Mønt- og knapbatteriets spredning: Nødvendighed eller dårligt design?

Mønt- og knapbatterier er meget anvendte kilder til grundlæggende, primær (ikke-genopladelig) strøm til mange meget bærbare elektroniske produkter, såvel som eksternt placeret IIoT(Industrial Internet of Things)-overvågningsenheder. Med udbredelsen af design med ultra lavt strømforbrug kan disse batterier give strøm i måneder og endda år, hvilket er ret forbløffende. Men vent bare, indtil du har brug for at udskifte et, for så begynder det "sjove" (oversættelse: irriterende og frustrerende) undertiden.

Hvorfor? For hvis du er heldig, er det batteri, du har brug for, et standard, bredt tilgængeligt et. Selvom det ofte er tilfældet, er det heller ikke altid virkeligheden. Knap- og møntbatterier findes i hundredvis af størrelser (kombinationer af diameter og tykkelse) og med forskellige grundlæggende kemiske kemikalier (såsom sølvoxid eller litium), nominelle spændinger og milliamp-timer (mAh). Nogle af deres dimensioner adskiller sig kun med en brøkdel af en millimeter mellem modeller, men det er nok til at udskiftningen ikke passer ordentligt eller fungerer upålideligt.

I en ideel verden ville designingeniøren allokere en vis plads til batteriet tidligt i designfasen, vælge en forholdsvis almindelig model med den rigtige spænding og kapacitetsklassificering, sørge for, at det endelige design har det krævede fysiske rum og overholder strømbudgettet, efterhånden som designet skred frem. Men ingeniørarbejde er kunsten at omdanne mål til virkelighed, mens der foretages afvejninger og kompromiser, og sommetider sker der uventede design "ting", som kræver ændring af den oprindelige plan, selvom den blev lavet i god tro.

For flere år siden talte jeg med designeren af et forbrugerprodukt, som jeg ejede, og som brugte et sjældent møntbatteri. Jeg spurgte ham ud: ”Hvorfor gjorde du det?” Hans svar var simpelt (jeg omskriver naturligvis her): ”Da vi kom til designets endelige formfaktor, indså vi, at vi ikke havde plads nok til det batteri, vi oprindeligt ønskede at bruge. Den nemmeste løsning var at finde et batteri med de rigtige specifikationer for spænding/kapacitet, men som var lidt mindre.” Han tilføjede, at det var en specialordre, med lang leveringstid, men det var OK, da de stadig havde afsluttende produktbearbejdning der skulle færdiggøres alligevel. Kort sagt blev købere af dette produkt ikke inkluderet, da beslutningen blev truffet, beklager.

Tjek af batterinumre

Undertiden er batterinummeret et, der har flere krydshenvisninger, og det tilføjer udfordringer til udskiftningen. Nogle af disse krydshenvisninger er nøjagtige, mens andre er tæt på og adskiller sig i kemi eller mAh-kapacitet, men vil stadig fungere – i det mindste i et stykke tid.

Dog er det muligvis ikke nok at kende batteriets navn og nummer. Jeg har en lille nøglering med lys fra en reklamekampagne, som havde brug for et nyt batteri (figur 1). Selvfølgelig er det sandsynligvis ikke prisen værd at udskifte batteriet (da det var gratis, kan jeg ikke klage). Som ingeniør følte jeg mig stadig tvunget til i det mindste at se, om der var et erstatningsbatteri til rådighed, og for hvilken pris.

Figur 1: Denne gratis LED-nøglering gjorde det klart for mig, at usædvanlige møntceller kan være en stor udfordring, når der er behov for en udskiftning. (Billedkilde: Bill Schweber)

Jeg regnede med, at dette ville være let, da batteriet var tydeligt stemplet med et leverandørnavn (Lumatec), et modelnummer (AR18) og spænding (4,5 volt) (figur 2). Hvor betænksomt. Bemærk, at som et eksempel på ekstreme omkostningsbesparelser er en LED-ledning simpelthen forbundet til batteriet ved hjælp af cellofantape, som kan betragte som enten strålende minimalistisk design eller maksimalt lurvet teknik - eller måske er det begge dele på samme tid.

Figur 2: Et nærmere kig viste de gode nyheder: batteriet har et leverandørnavn, modelnummer og endda nominel spænding tydeligt markeret; bemærk det cellofantape, der bruges til at tilslutte LED-ledningen til batteriet. (Billedkilde: Bill Schweber)

Jeg søgte online og kunne ikke finde dette leverandørnavn eller batterinummer, så jeg tog det til næste trin: Jeg målte batteriet (figur 3) og fandt, at det havde en diameter på 23 millimeter (mm) plus en kant, der bragte den samlede diameter til 25 mm og en tykkelse på 6,5 mm. Derefter søgte jeg uden held hos forskellige knapcelleforhandlere efter et 4,5 volt batteri med disse dimensioner. Til sidst indså jeg, at jeg havde spildt tid nok og var nødt til at gå videre, før besættelsen tog overhånd.

Figur 3: Jeg tog min søgning til det næste niveau ved at måle de forskellige batteridimensioner, som et logisk første skridt i min online jagt på et udskiftningsbatteri. (Billedkilde: Bill Schweber)

Min oplevelse er, at der er omkring fem til ti mønt- og knapbatterier, der tegner sig for hovedparten af de enheder, jeg har brugt, og som du kan købe ekstra af i lokale butikker. De er også vidt tilgængelige gennem distributører for OEM-mængder.

Blandt mine personlige favoritter er CR2032 fra Panasonic. Denne 3 volt, 225 mAh, 20,0 mm lithium-mangandioxid-møntcelle (figur 4) er så udbredt, at DigiKey har næsten tre millioner på lager.

Figur 4: Panasonic CR2032-møntcellen (til venstre) er vidt brugt og også bredt tilgængelig. Dets dimensioner gør det velegnet til mange applikationer (til højre), og det har også en betydelig kapacitetsklassificering på 225 mAh. (Billedkilder: Panasonic)

En anden jeg gerne vil se er357-303VZ fra Energizer Battery Company; et 1,55 volt, 150 mAh, 11,6 mm sølvoxidbatteri. Jeg opbevarer et par af disse batterityper og nogle andre i mit personlige lager for at undgå at skulle gå ud efter en udskiftning til den lokale butik sent om aftenen eller i dårligt vejr. I betragtning af deres holdbarhed på fem eller flere år er det en rimelig lagerbeholdning at have.

Min anmodning til designere er enkel: vær venlig at holde jer til de førende møntbatterier og knapcelle-modeller, medmindre I har en virkelig overbevisende grund til at afvige fra det og ikke gøre det. I gør jer selv en tjeneste, jeres forsyningskæde bliver lettere, og jeres slutkunder vil blive glade. Lige så vigtigt er det at de ikke vil blive vrede på ingeniører generelt for at gøre noget, der irriterer dem og komplicerer deres liv uden nogen åbenbar grund.