Un contrôleur de charge décide sur la base de millivolts et de fractions de degré ; ses mesures doivent donc être plus précises que les phénomènes qu'il surveille. Une mauvaise mesure de courant fausse le comptage coulombien et le contrôle en mode courant ; une thermistance mal placée ou mal conditionnée transforme le dT/dt en bruit ; et la résistance de contact d'un connecteur, prise à tort pour un comportement de la cellule, provoque des arrêts intempestifs. Cet article conçoit les deux chaînes de mesure sur lesquelles repose tout chargeur NiMH – la mesure de courant et la mesure de température par NTC – en couvrant la sélection des composants, la topologie de connexion, le filtrage et la détection des défauts, et montre comment l'intégrité des mesures se répercute directement sur la fiabilité de l'arrêt et la précision de la charge.
Le courant de charge est le plus souvent mesuré comme la tension aux bornes d'une résistance shunt série de faible valeur, choisie pour équilibrer la résolution de mesure contre la dissipation en I carré R : assez grande pour que le signal amplifié dépasse le offset de l'amplificateur et le bruit de l'ADC, assez petite pour ne pas gaspiller de puissance ni ajouter de la chaleur. Une résistance en alliage de précision à faible coefficient de température maintient la lecture stable à mesure que le chargeur se réchauffe, car la dérive d'auto-échauffement ressemblerait sinon à un courant changeant.
Le shunt se trouve dans le trajet de puissance dont le contrôleur commande le courant (côté batterie pour le vrai courant de batterie), et sa tension est amplifiée par un amplificateur de mesure de courant ou un canal ADC différentiel dédié avant la numérisation ; la bande passante résultante doit dépasser le contenu des impulsions/PWM afin que les profils pulsés et multi-étages soient mesurés fidèlement.
Les résistances de contact et de piste ne doivent jamais apparaître dans la mesure : la tension de mesure est prélevée par une paire Kelvin séparée directement aux plots du shunt, et la tension de batterie pour le -delta-V est mesurée aux bornes de la cellule ou au connecteur du pack, et non à la sortie du régulateur, afin d'exclure la résistance de contact du support. Dans les supports grand public à contacts à ressort, l'absence de mesure Kelvin laisse la dérive de contact se faire passer pour une résistance interne croissante ou un pic de tension – le mécanisme de fausse coupure signalé dans l'article 6.
Les bonnes pratiques utilisent une masse en étoile pour les retours signal et puissance, séparent les pistes de mesure de la boucle de puissance à découpage (article 36) et se protègent des transitoires de mode commun PWM qui se replieraient sinon dans la mesure de charge basse fréquence.
Une thermistance à coefficient de température négatif convertit la température de la cellule en résistance, généralement dans un diviseur excité à partir d'une référence stable ; sa résistance nominale (couramment 10 k à 25 °C) et son beta correspondent à la plage de l'ADC sur la fenêtre de charge du froid au chaud, et sa constante de dissipation doit maintenir l'auto-échauffement négligeable en limitant le courant d'excitation ou en cadenceant le diviseur. Les NTC de grade précision à tolérance beta serrée se justifient car la différenciation du dT/dt amplifie chaque erreur.
Le diviseur est conçu pour que les conditions froide, chaude et ouverte/court-circuit produisent des tensions distinctes : une NTC ouverte se lit comme une valeur extrême qu'une conception robuste traite comme « pas de charge rapide » plutôt que de la lire à tort comme froide, et une NTC en court-circuit signale également un défaut – la porte d'intégrité du capteur exigée par l'article 12.
La thermistance doit être couplée thermiquement à la cellule – clipsée sur un boîtier de cellule, collée à la cellule intérieure la plus chaude du pack ou intégrée au contact du support – et thermiquement isolée de la chaleur du propre découpeur et de la résistance shunt du chargeur, sinon le chargeur se mesure lui-même. Dans les packs multi-cellules, le capteur couvre la cellule géométriquement la plus chaude (article 28), et plusieurs NTC sont utilisées là où les gradients sont importants ; la force de ressort mécanique et le couplage thermoconducteur garantissent que la lecture suit la cellule plutôt que l'entrefer.
Le positionnement est validé en comparant la lecture NTC à des thermocouples instrumentés sur les cellules pendant une charge du pire cas, en confirmant que le retard et le offset sont assez faibles pour que la décision dT/dt de 1 °C/min reste précise.
Les deux chaînes sont filtrées à la bande passante du phénomène sous-jacent – la tension pour le -delta-V est légèrement filtrée pour préserver le pic en millivolts tout en rejetant l'ondulation de découpage ; la température est filtrée sur une fenêtre glissante avant différenciation afin que la pente reflète la recombinaison plutôt que le bruit. L'échantillonnage est synchronisé à l'écart des fronts PWM, et le contrôleur exige une confirmation multi-échantillons (article 6/7). L'étalonnage ajuste les offsets de l'amplificateur et de la NTC en production, transformant les tolérances des composants en précision mesurée.
La première figure schématise les chaînes de mesure du courant et de la température, de la grandeur physique à la décision ; la seconde montre comment l'erreur de positionnement et le bruit dégradent un signal dT/dt par ailleurs propre, motivant la conception du conditionnement.
La vérification injecte des courants et températures connus, teste les défauts de capteur ouvert/court-circuit, confirme le rejet de l'ondulation PWM et des échelons de résistance de contact, et valide les décisions -delta-V/dT/dt par rapport à une instrumentation de référence à travers la température. Weijiang fournit les constantes de temps thermiques des cellules et le comportement en température de surface pour aider à placer et valider les NTC. Le prochain article passe de la précision de mesure à l'énergie qu'elle coûte – rendement du chargeur, consommation en veille et réglementation d'efficacité énergétique.
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