Baterias. Por que usar 9V?

Com toda a tecnologia disponível hoje em dia, capaz de aumentar a tensão com eficiência usando SMPS, por que ainda usamos baterias de 9V? Existe alguma vantagem secreta neles que eu desconheço?

Se você observar também o tamanho, a 9V é grande e volumosa e eu projetei projetos onde posso usar baterias 2xAA e aumentar a tensão, o que me proporcionará uma vida útil mais longa que a de 9V. E ocupa a mesma quantidade de espaço.

Hoje, muitos circuitos também precisam ser regulados, e a maneira mais fácil de fazer isso com um 9V é um regulador linear (geralmente para cerca de 5V) e estou ciente de que esse não é o caso de todos os projetos, mas que há desperdício de energia, e mais uma vez, aumentar a tensão de 1 ou 2 pilhas AA provavelmente dará ao seu produto uma vida útil melhor.

Vi uma comparação entre uma bateria de 9V e algumas pilhas AA, onde alguém encontrou a energia disponível e terminou com estes dados: NOTA: Esses resultados foram obtidos com as baterias alcalinas Energizer

Então, com todos esses dados, por que as baterias de 9V ainda são usadas em projetos? Existem alguns aplicativos em que seria vantajoso usá-los? Ou é geralmente uma idéia melhor apenas optar pela solução AA ou AAA?

Houve momentos em que considerei usar uma bateria de 9V para alguns dos meus projetos, mas sempre parece que depois de fazer meus cálculos, eles simplesmente não se sustentam tão bem quanto outros, então estou perdendo alguma coisa?

Para referência, as fichas técnicas das baterias comparadas estão aqui: AA 9V

EDIT: Não pretendo que seja uma pergunta 'baseada em opinião', mas sim, do ponto de vista prático, se havia vantagens em escolher um 9V em relação a qualquer outra solução (como aumentar as pilhas AA) . Só queria deixar isso claro!

Primeiro, um AA não é uma bateria ... é uma célula. Uma bateria é uma "bateria" de células, ou seja, mais de uma célula. Uma bateria de 9V contém seis células de 1,5V. Rasgue um e veja.

Por que ainda usamos baterias de 9V, é realmente uma questão de design. O bom das baterias de 9V é que elas oferecem uma faixa de tensão operacional bastante ampla durante a vida útil, sem uma tensão excessivamente alta. Eles também vêm em um pacote compacto muito bom que tem um clipe bastante utilizável.

Eu não recomendaria de maneira alguma o uso de um com um regulador linear para gerar 5V, a menos que o requisito atual nesse 5V seja muito pequeno. Melhor projetar seu circuito usando componentes que funcionem diretamente nos 9V.

Também depende realmente da natureza do seu widget. Se você possui sensores ou transdutores que exigem tensões maiores e é operado por bateria, é mais simples e geralmente mais barato usar uma bateria de 9V.

Também é preciso considerar as ramificações de aumentar uma tensão mais baixa. Ao fazer isso, você apresentará muitos problemas novos, entre os quais o ruído eletromagnético que você adicionará e precisará resolver. Eficiência também é um problema.

Mas, no final, há muita coisa para lá e para cá na decisão, de modo que essa questão realmente entra nas fileiras de opiniões.

Uma bateria de 400mAh 9V durará um ano com um consumo de corrente de 40µA.

Agora considere um detector de fumaça. É um circuito analógico de baixa potência, provavelmente consumindo menos do que a figura de 40µA acima. Se você quiser alimentá-lo com um conversor de impulso e AAs, precisará de um conversor com corrente ociosa muito baixa.

Mas ... quando há fogo, agora você precisa de bastante potência e volts suficientes para acionar o alto-falante piezo. Estes precisam de voltagem. 9V é mais alto que 3V.

Portanto, o seu conversor CC-CC de corrente ociosa muito baixa também precisa gerar alta corrente, se necessário.

Você também precisa medir com precisão o estado da carga nos AAs.

Tudo isso custará mais do que a diferença entre 9V e 2AA. E lembre-se, o cliente paga pelas baterias de substituição, não pelo fabricante!

Os circuitos de reforço têm uma corrente quieta; alguma energia é desperdiçada simplesmente com o conversor de impulso. Eles também são muito ineficientes em ciclos de baixa operação.

