Батарейки. Зачем использовать 9V?

78

Учитывая все доступные сегодня технологии и возможность эффективно повышать напряжение с помощью SMPS, почему мы до сих пор используем батареи 9 В? Есть ли у них какое-то секретное преимущество, о котором я не знаю?

Если вы посмотрите на размер, 9 В просто большой и громоздкий, и я разработал проекты, в которых я могу использовать батареи 2xAA и повысить напряжение, что даст мне более длительный срок службы батареи, чем 9 В. И это занимает столько же места.

Многие схемы сегодня также нуждаются в регулировании, и самый простой способ сделать это с 9В - это линейный регулятор (обычно примерно до 5В), и я знаю, что это не так для каждой конструкции, но именно здесь расходуется энергия, и опять же, повышение напряжения от 1 или 2 батареек типа АА, вероятно, продлит срок годности вашего продукта.

Я видел сравнение между батареей 9 В и некоторыми батареями типа АА, где кто-то нашел доступную энергию и получил следующие данные: ПРИМЕЧАНИЕ. Эти результаты получены для щелочных батарей Energizer.введите описание изображения здесь

Итак, со всеми этими данными, почему батареи 9 В до сих пор используются в проектах? Есть ли приложения, в которых было бы выгодно их использовать? Или, как правило, лучше выбрать решение AA или AAA?

Были случаи, когда я рассматривал возможность использования батареи 9 В для некоторых своих проектов, но после выполнения моих расчетов всегда кажется, что они не выдерживают так же хорошо, как другие, поэтому я что-то упустил?

Для справки, технические характеристики сравниваемых батарей здесь: AA 9V

РЕДАКТИРОВАТЬ: Я не намерен, чтобы это был вопрос, основанный на мнении, скорее, я намеревался спросить с практической точки зрения, есть ли преимущества выбора 9 В по сравнению с любым другим решением (например, с использованием батарей типа АА) , Просто хотел прояснить это!

MCG
источник
59
Схемы усиления могут быть шумными. Кроме того, они стоят дороже, чем ярлыки «Батареи не включены».
Dampmaskin
2
«Почему батареи 9 В до сих пор используются в промышленности?», что это за индустрия? По крайней мере, не моя индустрия!
труба
6
силовая электроника не была дешевой или маленькой или широко доступной в прошлом
user3528438
10
Я бы сказал, что все дело в устаревшей конструкции производителя и чрезвычайно широкой доступности для потребителей.
Майкл Карас
1
@ Боб Существует много места для подгонки напряжений с помощью чего-либо, предназначенного для замены щелочных элементов, потому что во время разряда каждый из них упадет с ~ 1,5 В до ~ 1 В, когда элемент мертв. фиксированная замена NiMH 7,2 или 8,4 В идеально в спецификации. 9.6v выдвигает условную спецификацию; OTOH собственное падение напряжения в щелочных элементах означает, что любые устройства, использующие их, должны либо иметь возможность напрямую обрабатывать относительно широкий диапазон напряжений, либо иметь своего рода регулятор напряжения.
Дэн Нили,

Ответы:

88

Во-первых, АА - это не батарея ... это клетка. Батарея - это «батарея» элементов, то есть более одного элемента. Аккумулятор 9В содержит шесть 1,5В элементов. Разорви один на части и посмотри.

Что касается того, почему мы все еще используем батареи 9 В, то это действительно вопрос дизайна. Хорошая вещь о батареях на 9 В в том, что они дают вам достаточно широкий диапазон рабочего напряжения в течение всего срока их службы, не будучи чрезмерно высоким напряжением. Они также поставляются в действительно хорошей компактной упаковке, которая имеет довольно удобный клип.

Я ни в коем случае не рекомендую использовать один с линейным регулятором для генерации 5 В, хотя, если текущее требование для этого 5 В не очень мало. Лучше проектировать свою схему, используя компоненты, которые будут работать на 9V напрямую.

Это также действительно зависит от характера вашего виджета. Если у вас есть датчики или преобразователи, которым требуется более высокое напряжение, и они работают от батареи, проще и, как правило, дешевле использовать батарею 9 В.

Также необходимо учитывать последствия повышения более низкого напряжения. Таким образом, вы создадите много новых проблем, не последним из которых является электромагнитный шум, который вы будете добавлять и с которым нужно иметь дело. Эффективность также является проблемой.

Но, в конце концов, есть много поводов для принятия решения, так что этот вопрос действительно входит в ряды мнений.

