La pile CR2032, que l'on retrouve partout, est une pile lithium-ion de 3 volts en forme de pièce de monnaie. Cette catégorie de pile présente un diamètre de 20 mm et une épaisseur de 3,1 mm, avec de légères variantes. Couramment appelées piles CMOS ou piles boutons, les CR2032 sont souvent utilisés dans des applications à faible puissance, par exemple pour alimenter le BIOS d'un ordinateur ou l'horloge en temps réel d'un appareil au repos.
CR2032 est une dénomination de l'International Electrochemical (IEC). Le même élément est appelé 5004LC par l'American National Standards Institute (ANSI) et par la National Electronic Distributors Association (NEDA). Techniquement, la pile CR2032 est une pile lithium-dioxyde de manganèse (LiMn02). Elle se compose d'une cathode en Mn02 et d'une anode en lithium. Elle est spécifiée pour délivrer 225 milliampères/heure (mAh) et fonctionne normalement dans une plage de températures de –20 à +70 ºC. Il existe également une pile lithium carbone monofluorure, la BR2032/5004LB, qui présente des caractéristiques semblables.
Une pile CR2032 type comporte un boîtier en acier inoxydable pour éviter les fuites de l'électrolyte non corrosif qu'elle contient. Le faible taux de déchargement automatique de ce type de piles LiMn02 permet de les utiliser pour des durées de stockage prolongées. Elles peuvent rester inutilisées pendant des années et ne perdre qu'une très faible partie de leur charge initiale.
Figure 1 : composition d'une cellule de pile bouton CR2032. (Source : Varta)
Les piles CR2032 sont souvent utilisées pour alimenter des sous-systèmes à ultra-basse consommation, comme les horloges en temps réel ou les oscillateurs, qui doivent rester opérationnels même quand l'alimentation système de l'appareil tout entier est coupée. En outre, l'appareil doit être spécifiquement conçu pour éviter de tirer de l'énergie de la pile CR2032 lorsqu'il est sous tension, et les sous systèmes comme les horloges en temps réel sont alimentés par la source d'alimentation principale de l'appareil tant que ce dernier est en fonctionnement. Dans la pratique, l'appareil est en général mis hors service, par exemple pour obsolescence, bien avant que la pile CR2032 ne soit vide.
LIR2032 – Rechargeable
Dans certaines situations, les piles boutons servent de source d'alimentation principale. Bien qu'il s'agisse chaque fois d'applications qui exigent une très faible puissance, leur durée de vie présumée doit être suffisamment longue pour pouvoir vider une pile CR2032 de toute son énergie. L'utilisateur aura alors la possibilité d'acheter un équivalent rechargeable, la LIR2032. On notera que la pile CR2032 elle-même n'est pas rechargeable.
Quelle est la durée de vie ?
La façon la plus simple d'estimer la durée de vie d'une pile est de considérer sa charge totale en milliampère/heure et de la diviser par sa consommation actuelle.
Durée de vie d'une pile = 225 milliampères heure/courant
Dans une application consommant 1 microampère ou moins de façon régulière, le résultat est de plus de 10 ans. Cela peut être effectivement le cas si la pile alimente le BIOS d'un ordinateur mais, dans la plupart des cas, elle doit délivrer davantage de courant en continu ou par impulsions.
Figure 2 : capacité d'une pile CR2032 pour une demande continue de courant. (source : Low-Power Design)
Nous pouvons voir que si la pile CR2032 doit fournir 0,5 mA (500 microampères) en continu, sa tension de sortie ne tombera pas à 1,6 volts tant qu'elle n'aura pas fourni 240 mAh. En revanche, si elle doit fournir 3 mA, elle ne peut fournir que 155 mAh. On peut donc voir que non seulement la pile ne durera que 0,5/3, soit 17 % de la durée espérée, mais qu'une réduction inattendue de 155/240 interviendra également en raison de la consommation plus élevée. Naturellement, si un circuit ne peut pas fonctionner en dessous de 2 ou 2,4 volts, cet excès de consommation entraîne une réduction encore plus sévère de la capacité utile de la pile.
Si la pile CR2032 doit faire face à une demande de courant par pulsations, le chiffre de 225 mAh diminue également. Cela peut constituer un vrai problème pour les appareils Bluetooth. Il peut s'agir un inconvénient majeur dont les concepteurs doivent sérieusement mesurer toutes les conséquences.
D'un autre côté, ces piles CMOS supportent plutôt bien d'importants écarts de température. La référence CR-2032L/BN de Panasonic, est disponible auprès d'Arrow Electronics. La fiche technique de cette pile montre qu'elle pèse à peine 2,9 grammes, le poids type d'une pile CR2032. Cette unité fonctionne dans une plage de températures de -30 à +60 ºC.
Figure 3 : caractéristiques de température de la pile Panasonic CR-2032L/BN. (Source : Panasonic)
Le tableau ci-dessus montre une consommation continue de 190 microampères. On peut voir que sur une grande partie de sa plage de fonctionnement, de -10 à +60 ºC, la durée de vie de l'unité reste la même avant que sa tension de sortie ne chute de 3 à 2 V.
Installation de la pile CR2032
Souder une pile CR2032 sur un circuit imprimé pose un certain nombre de problèmes en raison de la chaleur dégagée, supérieure à ce que cette pile peut encaisser. Il est important de noter qu'une pile lithium-ion surchauffée présente un très grave risque d'explosion. C'est pourquoi les fabricants proposent des piles boutons possédant des pattes de soudure, ce qui évite de chauffer directement la pile.
Une autre solution consiste à utiliser un boîtier pour la pile, ce qui entraîne évidemment un surcoût pour l'OEM. C'est pour cette raison que les fabricants préféreront si possible éviter cette étape, sauf s'il est prévu de devoir remplacer la pile CR2032 d'un appareil au cours de la durée de vie de ce dernier.
5 considérations majeures à prendre en compte au moment de choisir une pile CR2032 pour votre prochain projet
1) Le produit fini devra-t-il être alimenté par une très faible puissance ?
2) La pile devra-t-elle être vraisemblablement remplacée au cours de la durée de vie du produit ?
3) Votre produit consommera-t-il l'énergie de la pile de façon continue, occasionnelle ou par pulsations ?
4) Utiliserez-vous un emplacement pour la CR2032 ou comptez-vous la souder à un circuit imprimé ?
5) La conception de votre unité nécessite-t-elle une fonctionnalité d'alarme ou un système de temporisation fonctionnant en continu, même lorsque le reste de l'unité est au repos ?
Nouveauté des piles CR2032
Aucun domaine technologique n'attire probablement plus d'argent et d'efforts de recherche que les piles lithium-ion, et les améliorations à venir produiront sans aucun doute des piles CR2032 aux capacités étendues.