НТЛ Элин

Самописцы iBDL > Элементы питания

Элементы питания

В качестве источника питания любого из самописцев iBDL используется либо одна, либо две кнопочные литиевые батарейки типа CR2032. Такие элементы являются неперезарежаемыми, т.е. одноразовыми, и после расходования генерируемой ими энергии они должны быть заменены новыми. Вопрос о выборе элемента питания для самописцев iBDL часто является в высшей степени важным и ответственным. Поскольку от качества и характеристик используемых батареек, а также особенностей (темпа) их деградации в ходе эксплуатации в значительной степени зависит, корректность и даже сохранность результатов, фиксируемых этими регистраторами.

Элементы питания CR2032 имеют форму диска и вес 2,8 г…3,2 г. Они построены на базе системы литий/диоксид марганца (Li/MnO2) с твердым катодом из диоксида марганца. В соответствии со стандартом МЭК в обозначении типа любого элемента Li/MnO2 присутствуют буквы CR. Следующие за этими буквами цифры определяют типоразмер элемента. В данном случае первые две цифры 20 - диаметр корпуса батарейки в мм, вторые две цифры 32 - предельная толщина корпуса в десятках мм. Обычно напряжение разомкнутой цепи элемента Li/MnO2 составляет 3,5 В, а номинальное напряжение составляет 3 В, хотя первоначальное напряжение при подключении нагрузки может быть и немного выше. Конечным напряжением эксплуатации считается напряжение 2 В (однако для каждого из самописцев iBDL этот параметр является индивидуальным (см. ниже)). Типичный рабочий диапазон температур эксплуатации батарей CR2032, как правило, лежит в границах от -20°С до +55°С. Однако некоторые производители изготавливают батарейки с более широким температурным диапазоном эксплуатации -40°C…+85°C, и даже до -40°C…+125°C (RENATA SA, RAYOVAC, Panasonic). Как правило, возможность эксплуатации элементов питания в таких диапазонах специально оговаривается производителем. При этом номинальная емкость батареек типоразмера CR2032 находится в пределах от 200 до 240 миллиамперчасов (мАч). Благодаря очень низкому уровню саморазряда около 1% в год (но не более 2%), такие литиевые элементы питания сохраняют свои характеристики в течение ~10 лет. Сегодня в мире батарейки CR2032 изготавливаются примерно двумя сотнями крупных производителей. Поэтому следует особо подчеркнуть, что все приводимые здесь данные указаны только для элементов питания CR2032, которые свободно доступны на российском рынке.

Характеристики батарей типоразмера CR2032, указанные производителями
Марка Номинальная емкость, мАч Рабочий температурный диапазон Время разряда до уровня 2,7 В
DURACELL (США) - -20°C…+54°C 1100 ч при 21°C и нагрузке 15 кОм
Energizer (США) 240 мАч (21°C, 15 КОм) не нормирован 1150 ч при 21°C и нагрузке 15 кОм
FocusRay (Китай) - не нормирован -
GP (Гонконг) 210 мАч -30°C…+65°C 1100 ч при 23°C и нагрузке 15 кОм
Maxell (Китай) 220 мАч не нормирован 1000 ч при 21°C и нагрузке 15 кОм
Maxell (Япония) 220 мАч не нормирован 1000 ч при 21°C и нагрузке 15 кОм
Panasonic (Япония) 220 мАч -30°C…+60°C 1000 ч при 20°C и нагрузке 15 кОм
VARTA (Германия) 230 мАч (21°C, 6,5 КОм) -20°C…+70°C 460 ч при 20°C и нагрузке 5,6 кОм
SONY (Япония) 220 мАч не нормирован 1100 ч при 23°C и нагрузке 15 кОм
EEMB (США-Китай) 210 мАч (23°C, 6,5 КОм) -20°C…+65°C 950 ч при 23°C и нагрузке 15 кОм
RENATA (Швейцария) 235 мАч (23°C, 6,5 КОм) -40°C…+85°C 1200 ч при 23°C и нагрузке 15 кОм

