Piles. Pourquoi utiliser 9V?

Avec toute la technologie disponible aujourd'hui pour pouvoir augmenter efficacement la tension avec SMPS, pourquoi utilisons-nous toujours des piles 9V? Y at-il un avantage secret avec eux que je ne suis pas au courant?

Si vous regardez aussi la taille, le 9V est tout simplement gros et encombrant et j’ai conçu des projets dans lesquels je peux utiliser des piles 2xAA et augmenter la tension, ce qui me donnera une durée de vie plus longue que celle d’un 9V. Et cela prend la même quantité d'espace.

De nos jours, de nombreux circuits ont également besoin d'être régulés, et le moyen le plus simple de le faire avec un 9V consiste à utiliser un régulateur linéaire (généralement environ 5V) et je suis conscient que ce n'est pas le cas pour toutes les conceptions, mais il existe un gaspillage d'énergie. Et encore une fois, augmenter la tension de 1 ou 2 piles AA donnera probablement à votre produit une meilleure durée de vie.

J'ai vu une comparaison entre une pile 9V et des piles AA, où une personne a trouvé l'énergie disponible, et s'est retrouvée avec ces données: REMARQUE: ces résultats proviennent de piles alcalines Energizer.

Donc, avec toutes ces données, pourquoi les batteries 9V sont-elles toujours utilisées dans les conceptions? Existe-t-il des applications où il serait avantageux de les utiliser? Ou est-ce généralement une meilleure idée de choisir la solution AA ou AAA?

Il y a eu des fois où j'ai envisagé d'utiliser une pile 9V pour certains de mes projets mais il semble toujours qu'après mes calculs, ils ne tiennent pas aussi bien que d'autres, alors est-ce qu'il me manque quelque chose?

Pour référence, les fiches techniques des batteries comparées sont les suivantes: AA 9V

EDIT: Je n’ai pas l’intention de poser cette question à une «opinion», j’avais l’intention de demander, d’un point de vue pratique, s’il était avantageux de choisir un 9V par rapport à une autre solution (telle que l’augmentation des piles AA) . Je voulais juste que cela soit clair!

D'abord, un AA n'est pas une batterie, c'est une cellule. Une batterie est une "batterie" de cellules, c'est-à-dire plus d'une cellule. Une batterie de 9V contient six cellules de 1,5V. Rip un à part et voir.

Quant à la raison pour laquelle nous utilisons toujours des piles 9V, c’est vraiment une question de conception. La bonne chose à propos des batteries 9V est qu’elles vous offrent une plage de tension de fonctionnement assez large tout au long de leur vie sans tension trop élevée. Ils viennent également dans un paquet compact vraiment sympa qui a un clip plutôt utilisable.

Je ne recommanderais en aucun cas l’utilisation d’un régulateur linéaire pour générer 5V, à moins que les exigences actuelles sur ce 5V soient très faibles. Mieux vaut concevoir vos circuits en utilisant des composants qui fonctionneront directement sur le 9V.

Cela dépend aussi vraiment de la nature de votre widget. Si vous avez des capteurs ou des transducteurs qui nécessitent des tensions plus élevées et que vous utilisez une batterie, il est plus simple et généralement moins cher d’utiliser une batterie 9V.

Il faut également tenir compte des conséquences de l’augmentation de la tension. Ce faisant, vous introduirez un grand nombre de nouveaux problèmes, notamment le bruit électromagnétique que vous ajouterez et que vous devrez traiter. L'efficacité est également un problème.

Mais à la fin, il y a beaucoup de va-et-vient sur la décision, alors cette question entre vraiment dans les rangs des opinions.

Une batterie de 400mAh 9V durera une année avec une consommation de 40µA.

Considérons maintenant un détecteur de fumée. Il s’agit de circuits analogiques à faible consommation d’énergie, dont la consommation est probablement inférieure à la valeur de 40 µA indiquée ci-dessus. Si vous vouliez l'alimenter à partir d'un convertisseur élévateur et d'AA, vous auriez besoin d'un convertisseur avec un courant de repos très faible.

Mais ... quand il y a un incendie, vous avez besoin de beaucoup de puissance et de suffisamment de volts pour alimenter le haut-parleur piézo. Ceux-ci ont besoin de tension. 9V est plus fort que 3V.

Ainsi, votre convertisseur CC-CC à très faible courant de repos doit également émettre un courant élevé si nécessaire.

Vous devez également être capable de mesurer l'état de charge avec précision sur les AA.

Tout cela coûtera plus que la différence entre 9V et 2AA. Et rappelez-vous, le client paie pour les piles de remplacement, pas le fabricant!

