Un appareil hôte peut être mis hors tension alors que ses circuits électroniques de batterie continuent de consommer de l'énergie. Le système de gestion de batterie (BMS), l'indicateur de charge, le circuit de réveil et les chemins de retour de courant de l'hôte peuvent réduire la capacité disponible pendant le stockage et le transport. Il est recommandé de spécifier et de mesurer l'ensemble complet dans chaque mode de fonctionnement plutôt que d'appliquer une valeur de courant de repos du circuit intégré à l'ensemble de la batterie.
Vous avez besoin de trois stratégies : définir les modes de fonctionnement et établir un bilan énergétique basé sur les modes, compter la consommation électronique séparément de l’autodécharge des cellules et vérifier l’architecture énergétique complète au niveau du système.
Réponse rapide: La faible consommation en veille de la batterie provient de définitions de modes claires, de comportements testés en mode veille et en mode navire, d'une consommation mesurée de l'ensemble et d'une énergie de secours dimensionnée avec une marge — et non d'un seul composant basse consommation.
Ce guide s'adresse aux ingénieurs OEM/ODM, ainsi qu'aux équipes d'achat et de qualité qui spécifient des packs personnalisés.
Points clés à retenir
Définir les modes de fonctionnement et leurs limites d'acceptation.
Mesurer le courant total du pack, y compris l'énergie de sillage périodique.
Valider la politique d'équilibrage sans désactiver la protection requise.
Sélectionnez les conditions de stockage et d'expédition en fonction des cellules et des exigences de transport réelles.
Vérifiez la capacité utilisable restante après l'intervalle de stockage spécifié.
Partie 1 : Budget de courant de veille de la batterie en fonction du mode
1.1 États de fonctionnement et cibles de courant au repos
Commencez par les définitions, pas par les composants. Listez tous les états possibles de votre pack : actif, inactif, en veille, expédié et stocké. Attribuez ensuite à chaque état un cible de courant au reposCes objectifs sont à considérer comme des exigences spécifiques à votre programme. Ils dépendent de votre hébergeur, de votre fenêtre d'expédition et de vos besoins de réveil ; il n'existe donc pas de limite unique qui convienne à tous.
Le tableau ci-dessous ne contient que des objectifs hypothétiques. Veuillez confirmer les limites réalisables à partir de la conception complète de l'emballage et des exigences de stockage convenues ; ces valeurs ne constituent pas des normes industrielles.
Mode de fonctionnement | Cible de courant quiescent illustrative |
|---|---|
Fonctionnement normal/actif | ≤ 2 mA (exemple de 2 mA) |
Veille / Inactivité | 200 µA |
Sommeil profond / Sommeil | 20 µA |
Mode navire | ≤ 10 µA (exemple de 5 µA) |
Post-UVP / Lié au stockage | Défini et validé (pas d'objectif numérique fixe) |
N’utilisez pas une plage de courant de veille générique comme limite de réussite. Définissez la tension de la batterie, la température, les communications, l’état du transistor FET et la durée de mesure pour chaque mode. Incluez les événements de réveil périodiques et vérifiez que l’instrument de mesure ne modifie pas son état de fonctionnement.
1.2 Décharge électronique vs. autodécharge de la cellule
Séparer la consommation électronique de l'autodécharge de la cellule. La consommation électronique comprend : Système de gestion technique du bâtiment (GTB) et circuits de protectionLes chemins de mesure et de connexion à l'hôte sont pris en compte. L'autodécharge dépend des cellules sélectionnées, de la température, de l'état de charge (SOC) et du vieillissement. La qualification des cellules et les conditions de stockage influent sur la seconde contribution ; ces deux aspects doivent donc être intégrés à la revue de conception.
