Batterien. Warum 9V verwenden?

Warum verwenden wir immer noch 9-V-Batterien? Gibt es einen geheimen Vorteil bei ihnen, den ich nicht kenne?

Wenn Sie sich auch die Größe ansehen, ist die 9V einfach groß und sperrig und ich habe Projekte entworfen, bei denen ich 2xAA-Batterien verwenden und die Spannung erhöhen kann, wodurch ich eine längere Batterielebensdauer als eine 9V habe. Und es nimmt genauso viel Platz in Anspruch.

Viele Schaltkreise müssen heutzutage auch geregelt werden, und der einfachste Weg, dies mit einem 9-V-Regler zu tun, ist ein linearer Regler (normalerweise bis zu 5 V). Und noch einmal: Wenn Sie die Spannung von 1 oder 2 AA-Batterien erhöhen, ist Ihr Produkt wahrscheinlich länger haltbar.

Ich sah einen Vergleich zwischen einer 9-V-Batterie und einigen AA-Batterien, bei denen jemand die verfügbare Energie fand, und ermittelte die folgenden Daten: HINWEIS: Diese Ergebnisse stammten von Energizer-Alkalibatterien

Warum werden bei all diesen Daten immer noch 9-V-Batterien in Konstruktionen verwendet? Gibt es Anwendungen, bei denen es vorteilhaft wäre, sie zu verwenden? Oder ist es normalerweise eine bessere Idee, sich für die AA- oder AAA-Lösung zu entscheiden?

Es gab Zeiten, in denen ich darüber nachgedacht habe, für einige meiner Projekte eine 9-V-Batterie zu verwenden, aber es scheint, dass sie nach den Berechnungen nicht so gut funktionieren wie andere. Vermisse ich also etwas?

Als Referenz sind hier die Datenblätter für die verglichenen Batterien aufgeführt: AA 9V

EDIT: Ich beabsichtige nicht, dass dies eine "meinungsbasierte" Frage ist, sondern ich wollte aus praktischer Sicht fragen, ob die Wahl eines 9V gegenüber einer anderen Lösung (wie das Boosten von AA-Batterien) Vorteile bringt. . Ich wollte das nur klarstellen!

Erstens ist ein AA keine Batterie. Es ist eine Zelle. Eine Batterie ist eine "Batterie" von Zellen, dh mehr als eine Zelle. Eine 9-V-Batterie enthält sechs 1,5-V-Zellen. Zerreißen und sehen.

Warum wir immer noch 9-V-Batterien verwenden, ist eine Frage des Designs. Das Schöne an 9-V-Batterien ist, dass sie Ihnen während ihrer Lebensdauer einen relativ großen Betriebsspannungsbereich bieten, ohne eine zu hohe Spannung zu erzeugen. Sie kommen auch in einer wirklich schönen kompakten Verpackung mit einem ziemlich brauchbaren Clip.

Ich würde auf keinen Fall empfehlen, einen mit einem linearen Regler zu verwenden, um 5 V zu erzeugen, es sei denn, der Strombedarf für diese 5 V ist sehr gering. Besser ist es, Ihre Schaltung mit Bauteilen zu konstruieren, die direkt an der 9V arbeiten.

Es hängt auch wirklich von der Art Ihres Widgets ab. Wenn Sie Sensoren oder Wandler haben, die größere Spannungen benötigen und batteriebetrieben sind, ist die Verwendung einer 9-V-Batterie einfacher und in der Regel billiger.

Man muss auch die Auswirkungen der Anhebung einer niedrigeren Spannung berücksichtigen. Auf diese Weise bringen Sie viele neue Probleme mit sich, von denen nicht zuletzt das elektromagnetische Rauschen ist, das Sie hinzufügen und das Sie behandeln müssen. Effizienz ist auch ein Thema.

Aber am Ende gibt es eine Menge Hin und Her bei der Entscheidung, so dass diese Frage wirklich in die Meinungsschichten gerät.