Les circuits boost ont un courant de repos; une partie de l'énergie est gaspillée simplement en ayant le convertisseur élévateur. Ils deviennent également très inefficaces à faibles cycles de travail.

Donc, si vous avez un circuit qui consomme généralement un très faible courant mais a parfois besoin de consommer plus, il est difficile de le résoudre avec un seul convertisseur élévateur.

Les principaux utilisateurs de batteries 9V sont, par exemple, les avertisseurs de fumée et les multimètres qui conviennent parfaitement à ce cas d'utilisation: faible intensité, parfois ou presque. Si vous prévoyez que la durée de vie de la batterie sera inférieure à, par exemple, 3 ans avec une batterie 9V, le choix sera peut-être mauvais.

Vous pouvez voir cela dans presque tout ce qui a une radio - jouets, télécommandes, etc. - utilisera soit plusieurs piles AA, soit des piles rechargeables.

Les convertisseurs Boost ne sont pas gratuits non plus, ils coûtent des pièces et de l'espace.

(La conception qui permet aux horloges murales bon marché de fonctionner avec une seule pile AA est très soignée, et j'aimerais voir une bonne ingénierie inverse de celle-ci.)

Mon multimètre utilise une pile 9V et consomme peut-être environ 10 mA pour fonctionner. C'est très précis.

S'il est alimenté par une batterie 3V, le courant moyen sera de 40 mA avec une efficacité de 75%. Cependant, le courant de surtension doit atteindre 80 mA, à travers un inducteur. Fondamentalement, le tracé, le fil de batterie et l'inductance agissent maintenant comme une antenne donnant de l'énergie à mes composants sensibles à l'intérieur de mon multimètre.

Ensuite, mes lectures vont sauter et je jurerai et jurerai d'avoir acheté un compteur 2 piles AA.

J'avais une vieille calculatrice programmable alimentée par un tas de piles AA. La chose ennuyeuse à ce sujet était qu’elle redémarrerait facilement si vous la secouiez. Cela n'arrive jamais à mon multimètre fonctionnant à partir d'une batterie 9V.

En outre, les appareils électroniques nécessitant environ 5V sont généralement alimentés par 3 piles AA, et non par 9V. Avoir quelques volts supplémentaires simplifie beaucoup de conceptions, en particulier avec les anciens ampamps qui ne pouvaient pas fournir une sortie rail à rail. C’est moins un problème de nos jours, quand la plupart des pièces ont une version 3.3V.

Les piles PP3 conviennent par exemple à de nombreuses puces de compteur. Dans de nombreux cas, l’énergie totale par dollar n’est peut-être pas si importante: si la batterie dure environ un an ou trois, elle suffit, et vous pouvez économiser un peu d’argent avec les circuits. Un autre exemple serait une batterie de secours: la durée de vie de la batterie est plus importante que la densité énergétique.

Vous verrez souvent des piles-boutons utilisées, qui retiennent encore moins d'énergie et peuvent coûter extrêmement cher (ou assez peu coûteux) dans des applications où la consommation totale d'énergie sur une durée de vie raisonnable de la batterie n'est pas très élevée. Là où plus d’énergie est nécessaire, les piles Li-ion rechargeables sont plus courantes.

Je ne pense pas que beaucoup de nouvelles applications, même dans les biens de consommation, utilisent des piles 9V - mais il y aura des appareils plus anciens (et des conceptions plus anciennes) dans les décennies à venir.

Lorsque vous essayez de concevoir un équipement à très faible bruit, un régulateur linéaire silencieux sur une batterie 9V vaincra presque tous les convertisseurs CC-CC qui auront invariablement un bruit de commutation (soit dans la sortie, soit dans l’émission). C'était certainement la règle de base de notre département d'astrophysique (certes, c'est un vieil argument qui aurait pu être dépassé par la réalité).

D'autres ont souligné l'avantage (en termes de courant de veille) de l'utilisation du 9V dans un système nécessitant peu d'énergie, mais nécessitant une longue durée de vie de la batterie / une puissance instantanée élevée (par exemple, des alarmes incendie). Mais vous avez raison: si la densité de puissance est le critère principal, l’ancien PP9 n’est pas un choix formidable. Et c'est pourquoi vous ne les voyez pas dans de nombreuses lampes de poche, par exemple.

Les facteurs à prendre en compte lors du choix de la batterie peuvent inclure la propension à fuir, la capacité de prise en charge d'un produit, la demande de courant maximale et les problèmes de recyclage.

