Combien de temps durera votre batterie sous la charge du moteur ? Un guide pratique pour l'estimation du temps d'exécution

Pourquoi l'estimation du temps d'exécution est importante

Si vous avez déjà vu un robot mourir en pleine compétition ou si vous avez vu un drone tomber du ciel plus tôt que prévu, vous savez que les calculs d'autonomie de la batterie au dos de l'enveloppe ne sont pas facultatifs, ils sont essentiels. Le problème, c'est que la formule naïve que tout le monde choisit en premier :

« MATHBLOCK_0 »

surestime presque toujours le temps d'exécution. Les systèmes réels présentent des pertes au niveau de l'entraînement, des batteries que vous ne devriez pas décharger complètement et des consommations de courant qui fluctuent en fonction de la charge mécanique. Le calculateur [open the Battery Runtime (Motor Load)] (https://rftools.io/calculators/motor/battery-runtime-motor/) prend en compte tous ces facteurs afin d'obtenir un chiffre fiable sur le terrain.

Les entrées que vous devez connaître

Passons en revue chaque paramètre accepté par la calculatrice et expliquons pourquoi il est important.

Capacité de la batterie (« MATHINLINE_9 ») — Évaluée en milliampères-heures (mAh) ou en ampères-heures (Ah). Il s'agit du numéro principal sur l'étiquette de la batterie, mais n'oubliez pas qu'il est mesuré dans des conditions de décharge spécifiques (généralement C/20 pour le plomb-acide, 1C pour le LiPo). Votre capacité utile réelle dépend du débit et de la température de décharge. Tension de la batterie (« MATHINLINE_10 ») — Tension nominale du boîtier. Le calculateur propose des préréglages rapides pour les chimies courantes : LiPO 1S (3,7 V), LiPo 2S (7,4 V), NiMH AA (1,2 V par cellule) et plomb-acide scellé 12 V. Vous pouvez également saisir une tension personnalisée pour les packs excentriques. Courant moteur, moyen (« MATHINLINE_11 ») — Il s'agit du courant moyen consommé par le moteur au cours de votre cycle de service, et non du courant de décrochage ni du courant à vide. Si la fiche technique de votre moteur ne donne que des valeurs de décrochage et à vide, une première estimation raisonnable pour un moteur modérément chargé est d'environ 25 à 40 % du courant de décrochage, mais mesurez-la si possible. Efficacité de l'entraînement (« MATHINLINE_12 ») — Aucun pilote de moteur n'est efficace à 100 %. Un pont H fonctionnant en mode PWM peut être efficace de 85 à 95 % en fonction de la fréquence de commutation, du FET « MATHINLINE_13 » et du rapport cyclique. Une carte de commande à courant continu brossé bon marché provenant d'un fournisseur amateur pourrait être plus proche de 80 %. Ce facteur fait gonfler le courant provenant de la batterie par rapport au courant fourni au moteur. Profondeur de décharge (DoD) — Quelle part de la capacité nominale de la batterie vous êtes prêt à utiliser. Pour les packs LiPo, un état de charge inférieur à 20 % accélère la dégradation. Un DoD de 80 % est donc standard. Les batteries au plomb sont encore plus sensibles : 50 % de DoD est une règle de conception courante pour la durée de vie du cycle. Les cellules NiMH sont plus tolérantes, et 90 % de DoD est raisonnable.

Les mathématiques qui sous-tendent la calculatrice

Le calculateur calcule quatre sorties. Voici comment ils sont liés.

Capacité utilisable :

« MATHBLOCK_1 »

Courant effectif de la batterie :

L'étage d'entraînement n'étant pas parfaitement efficace, la batterie doit fournir plus de courant que le moteur n'en consomme :

« MATHBLOCK_2 »

Durée :

« MATHBLOCK_3 »

Le calculateur indique cela en heures et en minutes pour plus de commodité.

Énergie de la batterie (estimée) :

« MATHBLOCK_4 »

Cela vous donne un chiffre rapide en wattheures pour le budget énergétique, utile pour comparer des packs de différentes tensions.

Exemple concret : un LiPo 2S alimentant un petit motoréducteur à courant continu

Supposons que vous construisiez un petit robot à roues avec un pack LiPo 2S et deux motoréducteurs à courant continu à balais.

Étape 1 — Capacité utilisable :

« MATHBLOCK_5 »

Étape 2 — Courant effectif de la batterie :

« MATHBLOCK_6 »

Étape 3 — Exécution :

« MATHBLOCK_7 »

Étape 4 — Énergie de la batterie :

« MATHBLOCK_8 »

Ainsi, avec une conduite modérée, vous aurez environ une heure d'autonomie. En pratique, si le robot passe du temps à l'arrêt ou s'il est légèrement chargé, vous en obtiendrez un peu plus. S'il s'agit de grimper sur des rampes ou de pousser des objets, le courant moyen augmente et la durée de fonctionnement diminue. C'est exactement le type d'analyse de sensibilité que le calculateur facilite : il suffit de modifier « MATHINLINE_18 » pour voir comment les chiffres évoluent.

Conseils pour des estimations plus précises

Mesurez le courant moyen de manière empirique. Connectez une résistance de détection de courant ou un capteur de puissance USB et faites fonctionner votre système selon un cycle de fonctionnement représentatif pendant quelques minutes. La moyenne que vous mesurez sera bien plus précise que ce que l'on peut deviner sur une fiche technique.

Tenez compte du reste du circuit. Les moteurs constituent généralement la charge dominante, mais n'oubliez pas le microcontrôleur, les capteurs, les LED et les modules radio. Ajoutez leurs courants de repos à « MATHINLINE_19 ». Réduisez la température. La capacité du LiPo diminue d'environ 10 à 15 % à 0 °C par rapport à 25 °C. Si votre application fonctionne dans des environnements froids, réduisez « MATHINLINE_20 » en conséquence avant de la brancher. Surveillez le taux C. Un LiPo de 2 200 mAh déchargé à 1,67 A fonctionne à environ 0,76 °C, ce qui se situe bien dans la zone de confort de la plupart des packs. Si votre moteur génère des courants d'impulsion élevés qui poussent le module au-dessus de son taux C nominal, une baisse de tension réduira la capacité effective au-delà de ce que le DoD capte à lui seul.

Essayez-le

Branchez les spécifications de votre batterie et le courant de votre moteur dans le calculateur [ouvrez la durée de vie de la batterie (charge du moteur)] (https://rftools.io/calculators/motor/battery-runtime-motor/) et obtenez une estimation honnête de l'autonomie en quelques secondes. C'est le moyen le plus rapide de vérifier votre budget énergétique avant de vous engager dans une batterie ou avant que votre robot ne vous mette dans l'embarras sur le terrain de compétition.