Dobór uchwytu baterii pastylkowej zapewniającego maksymalną odporność na wstrząsy i wibracje oraz łatwość wymiany

Litowe ogniwa pastylkowe, takie jak CR2032, znalazły zastosowanie w wielu przenośnych urządzeniach elektronicznych, z których wiele wymaga wymiany baterii. Aby produkt był przyjazny dla użytkownika końcowego, projektanci muszą zadbać o zamontowanie ogniw pastylkowych w uchwytach zapewniających prostą i szybką wymianę baterii. Jednocześnie uchwyt ogniwa musi mieć solidną konstrukcję, która zapewnia dobre połączenie z ogniwem nawet w przypadku wstrząsów i wibracji. Uchwyty ogniw muszą również zapewniać bezpieczne trzymanie baterii i chronić ją przed przypadkowymi zwarciami.

Z produkcyjnego punktu widzenia uchwyty ogniw muszą być zaprojektowane do zautomatyzowanego montażu maszynowego z wyraźnym rozdzieleniem połączeń. Konstrukcje uchwytów ogniw powinny być dostępne do montażu powierzchniowego lub przewlekanego.

W niniejszym artykule przyjrzymy się koncepcji stojącej za tymi uchwytami baterii, poznamy ich unikalne cechy i zalety, a także przeanalizujemy względy konstrukcyjne przy doborze uchwytu baterii pastylkowej. Następnie przedstawimy i pokażemy sposób stosowania serii uchwytów ogniw pastylkowych Snap Dragon firmy Memory Protection Devices (MPD), które wykorzystują nieprzewodzącą, pokrywę zatrzaskową, aby rozwiązać problemy projektantów.

Koncepcja Snap Dragon

Aby stawić czoła wspomnianym wymaganiom projektowym, firma MPD wprowadziła serię Snap Dragon - zupełnie nową kategorię uchwytów ogniw. W znacznym stopniu zwiększają one niezawodność otwartych uchwytów ogniw pastylkowych dzięki zastosowaniu zatrzaskowej pokrywy zapobiegającej wstrząsom, wibracjom i upadkom, które mogłyby spowodować przemieszczenie ogniwa lub przerwanie połączenia. Aby produkt był przyjazny dla użytkownika, pokrywę można zdjąć za pomocą zatrzasku, co umożliwia szybką i łatwą wymianę baterii.

Z myślą o produkcji podstawa urządzenia wykonana z polimeru ciekłokrystalicznego (LCP) jest odporna na lutowanie rozpływowe w wysokich temperaturach. Pokrywa zatrzaskowa została zaprojektowana nie tylko z myślą o łatwości użytkowania, ale dzięki zastosowaniu polipropylenu jest wystarczająco wytrzymała i elastyczna, aby umożliwić wielokrotną wymianę baterii. Nawet pomimo tych cech uchwyty Snap Dragon mają bardzo niski profil, zwykle większy tylko o 1mm od baterii pastylkowej nad płytką drukowaną.

Kiedy przyjrzymy się bliżej, zauważymy, że w uchwytach baterii pastylkowych Snap Dragon zastosowano dwuczęściową konstrukcję składającą się z zatrzaskowego elementu ustalającego baterii i pasującej podstawy, które razem przytrzymują ogniwo (ilustracja 1).

Ilustracja 1: w uchwytach ogniw pastylkowych Snap Dragon zastosowano dwuczęściową konstrukcję składającą się z podstawy i zatrzaskowego, nieprzewodzącego elementu ustalającego baterii, co zapewnia niezawodne działanie nawet w przypadku występowania wstrząsów i wibracji. (Źródło ilustracji: Memory Protection Devices)

Po zatrzaśnięciu pokrywy ogniwo pastylkowe jest całkowicie zablokowane, dzięki czemu uchwyt Snap Dragon zapewnia doskonałe i niezawodne połączenie.

Niektóre uchwyty ogniw o wysokiej niezawodności mogą utrudniać lub uniemożliwiać użytkownikowi instalację i wymianę baterii, natomiast uchwyt ogniwa Snap Dragon został zaprojektowany tak, aby zapewnić łatwość i intuicyjność tego procesu. Projekt Snap Dragon oczekuje na opatentowanie i jest najnowszą propozycją firmy MPD w dziedzinie technologii uchwytów baterii.

