Batteries au lithium

[Deedee81]

Salut,

J'ai une question : comment fonctionne un indicateur de charge sur les batteries aux lithium ?

Si je pose ma question ici plutôt qu'en électronique c'est simplement parce que ma question est physique. Je ne demande pas un schéma électronique d'un tel indicateur mais quel est le phénomène physique, la grandeur physique, mesurable dans la batterie qui permet d'en estimer la charge et pourquoi.

L'origine de ma question est la curiosité mais aussi un constat avec l'indicateur de charge de ma caméra.
J'ai constaté que l'indicateur restait verrouillé longtemps sur 100% avant de descendre rapidement. Je ne me rappelle pas l'avoir jamais vu indiquer 90% !!!! C'est un défaut et je ne prétend pas le corriger (je vais pas aller tripoter dedans, j'ai pas envie de casser ma caméra ). Mais qui m'intrigue.

J'ai remarqué aussi que si je l'utilisais beaucoup (à pleine charge) elle restait souvent à 100% et le lendemain : BOUM, plus que 60% ou moins. Comme si en "se reposant" la batterie s'était déchargée... ce n'est évidemment pas le cas. C'est forcément lié aux mécanismes physico-chimiques d'estimation de la charge.
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[Resartus]

Bonjour,
La mesure de base est simplement la tension : la tension nominale d'une batterie li-ion étant de 3,6V ou 3,7V, une batterie complétement chargée va jusqu'à 4V, voire 4,1V et elle peut descendre de manière réversible jusqu'à environ 3V. Les appareils les plus simples ne mesurent et n'indiquent que cela

Après, il est fréquent que des mesures de courant existent aussi dans l'appareil (c'est le cas sur les portables ou les smartphones), ce qui permet par exemple d'estimer la capacité totale de la batterie (cette capacité totale diminue progressivement avec le nombre de cycles), en se basant sur la vitesse de diminution de la tension.

Il se peut que certains algorithmes prennent cela en compte pour afficher une indication de "charge" composite basée non seulement sur la tension, mais aussi sur l'historique de ces charges/décharges.
C'est peut-être le cas de ta caméra, ce qui expliquerait des indications bizarres?

Cet historique peut être réinitialisé (cela peut être intéressant quand on met une batterie neuve), mais la commande pour le faire est rarement documentée et dépend des constructeurs. Il faudrait chercher sur des forums spécialisés avec ton modèle exact d'appareil.
Si on ne fait rien, l'indication va quand même redevenir progressivement plus correcte au bout de plusieurs cycles (sauf bug logiciel toujours possible, hélas).

[Deedee81]

Salut,

Merci pour ces explications fort précises. Je vais regarder pour le modèle exact (je ne l'ai pas ici sous la main) et me documenter. Ca pourrait être intéressant.

[Black Jack 2]

Bonjour,

Bonjour,

La tension de la batterie dépend essentiellement de 3 choses.

a) Le courant de décharge.
b) L'état de charge de la batterie
c) La température.

A titre indicatif, voici les courbes pour une batterie Lithium de 150 mAh (l'allure des courbes reste la même pour des Ah différents)



Une décharge à 1.0 C (par exemple) signifie un courant de décharge de même valeur numérique (en A) que la capacité annoncée de la batterie (en Ah)

A partir de ces courbes, on peut avoir une indication plus ou moins précise de l'état de charge de la batterie.

Les "mauvais" indicateurs ne regardent que la chute de tension brutale lorsque la batterie est quasi déchargée...
Les "bons" indicateurs tiennent compte du courant tiré et de la température et mesurent les volts en cours d'utilisation ... pour calculer la charge restante.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Antoane]

Bonjour,

La mesure de tension seule ne donne effectivement pas grand chose, et aucun équipement "sérieux" ne s'en sert (seul). Cette mesure n'est utilisée que pour protéger la batterie contre les décharges profondes (avec une limite généralement fixée vers 2.5 V à 3 V suivant la technologie exacte) et les surcharges, ainsi que pour la gestion de charge (phase à tension constante, généralement jusqu'à 4.1 ou 4.2 V, voire 4.3 V suivant les technos). Voir : https://forums.futura-sciences.com/e...ml#post5718157

La mesure de la quantité d'énergie restante peut utiliser divers méthodes, suivant la complexité et la précision attendue. Si la mesure de tension ne donne pas grand chose, la méthode coulomb-métrique (intégration du courant débité) donne de meilleurs résultats mais requiert une calibration. La mesure de l'impédance interne donne des informations intéressantes. Associer plusieurs estimateurs peut aider.

