Détermination du pourcentage de charge d'une batterie au plomb

[Jeec]

Bonjour

Je souhaite évaluer le pourcentage de charge d’une batterie. La méthode serait de mesurer, au repos, la tension aux bornes, et d’appliquer, en interpolant, la table de correspondance suivante*:

• 100 % de charge : Environ 12,7 V
• 75 % de charge : Environ 12,4 V
• 50 % de charge : Environ 12,2 V
• 25 % de charge : Environ 12,0 V
• Déchargée : Environ 11,7 V

Je ne sais pas ce que je peux atteindre comme précision avec cette méthode, 5*% serait déjà plus qu’acceptable pour mon besoin.

La question que je me pose est relative à l’état de repos d’une batterie. Est-ce que la batterie ne doit être traversée par aucun courant (en charge ou décharge) pendant un certain temps (une journée, quelques heures?), ou alors un courant faible (jusqu’à quelle valeur) peut-il être acceptable?

Le type de batterie cible est au plomb, fermé, 12V, avec une capacité de stockage de l’ordre de 100Ah.

Ceci est un début de réflexion sur un contrôleur de batterie à micro-contrôleur, qui à terme prendrait en compte, en plus de la tension au repos, la mesure en temps réel des courants de charge et de décharge pendant les phases d'activité.

Jean
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[Piefra]

Bjr

Avec une petite charge ca serait plus representatif qu'a vide

Cdlt

[paulfjujo]

bonjour ,

Je ne sais pas ce que je peux atteindre comme précision avec cette méthode, 5*% serait déjà plus qu’acceptable pour mon besoin.

Effectivement à vide ce n'est guère représentatif ...

tout depend de la resolution de ton ADC et de sa reference de tension

ex: un ADC 12 bits
Avec une ref externe à 100ppm LM4040 R4A 4.096V +-0.1% comme +VREF
et une autre Ref Externe de 2,048V pour -VREF ADC
et un pont diviseur diviseur qui va bien , pour exploiter la gamme 2.048 à 4.096V sur 12 bits
= Zoom sur la mesure
Mesure à vide = E batterie
Mesure avec charge pour obtennir I = max capacité /10 => 10A pendant quelques secondes
=> U batterie
Mesure de courant I via un module INA219 ... (mesure aussi la tension !)
d' ou R interne batterie =( E -U) /I


donnerait déja une meilleure info sur l'état de la batterie

[Kalmann]

Bonsoir,

cette méthode ne peut pas fonctionner avec une batterie au plomb, puisque celle-ci ne contient pas une résistance interne mais une impédance dynamique, propre aux accumulateurs en général.
Plusieurs principales raison à ça:
1/ l'effet Peukert lié au niveau de courant débité (ou chargé) qui va modifier la capacité réellement disponible (Q=I^k*t) avec k coefficient de Peukert
2/ la température
3/ le vieillissement en fonction du nombre de cycles
4/ le vieillissement calendaire

C'est une liste minimale pour atteindre un résultat autour de 5%.
Faire une jauge pour batterie au plomb avec une bonne précision est réalisable, mais pour cela il faudra prendre en compte ces différents facteurs, sans quoi vous n'obtiendrez rien d'exploitable.
La seule mesure de précision n'est pas le plus compliqué, vous vous en rendrez compte rapidement.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Kalmann]

La méthode décrite par paulfjujo n'est valable que pour déterminer la résistance interne d'une alimentation par exemple.

[Murayama]

Bonjour!

Tout type de batterie a une courbe de décharge.
La baisse de tension est rapide au début, puis passe par un "plateau" ou disons un faux-plat descendant.
puis ensuite décroit brutalement jusqu'à décharge complète. Je parle évidemment de décharge complète
qui ne détruit pas la batterie. Dans le case d'une LiPo, c'est dans les 3V.
Il n'est pas possible d'avoir une solution miracle, parce que la tension va dépendre de la charge. Alors
il faut mesurer la batterie toujours dans les mêmes conditions, par exemple toujouts en fonctionnement
(c'est ce que fait votre téléphone), ou toujours au repos (je n'ai pas d'application en tête).
Donc la charge n'est pas obligatoire. Vous pouvez en principe utiliser une interpolation linéaire dans la zone
"plateau" qui englobe environ 90% du contenu, à vue de nez, ce qui donne une estimation assez précise
de la charge restante.

Pascal

[trebor]

Bjr

Avec une petite charge ca serait plus représentatif qu'a vide

Cdlt

Bonjour à tous,
Oui, mais de quelle valeur, est-ce 1/10ème ou moins de la capacité de la batterie et pendant combien de temps ?
Car la tension mesurée va baisser +/- rapidement suivant l'état de charge et d'usure de la batterie ?

[Jeec]

Merci à tous pour vos réponses.

Mes recherches m’ont permis d’arriver à identifier les différents points soulevés fort justement par Kalmann.

D’abord, j’ai bien noté qu’il faut compenser la tension mesurée, en fonction de la température.

Cela selon la formule*:
Tension ajustée = Tension mesurée + (Coefficient de compensation × (Température mesurée - Température nominale))
Les paramètres généralement retenus pour mon type de batterie seraient de 25°C pour la température nominale, et de -4 mV/°C pour le coefficient de compensation.

