Baterias. ¿Por qué usar 9V?

78

Con toda la tecnología disponible hoy en día para poder aumentar el voltaje de manera eficiente usando SMPS, ¿por qué seguimos usando baterías de 9V? ¿Hay alguna ventaja secreta con ellos que desconozco?

Si observa el tamaño también, el 9V es simplemente grande y voluminoso, y he diseñado proyectos en los que puedo usar baterías 2xAA y aumentar el voltaje, lo que me dará una mayor duración de la batería que un 9V. Y ocupa la misma cantidad de espacio.

Muchos circuitos de hoy también necesitan regulación, y la forma más fácil de hacerlo con un 9V es un regulador lineal (generalmente de aproximadamente 5V) y soy consciente de que este no es el caso para cada diseño, pero que allí se desperdicia energía, y una vez más, aumentar el voltaje de 1 o 2 baterías AA probablemente le dará a su producto una mejor vida útil.

Vi una comparación entre una batería de 9V y algunas baterías AA, donde alguien encontró la energía disponible, y terminé con estos datos: NOTA: Estos resultados fueron de baterías alcalinas Energizeringrese la descripción de la imagen aquí

Entonces, con todos estos datos, ¿por qué las baterías de 9V todavía se usan en los diseños? ¿Hay algunas aplicaciones donde sería ventajoso usarlas? ¿O es generalmente una mejor idea simplemente elegir la solución AA o AAA?

Ha habido momentos en los que he considerado usar una batería de 9V para algunos de mis proyectos, pero siempre parece que después de hacer mis cálculos, simplemente no aguantan tan bien como otros, así que ¿me estoy perdiendo algo?

Como referencia, las hojas de datos para las baterías comparadas están aquí: AA 9V

EDITAR: No tengo la intención de que esta sea una pregunta 'basada en la opinión', más bien, tenía la intención de preguntar desde un punto de vista práctico, si había ventajas en elegir un 9V sobre cualquier otra solución (como aumentar las baterías AA) . ¡Solo quería dejar eso en claro!

MCG
fuente
59
Los circuitos de refuerzo pueden ser ruidosos. Además, su fabricación cuesta más que las etiquetas "Pilas no incluidas".
Dampmaskin
2
"¿por qué las baterías de 9V todavía se usan en la industria?", ¿qué industria sería? ¡No es mi industria al menos!
tubería
66
la electrónica de potencia no era barata ni pequeña ni estaba ampliamente disponible en el pasado
user3528438
10
Yo diría que todo se trata de la inercia del diseño heredado del fabricante y la disponibilidad extremadamente amplia del consumidor.
Michael Karas
1
@Bob Hay mucho espacio para evadir los voltajes con cualquier cosa destinada a reemplazar las células alcalinas porque durante la descarga cada una caerá de ~ 1.5V a ~ 1V cuando la célula esté muerta. un reemplazo fijo de 7.2 o 8.4v NiMH está perfectamente en las especificaciones. 9.6v está empujando la especificación nocional; OTOH, la caída de voltaje intrínseca en las células alcalinas significa que cualquier dispositivo que las use debe ser capaz de manejar un rango relativamente amplio de voltajes directamente o tener algún tipo de regulador de voltaje.
Dan Neely

Respuestas:

88

Primero, un AA no es una batería ... es una célula. Una batería es una "batería" de celdas, es decir, más de una celda. Una batería de 9V contiene seis celdas de 1.5V. Desgarra uno y mira.

En cuanto a por qué todavía usamos baterías de 9V, realmente es una cuestión de diseño. Lo bueno de las baterías de 9V es que le brindan un rango de voltaje de funcionamiento bastante amplio durante su vida útil sin ser un voltaje demasiado alto. También vienen en un paquete compacto realmente agradable que tiene un clip bastante utilizable.

Sin embargo, de ninguna manera recomendaría usar uno con un regulador lineal para generar 5V, a menos que el requisito actual de ese 5V sea muy pequeño. Es mejor diseñar sus circuitos utilizando componentes que funcionen directamente a los 9V.

También realmente depende de la naturaleza de su widget. Si tiene sensores o transductores que requieren voltajes más grandes y funciona con batería, es más simple y generalmente más barato usar una batería de 9V.

También hay que tener en cuenta las ramificaciones de aumentar un voltaje más bajo. Al hacerlo, introducirá muchos problemas nuevos, entre los cuales se encuentra el ruido electromagnético que agregará y tendrá que tratar. La eficiencia también es un problema.

Pero al final, hay mucho de aquí para allá en la decisión, por lo que esta pregunta realmente entra en los rangos de opinión.