Документация на литиевые батарейки типоразмера CR2032 различных производителей
Файл Содержание
Размер
Дата
CR2032_v06 Renata Batteries. CR2032. 3V Lithium Battery. (Renata SA, Engl.)
67 K
24.11.07
GPCR2032_DS GP Batteries. Model No.: CR2032 (Gold Peak Group, Engl.)
30 K
24.11.07
DL2032 SIZE DL2032. Lithium Manganese Dioxide Battery CR2032. Data Sheet. (DURACELL Batteries, Engl.)
40 K
11.05.06
ENCR2032 ENGINEERING DATASHEET. ENERGIZER NO. CR2032. (Eveready Battery Company, Inc., Engl.)
58 K
11.05.06
CR2032_EEMB Li-MnO2 Battery. CR2032 Brief Datasheet. (EEMB US CORP, Engl.)
336 K
26.11.07
CR2032_sony Lithium Manganese Dioxide Battery CR2032. Data Sheet. (Sony Corporation, Engl.)
154 K
28.11.07
Maxell_CR2032 Lithium Manganese Dioxide Battery CR2032. Data Sheet. (Hitachi Maxell, Ltd., Engl.)
49 K
20.11.07
Panas_CR2032 Manganese Dioxide Lithium Batteries (CR Series)/ CR2032. (Panasonic, Engl.)
78 K
11.05.06
VARTA_2032 Lithium Manganese Dioxide CR2032. Data Sheet. (VARTA Microbattery GmbH, Engl.)
78 K
20.11.07

Схема любого из самописцев iBDL содержит одну или две батареи CR2032. Причем одна из батарей отвечает за питание микросхемы DS2422S. Будем называть такую батарею основной, поскольку она необходима для работы всякого самописца. Вторая батарея является дополнительной. Она необходима для питания аналоговых узлов электронной схемы самописцев, в частности АЦП, измерительных усилителей, преобразователей сигналов, сенсоров различных типов и т.д., требующих для функционирования напряжения питания 5 В. С целью получения такого напряжения основная и дополнительная батареи включаются по последовательной схеме.

Сердцем любого самописца семейства iBDL является микросхема DS2422S, которая работоспособна при минимальном напряжении питания 2 В. Таким образом, минимальное напряжение основной батареи не может быть меньше 2 В. В противном случае произойдет критический сбой питания, связанный c потерей данных статической памяти микросхемы DS2422S. Т.е. всей накопленной самописцем iBDL информации, а также содержимого сегмента памяти ярлыка, установочных и конфигурационных регистров, сегмента памяти калибровочных констант. Только одна основная батарея используется в схеме самописцев модификаций iBDL-LS, iBDL-E# и iBDL-600. Однако, если для питания самого простого по исполнению самописца iBDL-LS достаточно напряжения 2 В, то для питания узлов преобразования и АЦП самописца iBDL-600 или узлов преобразования самописца iBDL-E# напряжение основной батареи не может быть меньше 2,7 В.

Большинство самописцев iBDL (включая модификации iBDL-HS, iBDL-N#, iBDL-R# и т.д.) содержат в составе своей электронной схемы основную и дополнительную батареи. В этом случае для обеспечения гарантированного уровня напряжения питания 5В необходимо чтобы суммарное напряжение основной и дополнительной батарей не было меньше этого значения. Если же уровень напряжения меньше требуемого значения 5 В (из-за влияния старения и/или температуры окружающей среды, изношенности и т.д.), это приведёт к ошибке измерительного преобразования, связанной с недостаточным уровнем питания отдельных узлов электронной схемы самописца.

Основная часть энергии потребляется самописцами семейства iBDL во время периодических преобразований данных по обоим измерительным каналам с сохранением результатов в виде двух 16-разрядных слов. При этом время преобразования составляет не более 600мс, а ток потребления в зависимости от типа самописца может иметь значение в диапазоне от 0,5 мА до 1,5 мА. Таким образом, важно как работают батарейки CR2032 при импульсном режиме эксплуатации.

Многие производители литиевых элементов питания рассчитывают на эксплуатацию их продукции для обеспечения нагрузок, потребляющих импульсный ток величиной 10 мА и выше. Таким образом, схемы самописцев, потребляющие на порядок меньшие значения импульсного тока, являются льготным потребителем энергии от подобных батарей. При этом важна особенность динамики спада уровня напряжения, генерируемого литиевым элементом питания на всем протяжении его эксплуатации при постепенной потере ёмкости, связанной с малыми импульсными токами разряда (~1 мА), которыми характеризуется потребление любого из самописцев iBDL. Гарантированное длительное и постепенное снижение напряжения до уровня 2,5 В…2,7 В на первом участке эксплуатации, сменяемое резким спадом до весьма низких значений напряжения по отношению к первому участку характеристики. Такая динамика разрядной характеристики позволяет вовремя определить самописец, нуждающийся в замене элементов питания, еще до того как регистратор успеет накопить изрядное число некорректных измерительных значений, полученных от узлов преобразования, питаемых недостаточным по уровню напряжением.

