La tension de la batterie diminue-t-elle réellement lorsqu'elle est connectée à une charge, ou semble-t-elle simplement le faire?


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Désolé si je formule cette question étrangement. J'utilise une batterie de 3,7 V et mon microcontrôleur surveille la tension et se met en veille si la tension de ma batterie est trop faible. Le problème est qu'il lit une tension inférieure à celle de la batterie si je le déconnecte et le vérifie avec mon multimètre. Par exemple, mon microcontrôleur lirait 3,65 V alors que mon multimètre lirait ma batterie déconnectée à 3,8 V. Mon microcontrôleur lit-il la tension de manière incorrecte ou dois-je traiter la tension en charge que mon microcontrôleur lit comme la tension réelle?


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Mesurez-vous la batterie (connectée vs déconnectée) avec le multimètre les deux fois, ou comparez-vous quelque chose interne du microcontrôleur? Utilisez le multimètre pour effectuer la mesure lorsque le contrôleur est connecté si vous le pouvez.
mbrig

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Une batterie de voiture a plus de 13 V lorsqu'elle n'est pas connectée, mais tombe à 10,5 V lors du démarrage du moteur. Quelle tension est correcte? Tous les deux.
Mast

Je vais juste ajouter une note. Certaines batteries, comme le lithium-ion, sont assez bien modélisées par le concept de résistance en série. Il existe une véritable tension de cellule qui est inaccessible, et elle est égale à Vout + Iout * ESR. Lorsque vous retirez la charge, la tension se rétablit rapidement. Mais avec des batteries au plomb ou alcalines, le rétablissement de la tension finale en circuit ouvert peut prendre beaucoup plus de temps après avoir retiré la charge. En d'autres termes, c'est plus compliqué qu'une source de tension en série avec une résistance. Il y a une sorte de récupération de tension à longue constante de temps qui se produit.
mkeith

Vous devez accepter les réponses qui répondent le mieux à vos besoins.
Russell McMahon

Réponses:


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Oui, cela diminue.

L'effet que vous voyez est appelé résistance interne :

Une source d'énergie électrique pratique qui est un circuit électrique linéaire peut <...> être représentée comme une source de tension idéale en série avec une impédance. Cette impédance est appelée résistance interne de la source.

En termes simples, une batterie n'est pas une source de tension idéale. Une batterie typique (c'est -à- dire une source de tension non idéale ) ressemblera à ceci:

Source de tension non idéale avec une charge résistive

Ce que vous mesurez est la tension entre les bornes A et B. Selon la loi d'Ohm:

UUNEB=ERR+r

  • Quand il n'y a pas de circuit, vous pouvez imaginer votre résistance série interne voltmètre Rvolt prenant le rôle de R . Cependant, Rvolt est généralement si important (des dizaines ou des centaines de mégohms) par rapport à r (généralement des fractions d'un ohm) que RvoltRvolt+r tend vers 1, donc la tension en circuit ouvert mesurée tend vers la tension interne (vraie)Ede la batterie.

  • Quand il y a un circuit fermé avec la résistance équivalente série de R , vous pouvez voir que la tension mesurée UUNEB diminue proportionnellement à R , conformément à la formule ci - dessus.

Ainsi, la chute de tension est réelle - la tension mesurée est ce que votre charge obtient. Plus elle tire de courant de la batterie, plus la tension est faible.


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Lorsque la batterie est ouverte, vous mesurez une tension de cellule ouverte. Lorsque la batterie est dans le système, c'est la tension des cellules fermées sous charge. Vous faites chuter une tension à travers l'impédance interne de la batterie parce que votre système consomme du courant lorsque la mesure est effectuée (donc aux bornes, la tension est en effet inférieure). Donc, les deux mesures MCU et multimètre sont correctes, la différence est que le multimètre est> 1Mohm de charge tandis que le MCU est beaucoup plus faible (car il consomme probablement au moins mAs de puissance).

Il peut y avoir un autre effet en jeu. Les batteries présentent un phénomène de récupération où, si elles sont laissées ouvertes sans charge, une partie de la tension se rétablira après un certain temps.


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Je veux donc que mon microcontrôleur se mette en veille lorsque ma batterie est à 3,6 V. Le votlage à cellules fermées connecté sous charge semble être inférieur de 0,2 V à la tension des cellules ouvertes. Dois-je dormir lorsque mon microcontrôleur lit 3,4 V? Ou tout simplement dormir quand il lit 3,6 V, même s'il afficherait toujours 3,8 V à cellules ouvertes?
Tapatio Sombrero

C’est une option. Vous corrélez vos tensions de cellules ouvertes et fermées et supposez un mappage linéaire. Cependant, gardez à l'esprit que différentes cellules peuvent avoir une impédance interne différente. Si vous produisez en masse un coin produit / des études de données doivent être effectuées pour déterminer ce que la cartographie devrait être. Une autre option consiste à placer le système dans l'état d'alimentation le plus bas possible (éteignez tous les périphériques et les fonctions attendent le microcontrôleur à un état d'alimentation faible). Si vous pouvez alors mesurer la tension sous une charge très légère, vos lectures MCU et multimètres devraient être plus proches et avoir moins d'erreur.
EasyOhm

