Caractérisation et modélisation d`une batterie

V.BoitierA.Belinger/M2CESEoptionGD2E/Univ.PaulSabatierToulouseIII/fev‐2013
Caractérisationetmodélisationd’unebatterie
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LespartiesavecuntraitàgauchesontàpréparerobligatoirementavantvotrevenueenTP.
L'ensembleduTPestàlireetétudieravantdevenirenTP.
--
OBJECTIFS
‐Comprendreetsavoirexploiterlesdonnéescontenuesdansunedatasheetdebatterie.
‐ Connaîtrelesprincipauxparamètresquiinfluentsurlaquantitéd’énergiequepeutfournirune
batterie.
‐ Savoirmesurerlesprincipalesgrandeurspermettantdecaractériserunebatterieetdedéfinirun
modèleélectriqueéquivalent.
‐ Savoirexploiterlesdonnéesmesuréespourréaliserdesestimationspermettantdedimensionner
correctementunsystèmealimentépardesbatteries..
DurantceTP,deuxtechnologiesdebatteries(PlombetNi‐MH)serontétudiéesenparallèleet
comparées.
Figure 1. Batterie Plomb 12 V – 1,2 Ah Conrad
Figure 2. Batterie Ni-MH 3,6 V – 80 mAh Varta
BIBLIOGRAPHIE
Bibliosurlesbatteries:répertoire: Biblio_Accumulateurs
Doctechniquebatteries:répertoire:docs_techniques_Accumulateurs
Rem:Chaqueaccumulateur3V80HutiliséestcomposédetroisaccuV80Hensériemontésdansun
mêmeboitier.
MATERIELSETLOGICIELS
 UnebatteriePlomb
 UneplatineéquipéedetroisaccumulateursNi‐MH(avecunsystèmededécharge,désactivé
quandl'interrupteurestverslehaut)
 Uneplatineéquipéed’unrégulateurdecourantdetypeLT3080etd’uninterrupteur(MOSFET).
 Unedoublealimentationdetensionaveclimitationencourant.
 Unecarted’acquisitionNationalInstrument6008.
 Unepinceampèremétriquepourmesurerlecourant.
 UnPCavecLabview.
 Unoscilloscope.

V.BoitierA.Belinger/M2CESEoptionGD2E/Univ.PaulSabatierToulouseIII/fev‐2013
PREPARATION
Voirdocumentsfournisenannexespourlathéoriesurlesaccumulateurs.
Questions:
1/Apartirdesdonnéesconstructeurs,etdesinformationsdonnéesdanslapartiethéoriquepréciser
lesméthodesdechargeetlesprécautionsdedéchargeàrespecter.
2/Apartirdesdonnéesconstructeursdesbatteries(PlombetNi‐MH),déterminezpourchacune
d’elleslescaractéristiquessuivantes:
‐tensionnominale,  ‐courantmaxdedécharge, ‐courantdecharge,
‐capaciténominale,  ‐résistanceinterne.
3/Déterminezapproximativementlestempsdechargeetdedéchargepourdesvaleurstypiques(ch
etdechà1C).
4/Déterminezlesprincipauxparamètresdontdépendlacapacitéd'unebatterie.
MANIP
Onsouhaitedéterminerexpérimentalementlesparamètresdumodèleélectriquedesbatteries
(PlombetNi‐MH)àvotredisposition.
Pourcela,vousallezétudierdanscettepartieexpérimentalelaphasededéchargeetdechargedes
deuxtypesdebatteries.
ETUDECHARGE/DECHARGEACCUMULATEURNimH.
Principedelamanipulation.
Leschémaci‐dessouspermetdecomprendrecommentlachargeetladéchargesontréaliséespour
uncourantdedéchargede70mA,uncourantdechargede35mA,unaccuNimH.
Figure 3. Schéma de principe pour la décharge
Figure 4. Schéma de principe pour la charge
1/Phasepréalable1:réglageducourantsiLT.
SurlamaquetteduLT3080,onimposeV_CTRL=5V=>Kfermé.Onalimentecettemaquettesous6
Volts,lecourantdébitéestaffichésurl'alimentation.OnrèglelavaleurducourantILTgrâceau
potentiomètredecettemaquetteà70mA.
Remarque:attentionsilepotentiomètren'aaucuneffetsurlecourant,c'estquelecourantest
limitéeparl'alimentationetnonparleLT3080=>ilfautaugmenterlavaleurmaxducourantde
l'alimentation.
2/Phasepréalable2:réglageducourantsiALIM.
Réglagedel'alimentationréglable(sourcedetensionaveclimitationdecourant)
a‐ Lesdeuxboutonsderéglagedel'alimentation(VetI)sontinitalementréglésàzéro.
b‐ L'alimentationnedébitantpas(circuitouvert),onrèglelatensionà3,6V.
c‐ L'alimentationestmaintenantcourt‐circuitée.
d‐ Onaugmentelecourantdecourt‐circuitjusqu'àlavaleurdésirée(35mA).
e‐ Onenlèvelecourt‐circuit,l'alimentationestprêteàêtreutilisée.