Trevor_G
fuente
27
Respetuosamente estoy en desacuerdo con tu primera oración. Una celda AA puede ser una batería. Muchos dispositivos solo toman un AA.
trpt4him
16
@ trpt4him Además, venden "pilas AA", no "pilas AA de recarga de batería". Seguramente, cuando se habla de un circuito, se puede llamar a la parte con los AA "batería", pero cuando se habla de los objetos que se compran en una tienda y se usan para alimentar ese circuito, creo que son "baterías".
Darren Ringer
35
En inglés no EE, "batería AA" y "baterías AA" son frases utilizadas por personas y en anuncios (al menos en los Estados Unidos) todos los días. "Dos baterías AA no incluidas" aparecen en muchos paquetes. en.wikipedia.org/wiki/AA_battery
Todd Wilcox
37
Estoy de acuerdo en que una batería es un conjunto de celdas. Veo las células como un componente de una batería; la batería de mi automóvil tiene 6. No estoy de acuerdo con que el término "batería" no se pueda usar para dispositivos de una sola celda, al igual que no estoy de acuerdo con que una matriz requiera 2 elementos para declarar. Una batería de 1 celda es simplemente una celda que tiene un acabado y empaque adicional para que sea apta para el uso directo del consumidor.
Harper
40
AA no es una batería o una celda. Es una talla. Si se compone de una sola celda o múltiples celdas parece un detalle de implementación que las personas que lo usan no deben preocuparse siempre que otras características observables sigan siendo las mismas.
jamesdlin
100

Una batería de 400 mAh y 9 V durará un año con un consumo de corriente de 40 µA.

Ahora considere un detector de humo. Es un circuito analógico de baja potencia, lo más probable es que consuma menos de la cifra de 40 µA anterior. Si desea alimentarlo desde un convertidor de refuerzo y AA, necesitaría un convertidor con una corriente inactiva muy baja.

Pero ... cuando hay fuego, ahora necesitas bastante potencia y suficientes voltios para conducir el altavoz piezoeléctrico. Estos necesitan voltaje. 9V es más fuerte que 3V.

Por lo tanto, su convertidor DC-DC de corriente inactiva muy baja también debe generar una corriente alta si es necesario.

También debe poder medir el estado de carga con precisión en los AA.

Todo esto costará más que la diferencia entre 9V y 2AA. Y recuerde, el cliente paga las baterías de repuesto, ¡no el fabricante!

Peufeu
fuente
2
Pero seguramente, el mejor diseño sería tener el circuito de detección funcionando a solo 1.5 V sin ningún refuerzo, y solo en caso de un interruptor de disparo en el convertidor de refuerzo de alta potencia para conducir el altavoz.
Leftaroundabout
1
Hace unos pocos (10? Quizás 20?) Años habría dicho "porque están allí". Las primeras radios de transistores se hicieron funcionar con 9 V debido a los transistores de germanio que usaban. Entonces, las baterías de "9 voltios" eran muy comunes, fáciles de encontrar en las tiendas. Ya no tanto. Mis tiendas de conveniencia locales dejaron de transportarlos hace bastante tiempo.
Jamie Hanrahan
44
No estoy seguro de que importe, pero todos los detectores de humo que compré en los últimos 10 años funcionan con baterías AA.
JimmyJames
55
@JimmyJames: exactamente lo contrario de mi experiencia. Todos los detectores de humo que compré en los últimos 10 años funcionan con baterías de 9V. Incluso la copia de seguridad para los alimentados fue de 9V.
Martin Argerami
3
@JimmyJames: Sería menos probable que las personas dejen los detectores sin energía si hubiera una manera fácil de apagar el chirrido de batería baja durante aproximadamente 12 horas sin desactivar el detector. Si el detector comienza a sonar a las 2 a.m. y la tienda no abre hasta las 9 a.m., ¿qué se supone que debe hacer alguien?
supercat
39

Los circuitos de refuerzo tienen una corriente de reposo; parte de la energía se desperdicia simplemente con el convertidor boost. También se vuelven muy ineficientes en ciclos de trabajo bajos.

Entonces, si tiene un circuito que generalmente consume una corriente muy pequeña pero que ocasionalmente necesita consumir más, es difícil abordarlo con un solo convertidor de refuerzo.

Los principales usuarios de las baterías de 9V son elementos como detectores de humo y multímetros que se ajustan exactamente a este caso de uso: baja corriente, casi todo el tiempo. Si espera que la duración de la batería sea inferior a, digamos, 3 años con una batería de 9V, puede ser una mala elección.

