Les batteries dans l'Internet des objets

Les applications potentielles de l'Internet des objets (IoT) sont innombrables dans des secteurs du marché tels que l'industrie, la surveillance environnementale, la gestion de l'énergie, la domotique, les dispositifs et systèmes médicaux et de santé et de nombreux autres marchés diversifiés y compris une multitude de gadgets mobiles et portables de grande consommation.

Un aspect central du paradigme de l'IoT est le déploiement de dispositifs et systèmes à capteurs, autonomes et connectés sans fil, qui recueillent et communiquent des données, souvent par l'intermédiaire d'une passerelle, pour les envoyer dans le cloud. De nombreux appareils IoT décriront des conditions environnementales dans des lieux très reculés, dans de nombreuses applications. Et l'alimentation électrique de ces appareils à capteurs potentiellement éloignés est un point crucial : les exigences du système nécessiteront des sources de stockage d'énergie offrant soit une longue vie opérationnelle pour que les programmes de maintenance restent gérables, soit dans de nombreux cas elles devront être rechargées en conjonction avec des mécanismes complémentaires de collecte et de stockage de l'énergie, bien que les batteries rechargeables aient des restrictions en termes de nombre de cycles de charge-décharge et devront elles aussi être remplacées tôt ou tard. Une alternative potentielle est d'utiliser des batteries rechargeables à semiconducteurs à puce de silicium nue développées par Cymbet. La gamme Enerchip propose des sorties de 3,3 et 3,8 V, une plage de température opérationnelle de -20 à +70 °C, et peut être très économique dans de nombreux appareils très intégrés et légers, tout en ayant l'avantage d'un impact environnemental minimal garanti.

Dans de nombreuses applications, ces appareils à capteurs qui recueillent des données fonctionnent souvent en mode veille pendant une grande partie de leur existence et ne consomment d'importantes quantités d'énergie que par intermittence et pendant de brèves périodes, ce qui prolonge beaucoup la vie utile de la batterie. Les techniques de recueil de l'énergie s'améliorent continuellement, mais les capteurs basés sur l'IoT plus actifs exigeront sans aucun doute les ressources plus fiables d'une source primaire telle qu'une batterie.

Le choix d'une source d'énergie exige de nombreux compromis, y compris les caractéristiques électriques telles que la sortie de tension, l'exigence en puissance pendant la vie utile, la densité énergétique et les coûts tels que ceux liés à l'assemblage et la maintenance. D'autres facteurs importants sont le fait que les dispositifs à capteurs devront certainement être compacts et légers, d'où l'attraction du format plat ou bouton. Heureusement, de nombreux produits employant les technologies exigées pour cet univers d'appareils à capteur de l'IoT ont déjà été développés pour de nombreux marchés par les grands fabricants de batteries pour produits portables tels que les montres, caméras et calculatrices et sont de plus en plus utilisés sur le marché naissant et en rapide expansion des appareils portables. La batterie plate au lithium CR2032 en est un exemple classique.

Un grand fournisseur de batteries plates non rechargeables est Panasonic. Les batteries 3 V type CR de cette société utilisent la composition chimique très courante lithium dioxyde de manganèse (anode lithium et cathode dioxyde de manganèse), ont des capacités de 35 à 1000 mAh et conviennent aux applications à haut courant de charge intermittent. Les piles Panasonic type BR utilisent la combinaison lithium monofluorure de polycarbone et offrent une densité énergétique plus modeste que le type CR, avec des capacités allant de 48 à 225 mAh, mais bénéficient d'une forte fiabilité et de températures de fonctionnement plus élevées, jusqu'à +80 °C.

Une autre possibilité sont les batteries plates 3 V au lithium dioxyde de manganèse de la marque RS dont les capacités vont de 36 à 610 mAh ou les batteries plates 1,55 V à l'oxyde d'argent de la marque RS avec une capacité allant de 14 à 165 mAh et offrant une vie utile plus longue ainsi que de très bonnes caractéristiques de performance basse température.

 

 

Figure 1 : batterie plate 3 V au lithium dioxyde de manganèse de la marque RS

Une dernière option sont les batteries plates 3,6 V au lithium chlorure de thionyle montées sur circuit imprimé et non rechargeables de Tadiran Batteries. Ce type de chimie est plus souvent utilisé dans les batteries des applications industrielles et médicales plutôt que sur les marchés de grande consommation, et offre la plus haute densité énergétique et la plus haute tension parmi tous les types de batteries au lithium du marché. Les modèles Tadiran SL-840 (0,42 Ah) et SL-889 (1 Ah) offrent une très haute densité d'énergie, une tension élevée aux bornes, une décharge de tension faible et une durée de stockage très longue. Avec une autonomie entre 15 et 25 ans, elles conviennent particulièrement aux sites reculés et aux conditions environnementales difficiles. Elles sont parfaites pour les applications exigeant de faibles courants continus et/ou des courants d'impulsion modérés (jusqu'à 10 mA et 20 mA, respectivement, pour la batterie SL889 par exemple).