Piles CR2032 : applications et avantages

La pile CR2032 omniprésente est une pile au lithium-ion de trois volts de forme cylindrique. Cette classe de piles a un diamètre de 20 mm et une épaisseur de 3,1 mm, avec quelques variations mineures. Communément appelée pile CMOS ou pile bouton, les unités de pile CR2032 sont souvent utilisées dans des applications à faible consommation, comme l'alimentation du BIOS d'un ordinateur ou l'horloge temps réel d'un appareil en veille.

De quoi est faite une pile CR2032 ?

CR2032 est une désignation de la Commission électrotechnique internationale (CEI). La même unité est appelée 5004LC par l'American National Standards Institute (ANSI) et par la National Electronic Distributors Association (NEDA). Plus précisément, la batterie CR2032 est une batterie au dioxyde de lithium-manganèse batterie (LiMn02). Elle est composée d'une cathode Mn02 et d'une anode en lithium. Le dispositif est spécifié pour 225 milliampères-heures (mAh) et fonctionne généralement sur une plage de températures de –20 ºC à +70 ºC. Il existe également une batterie au monofluorure de lithium-carbone, la BR2032/5004LB, avec des paramètres similaires.
 
La construction d'une batterie CR2032 typique comprend un boîtier en acier inoxydable pour éviter toute fuite de l'électrolyte non corrosif. Une longue durée de stockage est rendue possible grâce au taux d'autodécharge généralement faible des batteries LiMn02. Ces batteries peuvent rester inactives pendant des années et perdre très peu de leur charge d'origine.

La pile CR2032 est souvent utilisée pour alimenter des sous-systèmes à très faible consommation d'énergie tels que les horloges temps réel et les oscillateurs, qui doivent rester opérationnels même lorsque l'alimentation système de l'ensemble de l'appareil est coupée. En outre, lorsque l'appareil est allumé, l'unité doit être spécifiquement conçue pour éviter de consommer de l'énergie de la pile CR2032, et les sous-systèmes comme les RTC sont alimentés par l' alimentation principale de l'unité tant que l'appareil est en fonctionnement. Ainsi, en pratique, l'appareil est généralement mis hors service pour des raisons telles que l'obsolescence bien avant que la pile CR2032 ne soit épuisée.

Quelle est la durée de vie des piles CR2032 ?

La façon la plus simple de considérer l'autonomie de la batterie est de regarder la charge totale en milliampères-heure, et de la diviser par la consommation de courant.
 
Autonomie de la batterie = 225 milliampères-heure/courant
 
Dans une application consommant de manière constante 1 microampère ou moins, cela se traduit par plus de 10 ans. Cela pourrait en fait être vrai dans un cas où la batterie alimente le BIOS d'un ordinateur, mais dans la plupart des cas, la batterie doit fournir plus de courant en continu ou par impulsions.

Nous voyons ici que si la pile CR2032 est chargée de fournir en continu 0,5 mA (500 microampères), sa tension de sortie ne se détériorera pas à 1,6 volts avant d'avoir fourni 240 mAh. En revanche, si elle doit fournir 3,0 mA, elle ne pourra fournir que 155 mAh. Ainsi, on peut constater que non seulement la pile durera seulement 0,5/3,0, soit 17 pour cent du temps prévu, mais il y aura également une réduction inattendue de 155/240, en raison de la consommation plus élevée. Bien entendu, si un circuit ne peut fonctionner en dessous de 2,0 ou 2,4 volts, la consommation supplémentaire réduit encore plus la capacité utilisable de la pile.
 
Si la pile CR2032 doit faire face à une demande de courant pulsée, cela aussi entraînera un déclassement de la capacité optimale de 225 mAh. Cela peut poser un problème significatif pour les dispositifs Bluetooth. Cela peut être un piège majeur, et les concepteurs doivent sérieusement en considérer les répercussions.
 
D'autre part, ces piles CMOS résistent assez bien à des variations significatives de température. La pile Panasonic CR-2032L/BN est disponible chez Arrow Electronics. La fiche technique de cette pile révèle que cet appareil pèse seulement 2,9 grammes, caractéristique typique d'une pile CR2032. Cette unité a une plage de température de fonctionnement de -30 ºC à +60 ºC. 

Le graphique ci-dessus montre une consommation continue de 190 microampères. On peut voir que sur une large plage de fonctionnement de la batterie, de -10 ºC à +60 ºC, l'unité durera presque le même temps avant que la tension de sortie ne diminue de 3 V à 2 V. 

Installation de la pile CR2032

Souder une batterie CR2032 à un PCB présente certains problèmes car la quantité de chaleur nécessaire dépasse ce que la batterie peut supporter. Il est important de noter qu'une batterie lithium-ion surchauffée pose un risque d'explosion très sérieux. Pour cette raison, les fabricants proposent des piles boutons avec des languettes de soudure attachées, de sorte que la chaleur n'est pas directement appliquée à la batterie.
 
L'alternative consiste à utiliser un support de batterie, mais cela implique bien sûr des frais supplémentaires pour l'OEM. Pour cette raison, à moins qu'il ne soit prévu que la batterie CR2032 doive être remplacée au cours de la durée de vie de l'appareil qu'elle alimente, les fabricants éviteront cette étape si cela est possible.

Les 5 principales considérations lors du choix d'une pile CR2032 pour votre prochain design

1) Le produit fini devra-t-il fonctionner avec une très faible puissance ?

2) Est-il probable que la batterie devra être remplacée au cours de la durée de vie du produit ?

3) Votre produit fera-t-il des demandes de courant continues, occasionnelles ou pulsées sur la batterie ?

4) Allez-vous utiliser un support pour le CR2032 ou le souder sur un PCB ?

5) L'unité en cours de conception doit-elle avoir une capacité d'alerte ou un système de chronométrage fonctionnant en continu, même lorsque le reste de l'unité est inactif ?

Quoi de neuf dans les piles CR2032 ?

Il n'y a probablement aucun domaine de la technologie qui attire plus d'argent et d'efforts de recherche que les batteries lithium-ion, et les améliorations mèneront sans aucun doute à des batteries CR2032 ayant de plus grandes capacités de puissance.