¿Por qué los aparatos y herramientas que funcionan con baterías se especifican en voltios? [cerrado]

"Alimentado con una succión de 18 voltios"

¿No es solo una medida absurda de "más grande es mejor"?

Lo que realmente le importa como cliente es el par motor o la potencia o las RPM o algo así.

¿Existe alguna relación directa entre la tensión de alimentación y una de estas medidas de rendimiento del motor o duración de la batería? No me parece, ya que cada motor es diferente, podría tener un número diferente de bobinados, diferente número de bobinas, etc.

Para los motores, la potencia es proporcional al par multiplicado por la velocidad de rotación. Entonces, para una velocidad de rotación y par dados, el dispositivo produce una cantidad dada de potencia.

Para aumentar la cantidad de energía existen dos opciones. Genere la misma cantidad de torque a una velocidad más alta, o aumente el torque a una velocidad dada.

Para un taladro inalámbrico, la velocidad normalmente es variable y depende de la aplicación. Por ejemplo, alta velocidad para acero, velocidad más baja para mampostería y velocidad más baja nuevamente para brocas "sinfín" de agujero ancho en madera.

Bien, para aumentar la potencia de un taladro inalámbrico, no cambiará la velocidad, ya que el taladro necesita suministrar potencia a una variedad de velocidades.

Otros dos factores a considerar, en un motor de CC, el voltaje es proporcional a la velocidad y la corriente proporcional al par.

Pero todo lo que los diseñadores están haciendo es aumentar el voltaje del paquete. para una resistencia de bobina dada en el motor de CC, aumentar el voltaje a través de la bobina también aumenta la corriente, por lo tanto, el par suministrado.

Por lo tanto, aumentar el voltaje es una forma en que los diseñadores pueden aumentar el par, ¡así la potencia que los usuarios finales pueden usar! ¡Así que cuanto más voltios, mejor! hasta cierto punto, ya que más voltios significan más células, y más células significan más peso, más peso significa más fatiga del usuario. Por lo tanto, estos tienden a equilibrarse, en este momento en cualquier lugar de 14,4 V CC a 18 V CC para un taladro inalámbrico típico.

No tiene sentido, y no dice nada sobre el poder de la herramienta. Se podría pensar que usan voltaje porque tiene números más impresionantes, pero he visto dispositivos (buscadores de polvo) que mencionan en dígitos grandes "2.4 V", por lo que no se ve nada impresionante. La única otra razón por la que puedo pensar es que las personas pueden estar más familiarizadas con la palabra "voltio" que con la palabra "watt" (lo que no implica que sepan lo que significa).

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Creo que una serie de respuestas está fuera de la cuestión. La pregunta que se hizo es "¿Por qué se especifican en voltios?" , no por qué usan altos voltajes. Eso se ha cubierto en el pasado en al menos una pregunta (que no puedo encontrar por el momento). De lo que se trata esta pregunta sobre la OMI es esto:

y eso no tiene sentido! No le dice nada acerca de las capacidades del caza polvo. El mío dice con orgullo "2.4 V", y no puedo creer que este tenga 9 veces más poder de succión que el mío. Sería capaz de crear agujeros negros si lo fuera. El mío era barato, y IMO Black & Decker lo lanzó para tener una referencia para sus otros buscadores de polvo. Un 3.6 V es mejor que un 2.4 V, por lo que podemos pedirle un precio más alto. Esos tipos de marketing no son idiotas. Pregúntale a Jane Doe cuál es el más poderoso y ella dirá el que tenga el voltaje más alto. ¿Querés apostar?

El aumento del voltaje de la batería en los dispositivos portátiles se debe en parte a la practicidad y en parte al marketing, pero en la última década más o menos el marketing ha sido definitivamente el factor principal.

Un electrodoméstico con batería "potente" (los ejercicios probablemente son los más comunes pero no los que requieren más energía) pueden tener una potencia de 100 vatios.

Tome 100 vatios como ejemplo:
a 100 vatios 12V ~ = 8A, 16V ~ = 6A, 24V ~ = 4A, 36V ~ = 3A.
Las pérdidas en el cableado y las conexiones se deben principalmente a la pérdida de calor = I ^ R.
Para la misma resistencia, las pérdidas para 12/16/24/36 voltios estarían en las proporciones de
64/36/16/9, por lo que un sistema de 36V podría tener 9/64 ~ = 14% de las pérdidas de un sistema de 12V.
Entonces, en la práctica, a medida que la corriente disminuye al aumentar el voltaje, se obtienen menos pérdidas con la misma resistencia o se puede tolerar algo más de resistencia y aún así estar muy por delante.

En un sistema de 12V 8A, una resistencia de circuito de un ohmio se disipará I ^ @ R = 8 ^ 2 x 1 = 64 vatios, por lo que como es el 64% de la potencia total sería intolerable. Algo más como 0.1 Ohm = 6.4% sería mejor. Es extremadamente fácil agregar 0.1 Ohms en el cableado y las conexiones, por lo que un sistema de 100W 12V se vuelve molestamente difícil de construir. Incluso un sistema de 18V con 2/3 de la corriente = 4/9 = 44% de las pérdidas es útilmente mejor.

