CR2032 Batteries: applicazioni e vantaggi

La batteria CR2032 è una batteria agli ioni di litio a tre volt di forma circolare. Questa classe di batteria ha un diametro di 20 mm e uno spessore di 3,1 mm, con alcune lievi variazioni. Comunemente chiamata batteria CMOS o batteria a moneta, le unità di batteria CR2032 sono spesso utilizzate in applicazioni a basso consumo, come l'alimentazione del BIOS di un computer o l'orologio in tempo reale di un dispositivo in standby.

Di cosa è fatta una batteria CR2032?

CR2032 è una designazione dell'International Electrochemical (IEC). La stessa unità è chiamata 5004LC sia dall'American National Standards Institute (ANSI) che dalla National Electronic Distributors Association (NEDA). Specificamente, la batteria CR2032 è una batteria al litio-diossido di manganese batteria (LiMn02). È composta da un catodo Mn02 e un anodo al litio. Il dispositivo è specificato per 225 milliampereora (mAh) e generalmente funziona su un intervallo di temperatura da –20 ºC a +70 ºC. Esiste anche una batteria al litio-monofluoruro di carbonio, la BR2032/5004LB, con parametri simili.
 
La costruzione di una batteria CR2032 tipica presenta una custodia in acciaio inossidabile per prevenire eventuali perdite dell'elettrolita non corrosivo. Una lunga vita di conservazione è resa possibile dal basso tasso di autoscarica tipico delle batterie LiMn02. Queste batterie possono rimanere inattive per anni perdendo molto poco della loro carica originale.

La batteria CR2032 è spesso utilizzata per fornire energia a sottosistemi a bassissimo consumo, come orologi in tempo reale e oscillatori, che devono rimanere operativi anche quando l'alimentazione al dispositivo complessivo è spenta. Inoltre, quando il dispositivo è acceso, l'unità dovrebbe essere progettata specificamente per evitare di assorbire energia dalla batteria CR2032, e sottosistemi come gli RTC sono alimentati dall’ alimentazione principale dell'unità finché il dispositivo è operativo. Pertanto, in pratica, il dispositivo viene solitamente messo fuori servizio per motivi come l'obsolescenza molto prima che la batteria CR2032 sia esaurita.

Quanto durano le batterie CR2032?

Il modo più semplice per valutare la durata della batteria è considerare la carica totale in milliampere ora e dividerla per il consumo di corrente.
 
Durata della batteria = 225 milliampere ora/corrente
 
In un'applicazione che assorbe un costante 1 microampere o meno, questo equivale a oltre 10 anni. Questo potrebbe essere vero nel caso in cui la batteria alimenta il BIOS del computer, ma nella maggior parte dei casi, la batteria deve fornire più corrente in modo continuo o a impulsi.

Qui vediamo che se la batteria CR2032 è incaricata di fornire continuamente 0,5 mA (500 microampere), la sua tensione di uscita non scenderà a 1,6 volt fino a quando non avrà fornito 240 mAh. Se invece deve fornire 3,0 mA, può fornire solo 155 mAh. Quindi, si può vedere che non solo la batteria durerà solo il 17 percento del tempo previsto, pari a 0,5/3,0, ma ci sarà anche una riduzione imprevista da 155/240, basata sul maggiore consumo. Naturalmente, se un circuito non può funzionare sotto i 2,0 o 2,4 volt, il consumo aggiuntivo provoca una riduzione ancora più drastica nella capacità utilizzabile della batteria.
 
Se la batteria CR2032 deve affrontare uno schema di richiesta di corrente impulsiva, anche questo causerà una riduzione della cifra ottimale di 225 mAh. Questo può essere un problema significativo per dispositivi abilitati Bluetooth. Questo può essere un grave insidia, e i progettisti devono considerare seriamente le sue conseguenze.
 
D'altra parte, queste batterie CMOS resistono abbastanza bene a significative variazioni di temperatura. La batteria Panasonic CR-2032L/BN è disponibile da Arrow Electronics. Il datasheet di questa batteria rivela che questo dispositivo pesa solo 2,9 grammi, tipico di una batteria CR2032. Questa unità ha un intervallo di temperatura operativa compreso tra -30 ºC e +60 ºC. 

Il grafico sopra mostra un consumo continuo di 190 microampere. Si può vedere che su un'ampia gamma di temperature operative della batteria, da -10 ºC a +60 ºC, l'unità durerà quasi la stessa quantità di tempo prima che la tensione di uscita diminuisca da 3 V a 2 V. 

Montaggio della batteria CR2032

Saldare una batteria CR2032 a un PCB presenta alcuni problemi perché la quantità di calore necessaria è maggiore di quella che la batteria può sopportare. È importante notare che qualsiasi batteria agli ioni di litio surriscaldata rappresenta un rischio di esplosione molto serio. Per questo motivo, i produttori offrono batterie a bottone con linguette di saldatura già applicate, in modo che il calore non sia applicato direttamente alla batteria.
 
L'alternativa è utilizzare un portabatterie, ma questo ovviamente comporta una spesa extra per l'OEM. Per questo motivo, a meno che non sia previsto che la batteria CR2032 debba essere sostituita durante la vita utile del dispositivo che alimenta, i produttori eviteranno questo passaggio se è pratico farlo.

Le 5 principali considerazioni nella scelta di una batteria CR2032 per il tuo prossimo progetto

1) Il prodotto finito dovrà funzionare con un consumo di energia molto basso?

2) È probabile che la batteria debba essere sostituita durante la vita del prodotto?

3) Il tuo prodotto richiederà alla batteria una corrente continua, occasionale o a impulsi?

4) Utilizzerai uno zoccolo per il CR2032 o lo salderai su un PCB?

5) L'unità in fase di progettazione deve avere una capacità di allerta o un sistema di temporizzazione continuamente in funzione, anche quando il resto dell'unità è in quiescenza?

Novità nelle batterie CR2032?

Probabilmente non c'è campo della tecnologia che stia attirando più denaro e sforzi di ricerca delle batterie al litio, e i miglioramenti porteranno senza dubbio a batterie CR2032 con capacità energetiche maggiori.