que utiliza el ingeniero de diseño para determinar el tipo / tamaño de batería para una aplicación determinada):
- ¿Por qué los aviones usan más combustible al aterrizar que al volar?
- ¿Por qué escuchamos sonidos repetitivos como un patrón alternativo? Por ejemplo, el tic-tok del reloj o el goteo de un grifo con fugas. Cuando se escuchan con cuidado son el mismo sonido. Sin embargo, escuchamos un patrón de dos tonos. ¿Por qué?
- ¿Cuáles son algunos problemas no resueltos en física?
- ¿Por qué el líquido caliente fluye principalmente en el tubo interior de un intercambiador de calor de tipo tubo concéntrico?
- ¿Sería un vacío perfecto en el cero absoluto?
Como soy ingeniero, nos gusta poner límites a las cosas. Por lo tanto, a los fines de esta respuesta, supondré que estamos tratando de usar una sola batería de automóvil típica [50Ah / 500CA] para alimentar un pequeño aire acondicionado de unidad de ventana [120V / 1200W].)
- ¿La aplicación es AC o DC?
– Sí, las baterías son inherentemente DC; sin embargo, convertir esa electricidad de CC en CA simplemente requiere un inversor, que en la actualidad es factible incluso a escalas relativamente grandes (consulte Sistemas de transmisión de CC de alto voltaje).
– Para nuestra aplicación de un aire acondicionado de unidad de ventana pequeña, será AC. - ¿Qué voltaje se requiere?
– Ya sean unos pocos voltios para hacer funcionar la electrónica digital (o una pequeña linterna), hasta cientos de voltios (automóvil eléctrico), la compensación por un mayor voltaje de una batería viene con una menor capacidad de almacenamiento. Por lo tanto, el voltaje más bajo posible para la aplicación suele ser la mejor opción. Para aumentar la salida de voltaje de las baterías, las celdas se pueden conectar en serie. Alternativamente, un dispositivo (es decir, un circuito) llamado convertidor DC-DC (o un inversor) también puede “aumentar” o “reducir” el voltaje de CC de la batería al nivel deseado.
– Para nuestra aplicación, será de 120V. Esto podría hacerse con una sola batería y algunos circuitos / dispositivos inversores de lujo como este. - ¿Qué se requiere corriente?
– Esta es la corriente requerida de todo lo que se conduce. Para el caso de un aire acondicionado, este será el compresor, el ventilador del ventilador, el ventilador del evaporador, los circuitos de control, etc. La corriente de entrada (o corriente de arranque) suele ser bastante alta, pero solo se necesita durante unos segundos, luego vuelve a la corriente normal de estado estable (o corriente). La corriente de arranque a menudo se puede estimar como 6 veces la corriente de funcionamiento.
– La cuestión de la capacidad actual de una fuente de alimentación es muy importante en nuestro mundo. Esto se debe a que la mayoría de nuestras fuentes de alimentación (baterías, energía de pared, etc.) se comportan más como fuentes de voltaje. Esto significa que entregan (en su mayoría) voltaje constante y entregan solo la cantidad de corriente requerida para superar la resistencia (es decir, la carga) que se aplica a través de los terminales. En teoría, una fuente de voltaje puede proporcionar una cantidad infinita de corriente si se aplica un corto directo (carga de cero ohmios). Sin embargo, en el mundo real, hay muchas razones por las cuales esto no es cierto (¡el menor de los cuales es el punto de fusión de los materiales cuando el flujo de corriente se hace muy grande!).
