Kolikko- & nappiparistojen yleistyminen: välttämätöntä vai huonoa suunnittelua?

Kolikko- ja nappiparistoja käytetään useissa kannettavissa elektroniikkatuotteissa primäärisinä (ei-ladattavina) perusvirtalähteinä, samoin kaukana sijaitsevissa IIoT (teollisten esineiden internet) -monitorointilaitteissa. Erittäin vähän energiaa kuluttavien laitteiden yleistymisen myötä nämä paristot voivat antaa virtaa kuukausien ja jopa vuosien ajan, mikä on kyllä aika uskomatonta. Mutta odotapa kuitenkin kunnes sinun on vaihdettava paristo uuteen, koska tästä se “hauska” (käännös: ärsytys ja turhaantuminen) usein alkaakin.

Miksi? Koska jos olet onnekas, tarvitsemasi paristo on vakiomallia ja helposti saatavana. Usein näin onkin, mutta ei aina. Kolikko- ja nappiparistoja on satoja eri kokoja (halkaisija ja paksuus yhdessä) ja niissä käytetään lukuisia erilaisia kemiallisia periaatteita (esimerkkinä hopeaoksidi ja litium), nimellisjännitteitä ja milliampeeritunteina (mAh) esitettyjä kapasiteettiluokituksia. Eräissä tapauksissa eri mallien mitat eroavat ainoastaan millimetrin murto-osia, mutta se riittää siihen, että uusi paristo ei sovi kunnolla paikoilleen tai se ei toimi luotettavasti.

Ideaalimaailmassa suunnittelija voisi varata tietyn tilan paristoa varten jo aikaisin suunnitteluvaiheessa, poimia jonkin varsin yleisen mallin, jonka jännite- ja kapasiteettiluokitukset sopivat kyseiseen sovellukseen, varmistaa että lopullisessa rakenteessa on tarvittava tila ja pitää kiinni virtabudjetista projektin edistyessä. Suunnittelu vaatii kuitenkin taitoa muuntaa tavoitteet todellisiksi laitteiksi tasapainoillen ja tehden kompromisseja. Joskus suunnittelussa tapahtuu odottamattomia ”asioita” ja alkuperäistä suunnitelmaa on muutettava, vaikka se olikin tehty hyvässä uskossa.

Puhuin muutama vuosi sitten erään erittäin vaikeasti löydettävää kolikkoparistoa käyttävän kuluttajatuotteen suunnittelijan kanssa. Kysyin häneltä suoraan: “Miksi sinä teit niin?” Hänen vastauksensa oli yksinkertaisesti (tietysti mukailtuna): “Kun tuotteen lopullinen ulkomuoto lyötiin lukkoon, tajusimme ettemme olleet jättäneet riittävästi tilaa paristolle, jota alun perin halusimme käyttää. Helpoin ratkaisu oli löytää paristo, jolla oli oikea jännite ja kapasiteetti, mutta joka oli vähän pienempi.” Hän lisäsi että paristo oli tilattava erikoistilauksena ja sen odotusaika oli heidän BOM-osalistallaan pitkä, mutta tämä oli OK koska heidän oli kuitenkin odotettava tuotteen lopullisia valmistusmuotteja. Lyhyesti sanottuna tuotteen ostajat jätettiin kuvasta pois päätöstä tehtäessä, anteeksi vaan.

Pariston numeroiden tarkistaminen

Joskus pariston numero on sellainen, jossa on useita ristiviittauksia. Tämä saattaa tehdä vaihtamisesta vaikeampaa. Jotkin näistä ristiviitteistä ovat tarkkoja, kun taas toiset ovat sinne päin ja eroavat kemialtaan tai mAh-kapasiteetiltaan, mutta toimivat silti, ainakin vähän aikaa.

Siltikin pariston nimen ja numeron tunteminen ei välttämättä ole tarpeeksi. Minulla on pieni lahjaksi saatu avaimenperälamppu, johon piti vaihtaa uusi paristo (kuva 1). Pariston vaihto ei tietenkään kannata (en voi valittaa koska sain sen ilmaiseksi). Insinöörinä halusin kuitenkin ainakin nähdä voiko paristoa vaihtaa ja mihin hintaan.

