Comment mesurer la capacité d’une batterie : une manière simple et précise

Pour mesurer la capacité d’une batterie, il faut décharger la batterie en utilisant une résistance ou toute autre charge jusqu’à ce que la tension tombe à la valeur minimale, et enregistrer le courant et la tension à travers la charge pendant le processus de décharge. Il faut ensuite construire un graphique en utilisant les données recueillies, et la capacité d’une batterie peut être calculée à partir de ces données. Mais voici un problème – pendant le processus de décharge, le courant à travers la résistance de charge baisse, donc nous aurons besoin d’intégrer les données dans le temps, donc cette méthode n’est pas précise.

Mais si nous allons décharger la batterie à travers une source de courant, alors nous pouvons trouver la capacité de la batterie beaucoup plus facilement et plus précisément. Mais voici l’autre problème : la tension aux bornes d’une batterie (1,2…3,7 V) n’est pas suffisante pour alimenter la source de courant. Ce problème peut être résolu en utilisant une source de tension supplémentaire.

Le schéma du circuit utilisé pour la mesure de la capacité de la batterie est représenté sur la figure 1. Ici, nous pouvons voir que la batterie à tester V1 est connectée en série avec la source de courant (la source de courant est basée sur le régulateur de tension LM7805 et la résistance R1) et avec l’autre source de tension V2. Notez la polarité de V1 et V2 : comme ils sont connectés en série, leur tension sommaire est donc suffisante pour alimenter la source de courant. La tension minimale de fonctionnement de la source de courant est de 7 Volts (5 V est la tension à la sortie du LM7805, aux bornes de la résistance R1, et 2 V est la tension minimale de fonctionnement entre l’entrée et la sortie du LM7805). La tension de synthèse de V1 et V2 n’est pas inférieure à 9 V, elle est supérieure à la tension de fonctionnement de la source de courant.

A la place du LM7805, vous pouvez utiliser n’importe quel autre régulateur de tension, par exemple le LM317 (sa tension de sortie est de 1,25 V et sa tension de chute minimale est de 3 V). Dans ce cas, la tension de fonctionnement de la source de courant est de 4.25 V, donc nous pouvons utiliser la source de courant V2 avec une tension de 5 V. Avec le LM317 le courant peut être calculé avec cette formule : I = 1,25/R1.

Alors, par exemple, pour le courant de décharge de 100 mA, la valeur de R1 est d’environ 12,5 Ω.

Comment mesurer la capacité de la batterie

Au début, faire correspondre la valeur de la résistance R1 pour définir le courant de décharge souhaitable. Dans la plupart des cas, le courant de décharge est égal au courant de fonctionnement de la batterie. Notez que certains régulateurs de tension LM7805 et autres peuvent consommer un courant supplémentaire de 2…8 mA, il est donc préférable de vérifier le courant en utilisant un ampèremètre. Après cela, connectez une batterie complètement chargée au circuit imprimé, allumez l’interrupteur SA1 et notez l’heure. Surveillez la lecture du voltmètre (PV1). Lorsque la tension de la batterie atteint une valeur minimale, éteignez l’interrupteur SA1 et notez à nouveau l’heure. Rappelez-vous que la décharge profonde peut réduire la durée de vie de la batterie ou l’endommager !

En multipliant le courant de décharge (en Ampères) par le temps de décharge (en heures), nous pouvons calculer la capacité de la batterie (en Ampères par heure) :

C = I * t

La tension minimale de la batterie est différente pour différents types de batterie. Par exemple, pour la batterie Nickel-cadmium (NiCd), la tension minimale est de 1,0 V, pour la batterie Nickel-métal-hydrure (NiMH) – 1,1 V, pour la batterie Lithium-ion Li-ion) – 2,5…3,0 V. Pour chaque modèle spécifique de batterie, ce paramètre peut varier, donc vérifiez la documentation d’une batterie.

Envisageons un exemple pratique comment mesurer la capacité de la batterie.

Mesure de la capacité de la batterie NB-11L

La batterie NB-11L (voir fig. 2.) a été achetée chez DealeXtreme pour 3,7 dollars (SKU : 169532). La marque est inconnue. La capacité indiquée est de 750 mAh. Mais la description de l’article sur le site indique seulement 650 mAh. Quelle est la capacité réelle de cette batterie ?

Nous avons besoin de deux contacts pour connecter les fils à la batterie. Fabriquons-les avec des trombones. Pliez les trombones comme indiqué sur la fig. 3 et connectez-les aux bornes « + » et « – » de la batterie (voir fig. 4.). Vous devez faire très attention à éviter les courts-circuits, car ils peuvent endommager la batterie. Il est préférable d’isoler les clips, et de ne laisser que les pointes exposées.

Pour la mesure de la capacité de la batterie NB-11L, le courant de décharge a été fixé à 100 mA. Cela signifie que la valeur de R1 est juste un peu au-dessus de 50 Ohms. La puissance dissipée à travers la résistance R1 peut être calculée avec cette formule : P = V2/R1, où V est la tension aux bornes de R1. Dans notre cas P=52/50=0.5 W. Le régulateur de tension LM7805 doit être utilisé avec un dissipateur thermique. S’il n’y a pas de dissipateur thermique approprié dans les environs, un verre d’eau froide peut être utilisé comme dissipateur thermique – il suffit de plonger le LM7805 dans l’eau, mais de garder les broches au-dessus du niveau de l’eau (dans le cas du boîtier TO-220).

Après que la batterie NB-11L entièrement chargée a été installée dans la carte de circuit de test et que l’interrupteur SA1 a été fermé, la tension à travers la batterie a été enregistrée toutes les 30 minutes en utilisant le voltmètre PV1. Après cela, le graphique de décharge a été dessiné (voir Fig. 5).

Fig. 5. Tension à travers la batterie NB-11L dans le processus de décharge par le courant de 100 mA.

D’après le graphique montré dans la Fig. 5. nous pouvons voir qu’il a fallu presque 5 heures (au courant de 0,1 A) pour que la tension à travers la batterie tombe à 3 Volts. A la fin, la tension de décharge diminue plus rapidement. Maintenant, nous pouvons calculer la capacité de la batterie :

C = I * t = 0,1 * 5 = 0,5 A = 500 mA*h.

Donc la capacité réelle de la batterie NB-11L de marque inconnue est 1,5 fois inférieure à sa capacité marquée.

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