– Para nuestro ejemplo, la batería de un automóvil tiene una capacidad de corriente de entrada de muchos cientos de amperios (también conocida como Cranking Amps CA / CCA) y una capacidad de estado estable de 200 amperios. El aire acondicionado tiene una corriente de funcionamiento de 10 amperios (lo que hace que la corriente de entrada sea de alrededor de 60 amperios). Ahora, dado que tenemos un dispositivo inversor entre nuestra batería y el aire acondicionado, no podemos usar estos valores directamente. Mientras que el inversor aumentará el voltaje de la batería al aire acondicionado, los niveles de corriente también se ven afectados en este cambio. Como regla general, si la diferencia de voltaje es 10 veces, también lo hará la diferencia de corriente (ignorando pérdidas o eficiencia, etc.). Por lo tanto, si el aire acondicionado requiere 60 A para arrancar y 10 A para funcionar en un lado del inversor, esto significa que la batería debe poder suministrar 600 A para arrancar y 100 A para funcionar. Afortunadamente, estos están dentro de las tolerancias de la batería, pero es fácil ver dónde esto podría volverse problemático (por ejemplo, ejecutar una casa entera con una sola batería, o incluso un conjunto de baterías). - ¿Cuál es el almacenamiento total de energía que se necesita?
– Hasta este momento, las preguntas realmente han sido sobre los requisitos de la fuente de alimentación en general y no eran específicas de la batería. Sin embargo, dado que el objetivo de las baterías es almacenar energía, esta pregunta debe considerarse al final. Como con cualquier sistema de almacenamiento, la compensación con el almacenamiento de energía es el tamaño: cuanto más necesitemos almacenar, más grande debe ser el sistema de almacenamiento. Para las baterías, esta capacidad se mide en amperios-hora o amperios-hora (Ah). Para sistemas pequeños, también puede ser miliamperios-hora (mAh), de modo que 1Ah = 1000mAh. Para determinar la cantidad de Ah necesaria para una batería en una aplicación determinada, simplemente comenzamos con la respuesta del n. ° 3 anterior (la corriente de funcionamiento en estado estable (en amperios), no la corriente de arranque o de entrada), y multiplicamos eso contra la cantidad de tiempo de ejecución requerido (en horas). Desafortunadamente, no es tan simple como esto. La “capacidad nominal” y la “capacidad útil” son dos cosas diferentes. La tasa de descarga (cuánta corriente se suministra) puede afectar significativamente la “capacidad útil”, hasta en un 50% en algunos casos. Esto significa que es importante escalar el tipo / tamaño de batería a la aplicación.
– Un método ligeramente alternativo es tener en cuenta la capacidad, incluida la tensión suministrada, utilizando vatios-hora (Wh). Al usar esta especificación, podemos ignorar el inversor que convertirá el voltaje (12V -> 120V) y la corriente (100A -> 10A) entregada al aire acondicionado. Asumiremos algún factor de eficiencia para esta conversión más adelante.
– Para nuestro ejemplo, la batería de un automóvil tiene una capacidad de alrededor de 50Ah cuando entrega 100A más o menos, lo que equivale a aproximadamente 600Wh (50Ah x 12V). - FINALMENTE – ¿Cuánto tiempo durará?
– Esta es la pregunta del huevo o la gallina. Si solo tenemos una batería, entonces estamos limitados a lo que esa batería pueda proporcionar según las respuestas a las preguntas anteriores, que es un cálculo simple. Sin embargo, si diseñamos un sistema de batería, nuestro tiempo de ejecución deseado puede ser una entrada que determine el tamaño del sistema de batería.
– Para nuestro ejemplo, supongamos que nuestro aire acondicionado consume aproximadamente 1200 W de potencia y que nuestro inversor es 80% eficiente. Esto significa que la batería necesitará suministrar aproximadamente 1500 W de energía cuando el aire acondicionado esté funcionando. A continuación, supongamos que el aire acondicionado funciona con un ciclo de trabajo del 50% (por ejemplo, funciona durante 15 minutos, luego descansa durante 15 minutos). Por lo tanto, comenzando con nuestra capacidad de batería (600 Wh), dividiendo entre los requisitos de potencia de 1500 W y aplicando el ciclo de trabajo del 50%, obtenemos 0.2 horas o 12 minutos. Por supuesto, dado que tenemos un ciclo de trabajo del 50%, lo que esto realmente significa es que el aire acondicionado solo funciona en realidad el 50% de esos 12 minutos.
Esto significa que la batería de un automóvil puede hacer funcionar un aire acondicionado (suponiendo que se use un inversor), pero solo le gustaría funcionar menos de 10 minutos. ¡Interesante experimento mental, pero no muy útil para mantener algo genial!
