Testeur de Piles AA/AAA — Proto 1 Canal

Réf : BATT-TEST-PROTO1 | Version 5.0 — Avril 2026

Banc de test haute précision pour révéler les vraies capacités des piles grand public. Décharge contrôlée 0–3 A, simulation lampe de poche 3 niveaux, mesure ESR, enregistrement SD, interface WiFi.

Pourquoi ce projet ?

Les fabricants de piles annoncent des capacités de 2850 mAh pour les AA ou 1250 mAh pour les AAA. Ces chiffres sont-ils réels ? Les piles "premium" valent-elles 3× leur prix ? Ce banc de test apporte des réponses objectives avec des mesures reproductibles sur 20+ références commerciales (Duracell, Energizer, Varta, marques distributeurs, piles no-name).

Le proto v5.0 est un canal unique (évolutif vers 4 canaux), conçu pour valider l'architecture et produire les premiers résultats comparatifs.

Questions auxquelles ce banc répond

Les capacités annoncées (mAh) sont-elles exactes ?
Quel est le vrai rapport capacité/prix de chaque marque ?
Y a-t-il des risques (surchauffe, fuite) en usage normal ?
Comportement en usage continu vs. intermittent vs. faible courant ?
Quelle est la résistance interne (ESR) et son impact sous charge ?

Deux Modes de Test

Mode 1 — Décharge courant constant : 0 à 3000 mA réglable par pas de 83 µA (DAC 12 bits). Cutoff 0,9 V (norme IEC 61960) ou 0,4 V (limite absolue). Mesure capacité réelle, énergie, ESR.
Mode 2 — Simulation lampe de poche : LED blanche 3 niveaux — 2 mA (veille), 20 mA (standard), 200 mA (turbo). Alimentation via LTC3105 boost + LM3405 buck LED. Vf ≈ 3,2 V : charge représentative d'une vraie lampe de poche.

Architecture électronique Schéma électronique Spécifications complètes

Visualisation 3D de la Platine

🖥️ PCB 4 couches 100×100 mm — Proto 1 canal

Vue 3D du circuit imprimé généré sous KiCad. On distingue les deux convertisseurs buck MPM3610, les 3 relais ALFG2PF121, le support pile AA/AAA, le connecteur Hirose DM3AT micro-SD, l'afficheur SSD1306 et l'ESP32.

Vue 3D PCB testeur de piles AA/AAA proto 1 canal — KiCad

PCB 4 couches 100×100 mm — Vue 3D KiCad — Proto v5.0 Avril 2026

Architecture d'Alimentation

⚡ Chaîne 12 V → systèmes isolés

L'alimentation externe 12 V (HLK-10M12 ou équivalent) traverse un fusible 1 A et une diode anti-inversion SS34 avant de distribuer les rails.

MPM3610 #1 — Buck 3,3 V / 1,2 A

Alimente l'ESP32, l'afficheur SSD1306, la carte micro-SD, les drivers relais BC817 et le buzzer. Précision de sortie : 3,292 V (erreur −0,27 %). Mode AAM actif (R=39 kΩ) pour efficacité à charge légère.

MPM3610 #2 — Buck 4,0 V / 1,2 A

Rail intermédiaire exclusivement dédié aux 3 LDO AP2112K-3.3. Marge dropout 0,7 V garantit 3,3 V stable même en forte charge. Précision : 4,000 V (erreur +0,01 %).

3× AP2112K-3.3 — LDO 3,3 V isolés

#1 alimente l'INA226 sur plan AGND dédié. #2 alimente le MCP4725 DAC sur plan DGND dédié. #3 alimente le TLV9101. Séparation AGND/DGND en étoile unique pour éviter le couplage bruit numérique → mesures analogiques.

✅ Bilan puissance : Rail 12 V ≈ 470 mA (relais + bucks + LEDs signalisation), rail 3,3 V ≈ 370 mA, rail 4 V ≈ 420 mA. Alimentation 12 V 10 W largement suffisante.

