Baterie Dlaczego warto korzystać z 9V?

Przy całej dostępnej dziś technologii, która jest w stanie skutecznie podnosić napięcie za pomocą SMPS, dlaczego nadal używamy akumulatorów 9 V. Czy jest z nimi jakaś tajna zaleta, o której nie wiem?

Jeśli spojrzysz również na rozmiar, 9 V jest po prostu duże i nieporęczne, a ja zaprojektowałem projekty, w których mogę użyć baterii 2xAA i zwiększyć napięcie, co da mi dłuższą żywotność baterii niż 9 V. I zajmuje tyle samo miejsca.

Wiele dzisiejszych obwodów również wymaga regulacji, a najłatwiejszym sposobem na to przy użyciu 9 V jest regulator liniowy (zwykle do około 5 V) i jestem świadomy, że nie dotyczy to każdego projektu, ale w tym przypadku marnuje się energię, i jeszcze raz zwiększenie napięcia z 1 lub 2 baterii AA prawdopodobnie zapewni Twojemu produktowi lepszy okres trwałości.

Widziałem porównanie między baterią 9 V a niektórymi bateriami AA, gdzie ktoś znalazł dostępną energię, i otrzymałem te dane: UWAGA: Te wyniki pochodzą z baterii alkalicznych Energizer

Więc przy tych wszystkich danych, dlaczego baterie 9 V są nadal używane w projektach? Czy są jakieś aplikacje, w których warto byłoby z nich skorzystać? Czy jest to zwykle lepszy pomysł, aby wybrać rozwiązanie AA lub AAA?

Były czasy, w których rozważałem użycie baterii 9V w niektórych moich projektach, ale zawsze wydaje się, że po przeprowadzeniu moich obliczeń, po prostu nie wytrzymują tak dobrze, jak inne, więc coś mi brakuje?

Dla porównania, arkusze danych dla porównywanych akumulatorów są tutaj: AA 9 V.

EDYCJA: Nie zamierzam, aby było to pytanie „oparte na opiniach”, chciałem raczej zapytać z praktycznego punktu widzenia, czy istnieją zalety wyboru 9V w porównaniu z jakimkolwiek innym rozwiązaniem (takim jak zwiększenie baterii AA) . Chciałem tylko to wyjaśnić!

Po pierwsze AA to nie bateria ... to ogniwo. Bateria to „bateria” ogniw, tj. Więcej niż jedno ogniwo. Bateria 9 V zawiera sześć ogniw 1,5 V. Rozerwij jeden na części i zobacz.

Co do tego, dlaczego nadal używamy akumulatorów 9 V, to naprawdę kwestia projektu. Zaletą akumulatorów 9 V jest to, że zapewniają one dość szeroki zakres napięć roboczych przez cały okres ich użytkowania bez nadmiernego wysokiego napięcia. Są również dostępne w naprawdę ładnym kompaktowym opakowaniu, które ma raczej przydatny klip.

Jednak w żaden sposób nie zalecałbym używania takiego z regulatorem liniowym do generowania 5 V, chyba że zapotrzebowanie na prąd na tym 5 V jest bardzo małe. Lepiej zaprojektować obwód za pomocą elementów, które będą działały bezpośrednio przy 9 V.

Zależy to również od charakteru widgetu. Jeśli masz czujniki lub przetworniki, które wymagają większych napięć i są zasilane bateryjnie, jest to prostsze i zwykle tańsze z baterią 9 V.

Trzeba także rozważyć konsekwencje podniesienia niższego napięcia. W ten sposób wprowadzisz wiele nowych problemów, z których najmniejszym jest hałas elektromagnetyczny, który będziesz dodawać i z którym musisz sobie poradzić. Problemem jest także wydajność.

Ale w końcu decyzja jest bardzo ważna, więc to pytanie naprawdę wchodzi w szeregi opinii.

Bateria o pojemności 400 mAh 9 V wytrzyma rok z poborem prądu 40µA.

Teraz rozważ czujnik dymu. Jest to obwód analogowy małej mocy, najprawdopodobniej pobierający mniej niż 40µA powyżej. Jeśli chcesz zasilić go z przetwornika podwyższającego napięcie i AA, potrzebujesz konwertera o bardzo niskim prądzie jałowym.

Ale ... kiedy dochodzi do pożaru, teraz potrzebujesz sporo mocy i wystarczającej ilości woltów, aby napędzić głośnik piezoelektryczny. Potrzebują napięcia. 9 V jest głośniejsze niż 3 V.

Zatem bardzo niski prąd jałowy przetwornicy DC-DC musi również generować duży prąd w razie potrzeby.

Musisz także być w stanie dokładnie zmierzyć stan naładowania na AA.

Wszystko to będzie kosztować więcej niż różnica między 9 V a 2 AA. I pamiętaj, że klient płaci za baterie zastępcze, a nie producent!

