どこにでもある CR2032電池 は、コイン型の3ボルト リチウムイオン電池です。このクラスのバッテリーの直径は20 mm、厚さは3.1 mmですが、若干のばらつきがあります。一般的にCMOSバッテリーまたは コイン バッテリーと呼ばれるCR2032バッテリー ユニットは、コンピューターのBIOSや静止デバイスのリアルタイム クロックへの電源供給など、低電力アプリケーションでよく使用されます。
CR2032電池は何でできていますか?
CR2032 は、国際電気化学 (IEC) 規格です。同じユニットは、米国規格協会 (ANSI) と全米電子部品流通協会 (NEDA) の両方で5004LCと呼ばれています。具体的には、CR2032電池はリチウム二酸化マンガン 電池 (LiMn02) です。MnO2カソードとリチウム アノードで構成されています。このデバイスの仕様は225ミリアンペア時間 (mAh) で、通常は –20 ºC ～ +70 ºCの温度範囲で動作します。同様のパラメータを持つリチウム炭素フッ化物電池BR2032/5004LBもあります。
一般的なCR2032電池の構造は、非腐食性電解液の漏れを防ぐためにステンレススチール製のケースを採用しています。LiMn02バッテリーの自己放電率が通常低いため、長い保管寿命が可能になります。これらのバッテリーは、何年も使用されず、元の電荷をほとんど失いません。
図1: CR2032ボタン電池の構造。（出典：Varta）
CR2032バッテリーは、デバイス全体のシステム電源がオフになっている場合でも動作を継続する必要がある、 リアルタイム クロック や 発振器などの超低電力サブシステムに電力を供給するためによく使用されます。さらに、デバイスの電源がオンになっている場合、ユニットはCR2032バッテリーから電力を消費しないように特別に設計されている必要があり、RTCなどのサブシステムは、デバイスが動作している限り、ユニットのメイン 電源 から電力を供給されます。そのため、実際には、CR2032電池が消耗するずっと前に、デバイスは老朽化などの理由で使用できなくなることがよくあります。
CR2032電池の寿命はどのくらいですか?
バッテリー寿命を確認する最も簡単な方法は、ミリアンペア時間での総充電量を確認し、それを消費電流で割ることです。
バッテリー寿命 = 225ミリアンペア時間/電流
1マイクロアンペア以下の電流を一定に消費するアプリケーションでは、10年以上になります。これは、バッテリーがコンピュータのBIOSに電力を供給している場合には実際に当てはまるかもしれませんが、ほとんどの場合、バッテリーはより多くの電流を連続的に、またはパルス的に供給する必要があります。
図2: CR2032電池の容量と連続電流需要の関係。(出典: 低電力設計)
ここで、CR2032バッテリーに0.5 mA (500マイクロアンペア) を継続的に供給するタスクが課せられている場合、240 mAhを供給するまで出力電圧は1.6ボルトに低下しないことがわかります。一方、3.0 mAを供給する必要がある場合は、155 mAhしか供給できません。したがって、バッテリーは予想どおり0.5/3.0、つまり17パーセントの時間しか持たないだけでなく、より高い消費量に基づいて、それを超えて予想外の155/240の減少も発生することがわかります。もちろん、回路が2.0ボルトまたは2.4ボルト以下で機能できない場合は、追加の電力消費によって使用可能なバッテリー容量がさらに大幅に減少します。
CR2032バッテリーが電流のパルス需要パターンに対処しなければならない場合、これも最適な225 mAhの数値の低下を引き起こします。これは重大な問題となる可能性がある ブルートゥース対応デバイス。これは大きな落とし穴となる可能性があり、設計者はその影響を真剣に考慮する必要があります。
一方、これらのCMOSバッテリーは、温度の大きな変化に対しても非常によく耐えます。パナソニックバッテリー CR-2032L/BNはArrow Electronicsから入手可能です。このバッテリーのデータシートによると、このデバイスの重量はわずか2.9グラムで、CR2032バッテリーの標準重量です。このユニットの動作温度範囲は -30 ºC ～ +60 ºCです。
図3: パナソニックCR-2032L/BNの温度特性。（ソース： パナソニック）
上のグラフは、190マイクロアンペアの連続消費電流を示しています。バッテリーの動作範囲の広い範囲、-10 ºC ～ +60 ºCにわたって、出力電圧が3 Vから2 Vに低下するまでにユニットがほぼ同じ時間持続することがわかります。
CR2032電池の取り付け
CR2032電池を PCB に半田付けする場合、必要な熱量が電池の許容量を超えるため、いくつかの問題が発生します。過熱したリチウムイオン電池は非常に深刻な爆発の危険を伴うことに注意することが重要です。そのため、メーカーは、電池に直接熱が加わらないように、はんだタブを取り付けたコイン型電池を提供しています。
代替案としては バッテリーホルダーを使用することですが、もちろんOEMに追加費用がかかります。そのため、CR2032バッテリーを、それがサービスを提供するデバイスの寿命中に交換する必要があると予想されない限り、製造元は、それが実用的であればこの手順を回避します。
次のデザインにCR2032バッテリーを選択する際に考慮すべき5つのポイント
1) 完成品は非常に低い電力で動作する必要がありますか?2) 製品の寿命中にバッテリーを交換する必要がある可能性はありますか?
3) 製品はバッテリーに対して連続、不定期、またはパルス電流要件を満たしていますか?
4) CR2032用のソケットを使用しますか、それともPCBに半田付けしますか?
5) 設計中のユニットは、ユニットの残りの部分が静止しているときでも、継続的に動作する警報機能またはタイミングシステムを備えている必要がありますか?
CR2032電池の新機能は何ですか?
おそらく、リチウムイオン電池ほど資金と研究努力が集まっている技術分野は他になく、改良によって、より大きな電力容量を持つCR2032電池が生まれることは間違いありません。