Puedes ver esto en que casi cualquier cosa que tenga una radio (juguetes, controles remotos, etc.) usará varios AA o Li recargable de algún tipo.

Los convertidores Boost tampoco son gratuitos, cuestan piezas y espacio.

(El diseño que permite que los relojes de pared baratos funcionen con una sola batería AA es bastante bueno, y me gustaría ver una buena ingeniería inversa).

pjc50
fuente
44
Nada especial sobre los relojes electromecánicos de 1.5v, realmente. Aquí hay una hoja de datos antigua que es bastante detallada: mikrocontroller.net/attachment/197819/ICM7038.pdf
oakad
1
Además, los convertidores de impulso tienden a ser mucho más ruidosos que los convertidores reductores.
Lundin
32

Mi multímetro usa una batería de 9V y quizás consume aproximadamente 10mA para funcionar. Es muy exacto.

Si funciona con una batería de 3V, la corriente promedio será de 40mA con una eficiencia del 75%. Sin embargo, la corriente de sobretensión tiene que subir 80 mA a través de un inductor. Básicamente, la traza, el cable de la batería y el inductor ahora actúan como una antena que emite energía a mis componentes sensibles dentro de mi multímetro.

Entonces mis lecturas saltan y maldeciré y juraré por comprar un medidor de 2 pilas AA.

Jason Han
fuente
2
Muy buena respuesta. Así usaste un ejemplo práctico. Gracias
MCG
66
Mi multímetro usa 2 baterías AA y funciona bien, pero es incluso una de las más precisas. Entonces, si el circuito está diseñado para funcionar con voltajes bajos, funciona: la pregunta sigue siendo por qué usaron los 9V en el multímetro. Probablemente porque lo han hecho así durante años y nunca cambian un sistema en ejecución si no es necesario.
Arsenal el
55
Los modelos más nuevos y precisos ahora usan 4 X AA. Hay algunos modelos que usan solo 2 X AA pero no aumentaron a un voltaje más alto. La desventaja es que algunas funciones no están incluidas.
Jason Han
19

Solía ​​tener una vieja calculadora programable alimentada por un montón de baterías AA. Lo molesto de esto es que se reiniciaría fácilmente si lo sacudiera. Esto nunca le sucede a mi multímetro que funciona con una batería de 9V.

Además, la electrónica que necesita aproximadamente 5V generalmente funciona con baterías 3xAA, no con una de 9V. Tener unos pocos voltios adicionales simplifica muchos diseños, especialmente con opamps más antiguos que no podían proporcionar salida de riel a riel. Esto es un problema menor hoy en día, cuando la mayoría de las partes tienen una versión de 3.3V.

Dmitry Grigoryev
fuente
No culpe a las baterías si su compartimento está mal diseñado. Tengo exactamente el mismo problema en mi radio VX-8, y utiliza una batería recargable encerrada. Simplemente toque la radio y se reinicia.
richard1941
2
@ richard1941 El diseño de la batería tiene un efecto en el diseño del compartimento de la batería, y las celdas AA se basan en las mismas partes estructurales para soporte mecánico y contacto eléctrico.
Dmitry Grigoryev
1
Buen punto sobre el conector de batería de 9V. La batería puede colgarse fácilmente de los cables conectados.
kaay
14

Las baterías PP3 están bien con muchos chips de medidor, por ejemplo. En muchos casos, la energía total por dólar puede no ser tan importante: si la batería dura un año o tres, es lo suficientemente buena y pueden ahorrar un poco de dinero con los circuitos. Otro ejemplo sería una vida útil de la batería de respaldo que es más importante que la densidad de energía.

A menudo verá células de botón utilizadas, que contienen incluso menos energía y pueden ser asombrosamente caras (o bastante baratas) en aplicaciones donde la energía total consumida durante una vida útil razonable de la batería no es tan alta. Donde se requiere más energía, las células recargables de iones de litio son más comunes.

No creo que muchas aplicaciones nuevas , incluso en bienes de consumo, usen baterías de 9V, pero habrá dispositivos más antiguos (y diseños más antiguos) en las próximas décadas.

