Mesurer la charge d'une pile Lithium Thionyle Chloride

[Aldebaraaaaaaan]

Bonsoir (ou bonjour si vous me lisez demain),
J'ai besoin d'une source d'énergie pour un projet embarqué dans des conditions de température basses (entre 20 et -10 degrés celsius). Entre autre le dispositif devant tenir longtemps et étant sujet à des pics de courants brefs mais important (2A pendant 1 ou 2 µs) je me suis orienté vers des piles Lithium. Elles offrent une capacité intéressante, une auto-décharge faible et selon les modèles la possibilité d'assurer les pics de courants cités précédemment.

Donc tout est beau, seulement j'ai un problème pour estimer leur charge. En effet la tension de ces piles ne varie quasiment pas en fonction de la charge et ce à tout moment. D'un côté c'est génial, je vais pouvoir tirer parti du plus d'énergie possible (mon système ne fonctionnant plus en dessous de 3.3V) mais d'un autre côté ça me pose un sérieux problème pour estimer la charge d'un élément.
Auparevant j'utilisait des batteries Lithium/Ion pour mes tests et comme leur tension baisse avec leur charge; en se munissant de la bonne courbe et en tennant compte de la température je pouvais arriver relativement facilement à déterminer leurs charge.
Alors voilà : Comment estimer la charge d'une pile dont la tension varie peu ou pas pendant tout le temps de décharge ? J'ai cherché cette info mais je ne l'ai pas trouvée.

Merci d'avance
-----

[dje8269]

Bonsoir,

Je me suis heurté, à ce délicat problème. J'ai obtenu des réponses extrêmement précise , de personne ultra compétentes .

Voici lien
http://forums.futura-sciences.com/el...po-autres.html

Il parle de batterie li-po, mais qui possède les mêmes caractéristiques. Pour ma part j'ai pris du retard dans mon projet, et au vu de la complexité, j'avoue avoir un peu baissé, les bras.

Bon courage

[invite03481543]

Bonsoir,

avez-vous une référence de votre pile?
Voici un document qui vous apportera quelques éléments de réponses utiles.
@+

[Aldebaraaaaaaan]

Bonjour, tout d'abords merci de vous penchez sur mon problème.
Alors pour la référence de la pile c'est une ER34615M, voici son datasheet : http://www.mega-piles.com/im/EUROPA-ER34615M.pdf
Ci-dessous sa courbe de décharge je pense (je suis très léger en lecture de datasheet mais ça y ressemble) :


Si c'est bien ce que je pense il m'étonnerai que je puisse estimer la charge vis à vis de la tension.
Par contre après avoir lu plus ou moins correctement le document passé par HULK28 et en ayant regardé de plus près le datasheet de ma pile il apparaît que la capacité maximum à un instant T est fonction de la charge ?
Reprenez moi si je me trompe mais en ce cas je devrais pouvoir estimer mon % de charge en relevant le courant de ma pile alors que je lui fait alimenter une résistance par exemple ?
En partant du principe que I=U/R je n'ai donc qu'à mesure la tension aux bornes d'une résistance pour calculer mon courant ce qui me permettra par la suite d'en déduire la charge par rapport à la courbe Capacity VS Current du datasheet ? Il faudra bien sur tenir au moins compte de la température.

Si ce raisonnement est correcte ce n'est pas si compliqué finalement, mais je sens que je suis dans l'erreur.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Jeryko]

Bonjour,

Dans tous les cas, il me semble bien que la mesure de la tension d'un générateur ( pile ou accu)
doit se faire en charge, et non à vide.

Je ne sais pas lire le document HULK28, dommage.

Sur ton document, on voit que sous 2A il y a quand même une baisse de tension.
Donc il faudrait mesurer la tension durant tes impulsions ?

[invite03481543]

La tension ne donnera pas la charge restante de la pile, la tension de plateau étant bien trop plate.
Il faut exploiter les équations de la doc.