• Fuite de piles AA: dans les équipements électroniques, les fuites de piles peuvent poser un grave problème, à moins que des caractéristiques de conception spéciales ne soient intégrées au porte-piles pour éviter la corrosion. Hélas, les contacts en or sont chers. Je ne sais pas si les piles de 9 volts risquent plus ou moins de fuir, mais si vous pouvez le savoir, cela pourrait influencer votre décision de choisir un équipement qui doit rester sans surveillance pendant des années. J'ai des engins détruits par une fuite d'alcalins Duracell AA.
• Supportabilité: Peut-être que dans le futur, les batteries de 9 volts deviendront aussi disponibles que Kodachrome. Dans ce cas, tout équipement peut nécessiter un remplacement. Il s’agit peut-être d’une décision de marketing, et non d’une décision technique: vos responsables du marketing aimeront peut-être l’idée que le produit deviendra inutile dans quelques années et qu’il devra être remplacé.
• Demande de courant maximum: Le courant et la puissance maximums sont régis par Thevenin et Norton. La batterie agit comme s’il s’agissait d’une source de tension parfaite en série avec une résistance. La tension et la résistance sont variables en fonction de l'état interne de la batterie. Et la puissance maximale disponible correspond à un courant de charge qui réduit de moitié la tension de la batterie à travers cette résistance interne. Certains travaux de laboratoire peuvent s'avérer nécessaires pour déterminer la meilleure batterie pour votre application, en fonction de la demande de puissance de pointe.
• Questions de recyclage: Pour des raisons environnementales, bien sûr, j'aime bien recycler mes AA Duracells par des moyens peu orthodoxes de les recharger et de les utiliser à nouveau. Je trouve que le AA Duracell rechargé revient à pleine tension, mais que sa résistance interne est plus élevée, ce qui empêche ma radio de fonctionner à un volume maximal. Les cellules rechargées ont également une durée de vie plus courte. Mais je reçois beaucoup plus d’heures de jeu à faible volume. Avec une batterie de 9 volts, vous n’avez peut-être qu’une cellule morte sur six; par conséquent, une recharge pour restaurer celle-ci peut dégrader les cinq autres en surchargeant. Des expériences en laboratoire seraient nécessaires pour déterminer la meilleure voie à suivre. Et quel que soit le résultat de vos expériences, une modification du fournisseur de la batterie ou du processus de fabrication de ce dernier pourrait invalider vos résultats.

Alors bonne chance. En ingénierie, ils pourraient ne pas être une bonne ou une mauvaise réponse. La plupart des décisions sont un compromis entre des problèmes concurrents.

Quelques points non abordés dans les autres réponses:

Votre comparaison de poids est juste, mais je pense qu'une comparaison directe volume-volume est injuste, car il y a généralement une certaine perte de place lors de l'emballage d'objets ronds. L'espace occupé par le cuboïde contenant une cellule AA est d'environ 10,5 cm3. Multipliez cela par PI / 4 pour obtenir le volume du cylindre et nous approchons du 8.1cm3 de votre table.

Avec une pile PP3 9V, vous payez pour avoir 6 minuscules cellules 1,5V (plus petites que AAA) fournies dans un emballage pratique. C'est cet emballage "inutile" qui ajoute du poids et du volume. Les applications dans lesquelles ces batteries sont utilisées sont suffisamment petites pour que le coût de cet emballage ne soit souvent pas perçu comme important.

Si un fabricant d’équipement (qui vend normalement ses produits "batterie non comprise") choisit d’utiliser des éléments 2xAA plus un convertisseur de tension ou un élément 1xPP3, il doit tenir compte non seulement du coût supplémentaire du convertisseur, mais également du connecteur de la batterie. Les piles PP3 ont un connecteur très pratique sur le plateau qui se clipse à une extrémité, tandis que les cellules individuelles ont besoin d’un support de pile approprié intégré au produit pour saisir la pile aux deux extrémités. Étant donné que le consommateur considère rarement le coût des piles lors de l'achat d'équipements, le fabricant a deux raisons de choisir le PP3.

Les régulateurs de boost (et les ingénieurs qui les ont conçus) n’ont pas toujours été peu coûteux ou modestes. Par conséquent, il existe de nombreux équipements sur le marché qui utilisent un rail 9v non régulé ou un régulateur linéaire. Les avertisseurs de fumée et les multimètres en sont quelques exemples: une nouvelle conception coûterait de l’argent et ne réduirait pas sensiblement le coût de la nomenclature ou n’augmenterait les fonctionnalités commercialisables.

(À présent, un avertisseur de fumée qui rechargerait un supercondensateur en utilisant les émissions alpha de la source sans jamais avoir besoin de changer de pile aurait un avantage sur le marché - je ne suis pas sûr si les lois de la physique le permettent ...)