SIN EMBARGO, más voltaje requiere más celdas de batería y el espacio requerido para las interconexiones, la pérdida adicional en las conexiones y la pérdida de volumen efectivo disponible debido a los efectos de la ley de cubos cuadrados * significa que por encima de un cierto voltaje, las pérdidas adicionales comienzan a compensar las ganancias. Al marketing no le importa y los ingenieros y especialistas en marketing habrán tenido una situación detrás de escena para llegar al resultado final.

Un factor que facilita los voltajes más altos es el uso de células LiIon. Estos tienen un voltaje nominal de, digamos, 3.6V / celda, que es aproximadamente 3 veces mayor que el de NiCd o NimH, por lo que una batería de 10 celdas NimH será de 12V nominal, pero una LiIon de 10 celdas del mismo tamaño será 36V nominal.

Las herramientas eléctricas de grado superior / calidad / costo como De Walt (Black & Decker disfrazado) usan celdas LiFePO4 (fosfato de litio ferro) en algunos productos con un voltaje nominal de 3.2V por celda. 10 daría 32 V nominales y esto será "casi sensible" en algunas aplicaciones.
Un aparte: entiendo que De Walt utiliza las células A123 LiFePO4 líderes en la industria. Las celdas A123 son generalmente "difíciles de comprar" en el mercado minorista y he oído hablar de fabricantes de vehículos eléctricos que compran grandes cantidades de paquetes de baterías De Walt para obtener las celdas.

Ley de cubos cuadrados:

Efectos causados ​​por cambios en la relación de área a volumen a medida que cambia la escala.
Los volúmenes son proporcionales al borde ^ 3.
Las áreas de superficie son proporcionales a egde ^ 2.
por lo tanto, la relación de volumen a borde es proporcional al borde ^ 3 / borde ^ 2 = borde, lo que significa que el volumen por área de superficie aumenta a medida que los objetos se hacen más grandes.

Los efectos secundarios de esto son, por ejemplo, es más difícil enfriar grandes cosas con radiación de superficie.
Por el contrario, es más difícil mantener las cosas pequeñas calientes cuando hace frío.
Para un espesor de superficie dado, las cosas grandes tienen menos contenido por volumen.
El último efecto afecta a las baterías.
Si se puede construir una batería con aproximadamente el mismo grosor de pared en un rango de tamaños, entonces las baterías grandes tendrán más contenido activo por volumen que las pequeñas.

Un solo ejemplo.
Dos cubos con paredes de 1 mm de grosor y bordes de 1 cm y 4 cm.
Volúmenes de pared = 6 x borde ^ 3 x 1 mm
Volumen total del cubo = borde ^ 2
Cubo interior dentro de las paredes volumen ~~ = (borde- 2 x grosor de pared) ^ 3

Volumen interno / externo del cubo de 1 cm = (10-2) ^ 3/10 ^ 3 = 512/1000 mm ^ 2 = 51%
Cubo interno / externo de 4 cm = (40-2) ^ 3/40 ^ 3 = 54872/64000 = 85%. !!!
El cubo de borde 4 veces más grande es 85/51 = 1.59 x un usuario de volumen disponible más efectivo que el pequeño.
Conclusión: los paquetes de baterías de alto voltaje que usan NimH o NiCd pueden ser una mala idea solo por esta razón. Hay otros.

Los caballos de fuerza serían un número menor, y el departamento de marketing preferiría usar un número mayor que la competencia, pero no un gran número de potencia, ya que las grandes potencias no se comercializan como lo suficientemente "verdes" para algunos segmentos del mercado. Para tecnologías equivalentes y el costo del paquete de baterías, los voltajes más altos podrían ser más eficientes o incurrir en menos pérdidas de cableado y conversión en la producción de energía útil de la herramienta.

Los números aplicados al exterior de las herramientas eléctricas son para "más grande es mejor" y probablemente también para diferenciar varias tecnologías que utiliza el fabricante.

_{En otras palabras, puramente con fines de marketing.}

Esa medida no tiene sentido. Hay dos razones por las que se usa

1. permite la comparación comercial de herramientas del mismo fabricante con diferentes voltajes (vea esta pregunta relacionada ), como si pagara esta cantidad de dinero por este modelo de 10,8 voltios "más desastroso" o puede pagar más y obtener ese "mucho más poderoso" y mejor "modelo de 18 voltios

2. la mayoría de las herramientas tienen baterías intercambiables y solo las herramientas con el mismo voltaje pueden usar baterías del mismo voltaje, por lo que si tiene un controlador de 12 voltios y desea comprar una sierra del mismo fabricante, entonces si compra un modelo de 12 voltios, ahora tiene un total de 4 baterías (¡y 2 cargadores!) que se pueden usar con ambas herramientas y eso es bueno porque una batería separada o un cargador separado cuestan una fortuna

Aparte de ese voltaje no es una medida útil. No le importa el voltaje, le importan las características mecánicas.