Hoe kiest u een knoopcelbatterijhouder voor maximale schok- en trillingsbestendigheid en gemakkelijke vervanging

Lithium knoopcellen zoals de CR2032 worden gebruikt in een groot aantal draagbare elektronicatoepassingen, waarvan de batterij vaak moet worden vervangen. Om eindgebruikersvriendelijk te zijn, moeten ontwerpers ervoor zorgen dat muntcellen worden gemonteerd in batterijhouders die het vervangen van batterijen eenvoudig en snel maken. Tegelijkertijd moet de batterijhouder een robuust ontwerp hebben dat een goede verbinding met de cel in stand houdt, zelfs bij schokken en trillingen. De celhouders moeten de cel ook veilig op zijn plaats houden en beschermen tegen onbedoelde kortsluiting.

Aan de fabricagekant moeten de celbevestigingen worden ontworpen voor geautomatiseerde "pick-and-place"-productie met een duidelijke scheiding van de verbindingen. Er moeten ontwerpen voor celmontage beschikbaar zijn met zowel oppervlakte- als door-gatmontage.

In dit artikel wordt ingegaan op het concept achter deze batterijhouders, worden hun unieke kenmerken en voordelen besproken, en wordt nagegaan welke ontwerpoverwegingen een rol spelen bij de keuze van houders voor knoopcelbatterijen. Vervolgens wordt de Snap Dragon-reeks van muntcelhouders van Memory Protection Devices(MPD) geïntroduceerd en wordt getoond hoe deze kunnen worden toegepast, waarbij gebruik wordt gemaakt van een niet-geleidende, vastklikbare afdekking om de bezorgdheid van ontwerpers weg te nemen.

Het concept van de Snap Dragon

Om aan deze ontwerpeisen te voldoen, introduceerde MPD de Snap Dragon-serie, een geheel nieuwe categorie celhouders. Deze verhogen de betrouwbaarheid van open celhouders aanzienlijk door het gebruik van een vergrendelbaar deksel dat voorkomt dat schokken, trillingen en vallen de cel loswrikken of intermitterende verbindingen veroorzaken. Om aan de gebruikersvriendelijke eis te voldoen, kan het deksel nog steeds in een "handomdraai" worden verwijderd, zodat de batterij snel en gemakkelijk kan worden vervangen.

Voor de fabricage is de basis van vloeibaar kristalpolymeer (LCP) van het toestel bestand tegen reflow-soldeerprocessen bij hoge temperatuur. De snap-in cover is niet alleen ontworpen voor gebruiksgemak, het gebruik van polypropyleen materiaal betekent dat het sterk en flexibel genoeg is om meerdere batterij vervangingen na verloop van tijd mogelijk te maken. Zelfs met deze kenmerken hebben de Snap Dragon-houders een zeer laag profiel, waardoor de knoopcelbatterij meestal slechts 1 millimeter (mm) boven de printplaat uitsteekt.

Bij nadere beschouwing maken de Snap Dragon-batterijhouders gebruik van een tweedelig ontwerp dat bestaat uit een opklikbare batterijhouder en een bijpassende basis, die samen de cel vasthouden (Afbeelding 1).

Afbeelding 1: Snap Dragon-knoopcelhouders maken gebruik van een tweedelig ontwerp dat bestaat uit een basis en een opklikbare, niet-geleidende batterijhouder om een betrouwbare werking te garanderen, zelfs bij schokken en trillingen. (Afbeelding bron: Memory Protection Devices)

Wanneer het deksel is vastgeklikt, is de muntcel volledig vergrendeld, zodat de Snap Dragon een uitstekende en betrouwbare verbinding biedt.

Terwijl sommige zeer betrouwbare celhouders het installeren en vervangen van batterijen door de gebruiker moeilijk of onmogelijk maken, is de Snap Dragon-celhouder ontworpen om een eenvoudig en intuïtief proces te bieden. Het Snap Dragon ontwerp is patent aangevraagd en is de nieuwste toevoeging aan MPD's portfolio van batterijhouder technologieën.

Snap Dragon-knoopcelhouders zijn verkrijgbaar in twee verschillende maten voor BR/CR2032- en BR/CR1225-cellen in horizontale of verticale oriëntatie. Zij kunnen worden geleverd met lipjes voor solderen met behulp van surface mount technologie (SMT) of met pennen voor montage door middel van gaatjes op een printplaat. Deze cellen leveren tot ongeveer 220 milliamp-uur (mAh) aan vermogen en zijn vrij klein, waardoor zij perfect zijn voor circuits met lage vermogensvereisten in draagbare handapparatuur (Afbeelding 2).

Afbeelding 2: Een geassembleerde Snap Dragon-opbouwknoopcelhouder met de op zijn plaats geklikte batterijhouder die een 20 mm-munitiecel aan de basis houdt. (Afbeelding bron: Memory Protection Devices)

Het basisonderdeel

Snap Dragon-knoopcelhouders hebben een basis van hoogwaardig, zuiver vloeibaar kristalpolymeerplastic, dat zowel dun als sterk is. Het is ook bestand tegen de hoge temperaturen die gepaard gaan met SMT-soldeerprocessen. De houder is geschikt voor een temperatuurbereik van -40 °C tot 280 °C. De LCP-basis biedt ook een uitstekende chemische weerstand en is bestand tegen ongunstige omgevingsomstandigheden.

De Snap Dragon basis is vervaardigd met dubbele drukcontacten van vernikkeld fosforbrons met een geflashte goudcoating voor een uitstekend elektrisch geleidingsvermogen. Dit biedt ook extra bescherming tegen corrosie wanneer het in contact komt met de vernikkelde roestvrijstalen elektroden van de muntcel. De dubbele drukcontacten bieden niet alleen een uiterst lage elektrische weerstand, maar passen ook goed om te voorkomen dat de muntcel door schokken, trillingen of verkeerd gebruik uit elkaar valt (Afbeelding 3).