Domaine Pile — Isolé Galvaniquement

🔋 Support pile et mesure de courant

Deux supports PCB (AA et AAA) sont présents sur le PCB mais ne doivent jamais être peuplés simultanément — la sélection se fait par peuplement. Cette approche évite toute résistance série parasite liée à une commutation.

Le shunt de mesure 30 mΩ est placé en série côté + de la pile, entre le support et le reste du circuit. L'INA226 (I²C 0x40, 16 bits) mesure simultanément la tension différentielle aux bornes du shunt et la tension pile.

83 µA

LSB courant

2,73 A

Pleine échelle

±0,55 %

Précision totale

16 bits

Résolution ADC

⚡ Supercondensateur 2 F/2,7 V — Tampon pile

Placé en parallèle avec la pile (côté pile, avant le boost LTC3105), le supercap absorbe les pics de courant pendant les transitions de charge. Le LTC3105 voit une tension d'entrée stable, ce qui améliore la mesure ESR par le firmware.

Phase précharge (branchement pile)

Q1 DMG3404L (soft-charge) ON, Q2 (bypass) OFF. Courant limité par R=22 Ω à ~68 mA @ 1,5 V. Temps de charge 95 % : τ = 22 Ω × 2 F = 44 s, soit ≈ 3,7 min. Le LTC3105 démarre dès Vin ≥ 0,25 V.

Phase test actif

Q1 OFF, Q2 (bypass) ON — le 22 Ω est shunté. Le supercap est directement en parallèle pile pour soutenir les pics. Énergie stockée : E = ½ × 2 × 1,5² = 2,25 J.

✅ Sécurité : Vmax pile 1,5 V ≪ Vmax supercap 2,7 V — aucun risque de surtension.

Commutation par 3 Relais ALFG2PF121

🔌 Architecture 3 relais (bobine 12 V)

K1 — Rail pile : Coupe totale pile + supercap en urgence. Protection principale, isolation complète.
K2 — Décharge rapide (Mode 1) : Connecte le rail test vers le circuit IRLZ44NS + TLV9101 + shunt 30 mΩ. Courant 0–3000 mA.
K3 — Mode LED (Mode 2) : Connecte le rail test vers le LTC3105 boost → LM3405 × 3. Simulation lampe de poche.

K2 et K3 sont mutuellement exclusifs (firmware). Commande via BC817-40 (NPN) piloté par GPIO ESP32 avec résistance de base 2,7 kΩ. Diode 1N4148 + condensateur 100 nF anti-rebond + LED rouge 2 kΩ en parallèle bobine pour visualisation état.

Mode 1 — Décharge Courant Constant 0–3000 mA

⚙️ Boucle de régulation analogique

La consigne de courant est générée par le MCP4725 (DAC I²C 12 bits, adresse 0x60). Le TLV9101 (comparateur rail-to-rail, Vcc = 3,3 V via AP2112K #3) compare la consigne avec la tension aux bornes du shunt 30 mΩ et pilote la gate de l'IRLZ44NS (D2PAK, soudé directement PCB).

Réseau de protection entrées AOP : 1 kΩ série + BAT54S (SOT-23) sur Vin+ et Vin−
Résistance gate : 100 Ω (stabilité + protection court-circuit)
Compensation boucle : 100 pF de Vout vers Vin− du TLV9101
Pull-down gate : 100 kΩ vers GND (état OFF garanti hors régulation)
Charge résistive : R_charge = 333 mΩ (1 kΩ PWR) + shunt 30 mΩ en série

⚠️ Thermique IRLZ44NS : En pire cas (V_pile = 1,5 V, I = 3 A) : V_DS ≈ 0,41 V → P_dissipée = 1,23 W. Package D2PAK sur large pad cuivre isolé (Layer 1 uniquement, pas de vias sous pad — drain ≠ GND).

Mode 2 — Simulation Lampe de Poche (2 / 20 / 200 mA)

💡 LTC3105 Boost + LM3405 × 3 Buck LED

Le LTC3105 (boost à démarrage ultra-basse tension Vin min = 0,25 V) est alimenté directement par la pile via le relais K3. R_MPPC = 10 kΩ fixe le seuil MPPC à 25 mV — protection optimale pile usée sans contrainte pile neuve. Vout = 5 V.