Eine 9-V-Batterie mit 400 mAh reicht für ein Jahr mit einer Stromaufnahme von 40 µA.

Betrachten Sie nun einen Rauchmelder. Es handelt sich um eine analoge Schaltung mit geringem Stromverbrauch, die höchstwahrscheinlich unter dem obigen Wert von 40 µA liegt. Wenn Sie es von einem Aufwärtswandler und AAs versorgen möchten, benötigen Sie einen Wandler mit sehr geringem Leerlaufstrom.

Aber ... wenn es brennt, brauchen Sie jetzt eine Menge Strom und genug Volt, um den Piezo-Lautsprecher anzutreiben. Diese brauchen Spannung. 9V ist lauter als 3V.

Daher muss Ihr DC-DC-Wandler mit sehr geringem Leerlaufstrom bei Bedarf auch hohen Strom ausgeben.

Sie müssen auch in der Lage sein, den Ladezustand der AAs genau zu messen.

All dies kostet mehr als die Differenz zwischen 9V und 2AA. Und denken Sie daran, der Kunde bezahlt die Ersatzbatterien, nicht der Hersteller!

Boost-Schaltkreise haben einen Ruhestrom; Ein Teil der Energie wird durch den Aufwärtswandler verschwendet. Sie werden auch bei niedrigen Arbeitszyklen sehr ineffizient.

Wenn Sie also eine Schaltung haben, die normalerweise einen sehr kleinen Strom zieht, aber gelegentlich mehr Strom ziehen muss, ist es schwierig, dies mit einem einzigen Hochsetzsteller zu beheben.

Die Hauptnutzer von 9-V-Batterien sind Dinge wie Rauchmelder und Multimeter, die genau zu diesem Anwendungsfall passen: teilweise oder fast immer niedriger Strom. Wenn Sie eine Batterielebensdauer von weniger als beispielsweise 3 Jahren mit einer 9-V-Batterie erwarten, ist dies möglicherweise eine schlechte Wahl.

Sie können dies daran erkennen, dass fast alles, was über ein Radio verfügt - Spielzeug, Fernbedienungen usw. - entweder mehrere AA- oder wiederaufladbare Li-Batterien verwendet.

Aufwärtswandler sind ebenfalls nicht kostenlos, sie kosten Teile und Platz.

(Das Design, mit dem billige Wanduhren mit einer einzigen AA-Batterie betrieben werden können, ist recht ordentlich, und ich würde mir ein gutes Reverse Engineering davon wünschen.)

Mein Multimeter verwendet eine 9-V-Batterie und benötigt möglicherweise 10 mA, um zu funktionieren. Es ist sehr genau.

Wenn es mit einer 3-V-Batterie betrieben wird, beträgt der durchschnittliche Strom 40 mA bei einem Wirkungsgrad von 75%. Der Stoßstrom muss jedoch über eine Induktivität auf 80 mA ansteigen. Im Grunde genommen fungieren die Leiterbahn, das Batteriekabel und der Induktor jetzt als Antenne, die Energie an meine empfindlichen Komponenten in meinem Multimeter abgibt.

Dann springen meine Messwerte herum und ich werde fluchen und schwören, dass ich mir ein 2-AA-Batteriemessgerät gekauft habe.

Früher hatte ich einen alten programmierbaren Taschenrechner, der mit ein paar AA-Batterien betrieben wurde. Das ärgerliche daran war, dass man leicht neu booten kann, wenn man es schüttelt. Mein Multimeter wird niemals mit einer 9-V-Batterie betrieben.

Außerdem wird die Elektronik, die ungefähr 5 V benötigt, normalerweise mit 3 x AA-Batterien und nicht mit 9 V betrieben. Ein paar zusätzliche Volt vereinfachen viele Designs, insbesondere bei älteren Verstärkern, die keine Rail-to-Rail-Ausgabe liefern können. Dies ist heutzutage weniger ein Problem, wenn die meisten Teile eine 3.3V-Version haben.