Portanto, se você tem um circuito que normalmente consome uma corrente muito pequena, mas que ocasionalmente precisa consumir mais, é difícil resolver isso com um único conversor de impulso.

Os principais usuários de baterias de 9V são coisas como alarmes de fumaça e multímetros que se encaixam exatamente nesse caso de uso: baixa corrente em parte ou quase o tempo todo. Se você espera que a duração da bateria seja menor que, digamos, 3 anos com uma bateria de 9V, pode ser uma má escolha.

Você pode ver isso em quase qualquer coisa que tenha um rádio - brinquedos, controles remotos, etc - estará usando vários tipos de AA ou Li recarregável.

Os conversores de impulso também não são gratuitos, custam peças e espaço.

(O design que permite que relógios de parede baratos funcionem com uma única bateria AA é bastante elegante e eu gostaria de ver uma boa engenharia reversa dela.)

Meu multímetro usa uma bateria de 9V e talvez gaste cerca de 10mA para funcionar. É muito preciso.

Se for alimentado por uma bateria de 3V, a corrente média será de 40mA com uma eficiência de 75%. No entanto, a corrente de pico tem que subir 80mA, através de um indutor. Basicamente, o traço, o fio da bateria e o indutor agora atuam como uma antena que libera energia para meus componentes sensíveis dentro do meu multímetro.

Então minhas leituras vão pular e amaldiçoarei e jurarei comprar um medidor alimentado por duas pilhas AA.

Eu costumava ter uma calculadora programável antiga alimentada por um monte de pilhas AA. A coisa chata sobre isso era que seria facilmente reiniciado se você o sacudisse. Isso nunca acontece com meu multímetro funcionando com uma bateria de 9V.

Além disso, os eletrônicos que precisam de cerca de 5V geralmente são alimentados por baterias 3xAA, não por baterias de 9V. Ter alguns volts extras simplifica muitos projetos, especialmente em opamps mais antigos, que não podiam fornecer uma saída ferroviário a ferroviário. Hoje em dia isso é menos problemático, quando a maioria das peças possui uma versão 3.3V.

As baterias PP3 são boas com muitos chips de medidores, por exemplo. Em muitos casos, a energia total por dólar pode não ser tão importante - se a bateria durar um ano ou três, ela é boa o suficiente e pode economizar um pouco de dinheiro com os circuitos. Outro exemplo seria que a vida útil da bateria de backup é mais importante que a densidade de energia.

Você verá frequentemente as células-botão usadas, que retêm ainda menos energia e podem ser incrivelmente caras (ou muito baratas) em aplicações em que a energia total consumida durante uma bateria razoável não é tão alta. Onde é necessária mais energia, as células recarregáveis ​​de íons de lítio são mais comuns.

Eu não acho que muitas aplicações novas , mesmo em bens de consumo, usem baterias de 9V - mas haverá dispositivos mais antigos (e modelos mais antigos) nas próximas décadas.

Quando você tenta projetar equipamentos com ruído ultra baixo, um regulador linear silencioso em uma bateria de 9V vence quase todos os conversores DC-DC que invariavelmente terão algum ruído de comutação (na saída ou emitido). Essa certamente foi a regra de ouro em nosso departamento de astrofísica (é verdade que esse é um argumento antigo que pode ter sido ultrapassado pela realidade).

Outros apontaram a vantagem (em termos de corrente de espera) do uso de 9V em um sistema com baixa necessidade de energia, mas a exigência de longa duração da bateria / alta potência instantânea (por exemplo, alarmes de incêndio). Mas você está certo - se a densidade de energia é o principal critério, o antigo PP9 não é uma escolha fantástica. E é por isso que você não as vê em muitas lanternas, por exemplo.

As considerações sobre a seleção de baterias podem incluir propensão a vazamentos, capacidade de suporte de um produto, demanda atual máxima e problemas de reciclagem.

