CR2032-Batterien: Anwendungen und Vorteile

Die allgegenwärtige CR2032-Batterie ist eine münzförmige Lithium-Ionen-Batterie mit drei Volt. Diese Batteriekategorie hat einen Durchmesser von 20 mm und eine Dicke von 3,1 mm, mit einigen geringfügigen Abweichungen. Häufig als CMOS-Batterie oder Münzbatterie bezeichnet, werden CR2032-Batterieeinheiten oft in Anwendungen mit niedrigem Stromverbrauch verwendet, wie z.B. zum Betrieb des BIOS eines Computers oder der Echtzeituhr eines ruhenden Geräts.

Woraus besteht eine CR2032-Batterie?

CR2032 ist eine Bezeichnung der International Electrochemical (IEC). Das gleiche Gerät wird sowohl von der American National Standards Institute (ANSI) als auch von der National Electronic Distributors Association (NEDA) als 5004LC bezeichnet. Konkret ist die CR2032-Batterie eine Lithium-Mangandioxid-Batterie (LiMn02). Sie besteht aus einer Mn02-Kathode und einer Lithium-Anode. Das Gerät ist für 225 Milliamperestunden (mAh) spezifiziert und arbeitet normalerweise in einem Temperaturbereich von –20 ºC bis +70 ºC. Es gibt auch eine Lithium-Kohlenstoffmonofluorid-Batterie, die BR2032/5004LB, mit ähnlichen Parametern.
 
Der Aufbau einer typischen CR2032-Batterie beinhaltet ein Edelstahlgehäuse, um ein Auslaufen des nicht-korrosiven Elektrolyts zu verhindern. Eine lange Lebensdauer bei Lagerung wird durch die typischerweise niedrige Selbstentladungsrate von LiMn02-Batterien ermöglicht. Diese Batterien können jahrelang ungenutzt bleiben und verlieren dabei nur sehr wenig ihrer ursprünglichen Ladung.

Die CR2032-Batterie wird häufig verwendet, um ultraniedrigstromverbrauchende Subsysteme wie Echtzeituhren und Oszillatoren zu versorgen, die auch dann betriebsbereit bleiben müssen, wenn die Stromversorgung des Gesamtgeräts abgeschaltet ist. Darüber hinaus sollte das Gerät beim Einschalten so konzipiert sein, dass es keinen Strom aus der CR2032-Batterie zieht, und Subsysteme wie RTCs werden aus der Haupt Stromversorgung des Geräts gespeist, solange das Gerät in Betrieb ist. Daher wird das Gerät in der Praxis meist aus Gründen wie Veralterung aus dem Dienst genommen, lange bevor die CR2032-Batterie erschöpft ist.

Wie lange halten CR2032-Batterien?

Die einfachste Möglichkeit, die Batterielebensdauer zu betrachten, besteht darin, die Gesamtladung in Milliamperestunden zu betrachten und durch den Stromverbrauch zu teilen.   Batterielebensdauer = 225 Milliamperestunden/Strom   Bei einer Anwendung mit einem konstanten Strom von 1 Mikroampere oder weniger ergibt sich eine Lebensdauer von über 10 Jahren. Dies könnte tatsächlich der Fall sein, wenn die Batterie das BIOS eines Computers versorgt, aber in den meisten Fällen muss die Batterie kontinuierlich oder in Impulsen mehr Strom liefern.

Hier sehen wir, dass, wenn die CR2032-Batterie kontinuierlich 0,5 mA (500 Mikroampere) bereitstellen soll, sich ihre Ausgangsspannung erst dann auf 1,6 Volt verschlechtert, wenn sie 240 mAh bereitgestellt hat. Muss sie hingegen 3,0 mA liefern, kann sie nur 155 mAh bereitstellen. Es ist also ersichtlich, dass die Batterie nicht nur nur 0,5/3,0 oder 17 Prozent der erwarteten Zeit hält, sondern dass es aufgrund der höheren Entladung auch eine unerwartete Reduzierung von 155/240 gibt. Natürlich führt eine zusätzliche Entladung zu einer noch stärkeren Reduzierung der nutzbaren Batteriekapazität, wenn eine Schaltung unter 2,0 oder 2,4 Volt nicht funktionieren kann.
 
Wenn die CR2032-Batterie mit einem Muster gepulster Stromanforderungen zurechtkommen muss, wird auch dies zu einer Herabstufung der optimalen 225 mAh-Figur führen. Dies kann ein bedeutendes Problem für Bluetooth-fähige Geräte sein. Dies kann ein schwerwiegender Fallstrick sein, und Designer müssen die Auswirkungen ernsthaft in Betracht ziehen.
 
Andererseits halten diese CMOS-Batterien erheblichen Temperaturschwankungen recht gut stand. Panasonic battery CR-2032L/BN ist bei Arrow Electronics erhältlich. Das Datenblatt für diese Batterie zeigt, dass dieses Gerät nur 2,9 Gramm wiegt, typisch für eine CR2032-Batterie. Diese Einheit hat einen Betriebstemperaturbereich von -30 ºC bis +60 ºC. 

Das obige Diagramm zeigt einen kontinuierlichen Stromverbrauch von 190 Mikroampere. Es ist zu sehen, dass die Einheit über einen weiten Bereich des Betriebsbereichs der Batterie, von -10 ºC bis +60 ºC, fast die gleiche Zeit hält, bevor die Ausgangsspannung von 3 V auf 2 V abfällt. 

Einbau der CR2032-Batterie

Das Löten einer CR2032-Batterie an eine PCB stellt einige Probleme dar, da die benötigte Hitze größer ist, als die Batterie vertragen kann. Es ist wichtig zu beachten, dass jede überhitzte Lithium-Ionen-Batterie eine sehr ernste Explosionsgefahr darstellt. Aus diesem Grund bieten Hersteller Knopfzellen mit angelöteten Lötfahnen an, sodass die Hitze nicht direkt auf die Batterie angewendet wird.
 
Die Alternative ist die Verwendung eines Batteriehalters, was jedoch zusätzliche Kosten für den OEM mit sich bringt. Aus diesem Grund vermeiden Hersteller diesen Schritt, sofern es praktisch ist, es sei denn, es wird erwartet, dass die CR2032-Batterie während der Lebensdauer des Geräts, das sie versorgt, ersetzt werden muss.

Die 5 wichtigsten Überlegungen bei der Auswahl einer CR2032-Batterie für Ihr nächstes Design

1) Muss das fertige Produkt mit sehr niedriger Leistung betrieben werden?

2) Ist es wahrscheinlich, dass die Batterie während der Lebensdauer des Produkts ausgetauscht werden muss?

3) Wird Ihr Produkt kontinuierliche, gelegentliche oder gepulste Stromanforderungen an die Batterie stellen?

4) Werden Sie eine Fassung für die CR2032 verwenden oder sie auf eine Platine löten?

5) Muss die entworfene Einheit eine Alarmfähigkeit oder ein Zeitsystem kontinuierlich in Betrieb haben, selbst wenn der Rest der Einheit im Ruhezustand ist?

Was ist neu bei CR2032-Batterien?

Wahrscheinlich gibt es kein anderes Technologiefeld, das mehr Geld und Forschungsaufwand anzieht als Lithium-Ionen-Batterien, und die Verbesserungen werden zweifellos zu CR2032-Batterien mit höheren Energiekapazitäten führen.