PP3-Batterien eignen sich beispielsweise gut für viele Meter-Chips. In vielen Fällen ist die Gesamtenergie pro Dollar möglicherweise nicht so wichtig - wenn die Batterie ein oder drei Jahre hält, ist sie ausreichend und sie können mit Schaltkreisen ein wenig Geld sparen. Ein weiteres Beispiel wäre, dass die Haltbarkeit der Pufferbatterie wichtiger ist als die Energiedichte.

Sie werden häufig Knopfzellen sehen, die noch weniger Energie enthalten und in Anwendungen, in denen der Gesamtenergieverbrauch über eine angemessene Batterielebensdauer nicht so hoch ist, atemberaubend teuer (oder ziemlich billig) sein können. Wo mehr Energie benötigt wird, sind wiederaufladbare Li-Ionen-Zellen üblich.

Ich glaube nicht, dass viele neue Anwendungen, auch in Konsumgütern, 9-V-Batterien verwenden - aber es wird in den kommenden Jahrzehnten ältere Geräte (und ältere Designs) geben.

Wenn Sie versuchen, Geräte mit extrem geringem Rauschen zu konstruieren, schlägt ein leiser Linearregler an einer 9-V-Batterie fast jeden DC-DC-Wandler, der ausnahmslos ein Schaltrauschen aufweist (entweder im Ausgang oder emittiert). Das war sicherlich die Faustregel in unserer Abteilung für Astrophysik (das ist zugegebenermaßen ein altes Argument, das von der Realität überholt worden sein könnte).

Andere haben auf den Vorteil (im Hinblick auf den Standby-Strom) der Verwendung von 9 V in einem System mit geringem Strombedarf hingewiesen, das jedoch eine lange Batterielebensdauer / hohe Sofortleistung (z. B. Feuermelder) erfordert. Aber Sie haben Recht - wenn die Leistungsdichte das Hauptkriterium ist, ist der alte PP9 keine gute Wahl. Und deshalb sieht man sie zum Beispiel nicht in vielen Taschenlampen.

Zu den Überlegungen bei der Batterieauswahl können die Neigung zum Auslaufen, die Unterstützbarkeit eines Produkts, der maximale Strombedarf und Recyclingprobleme gehören.

• Auslaufen von AA-Zellen: Bei elektronischen Geräten kann das Auslaufen von Batterien ein großes Problem sein, sofern keine besonderen Konstruktionsmerkmale in den Batteriehalter integriert sind, um Korrosion zu vermeiden. Leider sind Goldkontakte teuer. Ich weiß nicht, ob 9-Volt-Batterien mehr oder weniger wahrscheinlich auslaufen, aber wenn Sie herausfinden können, dass dies Ihre Auswahlentscheidung für Geräte beeinflusst, die jahrelang unbeaufsichtigt bleiben müssen. Ich habe eine Ausrüstung, die durch das Auslaufen von Duracell AA-Alkalien zerstört wurde.
• Unterstützbarkeit: Vielleicht werden 9-Volt-Batterien irgendwann so verfügbar sein wie Kodachrome heute. In diesem Fall müssen Geräte möglicherweise ausgetauscht werden. Dies kann eine Marketing- und keine technische Entscheidung sein: Ihre Marketingmitarbeiter mögen möglicherweise die Idee, dass das Produkt in ein paar Jahren unbrauchbar wird und ersetzt werden muss.
• Maximaler Strombedarf: Der maximale Strom und die maximale Leistung werden von Thevenin und Norton geregelt. Die Batterie verhält sich so, als wäre sie eine perfekte Spannungsquelle in Reihe mit einem Widerstand. Die Spannung und der Widerstand sind abhängig vom internen Zustand der Batterie. Die maximal verfügbare Leistung liegt bei einem Laststrom, der die Hälfte der Batteriespannung über diesen Innenwiderstand abfällt. Abhängig vom Spitzenleistungsbedarf sind möglicherweise einige Laborarbeiten erforderlich, um die beste Batterie für Ihre Anwendung zu ermitteln.
• Recyclingprobleme: Aus ökologischen Gründen möchte ich meine AA-Duracells natürlich auf unorthodoxe Weise recyceln, indem ich sie wieder auflade und wieder verwende. Ich stelle fest, dass der aufgeladene AA Duracell wieder die volle Spannung erreicht, aber einen höheren Innenwiderstand hat, der mein Radio daran hindert, mit maximaler Lautstärke zu spielen. Die aufgeladenen Zellen haben auch eine kürzere Lebensdauer. Aber ich bekomme viel mehr Stunden Spielzeit bei geringerer Lautstärke. Mit einer 9-Volt-Batterie haben Sie möglicherweise nur eine von sechs toten Zellen. Wenn Sie also die Batterie aufladen, um sie wiederherzustellen, können die anderen fünf Zellen durch Überladung beeinträchtigt werden. Einige Laborexperimente wären erforderlich, um den besten Weg zu finden. Unabhängig vom Ergebnis Ihrer Experimente kann eine Änderung des Batterielieferanten oder des Herstellungsprozesses des Lieferanten Ihre Ergebnisse ungültig machen.

