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Tuto-Charge-Electronique

La charge électronique

La simulation de charges électriques permet de comprendre le comportement des alimentations et des batteries sous charge.

Une charge électronique est un instrument de test permettant de simuler des charges électriques. Les charges peuvent être résistives , inductives ou capacitives , et les charges réelles sont souvent un mélange de ces dernières et peuvent se comporter différemment dans différentes conditions.
En termes simples, une charge électronique permet de simuler la consommation d'énergie d'appareils électriques et électroniques. Cela permet de tester des sources d'énergie, c'est-à-dire des batteries , des piles , des blocs d'alimentation , des panneaux solaires...
Les scénarios de test courants incluent la mesure de la capacité réelle de la batterie et le test des alimentations et de leur stabilité sous des charges variables.

Les charges électroniques prennent en charge quatre modes de test différents pour tester des aspects spécifiques d'un appareil.

1. Courant constant (CC)

Il s'agit d'un test de consommation d'énergie et c'est le mode le plus fréquemment utilisé dans les charges électroniques. Il est utilisé pour tester la stabilité des alimentations sous charge. Il peut également être utilisé pour décharger une batterie de manière contrôlée pour mesurer sa capacité ou encore pour l'éliminer en toute sécurité.
En mode CC , la batterie est déchargée à un courant constant quelle que soit la tension qui diminue généralement au fil du temps.
Techniquement, la charge électronique utilise des transistors de puissance qui agissent comme des résistances variables pour garantir un courant constant dans le circuit quelle que soit la tension.

NOTE: Le courant constant et la résistance constante mesurent tous deux fondamentalement les mêmes propriétés : Pour cela, ils simulent une charge consommatrice d'énergie. La résistance constante (voir ci-dessous) simule le comportement réel d'un appareil (le courant chute lorsque la tension chute), tandis que le courant constant se concentre davantage sur les charges dynamiques (comme les régulateurs de puissance adaptatifs) ou pour calculer facilement la capacité de la batterie en gardant le courant constant : lorsque la tension chute (c'est-à-dire que la batterie se décharge), en mode CC , la charge électronique diminue sa résistance pour maintenir le courant constant.

2. Résistance constante (CR)

Il s'agit d'un test de simulation de résistance (la charge électronique se comporte alors comme un consommateur électrique classique). Celui-ci est utile pour tester les alimentations sous charge et pour connaître leur plage de fonctionnement et leur comportement lorsqu'elles atteignent leurs limites de charge. Vous pouvez également utiliser ce mode pour tester la capacité de la batterie.
Si vous testez des composants résistifs et non inductifs alors la loi d'Ohm s'applique. Par exemple, lorsque la charge électronique est réglée sur 5 Ohms, dans un circuit alimenté par 3,3 V, cela provoque un courant de 0,66 A ( I = U/R, donc 3,3 V/5 Ohm = 0,66 A ). Dans le cas d'une alimentation en 5 V, le même montage de test provoquerait un courant de 5 V/5 Ohm = 1 A.
La résistance constante peut par exemple être utilisée pour décharger une batterie afin de créer son profil de décharge qui lui est spécifique.

NOTE: En mode Résistance constante, la puissance absorbée est directement liée à la tension. Lorsque la tension change, la puissance absorbée change également. Pour mesurer la puissance indépendamment de la tension, voir Puissance constante ci-dessous.

3. Puissance constante (CP/CW)

Dans ce mode, la charge électronique absorbe une puissance constante définie, quelle que soit la tension. Elle détecte la tension, calcule le courant approprié, puis prélève ce courant pour consommer la puissance définie.
Ce mode peut être utilisé pour décharger une batterie à puissance constante, c'est-à-dire pour simuler le comportement d'un convertisseur DC-DC. Il peut également être utilisé pour tester des convertisseurs DC-DC et des alimentations afin de s'assurer qu'ils sont capables de fournir une puissance donnée à une tension définie.
Notez la différence fondamentale par rapport à la résistance constante : lorsqu'une résistance constante est appliquée à une batterie, elle tirera un certain courant qui dépend de la tension . Au fil du temps, lorsque la batterie se décharge, sa tension chute. En mode résistance constante , selon la loi d'Ohm , le courant chute également.
Ce n'est pas le cas en mode de puissance constante : lorsque la tension de la source d'alimentation chute, la charge électronique augmente automatiquement le courant pour maintenir la puissance constante. Lorsque la tension chute , le courant augmente.

4. Tension constante (CV)

Dans ce mode, la charge électronique tente d'extraire suffisamment d'énergie de la charge afin de laisser la tension chuter à une tension donnée. Comme une charge électronique ne peut extraire qu'une certaine quantité d'énergie (soit 400 W ), ce mode a des limites.

  • Lorsque la tension fournie est inférieure à CV définie au niveau la charge électronique, rien ne se passe.
  • Lorsque la tension fournie est supérieure à CV définie au niveau de la charge électronique, celle-ci essaiera d' éliminer suffisamment d'énergie pour faire chuter la tension au niveau souhaité : elle commencera donc à absorber du courant. Si la source de tension peut fournir plus d'énergie que la charge électronique ne peut en absorber, alors la tension ne chutera pas complètement à la tension constante définie : la tension sera donc supérieure à CV défini car la charge électronique qui n'a pas réussi à éliminer suffisamment d'énergie.

Pour mieux comprendre le mode CV et ses limites, voici un exemple qui consiste à examiner la capacité d’une batterie rechargeable avec ce mode.