Obwody wspomagające mają prąd spoczynkowy; część energii marnuje się po prostu przez zastosowanie konwertera doładowania. Stają się również bardzo nieefektywne przy niskich cyklach pracy.

Więc jeśli masz obwód, który zwykle pobiera bardzo mały prąd, ale czasami musi pobierać więcej, trudno jest rozwiązać ten problem za pomocą jednego przetwornika podwyższającego.

Głównymi użytkownikami baterii 9V są czujniki dymu i multimetry, które dokładnie pasują do tego przypadku zastosowania: niski prąd przez prawie lub prawie cały czas. Jeśli spodziewasz się, że żywotność baterii będzie krótsza niż, powiedzmy, 3 lata z baterią 9 V, może to być zły wybór.

Widać to w tym, że prawie wszystko, co ma radio - zabawki, piloty itp. - będzie używało kilku AA lub jakiegoś akumulatora Li.

Konwertery doładowania również nie są darmowe, kosztują części i miejsce.

(Konstrukcja, która pozwala taniom zegarom ściennym na uruchamianie pojedynczej baterii AA, jest dość schludna i chciałbym zobaczyć dobrą inżynierię wsteczną.)

Mój multimetr wykorzystuje baterię 9 V i może pobierać około 10 mA do działania. To jest bardzo dokładne.

Jeśli jest zasilany baterią 3 V, średni prąd wyniesie 40 mA z wydajnością 75%. Jednak prąd udarowy musi wzrosnąć o 80 mA przez cewkę indukcyjną. Zasadniczo ślad, drut akumulatora i cewka indukcyjna działają teraz jak antena przekazująca energię do moich wrażliwych elementów wewnątrz multimetru.

Wtedy moje odczyty podskoczą i przeklinam i przysięgam, że kupię miernik zasilany baterią 2 AA.

Kiedyś miałem stary programowalny kalkulator zasilany przez kilka baterii AA. Irytujące było to, że łatwo się zrestartuje, jeśli go potrząśniesz. Tak się nigdy nie dzieje z moim multimetrem zasilanym z baterii 9 V.

Ponadto elektronika, która potrzebuje około 5 V, jest zwykle zasilana bateriami 3xAA, a nie 9 V. Posiadanie kilku dodatkowych woltów upraszcza wiele konstrukcji, szczególnie w przypadku starszych wzmacniaczy operacyjnych, które nie mogły zapewnić wyjścia między szynami. Jest to mniejszy problem w dzisiejszych czasach, gdy większość części ma wersję 3.3 V.

Na przykład baterie PP3 są w porządku z wieloma układami liczników. W wielu przypadkach łączna energia na dolara może nie być aż tak ważna - jeśli bateria wystarcza na rok lub trzy, jest wystarczająca i mogą zaoszczędzić trochę pieniędzy dzięki obwodom elektrycznym. Innym przykładem byłby zapasowy okres trwałości baterii jest ważniejszy niż gęstość energii.

Często zobaczysz używane ogniwa guzikowe, które utrzymują jeszcze mniej energii i mogą być zapierające dech w piersiach drogie (lub dość tanie) w aplikacjach, w których całkowita energia zużywana przez rozsądny czas pracy baterii nie jest tak wysoka. Tam, gdzie potrzeba więcej energii, akumulatory litowo-jonowe są bardziej powszechne.

Nie sądzę, że wiele nowych zastosowań, nawet w sprzęcie konsumpcyjnym, wykorzystuje akumulatory 9V - ale będą jeszcze starsze urządzenia (i starsze konstrukcje) przez dziesięciolecia.

Kiedy próbujesz zaprojektować urządzenie o bardzo niskim poziomie szumów, cichy liniowy regulator na akumulatorze 9V pobije prawie każdy przetwornik DC-DC, który niezmiennie będzie generował pewien szum przełączania (na wyjściu lub emitowany). Z pewnością taka była ogólna zasada w naszym dziale astrofizyki (co prawda, to stary argument, który może zostać przejęty przez rzeczywistość).

Inni zwracali uwagę na zaletę (pod względem prądu czuwania) zastosowania 9 V w systemie o niskim zapotrzebowaniu na moc, ale wymagającym długiej żywotności baterii / wysokiej mocy natychmiastowej (np. Alarmy pożarowe). Ale masz rację - jeśli głównym kryterium jest gęstość mocy, stary PP9 nie jest świetnym wyborem. I dlatego na przykład nie widać ich w wielu latarkach.

Rozważania dotyczące wyboru baterii mogą obejmować skłonność do wycieków, obsługę produktu, maksymalne zapotrzebowanie na prąd i problemy z recyklingiem.