Dans tous les cas il sera nécessaire de sacrifier une pile neuve pour la bonne cause, pour vérifier par relevés successifs la bonne corrélation entre le calcul théorique indiqué et le résultat réel, car il peut y avoir quelques divergences structurelles entre le modèle de la doc et ton élément.
Faire ces relevés à courant constant, toujours, ce qui implique d'avoir une charge régulée électronique.
Il y a des équations intégrant l'influence de la température, ce sont celles-ci qu'il faut exploiter bien sur.
Il y a baisse de tension simplement parce qu'il y a une résistance interne (Vpile=E-rI), attention de bien faire une mesure voltmétrique de type montage amont, je préfère le préciser au cas où pour la précision du relevé et avec un voltmètre digne de ce nom (20000 points min).

[fabang]

On voit que sur les courbes que ta pile sous un courant de décharge de 1mA restitue environ 48,6Wh.
Par contre sous un courant de 2A elle ne restitue plus que 24Wh, que l'on peut pousser à 26,4Wh si on prend en compte les pertes liées à la résistance interne.
On voit donc que l'efficacité des réactions chimiques est gravement impactée quand le courant augmente.
Mais la il s'agit d'un cas simple à courant de décharge constant. Dans le cas de courant pulsé, le comportement est encore différent, et les constructeurs ont bien du mal à donner l'énergie qui sera restitué par la pile en fonction du profil de consommation.
Reste un point important, tu ne dis pas combien de temps avant la fin de vie de la pile tu souhaites avoir une info de pile déchargée. Si se temps est assez court il y a peut être des solutions.

[invite03481543]

fabang a raison.
Il faudrait également que tu indiques la fréquence des pulses.
Si les pulses sont suffisamment espacés il n'y aura pas d'échauffements progressifs au sein de la pile, dans le cas contraire il faudra utiliser le courant moyen pour estimer l'élévation de température qui quantifiera également les pertes pour affiner le modèle.
Il faudrait que tu nous en dises plus sur ton projet, j'ai le sentiment que ce n'est pas la seule solution à ton problème.
Peux-tu développer les raisons de ce choix de pile vis à vis de l'application?

[Aldebaraaaaaaan]

Re bonjour,
Alors, je vais vous en dire plus sur mon projet. C'est un système de tracking à base d'Adafruit Fona (communication SMS et DATA), de GPS Ultimate et d'atmega328P. Je les alimente directement via une batterie ou une pile (enfin pour la pile c'est pour bientôt, je dois d'abords changer le Fona, il ne fonctionne qu'avec une LiPo). Enfin pas vraiment directement, je fais passer tout ça par un montage de Mosfet P et N commandés par un attiny45 pour éteindre totalement mon système et le rallumer à intervalle régulier (d''ailleurs j'ai un étrange problème avec ce montage de mosfet mais ça fera l'objet d'un autre post).
Pour les pics de courant ils surviennent peut être une fois tous les 1/4 d'heure (j'éteins le système pendant dix mins et le rallume 4 mins, le GPS et le Fona on des pic de courant (2A max) au démarrage et puis se contente de quelques mA).

Dans l'idéal ce que je voudrais c'est avoir le % de charge de ma pile à chaque relevé, mais n'avoir qu'une indication avant la décharge complète me convient aussi, en effet je dois pouvoir signaler par une alerte que le dispositif va arrivé à la fin de sa vie
J'ai lu plus en détails la documentation fournie par HULK28, j'ai bien une formule qui me semble correspondre mais étant nul en maths la partie concernant la température est totalement opaque pour moi.

Alors je me lance :
C = charge de ma batterie, C0 = la capacité totale, i = le courant mesuré, b et a sont des constantes choisie par rapport à une des courbes (p.9) les valeurs qui me semblent intéressantes sont a = 1/3 et b = 1.
Donc : C = C0 * ( exp( -(i/b)^a ) )

J'ai bon ?
J'espère vous avoir fourni toutes les infos voulue et encore merci de votre aide !

