Application Note : Mesure de l`impedance interne d`un accumulateur

Application Note : Méthode de mesure de l’impédance interne d’un accumulateur
Clément Keller GE3 1
Méthode de mesure de l'impédance interne
d’un accumulateur
Sommaire
1. Pourquoi mesurer l’impédance interne ...................................................................................... 2
2. Que révèle l’impédance interne .................................................................................................. 2
3. La méthode .................................................................................................................................. 3
4. Le circuit de test .......................................................................................................................... 4
5. La capacité de liaison ................................................................................................................... 5
6. Le mode opératoire ..................................................................................................................... 6
7. Analyse des résultats ................................................................................................................... 8
a. Caractéristiques du signal alternatif ........................................................................................ 9
b. Type du signal alternatif ........................................................................................................ 11
c. Température .......................................................................................................................... 12
d. Tendance générale ................................................................................................................ 14
e. Charge.................................................................................................................................... 15
f. Les batteries au Plomb .......................................................................................................... 17
8. Conclusion ................................................................................................................................. 18

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1. Pourquoi mesurer l’impédance interne
Une méthode très commune pour mesurer l’état de santé (SOH : State Of Health) d’une
batterie est une mesure de la tension à vide. Cette méthode peut fournir une approximation de l’état
de santé si l’état de charge (SOC : State Of Charge) est connu. Mais elle reste imprécise car
l’évolution entre l’impédance interne et la tension à vide n’est pas linéaire. De plus cette méthode
nécessite de déconnecter la batterie du système.
A l’inverse, la méthode de mesure de l’impédance interne peut se faire avec la batterie en
fonctionnement et permet donc de saisir les caractéristiques qui sont à l’origine de la tension à vide.
Cette méthode prend plus d’éléments en compte que la mesure de la tension et est donc plus
précise.
2. Que révèle l’impédance interne
L’impédance interne d’une batterie est révélatrice de l’état de santé d’une batterie et de son
état de charge. Concrètement, lorsque l’on connait l’impédance interne d’une batterie, on peut
déterminer l’état de charge si l’état de santé est connu et inversement.
D’une manière générale l'impédance d’une batterie a tendance à augmenter avec l'âge, donc
avec la dégradation de son état de santé. Il est par contre beaucoup plus difficile de donner une
tendance de l’évolution de l’impédance interne en fonction de son état de charge, tant il y a de
disparités entre les technologies.
L’état de vie d’une batterie est équivalent à sa capacité résiduelle, il y a juste une différence au
niveau de l’unité. En effet, l’état de santé s’exprime en cycles restants ou en pourcentage, alors que
la capacité résiduelle s’exprime en ampères heures. Ces deux notions sont donc directement
corrélées et diminuent avec la dégradation de la batterie.
On peut également noter que tandis que l'impédance augmente avec la détérioration de la
batterie, l’admittance diminue. Ainsi l’admittance est directement corrélée à la capacité résiduelle de
la batterie. L’admittance de la batterie permet donc une approximation avec l'Etat de la Santé (SOH)
de la batterie, dès lors que l’état de charge (SOC) est connu.
CommeSOH≃1
Zet=1 YalorsSOH≃(||)
SOH : State Of Health, état de santé
 : Module de l’impédance interne en Ohms
Y : Module de l’admittance interne en Siemens

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3. La méthode
Chaque fabricant a sa propre définition de l'impédance interne d’une batterie et sa propre
méthode de test pour la déterminer.
D’une manière générale, la méthode consiste à appliquer, aux bornes de la batterie, une tension
alternative de fréquence et d'amplitude connue et de mesurer de la tension et le courant alternatif
résultant. L'impédance Z est alors calculé grâce à la loi d'Ohm comme ci-dessous :
=|E|
|I|
 : Module de l’impédance interne, en Ohms
|E| : Module de la tension alternative aux bornes de la batterie, en Volts
|I| : Module du courant alternatif aux bornes de la batterie, en Ampères
Ces tests n'affectent pas les performances de la batterie. Ils peuvent être effectués lorsque la
batterie est en cours d'utilisation ou ils peuvent être utilisés pour surveiller en permanence les
performances de la batterie, évitant la nécessité des tests de charge ou décharge.

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4. Le circuit de test
Pour réaliser cette méthode, voici le circuit de test à utiliser, représenté sur la Figure B-1.
Figure B-1 : circuit de test
Ce circuit comprend :
− un Générateur de Basse Fréquence (GBF), pour émettre le signal alternatif
− une capacité de liaison, pour protéger le GBF
− une résistance de 1 Ω, pour avoir une image du courant parcourant la batterie
− un oscilloscope équipé de voies différentielles et isolées

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5. La capacité de liaison
Pour éviter de détériorer le générateur basse fréquence, il faut placer une capacité de liaison.
Son but est d’empêcher un retour de tension continue provenant de la batterie en direction du GBF.
Il est nécessaire de changer la capacité de liaison à chaque fréquence, afin d’adapter en
fréquence le circuit de test. Le but est de fixer des valeurs, afin que l’impédance de la capacité soit
toujours la même.
Dans notre cas, voici les valeurs que nous avons utilisées, Figure B-2.
F
(Hz)
C (F)
|Z| (
Ω)
100,0E+0
1,0E
-
3
1,6E+0
1,0E+3
100,0E
-
6
1,6E+0
10,0E+3
10,0E
-
6
1,6E+0
100,0E+3
1,0E
-
6
1,6E+0
1,0E+6
100,0E
-
9
1,6E+0
Figure B-2 : La capacité de liaison en fonction de la fréquence
 !
"
!=1
C∗ω=1 C∗2∗π∗F=1 0,2∗π=1,6Ω
!
"
! : Module de l’impédance de la capacité de liaison, en Ohms
C : Capacité de liaison, en Farads
ω : Pulsation, en Radians par seconde
F : Fréquence en Hertz
Pour gagner du temps lors d’une campagne de tests sur des batteries, il convient de se limiter à
une fréquence et à une seule amplitude. Suite à des tests préliminaires, on peut déterminer une
fréquence où l’impédance reste relativement stable.