Powszechność baterii pastylkowych i guzikowych: konieczność, czy kiepski projekt?

Baterie pastylkowe i guzikowe są szeroko stosowane jako podstawowe źródła zasilania (bez możliwości ładowania) dla wielu przenośnych urządzeń elektronicznych, a także zlokalizowanych zdalnie urządzeń monitorujących przemysłowego internetu rzeczy (IIoT). Wraz z rozpowszechnieniem projektów o ultraniskim zużyciu energii, baterie te mogą zapewniać zasilanie przez całe miesiące, a nawet lata, co jest wynikiem niesamowitym. Ale zaczekajcie, aż trzeba będzie je wymienić, wtedy dopiero często zaczyna się „zabawa” (co w wolnym tłumaczeniu znaczy frustrację i załamanie).

Dlaczego? Ponieważ jeżeli masz szczęście, to potrzebna bateria jest standardowa i szeroko dostępna. Zwykle tak jest, jednak nie zawsze. Baterie pastylkowe i guzikowe mogą mieć setki rozmiarów (kombinacji średnicy i grubości), a także różne procesy chemiczne (np. tlenkowo-srebrowe lub litowe), napięcia znamionowe i pojemności (mAh). Wymiary niektórych modeli różnią się zaledwie o ułamek milimetra, jednak różnica ta może uniemożliwić prawidłowe zainstalowanie i niezawodne działanie baterii zamiennej.

W idealnym świecie inżynier projektowy wydziela pewną przestrzeń na baterię we wczesnych fazach projektowania, wybiera stosunkowo popularny model o odpowiednim napięciu i pojemności, sprawdza, czy w ostatecznej konstrukcji jest wystarczająco dużo miejsca i stara się zachować budżet energetyczny w miarę rozwoju projektu. Jednak inżynieria to sztuka urzeczywistniania celów, co czasem wymaga kompromisów i radzenia sobie z „niespodziankami”, które wymuszają modyfikacje pierwotnego planu, bez względu na dobre intencje.

Kilka lat temu rozmawiałem z projektantem posiadanego przeze mnie produktu użytkowego, do którego nie mogłem znaleźć baterii pastylkowej. Zapytałem go wprost: „Czemu to zrobiłeś?” Jego odpowiedź była prosta (oczywiście parafrazując): „Gdy doszliśmy do ostatecznej formy projektu, zdaliśmy sobie sprawę, że nie zostawiliśmy wystarczająco dużo miejsca na baterię, którą chcieliśmy pierwotnie zastosować. Najłatwiej było znaleźć baterię o odpowiednich specyfikacjach napięcia i pojemności, która była nieco mniejsza.” Dodał, że była ona na specjalne zamówienie i charakteryzowała się dłuższym czasem dostawy na wykaz materiałów BOM, jednak zostało to zaakceptowane, ponieważ chciano mimo to przystąpić do przygotowania produkcji wyrobu finalnego. Krótko mówiąc, przy podejmowaniu tej decyzji nikt nie pomyślał o nabywcach wyrobu, przykro mi.

Sprawdzanie numerów baterii

Czasami jeden numer baterii posiada wiele odniesień, co tylko komplikuje sprawy wymiany. Niektóre z tych odniesień są prawidłowe, jednak inne mają charakter przybliżony i różnią się reakcjami chemicznymi lub pojemnością w mAh, mimo to będą działać - przynajmniej przez jakiś czas.

Ale nawet znajomość nazwy baterii i numeru może być niewystarczająca. Mam małą latarkę-breloczek promocyjny, do której potrzebowałem nowej baterii (ilustracja 1). Oczywiście, prawdopodobnie wymiana baterii jest nieopłacalna (dostałem za darmo, więc nie ma co się skarżyć). A jednak jako inżynier chciałem przynajmniej sprawdzić, czy baterie na wymianę są dostępne i w jakiej cenie.