Déterminez les fonctions de mesure à conserver actives dans chaque mode. La surveillance continue, l'échantillonnage périodique et la désactivation complète de la mesure ont des conséquences différentes sur la consommation d'énergie et la récupération. Vérifiez la conservation des données, le comportement en sortie de veille et la disponibilité des protections pour le matériel utilisé ; ne désactivez pas les protections nécessaires pour atteindre un niveau de veille cible.
Établissez le budget des deux lignes de manière différente. Mesurez la consommation en veille des composants électroniques en laboratoire. Estimez l'autodécharge des cellules à partir de leurs données individuelles, en tenant compte des conditions de test. Additionnez ces valeurs pour obtenir la consommation nette. Cette répartition permet de déterminer si un déficit de capacité provient de votre conception ou des cellules, et elle permet de maintenir une bonne compréhension de la situation. courant de veille de la batterie Des échanges francs lors des évaluations des fournisseurs.
Partie 2 : Réduction de la consommation en veille en mode veille prolongée et en mode navire
2.1 Vérification de l'entrée et de la sortie du mode veille et du mode vaisseau
Un mode n'est valide que si vous pouvez prouver que le pack y entre et en sort sur commande. Notez la condition d'entrée, les sources de réveil et les éléments qui restent alimentés pour chaque état. Testez ensuite chaque chemin.
L'exemple suivant, au niveau du contrôleur, ne constitue pas une spécification de batterie. Ses valeurs de courant et de latence ne doivent pas être utilisées pour le dimensionnement de la batterie. Remplacez-les dans les exigences publiées par les mesures du contrôleur sélectionné et effectuez l'assemblage complet dans des conditions documentées.
État de sommeil | Condition d'entrée | Sortie / Source de réveil | RAM conservée | Courant | Latence de réveil |
|---|---|---|---|---|---|
inactivité en cours | Le thread inactif s'exécute ; la politique choisit l'état le plus léger lorsque le prochain événement est imminent. | Toute interruption (minuterie, GPIO) | Oui | ~3 mA | <1 µs |
mise en veille | La politique confirme que l'exigence de résidence est respectée. | Interruption GPIO (bouton), expiration RTC | Oui | ~1.5 µA | ~5 µs |
veille | Forcé par le gestionnaire d'alimentation ; la détection GPIO doit être configurée | Détection GPIO ; redémarrage complet depuis main() | Non | ~0.3 µA | Redémarrage complet |
La règle principale est simple : un état de dormance plus profond n’est rentable que si la meute reste endormie suffisamment longtemps pour justifier les coûts d’entrée et de sortie. Appliquez le même raisonnement à votre meute.
Documentez uniquement les sources de réveil implémentées dans l'architecture sélectionnée, telles qu'un circuit de détection de charge approuvé, un bouton, une minuterie ou une entrée de réveil par communication. Spécifiez les niveaux de déclenchement, l'anti-rebond, le délai d'attente et la séquence de retour en veille. Un message ne peut pas réveiller un émetteur-récepteur dépourvu de fonction de réveil alimentée.
Définissez une politique d'équilibrage validée pour le stockage et l'expédition. L'équilibrage consomme de l'énergie et peut engendrer des déséquilibres de consommation entre les groupes. Désactivez-le ou limitez-le uniquement lorsqu'il est compatible avec la stratégie de surveillance et de protection des cellules, et mesurez les courants résiduels dans chaque groupe en série.
2.2 Mesure de la vidange en veille de l'ensemble
Ne vous fiez pas aux fiches techniques des composants pour le courant de veille de la batterie. Mesurez l'ensemble complet : BMS, jauge, transistors FET de protection, circuits d'équilibrage et rails d'alimentation permanents. Les valeurs des fiches techniques supposent des conditions idéales. Votre carte ajoute des chemins de fuite.
Mettez en place une mesure pratique. Placez le système en mode embarqué, maintenez-le à une température contrôlée et enregistrez le courant à l'aide d'un multimètre ou d'un enregistreur à shunt sur une longue période. Enregistrez les événements de sillage que vous injectez. Un quai robotisé ou une unité de secours d'infrastructure peut rester inutilisé pendant des semaines ; une mesure de courte durée en laboratoire serait donc trompeuse.
