Comment choisir la bonne batterie pour votre prochaine application sans fil
Trouver la bonne batterie afin d’obtenir la bonne autonomie pour votre appareil sans fil n’est pas un sujet simple. Cet article ne prétend en aucun cas traiter de manière exhaustive chaque détail de chaque étape, mais il fournira un aperçu de l’ensemble du sujet afin que vous puissiez l’utiliser comme modèle pour votre processus de sélection.
Tout d’abord, vous devez tenir compte des besoins en énergie de l’appareil et de la durée d’exécution souhaitée. En prenant le courant moyen que vous prévoyez tirer de la batterie et en le multipliant par le nombre d’heures d’autonomie souhaitée, vous pouvez calculer la capacité de la batterie dont vous aurez besoin. Veuillez noter qu’il ne s’agit que d’une estimation approximative. Les conditions de performance réelles, telles que la température de fonctionnement, le courant de crête et le cycle de service (rapport du courant de crête et du courant de repos) auront un impact sur la quantité d’énergie totale (c’est-à-dire la capacité) que la batterie fournira à l’appareil et donc sur la durée de fonctionnement. En d’autres termes, même si un courant dynamique très variable peut être représenté par un seul courant moyen, la capacité que la batterie délivre en réponse à un courant dynamique très variable ne sera pas la même capacité que la batterie délivre en réponse à un courant constant égal à la moyenne mathématique du courant dynamique.
Par exemple, si votre appareil nécessite un courant moyen de 180 mA et que vous souhaitez qu’il fonctionne pendant 10 heures, vous aurez besoin d’une batterie de 1 800 mAh (milliampère-heure). Si votre appareil utilise des courants de crête de 1,7 A pendant 10 % du temps de fonctionnement et 10 mA pendant les 90 % restants du temps, alors que la moyenne est de 180 mA, il est possible que vous n’obteniez pas les mêmes 10 heures d’autonomie avec une batterie de 1 800 mAH (en fonction de la chimie de la batterie et de la durée du cycle de décharge).
L’étape suivante consiste à sélectionner une batterie candidate sur la base de la fiche technique du fabricant de la batterie.
Ensuite, vous devrez évaluer les performances d’une batterie par rapport à sa fiche technique. En fonction de la batterie et des processus de contrôle qualité du fabricant, vous pouvez constater qu’il existe des incohérences au sein et entre les lots de batteries. Le fabricant peut ne pas spécifier cette répartition des performances, vous devrez donc peut-être mettre en place une suite standard de tests afin de vérifier la fiche technique de la batterie pour un échantillon de batteries. À partir de ces données statistiques, vous pouvez déterminer la plage de variation. Vous devez sélectionner une batterie en fonction de la capacité la plus défavorable parmi les échantillons analysés. Toute batterie que vous recevez avec une capacité supérieure au pire des cas signifiera simplement une autonomie supplémentaire pour votre appareil.
En plus des tests sur plusieurs lots, nous vous recommandons d’effectuer des tests dans diverses conditions (taux de décharge, taux de recharge et températures) pour créer des profils sur la façon dont la batterie réagira dans différentes conditions de fonctionnement.
Il est relativement facile de trouver des équipements de test pour mettre en œuvre une suite standard de tests sur une batterie. Les systèmes de test de batterie spécialisés fournissent un logiciel clé en main qui vous permet de configurer des tests typiques pour mesurer les performances et la capacité de la batterie. (Voir la figure 1.) Les données de test sont stockées dans une base de données qui vous permet de générer les statistiques nécessaires pour examiner les variations au sein et entre les échantillons. Ce test vous permettra d’obtenir votre propre version vérifiée des spécifications du fabricant.
