Especificaciones de la batería CR2032 de celda de moneda de litio

Hice mi tesis doctoral sobre gestión de energía en redes inalámbricas de sensores y estaba trabajando con nodos de sensores usando baterías CR2032. Nosotros mismos diseñamos los nodos (mi supervisor diseñó la PCB y yo diseñé el firmware y todas las pruebas relacionadas con la energía).

Puedo confirmar lo que dice la gente de arriba de que puedes sacar picos de 100 mA de una nueva celda CR2032. Pero como dicen, para obtener la capacidad nominal en términos de mAh, debe descargarla a la corriente y temperatura nominales especificadas.

Los nodos sensores en los que estaba trabajando consumían entre 27 y 35 mA en la transmisión. Pero las transmisiones duraron entre 110 y 140 ms a la vez, una vez por minuto. A temperatura ambiente, usando un solo CR2032 en paralelo con un supercap de 75 mF de CapXX, logramos usar alrededor del 87 % de la capacidad nominal del CR2032 (los nodos probados estuvieron en funcionamiento en promedio 99 días). Usamos un CR2032 de Renata. La misma configuración sin un supercondensador obtendría aproximadamente 10-15 días menos de tiempo funcional en promedio. Sin embargo, ¡el supercap se vuelve crucial si decide bajar la temperatura de funcionamiento! (que hicimos en pruebas a -30°C)

Las consecuencias de descargar con una corriente más alta son que logra obtener menos energía de la especificada de la batería. Los picos de corriente crean caídas de voltaje y en el momento en que esa caída de voltaje cae por debajo de su voltaje de caída de voltaje, su circuito se reinicia. No hace falta decir que en ese momento todavía queda algo de energía en la célula. Para aliviar este problema, puede agregar un supercondensador para aplanar los picos de corriente de transmisión (caídas de voltaje).

Pero:

• los supercondensadores son caros
• necesita uno con baja corriente de fuga y circuito de balance como el de CapXX (tienen corrientes de fuga en el rango de 1-2uA)

Un supercondensador de alta corriente de fuga hará más daño que bien si el dispositivo necesita alimentación durante días o semanas.

Además, no dude en conectar CR2032 en paralelo si lo necesita y tiene espacio: básicamente duplica la capacidad actual.

Habiendo dicho eso, todavía hay mucho trabajo por hacer en este mundo para mejorar la gestión de energía en tales aplicaciones.

De la hoja de datos:

• La capacidad nominal indica la duración hasta que el voltaje cae a 2,0 V cuando se descarga a una corriente de descarga nominal de 20 grados. C

Por lo tanto, si descarga a 0,2 mA constantes, obtendrá una capacidad de 220 mAh o 1100 horas. La descarga a un ritmo mayor reducirá la capacidad de la batería. La pulsación también afectará esto, ya que BLE pulsa a 5 mA. Un pulso de 5mA por una fracción de segundo mientras no hay consumo el resto del tiempo, podría resultar en un consumo equivalente de 0.2mA.

Si observa el gráfico llamado Descarga de pulso, muestra un pulso de 5 segundos de 300 Ω, o 10 mA a 3 V. Una descarga pulsada como esta reducirá la capacidad total durante la vida útil de la batería a aproximadamente 180 mAh desde los 220 mAh nominales.

Para responder a sus dos preguntas directas:

1. Un CR2032 típico puede generar mucha más corriente que 5 mA. Podría extraer 100 mA de él, durante menos de una hora, con algunas advertencias sobre su alta ESR.

2. La corriente nominal es para establecer una vida útil base de la batería. CR2032, y las celdas tipo moneda en general, están diseñadas para aplicaciones de baja corriente y larga duración, como relojes en tiempo real o copias de seguridad de datos por batería. No están diseñados para alimentar cargas pesadas.

Creo que la respuesta está en este gráfico de la hoja de datos:

Si dibuja vagamente 10mA ($3V \div 300\Omega$) 5 segundos a la vez, verá que el voltaje cae más con el tiempo y la capacidad general de la batería se reducirá.

(Esto se debe a que se quema más energía en las resistencias internas de la batería. Pero parece estar bien si está de acuerdo con la capacidad reducida)