On trouve pas mal d'articles, et en particulier de reviews, sur IEEE explore, par exemple :
https://ieeexplore.ieee.org/stamp/st...number=8843918
https://ieeexplore.ieee.org/stamp/st...number=8168251

je déplace en électronique (on y trouve des spécialistes) avec redirection en physique, pour que tu ais le beurre et l'argent du beurre.

[Deedee81]

Ca c'est précis. Merci.

Je n'ai en tout cas pas de problème de température (je ne m'en sers qu'à la maison et de ces temps si, dans les deux sens du terme, je ne chauffe pas).

Les "mauvais" indicateurs ne regardent que la chute de tension brutale lorsque la batterie est quasi déchargée...

Ca explique sans doute les comportements, à vue de nez ils ont plaqué une variation linéaire sur une variation réelle qui ne l'est pas du tout. Sur une caméra de coût "modeste" je suppose qu'ils ne mettent pas d'indicateur hautement sophistiqué.

[Deedee81]

On s'est croisé.

je déplace en électronique (on y trouve des spécialistes) avec redirection en physique, pour que tu ais le beurre et l'argent du beurre.

Vu l'orientation prise je m'apprêtais à le faire
Ce soit je regarderai la maquer et modèle, et j'irai zieuter sur internet, voire j'en parlerai ici.

Je ne m'attendais pas à autant de réponses aussi précises et rapides. Merci,

[invitead6c50a3]

Je ne sais pas si le sujet est toujours d'actualité mais pour apporter quelques précisions:

Il y a plusieurs méthodes pour mesurer un état de charge (précis) pour du lithium, les plus sophistiqués sont tous brevetés (Texas avec son impedance tracking, Maxim plus récemment avec sa jauge M5).
Dans l'industrie automobile il y a autant d'algorithmes que de marques de véhicules, ils sont tous développés à peu près sur le même principe, un filtre de Kalman étendu et des mois de validation du modèle de la batterie dans un environnement automobile).
Les objectifs et les contraintes n'étant pas du tout les mêmes, je ne parlerai ici que des jauges pour équipements à bas coûts.

Dans les équipements comme une caméra par exemple, tu trouveras plus surement une estimation basée sur la mesure de tension et selon le courant consommé (voir les graphes montrés par black jack2).
Ca fonctionne relativement bien en fonctionnement si les graphes enregistrés dans le µC sont corrects (correspondent bien à la batterie d'origine).
Le problème avec cette technique est que lorsque l'appareil est éteint puis rallumé au bout d'un temps indéfini, il va corriger la valeur enregistrée avant extinction par une mesure d'estimation basée sur la tension en circuit ouvert au moment où l'appareil est rallumé, donc une mesure faite juste avant consommation de l'appareil.
La tension de plateau est à très faible pente et une toute petite erreur de mesure peut se traduire par un écart non négligeable sur l'état de charge réel.
Si la différence de charge est notable le système va corriger l'information affichée par celle qu'il estime la plus juste (généralement celle basée sur l'OCV -> mesure en circuit ouvert).
Lorsque l'appareil fonctionne le logiciel fait appel à ses graphes qu'il a en mémoire, d'où un saut brutal possible après quelques instants d'utilisation.
Le logiciel utilise l'information de fin de charge (ou de fin de décharge) pour recaler sa jauge à 100% (ou 0%), si tu utilises fréquemment ton camescope entre ces 2 états ta jauge va se décaler progressivement et rapidement.
Un essai que tu peux faire consiste à recharger ta batterie complètement juste avant de te servir de l'appareil, tu ne devrais pas, en principe, voir de décalage brutal dans les indications dans cette condition.

Les appareils plus récents et à partir de la moyenne gamme utilisent des circuits spécialisés type BQ27441 ou BQ40Z50 par exemple.
Voici un lien vers le principe de la jauge Texas (impedance tracking).
https://www.ti.com/lit/wp/slpy002/sl...oogle.com%252F

Plus récemment Maxim a sorti un circuit plus évolué car il ne nécessite pas de phase d'apprentissage préalable pour créer l'image (le golden file) qui sera implanté pour cloner chaque dispositif fabriqué.
Ce sont les jauges M5 (M5 fuel gauge).
https://www.maximintegrated.com/cont...hite-paper.pdf

[Deedee81]

Salut,

Voilà des explications fort complètes Je te remercie.

Et en même temps c'est un rappel car évidemment, une fois rentré chez moi j'ai oublié de regarder la marque et le modèle. Je suis un GRAND distrait.