• Vazamento de células AA: Em equipamentos eletrônicos, o vazamento da bateria pode ser um grande problema, a menos que recursos especiais de design sejam incorporados no suporte da bateria para evitar corrosão. Infelizmente, os contatos de ouro são caros. Não sei se é mais ou menos provável que as baterias de 9 volts vazem, mas se você descobrir, isso pode influenciar sua decisão de seleção de equipamentos que devem permanecer sem supervisão por anos. Tenho alguns equipamentos destruídos pelo vazamento de alcalinos Duracell AA.
• Suporte: Talvez, em algum momento no futuro, as baterias de 9 volts se tornem tão disponíveis quanto o Kodachrome está hoje. Nesse caso, qualquer equipamento pode exigir substituição. Isso pode ser uma decisão de marketing, não de engenharia: seu pessoal de marketing pode gostar da ideia de que o produto se torna inútil em alguns anos e precisará ser substituído.
• Demanda máxima de corrente: a corrente e a potência máximas são governadas por Thevenin e Norton. A bateria age como se fosse uma fonte de tensão perfeita em série com um resistor. A tensão e a resistência são variáveis ​​de acordo com as condições internas da bateria. E a potência máxima disponível é a uma corrente de carga que cai metade da tensão da bateria nessa resistência interna. Pode ser necessário algum trabalho de laboratório para decidir a melhor bateria para a sua aplicação, dependendo do pico de demanda de energia.
• Questões de reciclagem: apenas por razões ambientais, é claro, eu gosto de reciclar meu AA Duracells pelos meios pouco ortodoxos de recarregá-los e usá-los novamente. Acho que o AA Duracell recarregado volta à tensão máxima, mas possui uma resistência interna mais alta que impede que meu rádio toque no volume máximo. As células recarregadas também têm uma vida útil mais curta. Mas tenho muitas mais horas de jogo em volume mais baixo. Com uma bateria de 9 volts, você pode ter apenas uma célula morta em seis, portanto, recarregar para restaurar uma pode degradar as outras cinco por sobrecarga. Alguma experiência em laboratório seria necessária para determinar o melhor caminho a percorrer. Qualquer que seja o resultado de suas experiências, uma alteração no fornecedor de baterias ou no processo de fabricação do fornecedor pode invalidar seus resultados.

Então boa sorte. Na engenharia, a resposta pode não ser certa ou errada. A maioria das decisões é um compromisso entre questões concorrentes.

Alguns pontos não abordados em outras respostas:

Sua comparação de peso é justa, mas acho que a comparação direta de volume e volume é injusta, porque geralmente há algum espaço desperdiçado ao empacotar objetos redondos. O espaço ocupado pelo cubóide contendo uma célula AA é de cerca de 10,5 cm3. Multiplique isso por PI / 4 para obter o volume do cilindro e chegamos perto dos 8,1cm3 em sua tabela.

Com uma bateria PP3 de 9V, você está pagando para ter 6 células minúsculas de 1,5V (menores que AAA) fornecidas em um pacote conveniente. É essa embalagem "desnecessária" que adiciona peso e volume extras. As aplicações em que essas baterias são usadas são pequenas o suficiente para que o custo dessa embalagem geralmente não seja percebido como importante.

Se um fabricante de equipamentos (que normalmente vende seus produtos "bateria não incluída") escolher entre usar células 2xAA mais conversor de tensão ou célula 1xPP3, ele deve considerar não apenas o custo adicional do conversor, mas também o conector da bateria. As baterias PP3 possuem um conector muito prático que se encaixa em uma extremidade, enquanto as células individuais precisam de um suporte de bateria adequado integrado ao produto, para agarrar a bateria nas duas extremidades. Dado que o consumidor raramente considera o custo das baterias na compra de equipamentos, isso dá ao fabricante duas razões para optar pelo PP3.

Os reguladores de impulso (e os engenheiros para projetá-los) nem sempre foram baratos ou pequenos. Consequentemente, há muitos equipamentos no mercado que usam um trilho de 9V não regulamentado ou um regulador linear. Os alarmes de fumaça e os multímetros são alguns exemplos - o redesenho custaria dinheiro e não reduziria substancialmente o custo da lista técnica ou aumentaria a funcionalidade comercializável.

(Agora, um alarme de fumaça que recarregava um supercapacitor usando as emissões alfa da fonte e nunca precisava de uma troca de bateria teria uma vantagem de mercado - não tenho certeza se as leis da física permitem ...)