| Graphique généré à partir des données de test de la batterie | Explication du tableau |
|---|---|
| Tension vs état de charge | Il s’agit généralement d’une famille de courbes où chaque courbe est générée à différents taux de décharge tout en maintenant la température constante -OU- où chaque courbe est générée à une température spécifique tout en maintenant le taux de décharge constant |
| Capacité vs température | Il s’agit d’une famille de courbes à différentes températures maintenant le taux de décharge constant |
| Capacité vs taux de décharge | Il s’agit d’une famille de courbes à différents taux de décharge en maintenant la température constante |
| Capacité vs nombre de cycles de charge-décharge | Ceci est également connu sous le nom de diagramme de durée de vie. Il s’agit d’une courbe générée à un taux de charge, un taux de décharge et une température donnés |
| Résistance interne en fonction du nombre de cycles de charge-décharge | Il s’agit d’une courbe générée à un taux de charge, un taux de décharge et une température donnés |
| Résistance interne vs état de charge | Il s’agit d’une courbe générée à une température donnée |
Figure 1. Liste des tests de batterie typiques effectués par des systèmes de test de batterie clé en main.
Le plus important est de savoir comment la batterie fonctionnera dans les conditions réelles qu’elle connaîtra lorsqu’elle sera utilisée dans l’appareil final tel qu’utilisé dans le cas d’utilisation réel de l’utilisateur. Bien sûr, il peut y avoir plusieurs cas d’utilisation pour l’appareil sans fil. Par exemple, si l’appareil est un smartphone, le cas d’utilisation réel variera selon l’utilisateur, il appartient donc au concepteur de l’appareil de créer un ou plusieurs cas d’utilisation appropriés. Chaque cas comprendrait une séquence de conversation, d’envoi de SMS, d’accès à des pages Web, de streaming vidéo, de jeux et d’écoute de musique. Le temps consacré à chaque tâche varierait d’un cas d’utilisation à l’autre, ce qui se traduirait par des cas d’utilisation avec une forte demande de courant et d’autres moins exigeants.
Ce type de test destiné à voir comment l’appareil va vraiment épuiser la batterie est connu sous le nom de test de décharge de la batterie. C’est le test le plus difficile à mettre en œuvre. Pour effectuer un test de décharge de la batterie dans des conditions réelles, vous avez deux options.
- Vous pouvez tester la batterie dans l’environnement de fonctionnement réel pendant qu’elle alimente l’appareil sans fil. Dans ce test, l’appareil sans fil est utilisé dans le cas d’utilisation souhaité et la batterie est déchargée en commençant par une batterie complètement chargée. Pendant le test, vous mesurez et enregistrez en continu le flux de courant entre la batterie et l’appareil sans fil, et mesurez et enregistrez en continu la tension aux bornes de la batterie. Avec ces deux formes d’onde de mesure, vous pouvez voir le courant dynamique réel provenant de la batterie et vous pouvez voir la tension de la batterie qui en résulte lorsqu’elle diminue pendant le fonctionnement de l’appareil sans fil. Cela vous donnera l’évaluation la plus réaliste de l’autonomie de la batterie.
- Semblable à l’option 1, vous pouvez également tester la batterie à l’aide d’une simulation de l’appareil sans fil pour décharger la batterie. L’appareil sans fil est simulé par une charge électronique qui est continuellement reprogrammée pour dessiner la même forme d’onde dynamique que l’appareil sans fil dessinerait pendant le cas d’utilisation spécifique que vous essayez de tester. Bien qu’il ne s’agisse que d’une simulation et qu’elle ne donne peut-être pas l’évaluation la plus réaliste de la durée d’exécution, cette méthode vous offre la plus grande flexibilité, car la simulation peut être facilement reprogrammée pour simuler différents cas d’utilisation.
Voir la figure 2 pour consulter un exemple d’instrument qui peut effectuer l’une des options de test de décharge de batterie ci-dessus.
Figure 2. L’analyseur de puissance DC N6705C de Keysight, équipé d’un module d’analyseur de décharge de batterie N6781A de Keysight et du logiciel avancé de contrôle et d’analyse de puissance PathWave BenchVue BV9201B, fournit une solution d’instrumentation complète pour effectuer des tests de décharge de la batterie.
En résumé, la sélection de la batterie consiste à trouver la bonne batterie, à vérifier ses spécifications pour comprendre la variabilité au sein et entre les lots et entre les fabricants, et enfin à mesurer son autonomie réelle dans des conditions réelles.
Pour en savoir plus sur les analyseurs d’alimentation DC N6705C de Keysight et l’analyseur de décharge de batterie N6781A, cliquez ici
