CR2032 的壽命與主電源關閉時間的關係
影像檢測設備、量測設備、製造設備等機器中，經常會搭載工業電腦。
這類設備一旦導入後，使用超過 10 年並不罕見。
而在工業電腦的主機板上，有時會搭載一顆價格僅數十元新台幣的小型鈕扣電池。
其中最常見的就是 CR2032。
這顆電池主要用於 RTC（Real Time Clock，實時時鐘）與 CMOS 的備份，即使設備的主電源被關閉，也能維持時間以及部分設定資訊。
而 RTC 備份電池有一個很容易被忽略的特性。
那就是：
設備主電源關閉的時間越長，備份電池實際工作的時間也會越長。
即使關閉設備電源，RTC 仍然不能停止
即使將 PC 關機，下次啟動時仍然會顯示正確的日期與時間。
這是因為 RTC 擁有獨立於主電源之外的備份電源。
當主電源供電時，主機板可以直接向 RTC 供電；但當主電源消失後，就會由 CR2032 等備份電池維持 RTC 運作。
也就是說：
主電源 ON
↓
RTC 主要由設備本身供電
主電源 OFF
↓
RTC 備份電池開始工作
乍看之下，可能會覺得「設備沒有使用，電池應該也沒有消耗」。
但對 RTC 備份電池來說，情況反而相反。
設備沒有使用、而且主電源關閉的時間越長，備份電池的消耗也會越多。
RTC 備份電池可以使用多久？
困難的地方在於，RTC 電池的壽命不能單純用「因為是 CR2032，所以可以使用幾年」來判斷。
電池壽命會受到以下因素影響：
- RTC／CMOS 電路的備份電流
- 電池容量
- 主電源關閉時間
- 環境溫度
- 電池本身的自放電與老化
因此，即使使用相同的 3V 一次鋰電池，不同設備所標示的備份時間也可能不同。
實際查看工業設備製造商的規格，就可以看到一些很有意思的差異。
有些工業電腦在關機狀態下約 3 年，開機狀態下則可達約 10 年
Advantech 工業電腦 ECU-4784 的使用手冊 中，說明了用於 CMOS 備份的 BR2032，在系統電源關閉時會持續消耗電池。
其電池壽命規格如下：
| 使用狀態 | 電池壽命 |
|---|---|
| 系統電源 OFF | 約 3 年 |
| 系統電源 ON | 約 10 年 |
即使是同一台設備、使用同一顆備份電池，僅僅因為設備是否持續通電，電池壽命就可能產生如此大的差異。
另一方面，OMRON 的機器自動化控制器 NX5 則標示，在 25℃、通電率 0%，也就是設備完全斷電的條件下，備份電池壽命為 5 年。
因此，這並不是說：
「工業設備的 RTC 電池一定會在 3 年後沒電。」
真正重要的是：
電池種類、備份電路、環境溫度，以及設備的實際使用方式，都會大幅影響電池壽命。
節能時容易被忽略的 RTC 備份電池消耗
近年來，為了節能以及降低待機功耗，工廠在設備未使用時關閉主電源的情況並不少見。
例如，一台設備的運轉方式如下：
- 平日每天運轉 9 小時
- 夜間關機 15 小時
- 週六、週日全天關機
一週共有 168 小時，其中設備實際通電的時間只有 45 小時。
其餘的 123 小時，也就是約 73% 的時間，設備都處於斷電狀態。
依照 RTC 備份電路的設計方式，這些時間可能都需要由備份電池來維持 RTC。
當然，這並不是說：
「只要節能關機，RTC 電池就會很快沒電。」
但是，如果原本 24 小時持續通電的設備，改成夜間與假日關閉主電源，RTC 備份電池的累積工作時間就可能大幅增加。
從整體設備來看，節能當然是正面的做法。
但如果只看 RTC 電池這個非常小的零件，卻有可能因此增加電池的更換頻率。
一顆只要幾十元新台幣的電池，更換成本卻不只幾十元
CR2032 本身非常便宜。
