CR2032 배터리: 응용 및 이점

배터리11 12월 2021

CR2032 배터리는 동전 모양의 3볼트 리튬 이온 배터리입니다. 이 종류의 배터리는 직경이 20mm이고 두께가 3.1mm로 약간의 변형이 있습니다. CMOS 배터리 또는 코인 배터리라고 널리 알려진 CR2032 배터리 유닛은 컴퓨터의 BIOS나 대기 상태 장치의 실시간 시계와 같은 저전력 애플리케이션에 자주 사용됩니다.

CR2032 배터리는 무엇으로 만들어졌나요?

CR2032 는 국제 전기 화학(IEC) 명칭입니다. 동일한 장치는 American National Standards Institute(ANSI)와 National Electronic Distributors Association(NEDA)에서 5004LC로 불립니다. 구체적으로, CR2032 배터리는 리튬-이산화망간 배터리 (LiMn02)입니다. Mn02 음극과 리튬 양극으로 구성되어 있습니다. 이 장치는 225 밀리암페어시(mAh)로 명시되어 있으며, 일반적으로 –20 ºC에서 +70 ºC의 온도 범위에서 작동합니다. 또한, 유사한 매개변수를 가진 리튬-탄소 일불화 배터리인 BR2032/5004LB도 있습니다.

일반적인 CR2032 배터리의 구조는 부식 방지 전해질의 누출을 방지하기 위해 스테인리스 스틸 케이스로 되어 있습니다. 긴 저장 수명은 일반적으로 LiMn02 배터리의 낮은 자가 방전율 덕분에 가능합니다. 이러한 배터리는 몇 년 동안 휴면 상태로 있을 수 있으며 원래의 전하를 거의 잃지 않습니다.

그림 1: CR2032 배터리 버튼 셀의 구조. (출처: Varta)

CR2032 배터리는 종종 초저전력 서브시스템에 전원을 공급하기 위해 사용됩니다. 이는 시스템 전력이 전체 장치에 꺼졌을 때에도 작동 상태를 유지해야 하는 실시간 시계 및 발진기 입니다. 또한 장치가 켜졌을 때, CR2032 배터리에서 전력을 소비하지 않도록 특별히 설계되어야 하며, RTC와 같은 서브시스템은 장치가 작동되는 동안 메인 전원 공급 장치에서 전원을 공급받아야 합니다. 따라서, 실제로 장치는 CR2032 배터리가 소진되기 훨씬 전에 노후화 등의 이유로 서비스에서 제외되는 경우가 많습니다.

CR2032 배터리는 얼마나 오래 지속되나요?

배터리 수명을 살펴보는 가장 간단한 방법은 밀리암페어시로 총 충전을 보고, 이를 현재 소비량으로 나누는 것입니다.

배터리 수명 = 225 밀리암페어시/전류

1 마이크로암페어 이하의 일정한 전류를 소모하는 애플리케이션에서는, 이는 10년 이상 지속될 수 있습니다. 컴퓨터 BIOS에 배터리를 공급하는 경우 실제로 이럴 수도 있지만, 대부분의 경우 배터리는 계속해서 또는 펄스로 더 많은 전류를 공급해야 합니다.

그림 2: 지속적인 전류 요구에 따른 CR2032 배터리의 용량. (출처: Low-Power Design)

여기에서 CR2032 배터리가 지속적으로 0.5 mA(500 마이크로암페어)를 공급해야 할 경우, 출력 전압은 240 mAh를 제공할 때까지 1.6볼트로 떨어지지 않음을 볼 수 있습니다. 반면에, 3.0 mA를 제공해야 한다면, 155 mAh만 제공할 수 있습니다. 따라서 배터리는 예상한 시간의 0.5/3.0 또는 17%만 지속될 뿐 아니라, 더 높은 소비로 인해 예기치 않게 155/240의 감소가 발생함을 알 수 있습니다. 물론, 회로가 2.0 또는 2.4볼트 미만에서는 작동할 수 없다면, 추가적인 소비는 사용 가능한 배터리 용량을 더욱 줄어들게 합니다.

CR2032 배터리가 전류에 대한 펄스 수요 패턴과 싸워야 한다면, 이 또한 최적의 225 mAh 수치를 낮추게 됩니다. 이것은 Bluetooth 지원 기기에 중대한 문제가 될 수 있습니다. 이는 큰 함정이 될 수 있으며, 설계자들은 그 결과를 심각하게 고려해야 합니다.

반면에, 이러한 CMOS 배터리는 온도의 큰 변동에 대해 꽤 잘 견딥니다. Panasonic 배터리 CR-2032L/BN은 Arrow Electronics에서 구할 수 있습니다. 이 배터리의 데이터시트에 따르면, 이 장치는 전형적인 CR2032 배터리와 같이 2.9그램의 무게를 가집니다. 이 장치는 -30 ºC와 +60 ºC의 작동 온도 범위를 가지고 있습니다.

그림 3: Panasonic CR-2032L/BN의 온도 특성. (출처: Panasonic)

위 차트는 190마이크로암페어의 지속적인 소모를 보여줍니다. 배터리의 작동 범위가 -10 ºC에서 +60 ºC에 걸쳐 넓은 범위에 걸쳐 출력 전압이 3V에서 2V로 감소하기 전까지 장치가 거의 동일한 시간 동안 지속됨을 알 수 있습니다.

CR2032 배터리 장착

CR2032 배터리를 PCB에 납땜하는 것은 배터리가 견딜 수 있는 것보다 더 많은 열이 필요하기 때문에 몇 가지 문제가 발생합니다. 과열된 리튬 이온 배터리는 매우 심각한 폭발 위험을 초래할 수 있다는 점을 명심해야 합니다. 이러한 이유로 제조업체는 배터리에 직접 열이 가해지지 않도록 솔더 탭이 부착된 코인 셀 배터리를 제공합니다.

대안으로 배터리 홀더를 사용하는 방법이 있지만, 이는 물론 OEM에게 추가 비용이 발생합니다. 이러한 이유로, CR2032 배터리를 장치의 수명 동안 교체해야 할 것으로 예상되지 않는 한, 실질적으로 가능하다면 제조업체는 이 단계를 피할 것입니다.

다음 설계를 위한 CR2032 배터리 선택 시 고려해야 할 5가지 요소

1) 완성된 제품이 매우 낮은 전력으로 작동해야 합니까?

2) 제품 수명 동안 배터리를 교체해야 할 가능성이 있습니까?

3) 귀하의 제품이 배터리에 대해 지속적이거나 간헐적이거나 펄스 전류 요구사항을 충족해야 합니까?

4) CR2032 소켓을 사용할 것인가요 아니면 PCB에 납땜할 것인가요?

5) 설계 중인 장치가 나머지 장치가 정지 상태일 때도 계속 작동하는 경보 기능이나 타이밍 시스템이 필요합니까?