Autonomie et alimentation d’un robot

Quand on fabrique un robot, se pose toujours la question de son l’alimentation en énergie : batteries (Ni-Mh, Li-Po, Plomb …?) ou alimentation fixe ? quelle autonomie ? caractéristiques etc.

Mon besoin :

  • Le robot doit pouvoir être opérationnel 24h/24
  • Il doit disposer d’une certaine autonomie : 2h serait un bon début
  • Sécurité : le robot pourra être actif lorsqu’il est seul. Je préférerais qu’il ne brûle pas la maison 🙂

Mon choix actuel va se porter sur des batteries NiMh. Bien que les LiPos présentent beaucoup d’avantages par rapport aux NiMh (poids, solutions de contrôle de charge, capacité…), elles restent réputées bien moins fiables. Une batterie LiPo mal gérée peut exploser, elles sont plus sensibles aux chocs… Les NiMh sont un compromis acceptable étant donnée leur fiabilité éprouvée.

L’option d’une batterie au plomb a été envisagée. Elles ont de nombreux avantages (facilité à charger, puissance, robustesse, prix…), mais elles sont très lourdes ! Pour un robot de taille moyenne, ce n’est pas envisageable.

Le robot devra donc fonctionner en étant branché sur le secteur pour pouvoir être opérationnel 24/24. Il devra aussi disposer de batteries de secours qui prendront le relais en cas de perte de l’alimentation fixe.

Idéalement, le robot pourrait recharger ses batteries en même temps qu’il fonctionne sur secteur. J’ai fait pas mal de recherches concernant le chargement des batteries, et ce n’est pas trivial ! Pour les LiPos, ils existent des contrôleurs de charge qui rendent la chose plus facile. Malheureusement, pour charger des batteries NiMh de façon sécurisée et optimale, cela semble plus délicat. Il faut surveiller la température ou la tension de la batterie pour savoir quand stopper la charge. Si c’est aussi vrai pour les LiPos, beaucoup plus de solutions faciles à intégrées sont disponibles.

Je vais donc faire le choix de la faciliter dans un premier temps : le robot fonctionnera sur secteur (via un adaptateur) lorsqu’il y sera connecté. En cas de perte d’alimentation fixe, ils basculera automatiquement sur ses batteries jusqu’à ce que l’alimentation fixe revienne. Il sera donc toujours nécessaire de charger manuellement ses batteries quand elles seront déchargées, mais le robot pourra être opérationnel en permanence.

Pour réaliser ce comportement, c’est très facile ! Il suffit de 2 diodes (schottky de préférence, pour limiter la chute de tension), et le tour est jouer. Une seule condition à respecter (au delà des caractéristiques adaptées pour la diode) : l’alimentation fixe doit avoir une tension supérieure à la tension de la batterie (d’au moins la valeur la tension de seuil de la diode).

Voici le circuit, ultra basique :

alim_secours

http://www.sonelec-musique.com/electronique_realisations_alim_secours_bat_001.html

Pour des explications plus détaillées, je recommande cet excellent site qui explique absolument tout !

En pratique, on peut voir que lorsque je coupe l’alimentation fixe, la batterie prend automatiquement le relais, et inversement. Le tout sans perturber la carte Arduino qui continue à fonctionner normalement (pas de coupure ou de redémarrage), la bascule se fait donc de manière transparente.

On ne le voit pas bien sur la vidéo, mais j’ai un programme qui tourne en boucle sur le Arduino qui contrôle la LED embarquée. Elle s’allume de plus en plus longtemps au fil du temps. L’exécution du programme n’est pas affectée par le changement de source d’alimentation, la carte de reboot pas.

J’y reviendra plus en détail dans un autre article. J’ai opté pour l’utilisation de 2 batteries NiMh 7.2 V 5000 mAh (l’une pour les moteurs CC et servomoteurs et l’autre pour l’électronique). L’alimentation secteur sera de 9 ou 12V à 5-10A. Des régulateurs de tension remettront tout ça à 5V pour l’électronique. J’utiliserai 2 diodes Schottky SR810 (8A/100V, 0.50€).

Une alternative que je n’ai pas abordée, mais qui peut-être pratique : l’utilisation de batteries externes pour smartphone/tablette. Je crois qu’il s’agit en général de batteries de type Li-Ion. Ces batteries externes se trouvent un peu partout à de très bons prix. Et l’avantage, c’est qu’elles embarquent déjà tout l’électronique pour la gestion de la charge, le tout pour un poids intéressant. Pour des projets pas trop gourmands en courant, ou pour la partie électronique d’un robot, ça peut être une solution. J’envisage cette option en complément si nécessaire.

Et pour finir, depuis quelques années, on trouve des batteries LifePo4, avec des avantages comparables aux LiPo, mais bien plus stables (et donc moins dangereuses), à creuser…

Une réflexion au sujet de « Autonomie et alimentation d’un robot »

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