Pourquoi les appareils et outils alimentés par batterie sont-ils spécifiés en volts? [fermé]

"Alimenté avec une aspiration de 18 volts"

N'est-ce pas simplement une mesure absurde "plus c'est gros, mieux c'est"?

La chose qui vous tient vraiment à cœur en tant que client est le couple ou la puissance du moteur ou le régime ou quelque chose comme ça.

Existe-t-il une relation directe entre la tension d'alimentation et l'une de ces mesures des performances du moteur ou de la durée de vie de la batterie? Cela ne me semble pas, car chaque moteur est différent, pourrait avoir un nombre différent d'enroulements, un nombre différent de bobines, etc.

Pour les moteurs La puissance est proportionnelle au couple multiplié par la vitesse de rotation. Ainsi, pour une vitesse de rotation et un couple donnés, l'appareil produit une puissance donnée.

Pour augmenter la puissance, deux options existent. Générez la même quantité de couple à une vitesse plus élevée ou augmentez le couple à une vitesse donnée.

Pour une perceuse sans fil, la vitesse est normalement variable et dépend de l'application. Par exemple, une vitesse élevée pour l'acier, une vitesse plus faible pour la maçonnerie et encore une fois une vitesse plus faible pour les mèches "tarière" à trous larges en bois.

Ok, donc pour augmenter la puissance d'une perceuse sans fil, vous ne modifierez pas la vitesse, car la perceuse doit fournir de la puissance à différentes vitesses.

Deux autres facteurs à considérer, dans un moteur à courant continu, la tension est proportionnelle à la vitesse et le courant proportionnel au couple.

Mais tout ce que les concepteurs font, c'est augmenter la tension du pack. pour une résistance de bobine donnée dans le moteur à courant continu, l'augmentation de la tension aux bornes de la bobine augmente également le courant, donc le couple délivré.

L'augmentation de la tension est donc un moyen que les concepteurs peuvent augmenter le couple, donc la puissance que les utilisateurs finaux peuvent utiliser!. Donc plus il y a de volts, mieux c'est! jusqu'à un certain point, car plus de volts signifie plus de cellules et plus de cellules signifie plus de poids, plus de poids signifie plus de fatigue pour l'utilisateur. Ainsi, ceux-ci ont tendance à s'équilibrer, à l'heure actuelle, de 14,4 V CC à 18 V CC pour une perceuse sans fil typique.

C'est absurde et cela ne dit rien sur la puissance de l'outil. On pourrait penser qu'ils utilisent la tension car elle a des nombres plus impressionnants, mais j'ai vu des appareils (dustbusters) qui mentionnaient en gros chiffres "2,4 V", donc ça n'a pas l'air impressionnant du tout. La seule autre raison à laquelle je peux penser est que les gens peuvent être plus familiers avec le mot "volt" qu'avec le mot "watt" (n'impliquant pas qu'ils sauraient ce que signifie l'un ou l'autre).

edit
Je pense qu'un certain nombre de réponses est hors de question. La question posée était "Pourquoi sont-ils spécifiés en volts?" , pas pourquoi ils utilisent des tensions élevées. Cela a été couvert dans le passé dans au moins une question (que je ne trouve pas pour le moment). Quelle est cette question sur l'OMI est la suivante:

et c'est absurde! Il ne vous dit rien sur les capacités du dustbuster. Le mien dit fièrement "2,4 V", et je ne peux pas croire que celui-ci ait 9 fois la puissance d'aspiration du mien. Il serait capable de créer des trous noirs s'il l'était. Le mien était bon marché et IMO Black & Decker l'a publié pour avoir une référence pour leurs autres poussières. Un 3,6 V est meilleur qu'un 2,4 V, nous pouvons donc demander un prix plus élevé pour cela. Ces gars du marketing ne sont pas des idiots. Demandez à Jane Doe lequel est le plus puissant et elle répondra à celui qui a la tension la plus élevée. Tu veux parier?

L'augmentation de la tension de la batterie dans les appareils portables est partiellement motivée par l'aspect pratique et partiellement par le marketing, mais au cours de la dernière décennie, le marketing a certainement été le principal facteur.

Un appareil alimenté par batterie "puissant" (les perceuses étant probablement les plus courantes mais pas les plus gourmandes en énergie) peut avoir une puissance nominale de 100 watts.

Prenez 100 watts comme exemple:
à 100 watts, 12V ~ = 8A, 16V ~ = 6A, 24V ~ = 4A, 36V ~ = 3A.
Les pertes de câblage et de connexions sont principalement dues à une perte de chaleur = I ^ R.
Pour la même résistance, les pertes pour 12/16/24/36 volts seraient dans les proportions
64/36/16/9, donc un système 36V peut théoriquement avoir 9/64 ~ = 14% des pertes d'un système 12V.
Ainsi, dans la pratique, lorsque le courant diminue avec l'augmentation de la tension, vous obtenez moins de pertes avec la même résistance ou vous pouvez tolérer un peu plus de résistance tout en étant bien en avance.