Also viel Glück. Im Engineering ist dies möglicherweise keine richtige oder falsche Antwort. Die meisten Entscheidungen sind ein Kompromiss zwischen konkurrierenden Themen.

Einige Punkte, die in anderen Antworten nicht angesprochen wurden:

Ihr Gewichtsvergleich ist fair, aber ich halte einen direkten Volumen-Volumen-Vergleich für unfair, da beim Packen von runden Objekten normalerweise Platz verschwendet wird. Der Raum, den der Quader mit einer AA-Zelle einnimmt, beträgt etwa 10,5 cm³. Multiplizieren Sie dies mit PI / 4, um das Zylindervolumen zu erhalten, und wir nähern uns den 8,1 cm3 in Ihrer Tabelle.

Mit einer 9-V-Batterie aus PP3 zahlen Sie für die Lieferung von 6 winzigen 1,5-V-Zellen (kleiner als AAA) in einer praktischen Verpackung. Es ist diese "unnötige" Verpackung, die das zusätzliche Gewicht und den zusätzlichen Platzbedarf erhöht. Die Anwendungen, bei denen diese Batterien verwendet werden, sind klein genug, so dass die Kosten für diese Verpackung häufig als unwichtig angesehen werden.

Wenn ein Gerätehersteller (der normalerweise seine Ware "Batterie nicht im Lieferumfang enthalten" verkauft) zwischen der Verwendung von 2xAA-Zellen plus Spannungswandler oder 1xPP3-Zelle wählt, muss er nicht nur die zusätzlichen Kosten des Wandlers berücksichtigen, sondern auch den Batteriestecker. PP3-Batterien haben einen sehr ordentlichen Anschluss, der an einem Ende befestigt wird, während einzelne Zellen einen geeigneten Batteriehalter benötigen, der in das Produkt integriert ist, um die Batterie an beiden Enden zu greifen. Da der Verbraucher die Kosten für Batterien beim Kauf von Geräten selten berücksichtigt, gibt dies dem Hersteller zwei Gründe, sich für den PP3 zu entscheiden.

Boost-Regler (und die Ingenieure, die sie entwickeln) waren nicht immer billig oder klein. Folglich gibt es viele Geräte auf dem Markt, die entweder eine ungeregelte 9-V-Schiene oder einen linearen Regler verwenden. Rauchmelder und Multimeter sind nur einige Beispiele - eine Neugestaltung würde Geld kosten und die Stücklistenkosten nicht wesentlich senken oder die marktfähige Funktionalität erhöhen.

(Nun, ein Rauchmelder, der einen Superkondensator mit den Alpha-Emissionen der Quelle auflud und niemals einen Batteriewechsel benötigte, hätte einen Marktvorteil - nicht sicher, ob die Gesetze der Physik dies zulassen ...)