La proliferazione delle batterie a bottone: una necessità o solo cattiva progettazione?

Le batterie a bottone sono ampiamente utilizzate come sorgente di alimentazione di base e primaria (non ricaricabile) nei prodotti elettronici ad elevata portatilità, nonché nei dispositivi di monitoraggio per l'Internet delle cose industriale (IIoT) in remoto. Grazie alla proliferazione di progetti a bassissima potenza queste batterie – fatto abbastanza sorprendente – sono in grado di fornire alimentazione per mesi e persino per anni. Ma quando arriva il momento di sostituirne una, a volte è qui che inizia il "divertimento", per dirla con ironia.

Perché? Se siete fortunati, la batteria che vi serve ha un formato standard, facilmente reperibile. Ma non è sempre così. Le batterie a bottone sono commercializzate in centinaia di formati (diametro più spessore) e in svariate composizioni chimiche (ossido di argento o litio), tensioni e capacità nominali in milliampere (mAh). Le dimensioni di alcuni modelli differiscono solo per una frazione di millimetro, che è tuttavia sufficiente a comprometterne l'affidabilità di funzionamento e a renderle non proprio "giuste".

In un mondo ideale, i progettisti si preoccuperebbero di destinare una certa quantità di spazio alla batteria già all'inizio del loro lavoro e di scegliere un modello abbastanza comune con tensione e capacità nominali corrette, accertandosi che il progetto finale abbia lo spazio sufficiente e mantenendo la potenza prevista man mano che procedono nello sviluppo. Ma il lavoro dell'ingegnere consiste nel trasformare gli obiettivi in realtà scendendo a compromessi; perciò a volte si verificano "eventi" imprevisti che impongono modifiche al piano originale, anche se era stato concepito in perfetta buona fede.

Parecchi anni fa ho avuto occasione di parlare con il progettista di un prodotto di largo consumo in mio possesso che utilizzava una batteria a bottone difficile da reperire. Perciò gli ho chiesto senza troppi giri di parole: "Perché hai scelto proprio quel modello?" Per sua risposta – concedetemi una parafrasi – mi confessò che durante la definizione del fattore di forma finale del progetto si era reso conto di nonaver lasciato spazio sufficiente per la batteria che voleva usare all'inizio. La soluzione più semplice era stata di trovare una batteria con le specifiche di tensione/capacità idonee ma di dimensioni appena più piccole. Ha poi aggiunto che si trattava di un ordine speciale in distinta base, con tempi di consegna più lunghi, ma visto che dovevano ancora predisporre le attrezzature di lavorazione del prodotto finale, il fatto non rappresentava un problema. In breve, quando è stata presa la decisione, gli acquirenti del prodotto non sono stati proprio presi in considerazione; spiacenti...

I numeri delle batterie

A volte, il numero delle batterie contiene numerosi riferimenti incrociati; e questa è un'ulteriore sfida quando occorre sostituirle. Alcuni riferimenti incrociati sono corretti, altri sono approssimativi e differiscono per ciò che riguarda la chimica o la capacità in milliampere anche se funzionano, almeno per un po'.

Ciononostante, conoscere il nome della batteria e il numero potrebbe non bastare. Ho un piccolo portachiavi con pila, un oggetto promozionale, che aveva bisogno di una nuova batteria (Figura 1). Naturalmente non valeva la pena sostituire la batteria e trattandosi di un omaggio non c'era ragione di lamentarsi. Ma, essendo un ingegnere, non potevo sottrarmi alla curiosità di verificare se esisteva un ricambio e quanto sarebbe costato.

Figura 1: Questo portachiavi omaggio a LED mi ha fatto capire fino in fondo che le batterie a bottone non comuni possono essere un problema quando viene il momento di sostituirle. (Immagine per gentile concessione di Bill Schweber)

Avevo supposto che non ci sarebbero state difficoltà, visto che i dati della batteria erano stampati sull'involucro e comprendevano nome del fornitore (Lumatec), numero di modello (AR18) e tensione (4,5 V) (Figura 2). Veramente premuroso... Vorrei anche richiamare l'attenzione sul fatto che, con l'intento di risparmiare al massimo sui costi, un filo del LED era collegato alla batteria da un nastro di cellophane. Si tratta di design minimalista o di progettazione di scarsissima qualità? Forse di entrambe le cose contemporaneamente.

Figura 2: Guardando meglio, sono apparse indicazioni chiare sul nome del fornitore della batteria, sul numero di modello e persino sulla tensione nominale; si noti il nastro di cellophane impiegato per collegare il filo del LED alla batteria. (Immagine per gentile concessione di Bill Schweber)

Le ricerche online sul nome del fornitore e sul numero della batteria non hanno restituito alcun risultato, perciò sono passato alla fase successiva: ho misurato la batteria (Figura 3) per appurare il diametro dell'involucro (23 mm) che, aggiunto al bordo, dava un diametro complessivo di 25°mm, e lo spessore (6,5°mm). Ho poi cercato su vari siti di fornitori di celle a bottone batterie di 4,5°V di queste dimensioni ma senza successo. Alla fine mi sono reso conto che avevo sprecato troppo tempo su questa faccenda e che dovevo abbandonarla prima che diventasse un'ossessione.

Figura 3: Il livello successivo della mia ricerca mi ha portato a misurare le varie dimensioni delle batterie come primo passo logico nella mia ricerca di ricambi online. (Immagine per gentile concessione di Bill Schweber)

Nella mia esperienza ci sono da cinque a dieci batterie a bottone che servono per la montagna di dispositivi che ho utilizzato e per i quali è possibile acquistare accessori nei negozi di zona. Sono anche facilmente reperibili presso i distributori in quantità OEM.

Tra le mie preferite c'è il modello CR2032 di Panasonic. Si tratta di un batteria a bottone al litio-diossido di manganese da 3°V, 225°mAh, 20,0°mm (Figura 4) talmente utilizzata che Digi-Key ne ha quasi tre milioni in magazzino.

Figura 4: La batteria a bottone CR2032 di Panasonic (a sinistra) è di largo impiego e facilmente reperibile. Le sue dimensioni la rendono idonea a molte applicazioni (a destra) senza trascurare la sua notevole capacità nominale di 225°mAh. (Immagini per gentile concessione di Panasonic).

Un'altra batteria che mi piace è il modello 357-303°VZ di Energizer Battery Company; un modello da 1,55°V, 150°mAh, 11,6°mm all'ossido di argento. Per evitare di dover uscire a comprare un ricambio in negozio a tarda ora o con il cattivo tempo, tengo una riserva personale di batterie che comprende qualcuna di queste e qualche altra. Considerato che il loro periodo di stoccaggio raggiunge cinque anni e oltre mi pare una scelta ragionevole.

La mia richiesta ai progettisti è semplice: per favore adottate i modelli di batterie a bottone più diffusi, a meno che non abbiate un motivo realmente valido per fare diversamente. Farete un favore a voi stessi: la vostra supply chain sarà più semplice e i vostri consumatori finali più felici. E, altrettanto importante, non si arrabbieranno con gli ingegneri perché le loro scelte aggiungono seccature e complicano la loro vita senza ragione apparente.