CR2032バッテリー: 用途と利点

バッテリー11 12月 2021

ユビキタスな CR2032電池は、コイン型の3ボルトのリチウムイオン電池です。このクラスの電池は直径20mm、厚さ3.1mmで、多少の変動があります。一般にCMOS電池またはコイン電池と呼ばれ、CR2032電池ユニットは、コンピュータのBIOSや静閑デバイスのリアルタイムクロックを駆動するなど、低消費電力の用途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) での名称です。同じユニットは、米国国家規格協会 (ANSI) と全国電子ディストリビュータ協会 (NEDA) によって5004LCと呼ばれています。具体的には、CR2032電池はリチウム-マンガン二酸化物電池 (LiMn02) です。Mn02カソードとリチウムアノードで構成されています。このデバイスは225ミリアンペア時間 (mAh) に指定されており、通常、–20 ºC から +70 ºC の温度範囲で動作します。また、同様のパラメータを持つリチウム-炭素モノフルオライド電池、BR2032/5004LBもあります。

典型的なCR2032電池の構造は、ステンレス鋼製ケースを特徴としており、非腐食性電解質の漏れを防ぎます。LiMn02電池の自己放電率が通常低いため、長い保存寿命が可能です。これらの電池は数年間休眠状態であっても、元の充電のごくわずかな部分しか失いません。

図1: CR2032電池ボタンセルの構造。（出典: Varta）

CR2032バッテリーは、超低消費電力のサブシステムに電力を供給するために使用されることが多く、リアルタイムクロックやオシレーターが、システム全体の電源がオフになっても稼働し続ける必要があります。さらに、デバイスがオンにされると、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るべきで、RTCのような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供給から電力が供給されます。このため、実際には、デバイスはCR2032バッテリーが消耗するずっと前に陳腐化などの理由で通常は使用を停止されます。

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、ミリアンペア時で総電荷を見て、電流消費量で割ることです。

バッテリー寿命 = 225ミリアンペア時/電流

1マイクロアンペア以下の一定の電流を引くアプリケーションでは、これにより10年以上になります。これはコンピュータのBIOSをバッテリーが駆動す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、バッテリーは連続的またはパルス状により多くの電流を供給する必要があります。

図2: CR2032バッテリーの容量と連続電流要求との関係。（出典: Low-Power Design）

ここで、CR2032バッテリーが0.5 mA（500マイクロアンペア）を継続的に供給する場合、その出力電圧は240mAhを供給するまで1.6ボルトに低下しないことがわかります。一方で、3.0 mAを供給しなければならない場合は、155mAhしか供給できません。したがって、バッテリーは期待された時間の0.5/3.0、つまり17%しか持たないだけでなく、より高い消耗に基づいてさらに予期しない155/240の削減があることがわかります。もちろん、回路が2.0または2.4ボルト以下で機能できない場合、追加の消耗は利用可能なバッテリー容量をさらに大きく減少させます。

CR2032バッテリーがパルス状の電流需要パターンに対応しなければならない場合、それもまた最適な225mAhの値を低下させる原因となります。これはBluetooth対応デバイスにとって重大な問題になる可能性があります。これは大きな落とし穴であり、設計者はその影響を真剣に考慮する必要があります。

一方で、これらのCMOSバッテリーは温度の大きな変動にも非常に強いです。Panasonic battery CR-2032L/BNはArrow Electronicsで入手可能です。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CR2032バッテリーとしては典型的なわずか2.9グラムです。このユニットの動作温度範囲は-30 ºCから+60 ºCです。

図3: Panasonic CR-2032L/BNの温度特性。 (出典: Panasonic)

上のチャートは、190マイクロアンペアの連続的な消費を示しています。-10 ºCから+60 ºCのバッテリーの動作範囲にわたって、出力電圧が3 Vから2 Vに低下するまで、ほぼ同じ時間持続することがわかります。

CR2032バッテリーの取り付け

CR2032バッテリーをPCBに溶接することは、必要な熱量がバッテリーが耐えられる量を超えるため、いくつかの問題を引き起こします。過熱され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、メーカーはバッテリーに直接熱が加わらないよう、はんだ接続端子がついたボタン電池を提供しています。

もう一つの選択肢はバッテリーホルダーを使うことですが、もちろん、これにはOEMの追加費用がかかります。そのため、CR2032バッテリーがデバイスの使用寿命中に交換が必要になることが予想されない限り、メーカーは可能であればこのステップを避けるでしょう。

次の設計でCR2032バッテリーを選択する際のトップ5考慮事項

1) 完成品は非常に低消費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的、断続的、またはパルス電流の要求をしますか？

4) CR2032のソケットを使用しますか、それともPCBにハンダ付けしますか？

5) 設計中のユニットは、ユニットの他の部分が静止していても、常に動作するアラート機能またはタイミングシステムを必要としますか？