Trevor_G
источник
27
Я с уважением не согласен с вашим первым предложением. Ячейка АА может быть батареей. Многие устройства занимают только одну АА.
trpt4him
16
@ trpt4him Кроме того, они продают «батарейки АА», а не «батареи АА пополнения батареи». Конечно, при обсуждении схемы вы можете назвать деталь с АА в ней «батареей», но при обсуждении предметов, которые вы покупаете в магазине и используете для питания этой цепи, я думаю, что они «батареи».
Даррен Рингер
35
В английском языке, отличном от EE, «батарея АА» и «батареи АА» - это фразы, используемые людьми и в рекламе (по крайней мере, в США) каждый день. «Две батарейки АА не включены» появляется на очень многих упаковках. ru.wikipedia.org/wiki/AA_battery
Тодд Уилкокс,
37
Я согласен, что батарея представляет собой массив элементов. Я вижу клетки как компонент батареи; в моей автомобильной батарее 6 батарей. Я не согласен с тем, что термин «батарея» нельзя использовать для одноэлементных устройств, так же как я не согласен с тем, что массив требует 2 элемента для объявления. 1-элементная батарея - это просто элемент, который имеет дополнительную отделку и упаковку, чтобы сделать его пригодным для непосредственного использования потребителем.
Харпер
40
АА не батарея или элемент. Это размер. Независимо от того, состоит ли она из одной или нескольких ячеек, деталь реализации, о которой люди, использующие ее, не должны заботиться, пока другие наблюдаемые характеристики остаются неизменными.
Джеймсдлин
100

Батарея 400 мАч 9 В будет работать в течение года с потреблением тока 40 мкА.

Теперь рассмотрим детектор дыма. Это аналоговая схема с низким энергопотреблением, которая, скорее всего, потребляет менее 40 мкА, как показано выше. Если вы хотите питать его от повышающего преобразователя и AA, то вам нужен преобразователь с очень низким током холостого хода.

Но ... когда есть огонь, теперь вам нужно совсем немного энергии и достаточно вольт, чтобы управлять пьезоаккумулятором. Этим нужно напряжение. 9 В громче, чем 3 В.

Таким образом, ваш преобразователь постоянного тока с очень низким током холостого хода также должен при необходимости выводить большой ток.

Вы также должны быть в состоянии точно измерить состояние заряда на АА.

Все это будет стоить больше, чем разница между 9В и 2АА. И помните, что покупатель заменяет аккумулятор, а не производитель!

peufeu
источник
2
Но, безусловно, действительно лучшим вариантом было бы, чтобы схема детектирования работала только на 1,5 В без какого-либо повышения, и только в случае срабатывания пожарного выключателя на мощном повышающем преобразователе для управления динамиком?
оставлено около
1
Несколько (10? 20?) Лет назад я бы сказал "потому что они там". Ранние транзисторные радиоприемники были созданы для работы на 9 В из-за германиевых транзисторов, которые они использовали. Так что батареи на 9 вольт были очень распространены, их легко найти в магазинах. Не так много больше. Мои местные магазины перестали носить их довольно давно.
Джейми Ханрахан
4
Не уверен, что это имеет значение, но все детекторы дыма, которые я приобрел за последние 10 лет, работают на батарейках АА.
JimmyJames,
5
@JimmyJames: полная противоположность моему опыту. Все детекторы дыма, которые я купил за последние 10 лет, работают от 9В батарей. Даже резервная копия для работающих была 9V.
Мартин Аргерами
3
@JimmyJames: Люди с меньшей вероятностью будут оставлять детекторы без питания, если бы был простой способ отключить чирикание при низком заряде батареи на 12 часов или около того, не отключая детектор. Если детектор начнет чирикать в 2 часа ночи, а магазин не откроется до 9 часов утра, что кто-то должен делать?
суперкат
39

Повышающие цепи имеют ток покоя; некоторая энергия тратится впустую, просто имея повышающий преобразователь. Они также становятся очень неэффективными при низких рабочих циклах.

Поэтому, если у вас есть схема, которая обычно потребляет очень маленький ток, но иногда требуется больше, трудно справиться с этим с помощью одного повышающего преобразователя.

Основными пользователями батарей на 9 В являются такие вещи, как дымовая пожарная сигнализация и мультиметры, которые точно соответствуют этому случаю использования: слабый ток в течение некоторого времени или почти все время. Если вы ожидаете, что срок службы батареи будет меньше, чем, скажем, 3 года с батареей 9 В, то это может быть плохой выбор.