Spehro Pefhany
fuente
Gracias por su respuesta. Tiene razón al decir que no hay muchas aplicaciones nuevas que las usen, aunque pocas lo hacen. Esto parece respaldar que puede ser mejor no usarlos, ¿no crees? Tienes razón al decir que si dura lo suficiente, entonces es lo suficientemente bueno. Supongo que sería más barato usar uno de ellos con algo que consuma una cantidad muy pequeña de corriente, por lo que es un buen punto para hacer
MCG
@MCG Sí, sugeriría que probablemente sea mejor no usarlos en nuevos diseños.
Spehro Pefhany
2
Un tipo de unidad que los usa todavía es un pedal de efectos de guitarra. Parece una buena idea cuando desea un voltaje lo suficientemente alto como para suministrar circuitos para lidiar con el nivel de línea y tener algo de margen mientras no quiere un conmutador ruidoso.
DiBosco
DeBosco --- Tengo exactamente el pedal de efectos del que estás hablando (Boss PS2, me hace sonar casi tan bien como Rod Piazza). Siempre sospeché que los diseñadores estaban en una conspiración con los fabricantes de baterías.
richard1941
1
Creo que te refieres a las baterías PP3, una batería de 9V que mide 49x27x18mm. La última vez que vi un PP9 (9V, 81x66x52mm) fuera de su empaque minorista fue hace más de 20 años. Funciona con un transistor discreto de radio AM. Nunca he visto algo tan grande en un metro. El PP9 ha sido reemplazado en gran medida por baterías 6xAA (o con circuitos modernos de bajo voltaje, baterías 4xAA), pero el PP3 sigue siendo popular para aquellas pequeñas aplicaciones cuyos requisitos de voltaje necesitarían más de 2 celdas AAA.
Level River St
9

Cuando intente diseñar equipos de ruido ultra bajo, un regulador lineal silencioso con una batería de 9V superará a casi cualquier convertidor DC-DC que invariablemente tendrá un poco de ruido de conmutación (ya sea en la salida o emitido). Ciertamente, esa era la regla general en nuestro departamento de astrofísica (es cierto, ese es un viejo argumento que puede haber sido superado por la realidad).

Otros han señalado la ventaja (en términos de corriente de espera) de usar 9V en un sistema con una baja necesidad de energía pero el requisito de una batería de larga duración / alta potencia instantánea (por ejemplo, alarmas de incendio). Pero tiene razón: si la densidad de potencia es el criterio principal, el viejo PP9 no es una excelente elección. Y es por eso que no los ves en muchas linternas, por ejemplo.

Floris
fuente
9

Las consideraciones sobre la selección de la batería pueden incluir la propensión a fugas, la compatibilidad de un producto, la demanda actual máxima y los problemas de reciclaje.

  • Fuga de celdas AA: en los equipos electrónicos, la fuga de la batería puede ser un gran problema a menos que se incorporen características de diseño especiales en el soporte de la batería para evitar la corrosión. Por desgracia, los contactos de oro se gastan $ ive. No sé si las baterías de 9 voltios tienen más o menos probabilidades de tener fugas, pero si puede averiguarlo, eso podría influir en su decisión de selección de equipos que deben permanecer desatendidos durante años. Tengo algún equipo destrozado por la fuga de alcalinos Duracell AA.
  • Capacidad de soporte: Quizás en algún momento en el futuro las baterías de 9 voltios estén tan disponibles como lo está Kodachrome en la actualidad. En ese caso, cualquier equipo puede requerir reemplazo. Esto puede ser una decisión de marketing, no de ingeniería: a su personal de marketing le puede gustar la idea de que el producto se vuelva inútil en unos pocos años y deba ser reemplazado.
  • Máxima demanda de corriente: la corriente y la potencia máximas se rigen por Thevenin y Norton. La batería actúa como si fuera una fuente de voltaje perfecta en serie con una resistencia. El voltaje y la resistencia son variables según la condición interna de la batería. Y la potencia máxima disponible es a una corriente de carga que cae la mitad del voltaje de la batería a través de esa resistencia interna. Es posible que sea necesario algún trabajo de laboratorio para decidir la mejor batería para su aplicación, dependiendo de la demanda máxima de energía.
  • Problemas de reciclaje: Por razones medioambientales, solo $, por supuesto, me gusta reciclar mis AA Duracells por los medios poco ortodoxos de recargarlas y usarlas nuevamente. Encuentro que el AA Duracell recargado vuelve al voltaje completo, pero tiene una mayor resistencia interna que impide que mi radio suene al máximo volumen. Las celdas recargadas también tienen una vida más corta. Pero tengo muchas más horas de juego a un volumen más bajo. Con una batería de 9 voltios, es posible que solo tenga una celda muerta de cada seis, por lo que recargarla para restaurar una puede degradar las otras cinco por sobrecarga. Se requerirá cierta experimentación de laboratorio para determinar la mejor manera de hacerlo. Y sea cual sea el resultado de sus experimentos, un cambio en el proveedor de baterías o en el proceso de fabricación del proveedor podría invalidar sus resultados.