Следует также учитывать, что корпус с электронной схемой любого из самописцев iBDL нормирован на эксплуатацию в температурном диапазоне от -40°C до +85°C. Большинство кнопочных литиевых батареек имеют нормированный производителем диапазон температур эксплуатации, который всегда уже диапазона эксплуатации электронных схем самописцев iBDL. Однако это не означает, что за пределами указанного рабочего диапазона температур литиевые элементы питания не функционируют. Просто их электрические характеристики становятся в этих случаях значительно хуже нормированных.

Например, при высоких температурах емкость батареек расходуется гораздо большими темпами, поскольку значительно возрастает скорость испарения электролита. Поэтому использование батареек за верхней границей нормированного для них диапазона эксплуатации возможно, но должно быть предельно ограничено по времени. Кроме того, любое превышение температуры выше комнатной увеличивает степень саморазряда литиевых элементов, что сопровождается снижением срока службы и жизни батарейки. Существует простое практическое правило определение степени саморазряда при заданной температуре: скорость саморазряда увеличивается в 2 раза при увеличении температуры на каждые 10°С, начиная с комнатной. Саморазряд кнопочной литиевой батареи при комнатной температуре составляет около 1% за год от общей ёмкости. А, например, при 50°С саморазряд составит 1%*2*(50-20)/10=6% за год от общей ёмкости.

При пониженных температурах характеристики работы литиевых батарей ухудшаются, поскольку снижается электропроводность электролита, что вызывает увеличение внутреннего сопротивления. Как следствие этого, батарейка теряет способность вырабатывать достаточную электрическую ёмкость.

Именно перечисленные выше положения должны учитываться при выборе элементов питания CR2032 для самописцев iBDL.

Для того чтобы определить, батарейки каких производителей наиболее предпочтительны для эксплуатации в составе самописцев семейства iBDL, НТЛ "ЭлИн" провела специальное тестирование. В рамках этих испытаний изучались рабочие характеристики литиевых элементов типоразмера CR2032 от различных производителей. В ходе тестирования сравнивались такие их параметры, как напряжение под нагрузкой при различных температурах и времена разряда до минимального допустимого уровня напряжения. Порядок и результаты этих испытаний приведены в отдельном документе, расположенном в конце этого раздела. Тестирование показало, что наиболее приемлемы для эксплуатации в составе самописцев iBDL батареи CR2032 производства RENATA, VARTA, DURACELL, Panasonic и GP.

Однако при выборе батарейки помимо характеристик не на последнем месте стоят такие важнейшие факторы, как доступность и цена. К примеру, батареи известных марок Panasonic, Sony или Energizer, хотя зачастую доступны, как правило, имеют запредельную цену. И напротив, при достаточной распространенности и приемлемой цене литиевых элементов FocusRay и Maxell (Китай), необходимо учитывать их низкие эксплуатационные характеристики. На основании нашего опыта эксплуатации самописцев iBDL и результатов проведенных нами исследований мы рекомендуем использовать батарейки трех марок GP, DURACELL, RENATA.

Самые сильные стороны батареек GP — это более чем удовлетворительные характеристики при широкой доступности в России и относительно невысокой цене. Хотя официально литиевые элементы GP нормированы производителем для эксплуатации только в диапазоне температур -30°C…+65°C.

Литиевые элементы питания DURACELL имеют хорошие характеристики при широкой доступности в России, но поставляются по достаточно высокой цене по сравнению, например, с батарейками GP. Официально нормированный производителем диапазон температур эксплуатации составляет -20°C…+54°C.