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Remarque:L'alimentationfonctionneratoujoursenenlimitationdecourantetdoncensourcede
courantconstantdurantlesmanipulations.
3/PhasededéchargeàI=cte.PourfermerK,onimposeV_CTRL=5V=>Kfermé.
L'alimentationstabiliséefonctionnetoujoursenlimitationdecourant.Onadonc:
iSC=‐iLT=‐70mA.
4/Phasedecharge(I,V).onimposeV_CTRL=0V=>Kouvert.
L'alimentationstabiliséeàétérégléeà14,0Vetàuncourantmaxde35mA.Latensionauxbornes
del'alimestimposéeparlabatterie=>l'alimstabiliséefonctionneenlimitationdecourant
iSC=iALIM=35mA.
Cettephaseduretantquelatensionauxbornesdelabatterieestendessous13,6V.Dèsquecette
valeurestatteinte,l'alimpasseenmoderégulationdetensionetlecourantdiminuejusqu'à
s'annuler.
Miseenplacedesmesures.
OnsouhaiteenregistrerlesgrandeursvSC(t)etiSC(t)surl'ordinateurviaunecarteNi6008ou6009ou
directementsurl'oscillo(modeRoll).Pourcela:
surl'oscillosurcarted'acquisition
vSCmesuredirectedeVSCmesureRSEvoie0sur
carteacquisition
iSCpinceampèremétrique(cal100mV/A)avec10tours=>onobtient
1V/Aetmesuredelatensionensortiedelapincesurl'oscillo
mesureRSEvoie1sur
carteacquisition
faireleschémacompletavantdecâblerl'ensemble.
Manipulation.
Comptetenudescaractéristiquesdesaccumulateursutilisés,choisirlecourantdedéchargeetde
chargecorrectementetréaliserlecyclage,décharge,charge.Enregistrerlesmesuresdansunfichier.
ETUDECHARGE/DECHARGEACCUMULATEURPb.
PourlabatteriePlomb,onsouhaiteaussiréaliseruncyclagedelabatterie.Fautedetemps,chaque
groupechoisirad’étudierladéchargedecettebatteriepourunevaleurdecourantdifférente:0,5A
(déchargeà0,5C)ou1A(déchargeà1C).
Lachargeseraréaliséeavecunchargeurducommerce.CommepourlesNimH,lesmesuresseront
enregistréesdansunfichier.
ANALYSEDESMESURES
Pourl'accumulateurNimH
Tracerlegraphei(t)etv(t)pourladéchargeetlacharge.
Calculerl'énergiefournieparlesaccumulateurslorsdeladécharge.
Endéduirelacapacitédel'accu.
Calculerl'énergiereçueparlesaccumulateurslorsdelacharge.
Calculerlerendementdesaccumulateurssuruncycleetparrapportàlacapaciténominaledonnée
parleconstructeur.Déterminerlespertestotales.
Tracerlacapacitédechacundesaccumulateursenfonctionducourantdedécharge.
Conclure(sourced’énergie,sourcedepuissance).
Envousaidantdescourbesdecapacitésenfonctionducourantdedécharge,estimezletempsque
vamettrelabatterieàsedéchargercomplètementsionlafaitdébitersurunechargeconsommant
10mWetsurunechargeconsommant1W.

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Pourl'accumulateurPb
a)Modèleélectriquedelabatterieauplomb:
Apartirdelamesuredelatensionauxbornesdebatterieàvidepuislorsdespremièressecondesde
ladéchargeetducourantdedécharge,déterminezlemodèleélectriqueéquivalentdelabatterieau
plomb.
b)Energierestituée:
Tracerl’évolutiontemporelledelatensionauxbornesdelabatterieetducourantdedécharge.
Calculerettracerl’évolutiontemporelledelapuissancedissipéedanslachargerésistive.
Calculerl’énergiefournieparlabatterielorsdeladécharge.
Calculerlerendementdelabatterieparrapportàlacapaciténominaledonnéeparleconstructeur.
Calculerl’énergieperduedanslarésistancesérieéquivalentedelabatterie.
Conclure.
Remerciements à David Buso, Nicolas Naudé et Cédric Renaud; le sujet de ce TP est très
largement inspiré d'un TP qu'ils ont mis en place avec les M1.CESE.