Lors des tests de batterie, l'instrument de mesure ne doit pas altérer de manière significative la grandeur mesurée. Un voltmètre nécessite donc une très haute résistance interne afin de ne prélever qu'un courant négligeable lorsqu'il est branché en parallèle. Un ampèremètre nécessite une très faible résistance interne afin d'introduire une chute de tension minimale lorsqu'il est branché en série, permettant ainsi de mesurer la véritable intensité de sortie de la batterie.
Le voltmètre idéal se comporte comme un circuit ouvert, tandis que l'ampèremètre idéal se comporte comme un court-circuit. Leurs valeurs de résistance pratiques sont choisies pour minimiser l'erreur de mesure causée par la charge et la tension de décharge.
Pourquoi les voltmètres ont besoin d'une résistance interne élevée
Un voltmètre est branché en parallèle
Un voltmètre mesure la différence de potentiel entre deux points ; il est donc branché directement aux bornes de la batterie ou d'un autre élément du circuit.
Comme les branches en parallèle partagent la même tension, le voltmètre crée un chemin de courant supplémentaire. Son courant est approximativement :
[ I_V = \frac{V}{R_V} ]
où (V) est la tension mesurée et (R_V) est la résistance interne du voltmètre.
Une résistance élevée empêche la charge de mesure
Si la résistance du voltmètre était faible, il prélèverait un courant important sur la batterie. Ce courant supplémentaire modifierait l'état de fonctionnement de la batterie et pourrait produire une lecture de tension inexacte.
Un voltmètre à haute résistance ne prélève qu'un très faible courant, il mesure donc la tension de la batterie en provoquant une perturbation minimale.
La haute résistance est particulièrement importante pour les cellules de batterie
Une batterie peut être modélisée comme une force électromotrice idéale (E) en série avec une résistance interne (r). Lorsque le voltmètre prélève du courant, la tension aux bornes mesurée devient approximativement :
[ V_{\text{mesurée}} = E - I_V r ]
Une valeur (R_V) plus élevée produit une valeur (I_V) plus faible, ce qui réduit la chute de tension artificielle (I_Vr).
Ceci est particulièrement important pour les cellules ayant une résistance interne relativement élevée, où même un faible courant de mesure peut créer une erreur de tension notable.
Pourquoi les ampèremètres ont besoin d'une faible résistance interne
Un ampèremètre est branché en série
Un ampèremètre mesure le courant du circuit ; il doit donc être placé en série avec la charge ou le circuit de test de la batterie.
Tout le courant du circuit traverse l'appareil. Toute résistance à l'intérieur de l'ampèremètre devient donc une partie du circuit.
Une faible résistance minimise la tension de décharge (burden voltage)
La chute de tension introduite par l'ampèremètre est :
[ V_A = I R_A ]
où (I) est le courant mesuré et (R_A) est la résistance interne de l'ampèremètre.
Cette chute est appelée tension de décharge. Si (R_A) est trop grande, l'ampèremètre réduit la tension disponible pour la charge et modifie le courant que la batterie fournirait autrement.
Une faible résistance préserve le véritable courant de fonctionnement
Le courant d'une batterie sous charge dépend de la résistance totale du circuit, y compris la résistance interne de la batterie et toutes les résistances externes :
[ I = \frac{E}{R_{\text{charge}} + r + R_A} ]
Maintenir (R_A) très faible rend le courant mesuré plus proche du courant qui circulerait sans l'instrument.
Ceci est essentiel lors de l'évaluation des performances de décharge, de la capacité de puissance, de l'efficacité et de la résistance interne de la batterie.
Comment la résistance de l'instrument affecte les résultats des tests de batterie
Le voltmètre peut altérer la mesure en circuit ouvert
Une mesure de tension en circuit ouvert est destinée à déterminer la force électromotrice de la batterie sans pratiquement aucune charge externe.
Un voltmètre à résistance finie crée une petite charge, donc le résultat est techniquement une mesure de tension aux bornes sous la charge de l'appareil plutôt qu'une mesure de F.E.M. parfaitement déchargée.
L'ampèremètre peut altérer la mesure de la ligne de charge
Lors d'un test de décharge ou de courant pulsé, l'ampèremètre ajoute une petite résistance en série.
