Types de batteries pour robots et conceptions robotiques

Présentation :

Choisir le bon système de batterie pour vos robots est essentiel car chaque type nécessite un type de batterie différent. Certains nécessitent des tailles plus petites tandis que d'autres pourraient nécessiter des tailles plus grandes. Et puis on parle des variétés de batteries. Voici un guide détaillé sur les types de systèmes de batteries pour robots.

Types de piles :

Notre objectif principal sera les piles rechargeables et le premier nom qui vous vient probablement à l'esprit est "piles au lithium" ; les piles rechargeables les plus couramment utilisées. Si vous souhaitez quelque chose de moins que votre budget, les batteries au plomb conviendraient, ou vous pouvez opter pour des batteries au lithium-ion ou au lithium-polymère. (Les piles non rechargeables sont assez chères à long terme dans les deux cas.)

1. Batteries au plomb

Les batteries au plomb sont généralement bon marché et ont également de grandes capacités. Vous pouvez les trouver dans des plates-formes plus grandes qui ne nécessitent pas une puissance énorme mais qui ont besoin de beaucoup de capacité énergétique. Vous les trouverez dans les systèmes d'alimentation solaire, les onduleurs, etc. Cependant, ils ne sont disponibles que par incréments de 6 V et 12 V, sont très lourds et ont une faible capacité par unité de poids. Ils mettent également plus de temps à se recharger et perdent de la capacité s'ils sont stockés.

2. Piles à hydrure métallique de nickel

Si vous souhaitez opter pour une option moins chère mais plus légère que les batteries plomb-acide, les batteries nickel-hydrure métallique sont faites pour vous. Ils sont très populaires pour leur faible résistance interne et leur bon rapport puissance/poids et sont beaucoup plus sûrs que les cellules à base de lithium. Vous les trouverez dans les pistolets airsoft, les jouets bon marché, les remplacements AA/AAA, les appareils photo numériques, etc. Les inconvénients incluent une autodécharge plus élevée (environ 50 % supérieure au NiCd). Ils ont également une durée de vie limitée et n'absorbent pas bien les surcharges.

3. Cellules lithium-ion

Les cellules lithium-ion sont relativement sûres et ont une densité d'énergie plus élevée, elles conviennent donc aux équipements électroniques qui nécessitent plus de temps entre les charges tout en consommant plus d'énergie. Leurs taux d'autodécharge sont également faibles et sont très légers. Ils sont utilisés pour alimenter des gadgets électroniques tels que les téléphones portables, les ordinateurs portables et les tablettes, etc. Cependant, leur inconvénient majeur est leur coût, c'est-à-dire qu'ils peuvent être assez coûteux et qu'ils souffriront également du vieillissement. De plus, ils nécessitent une protection supplémentaire contre les surcharges et les décharges.

4. Piles au lithium polymère

Les batteries au lithium-polymère sont généralement légères et se présentent sous forme d'emballage, une collection de cellules individuelles avec une prise d'équilibrage et la prise d'alimentation principale. Ils sont également disponibles dans une large gamme de tensions en fonction de l'utilisation requise. Vous les trouverez même dans les robots de combat, les avions RC, les drones, les ordinateurs portables et les téléphones.

Gardez cependant à l'esprit qu'ils peuvent être très dangereux s'ils ne sont pas manipulés avec précaution. Ils doivent être correctement stockés et entretenus. Ils peuvent aussi être assez chers.

Nous allons maintenant discuter de certaines spécifications de batterie que vous devriez connaître.

Notes de la batterie :

Toutes les batteries sont accompagnées d'une liste de tensions nominales et de capacités nominales en ampères-heures ou milliampères-heures. Certains seront également livrés avec un courant nominal de décharge (C-rating) ou un courant nominal en rafale.

5. Caractéristiques de la batterie au lithium polymère

• Tension/Nombre de cellules :

Les batteries LiPo comprennent des cellules en série (S) et en parallèle (P). Les cellules de base sont étiquetées 1S, et si elles ne sont pas étiquetées, elles sont automatiquement supposées être 1S, c'est-à-dire un seul ensemble de cellules en série. La tension nominale d'une cellule LiPo est de 3,7 V et donc si une cellule est "2S", c'est-à-dire deux cellules en série, sa tension serait de 7,4 V. De même, ce serait 18,5V pour un pack 5S.

• Capacité et cote C :

La capacité fait référence à la quantité d'énergie que la batterie peut contenir, tandis que la "cote C" fait référence à la mesure de la vitesse à laquelle une batterie peut être déchargée en toute sécurité sans endommager la batterie. La plupart des batteries que vous trouverez aujourd'hui sont livrées avec deux cotes C :une cote continue et une cote en rafale (la cote en rafale ne s'applique qu'en rafales de 10 secondes, pas en continu).

Supposons que vous disposiez d'une batterie de 1 000 mAh étiquetée 25 C/40 C. Il a la capacité de gérer des rafales de 25 A en continu ou de 40 A (généralement pendant quelques secondes jusqu'à 10 secondes). Ces cotes ont tendance à baisser à des capacités plus importantes. Les cotes C supérieures à 50 sont courantes pour les batteries de moins de 1000 mAh. Habituellement, une batterie de 500 mAh 75C/150C peut gérer 37,5 A en continu et 75 A en rafale.

De quelle tension, capacité et courant avez-vous besoin ?

Vous devrez faire correspondre la tension du système de batterie à la tension à laquelle votre moteur fonctionnera. La capacité aide simplement à déterminer la durée de vie de la batterie. Et la capacité ou le courant de décharge est essentiellement la somme totale du courant consommé par tous les moteurs sous une charge.

Batteries pour projets stationnaires

Il y a plusieurs raisons pour lesquelles vous devriez opter pour des batteries plutôt qu'une alimentation en courant alternatif même si votre projet est stationnaire.

• Bruit électrique :

Cela ne se produirait généralement pas avec une alimentation propre, mais si vous travaillez sur un projet de bricolage, vous rencontrerez certainement un bruit de fond interférant avec votre projet. Les batteries, en revanche, vous fourniront une alimentation en courant continu propre et stable. De plus, vous n'aurez pas non plus à faire face à des chutes de tension non régulées.

• Capacité actuelle

Supposons que vous souhaitiez obtenir une alimentation 12 V AC-DC pour un moteur de 50 A, vous aurez besoin d'une alimentation beaucoup plus importante que 50 A. Et même une plus grande alimentation qui pourrait gérer 75 à 100 ampères pendant une petite période de temps, même si votre moteur ne fonctionnera alors qu'à un cinquième de cela. Au lieu de cela, vous pouvez opter pour une batterie LiPo avec des rafales de plus de 110 ampères avec une alimentation moins chère.

• Limites de puissance

Les limites de puissance varient d'un pays à l'autre. Aux États-Unis, par exemple, à une alimentation de 120 V, la plupart des prises murales sont connectées à un disjoncteur de 15 A, ce qui porte la puissance de crête de la prise à 1 800 W. En revanche, les appareils sont généralement limités à 1 500 W d'alimentation continue.