Dans un système 12V 8A, une résistance de circuit de 1 ohm dissipera I ^ @ R = 8 ^ 2 x 1 = 64 Watts - donc comme c'est 64% de la puissance totale, ce serait intolérable. Quelque chose de plus comme 0,1 Ohm = 6,4% serait mieux. Il est extrêmement facile d'ajouter 0,1 Ohms au câblage et aux connexions, donc un système 100W 12V devient extrêmement difficile à construire. Même un système 18V avec 2/3 le courant = 4/9 = 44% des pertes est utilement meilleur.

TOUTEFOIS, plus de tension nécessite plus de cellules de batterie et l'espace requis pour les interconnexions, une perte supplémentaire de connexions et la perte de volume disponible effectif en raison d'effets de loi cubique * signifie qu'au-dessus d'une certaine tension, les pertes supplémentaires commencent à compenser les gains. Le marketing ne s'en soucie pas et les ingénieurs et les spécialistes du marketing auront eu un étoffe en coulisses pour arriver au résultat final.

Un facteur qui facilite les tensions plus élevées est l'utilisation de cellules LiIon. Ceux-ci ont une tension nominale de 3,6 V / cellule, ce qui est environ 3 fois celle de NiCd ou NimH, donc une batterie NimH à 10 cellules sera de 12V nominal, mais une LiIon à 10 cellules de la même taille sera de 36V nominale.

Les outils électriques haut de gamme / qualité / coût tels que De Walt (Black & Decker déguisé) utilisent des cellules LiFePO4 (Lithium Ferro Phosphate) dans certains produits avec une tension nominale de 3,2 V par cellule. 10 donnerait une tension nominale de 32 V et ce sera "presque sensible" dans certaines applications.
Un aparté: je comprends que De Walt utilise les cellules A123 LiFePO4 leader de l'industrie. Les cellules A123 sont généralement "difficiles à acheter" sur le marché de détail et j'ai entendu parler de constructeurs de véhicules électriques achetant un grand nombre de batteries De Walt pour obtenir les cellules.

Loi cubique:

Effets causés par des changements dans le rapport de la surface au volume à mesure que l'échelle change.
Les volumes sont proportionnels au bord ^ 3.
Les surfaces sont proportionnelles à egde ^ 2.
le rapport volume / bord est donc proportionnel au bord ^ 3 / bord ^ 2 = bord - ce qui signifie que le volume par surface augmente à mesure que les objets grossissent.

Les effets secondaires sont par exemple plus difficiles à refroidir de grandes choses par rayonnement de surface.
Inversement, il est plus difficile de garder de petites choses au chaud lorsqu'il fait froid.
Pour une épaisseur de surface donnée, les grandes choses ont moins de contenu par volume.
Ce dernier effet affecte les batteries.
si une batterie peut être construite avec la même épaisseur de paroi sur une gamme de tailles, les grosses batteries auront plus de contenu actif par volume que les petites.

Un seul exemple.
Deux cubes avec des parois de 1 mm d'épaisseur et des bords de 1 cm et 4 cm.
Volumes des murs = 6 x bord ^ 3 x 1 mm
Volume total du cube = bord ^ 2
Volume intérieur du cube à l'intérieur des murs ~~ = (bord- 2 x épaisseur_mur) ^ 3

1 cm cube volume intérieur / extérieur = (10-2) ^ 3/10 ^ 3 = 512/1000 mm ^ 2 = 51% 4
cm cube intérieur / extérieur = (40-2) ^ 3/40 ^ 3 = 54872/64000 = 85%. !!!
Le cube de bord 4 x plus grand est 85/51 = 1,59 x plus efficace un utilisateur de volume disponible que le petit.
Conclusion: les batteries haute tension qui utilisent NimH ou NiCd peuvent être une mauvaise idée pour cette seule raison. Il y en a d'autres.

La puissance serait un nombre plus petit, et le service marketing préférerait utiliser un nombre plus élevé que la concurrence, mais pas un grand nombre de watts, car les grosses puissances ne sont pas suffisamment commercialisées comme "vertes" pour certains segments de marché. Pour des technologies et des coûts de batterie équivalents, des tensions plus élevées peuvent être plus efficaces ou entraîner moins de pertes de câblage et de conversion lors de la production d'énergie utilisable.

Les chiffres appliqués à l'extérieur des outils électriques sont à des fins «plus gros c'est mieux» et sont également susceptibles de différencier les différentes technologies utilisées par le fabricant.

_{En d'autres termes, uniquement à des fins de marketing.}

Cette mesure est en effet absurde. Il y a deux raisons pour lesquelles il est utilisé

1. cela permet de comparer les outils du même fabricant avec des tensions différentes (voir cette question connexe ) - comme vous payez ce montant pour ce modèle 10,8 volts "plus crétin" ou vous pouvez payer un supplément et obtenir "beaucoup plus de puissance" et mieux "modèle 18 volts

2. la plupart des outils ont des batteries remplaçables et seuls les outils avec la même tension peuvent utiliser des batteries de cette même tension - donc si vous avez un pilote 12 volts et que vous voulez acheter une scie du même fabricant, alors si vous achetez un modèle 12 volts, vous avez maintenant un total de 4 batteries (et 2 chargeurs!) qui peuvent être utilisées avec les deux outils et c'est bien car une batterie séparée ou un chargeur séparé coûte une fortune

Autre que cette tension n'est pas une mesure utile. Vous ne vous souciez pas de la tension, vous vous souciez des caractéristiques mécaniques.