Trois LM3405 buck LED alimentent les LEDs blanches dans le domaine isolé pile (pas depuis le rail 4 V système) :

200 mA

Mode Turbo (GPIO14)

20 mA

Mode Standard (GPIO13)

2 mA

Mode Veille (GPIO12)

LED 200 mA : LED blanche 3535 haute puissance (Cree CLM3C ou équivalent), Vf = 3,15 V @ 200 mA, pad thermique PCB obligatoire (P = 630 mW)
LED 20 mA et 2 mA : LED blanche 1206 standard (Würth 150120WW75000), Vf = 3,2 V @ 20 mA
Selfs LM3405 (Bourns SRR0604) : 10 µH (200 mA) / 100 µH (20 mA) / 1 mH (2 mA) — même footprint 6×6×4 mm, empreinte KiCad unique
Pull-down 100 kΩ sur chaque broche EN — état OFF garanti au démarrage

✅ Justification LED blanche : Vf 3,15–3,2 V est représentatif d'une vraie lampe de poche. Les 3 niveaux couvrent les modes réels (veilleuse / usage courant / plein flux). La mesure ESR + rendement est ainsi réaliste.

Mesures Analogiques — 2× ADS1115

📊 Acquisition 16 bits, gain 1 (FSR ±2,048 V)

Deux ADS1115 (I²C 16 bits) assurent toutes les mesures analogiques. Toutes les entrées sont protégées (470 Ω série + BAT54S + 100 nF).

ADS1115 #1 (adresse 0x48) — Mesures pile

A0 : V_pile direct (0,4–1,5 V, dans plage ±2,048 V)
A1 : NTC #1 support AA (pont 10 kΩ / 10 kΩ @ 25°C → 1,65 V)
A2 : NTC #2 support AAA (même schéma)
A3 : Libre (réserve)

ADS1115 #2 (adresse 0x49) — Surveillance rails

A0 : Vout LTC3105 ~5 V (pont 150 kΩ / 82 kΩ → 1,767 V)
A1 : Rail 12 V (pont 560 kΩ / 100 kΩ → 1,818 V)
A2 : Rail 4 V (pont 100 kΩ / 100 kΩ → 2,000 V)
A3 : Rail 3,3 V (pont 100 kΩ / 100 kΩ → 1,650 V)

V_charge (shunt décharge 363 mΩ) : Mesuré directement par GPIO35 ESP32 (input-only ADC). V_max = 363 mΩ × 3 A = 1,09 V < 3,3 V — aucun canal ADS1115 nécessaire.

Protections Multi-Niveaux

🛡️ 4 niveaux de protection (firmware + hardware)

Hard limit absolu — non modifiable

V_pile < 0,4 V → arrêt d'urgence immédiat : K1 ouvert, K2 ouvert, K3 ouvert, SHDN LTC3105. Marge de 175 mV au-dessus du minimum boost (0,25 V).

Température critique (NTC)

T > 60°C → arrêt d'urgence. Détecte pile défectueuse ou en cours de fuite. Buzzer alarme double bip.

Cutoff standard — 0,9 V (IEC 61960)

Arrêt normal en fin de test. Enregistrement des résultats sur SD, mélodie buzzer Sol-Mi-Do, affichage résultat sur OLED.

Surveillance rails alimentation

ADS1115 #2 surveille 12 V / 4 V / 3,3 V / Vout LTC3105 en continu. Alerte si hors plage ±10 %.

⚠️ Protection entrée alimentation : Fusible 1 A (porte-fusible CI) + diode SS34 anti-inversion polarité + condensateur 100 µF/25 V sur rail 12 V.