Assurez-vous également de vérifier la chimie de votre batterie. Assurez-vous qu'il n'y a aucune exigence stricte pour un arrêt sûr. Vous voulez vous assurer que votre erreur de mesure ne peut jamais placer la cellule dans un état dangereux. Avec les tensions que vous listez, et en supposant que la batterie au lithium devrait être correcte, mais je pensais juste que cela valait la peine d'être mentionné.
EasyOhm

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@fishinear - " L'OP reçoit des notifications de tous les commentaires " Ce n'est pas ainsi que cela fonctionne (en supposant que vous voulez dire "OP" de la question). Vous avez commenté une réponse , pas la question , mais votre commentaire était implicitement dirigé vers l' OP - Tapatio de la question . Voir cet article Meta.SE où la réponse acceptée indique "Sur une question, vous recevrez automatiquement des notifications pour les commentaires sur la question uniquement, pas les réponses", ce qui confirme mon expérience. Sans utiliser "@", le rédacteur de la réponse Gonzik007 a été informé de votre commentaire, pas de l'OP de la question. HTH
SamGibson

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@fishinear - "à peu près tous les processeurs que je connais ont des détecteurs de panne " Oui, mais ceux-ci réinitialisent le MCU, ils ne le font pas passer en mode veille . Différentes choses. C'est pourquoi votre commentaire que " Normalement vous voudriez mettre le CPU en veille juste avant qu'il ne cesse de fonctionner à cause d'une tension trop basse [...] la plupart des micro contrôleurs le font déjà eux-mêmes, donc pas besoin de le faire " était déroutant, car il semblait suggérer que les microcontrôleurs se mettaient en veille dans une condition de basse tension. Maintenant, vous avez précisé que vous vouliez dire qu'ils se réinitialisaient en raison du BOR - merci pour cela.
SamGibson

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Chaque batterie a une certaine résistance de sortie. Que se passe-t-il si le courant traverse une résistance? Oui, une chute de tension! Ainsi, plus vous tirez de courant de la batterie, plus la tension de sortie est faible.


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Cela est vrai pour toutes les alimentations

En effet, les batteries affaissent leur tension lors du chargement. Il en va de même pour tout le reste .

Le principal coupable est la loi d'Ohm, E = IR, où la chute de tension aux bornes de tout conducteur est proportionnelle à son ampérage.

Une partie de l'affaissement d'une batterie est chimique, mais une partie est simplement la résistance à la loi d'Ohm de ses composants internes.

Supposons que vous ayez une plate-forme de jeu folle avec 4 cartes vidéo en parallèle, le combo tire 1000 watts lorsque vous jouez . Mais il est juste assis sur l'écran d'accueil de Windows et ne tire que 100 watts. Les câbles d'alimentation transportent 20 A à 5 V et chutent de 0,01 volt, de sorte que les cartes obtiennent 4,99 volts. (Les fils sont 2000 Siemens == 1/2000 Ohms.)

À cette faible charge, l'alimentation en courant alternatif est inefficace et pauvre en facteur de puissance, elle tire donc 240 VA ou 2 ampères du réseau 120 V. Le câblage du circuit de dérivation vers le panneau baisse de 0,4 volts. La conductance est de 5 Siemens == 1/5 ohm.

Vous lancez maintenant votre jeu le plus exigeant. Tirant 200A à 5V, les pertes résistives seules à l'intérieur du câblage de votre PC sautent à 0,1 volts. Les cartes obtiennent donc 4,90 volts. C'est une goutte.

Pendant ce temps, l'alimentation consomme 10 A (1 200 VA) du secteur CA. La chute de tension de câblage augmente de manière prévisible à 2,0 volts, donc la tension à l'alimentation est de 118 V. Très probablement, une alimentation à découpage tire plus de courant pour compenser, sinon sa tension de sortie s'affaisserait également.

Aucun courant n'est tiré sur le terrain de sécurité, donc il ne baisse pas. Mesuré à partir de la terre, le neutre est de 1 volt et le chaud est de 119 volts. Et nous pouvons l'utiliser pour confirmer un câblage correct. C'est comme la barre de pointage sur une clé dynamométrique, elle ne se plie pas.

Bien sûr, des baisses similaires se produisent jusqu'à la centrale électrique. Là, une charge accrue (en ampères) affaisse la tension en raison de la résistance interne du générateur, mais aussi en raison de la puissance de la turbine. VA = W. Si A augmente au-delà de la spécification, V doit diminuer proportionnellement pour que W puisse rester dans la capacité de la turbine. Avoir la tourbière et le ralentissement de la turbine n'est pas une option, car c'est une alimentation CA et doit rester synchronisé.