Afbeelding 3: Afgebeeld zijn de dubbele drukcontacten op een MPD-opbouwvoet. (Afbeelding bron: Memory Protection Devices)

De in Afbeelding 3 getoonde basis is een Memory Protection Devices BHSD-2032-SM. Het is een horizontaal georiënteerde opbouwvoet voor een CR2032-muntcel. De dubbele drukcontacten zijn duidelijk te zien.

De Snap Dragon-celhouders kunnen al deze voordelen bieden terwijl ze een uiterst laag profiel behouden.

De celhouder

Het tweede onderdeel van de celhouders van de Snap Dragon-serie is de doorzichtige celhouder of afdekking van polypropyleen (PP) die de batterijen op betrouwbare wijze vasthoudt. Het gebruiksgemak van de afdekking, die zowel sterk als flexibel is, is te danken aan het gebruik van buigzame lipjes waarmee de batterijhouderafdekking gemakkelijk kan worden verwijderd en meerdere malen opnieuw kan worden aangebracht zonder het plastic te vervormen.

De bijpassende houder voor de in Afbeelding 3 getoonde basis is MPD's BHSD-2032-COVER (Afbeelding 4).

Afbeelding 4: De bijpassende afdekking voor de in Afbeelding 3 getoonde houder voor de knoopcel. (Afbeelding bron: Memory Protection Devices)

Betrouwbaarheidstests voor celhouders

Betrouwbaarheidstests voor de BHSD-2032-SM-houdervoet omvatten sinusvibratietests (10-50-10 hertz (Hz)) gedurende een uur in elk van de orthogonale assen, waarbij de cellen niet loskwamen en de contactcontinuïteit niet meer dan 10 microseconden (ms) verslechterde. De toestellen zijn ook onderworpen aan een halfsinusschoktest van 150 g, met drie schokken in elke richting op elke as voor een totaal van 18 schokpulsen, waarbij geen fysieke schade is aangetoond. De laatste mechanische omgevingstest is een valtest van één meter, ook hier mag de batterijcel niet losraken.

Alle Snap Dragon-knoopcelhouders hebben vergelijkbare testspecificaties, waardoor hun betrouwbaarheid gewaarborgd is.

Snap Dragon-configuraties

De Snap Dragon-celhouders zijn verkrijgbaar in een groot aantal configuraties. De eerder genoemde BHSD-2032-SM is een houder voor opbouwmontage, bedoeld voor horizontale installatie. De BVSD-2032-PC met zijn houder, de BVSD-2032-COVER, vertegenwoordigt een verticale celoriëntatie waarbij gebruik wordt gemaakt van montage door middel van gaatjes op de printplaat (Afbeeldingen 5a en 5b).

Afbeelding 5: De BVSD-2032-PC (a) is een verticaal georiënteerde celhouder die gebruik maakt van montage door middel van gaatjes, samen met zijn houder, de BVSD-2032-COVER (b). (Afbeelding bron: Memory Protection Devices)

De door-gat-versies van de Snap Dragon-celhouders gebruiken pennen in plaats van soldeerpads, maar zijn verder identiek aan de opbouwversies.

Naast houders voor muntcellen met een diameter van 20 mm, heeft MPD ook houders voor knoopcellen met een diameter van 12 mm (Afbeelding 6); het belangrijkste verschil is de batterijcapaciteit.

Afbeekdubg 6: Een 12 mm batterijcelhouder (a) samen met de houder (b). (Afbeelding bron: Memory Protection Devices)

De BHSD-1225-SM (zie Afbeelding 6a hierboven) is ontworpen voor BR/CR1225-knoopcellen en is geconfigureerd voor horizontale oppervlaktemontage. Er is ook een versie beschikbaar voor doorlopende montage. Zij hebben beide een gemeenschappelijke dekselklem in de BHSD-1225-COVER (b).

Naleving van de regelgeving en toepassing

Voor toepassingen die bestemd zijn voor wereldwijde distributie, is het belangrijk te weten dat de LCP-kunststof die in de Snap Dragon celhouders wordt gebruikt, milieuvriendelijk, halogeen- en PFOA-vrij is, en volledig in overeenstemming met de SVHC-, REACH-, RoHS- en WEEE-voorschriften.

De Snap Dragon-familie van knoopcelhouders is geschikt voor compacte handheld medische producten en andere toepassingen waar betrouwbaarheid, duurzaamheid en gebruiksgemak belangrijk zijn.

Snap Dragoncelhouders zijn zeer compatibel met verschillende soorten sterilisatiecycli die gebruikelijk zijn in medische toepassingen. De tweedelige snap-on functie is hier bijzonder waardevol omdat de batterij vóór de sterilisatie mogelijk moet worden verwijderd omdat de temperaturen tijdens de sterilisatiecyclus de maximumwaarde voor blootstelling aan hitte van de batterij kunnen overschrijden.

Conclusie

De selectie en integratie van batterijhouders vereist een zorgvuldige overweging van de specificaties van de eindtoepassing en het gebruiksmodel. De grootte van de batterij, de oriëntatie, de compatibiliteit met geautomatiseerde plaatsing, de naleving van de regelgeving en het gemak waarmee de batterij kan worden vervangen, zijn naast de totale kosten de belangrijkste punten van zorg. De Snap Dragon-knoopcelhouders van MPD bieden een goedkope, betrouwbare batterijhouder voor BR/CR2032- en BR/CR1225-batterijcellen, zelfs bij vallen, trillingen of schokken. En dat allemaal terwijl de cellen makkelijk te vervangen zijn.