Interface Utilisateur

🖥️ Affichage, navigation et alertes sonores

Afficheur SSD1306 : OLED I²C 128×64 px (adresse 0x3C), menu de configuration, courbe de décharge temps réel, résultats finaux
Encodeur rotatif EC11 : Navigation menu. ENC_A (GPIO36) + ENC_B (GPIO39) en input-only avec pull-up 10 kΩ externe + 100 nF anti-rebond matériel. Interruptions sur front.
Bouton Start/Stop : GPIO17, pull-up 10 kΩ + 10 nF anti-rebond. Démarrage / arrêt test.
Buzzer piézo passif : GPIO4 → PWM LEDC ESP32 → BC817 → buzzer. Mélodies : démarrage (gamme montante), fin OK (Do-Mi-Sol), cutoff 0,9 V (Sol-Mi-Do), urgence 0,4 V (bip rapide 880 Hz), alarme température (bip double).
WiFi ESP32 : Interface web monitoring pour suivi décharge en temps réel depuis un smartphone.
Carte micro-SD : Connecteur Hirose DM3AT, SPI (GPIO18/19/23/5), enregistrement CSV horodaté par test.

Mesures et Calculs en Temps Réel

📈 Grandeurs calculées par le firmware

Grandeurs mesurées et calculées
Capacité (mAh)	Intégration I×t via INA226
Énergie (mWh)	Intégration V×I×t
ESR (mΩ)	ΔV / ΔI lors des transitions K2/K3
Rendement η (%)	P_LED / P_pile × 100 (ex. canal 200 mA ≈ 87,9 %)
Température (°C)	NTC 10 kΩ @ 25°C, B=3950 K, plage 10–80°C
Durée de décharge	Horodatage CSV micro-SD

L'ESR typique discrimine nettement les piles de qualité : Energizer Lithium 80–120 mΩ, Duracell 250–300 mΩ, piles discount 400–600 mΩ, contrefaçons >800 mΩ.

Spécifications Complètes

📋 Tableau de spécifications — Proto v5.0

Général
Canaux actifs	1 (proto), évolutif vers 4
Piles supportées	AA et AAA (2 supports PCB, non simultanés)
PCB	4 couches, 100×100 mm, JLCPCB
Microcontrôleur	ESP32 (WiFi + FreeRTOS)
Mesure courant (INA226)
Shunt	30 mΩ
Résolution	83 µA / LSB
Pleine échelle	2,73 A
Précision totale	±0,55 % après calibration
Mode 1 — Décharge courant constant
Plage courant	0–3000 mA
DAC consigne	MCP4725 12 bits, I²C 0x60
MOSFET	IRLZ44NS D2PAK (logic-level)
Cutoff standard	0,9 V (IEC 61960)
Cutoff absolu	0,4 V (hard limit)
Mode 2 — Simulation lampe de poche
Niveaux	2 mA / 20 mA / 200 mA
Boost	LTC3105, Vin min 0,25 V, Vout 5 V
R_MPPC	10 kΩ (seuil MPPC 25 mV)
LED 200 mA	Blanche 3535 haute puissance, Vf = 3,15 V
LED 20 mA / 2 mA	Blanche 1206 standard, Vf = 3,2 V
Interface & enregistrement
Afficheur	SSD1306 OLED 128×64, I²C 0x3C
Navigation	Encodeur rotatif EC11 + bouton Start/Stop
Enregistrement	Micro-SD SPI (Hirose DM3AT), CSV horodaté
WiFi	Interface web monitoring ESP32
Buzzer	Piézo passif, mélodies via PWM LEDC
Alimentation système
Entrée	Jack 5,5×2,1 mm + bornier vis, 12 V DC
Protection	Fusible 1 A + diode SS34 anti-inversion
Rails générés	12 V / 4 V / 3,3 V × 4 (dont 3 isolés)
Alimentation recommandée	HLK-10M12 (10 W / 0,83 A)