Définir les critères d'acceptation pour chaque programme. Indiquer les limites autorisées. tirage au sort de secours Pour chaque mode, définissez la durée du test et la plage de tolérance (réussite/échec). Vérifiez ensuite que les fonctions de veille et de navigation fonctionnent comme prévu après chaque cycle de réveil. Une déconnexion matérielle défaillante est plus problématique qu'une absence de déconnexion.
L'ouverture du circuit de sortie ne supprime pas nécessairement la consommation interne. L'alimentation du système de gestion du bâtiment (BMS), les prises de courant des cellules, les circuits de protection et les interfaces de l'hôte peuvent rester sous tension. Mesurez la consommation résiduelle et le courant de retour éventuel, hôte connecté et déconnecté.
Partie 3 : Compromis liés aux charges de pointe, à la topologie et à la consommation en veille
3.1 Caractérisation du courant de charge et topologie du pack
Considérez la consommation en veille, la capacité de charge maximale et l'énergie de secours utilisable comme trois budgets distincts. Les cellules, le BMS et l'architecture d'alimentation du système hôte doivent respecter ces trois exigences simultanément. Commencez par mesurer le courant côté batterie dans chaque mode : transport, stockage, veille et état de test. Notez l'amplitude, la durée, la fréquence de répétition et le courant d'appel des impulsions les plus défavorables. Indiquez la tension minimale supportée par la batterie, car les charges à puissance constante consomment davantage de courant lorsque la tension diminue.
Déterminez le nombre de connexions en série et en parallèle à partir de la plage de tension, de l'énergie et du courant requis. Pack 5S2PAvec cinq groupes de deux cellules en parallèle chacun, on obtient une tension nominale d'environ 18.0 à 18.5 V et une tension maximale de 21.0 V avec des cellules de 3.6 à 3.7 V. Il s'agit d'une configuration possible, et non d'une norme universelle. Vérifiez que le taux de charge/décharge (C-rate) est correct et tenez compte du partage réel du courant, qui dépend de la résistance et de la symétrie des interconnexions. Les cellules en parallèle augmentent la capacité et diminuent la résistance équivalente du groupe, mais elles ne constituent pas des batteries de secours indépendantes. Estimez la chute de tension aux bornes des groupes de cellules, du câblage, des fusibles, des transistors FET et des connecteurs. Enfin, assurez-vous que le nombre de cellules en parallèle répond aux besoins énergétiques et thermiques.
3.2 Mise en réserve uniquement lorsque le budget l'exige
N'ajoutez un condensateur ou un supercondensateur que si le bilan énergétique révèle une chute de tension ou un pic de courant que les cellules ne peuvent supporter. La mise en tampon nécessite un chemin de charge adapté, une compatibilité de tension et une régulation du courant d'appel. Pour un courant de condensateur approximativement constant, la capacité est égale au produit du courant par la durée de l'impulsion et la chute de tension admissible. Une impulsion de 5 A pendant 0.5 s avec une chute de tension admissible de 1 V requiert idéalement une capacité d'au moins 2.5 F, avant prise en compte de la résistance série équivalente (ESR), des tolérances, du vieillissement et des marges de température. La chute de tension initiale due à l'ESR est à considérer en sus.
Comparez un tampon avec une cellule ou un nombre de cellules en parallèle plus adapté en utilisant la demande impulsionnelle mesurée. Tenez compte des fuites du tampon, des pertes de charge, des limites de tension, de la résistance série équivalente (ESR) et du contrôle du courant d'appel. Un tampon peut améliorer la réponse transitoire, mais ne remplace pas un bilan énergétique et thermique validé.
