La omnipresente CR2032 es una batería de iones de litio de tres voltios con forma de moneda. Esta clase de batería tiene un diámetro de 20 mm y un espesor de 3,1 mm, con algunas ligeras variaciones. Conocida como batería CMOS o batería plana, las unidades de batería CR2032 se suelen utilizar en aplicaciones de baja potencia, como para la BIOS de las computadoras o para el reloj en tiempo real de dispositivos estáticos.
CR2032 es una designación de International Electrochemical (IEC). La misma unidad recibe el nombre de 5004LC por parte del American National Standards Institute (ANSI) y la National Electronic Distributors Association (NEDA). Específicamente, la CR2032 es una batería de dióxido de litio/manganeso (LiMn02). Se compone de un cátodo de Mn02 y un ánodo de litio. El dispositivo está especificado para 225 miliamperios hora (mAh) y generalmente funciona en un rango de temperatura de –20 ºC a +70 ºC. También existe una batería de monofluoruro de litio/carbono, la BR2032/5004LB, la cual posee parámetros semejantes.
La construcción de una batería CR2032 típica presenta una carcasa de acero inoxidable que evita cualquier filtración del electrolito no corrosivo. Su larga duración de almacenamiento es posible gracias a la baja velocidad de descarga típica de las baterías LiMn02. Estas baterías pueden permanecer inactivas por años y perder muy poca de su carga original.
Imagen 1: construcción de la celda de botón de una batería CR2032. (Fuente: Varta)
La batería CR2032 se suele utilizar para suministrar energía a subsistemas de ultrabaja potencia como relojes en tiempo real y osciladores, los que deben permanecer en funcionamiento aún después de apagar el dispositivo general. Además, cuando se enciende el dispositivo, la unidad debe estar específicamente diseñada para que no extraiga energía de la batería CR2032 y los subsistemas como RTC reciben suministro de la fuente de energía principal de la unidad durante el funcionamiento del dispositivo. Así y en la práctica el dispositivo alcanza el término de su vida útil mucho antes de que se agote la batería CR2032.
LIR2032: recargable
Existen casos en las que se utilizan celdas planas como la fuente de energía principal. Aunque estas son aplicaciones universales que solo requieren baja potencia, se debe suponer que la vida de servicio de la aplicación debe ser lo suficientemente extensa como para que la batería CR2032 se agote durante el periodo de duración útil del dispositivo. En este caso, el usuario tiene la opción de comprar un equivalente recargable, la LIR2032. También es importante notar que la batería CR2032 no es recargable.
¿Cuánto durará?
La forma más sencilla de ver la vida de una batería es observar la carga total en miliamperios hora y dividirlo por el consumo de corriente.
Duración de la batería = 225 miliamperios hora/corriente
En una aplicación que extrae 1 microamperio constante o menos, resulta de más de 10 años. Esto puede ser verdadero en un caso donde la batería suministra la BIOS de una computadora, pero en la mayoría de los casos la batería debe suministrar más corriente de forma continua o en pulsos.
Imagen 2: la capacidad de una batería CR2032 en comparación con la demanda de corriente continua. (Fuente: Low-Power Design)
Aquí podemos ver que si una batería CR2032 debe suministrar 0,5 mA (500 microamperios) de forma continua, su tensión de salida no caerá a 1,6 voltios hasta que haya suministrado 240 mAh. Si por otro lado, debe suministrar 3,0 mA, solo podrá brindar 155 mAH. Así, se puede ver que la batería no solo durará 0,5/3,0 o 17 porciento del tiempo esperado, sino que también habrá una reducción inesperada de 155/240 más allá de esto, debido a la mayor demanda. Por supuesto, si un circuito no puede funcionar con menos de 2,0 o 2,4 voltios, el drenado adicional creará una mayor reducción en la capacidad de utilización de la batería.
Si la batería CR2032 debe lidiar con un patrón de demanda de pulso para la corriente, también causará una disminución de su valor óptimo de 225 mAh. Esto puede ser un problema importante para dispositivos habilitados con Bluetooth. Este puede ser un gran problema y los diseñadores deben considerar seriamente sus ramificaciones.
Por otro lado, estas baterías CMOS se comportan muy bien frente a variaciones significativas de temperatura. La CR-2032L/BN de Panasonic está disponible desde Arrow Electronics. La hoja de datos de esta batería revela que este dispositivo pesa apenas 2,9 gramos, lo que es típico para una batería CR2032. Esta unidad tiene un rango de temperatura de operación de -30 °C a +60 °C.
Imagen 3: características de temperatura de la Panasonic CR-2032L/BN. (Fuente: Panasonic)
La tabla anterior muestra un uso continuo de 190 microamperios. Se puede ver que durante un amplio espectro del rango de operación de la batería, desde -10 ºC hasta +60 ºC, la unidad durará prácticamente la misma cantidad de tiempo antes de que la tensión de salida baje desde 3 V a 2 V.
Montaje de la batería CR2032
Soldar una batería CR2032 a una PCB presenta algunos problemas porque la cantidad de calor necesario supera el límite de la batería. Es importante notar que cualquier batería de iones de litio sobrecalentada representa un grave peligro de explosión. Por esta razón, los fabricantes ofrecen baterías de celdas plantas con pestañas de soldadura adicionales para que no se aplique calor directamente en la batería.
La alternativa consiste en emplear un soporte de batería, pero esto involucra un gasto adicional para el OEM. Por esto y a menos que se anticipe que la batería CR2032 se deberá sustituir durante la duración del servicio del dispositivo, los fabricantes evitan este paso, si resulta práctico hacerlo.
Cinco aspectos fundamentales a tener en cuenta a la hora de elegir una batería CR2032 para su próximo diseño
1) ¿El producto terminado necesitará funcionar a muy baja potencia?
2) ¿Es posible que se deba sustituir la batería durante la vida útil del producto?
3) ¿El producto realizará requerimientos continuos, ocasionales o de corriente pulsada a la batería?
4) ¿Va a utilizar un enchufe para la CR2032 o la va a soldar a la PCB?
5) ¿La unidad en diseño debe contar con capacidad de alerta o un sistema de sincronización en funcionamiento continuo, aún cuando el resto de la unidad esté en estado inactivo?
¿Cuáles son las novedades en el mundo de las baterías CR2032?
Probablemente no existe un campo tecnológico que esté atrayendo más dinero e investigación que las baterías de iones de litio e indudablemente las mejoras llevarán a que las baterías CR2032 tengan mayor potencia y capacidades.