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Electronique > Réalisations > Testeur piles 001

Dernière mise à jour : 21/07/2024

Présentation

Les testeurs de piles décrits ici ne sont pas tous de moi. Le premier m'a été suggéré par Jean-François qui souhaitait le voir proposé au plus grand nombre, les suivants se basent sur son idée.



Ces testeurs permettent de tester "dynamiquement" une pile, c'est à dire en lui faisant débiter du courant, comme on devrait toujours le faire pour avoir un résultat de test significatif. Une pile que l'on vérifie avec un voltmètre électronique (surtout s'il s'agit d'un multimètre numérique avec haute impédance d'entrée) ne débite en effet pas assez de courant et il est difficile dans ce cas d'évaluer l'état réel de la pile (on peut dans ce cas tout à fait lire une tension "normale" sur une pile HS). La fonction première d'un testeur de pile efficace est donc de solliciter un minimum la pile en même temps qu'on mesure la tension à ses bornes, pour voir si elle est encore capable de "tenir le choc".

Bien entendu, le test doit être est bref et ne doit pas décharger une pile neuve en quelques secondes !

   

Schéma 001 - Idée originale de Jean-François

Le schéma de Jean-François est le suivant, tel qu'il me l'a transmis. Je l'ai redessiné selon la "charte" de mes schémas, mais n'ai modifié la valeur d'aucun composant de son schéma original. 

Câblage pile à tester

Test d'une pile 1,5 V : la pile doit être raccordée entre le point commun Com et le point d'entrée 1V5 (broche gauche de R2).
Test d'une pile 9 V : la pile doit être raccordée entre le point commun Com et le point d'entrée 9V (broche gauche de R1).

Principe de la mesure

Il consiste à placer en parallèle sur la pile à tester, une résistance d'assez faible valeur pour obliger la pile à débiter un courant suffisant. A ce stade, deux possibilités :
1 - on met une seule résistance en parallèle sur la pile à tester et on mesure la tension directement sur la pile même.
2 - on met un pont diviseur en parallèle sur la pile et on mesure la tension sur la deuxième résistance du pont.
C'est la deuxième méthode qu'a adopté l'auteur du montage, sachant que dans les deux cas, la mesure de tension peut s'effectuer avec un multimètre numérique ou avec un micro-ampèremètre (galvanomètre) associé à une résistance série pour en limiter le courant traversant.

Descriptif du schéma

On retrouve sur la partie gauche du montage un pont diviseur résistif dont la "première" résistance utilisée dépend du point d'entrée (1V5 ou 9V). La tension mesurée se fait dans les deux cas aux bornes de la "deuxième" résistance R3.
- Si test pile 1,5 V, utilisation du pont diviseur R2 / R3. Si tension pile = 1,5 V, la tension sur R3 est de 1,02 V, courant pile 100 mA.
- Si test pile 9 V, utilisation du pont diviseur R1 / R3. Si tension pile = 9 V, la tension sur R3 est de 1,58 V, courant pile 160 mA.

La diode D1 empêche que toute inversion malencontreuse de polarité de la pile à tester ne fasse dévier l'aiguille du galvanomètre dans le sens inverse du sens normal, ce qui pourrait l'endommager. Le potentiomètre RV1 permet le calibrage pleine échelle du galvanomètre, il doit être ajusté en fonction de la résistance interne du galvanomètre utilisé, de telle sorte que l'aiguille dévie à fond d'échelle (pas en butée) pour une tension en entrée égale à la tension que l'on a avec une pile neuve. A ce sujet, la tension aux bornes d'une pile neuve est assez variable,  une pile donnée pour 1,5 V pouvant parfois délivrer 1,55 V ou 1,65 V.

   

Schéma 001b - Suggestions de modification

Si je peux me permettre, je suggère l'utilisation de résistances d'entrée (R1 et R2) de valeurs différentes, calculées de façon à avoir une pleine déviation identique pour une pile de 1,5 V ou 9 V neuve, sans avoir à retoucher le potentiomètre de calibrage RV1.



Le courant demandé à la pile est désormais voisin de 100 mA pour les deux entrées 1V5 et 9V, ce qui reste suffisant pour voir si elle a encore quelque chose dans le ventre.

   

Schéma 001c - Ma proposition

La deuxième suggestion que je peux faire concerne l'utilisation d'un multimètre numérique, qui rend superflue la présence de la diode D1 (en cas d'inversion de polarité, l'affichage montre simplement un valeur négative, sans danger pour l'appareil de mesure). Dans le schéma qui suit, j'ai ajouté deux entrées de test, une pour les piles "bouton" de tension nominale 3V0 (par exemple CR2032) et une pour les cellules Li-Ion de tension nominale 3V7.



La présence du bouton-poussoir SW1 qui n'existait pas dans les schémas précédents engendre une méthode de test différente. Ici, on ne se contente pas de lire la tension avec la pile en charge (avec une résistance en parallèle pour la faire débiter). On procède par comparaison avec et sans charge.

• SW1 relâché (résistance R1x déconnectée) = tension pile mesurée "à vide"
• SW1 pressé (résistance R1x connectée) = tension pile mesurée "en charge"

Le multimètre numérique possède une résistance d'entrée très élevée (au moins 10 MO) qui joue un rôle insignifiant en tant que charge (courant demandé à la pile quasi nul). Si le poussoir SW1 est relâché, le multimètre réglé en mode voltmètre indique une tension de pile "à vide" (non chargée) et la valeur lue est celle que la pile délivre sans être sollicitée, c'est à dire une valeur qui ne veut pas dire grand chose quand elle semble correcte.