Partie 4 : Décharge de la batterie pendant le stockage et dimensionnement de l’énergie de secours
4.1 Durée de stockage, marges et capacité utile restante
Énergie de secours dimensionnée Pour un flux de travail clair et défini, et non pour une fiche technique, notez la durée de stockage du colis, la période d'expédition et les événements de mise en marche prévus. Prévoyez ensuite des marges suffisantes pour chaque élément. Un colis de dispositif médical stocké pendant des mois nécessite un budget différent de celui d'un colis de robotique mis en marche quotidiennement.
Les valeurs de tolérance ci-dessous sont des valeurs hypothétiques données à titre indicatif et ne constituent pas des limites de conception recommandées. Déterminez l'efficacité, le vieillissement et la réserve de SOC à partir du cycle de service réel et évitez de comptabiliser deux fois la même perte.
Allocation | Exemple de valeur | Objectif du dimensionnement |
|---|---|---|
Perte de conversion | Perte d'environ 15 % (efficacité de 85 %) | Couvre les pertes de conversion et les pertes auxiliaires |
Réserve de capacité en fin de vie | 15% –25% | Satisfait aux exigences en fin de garantie |
réserve de charge de secours | 20% –50% | Protège l'énergie promise en cas de panne |
Marge de recharge | Spécifique au site | Confirme la recharge avant le prochain événement |
Marge de température et de charge auxiliaire | Spécifique au site | Couvre la charge de refroidissement et par temps froid |
Pour une consommation électronique constante, la perte de capacité en Ah est égale au courant en A multiplié par la durée de stockage (en heures). À titre d'exemple, une consommation de 100 µA sur 90 jours entraîne une perte de 0.216 Ah, avant prise en compte de l'autodécharge des cellules et des réveils. Il est important d'intégrer séparément les variations de courant et de vérifier le déséquilibre au niveau du groupe, et non pas seulement la capacité totale de la batterie.
4.2 État de charge partiel et coupure basse tension
Sélectionnez le niveau de charge (SOC) et la température de stockage conformément aux instructions du fabricant de la cellule et de l'emballage. Les limites de SOC pour le transport dépendent de la classification, des instructions d'emballage, du mode de transport et des exigences de courant ; il ne s'agit pas d'une règle universelle de 20/80. Prévoyez une capacité restante suffisante pour l'intervalle de stockage défini et la procédure de démarrage autorisée.
Configurez la protection contre les sous-tensions en fonction des limites de cellules qualifiées et du comportement de la charge. La coupure de sortie peut laisser les composants électroniques internes sous tension ; il est donc important de mesurer la consommation après coupure et de définir l’intervalle de stockage autorisé avant toute intervention. Une déconnexion en mode navire ne garantit ni l’absence de fuite ni une durée de vie illimitée en stockage.
Partie 5 : Validation de l’architecture à faible consommation en veille
5.1 Tests d'acceptation de la consommation et de la mise en marche au niveau du système
Testez la conception sur l'ensemble complet, et non sur un banc d'essai rempli de composants. Effectuez des cycles d'entrée et de sortie répétés pour chaque mode. Enregistrez le courant en mode navigation et en veille sur une longue période à température contrôlée. Injectez chaque source de perturbation et vérifiez que la batterie revient à son état correct.
Transformez les résultats en une liste de contrôle d'acceptation pour les équipementiers. Le tableau ci-dessous indique les champs que votre programme doit valider avant la mise en production.
Élément de la liste de contrôle | Ce que vous vérifiez |
|---|---|
Définitions des modes | Chaque état possède une condition d'entrée, une source de réveil et une liste de blocs alimentés |
Drain mesuré | Courant global de l'ensemble par mode, enregistré au fil du temps |
Les marges | L'énergie de secours couvre le flux de travail défini avec une réserve |
Capacité utile restante | La capacité au réveil répond aux exigences déclarées |
Une station d'accueil robotisée ou un panneau de sécurité peuvent rester inutilisés pendant des semaines. Une mesure trop courte masquera une fuite lente ; il est donc conseillé de régler la durée du test en fonction de votre plage de stockage réelle.
