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Caractéristiques de décharge lente |
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Maj :26/02/23
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Dans cette page nous allons nous intéresser à la décharge à
faibles courants d'une batterie Lithium-Ion-Polymère, pour une utilisation sur des balises transmettant à un
système central les données de capteurs. Nous traiterons de la batterie LiPo 18650 mais cela est transposable sur d'autres modèles.
Une balise autonome sur accumulateur doit indiquer au système central son état afin de pouvoir déclencher une recharge au bon moment. La simple tension n’est pas une bonne valeur car elle dépend des caractéristiques de l’accumulateur et de la consommation de la balise, il est beaucoup plus intéressant d’envoyer le pourcentage de capacité restant, donc le nombre de jours restants avant épuisement.
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![]() Quelques 18650 |
Nous considérerons une " bonne "
18650, récente, de capacité vraie d’environ 2000 mAh, ce qui signifie qu’elle est sensée fournir
2 Ampères pendant une heure, mais en réalité, c’est plus compliqué, car
la tension décroit en permanence de 4.2 V à pleine charge au coude de
décharge complète vers 3.2V. Pour tester vos propres
batteries, utilisez un déchargeur comme celui décrit ici : Déchargeur de batteries Les courbes constructeur suivantes mous montrent le comportement
aux différents courants, mais se limitent à un courant minimal de C/10, c'est à
dire une décharge en 10 heures. | ![]() Courbes décharge 18650 (données constructeur) |
L'expérience et la compilation de mesures a montré que les valeurs suivantes portées dans cette courbe Excel sont réalistes pour de longues durées ; un autre chapitre montrera comment les relever avec le minimum de bruit. La modélisation est complexe car elle demande un polynôme du sixième ordre avec un nombre de décimales considérable. |
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Il est possible ainsi de déduire la tension de la capacité restante (surtout pour vérifier la cohérence des tables), et, le plus utile, de connaitre le pourcentage de capacité restante en fonction de la tension. (la feuille Excel est dans les fichiers) Ces données seront exploitées dans la page suivante
balise ESP32 |
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Sous 3.66 V (capacité 50%), une résistance de 3.66 k
donnerait un courant de 1 mA, soit une décharge espérée en 2000 heures, soit 83 jours ; cela donnera un résultat
proche d’une décharge sur un an qui demande trop de patience.
Nous parlons de mesure à courant constant, mais cela n'est pas simple à réaliser pour de petits courants à faible tension.
Nous déchargeons la batterie pour les tests avec une simple résistance :
Sur une mesure d'une semaine, l'autodécharge compte peu, mais si l'on extrapole sur un an, cela deviendra important et réduira l'autonomie. |
Slow_record.ino (à joindre) Ce programme est destiné à réaliser des enregistrements sur de très longues durées, par exemple pour la décharge batterie.
Il est testé sur ESP32, mais tout autre CPU conviendrait.
Pour être conforme à la réalité, la batterie est branchée sur le régulateur MCP1700 330e lui même chargé par une résistance. Pour un premier test, Nous simulerons un courant de 10 mA (pour une durée estimée de 200 h soit 8 jours). Résistance R=V/I = 3.3/0.01 = 330 Ohms.
Un deuxième test sur près de 3 mois se fera à 1 mA
Nous mesurerons simultanément la tension batterie et la tension en sortie du régulateur pour tracer aussi les pertes du régulateur.
Spécifications hardware :
Le matériel devant tourner pendant des semaines sans plantage, l’alimentation doit être secourue par une batterie.
Un petit afficheur oled en I2C (voirexemple sur Déchargeur de batteries
) montre la situation en cours durée en cours du test, la tension…
Pour éviter le médiocre CAN de l’ESP32, Un excellent convertisseur analogique ADS1115 en I2C lit la tension fortement filtrée (voir Filtrage par
pondération temporelle ) sur 16 bits (0..64k) de la 18650 simplement chargée par une résistance suivant le courant voulu.
Spécifications firmware :
La période est paramétrable (défaut 10 minutes).
Lors d’un reset, un nouveau fichier d’enregistrement s’ouvre dans la µSD, il sera fermé à la tension minimale paramétrable (défaut 3 V) qui enclenchera un signal sonore permanent.
Un relai optionnel peut couper la charge en tension basse pour éviter de trop écrouler la batterie si le système est sans surveillance.
Un bouton appuyé au reset lance le menu de réglage, qui demande diverses tensions très précises via une alimentation de laboratoire et un voltmètre étalonné, pour un alignement parfait du CNA. Chaque appui valide la tension de référence (de 4.2 V à 3 V par pas de 0.1 V).
Le fichier enregistré sur la µSD sera ensuite traité sous Excel pour affiner la courbe déjà présentée, car elle sera légèrement différente suivant la qualité de chaque LiPo et le courant de décharge.
Cette
petite page est destinée à alléger la suivante balise ESP32 beaucoup plus
lourde qui exploitera ces données pour envoyer l'autonomie restante à la
base de données, la tension absolue n'étant pas significative.
Annexe : Contenu du Pack_Lipo_18650