Вы можете видеть это в том, что почти все, что имеет радио - игрушки, пульты дистанционного управления и т. Д. - будет использовать либо несколько АА, либо перезаряжаемый Li.

Повышающие конвертеры тоже не бесплатны, они стоят частей и места.

(Конструкция, которая позволяет дешевым настенным часам работать от одной батареи АА, довольно аккуратна, и я хотел бы увидеть хороший реверс-инжиниринг этого.)

pjc50
источник
4
Ничего особенного в 1,5 В электромеханических часах, правда. Вот древняя таблица данных, которая довольно детализирована: mikrocontroller.net/attachment/197819/ICM7038.pdf
oakad
1
Кроме того, повышающие преобразователи имеют тенденцию быть намного более шумными, чем понижающие преобразователи.
Лундин
32

Мой мультиметр использует батарею 9 В и, возможно, потребляет около 10 мА для работы. Это очень точно.

Если он питается от батареи 3 В, средний ток составит 40 мА с КПД 75%. Однако импульсный ток должен повышаться на 80 мА через индуктор. По сути, след, провод батареи и индуктор теперь действуют как антенна, испускающая энергию для моих чувствительных компонентов внутри моего мультиметра.

Тогда мои показания будут расти, и я буду ругаться и клянусь, что куплю счетчик на 2 АА.

Джейсон Хан
источник
2
Очень хороший ответ Например, вы использовали практический пример. Спасибо
MCG
6
Мой мультиметр использует 2 батарейки АА и работает просто отлично, но даже является одним из самых точных. Итак, если схема рассчитана на работу с низкими напряжениями, она работает - остается вопрос, почему они использовали 9 В в мультиметре. Вероятно, потому что они делали это так целую вечность и никогда не меняли работающую систему, если не нужно.
Арсенал
5
Более новые точные модели теперь используют 4 X AA. Есть некоторые модели, которые используют только 2 х АА, но не повышают до более высокого напряжения. Недостатком является то, что некоторые функции не включены.
Джейсон Хан,
19

Раньше у меня был старый программируемый калькулятор, работающий от батареи типа АА. Раздражает то, что он легко перезагрузится, если вы его встряхнете. Этого никогда не случится с моим мультиметром, работающим от батареи 9 В.

Кроме того, электроника, которой требуется около 5 В, обычно питается от батарей 3xAA, а не от 9 В. Наличие нескольких дополнительных вольт действительно упрощает многие конструкции, особенно с более старыми операционными усилителями, которые не могли обеспечить рельсовую передачу. В настоящее время это не проблема, когда большинство деталей имеют версию 3.3В.

Дмитрий Григорьев
источник
Не вините батареи, если ваш батарейный отсек плохо спроектирован. У меня точно такая же проблема на моем радио VX-8, и он использует встроенный аккумулятор. Просто коснитесь радио, и оно перезагрузится.
richard1941
2
@ richard1941 Конструкция батареи влияет на конструкцию батарейного отсека, а элементы AA используют одинаковые конструктивные элементы для механической поддержки и электрического контакта.
Дмитрий Григорьев
1
Хороший вопрос о разъеме батареи 9 В. Аккумулятор может легко зависнуть от подключенных кабелей.
Кай
14

Например, батарейки PP3 подходят для многих метровых чипов. Во многих случаях общая энергия на доллар может быть не так уж важна - если батарея работает в течение года или трех, это достаточно хорошо, и они могут сэкономить немного денег с помощью схем. Другим примером может служить резервная батарея - срок ее хранения важнее плотности энергии.

Вы часто будете видеть используемые кнопочные элементы, которые удерживают еще меньше энергии и могут быть невероятно дорогими (или довольно дешевыми) в приложениях, где общая энергия, потребляемая в течение разумного срока службы батареи, не так высока. Там, где требуется больше энергии, перезаряжаемые литий-ионные элементы встречаются чаще.

Я не думаю, что во многих новых приложениях, даже в потребительских товарах, используются батареи на 9 В, но на десятилетия вперед появятся более старые устройства (и старые конструкции).

