La batteria onnipresente CR2032 è una batteria agli ioni di litio, a tre volt, a forma di moneta. Questa classe di batteria ha un diametro di 20 mm e uno spessore di 3,1 mm, con alcune lievi variazioni. Comunemente riferito come una batteria CMOS o batteria a bottone, le unità batteria CR2032 sono spesso usate in applicazioni a bassa potenza, quali entrare nel BIOS del PC o un orologio in tempo reale del dispositivo in stand-by.
CR2032 è una designazione data dalla Commissione Elettrotecnica Internazionale (IEC). La stessa unità viene chiamata 5004LC sia dall'American National Standards Institute (ANSI) che dal National Electronic Distributors Association (NEDA). Nello specifico, la batteria CR2032 è una batteria al litio con diossido di manganese (LiMn02). È composto da un catodo Mn02 e un anodo di litio. Il dispositivo è specifico per 225 milliampere/ora (mAh) e normalmente opera in un intervallo di temperatura compreso tra –20 ºC e +70 ºC. C'è anche una batteria al litio carbonio monofluoruro, la BR2032/5004LB, con parametri simili.
La struttura di una tipica batteria CR2032 presenta un case in acciaio inossidabile, per impedire qualsiasi perdita elettrolita non corrosivo. Una conservazione più lunga è possibile grazie ad una velocità di autoscarica normalmente bassa delle batterie LiMn02. Queste batterie possono rimanere inerti per anni e perdere molto poco della carica originale.
Figura 1: struttura di una CR2032 batteria a bottone. (Fonte: Varta)
La batteria CR2032 viene spesso usata per fornire alimentazione ai sottosistemi di potenza ultra-basso, quali orologi in tempo reale e oscillatori, che deve rimanere operativa anche quando l'alimentazione del sistema per il dispositivo globale è disinserita. Inoltre, quando il dispositivo viene acceso, l'unità deve essere specificatamente progettata per evitare di sottrarre energia dalla batteria CR2032 e i sottosistemi come i RTC vengono alimentati dall'alimentazione dell'unità principale fino a quando il dispositivo è operativo. Pertanto, di fatto, il dispositivo sarà di solito messo fuori uso per motivi, come l'obsolescenza, molto prima che la batteria CR2032 si esaurisca.
LIR2032 – Ricaricabile
Ci sono casi in cui le celle a moneta vengono usate come fonte di alimentazione principale. Anche se esistono applicazioni universali che richiedono solo una potenza molto bassa, si deve presupporre che la durata dell'applicazione sia sufficientemente lunga, dato che la batteria CR2032 perderà la propria potenza durante la vita utilizzabile del dispositivo. In questo caso, l'utente ha l'opzione di acquistare un equivalente ricaricabile, il LIR2032. È importante notare che la stessa battery CR2032 non è ricaricabile.
Per quanto tempo durerà?
Il modo più semplice per controllare la durata della batteria è quello di guardare alla carica totale in milliampere/ora e dividere per il consumo attuale.
Durata della batteria = 225 milliampere/ora/corrente
In un'applicazione che preleva costantemente 1 microampere o meno, ciò si verifica dopo 10 anni. Ciò potrebbe essere vero nel caso in cui la batteria stia alimentando computer BIOS, ma nella maggior parte dei casi, la batteria deve fornire più corrente continuamente o ad impulsi.
Figura 2: la capacità di una batteria CR2032 versus una domanda continua di corrente. (Fonte: progettazione a bassa potenza)
Qui si vede che se alla batteria CR2032 viene richiesto di erogare 0,5 mA (500 microampere) continuamente, la tensione di uscita non si ridurrà a 1,6 volt, fino a quando saranno erogati 240 mAh. Se invece deve erogare 3,0 mA, potrà erogare soltanto 155 mAh. Pertanto, si può vedere che non soltanto la batteria durerà solo 0,5/3,0 o il 17 per cento del tempo previsto, ma ci sarà anche, oltre a ciò, una riduzione imprevista di 155/240 basata su un maggiore afflusso. Naturalmente, se un circuito non può funzionare al di sotto di 2,0 o 2,4 volt, l'afflusso aggiuntivo crea persino una forte riduzione della capacità della batteria utilizzabile.
Se la batteria CR2032 deve fare i conti con un fabbisogno di corrente pulsata, ciò, a sua volta, determinerà una declassamento della corrente ottimale a 225 mAh. Ciò può essere un problema significativo per i dispositivi-abilitati al Bluetooth. Ciò può essere una vera e propria trappola e i progettisti devono tenere conto seriamente delle sue conseguenze.
D'altra parte, queste batterie CMOS resistono molto bene alle variazioni significative della temperatura. CR-2032L/BN di Panasonic è disponibile presso Arrow Electronics. La scheda dati di questa batteria rivela che questo dispositivo pesa soltanto 2,9 grammi, cosa normale per una batteria CR2032. Questa unità ha una temperatura di funzionamento compresa tra -30 ºC e +60 ºC.
Figura 3: caratteristiche della temperatura di CR-2032L/BN della Panasonic. (Fonte: Panasonic)
Il grafico sopra riportato mostra un prelievo continuo di 190 microampere. Si può osservare un'ampia portata di funzionamento della batteria compresa tra -10 ºC e +60 ºC, l'unità durerà quasi lo stesso tempo prima che la tensione di uscita diminuisca da 3 V a 2 V.
Montaggio della batteria CR2032
Saldare una batteria CR2032 ad un PCB presenta alcuni problemi, perché la quantità di calore necessaria è maggiore rispetto a quanto la batteria può sostenere. È importante notare che una batteria agli ioni di litio surriscaldata rappresenta un pericolo di esplosione molto serio. Per questo motivo, i produttori offrono batterie a bottone con linguette di saldatura attaccate e, in questo modo, il calore non è direttamente applicato alla batteria.
L'alternativa è quella di utilizzare un portabatterie, ma ciò, naturalmente, comporta una spesa aggiuntiva per l'OEM. Per questo motivo, a meno che non venga anticipato che sarà necessario sostituire la batteria CR2032 durante la vita del dispositivo, i produttori eviteranno questa fase, qualora sia possibile farlo.
I 5 più importanti fattori quando si sceglie una batteria CR2032 per la prossima progettazione
1) Il prodotto finito deve funzionare ad una potenza molto bassa?
2) È probabile che la batteria dovrà essere sostituita durante la durata del prodotto?
3) Il prodotto richiede una corrente continua, occasionale o ad impulsi per la batteria?
4) Si utilizzerà una presa per CR2032 o verrà saldata in una PCB?
5) L'unità in fase di progettazione dovrà avere una capacità di segnalare allarmi o un sistema di cronometraggio continuamente in funzione, anche quando il resto dell'unità è in stand-by?
Che cosa c'è di nuovo nelle batterie CR2032?
Probabilmente non c'è alcun campo della tecnologia che sta attirando più soldi e sforzi della ricerca come le batterie agli ioni di litio e i miglioramenti porteranno indubbiamente a delle batterie CR2032 che avranno maggiori capacità di potenza.