[fabang]

Le profil de consommation de l'Adafruit Fona c'est 25mA en attente de réception, 200mA pendant les contacts avec une bornes, et un pic de 2A à la connnexion de l'alimentation du à la charge des condensateurs (le pic ne doit pas dépasser une centaine de ns).
Il y a aussi une commande on/off (ligne key) qui doit te permettre de t'affranchir d'une électronique de commutation d'alimentation et peut être aussi éviter le pic de courant.
Si jamais tu coupes l'alimentation de la Fona, fais attention à ce que les lignes d'interface de l'attiny45 soient à l'état bas pour ne ppas consommer bêtement (et peut être dangereusement) du courant en latchup.
En gros avec une pile 12Ah et un fonctionnement de 5mn tout les 15mn (C'est en jouant sur ce ratio que tu peux gagner le plus) tu dois pouvoir approcher les 1000h de fonctionnement (40j)

[Aldebaraaaaaaan]

C'est aussi ce que j'ai calculé, en fait je passe par une alimentation commandée parce que la veille du fona et du gps consomme tout de même quelque mA alors que mon montage de mosfet et mon attiny peuvent descendre vers 1mA.
Par contre le fona avait l'air très cool mais à utiliser c'est un peu chiant... L'obligation d'avoir une LiPo branchée sur le port batterie en est une. Je ne sais pas pourquoi mais elle ne fonctionne pas avec autre chose (générateur, pile, centrale nukélaire, etc), c'est indiqué sur le site d'adafruit. Étrange quoi, c'est peut être lié au fait que le fona permet d'estimer la charge de la lipo mais tout de même.

[fabang]

La Fona ne permet t-elle pas la recharge par le port USB? dans ce cas la fonction chargeur est intégrée, et elle ne supportera aucune autre technologie de batterie.

[Aldebaraaaaaaan]

Oui, effectivement elle supporte la charge via usb, mais n'ayant pas brancher l'usb je pensais naïvement que je pourrai l'alimenter avec ce que je voulais sur son port bat.
Au fait tu fait référence à quoi en disant : les lignes d'interface de l'attiny45 soient à l'état bas pour ne ppas consommer bêtement (et peut être dangereusement) du courant en latchup.
Tu veux parler des IO ? Si oui effectivement je les place à l'état bas en veille. Le courant de latchup c'est le courant de fuite ?

Pour qu'on se comprenne mieux voilà mon schema :

 Cliquez pour afficher

C'est le montage complet, à gauche tu peux voir le montage de mosfet (y a marqué fet c'est normal), la commande est une broche de l'attiny, elle est à 0 (GND, état bas) en veille et à VBAT en fonctionnement.
Je devrais ajouter une résistance pour pallier un courant de fuite ? Ça fonctionne mais sur un des montage j'ai eu un problème le canal P était toujours saturé et commutait une tension de 1.8 V en permanence (indépendamment d'une commande quelconque).
Mais bon je m'éloigne du sujet initial (c'est que je voudrais pas que la modération me tombe dessus )

[fabang]

Quand tu appliques un niveau logique haut à l'entrée d'un composant non alimenté, il y a un courant qui s'écoule (via les jonctions ou les diodes de protections) de l'entrée vers la ligne d'alimentation du composant, cela s'appelle le latchup. Dans certains ça peut être destructifs (lire les spécifications), et dans ton cas, ça va tirer du courants sur les sorties de l'Attiny.
Mesure quand même le courant consommé par le Fona en état OFF, en gros il devrait être négligeable, comme celui d'un portable en état OFF.

[Aldebaraaaaaaan]

Ok, du coup je ne suis pas dans ce cas, si ? Je ne vois aucun élément éteint sur lequel j'appliquerai un niveau logique, ni le fona ni le gps (ils sont soit éteint et en ce cas le seul éléments pouvant les toucher est l'atmega mais il est lui aussi non alimenté, soit tout est alimenté et la le problème ne se pose plus).
Tu parles peut être du mosfet, mais c'est le comportement normal dans ce cas non ?

Sinon t'en pense quoi de la formule que j'ai posté plus haut ? Ça te semble envisageable ?