Cette résistance peut provoquer une petite chute de tension supplémentaire et réduire le courant mesuré, surtout à des niveaux de courant élevés. Les testeurs de batterie de précision spécifient donc la tension de décharge de l'ampèremètre et sa précision de mesure.
Les erreurs deviennent plus significatives dans certains tests
Les effets des instruments sont plus importants lorsque :
- La batterie a une résistance interne élevée.
- Le courant de test est important.
- La tension mesurée est faible.
- La précision requise est élevée.
- Le test utilise des mesures sensibles d'impulsion, d'impédance ou de faible courant.
Le système de mesure doit être sélectionné en fonction de la batterie et des conditions de test, et non uniquement par sa plage de tension ou de courant nominale.
Comprendre les compromis
La résistance ne peut pas être traitée comme la seule spécification
Un voltmètre à haute résistance d'entrée est souhaitable, mais la précision dépend également des fuites d'entrée, de la résolution, du bruit, de la bande passante et de la protection d'entrée.
De même, un ampèremètre à faible résistance est souhaitable, mais sa précision de shunt, son comportement thermique, son intensité nominale et sa tension de décharge sont également importants.
Une très haute résistance peut augmenter la sensibilité au bruit
Les mesures de tension à haute impédance peuvent être plus sensibles au bruit électrique, aux courants de fuite, à la contamination des câbles et aux interférences électromagnétiques.
Les bons systèmes de test de batterie combinent donc une résistance d'entrée élevée avec un blindage, un filtrage, une garde et un câblage stables appropriés.
Une très faible résistance d'ampèremètre crée des contraintes pratiques
Réduire la résistance de l'ampèremètre diminue la tension de décharge, mais l'élément de détection doit toujours supporter le courant de mesure et dissiper la chaleur associée :
[ P_A = I^2 R_A ]
À des courants élevés, même une petite résistance peut produire un échauffement et une erreur de mesure significatifs.
Ne confondez pas la résistance interne de la batterie avec la résistance de l'instrument
La résistance interne de la batterie est une propriété de la cellule et de sa construction. La résistance de l'instrument est un paramètre ajouté du système de mesure.
Des tests précis exigent que la contribution de l'instrument soit négligeable ou caractérisée avec précision afin qu'elle ne soit pas confondue avec une caractéristique de la batterie.
Comment appliquer cela à votre test de batterie
Le comportement correct de l'instrument dépend de si le test mesure la tension, le courant ou les deux.
- Si votre objectif principal est la tension ou la F.E.M. : Utilisez un voltmètre avec une résistance d'entrée beaucoup plus élevée que les résistances de la batterie et du circuit de test, afin que son appel de courant ne charge pas la cellule.
- Si votre objectif principal est le courant de sortie : Utilisez un ampèremètre ou une méthode de détection de courant avec une très faible tension de décharge afin que le capteur ne réduise pas matériellement le courant de la batterie.
- Si votre objectif principal est la résistance interne : Prenez en compte toutes les résistances des instruments, câbles, fixations et contacts, car chacune peut influencer la réponse en tension observée.
- Si votre objectif principal est la performance à courant élevé : Vérifiez la tension de décharge, les limites thermiques et l'étalonnage de l'ampèremètre au courant de test réel.
- Si votre objectif principal est le comportement à faible courant ou en circuit ouvert : Utilisez un système de mesure de tension à haute résistance d'entrée et contrôlez les fuites, le bruit et le temps de stabilisation.
Choisir correctement la résistance de l'instrument garantit que le système de test observe le comportement de la batterie plutôt que de le créer.
Tableau récapitulatif :
| Instrument | Connexion | Résistance idéale | Pourquoi c'est important | Impact d'une mauvaise résistance |
|---|---|---|---|---|
| Voltmètre | Parallèle | Très élevée (circuit ouvert) | Prélève un courant négligeable, évite de charger la batterie | Une faible résistance provoque une chute de tension et des lectures inexactes |
| Ampèremètre | Série | Très faible (court-circuit) | Tension de décharge minimale, préserve le vrai courant | Une résistance élevée réduit le courant et altère les résultats du test |
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