Спехро Пефхани
источник
Спасибо за ваш ответ. Вы правы, говоря, что не так много новых приложений используют их, хотя немногие используют. Это, кажется, подтверждает, что может быть лучше не использовать их, вы не думаете? Вы очень правильно говорите, что если оно длится достаточно долго, то это достаточно хорошо. Я предполагаю, что было бы дешевле использовать один из них с чем-то, потребляющим очень небольшое количество тока, так что это хорошая точка зрения
MCG
@MCG Да, я бы посоветовал не использовать их в новых проектах.
Спехро Пефхани
2
Одним из типов устройств, которые их используют, является педаль эффектов гитары. Кажется хорошей идеей, когда вам нужно достаточно высокое напряжение для питания схемы, чтобы справиться с линейным уровнем и иметь некоторый запас, не требуя шумного переключателя.
DiBosco
DeBosco --- У меня есть именно та педаль эффектов, о которой вы говорите (Boss PS2, заставляет меня звучать почти так же хорошо, как Rod Piazza). Я всегда подозревал, что дизайнеры были в заговоре с производителями батарей.
richard1941
1
Я думаю, вы имеете в виду батареи PP3 - батарея 9V размером 49x27x18 мм. Последний раз, когда я видел PP9 (9 В, 81x66x52 мм) вне его розничной упаковки, было более 20 лет назад. Он питался от дискретного транзистора AM-радио. Я никогда не видел ничего такого большого в метре. PP9 был в значительной степени заменен батареями 6xAA (или современными цепями с низким напряжением, батареями 4xAA), но PP3 остается популярным для тех небольших приложений, для которых требуется более 2 элементов AAA.
Уровень River St
9

Когда вы пытаетесь спроектировать оборудование с очень низким уровнем шума, тихий линейный регулятор на 9-вольтовой батарее побьет практически любой преобразователь постоянного тока, который неизменно будет иметь некоторый шум переключения (либо на выходе, либо на выходе). Это, безусловно, было эмпирическим правилом в нашем отделе астрофизики (по общему признанию, это старый аргумент, который мог быть опровергнут реальностью).

Другие отмечали преимущество (с точки зрения тока в режиме ожидания) использования 9 В в системе с низким потреблением энергии, но с требованием длительного срока службы батареи / высокой мгновенной мощности (например, пожарная сигнализация). Но вы правы - если основным критерием является плотность мощности, старый PP9 - не лучший выбор. И именно поэтому вы не видите их на многих фонариках, например.

Floris
источник
9

Соображения относительно выбора батареи могут включать склонность к утечке, поддержку продукта, максимальный текущий спрос и вопросы утилизации.

  • Утечка элементов АА. В электронном оборудовании утечка батареи может быть большой проблемой, если в держатель батареи не включены специальные конструктивные особенности, чтобы избежать коррозии. Увы, золотые контакты стоят дорого. Я не знаю, может ли 9-вольтовая батарея более или менее протечь, но если вы сможете это выяснить, это может повлиять на ваше решение о выборе оборудования, которое должно оставаться без присмотра в течение многих лет. У меня есть снаряжение, разбитое щелочами Duracell AA.
  • Поддерживаемость: Возможно, когда-нибудь в будущем 9-вольтовые батареи станут такими же доступными, как Kodachrome сегодня. В этом случае любое оборудование может потребовать замены. Это может быть маркетинг, а не инженерное решение: вашим специалистам по маркетингу может понравиться идея, что продукт станет бесполезным через несколько лет и его необходимо заменить.
  • Максимальный текущий спрос: максимальный ток и мощность регулируются Thevenin и Norton. Аккумулятор работает так, как если бы он был идеальным источником напряжения, включенным последовательно с резистором. Напряжение и сопротивление варьируются в зависимости от внутреннего состояния батареи. И максимальная доступная мощность достигается при токе нагрузки, который падает на половину напряжения батареи через это внутреннее сопротивление. В зависимости от пиковой потребляемой мощности может потребоваться некоторая лабораторная работа для выбора оптимальной батареи для вашего приложения.
  • Проблемы с утилизацией: по экологическим причинам, конечно, только за $, я предпочитаю перерабатывать свои AA Duracells с помощью неортодоксальных способов их подзарядки и повторного использования. Я обнаружил, что перезаряженный AA Duracell возвращается к полному напряжению, но имеет более высокое внутреннее сопротивление, которое не позволяет моему радио воспроизводить звук на максимальной громкости. Перезаряженные клетки также имеют более короткий срок службы. Но я получаю гораздо больше часов игры на более низкой громкости. С 9-вольтовой батареей у вас может быть только один мертвый элемент из шести, поэтому перезарядка для восстановления одного может ухудшить остальные пять из-за перезарядки. Некоторые лабораторные эксперименты потребуются, чтобы определить лучший путь. И каким бы ни был результат ваших экспериментов, смена поставщика батареи или производственного процесса поставщика может сделать ваши результаты недействительными.

