LIR2032: перезаряжаемая альтернатива и заряд

Модуль ZS-042 приехал с бонусом: в держателе сидел аккумулятор LIR2032, и я ещё порадовался — вечно живая батарейка бесплатно. Через год аккумулятор сдулся, я купил в аптеке свежую CR2032, поставил её и забыл. А через полгода нашёл модуль с горбатой таблеткой, выпирающей из держателя: часы шли, но пружина уже не держала. Причина лежала на самой плате — диод и резистор 200 Ом рядом с держателем: зарядная ветка, которая круглосуточно давит 5 вольт в первичную литиевую ячейку, не предназначенную для заряда.

Предупреждение о вздувшейся таблетке я давал вскользь в уроке про подключение DS3231 — здесь разбираем тему целиком. Чем LIR2032 отличается от CR2032 кроме цены, как устроена и как посчитать зарядную ветку, когда аккумулятор оправдан, а когда это деньги на ветер, и что сделать с платой, чтобы обычная CR2032 жила в ней спокойно.

Между буквами C и LiR прячется целая химия. CR2032 — первичный литиевый элемент: 3,0 вольта, 220–240 мА·ч, заряжать запрещено, саморазряд около одного процента в год. LIR2032 — литий-ионный аккумулятор в том же корпусе 20 на 3,2 мм: номинал 3,6 В, полностью заряженная — 4,2 В, ёмкость 40–45 мА·ч, в пять с лишним раз меньше первичной. Напряжения 3,6 В DS3231 не боится: паспорт разрешает на входе батарейки до 5,5 В. А вот со старым DS1307 аккуратнее: его паспорт открывает входу батарейки диапазон 2,0–3,5 В, и полная LIR с её 4,2 вольтами за пределом.

Отсюда расклад по платам. На модуле DS3231 аккумулятор электрически легален и работает: резерв при микроамперном токе часов тянется годами. На DS1307 ставить LIR я не советую не из вредности — за границей паспортного диапазона поведение чипа никто не гарантирует. Там совет из урока про DS1307 и батарейку — обычная CR2032 — остаётся лучшим из возможных.

На глаз таблетки различаются по маркировке: у аккумулятора на корпусе читается LiR или 3.6V, часто слово Rechargeable; первичная честно пишет CR и 3V Lithium. Цена подсказывает в ту же сторону: LIR стоит вдвое-втрое дороже первичной, а её реальная ёмкость у безымянных производителей плавает. Я мерял три «новых» таблетки из разных партий под лёгкой нагрузкой: лучшая показала около 42 мА·ч, две другие ощутимо меньше паспортного. Дата выпуска на блистере здесь важна ещё сильнее, чем для CR: литий-ионная химия стареет, даже когда просто лежит на полке.

Аккумулятор оправдан там, где питание пляшет. Шлагбаум во дворе, табло на входной группе, узел охраны: устройства включены в сеть годами, но свет выключают, вилку дёргают, щиток перебирают — LIR между этими событиями дозаряжается и не тратится впустую. Считайте в уме: десяток перерывов питания по сутки в год съедают у аккумулятора 10–15 процентов ёмкости, которые он тут же возвращает от сети; первичная таблетка эти перерывы просто складывает в свой износ без права на возврат. И наоборот: датчик температуры на даче, который кормится от батареек и месяцами не видит 5 вольт, посадит аккумулятор в ноль, а глубокий разряд литий-ионная таблетка не прощает — ёмкость после него падает необратимо. Мой выбор по опыту: всегда включённым устройствам — LIR, автономным датчикам — CR2032 и спокойный сон.

Историческая справка для владельцев старых плат: часть DS1307-модулей десять лет назад собиралась с LIR2032 в комплекте, у их родни та же зарядная ветка с диодом и резистором у держателя. Если ваш экземпляр из этой серии — решение прежнее: разорвать зарядную цепь и посадить первичную таблетку. У новых партий компонентов заряда может не быть вовсе — тогда ставить аккумулятор бессмысленно вдвойне: заряжаться нечему, а ёмкость впятеро меньше CR. Тот же принцип работает в обратную сторону: увидели на плате диод с резистором — знайте, производитель рассчитывал на LiR, и решение о первичной таблетке принимаете вы, а не отвёртка.

Найти зарядную ветку на плате просто: проследите от плюса держателя к цепи питания — там сидят два мелких компонента, диод и резистор с маркировкой 201, то есть 200 Ом. Путь тока: 5 вольт с VCC, минус примерно 0,7 В на диоде, дальше резистор, дальше плюс таблетки; минус таблетки сидит на земле. Ток заряда считается в уме: вычтите из питания падение диода и напряжение таблетки, остаток поделите на 200 Ом. Пустой аккумулятор на 3,0 В при 5 В питания: (5 - 0,7 - 3,0) / 200 — это 6,5 мА. Полный на 4,2 В: (5 - 0,7 - 4,2) / 200 — 0,5 мА, заряд почти встал.

Что эти цифры дают. Полный заряд 40 мА·ч при среднем токе три-четыре мА занимает примерно 12–16 часов — я добавляю запас на неидеальность химии, отсюда хвост. Сравните с первичной: CR2032 резервирует часы на годы без единого провода к сети, а LIR за ту же роль платит в пять раз меньшей ёмкостью и вечным подогревом от ветки — свобода перезарядки сама по себе бесплатной не бывает. Теперь ловушки. Питание 3,3 В, типовое для плат на Li-ion: (3,3 - 0,7 - 3,6) — число отрицательное, заряд не идёт вовсе; на таких платах LIR — просто слабенькая первичная таблетка с самоуверенной маркировкой. И главное: эта ветка — грубый подзаряд без контроля напряжения, а не честное зарядное устройство. Первичную CR2032 она убивает постоянным током 3–6 мА: в ячейке выделяется газ, таблетка вздувается — гербарий я собрал на собственном модуле. Полярность диода и работа с выпайкой — отдельная наука, я разбирал её в уроке про диод и полярность.

С аккумулятором список камней короче, но они дороже. Саморазряд LiR-химии на порядок выше первичной: за полгода без подзарядки таблетка теряет ощутимую часть ёмкости, а глубокий разряд кладёт на неё крест. Вечный подзаряд 0,5 мА в полную таблетку — постоянный подогрев, ускоряющий старение. Подделки обещают 60 мА·ч и живут вдвое меньше паспортного. И последнее: как ни хорош аккумулятор на бумаге, верить надо журналу, а не маркировке. Скетч-сторож ниже хранит последнюю метку времени в EEPROM и замечает, если часы откатились назад — первый симптом того, что резерв не вытянул перерыв питания. Метка — один long, но если захотите хранить вместе с ней счётчик перезапусков или признак заводки, упакуйте всё в структуру и пишите целиком: приёмы put и get я разбирал в уроке про EEPROM.put и структуру, а бережную запись — в уроке про износ ячеек.

Живость аккумулятора проверяется тем же мультиметром, что и первичная, но с другими порогами: полная LIR показывает 4,1–4,2 В, рабочая — от 3,6, и ниже 3,0 вольт таблетку я списываю, потому что часть химии уже умерла безвозвратно. Хранить запасные LiR-таблетки лучше заряженными и подзаряжать раз в год — полное хранение в разряженном состоянии их убивает. И не ставьте аккумулятор на плату с 3,3-вольтовым питанием, даже если очень хочется перезаряжаемости: вы только что видели в расчётах, что ток зарядной ветки там нулевой, — аккумулятор будет просто стареть без работы.