Perché gli strumenti più potenti utilizzano una tensione maggiore?

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AFAIK, ciascuno dei principali produttori mondiali di elettroutensili a batteria produce diverse "linee di prodotto" di elettroutensili a batteria con tensioni diverse. Ad esempio, Bosch attualmente produce strumenti con batterie agli ioni di litio con uscita 10,7 V, 14,4 V, 18 V e 36 V e maggiore è la tensione, più potente è uno strumento.

Ora quegli strumenti sono alimentati da batterie che sono assemblate da celle a bassa tensione (immagino qualcosa come 3,7 volt per celle agli ioni di litio) e le celle sono collegate in sequenza fino al raggiungimento della tensione target.

Potrebbero invece collegare le celle in parallelo. Avrebbero avuto la stessa tensione, ma una corrente più elevata e ciò avrebbe di nuovo prodotto una potenza maggiore.

Perché scelgono una tensione maggiore rispetto alla stessa tensione e una corrente più elevata per ottenere una maggiore potenza negli utensili elettrici?

power batteries

— sharptooth
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Votato per riaprire. @Kortuk, potresti non averlo chiuso se gli strumenti Bosch non fossero stati menzionati. È una buona domanda per EE IMO: perché celle in serie e non parallele.

— Stevenvh,

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@Kortuk: l'applicazione dell'elettronica di consumo è presente solo come esempio. Non riesco a capire perché non sia una pura questione di ingegneria elettrica.

— sharptooth,

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Il processo non dovrebbe essere "attendere che si chiudano abbastanza voti ravvicinati" piuttosto che "attendere che si riaprano abbastanza voti" dopo averlo forzato chiuso?

— endolith,

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@Kortuk chiudendo qualcosa non sta votando. Prendere un voto significherebbe la tua opinione personale e esprimere il tuo voto da vicino. Dire che ciò che fai è "non permanente" manca il punto - c'è un'enorme "potenziale barriera" tra qualcosa che è aperto fino a quando un numero sufficiente di persone decide di chiuderlo, rispetto a qualcosa che è chiuso fino a quando un numero sufficiente di persone decide di riaprirlo .

— Chris Stratton,

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La formulazione è completamente diversa, ma questo è effettivamente il motivo per cui si utilizzano batterie di serie su parallelo. Proverò a trovare un link in seguito da condividere. Non esitate a contattarmi in chat se desideri discuterne di più.

— Kortuk,

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Matt ha già spiegato che usando una tensione più alta avrai una corrente più bassa per la stessa potenza . Ciò significa fili più sottili e meno pesanti , il che significa risparmio (il rame è costoso). Potrebbe essere necessario prestare attenzione a un migliore isolamento , ma ciò non supera i vantaggi menzionati.

È anche molto più facile posizionare le celle in serie piuttosto che in parallelo . Se posizionate in parallelo, le tensioni devono essere esattamente uguali, altrimenti si avranno correnti elevate che vanno da una cella all'altra, causando grandi perdite di potenza e riducendo la vita della cella .

— stevenvh
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+1 un'altra ragione, penso, è la facilità di creare convertitori da una tensione più alta.

— Kenny,

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@kenny - rispetto ai convertitori buck-boost, sì. Rispetto per aumentare i convertitori, no. Questi ultimi non sono più complicati dei convertitori buck. E penso che questo sia più vecchio anche dei commutatori.

— Stevenvh,

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I convertitori boost standard hanno un problema che buck, buck-boost e SEPIC non fanno: passano corrente al carico quando il convertitore non commuta, impedendo una semplice funzione di spegnimento. In altre notizie, tutte le parole in grassetto rendono un po ' più difficile da leggere . ; p

— Mike DeSimone,

@Mike - Uso sempre parole in grassetto per evidenziare le parole chiave e non ho mai avuto lamentele. Potrei aver esagerato un po 'qui. Ma poi, sì, la vita può essere dura! :-)

— stevenvh

@stevenvh Non sto mettendo in discussione la tua risposta, perché so per esperienza che è vero. Tuttavia, non riesco a capire come dimostrarlo matematicamente. Potresti fornire un esempio?

— MGZero,

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TLDR: è necessaria una tensione più elevata per un numero di giri più elevato.

Non sono d'accordo con l'argomento sull'efficienza del rame (sopra / sotto)

L'unico motivo è il ritorno EMF dei motori ad alti regimi. Indipendentemente dalla quantità di corrente che le batterie possono fornire, la loro corrente si traduce in coppia per il motore, ma non in velocità. Alla massima velocità, il motore teorico senza perdita ha un emf esattamente uguale alla tensione di alimentazione e consuma corrente avvicinandosi allo zero pur avendo una coppia zero.

Gli utensili più potenti hanno forse un numero di giri / min più elevato, valori di velocità di rotazione e hanno bisogno di una tensione maggiore.

Mi piace questa risposta. Se pensi al rame, allora meno corrente = meno forza magnetica, compensi questo con più giri. Penso che la massa totale di rame rimanga pressoché la stessa. Anche l'RPM può essere affrontato attraverso la trasmissione, penso che la maggior parte degli strumenti sia ridotta.

— russ_hensel,

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Ho controllato con il sito Bosch Professional Tools - RPM non è molto diverso per le diverse linee di prodotti. Il motivo è che il numero di giri molto elevato è inutile: le viti di guida sono assolutamente impossibili con un numero di giri molto elevato e la perforazione produce molto calore che danneggia sia il materiale che la punta.

— sharptooth,

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Per lo stesso motivo, le compagnie elettriche trasmettono energia in tutto il paese a centinaia di migliaia di volt invece di fare tutto a 110 / 230v.

Una tensione più alta significa una corrente più bassa per la stessa quantità di potenza.

Una corrente più bassa significa componenti più piccoli e fili più sottili, rendendola così più economica ed efficiente.

Ad esempio, prendere un motore CC.

Affinché un motore a 12V sviluppi la stessa quantità di potenza di un motore a 24 V dovrebbe assorbire il doppio della corrente. Ciò significherebbe che gli avvolgimenti nel motore dovrebbero essere costituiti da filo più spesso. Ciò aumenterebbe sia le dimensioni che i costi.

Le società elettriche trasferiscono energia ad alta tensione, quindi la corrente è bassa e possono utilizzare cavi di piccolo diametro. È lo stesso principio.

— Majenko
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Maggiore è la tensione, minore è la corrente, alla stessa potenza. Quando aspiri molta corrente da una batteria, creerai un'area scarsamente cambiata all'interno. Ciò porta a prestazioni peggiori.

— Mario Vernari
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Non riesco a capire perché questo sia un problema. Adesso ho molte celle in parallelo, quindi anche se scarico più dal pacchetto, scarico comunque lo stesso da ogni cella.

— sharptooth,

@sharptooth - posizionare le celle in parallelo non è una buona idea, vedi la mia risposta

— stevenvh