Удачи. В разработке их может не быть правильным или неправильным ответом. Большинство решений - это компромисс между конкурирующими вопросами.

richard1941
источник
2
Мне нравится ваше первое замечание по поводу утечки. В прошлом у меня тоже была утечка батарей типа АА
MCG
Батареи на 9 В, вероятно, менее подвержены утечке, поскольку общий объем электролита, выделяемого из негерметичного элемента, обычно довольно мал, и у большинства аккумуляторных батарей на 9 В внутри достаточно свободного места, чтобы они могли сдержать утечку из одного или двух элементов.
суперкат
9

Пара моментов, не затронутых в других ответах:

Ваше сравнение веса справедливо, но я думаю, что прямое сравнение объема и объема несправедливо, потому что обычно при упаковке круглых объектов теряется некоторое пространство. Пространство, занимаемое кубоидом, содержащим ячейку АА, составляет около 10,5 см3. Умножьте это на PI / 4, чтобы получить объем цилиндра, и мы приблизимся к 8,1 см3 в вашем столе.

С батареей PP3 9В вы платите за то, чтобы в удобной упаковке поставлялось 6 крошечных 1,5В элементов (меньше, чем ААА). Именно эта «ненужная» упаковка добавляет дополнительный вес и объем. Области применения, в которых используются эти батареи, достаточно малы, поэтому стоимость такой упаковки зачастую не имеет значения.

Если производитель оборудования (который обычно продает свои товары «батарея не входит в комплект») выбирает между использованием 2xAA элементов плюс преобразователь напряжения или 1xPP3, он должен учитывать не только дополнительные расходы на преобразователь, но и разъем батареи. Аккумуляторы PP3 имеют очень аккуратный разъем на полке, который крепится на одном конце, в то время как отдельным элементам необходим надлежащий держатель аккумулятора, встроенный в изделие, чтобы захватить аккумулятор с обоих концов. Учитывая, что потребитель редко учитывает стоимость батарей при покупке оборудования, это дает производителю две причины перейти на PP3.

Уровень реки St
источник
В 1970-х годах я разобрал некоторые батареи марки 9V Radio Shack и обнаружил, что в них содержится шесть почти прямоугольных элементов, а не шесть длинных тощих элементов питания. Я не знаю, сделаны ли какие-либо современные 9-вольтовые батареи таким образом.
суперкат
Тогда я могу быть редким потребителем. Аккумуляторы на 9 В, как правило, мешают мне выбирать устройство: они все еще неоправданно дороги по сравнению с АА. Приблизительно в той же цене за вольт (около 20 долл. США за 40 АА или 13 долл. США за 4 9 В) я получаю примерно в 4,5 раза больше джоулей с АА, если числа в таблице верны.
Матье К.
8

Регуляторы повышения (и инженеры, чтобы проектировать их) не всегда были дешевыми или маленькими. Следовательно, на рынке имеется множество оборудования, которое использует либо нерегулируемую шину 9 В, либо линейный регулятор. Пожарная сигнализация и мультиметры - это пара примеров - перепроектирование обойдется в деньги и не приведет к существенному снижению стоимости спецификации или увеличению рыночных функциональных возможностей.

(Теперь, дымовая сигнализация, которая заряжала суперконденсатор, используя альфа-излучение от источника и никогда не нуждалась в замене батареи, имела бы рыночное преимущество - не уверенный, позволяют ли законы физики ...)

Богатый
источник
Я думаю, что источник, который выделяет столько энергии, был бы незаконным продавать средним людям.
Сис Тиммерман
12 В пост. Тока * 8 мА (пьезодинамик) / 4e-6 Вт (батарея кардиостимулятора) / 60/60 = 6,67 часа, чтобы подать звуковой сигнал в течение 1 секунды?
Сис Тиммерман
3
Я думаю, что количество материала в ядерном кардиостимуляторе не будет лицензировано для неконтролируемого устройства, что является одной из причин, по которой они больше не используются: en.wikipedia.org/wiki/Betacel . Очевидным (если скучным) источником энергии для дымовой сигнализации будет солнечная батарея или питающая катушка.
Богатый
Или тепловой генератор: установленный на потолке, он почувствует разницу температур между внутренним воздухом и чердаком. Я помню, что у меня была проблема, когда тепловые извещатели издали ложные сигналы тревоги, потому что чердак нагревал потолок!
JDługosz
Мне нравится ваша идея для источника энергии, но она должна быть разрешена только для людей выше среднего, таких как мы.
richard1941