Affectation GPIO ESP32

📌 23 GPIO utilisés

GPIO	Fonction	Remarque
GPIO2	SHDN LTC3105	Pull-down 10 kΩ (compatible boot)
GPIO4	Buzzer PWM (LEDC)
GPIO5	CS carte SD	Pull-up 10 kΩ
GPIO12	EN LM3405 #3 (2 mA)	Pull-down 10 kΩ (attention boot)
GPIO13	EN LM3405 #2 (20 mA)
GPIO14	EN LM3405 #1 (200 mA)
GPIO15	ENC_SW encodeur	Pull-up interne
GPIO16	Card Detect SD	Pull-up 10 kΩ
GPIO17	Bouton Start/Stop	Pull-up 10 kΩ
GPIO18	SPI SCK
GPIO19	SPI MISO	Pull-up 10 kΩ
GPIO21	I²C SDA	Pull-up 2,2 kΩ
GPIO22	I²C SCL	Pull-up 2,2 kΩ
GPIO23	SPI MOSI
GPIO25	K1 — Relais rail pile	Via BC817
GPIO26	K2 — Relais décharge	Via BC817
GPIO27	K3 — Relais LED boost	Via BC817
GPIO32	Q1 DMG3404L (soft-charge)
GPIO33	Q2 DMG3404L (bypass)
GPIO34	PGOOD LTC3105	Input-only, pull-up 10 kΩ
GPIO35	V_charge 363 mΩ	Input-only, ADC direct
GPIO36	ENC_A encodeur	Input-only, pull-up 10 kΩ ext.
GPIO39	ENC_B encodeur	Input-only, pull-up 10 kΩ ext.

Schéma Électronique Complet

📄 7 feuilles — KiCad v5.0 — Avril 2026

Le schéma est organisé en 7 feuilles thématiques pour faciliter la lecture et le routage PCB :

Page 1 — Synoptique général : vue d'ensemble des domaines (système 12 V / domaine pile isolé), interconnexions et blocs fonctionnels
Page 2 — Alimentation auxiliaire 12 V : jack + fusible + SS34, MPM3610 ×2 (3,3 V / 4 V), AP2112K ×3, LEDs de signalisation rails
Page 3 — Circuit pile : supports AA/AAA, shunt 30 mΩ + INA226, supercondensateur 2 F/2,7 V, soft-start (R=22 Ω + DMG3404L Q1) et bypass (DMG3404L Q2)
Page 4 — Décharge résistive paramétrable : relais K2, boucle TLV9101, DAC MCP4725, IRLZ44NS D2PAK, R_charge 333 mΩ + shunt 30 mΩ
Page 5 — Boost pile & simulation LED : LTC3105 boost (Vin min 0,25 V), relais K3, LM3405 ×3 (2/20/200 mA), LEDs blanches 3535 / 1206
Page 6 — Affectation broches ESP32 : tableau complet des 23 GPIO avec fonctions, niveaux logiques et contraintes de boot
Page 7 — Interfaces : ADS1115 ×2 (ADC 16 bits), encodeur EC11, buzzer piézo, carte SD Hirose DM3AT, afficheur SSD1306 (I²C + broches), bouton Start/Stop

📄 Télécharger le schéma PDF (7 pages)

Livrables & Planning

📦 Livrables open-source (GitHub)

Firmware ESP32 complet — FreeRTOS, mesure/affichage/SD en tâches parallèles
Schémas KiCad + Gerbers 4 couches + BOM avec références LCSC
Guide calibration INA226 + ADS1115
Fichiers CSV horodatés par test (carte SD)
Tableaux comparatifs (capacité, ESR, prix/mAh) pour 20+ références
Courbes de décharge + graphiques rendement pile→LED

📅 Planning

Fév. 2026	Schéma KiCad v1 complet ✅
Mars 2026	Schéma finalisé, début implantation PCB ✅
Avril 2026	Finalisation PCB 4 couches + commande JLCPCB
Mai 2026	Assemblage proto + tests alimentation
Juin 2026	Validation firmware + calibration
Juillet 2026	Tests comparatifs 20+ références piles
Août 2026	Publication résultats + code open-source

✅ Statut actuel (Avril 2026) : Schéma KiCad v5.0 finalisé. PCB 4 couches 100×100 mm en cours de routage. Commande JLCPCB prévue ce mois-ci.

Intéressé par le projet ?

Retrouvez la page générale du banc de test 4 canaux ou contactez-nous pour toute question technique.

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