Uchwyty ogniw pastylkowych Snap Dragon są dostępne w dwóch różnych rozmiarach i pasują do ogniw BR/CR2032 oraz BR/CR1225 w orientacji poziomej lub pionowej. Mogą być wyposażone w zaczepy do lutowania w technologii montażu powierzchniowego (SMT) lub wtyki do montażu przewlekanego na płytce drukowanej. Omawiane ogniwa mogą dostarczyć do około 220mAh energii i są dość małe, dzięki czemu idealnie nadają się do obwodów o niskim zapotrzebowaniu na moc w przenośnych urządzeniach ręcznych (ilustracja 2).

Ilustracja 2: zmontowany uchwyt ogniwa pastylkowego do montażu powierzchniowego Snap Dragon z widocznym zatrzaśniętym elementem ustalającym baterii, z baterią pastylkową 20mm w podstawie. (Źródło ilustracji: Memory Protection Devices)

Komponent podstawy

Uchwyty ogniw pastylkowych Snap Dragon posiadają podstawę wykonaną z wysokiej jakości tworzywa sztucznego w postaci polimeru ciekłokrystalicznego, które jest jednocześnie cienkie i wytrzymałe. Jest również w stanie wytrzymać wysokie temperatury występujące w procesach lutowania SMT. Uchwyt jest przystosowany do użytku w temperaturach od -40°C do 280°C. Podstawa wykonana z polimeru ciekłokrystalicznego (LCP) zapewnia również doskonałą odporność chemiczną i może wytrzymać niekorzystne warunki środowiskowe.

Podstawa Snap Dragon zawiera podwójne styki dociskowe z niklowanego brązu fosforowego pokrytego złotą powłoką zapewniającą doskonałą przewodność elektryczną. Zapewnia to również dodatkową ochronę przed korozją w kontakcie z niklowanymi elektrodami ze stali nierdzewnej ogniwa pastylkowego. Podwójne styki dociskowe nie tylko oferują wyjątkowo niską rezystancję elektryczną, lecz także zapewniają dobre dopasowanie, co zapobiega przemieszczaniu się ogniwa pastylkowego w wyniku wstrząsów, wibracji lub niewłaściwej obsługi (ilustracja 3).

Ilustracja 3: podwójne styki dociskowe na podstawie do montażu powierzchniowego MPD. (Źródło ilustracji: Memory Protection Devices)

Na ilustracji 3 ukazano podstawę BHSD-2032-SM firmy Memory Protection Devices. Jest to podstawa na ogniwo pastylkowe CR2032 przeznaczona do montażu powierzchniowego w orientacji poziomej. Podwójne styki dociskowe są wyraźnie widoczne.

Uchwyty ogniw Snap Dragon są w stanie zapewnić wszystkie te zalety przy zachowaniu wyjątkowo niskiego profilu.

Element ustalający ogniwa

Drugim komponentem uchwytów ogniw serii Snap Dragon jest półprzezroczysty polipropylenowy (PP) element ustalający ogniwa lub pokrywa, która zapewnia niezawodne trzymanie baterii. Pokrywa jest jednocześnie mocna i elastyczna, a łatwość jej użycia wynika z zastosowania giętkich zaczepów, które pozwalają na łatwe zdejmowanie i ponowne zakładanie pokrywy baterii bez zniekształcania plastiku.

Element ustalający pasujący do podstawy pokazanej na ilustracji 3 to BHSD-2032-COVER firmy MPD (ilustracja 4).

Ilustracja 4: pokrywa pasująca do podstawy uchwytu ogniwa pastylkowego pokazanej na ilustracji 3. (Źródło ilustracji: Memory Protection Devices)

Testowanie niezawodności uchwytów ogniw

Test niezawodności podstawy uchwytu BHSD-2032-SM obejmuje sinusoidalne testy wibracyjne (10–50–10 Hz) trwające godzinę w każdej z osi ortogonalnych bez przemieszczania się ogniwa i utraty ciągłości kontaktu dłużej niż 10µs. Urządzenia są również poddawane półsinusoidalnym testom wstrząsowym 150g, w tym trzy wstrząsy w każdym kierunku na każdej osi, w sumie 18 impulsów wstrząsowych, bez żadnych oznak uszkodzenia fizycznego. Ostatnim mechanicznym testem środowiskowym jest badanie upadku z wysokości 1m, podczas którego ogniwo baterii nie może się przemieścić.