但是在工業設備中，真正的問題往往不是電池本身的價格，而是更換電池所需要的作業。
如果工業電腦被安裝在影像檢測設備、量測設備或製造設備內部，即使只是更換一顆電池，也可能需要以下步驟：
停止設備
↓
拆除設備外蓋
↓
打開工業電腦
↓
找到並接近 CPU 板上的電池
↓
更換 RTC 備份電池
↓
確認 RTC 與 BIOS／UEFI 設定
↓
恢復設備運轉
視設備情況而定，甚至可能需要由設備製造商或維修服務公司進行作業。
也就是說，為了更換一顆只要幾十元新台幣的電池，卻可能必須停止設備並投入相當的維護工時。
如果工業設備預計使用 10 年以上，那麼：
「RTC 電池在設備使用期間到底需要更換幾次？」
這個問題在評估設備維護性時，就不能忽略。
如果需要更換電池的設備數量增加，影響也會隨之放大。
如果設備位於生產線上，甚至可能因為更換一顆備份電池，就必須暫停整條產線。
設備製造商與經銷商也會產生維護工時
這個問題並不只影響實際使用設備的客戶。
對設備製造商以及負責供應設備的經銷商來說，RTC 備份電池同樣可能成為維護上的問題。
RTC 備份電池屬於耗材，但設備交付後，製造商很難持續掌握所有設備的電池狀態，也無法保證每一位使用者都會在電池壽命到期前主動更換。
尤其是 CR2032 這類 RTC 備份電池，在設備正常運轉時很難察覺劣化。
往往是在設備關機後再次啟動時，問題才第一次浮現。
例如：
「長假結束後重新開機，發現設備時間被重設了。」
「重新開機後，出現與 RTC 或 CMOS 有關的異常。」
這時，使用者就可能聯絡設備製造商或供應設備的經銷商，並開始進行問題原因的排查。
可能會進一步發生：
經銷商聯絡設備製造商、製造商進行原因分析、安排維修人員，甚至派員到現場，更換電池、確認設定以及進行設備動作確認。
即使最後發現原因只是一顆價值幾十元新台幣的備份電池，所產生的人力成本也絕對不只有幾十元。
另外，RTC 備份電池的壽命也不能單純用「設備交付後幾年」來決定。
24 小時持續通電的設備，和夜間及假日會關閉主電源的設備，備份電池實際工作的時間完全不同。
因此，從設備製造商或經銷商的角度來看，RTC 備份電池也是一種：
壽命會因每位客戶的設備使用方式而改變，因此很難設定統一更換週期的耗材。
正因如此，除了等到電池沒電之後再處理之外，在設備設計階段就考慮：
延長 RTC 備份電池的壽命
或者：
將電池配置在更容易更換的位置
也是值得考慮的維護設計。
讓 RTC 備份電池使用 10 年的思考方式
那麼，除了讓電池更容易更換之外，有沒有可能直接降低備份電池的更換頻率呢？
除了 CR2032，也有容量更大的 3V 備份電池
可用於 RTC 備份的 3V 一次電池並不只有 CR2032。
在工業用途上，也會使用以長期備份為目的的 BR 系列氟化石墨鋰電池。
其中一種就是 Panasonic 的 BR-2/3A。
| CR2032 | BR-2/3A | |
|---|---|---|
| 額定電壓 | 3V | 3V |
| 額定容量範例 | 約 200mAh | 1200mAh |
| 外型 | 鈕扣型 | 圓筒型 |
| 主要特點 | 小型、容易取得 | 適合長期備份用途 |
| 容量比 | 1 | 約 5～6 倍 |
BR-2/3A 的額定電壓為 3V，額定容量為 1200mAh。
Panasonic 也將 FA 工廠自動化設備等的記憶體備份，列為 BR 系列圓筒型鋰電池的應用之一。
實際上也有以「斷電 10 年以上」為目標設計的工業電腦
BR-2/3A 並不只是單純容量較大的 3V 電池。