Однако наиболее предпочтительными представляются батарейки производства компании RENATA SA. К их основным достоинствам относятся, следующие особенности:

  • единственные из доступных в России литиевых элементов питания, рассчитанные на эксплуатацию в наиболее широком нормированном диапазоне температур по сравнению с батареями любых других производителей (-40°C…+85°C, что совпадает с диапазоном эксплуатации электронных схем самописцев iBDL).
  • единственные из поставляемых в Россию батарей, которые имеют маркировку гарантийного срока годности на каждой из упаковок, содержащих элементы питания,
  • гарантировано действительно европейское качество при изготовлении, поскольку все кнопочные батареи производятся на одном и том же заводе, расположенном в швейцарском городе Итинген,
  • наиболее высокая емкость по сравнению с продукцией других производителей, значение которой рассчитано на основании очень строгих испытаний на полный разряд (при нормальных условиях эксплуатации значение емкости, как правило, всегда выше номинальной, т.е. батарейки RENATA служат дольше, чем предусмотрено в технических спецификациях),
  • исключительная герметичность,
  • высокая надежность,
  • благодаря сложной системе многослойных сепараторов батарейки RENATA обладают исключительно низким уровнем саморазряда,
  • длительный срок хранения с минимальным ухудшением качества (9…10 лет)
  • оптимизированное отношение мощность/емкость,
  • экологически безопасны, не содержат токсических веществ и свинца,
  • отсутствие транспортных ограничений, неопасны при перевозках,
  • имеют покрытие корпуса, оптимизированное для лучшего контакта с контактами холдера (держателя батареи).

RENATA SA — единственная в мире компания, специализирующаяся только на кнопочных элементах питания для часов и микроэлектроники. Такой "узкий профиль" деятельности (в отличие от других производителей, работающих по принципу универсализации) позволяет разрабатывать и выпускать продукцию, максимально адаптированную ко всем параметрам работы качественных кварцевых часовых механизмов и микроэлектронной аппаратуры.

Сейчас в России батарейки RENATA поставляются многими компаниями оптом и в розницу. Среди крупнейших поставщиков этих компонентов следует, прежде всего, назвать:
OOО "СКАНТИ-РУС" — дистрибутор (Москва, С.Петербург),
Elatec-Russia — дистрибутор (Москва, С.Петербург),
ЗАО "Телко Лтд" — дилер (Москва),
АЛЛЮР — дилер (С.Петербург).

Также при приобретении элементов CR2032 следует учитывать, что кнопочные литиевые батарейки, как и любые другие батарейки, имеют срок годности, т.е. допустимый срок хранения без существенной потери потребительских свойств. Рекомендуется при замене батареек использовать только элементы со сроком хранения до года, считая с даты их производства. Однако в любом случае пользователю важно знать, что указанный срок хранения гарантирует качество батарейки только при неукоснительном соблюдении условий хранения: температура +10°С до +25°С, влажность 50RH%...60RH%. Причем температура хранения никогда не должна превышать +30°С. На практике очень трудно соблюсти регламентированные условия хранения (батарейки перевозятся, температура и влажность меняется и т.д.). Например, если хранение на морозе напрямую не влияет на изменение ёмкости батареек, все-таки не допускается: периодически замораживать/размораживать батарейки, а также подвергать их даже кратковременным воздействиям высоких температур (в том числе, располагать под солнцем, близко от лампы и т.д.), поскольку все это вызывает конденсацию влаги, что увеличивает саморазряд. Даже очень кратковременная смена температуры (например, при транспортировке) негативно отразится на сроке хранения. Т.е. не рекомендуется сразу переносить батарейки с мороза в тепло — необходимо некоторое время подержать их в прохладном помещении с температурой близкой 0°C.

Файл Содержание
Размер
Дата
iBDL_Batteries Сравнительное тестирование батарей CR2032, используемых для питания самописцев iBDL (НТЛ "ЭлИн", Rus.)
91 K
28.11.07
AN124 APPLICATION NOTE 124. Battery Considerations for Today's Low-Power, Long-Life Solid State Devices. (Maxim Integrated, Engl.)
104 K
22.11.07
AN124_RU Обсуждение батарей питания, применяемых в малопотребляющих долговечных интегральных устройствах. Перевод документа APPLICATION NOTE 124
(НТЛ "ЭлИн", Rus.)
189 K
22.11.07
AN505 APPLICATION NOTE 505. Lithium Coin-Cell Batteries: Predicting an Application Lifetime (Maxim Integrated, Engl.)
71 K
22.11.07
AN505_RU Прогноз срока службы литиевых батарей во встроенных приложениях. Перевод документа APPLICATION NOTE 505 (Maxim Integrated, Engl.)
AN3254 APPLICATION NOTE 3254. Battery Monitoring in NV SRAM Modules
(Maxim Integrated, Engl.)
72 K
22.11.07

НаверхНаверх