Ilustracja 1: ten darmowy breloczek LED uświadomił mi, że nietypowe baterie pastylkowe mogą stwarzać spore problemy, gdy zajdzie konieczność ich wymiany. (Źródło obrazu: Bill Schweber)

Myślałem, że to będzie łatwe, ponieważ na obudowie baterii wyraźnie wybita była nazwa dostawcy (Lumatec), numer modelu (AR18) i napięcie 4,5 wolta) (ilustracja 2). Wszystko świetnie. Warto zauważyć, że w dążeniu do skrajnych oszczędności kosztów, jedno odprowadzenie LED jest po prostu podłączone do baterii taśmą celofanową, co można uznać za genialnie minimalistyczny projekt lub skrajnie kiepskie podejście inżynieryjne - a prawdopodobnie jedno i drugie.

Ilustracja 2: bliższe spojrzenie przyniosło dobre wieści: bateria ma nazwę dostawcy, numer modelu, a nawet napięcie znamionowe. Warto zauważyć taśmę celofanową użytą do połączenia odprowadzenia LED z baterią. (Źródło obrazu: Bill Schweber)

Zacząłem poszukiwania w Internecie, ale nie mogłem znaleźć tej nazwy dostawcy ani numeru baterii. Zatem wykonałem następny krok: zmierzyłem baterię (ilustracja 3). Okazało się, że korpus ma średnicę 23 milimetrów (mm) plus kołnierz, co dało łączną średnicę 25mm i grubość 6,5mm. Następnie bezskutecznie szukałem baterii 4,5V o tych wymiarach w witrynach różnych dostawców baterii pastylkowych. Ostatecznie zdałem sobie sprawę, że zmarnowałem już wystarczająco dużo czasu i powinienem dać sobie spokój, zanim przerodzi się to w obsesję.

Ilustracja 3: przeniosłem moje poszukiwania na wyższy poziom i zmierzyłem wymiary baterii uznając, że to logiczny pierwszy krok w poszukiwaniu zamiennika w Internecie. (Źródło obrazu: Bill Schweber)

Według moich doświadczeń, istnieje pięć do dziesięciu baterii pastylkowych i guzikowych, które są stosowane w większości urządzeń, z których korzystałem. Można kupić ich zamienniki w lokalnych sklepach. Są one również szeroko dostępne w dużych ilościach u dystrybutorów zaopatrujących producentów OEM.

Jedną z moich ulubionych baterii jest CR2032 firmy Panasonic. Ta litowo-manganowo-dwutlenkowa bateria pastylkowa o napięciu 3V, pojemności 225mAh i średnicy 20,0mm (ilustracja 4) jest tak powszechnie stosowana, że firma DigiKey ma ich w zapasach niemal trzy miliony sztuk.

Ilustracja 4: bateria pastylkowa Panasonic CR2032 (po lewej) jest szeroko stosowana, jak również powszechnie dostępna. Dzięki wymiarom nadaje się ona do wielu zastosowań (po prawej), jak również oferuje znaczną pojemność 225mAh. (Obrazy dzięki uprzejmości firmy Panasonic)

Inną baterią, którą lubię jest 357-303VZ firmy Energizer Battery Company. To srebrowo-tlenkowa bateria o napięciu 1,55V, pojemności 150mAh i średnicy 11,6 mm. Trzymam w osobistym zapasie kilka baterii tego typu i kilku innych typów, aby nie musieć iść do miejscowego sklepu, jeżeli potrzebuję nowej baterii w nocy lub w czasie złej pogody. Biorąc pod uwagę, że ich trwałość magazynowa wynosi pięć lub więcej lat, trzymanie zapasu jest rozsądną decyzją.

Mój apel do projektantów jest prosty: trzymajcie się najpopularniejszych modeli baterii pastylkowych i guzikowych, za wyjątkiem naprawdę uzasadnionych przypadków, aby od nich odstąpić. Oddacie sami sobie przysługę, ponieważ uprościcie łańcuch dostaw, a użytkownicy końcowi również będą zadowoleni. To ważne, że nie będą wściekli na inżynierów za rozwiązania, które doprowadzają ich do złości i komplikują ich życie zupełnie bez powodu.