Tests Batteries Et Panneaux Solaires USB
Quelques test réalisé pour discuter des problématiques d'alimentation d'un petit ordinateur ARM avec une batterie lithium et un panneau solaire USBConsommation d'un Raspberry PI 4
Raspberry Pi 4, 4Go RAM, avec YUnohost installé mais sans activité particulière, sans écran : 1,91 W
Raspberry Pi 4, 4Go RAM, avec YUnohost installé mais sans activité particulière, avec un petit écran LCD 7" : 6,65 W
Pour alimenter ce Raspberry Pi pendant 24 heures il faudrait donc compter un minimum de 46 Wh sans l'écran et 160 Wh avec l'écran.
Test complémentaires à réaliser :
- consommation avec des utilisateurs connectés aux services hébergés par le RPi (écriture collaborative sur un pad, visionage de vidéo sur peertube, etc... )
- consommation avec l'écran en veille
- consommation d'autres cartes que le Raspberry Pi
- ...
Capacité théorique et réelle d'une batterie
Les caractérisitiques des batteries sont souvent exprimées de manière plutot confuse. De plus la capacité réelle d'une batteries est en pratique différente de celle donnée par leur constructeur.Pour comparer les batteries il vaut mieux se baser sur leur capacité exprimée en W.h (Watt * heure) plutot que sur la capacité en A.h
Exemple de batterie n°1 :
Sur la batterie il est indiqué une capacité de 20000 mA.h à 3,7 V. La capacité en W.h n'est pas indiqué mais on peut la calculer : 20 A * 3,7 V = 74 Wh.
Exemple de batterie n°2 :
Cette deuxième batterie est également donnée pour 20000 mA.h à 3,7 V. Mais sur celle ci la capacité en W.h est également indiqué (74 W.h), pas besoin de la calculer.
Exemple de batterie n°3 :
Sur cette troisième batterie il est indiqué un capacité de 6500 mA.h. Ce qui peut sembler inférieur aux deux précedentes si on ne regarde pas plus en détail. Mais cette batterie ne contient pas des éléments de 3,7 V comme les deux autres mais un pack de 14,52 V. Sa capacité est donc en fait bien suppérieure à celle des deux autres avec 94 W.h. (tout ca est bien indiqué sur la batterie, mais j'ai du utiliser un loupe pour lire les inscriptions minuscules)
Exemple de batterie n°4 :
Cette dernière batterie est donnée pour 154 W.h (10,4 A.h * 14,8 V). Une de ses particularité par rapport aux précédente est que son port de charge n'est pas USB. Elle peut se charger en branchant directement un panneau solaire 12V type bateau/campig car, sans controleur de charge supplémentaire. Elle possède également un petit onduleur 230V. Mais cette fonction ne nous intéresse pas vraiment car elle introduit trop de pertes d'énergie.
Une autre caractérisque importante des batteries est la puissance maximale qu'elle peuvent absorber quand on les charge. C'est ce qui permettra de déterminer si il est possible de les recharger en une seule journée via un panneau solaire ou si il faudra compter plusieurs jours de soleil pour une charge complète.
- La première batterie est donnée pour 2A sous 5V, soit 10 W max.
- La deuxième batterie est donnée pour 2A sous 5V, soit 10 W max, via le port micro-USB et pour 3A sous 5V, soit 15W max, via le port USB C.
- La troisième batterie est donné pour 3A sous 5V, 9V ou 15V et pour 2,25 A sous 20 V, soit 15 W, 27 W ou 45 W max
- La quatrième batterie est donnée pour 2A sous 19V, soit 38W max.
On pourrait donc compter sur un temps minimum de 7h24 pour recharger complètement la première batterie, 4h56 pour la deuxième et 2h06 pour la troisième.
Mais ca c'est la théorie en se basant sur la capacité de la batterie donnée par le constructeur. En pratique l'efficacité n'est par de 100%. Il faut injecter plus d'énergie que la capacité d'une batterie pour la recharger. Et la capacité donnée par le constructeur correspond rarement a la capacité réèle de la batterie.