Buena suerte. En ingeniería, su respuesta podría no ser correcta o incorrecta. La mayoría de las decisiones son un compromiso entre cuestiones en competencia.

richard1941
fuente
2
Me gusta tu primer punto sobre la fuga. También he tenido fugas de baterías AA en algunos productos en el pasado
MCG
Las baterías de 9V probablemente tienen menos probabilidades de tener fugas, ya que el volumen total de electrolito liberado de una celda con fugas suele ser bastante pequeño, y la mayoría de las baterías de 9V tienen suficiente espacio vacío en el interior que podrían contener la fuga de una o dos celdas.
supercat
9

Un par de puntos no abordados en otras respuestas:

Su comparación de peso es justa, pero creo que la comparación directa volumen-volumen es injusta, porque generalmente se desperdicia algo de espacio al empacar objetos redondos. El espacio ocupado por el cuboide que contiene una celda AA es de aproximadamente 10.5cm3. Multiplique eso por PI / 4 para obtener el volumen del cilindro y nos acercaremos a los 8.1 cm3 en su tabla.

Con una batería PP3 de 9V, está pagando para tener 6 pequeñas celdas de 1.5V (más pequeñas que AAA) suministradas en un paquete conveniente. Es este embalaje "innecesario" el que agrega el peso extra y el volumen. Las aplicaciones donde se usan estas baterías son lo suficientemente pequeñas como para que el costo de este embalaje a menudo no se considere importante.

Si un fabricante de equipos (que normalmente vende sus productos "batería no incluida") elige entre usar celdas 2xAA más convertidor de voltaje o celda 1xPP3, debe considerar no solo el costo adicional del convertidor, sino también el conector de la batería. Las baterías PP3 tienen un conector muy ordenado que se engancha en un extremo, mientras que las celdas individuales necesitan un soporte de batería adecuado integrado en el producto, para agarrar la batería en ambos extremos. Dado que el consumidor rara vez considera el costo de las baterías al comprar el equipo, eso le da al fabricante dos razones para optar por el PP3.

Level River St
fuente
Desmonté algunas baterías de 9V de la marca Radio Shack en la década de 1970 y descubrí que contenían una pila de seis celdas casi rectangulares, en lugar de las habituales seis largas y delgadas. Sin embargo, no sé si alguna batería moderna de 9V está hecha de esa manera.
supercat
Puedo ser un consumidor raro, entonces. Las baterías de 9V tienden a ser un factor decisivo para mí cuando selecciono un dispositivo: siguen siendo excesivamente caras en comparación con AA. Por aproximadamente el mismo precio por voltio (CA $ 20 por 40 AA o CA $ 13 por 4 9V), obtengo aproximadamente 4.5 veces el número de Julios con AA, si los números en la tabla son correctos.
Mathieu
8

Los reguladores de impulso (y los ingenieros para diseñarlos) no siempre han sido baratos o pequeños. En consecuencia, hay muchos equipos en el mercado que utilizan un riel de 9v no regulado o un regulador lineal. Los detectores de humo y los multímetros son un par de ejemplos: el rediseño costaría dinero y no reduciría sustancialmente el costo de la lista de materiales ni aumentaría la funcionalidad comercializable.

(Ahora, una alarma de humo que recargaba un supercondensador usando las emisiones alfa de la fuente y nunca necesitaba un cambio de batería tendría una ventaja en el mercado; no estoy seguro si las leyes de la física lo permiten ...)

Rico
fuente
Creo que una fuente que emite tanta energía sería ilegal vender a la gente promedio.
Cees Timmerman
12 V CC * 8 ​​mA (altavoz piezoeléctrico) / 4e-6 W (batería de marcapasos nuclear) / 60/60 = 6.67 horas para emitir un pitido durante 1 segundo.
Cees Timmerman
3
Creo que la cantidad de material en un marcapasos nuclear no tendría licencia para un dispositivo no controlado, que es una razón por la que ya no se usan: en.wikipedia.org/wiki/Betacel . La fuente de energía obvia (si es aburrida) para una alarma de humo sería una celda solar o una bobina de captación de red.
Rico
O un generador de energía térmica: instalado en el techo, sentirá una diferencia de temperatura entre el aire interior y el ático. Recuerdo haber tenido un problema en el que los detectores de calor emitían falsas alarmas porque el ático estaba calentando el techo.
JDługosz
Me gusta su idea de una fuente de energía, pero solo debe permitirse para personas como nosotros, por encima del promedio.
richard1941