Etudes sur les batteries et les antennes pour des systèmes au format carte bancaire

Etude effectuée sur différentes batteries flexibles 

Au début de mes travaux de thèse, les batteries fines et flexibles commençaient à faire leur apparition. Un seul fabricant en faisait auparavant, des primaires (non-rechargeables) avec une capacité de 10mAh. Les principaux fabricants étaient asiatiques (Chine, Japon et Corée du Sud) en situation de monopole. Un fabricant américain a commencé à s’y intéresser et a proposé l’une des premières batteries fines et flexibles rechargeables.

Les batteries primaires

Les batteries primaires sont des batteries non-rechargeables à usage unique. Une fois déchargée, il faut la remplacer. Dans un produit au format carte bancaire, lorsque la batterie se décharge c’est la fin de vie du produit. La figure 41 regroupe les différentes batteries primaires sur lesquelles nous avons effectués des tests afin d’établir quelle batterie était adaptée à telle ou telle application, laquelle résistait mieux aux courants continus et laquelle resistait mieux aux pics de courant.

Caractéristiques des batteries 

Le tableau 2 regroupe les caractéristiques de ces batteries. Les principales caractéristiques des batteries primaires sont : – La tension nominale qui est la tension d’alimentation en volts, – La capacité nominale qui symbolise la quantité d’énergie que peut délivrer la batterie dans un temps spécifique, bien évidemment en fonction de la charge et d’autres paramètres tels que la température, – Les courants de décharge maximum, en mode continu et en mode pulsé, – Les températures de fonctionnement et de stockage, très importantes notamment pour évaluer si la batterie pourra ou non supporter une lamination à chaud. – Les dimensions dont la plus importante est l’épaisseur qui doit être inférieure à 0,5mm, – L’autodécharge qui renseigne sur le devenir de la batterie et donc du produit et qui concrétement donne le pourcentage de perte par rapport à la tension nominale de la batterie.Quand on regarde les dimensions de ces différentes batteries, elles ont quasiment les mêmes longueurs et largeurs sauf pour le type 4 qui est relativement longue par rapport aux autres. Cette longueur peut d’ores et déjà constituer un handicap si l’on veut concevoir un circuit intégrant beaucoup de composants, bien que sa capacité de 18mAh soit très intéressante. Toutes ces batteries ont la même épaisseur entre 0,42mm et 0,47mm qui permet la garantie un produit final au format carte bancaire qui soit aux normes 7810. Chapitre ϯ : Etudes sur les ďatteries et les aŶteŶŶes pour des sLJstğŵes au forŵat ďaŶĐaire 48 Nous pouvons remarquer aussi qu’elles ont la même tension nominale de 3V. Aujourd’hui, cette tension est suffisante pour alimenter la majorité des processeurs et autres composants présents sur le marché et dont on peut avoir besoin lors de la conception des circuits embaqués au format carte bancaire. A l’identique, les températures de fonctionnement et de stockage sont semblables ce qui est relatif à la technologie utilisée : le lithium. La différence majeure réside dans les capacités nominales de ces batteries, qui varie de 10mAh jusqu’à 25mAh. Un autre critère, très important mais qui n’est pas explicité dans le tableau est le prix. En général, plus la capacité est grande plus la batterie est chère. D’où l’importance des tests pour avoir une idée sur le comportement des batteries en présence de différentes charges. Le protocole de test qui a été mis en place est de faire des tests de décharges sur les batteries en utilisant différentes charges. Pour chaque type de batterie, plusieurs batteries ont été utilisées (entre 5, 10 et 20) en fonction des stocks disponibles à UINT.

Les tests effectués

Nous avons réalisé deux séries de tests sur nos échantillons de batteries : – Dans un premier temps, ce sont des résistances qui ont été utilisées. Les valeurs ont été choisies en fonction de résistances utilisées dans des projets antérieurs. Ce sont des tests un peu particuliers qui cherchent à mesurer la différence entre la tension nominale et la tension mesurée une fois la charge appliquée. – Dans un deuxième temps, nous avons utilisé un dispositif à base d’interrupteurs pour simuler des pics de courant. Ce dispositif permet de définir des intervalles très longs. Certaines manipulations peuvent durer des jours. Les données étaient enregistrées via un logiciel de saisie.

Première série de tests

Tout d’abord nous allons introduire la notion de décharge au sein d’une batterie. Celle-ci s’effectue en trois étapes. Une première étape où la décharge est bien marquée, mais courte. Vient ensuite l’étape de stabilisation, où pendant la majeure partie de la décharge, la batterie va se stabiliser à une certaine valeur de tension et enfin la troisième étape qui est la fin de vie de la batterie lorsqu’elle se rapproche de sa tension de rupture. La chute de la tension est alors fortement marquée et la batterie arrive en fin de cycle. La figure 42 montre une courbe de décharge standard avec les trois étapes citées précédemment. La tension de stabilisation caractéristique de la deuxième étape du cycle de décharge est importante car c’est elle qui va déterminer la véritable tension de fonctionnement de la batterie. Nous cherchons des batteries avec une tension de stabilisation supérieure ou égale à 3V. C’est cette tension que nous avons essayé de déterminer par rapport aux types de batteries testées. La démarche est assez simple, on relie les batteries à des charges et on mesure la tension à leurs bornes. Au préalable, il faut également mesurer la tension intiale de la batterie.