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Batterie et Alimentation
Décharge d'une batterie/pile
Tous les types de batteries ont un point commun : la tension a leur borne diminue ou augmente en fonction de leur niveau de charge. La tension sera maximale lorsque la batterie est totalement chargée et minimal lorsqu’elle est vide.
Cette relation entre tension et SOC dépend directement de la technologie de batterie utilisée. A titre d’exemple, le schéma ci dessous compare les courbes de décharge entre une batterie 48V au plomb et son équivalent Lithium Fer Phosphate (LiFePO4).
Exemple d'une Pile duracell ultra power : https://docs.rs-online.com/2a27/0900766b814ef4c0.pdf
Arrêt d'un système électronique suite à décharge de sa batterie.
Exemple alimentation de la carte BRD4160A (équipé d'un EFR32MG1P132F256GM48) : D'après la datasheet :
Brown out reset
Lorsqu'un microprocesseur subit une baisse de tension, il se produit une réduction à court terme de la tension d'alimentation inférieure à ce qui est nécessaire pour un fonctionnement fiable. Une astuce efficace pour fiabiliser un microcontrôleur après son démarrage est d'utiliser le BOR, une solution souvent choisie pour résoudre les problèmes d'alimentation. Il est courant que les microcontrôleurs disposent d'un circuit de protection qui mesure la tension d'alimentation et se réinitialise lorsqu'il détecte des niveaux de tension faibles.
Mesure d’état de charge (SoC) par méthode OCV (Open Circuit Voltage ou Tension en circuit ouvert)
En reprenant la figure ci dessus on remarque que les batteries Lithium-ion ont une courbe de décharge beaucoup plus « plate », celà signifie que pour une large plage de fonctionnement, la tension aux bornes de la batterie évolue très faiblement. La technologie Lithium Fer Phosphate (LiFePO4) possède la courbe de décharge la plus plate, ce qui rend très difficile l’estimation du SoC sur une simple mesure de tension. En effet, l’écart de tension est si faible entre deux niveaux de charge, qu’il n’est pas possible d’estimer avec grande précision l’état de charge.
Le diagramme ci dessous montre que la différence de mesure de tension entre une valeur de SOC de 40% et 80% est de 6.0V pour la technologie Plomb acide, tandis qu’elle n’est que de seulement 0.5V pour le Lithium-Fer Phosphate !
Cependant, il est possible d’utiliser des indicateurs de charge étalonnés spécifiquement pour les batteries lithium fer phosphate (LiFePO4). Une mesure précise, couplée à une courbe de charge modélisée, permet d’obtenir des mesures de SoC avec une précision de 10%.
Mesure d’état de charge (SoC) par compteur de Coulomb
Pour suivre l’état de charge lors de l’utilisation de la batterie, la méthode la plus intuitive consiste à suivre le courant en l’intégrant durant l’utilisation des cellules. Cette intégration donne de manière directe la quantité de charges électriques injectées ou soutirées à la batterie permettant ainsi de quantifier précisément le SoC de la batterie.
Contrairement à la méthode OCV, cette méthode est en mesure de déterminer l’évolution de l’état de charge pendant l’utilisation de la batterie. Elle ne nécessite pas que la batterie soit au repos pour effectuer une mesure précise.
Bien que la mesure du courant soit effectuée par une résistance de précision, de faibles erreurs de mesures interviennent, liées à la fréquence échantillonnage de la mesure. Pour corriger ces erreurs marginales, le compteur de Coulomb est ré-étalonné automatiquement à chaque cycle de charge.
Les mesures de SoC effectuées par comptage de coulomb permettent une erreur de mesure inférieure à 1%, ce qui permet une indication très précise de l’énergie restante dans la batterie. Contrairement à la méthode OCV, le comptage de coulomb est indépendant des fluctuations de puissance délivrée par la batterie (qui engendrent des chutes de tension de la batterie), et la précision reste constante quelque soit l’utilisation de la batterie.