5.2 État de charge et hypothèses de transport
Veuillez confirmer les exigences d'expédition relatives à la classification ONU, aux instructions d'emballage, à l'itinéraire et au transporteur auprès du spécialiste des marchandises dangereuses compétent. Utilisez les informations en vigueur. Guide PHMSA sur les batteries au lithium et les règles applicables en matière de transport aérien plutôt que de supposer qu'une seule limite SOC s'applique à chaque envoi.
Conservez les preuves d'essais UN 38.3 applicables et le résumé des essais liés à la conception expédiée. La qualification de transport ne détermine pas la durée de stockage acceptable. Vérifiez que l'état d'expédition défini permet une manutention conforme et laisse une capacité suffisante pour l'inspection à réception et le processus de mise en service.
Ces trois stratégies fonctionnent de concert au sein d'un même système. Les définitions de mode alimentent votre budget énergétique. Ce budget fixe les objectifs de consommation en veille et en mode navigation. La validation au niveau système prouve ensuite que la conception fonctionne comme prévu.
Suivre la consommation électronique séparément de l'autodécharge de la cellule. Équilibrage passif La surveillance des jauges et des consommations d'énergie en veille est une source réelle de consommation que vous pouvez contrôler. Dimensionnez votre alimentation de secours avec des marges claires, en fonction de votre flux de stockage et d'expédition.
Transformez ce document en un tableau des exigences et une liste de contrôle OEM pour votre programme d'emballage personnalisé. Validez l'assemblage complet plutôt que de vous fier aux fiches techniques des composants. Ce sont vos résultats de mesure, et non les spécifications techniques, qui déterminent si votre emballage conserve sa capacité utile lors d'un stockage prolongé.
QFP
Qu’est-ce qui constitue un objectif réaliste de courant de repos pour un BMS ?
Définissez une limite spécifique à chaque programme pour chaque mode, en utilisant l'intervalle de stockage requis et la perte de capacité admissible. Les fiches techniques des composants permettent d'établir le budget, mais la validation nécessite la mesure du courant d'assemblage, de l'énergie de sillage périodique et de la consommation résiduelle au niveau du groupe.
Pourquoi ma batterie se décharge-t-elle lorsque l'appareil hôte est éteint ?
Le commutateur principal est généralement situé en aval du BMS. Les transistors FET de protection, l'indicateur de charge, les circuits d'équilibrage et les rails d'alimentation permanents consomment du courant. À cela s'ajoute l'autodécharge des cellules. Mesurez l'ensemble en fonctionnement normal pour connaître la consommation réelle.
Comment puis-je tester le débit de carburant sur une longue période de stockage ?
Enregistrez le courant à l'aide d'un multimètre ou d'un enregistreur à shunt à température contrôlée. Laissez le test se dérouler suffisamment longtemps pour correspondre à votre période de stockage réelle. Un dock robotisé ou un panneau de sécurité peut rester inactif pendant des semaines ; une mesure rapide en laboratoire masque donc les fuites lentes.
Un niveau de charge partiel peut-il être utile pendant le transport ?
Un SOC partiel approuvé par le fabricant peut réduire les contraintes de stockage, mais le SOC autorisé pour l'expédition dépend des règles de transport applicables. Ne vous fiez pas à une recommandation générale de stockage au lieu de procéder à la classification de l'envoi et à l'examen du transporteur.
Quand dois-je ajouter la mise en mémoire tampon au pack ?
N'ajoutez des condensateurs ou des étages supplémentaires que si votre bilan énergétique révèle une chute de tension ou un pic de courant que les cellules ne peuvent supporter. La mise en tampon engendre des fuites, un surcoût et une complexité de conception accrue en termes de courant d'appel. Un plus grand nombre de cellules en parallèle résout souvent le même problème avec une consommation en veille moindre.