Il y a également une perte au niveau du courant, que ce soit en charge ou en décharge, et cela en fonction de l’intensité du courant, c’est le fameux coefficient de Peukert qu’il faudra que je détermine.

Enfin les deux derniers points devraient pouvoir être réglés en mesurant les flux de courant (de charge ou de décharge), entre deux états stables de la batterie pour lesquels une estimation du pourcentage de charge peut être calculée. Et je devrais pouvoir calculer l’évolution de la charge maximale de la batterie au cours de sa vie.

Le contrôleur tel que je l’imagine actuellement devrait permettre d’estimer la charge selon deux méthodes, l’une par mesure de la tension aux bornes quand la batterie est au repos (état qui reste à définir), l’autre par intégration du courant qui la traverse quand la batterie débite ou charge de façon significative. Dans les deux cas, il faudra effectivement tenir compte des différentes corrections citées.

D’ailleurs, j’ai déjà réalisé un prototype qui me permet actuellement de mesurer l’intensité du courant en utilisant un shunt et un convertisseur analogique numérique 16 bits permettant des mesures différentielles (ADS1115).

Pour l’instant, j’avance pas à pas et je m’intéresse d’abord à la détermination du pourcentage de charge en fonction de la mesure de tension aux bornes de la batterie au repos, d’où ma question initiale sur les conditions requises pour faire cette mesure dans les meilleures conditions.

Jean

[Kalmann]

Bonjour!

Tout type de batterie a une courbe de décharge.
La baisse de tension est rapide au début, puis passe par un "plateau" ou disons un faux-plat descendant.
puis ensuite décroit brutalement jusqu'à décharge complète. Je parle évidemment de décharge complète
qui ne détruit pas la batterie. Dans le case d'une LiPo, c'est dans les 3V.
Il n'est pas possible d'avoir une solution miracle, parce que la tension va dépendre de la charge. Alors
il faut mesurer la batterie toujours dans les mêmes conditions, par exemple toujouts en fonctionnement
(c'est ce que fait votre téléphone), ou toujours au repos (je n'ai pas d'application en tête).
Donc la charge n'est pas obligatoire. Vous pouvez en principe utiliser une interpolation linéaire dans la zone
"plateau" qui englobe environ 90% du contenu, à vue de nez, ce qui donne une estimation assez précise
de la charge restante.

Pascal

Bonjour,
le problème n'est pas si simple et encore moins avec les lithium dont certaines peuvent avoir un plateau quasi plat comme les lithium fer phosphate par exemple où cette méthode est inexploitable et notamment le résultat entre à vide et en décharge sera très différent (la jauge sera incapable de se recaler par rapport à la seule lecture de la tension).
Les batteries de téléphone utilisent un tout autre système puisqu'elle dispose d'un algorithme qui "suit" l'impédance de la batterie à travers un modèle propre à la référence de la batterie.
Pour en revenir au batteries plomb, si vous utilisez un microcontrôleur, le plus simple est de créer des tableaux de correspondances (tension vs Ah) selon différents critères de situations et d'utilisations (à vide, en charge et en décharge).
Vous pourrez renseigner des tableaux avec les résultats obtenus réellement lors de ces différents cyclages.
La mesure du courant permettra de vous caler sur le meilleur tableau correspondant.

[Kalmann]

Pour l’instant, j’avance pas à pas et je m’intéresse d’abord à la détermination du pourcentage de charge en fonction de la mesure de tension aux bornes de la batterie au repos, d’où ma question initiale sur les conditions requises pour faire cette mesure dans les meilleures conditions.

Jean

La mesure de l'état de charge au repos pour une batterie au plomb est une bonne méthode, au moins avant de lui tirer ou injecter du courant.
Il faut juste que cet état de repos soit suffisamment long pour que la chimie soit totalement stabilisée, en général compter 6 heures minimum.
https://www.altestore.com/diy-solar-...y%2024%20hours.
Voir en milieu de page.

Et ici un lien vers des explications complémentaires sur l'impédance interne et la loi de PEUKERT:
https://www.sciencedirect.com/scienc...52152X18304079
https://www.sciencedirect.com/scienc...52152X18304079

[Jeec]

Merci pour ces liens.

Déjà, cela valide la table de correspondance que j'avais trouvée, ensuite, cela indique bien le délai minimum de mise au repos, qui en fait se fait batterie sans aucune consommation pendant au moins 6 heures.
Parfois,on peut lire qu'il est conseillé, après la mise au repos et avant d'effectuer la mesure de tension, de réaliser une courte décharge (10 secondes, 10A?), ce qui peut facilement être automatisé. Qu'en pensez-vous?

En tout cas, je vais pouvoir avancer.

Jean

[Kalmann]

Non surtout pas, ça va mettre la batterie en relaxation une nouvelle fois, la tension ne sera plus stabilisée.
Cette mesure à vide (OCV -> open circuit voltage) est une des mesures nécessaire à la détermination de la capacité restante, elle sert à fixer la référence de la jauge avant usage de la batterie.
Ensuite selon le niveau de courant utilisé, et les tableaux dont j'ai parlé plus haut, la jauge effectuera une correction progressive.