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Toutes les batteries ont un effet de mémoire lorsqu'elles sont déchargées de sorte qu'elles reviennent lentement à près de la tension précédente après une courte charge de rafale. Il y a également une chute rapide momentanée de tension due à une charge de ESR * I = Δ V.

Ainsi, les deux mesures doivent être prises en même temps pour vérifier l'étalonnage des erreurs et considérer la quantité de seuils d'hystérésis nécessaires pour empêcher l'oscillation du sommeil, les cycles de réveil.

La constante de temps d'effet mémoire peut être de plusieurs à plusieurs minutes en fonction du courant de fuite "à vide" après une charge.

En raison de ces effets combinés qui pourraient être calculés pour une cellule donnée (ΔV = ESR * V / Rload + t / ESR * C2), la tension de coupure est souvent abaissée pour capturer la charge stockée dans la capacité de mémoire C2 tant que vous la connaissez revient au seuil Vmin sûr. Le vieillissement rapide de la batterie se produit pendant une durée inférieure à son seuil Vmin.

Consultez la fiche technique de la batterie pour plus de détails.


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Il y a une baisse de tension en raison de la résistance interne de la batterie entrant en jeu, vous verrez donc la chute de tension d'une valeur de i * r (où i est le courant qui passe et r est la résistance interne de la batterie)


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Une nouvelle batterie aura une chute de tension beaucoup moins chargée que vous. Une batterie au lithium usée, usée ou endommagée a une résistance interne beaucoup plus élevée qu'une batterie neuve. Il est endommagé s'il a été complètement chargé pendant plus de quelques mois, s'il a été déchargé trop bas ou s'il a eu trop de cycles de charge-décharge.


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Bien que toutes les autres réponses soient excellentes et disent ce que je vous dirais aussi (la tension de la batterie diminue en fait en cas de charge), je voudrais ajouter quelque chose:

La raison qui est présentée que les chutes de tension est la "résistance interne". Je tiens à mentionner que le modèle d'une résistance interne est JUSTE UN MODÈLE qui fonctionne très bien dans la modélisation des propriétés d'une source de tension, tout en étant simple et facile à calculer.

En réalité, c'est plus compliqué. La résistance des composants internes de la batterie que le courant doit traverser (je n'appelle pas intentionnellement ces «résistance interne», car c'est un terme du modèle mentionné ci-dessus) joue un rôle, mais ce n'est pas le seul. Dans la plupart des batteries, une réaction chimique se produit qui sépare les charges au niveau d'une couche limite. Cette réaction chimique suit les lois de la physique statistique. Il s'arrête lorsque ( l'équilibre chimiqueest atteint. La séparation des charges génère la tension que vous pouvez mesurer, et cette tension est un facteur dans l'équilibre chimique (plus la tension est élevée, moins la séparation se produit pour créer une nouvelle paire de charges séparées). Lorsque vous attachez une charge maintenant, vous enlevez des charges à intervalles constants (car il y a un courant électrique). Si le système atteint maintenant la situation d'équilibre, la quantité de charges et de tension séparées sera moindre (car plus de charges doivent être créées).


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La tension de la batterie ne baisse généralement pas simplement parce qu'une charge est connectée. Mais la tension mesurée a tendance à baisser

Voici ce que vous devez savoir sur les mesures de tension

Un voltmètre utilise une résistance à très haute résistance. Idéalement, c'est infini. Le voltmètre mesure la tension aux bornes de cette résistance.

Ainsi, lorsque vous connectez une batterie à votre voltmètre, la résistance interne de la batterie est insignifiante par rapport à la résistance du voltmètre. Ainsi, la majeure partie de la chute de tension se produit à travers la résistance du voltmètre et non la résistance interne de la batterie. Par conséquent, vous mesurez la bonne tension.

Cependant, votre microcontrôleur peut avoir une résistance qui n'est pas trop élevée. Si la batterie avait une résistance interne de disons 1 milli ohm et que le voltmètre utilisait une résistance de 24000 ohms, cette erreur est attendue.


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Il n'est pas nécessaire de rendre les choses plus confuses en parlant de conception de multimètre. Un voltmètre idéal (résistance infinie) subirait le même effet. Le problème n'est pas de comparer la résistance du voltmètre à la résistance interne de la batterie, mais de comparer la résistance interne de la batterie à la résistance de charge.
Sneftel

La conception du multimètre explique pourquoi il y a une différence dans les lectures. C'est quelque chose que quiconque traitant d'électronique de base doit savoir
Pradyoth Shandilya

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Non, ça n'explique pas ça. Il y a une différence dans les lectures car la tension est différente . Même si aucun multimètre n'était utilisé, la tension réelle aux bornes de la batterie est en fait différente lorsqu'une charge est connectée.
Sneftel
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