• Wyciek ogniw AA: W sprzęcie elektronicznym wyciek baterii może stanowić duży problem, chyba że specjalne oprawki są wbudowane w uchwyt baterii, aby uniknąć korozji. Niestety, złote kontakty są kosztowne. Nie wiem, czy baterie 9 V są bardziej lub mniej narażone na wyciek, ale jeśli się dowiesz, może to wpłynąć na twoją decyzję o wyborze sprzętu, który musi pozostawać bez nadzoru przez lata. Mam trochę sprzętu zniszczonego przez wyciek alkalii Duracell AA.
• Obsługa: być może kiedyś w przyszłości akumulatory 9 woltów staną się tak dostępne, jak obecnie Kodachrome. W takim przypadku każdy sprzęt może wymagać wymiany. Może to być decyzja marketingowa, a nie inżynierska: marketingowcom może się spodobać pomysł, że produkt stanie się bezużyteczny za kilka lat i będzie wymagał wymiany.
• Maksymalne zapotrzebowanie na prąd: Maksymalny prąd i moc są regulowane przez Thevenin i Norton. Akumulator działa tak, jakby był idealnym źródłem napięcia połączonym szeregowo z rezystorem. Napięcie i rezystancja są zmienne w zależności od wewnętrznego stanu akumulatora. A maksymalna dostępna moc jest przy prądzie obciążenia, który obniża połowę napięcia akumulatora na tej wewnętrznej rezystancji. Konieczne może być wykonanie pewnych prac laboratoryjnych w celu wybrania najlepszej baterii do zastosowania, w zależności od szczytowego zapotrzebowania na moc.
• Problemy z recyklingiem: Oczywiście tylko z powodów związanych z ochroną środowiska lubię przetwarzać moje Duracells AA w niekonwencjonalny sposób, aby je naładować i użyć ponownie. Uważam, że naładowany AA Duracell wraca do pełnego napięcia, ale ma wyższy wewnętrzny opór, który uniemożliwia moje radio odtwarzanie z maksymalną głośnością. Naładowane ogniwa mają również krótszą żywotność. Ale mam dużo więcej godzin grania przy niższym poziomie głośności. W przypadku akumulatora 9 V możesz mieć tylko jedno martwe ogniwo na sześć, więc ładowanie w celu przywrócenia jednego z nich może zniszczyć pozostałe pięć przez przeładowanie. Wymagane będą pewne eksperymenty laboratoryjne, aby ustalić najlepszą drogę. I niezależnie od wyniku eksperymentów, zmiana dostawcy baterii lub procesu produkcyjnego dostawcy może unieważnić twoje wyniki.

Więc powodzenia. W inżynierii mogą nie być dobrą lub złą odpowiedzią. Większość decyzji stanowi kompromis między konkurującymi ze sobą kwestiami.

Kilka punktów nieuwzględnionych w innych odpowiedziach:

Twoje porównanie wagi jest uczciwe, ale myślę, że bezpośrednie porównanie objętości do objętości jest niesprawiedliwe, ponieważ zwykle podczas pakowania przedmiotów okrągłych marnuje się trochę miejsca. Przestrzeń zajmowana przez prostopadłościan zawierający komórkę AA wynosi około 10,5 cm3. Pomnóż to przez PI / 4, aby uzyskać objętość cylindra, a my zbliżymy się do 8,1 cm3 w twojej tabeli.

Za pomocą baterii PP3 9 V płacisz za to, że masz 6 małych ogniw 1,5 V (mniejszych niż AAA) w wygodnym opakowaniu. To „niepotrzebne” opakowanie dodaje dodatkowej wagi i objętości. Zastosowania, w których stosuje się te akumulatory, są na tyle małe, że koszt tego opakowania często nie jest postrzegany jako istotny.

Jeśli producent sprzętu (który zwykle sprzedaje swoje towary „bateria nie wchodzi w skład zestawu”) decyduje się na użycie ogniw 2xAA plus konwerter napięcia lub ogniwo 1xPP3, musi wziąć pod uwagę nie tylko dodatkowy koszt konwertera, ale także złącze akumulatora. Baterie PP3 mają bardzo schludne, półkowe złącze, które zatrzaskuje się na jednym końcu, podczas gdy pojedyncze ogniwa wymagają odpowiedniego uchwytu baterii zintegrowanego z produktem, aby chwycić baterię na obu końcach. Biorąc pod uwagę, że konsument rzadko bierze pod uwagę koszt akumulatorów przy zakupie sprzętu, daje to producentowi dwa powody, aby wybrać PP3.

Regulatory wzmocnienia (i inżynierowie, którzy je zaprojektowali) nie zawsze były tanie lub małe. W związku z tym na rynku jest wiele urządzeń, które wykorzystują albo nieregulowaną szynę 9V, albo liniowy regulator. Alarmy przeciwpożarowe i multimetry to kilka przykładów - przeprojektowanie kosztowałoby pieniądze i nie spowodowałoby znacznego obniżenia kosztu BOM ani zwiększenia funkcjonalności rynkowej.

(Teraz czujnik dymu, który ładował superkondensator za pomocą emisji alfa ze źródła i nigdy nie wymagał wymiany baterii, miałby przewagę rynkową - nie jestem pewien, czy prawa fizyki na to pozwalają ...)