Pour y parvenir, il faut régler CV ( Tension Constante ) à la valeur de tension de décharge sûre de la batterie ( C'est-à-dire 12 V pour une batterie LiFePo4 de 13,8 V ). La charge électronique absorbe alors l'énergie de la batterie jusqu'à ce que sa tension descende en dessous de 12 V, évitant ainsi sa décharge excessive.

*** ATTENTION *** Le test d'une batterie avec le mode CV ( Tension Constante ) peut être dangereux car le mode CV ne permet aucun contrôle sur les courants de décharge. Ces courants dépendent uniquement de la capacité de dissipation maximale de la charge électronique. Les petites batteries peuvent donc être détruites et exploser lors des tests ! Voici pourquoi : Si l'on souhaite par exemple tester une batterie avec une charge électronique avec un Pmax typique de 400 W reglée en mode CV pour la tension « complètement déchargée » souhaitée. La charge électronique essaie d'absorber autant d'énergie que nécessaire de la batterie pour faire chuter immédiatement sa tension à la valeur de CV initialement définie. Cependant, l'énergie maximale que peut extraire la charge électronique est limitée par ses caratéristiques ( En l'occurence 400W dans notre exemple ).

  • Ainsi, pour des batteries de grande capacité, l'énergie maximale extraite par la charge électronique limitée par ses caratéristiques (c'est-à-dire 400 W typique) ferait chuter la tension progressivement de la batterie au fur et à mesure de sa décharge jusqu'à finir par atteindre la valeur de CV initialement configurée. Par exemple pour une batterie de panneau solaire de 48 V 400 Ah analysée à l'aide du mode CV donnerait le taux de décharge suivant : ( 400 W / 48 V = 8,3 A , taux de décharge = 8,3 A/400 Ah = 0,02 C ) Ce qui dans ce cas ne poserait aucun problème
  • Par contre pour des batteries de petite capacité, la puissance de décharge maximale de 400 W peut facilement faire dépasser les spécifications de la batterie de plusieurs dizaines de milliers de fois. Par exemple dans le cas d'une cellule LiPo 3,3 V de 1000 mA testée via le mode CV avec une charge électronique de 400 W, donnerait un courant de décharge de 121,2 A ( 400 W / 3,3 V = 121,2 A ) avec pour conséqence l'inflammation et l'explosion de la batterie testée !

C'est donc pourquoi le mode CV ( Tension constante ) ne peut être utilisé que pour tester des batteries qui fonctionnent à des tension relativement élevée (c'est-à-dire 12, 24 ou 48 V) et/ou lorsque leur capacité est élevée.

Méthode de test d'une batterie :

Le moyen sûr de tester les batteries consiste donc à utiliser le mode CC ( Courant Constant ). Celui-ci permet de définir individuellement un courant sûr adapté à la batterie spécifique à testée. Afin de ne pas décharger excessivement les batteries, s'assurez que la charge électronique s'éteint une fois que le CC ne peut plus être fourni.

De nombreuses charges électroniques offrent des modes de test de batterie spécifiques pour en tester leur capacité réelle. Ils sont basés sur le mode Courant constant ( CC ) auquel ils ajoutent les fonctionnalités suivantes :

  • Deux ou plusieurs courants de décharge : Une fois que le courant constant défini ne peut plus être délivré par la batterie testée, la charge électronique peut éventuellement continuer à décharger la batterie jusqu'à ce qu'un deuxième seuil de courant inférieur soit atteint.
  • Calcul de la capacité : Durant le test de la batterie, la charge électronique calcule automatiquement la capacité totale de la batterie en faisant le cumule de toute l'énergie absorbée par la charge.

Charge électronique "Atorch DL24"

Charge électronique simple avec un excellent rapport qualité-prix destinée aux bricoleurs La charge électronique DL24 représente une gamme complète d' appareils de test à bas prix mais performants, tous construits de manière similaire.

Même s'ils ne supportent pas des courants et des tensions extrêmement élevés par rapport aux équipements de laboratoire plus coûteux, ils sont suffisants pour les tests de charge typiques dans les laboratoires d'amateurs. Cet équiment agrémenté de voltmetre et amperemetre de ce type https://fr.aliexpress.com/item/32834746174.html va permetre la qualification des divers modules nécéssaires à l'alimentation des nodes solaires ( Panneaux solaire, convertisseurs DC-DC, BMS et batteries).

L'appareil est livré sans boîtier. Un microcontrôleur et un micrologiciel intégré prennent en charge la fourniture d'un courant constant (CC), d'une tension constante (CV), d'une résistance constante (CR) et d'une puissance constante (CP).

*** AVERTISSEMENT *** Cette charge électronique est théoriquement conçue pour tester des alimentations délivrant jusqu'à 200 V et/ou jusqu'à 20 A (à une puissance maximale de 150 W ). Ces spécifications ne correspondent pas à la manière dont l'appareil et ses composants sont conçus. Même en s'approchant de ces valeurs, il y a de fortes chances que le MosFET explose avec fracas. En examinant les nombreux articles de blog qui ont testé en profondeur cette charge (et d'autres similaires), vous devez absolument rester en dessous de 32 V (ce qui est logique du point de vue de la sécurité de toute façon) et maintenir les courants en dessous de 10 A. Cela dit, ces valeurs sûres sont toujours plus que suffisantes pour la plupart des besoins des amateurs.

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