Par exemple, en mesurant l'énergie fournie par la deuxième batterie à un Raspberry Pi 4 et son écran LCD 7" j'ai pu mesurer une capacité de seulement 62 Wh (cette batterie n'est pas neuve)
Et pour la recharger complètement j'ai mesuré que le chargeur à du forunir 90 Wh!
Pour faire des calculs d'autonomie électrique fiables il faut donc bien tester les batteries pour connaitre leur vraies caractéristiques.
Tests complémentaire à réaliser :
- Test de la capacité de la batterie n°3
- Test de la capacité de la batterie n°4
- ...
Recharge d'une batterie avec une panneau solaire USB
Test de charge d'une batterie avec un petit panneau solaire de voyage (28 W crête), à l'abris dans une véranda :
Le même test, dans les mêmes conditions excepté la vitre de la véranda qui est ouverte pour montrer que ce n'est pas une bonne idée de mettre un panneau solaire derrière un vitre, surtout un double vitrage de véranda qui bloque les infra rouges.
Test avec le panneau solaire placé en extérieur, à peu près perpendiculairement aux rayons du soleil :
La puissance mesurée est décevante. Ca marche moins bien que dans la véranda avec la vitre fermée!
Mesure de la puissance lumineuse pour confirmer que les conditions sont idéale :
Une série de tests avec plusieurs câbles différents pour montrer leur différence et que le problème venait de l'utilisation d'un câble de mauvaise qualité :
Tests complémentaires à réaliser :
- Mesure de la résistances de différents câbles USB et selection des meilleurs.
- Refaire le test dans la véranda avec le meilleur câble. Tester avec d'autres vitrages?
- Mesure de la quantité d'énergie fournie par le panneau solaire 28 W qui charge une batterie (n°2 ou n°3, puis les deux en même temps) pendant une journée complète bien ensoleillé.
- Même test qu'avec le panneau 28W pour le panneau solaire 18V/100W et la batterie n°4, puis avec plusieurs batterie en même temps.
- Refaire les tests de quantité d'énergie avec les deux panneaux solaires pendant une journée avec quelques nuages pour voir si un panneau surdimentionné apporte quelque chose de plus.
- Comparaison avec des systèmes basé sur des batterie au plomb 12V
- ...
Les notes de Laurent de la présentation du mercredi 24/11
(il faut mettre ces notes au propres et agrémenter de photos. ca sera fait un peu plus tard)première étape : caractériser les besoins d'énergie / cas d'usage`
appareils pour mesurer la tension et le courant qui passe dans un câble USB
usbmetters um24c un25c : https://www.gotronic.fr/art-appareil-de-mesure-usb-um25c-28670.htm
https://fr.aliexpress.com/item/4000238645524.html?src=google&src=google&albch=shopping&acnt=248-630-5778&isdl=y&slnk=&plac=&mtctp=&albbt=Google_7_shopping&aff_platform=google&aff_short_key=UneMJZVf&albagn=888888&isSmbAutoCall=false&needSmbHouyi=false&albcp=10191220526&albag=107473525328&trgt=1284054470089&crea=fr4000238645524&netw=u&device=c&albpg=1284054470089&albpd=fr4000238645524&gclid=CjwKCAiA4veMBhAMEiwAU4XRr7HeVREWYex5lIbZ9scL0xKUI9Qju9IHMRPWUOP7nN917eWdmTj78RoCXyEQAvD_BwE&gclsrc=aw.ds
mesurer la capacité des batteries
ce qui consomme c'est les écrans
à tester un rasp qui serait sollicté par un pad
entre 2 et 5 watt / heure sur rasp pi 4, 6,6 watt avec écran LCD 7 pouces
1,1 watt pour rasp pi zéro et écran elink
se fixer un objectif sur combien de temps on veut pouvoir fonctionner sans soleil
ex 2watt durant 24h => 48watt.h
choix de la batterie
repérer sur la batterie la capacité en watt.heure
20000 milliampères.heure soit 20 ampères.heure X 3,7 Volt = 74 W.h
(nb plus tu charges/décharges une batterie vite, moins elle est efficace)
repérer quelle puissance elle est capable d'absorber
tester la mesure de puissance de la batterie et l'énergie à fournir pour remplir et ce qu'elle peut restituer
en fonction des cables, chute de tension / chargement
panneaux solaires
- pas une bonne idée de brancher directement le panneau solaire sur l'appareil à alimenter
- passer par une batterie qui fera le tampon (régulateur de charge, batterie, onduleur)
en hiver 3 fois la puissance nominale (panneau solaire de X Watt crête : on peut compter récupérer 3*X W.h sur une journée bien ensoleillée)
en été 4 fois la puissance nominale
pour le ré-emploi
batterie d'ordinateur
- prendre des batteries d'ordinateurs portables ou des packs de batteries USB qui ne fonctionnent plus correctement.