Si maintenant on presse le bouton-poussoir SW1, la résistance de charge R1x entre en service et soutire une certaine quantité de courant à la pile, qui peut alors montrer ce qu'elle a dans le ventre. Dans tous les cas, la tension lue quand SW1 est pressé est inférieure à celle qu'on peut lire avec la pile non chargée (SW1 relâché). C'est normal ! Ce qu'il faut, c'est que la chute de tension observée reste faible au moment où on presse SW1, mais aussi au bout de 3s à 5s (SW1 restant pressé). C'est précisément ici qu'on va voir si la pile mérite d'être ou non conservée. 

Voici en résumé les cas de figure qu'on peut rencontrer :

• Tension mesurée à vide (SW1 relâché) nettement inférieure à la tension attendue (par exemple 1,2 V au lieu de 1,5 V) : la pile est morte, ce n'est même pas la peine de la tester en charge (mais ce test bien sûr n'est pas interdit).
• Tension mesurée à vide (SW1 relâché) égale à (ou proche de) la tension attendue, tension mesurée en charge (SW1 pressé) proche de la tension attendue (par exemple 1,45 V au lieu de 1,5 V) et faible baisse de la tension mesurée quand on garde SW1 pressé quelques secondes : dans ce cas, la pile n'est plus de toute jeunesse, mais elle est encore valide.
• Tension mesurée à vide (SW1 relâché) égale à (ou proche de) la tension attendue, tension mesurée en charge (SW1 pressé) proche de la tension attendue (par exemple 1,45 V au lieu de 1,5 V), mais chute de la tension progressive et rapide quand on garde SW1 pressé quelques secondes : dans ce cas, la pile n'est plus en très bon état, mais elle peut encore être utilisée dans un appareil qui présente une consommation moyenne faible (télécommande TV, horloge ou réveil de voyage).
• Tension mesurée à vide (SW1 relâché) légèrement inférieure à la tension attendue, tension mesurée en charge (SW1 pressé) chutant très rapidement quand on garde SW1 pressé quelques secondes (par exemple baisse de tension de 20% en 3 s): dans ce cas, la pile n'a vraiment plus grand chose à offrir... poubelle de tri !

Remarques : 

• Il est normal de voir la tension mesurée remonter quand on relâche SW1, la pile n'étant plus autant sollicitée. Ce n'est pas pour autant que la pile redevient "bonne" !
• En toute rigueur, le courant qu'on réclame à la pile lors du test en charge devrait être fonction de la capacité (de la grosseur) de la pile. Ainsi, la valeur de la résistance de charge R1x devrait être différente pour des piles LR3, LR6, LR14 ou LR20. Je pense inutile de prévoir des dizaines de valeurs différentes pour R1x, la valeur adoptée ici qui engendre un courant d'environ 100 mA (quand la pile à encore du jus) me semble être une valeur intermédiaire correcte.
• La valeur donnée à R1B pour test d'une pile bouton 3V0 a été déterminée pour soutirer un courant moindre, car une telle pile n'est pas faite pour fournir une intensité de courant élevé et un test sous charge de 100 mA aurait tôt fait de la décharger. La valeur de 820R a été calculée pour soutirer un courant compris entre 3 mA et 4 mA, on pourrait doubler la valeur de la résistance pour obtenir une intensité de courant deux fois moindre.
• Lors de mes tests avec un ensemble de piles douteuses de type LR6 (1,5 V), j'ai eu une drôle de surprise. Une des piles affichait une tension positive de +0,6 V à vide et une tension négative de -0,2 V en charge ! Je ne m'y connais pas assez en chimie pour expliquer la raison de ce curieux phénomène d'inversion de polarité. Mais une chose est sûre, la pile en question était bien "rincée" !

   

Prototype

Réalisé pour la version 001c, avec un support de piles 1,5 V 3 x AA (3 x LR6) et un clip pour pile 9V (6F22). 
 

 
Le test est grandement facilité avec ce support, qui évite le glissement des pointes de touche du multimètre sur les bords arrondis de la pile en cours de test. Ici, j'ai remplacé l'unique résistance de 15 ohms (R1A du schéma) par deux résistances de 8,2 ohms en série (leurs valeurs s'ajoutent). Le courant de test est un poil inférieur, mais cela n'a rien de critique, puisqu'il reste suffisant pour faire travailler la pile.

Avec la pile testée visible sur la photo ci-devant, la tension affichée n'a pas bougé d'un centième de volts pendant les 15 secondes de test. De toute évidence, elle est en bon état (le contraire aurait été malheureux, elle est neuve et sa date de péremption est loin d'être dépassée).

Avec une autre pile supposée "HS", la tension mesurée était de 1,3 V à vide et de 1,05 V en charge, avec une chute de 10 mV en 5 secondes.

Même principe de test pour des piles rectangulaires 9 V (j'ai finalement utilisé ici une résistance de 150 ohms et non 100 ohms comme indiqué sur mon schéma - c'est sans grande importance) :   

   
  
   

Chose amusante : avec certaines (vieilles) piles, la tension mesurée en charge chutait, puis remontait un peu avant de chuter à nouveau, comme si les piles avait un sursaut d'énergie temporaire.

   

Circuit imprimé (PCB)

Circuit imprimé bien luxueux pour un montage si simple (premier schéma de Jean-François).
   

   

Historique

21/07/2024
- Ajout photos prototype version 001c, pour piles LR6 (1V5) et 6F22 (9V).

14/07/2024
- Ajout schéma 001c.

31/07/2009
- Première mise à disposition.