實際上，也有工業電腦從設計階段就以 RTC 長期備份為目標，並採用 BR-2/3A。
例如 CONTEC 的工業 Box PC IPC-BX950 系列，使用 BR-2/3A 來備份日曆時鐘以及 CMOS RAM。
官方文件中標示，其備份時間在 25℃、電源斷開的狀態下可達 10 年以上。
換句話說：
如果工業電腦預計長期使用，那麼從一開始就將 RTC 備份設計成長壽命系統
這樣的設計理念，其實早已存在。
每隔幾年更換一次 CR2032，並不是唯一的做法。
延長既有 CR2032 設備的備份壽命
那麼，對於已經使用 CR2032 的工業電腦，又能怎麼做呢？
直接更換 CPU 板，或對主機板進行改造，在很多情況下並不實際。
其中一種方法，就是利用：
與 CR2032 外型相同的假電池，將備份電源連接端子延伸到外部。
利用假鈕扣電池將備份電池外接
基本架構如下：
CR2032 電池座
↓
假鈕扣電池
↓
電纜
↓
外接 3V 備份電池
透過這種方式，不需要在 CPU 板上焊接或直接改造電路板，就能將備份電源接點延伸到外部。
例如使用 3V 的 BR-2/3A，就能獲得比 CR2032 更大的容量，並建立更適合長期備份的電源配置。
而且外接化還有一項和增加容量不同的優點。
如果將電池配置在設備中容易維護的位置，下次更換電池時，就不必再次深入設備內部接觸 CPU 板。
也就是可以同時從兩個方向改善維護性：
「降低電池更換頻率」
以及：
「讓下一次更換電池的作業更簡單。」
外接化時需要注意的事項
CR2032 與 BR-2/3A 都是額定 3V 的一次鋰電池，但 BR-2/3A 的容量以及實體尺寸都不同。
因此，實際使用時需要考慮正負極配線、電池固定方式、電纜配置，以及防止短路等安全設計。
另外，由於這屬於對既有設備的變更，因此也需要確認設備製造商的保固與維護條件。
如果設備要使用 10 年，也值得關注這些「小型耗材」
工業電腦、影像檢測設備與量測設備，有可能持續使用超過 10 年。
但另一方面，設備內部仍然存在 RTC 備份電池這類耗材。
就像本文前面的例子，如果設備平日每天運轉 9 小時，而夜間以及週六、週日都關閉主電源，那麼：
一週大約有 73% 的時間處於斷電狀態。
如果 RTC 在主電源關閉期間需要依靠電池備份，那麼備份電池工作的時間自然也會變長。
更麻煩的是，設備交付後，設備製造商與經銷商通常很難持續掌握 RTC 備份電池的剩餘容量。
很可能要等到電池真的沒電，收到以下詢問之後：
「時間好像不對。」
「重新開機之後設定改變了。」
「設備的動作和平常不一樣。」
經過調查後，才第一次發現真正的原因其實只是備份電池耗盡。
即使原因只是一顆價值幾十元新台幣的電池，如果因此產生客戶詢問、原因調查、經銷商與製造商之間的溝通、安排服務人員、現場訪問、更換電池以及設定確認，其維護工時也絕對不容忽視。
因此，對於預計使用 10 年以上的工業設備來說，除了考慮：
「RTC 備份電池要能使用幾年？」
之外，也值得進一步思考：
「能不能降低電池的更換頻率？」
「真的需要更換時，能不能更容易接近電池？」
這些問題都可以納入設備整體的維護設計之中。
如果工業電腦要使用 10 年，備份電池也希望能使用 10 年。
增加 RTC 備份電池容量，或將電池外接化，都是可以考慮的方法之一。
Cyack Lab 開發並販售可從 CR2032 等鈕扣電池座將電源接點延伸到外部的假鈕扣電池。
不需要加工 CPU 板本身，就能將備份電源延伸到外部，因此也可以應用於 RTC 備份電池外接化，或將電池移設到更容易維護的位置。
如果設備預計使用 10 年，不妨也重新檢視一下設備內部這顆不起眼的小型備份電池。