Kuva 1: Tämä ilmainen LED-avaimenperä osoitti minulle selvästi, että harvinaiset kolikkoparistot voivat olla erittäin haastavia kun ne on vaihdettava. (Kuvan lähde: Bill Schweber)

Ajattelin, että vaihto olisi helppoa, koska paristoon oli selvästi merkitty myyjän nimi (Lumatec), mallinumero (AR18) sekä jännite (4,5 volttia) (kuva 2). Miten ajattelevaista. Huomaa, että tässä esimerkissä äärimmäisyyteen viedystä kustannussäästöistä yksi ledin jalka on kytketty paristoon yksinkertaisesti läpinäkyvällä teipillä, tätä voidaan pitää joko briljanttina minimalistisena suunnitteluna tai erittäin surkeana suunnitteluna —tai ehkä se on molempia samaan aikaan.

Kuva 2: Lähempi tarkastelu antoi hyviä tuloksia: paristoon on merkitty selvästi myyjän nimi, mallinumero ja jopa nimellisjännite; huomaa että ledin jalka on kiinnitetty paristoon läpinäkyvällä teipillä. (Kuvan lähde: Bill Schweber)

Etsin paristoa verkosta, mutta en voinut löytää tämän myyjän nimeä tai pariston numeroa, joten ryhdyin seuraavaan vaiheeseen: mittasin pariston (kuva 3) ja totesin sen olevan halkaisijaltaan 23 millimetriä (mm) plus reunus, jonka kanssa kokonaishalkaisija oli 25 mm ka paksuus oli 6,5 mm. Tämän jälkeen hain useilta kolikkoparistojen myyntisivustoilta 4,5 voltin paristoa kyseisillä mitoilla. Aikanaan tajusin että olin vain hukannut aikaani ja minun oli siirryttävä toisiin asioihin ennen kuin siitä tulee pakkomielle.

Kuva 3: Toin hakuni seuraavalle tasolle mittaamalla pariston eri mitat. Tämä oli ensimmäinen looginen askel hakiessani verkosta vaihto-osaa. (Kuvan lähde: Bill Schweber)

Kokemukseni mukaan valtaosassa käyttämistäni laitteista käytetään noin viidestä kymmeneen erilaista nappiparistoa, joita voi ostaa lisää paikallisista myymälöistä. Niitä on myös runsaasti saatavana jakelijoiden kautta OEM-määriä.

Yksi henkilökohtainen suosikkini on CR2032 Panasonicilta. Tämä 3 voltin ja 225 mAh:n 20,0 mm litium-mangaani-dioksidi-kolikkokenno (kuva 4) on niin yleisesti käytetty, että Digi-Keyllä sitä on varastossa lähes kolme miljoonaa kappaletta.

Kuva 4: Panasonicin CR2032 kolikkokenno (vasemmalla) on yleisesti käytetty ja helposti saatavana. Sen mitat sopivat useisiin sovelluksiin (oikealla) ja sen kapasiteettiluokitus on huomattava, 225 mAh. (Kuvan lähde: Panasonic)

Toinen hyvä on 357-303VZ Energizer Battery Companyltä; 1,55 volttia, 150 mAh, 11,6 mm hopeaoksidiparisto. Pidän aina henkilökohtaisessa varastossa muutamia näistä paristotyypeistä ja sekä joistain muista, niin ettei minun täydy lähteä hakemaan vaihtoparistoa paikallisesta myymälästä myöhään tai huonolla ilmalla. Koska ne säilyvät viisi vuotta tai enemmän, tällainen inventaario on kohtuullinen.

Pyyntöni suunnittelijoille on yksinkertainen: pysykää johtavissa kolikko- ja nappiparistomalleissa, ellei niistä poikkeamiseen ole todella pakottavaa tarvetta. Teet itsellesi palveluksen, toimitusketjusi on helpompi ja loppuasiakkaasi ovat tyytyväisiä. Ja mikä myös tärkeää, loppuasiakkaasi eivät ole vihaisia suunnittelijoille yleensä sellaisen tekemisestä, joka ärsyttää heitä ja tekee heidän elämästään vaikeampaa ilman selvää syytä.