Wszystkie uchwyty ogniw pastylkowych Snap Dragon mają podobne specyfikacje testowe, co daje pewność ich niezawodności.

Konfiguracje Snap Dragon

Uchwyty ogniw Snap Dragon są dostępne w różnych konfiguracjach. Wcześniej wspomniany uchwyt BHSD-2032-SM jest przeznaczony do montażu powierzchniowego i instalacji poziomej. Uchwyt BVSD-2032-PC z elementem ustalającym BVSD-2032-COVER wykorzystuje pionową orientację ogniwa i przeznaczony jest do montażu przewlekanego na płytce drukowanej (ilustracje 5a i 5b).

Ilustracja 5: BVSD-2032-PC (a) jest uchwytem ogniwa o orientacji pionowej do montażu przewlekanego, wraz z elementem ustalającym BVSD-2032-COVER (b). (Źródło ilustracji: Memory Protection Devices)

W wersjach uchwytów ogniw Snap Dragon do montażu przewlekanego zastosowano wtyki zamiast pól lutowniczych, ale poza tym ich konstrukcja jest identyczna jak w wersjach do montażu powierzchniowego.

Oprócz uchwytów do ogniw pastylkowych o średnicy 20mm, firma MPD oferuje uchwyty do ogniw pastylkowych o średnicy 12mm (ilustracja 6). Kluczowym elementem różnicującym jest pojemność baterii.

Ilustracja 6: uchwyt ogniwa baterii 12mm (a) wraz z elementem ustalającym (b). (Źródło ilustracji: Memory Protection Devices)

Uchwyt BHSD-1225-SM (widoczny na ilustracji 6a) jest przystosowany do ogniw pastylkowych BR/CR1225 i jest przeznaczony do poziomego montażu powierzchniowego. Istnieje również wersja przeznaczona do montażu przewlekanego. Obie wersje posiadają wspólny element ustalający pokrywy BHSD-1225-COVER (b).

Zgodność z przepisami i zastosowanie

W przypadku zastosowań przeznaczonych do dystrybucji na całym świecie ważne jest, aby wiedzieć, że tworzywo LCP stosowane w uchwytach ogniw Snap Dragon jest przyjazne dla środowiska, nie zawiera halogenów ani PFOA oraz jest w pełni zgodne z przepisami SVHC, REACH, RoHS i WEEE.

Grupa uchwytów ogniw pastylkowych Snap Dragon jest przeznaczona do kompaktowych, ręcznych urządzeń medycznych i innych zastosowań, w których liczy się niezawodność, trwałość i łatwość użycia.

Uchwyty ogniw Snap Dragon są w wysokim stopniu kompatybilne z różnymi rodzajami cykli sterylizacji powszechnych w zastosowaniach medycznych. Dwuczęściowy zatrzask jest w tym przypadku szczególnie ważny, gdyż bateria może wymagać wyjęcia przed sterylizacją, ponieważ temperatury cyklu sterylizacji mogą przekraczać maksymalne wartości znamionowe baterii dla ekspozycji na ciepło.

Podsumowanie

Dobór i instalacja uchwytów baterii wymaga dokładnego rozważenia specyfikacji zastosowania końcowego i sposobu wykorzystania. Najważniejsze kwestie to rozmiar baterii, orientacja, kompatybilność z urządzeniami automatycznymi, zgodność z przepisami i łatwość wymiany baterii, a także ogólny koszt. Uchwyty ogniw pastylkowych Snap Dragon firmy MPD zapewniają niedrogie, niezawodne trzymanie baterii BR/CR2032 i BR/CR1225 nawet w przypadku upadków, wibracji lub wstrząsów. Jednocześnie umożliwiają łatwą wymianę ogniw.