- récupérer des cellules lithium ion au format 18650 qui sont dedans
- tester les cellules pour savoir lesquelles sont encore OK (avec une chargeur adapté)
- il faut ensuite contruire un pack de batteries à partir des cellules testées en bon état
- Pour 2 ou 4 cellules on peut trouver des petits chargeur avec support dasn lesquel on peut enclipser les cellule comme des piles :
Pour contruire des pack plus gros avec plus de cellules c'est un poil plus compliqué mais ca reste faisable. On verra ca une autre fois.
batterie de voiture
- batterie de démarrage de voiture 12v ne pas utiliser plus de 10 à 20% de la capacité de la batterie (ces batteries ne sont pas faites pour être fortemùent déchargées)
- batteries de traction ou pour bateaux / camping car : on peut utiliser jusqu'a 50% de la capacité tout en conservant une bonne durées de vie de la batterie (8 à 10 ans)
- possibilité d'utiliser un petit régulateur de charge chinois ( ! bien brancher la batterie d'abord, le panneau solaire ensuite )
- existe un petit composant qui permet de passer du 12V au 5V -> à souder et régler soi-même
Les notes de MrFlos pendant l'atelier récupération de batteries usagées du Vendredi Matin
Où récupere t'on ces batteries ?
On prend les anciennes batteries d'ordinateurs portables.Cela se trouve dans une ressourcerie (vérifier si c'est donné ou acheté), dans les boutiques de réparation d'ordinateurs. aller voir les décheteries proche de chez soi. voir aussi certaines association comme ordi solidaire (cévènes libres)
Y a t'il des précautions à prendre ?
OUI!!! Attention aux batteries boursouflées : il y a des gaz inflamables dedans, et le feu est très difficile à étreindre. Principe de précaution : dans le doute s'abstenir!Attention aux court-circuits aussi
Comment on les ouvre ?
C'est pas facile à ouvrir avec les coques en plastique qui sont collées, mais on peut utiliser une pince, coté connecteur (où il n'y a pas forcément les batteries juste derriere, mais plutot un peu d'électronique)Essuite ablation de tout ce qui est électronique, à la petite pince.
Les batteries sont reliées entre elles par des tiges métalliques soudées, on tire délicatementen en faisant tourner sa pince, puis on lime éventuellement les restes de soudures.
Attention d'isoler les batteries récupérées de tout objet métallique pour éviter des courts circuits.
Sur certaines batteries, on peut trouver des inscriptions donnant la capacité, généralement autour de 2 A.h
Photo batterie coté + (petit rond) et coté - (grand rond)
Comment on vérifie qu'elles marchent encore ?
On prend un voltmètre, en courant continu, généralement les batteries lithium-ion ont une tension nominale autour de 3,7V, en dessous de <X>V, c'est critique, la batterie est trop usée.Souvent, les batteries fonctionnant en parallele par paire, on peut les regrouper en paire de tension identique, on les rechargera ensemble, pour éviter des petites étincelles en cas de trop grosse différence de tension.
Ensuite, selon les équipements disponibles, on passera par des simples chargeurs pour 2 batteries (à 11 euros), si cela se charge, c'est bon, sinon on utilise chargeur pour 4 ou 8 batteries qui fait aussi testeur (à 45 euros), qui pourra aussi mesurer plus de choses, dont la résistance interne des batteriers et leur capacité, et charger à différents niveaux de puissance.