Conception d’un pack batterie à partir de cellules recyclées
Avertissement
ATTENTION : les batteries Lipo sont très dangereuses. Méfiez-vous d'une batterie gonflée, ne surtout pas la percer.
ATTENTION : Vous êtes et restez entièrement responsables de chacunes de vos actions. La chimie des batteries et accumulateurs comporte des risques. Ni les organisateurs et partenaires de cet évènement, ni les rédacteurs ne pourraient être tenus pour responsable des dommages occasionnés suite à la réalisation de ce tutoriel.
Vidéo de démonstration de feu de 18650 lorsqu'elle surchauffe : https://www.youtube.com/watch?v=hRlAZkv8EPM
L'atelier
Description de l'atelier
Cet atelier à pour objectif de construire une batterie pour vélo électrique en utilisant des cellules de ré-emploi. Les cellules proviennent de batterie de trottinette électrique, mais elles pourraient provenir de toute autre type de batterie. Ce sont des cellules de type '18650' Elles seront caractérisées par un appareil chargeur/déchargeur afin d'obtenir leur résistance (+ de 50milli Ohm = cellule HS), avant de sélectionner les plus aptes, les assembler et souder. Il sera également nécessaire de connaître leur capacité pour associer les cellules au mieux, au sein du pack batterie.
Un modèle de boîtier est imprimé en 3D. Il permet le branchement au moteur (un modèle Bafang), et la charge. Les cellules seront ensuite soudées, puis intégrées au boitier, avec un BMS standard et disponible dans le commerce.
Nous allons créer une batterie 13s3p. Il faut si besoin bien comprendre ce que constitue un montage en série ou en parallèle et savoir souder à l'étain pour éviter de prendre des risques. Se documenter et s'entraîner au préalable si nécessaire.
Liste du matériel :
- 2x Tiges filetée M4 longueur 1m en acier zingué avec 4x écrous M4 et 4x écrous M4 borgne
- Elles serviront à assembler et fermer le boîtier des la batterie
- Joint silicone
- pour l'étanchéité de fermeture de la boite. Peut notamment se faire au silicone.
- Impression 3D
- Les fichier disponibles sur Thingiverse : https://www.thingiverse.com/thing:6798517
- Le boîtier utilisé à été préalablement imprimé en 3D. Tout autre type de boîtier peut fonctionner. Il faut faire attention à obtenir une bonne résistance mécanique et utiliser un matériau non-inflammable.
- Il faut compter environ un demi kilogramme de filament pour imprimer le boîtier. Le PETG peut être privilégié pour sa résistance mécanique et à la chaleur
- Un BMS (Battery Managment System)
- https://fr.aliexpress.com/item/1005005972812584.html?src=google
- Le BMS (Batterie Management System) gère la charge de chaque pack de la batterie. Il est essentiel et contient de nombreux composants électroniques. Il existe des solutions DIY ou Open-source. Nous avons fait le choix plus simple d'un système tout prêt.
Battery Management System
Connecteur du BMS
Liste des outils nécessaire :
- Un chargeur / déchargeur de batterie
- Voici celui que nous utilisons, mais d'autres références sont aussi possibles : https://www.toolkitrc.com/q4ac
- Une imprimante 3D
- Pour l'impression du boîtier.
- Une Dremel
- Ou un autre outil rotatif multi-usages avec les équipements de protection nécessaires, équipée d'une petite meule pour enlever les résidus de nickel
- Un fer ou une station à souder
- Pour souder les fils du BMS et des connecteurs de la batterie
- Une soudeuse par point
- Nous utilisons ce modèle, mais bien d'autres fonctionnent bien : https://www.amazon.com/Upgraded-7500mAh-Charging-Adjustable-Portable/dp/B09PYLHWP2
Ponçage des résidus de Nickel à la meuleuse droite (Dremel)
Chargeur avec indicateur de capacité, tension et résistance interne
Les étapes de fabrication
Récupération de cellules pour réemploi
Vous pouvez récupérer des cellules 18650 neuves ou d'occasion. Nous conseillons d'acheter des cellules auprès de revendeurs de confiance. Evitez Ebay, aliexpress ou d'autres revendeurs peu connus. En Europe, nkon.nl est une référence pour obtenir des cellules 18650 testées et validées.
Vous pouvez voir ici une batterie de vélo (VéloStar de rennes et batterie Arcade) démontée
Connecteur et étiquette
Vue de dessous
L'intérieur
Le pack de batterie
Les cellules assemblées
- Enlever les résidus de nickel restant sur les bornes de la cellules
Retrait du Nickel restant sur les cellules
- Utiliser le chargeur déchargeur pour tester la capacité restante des batterie et leur résistance interne, nous enlevons toutes celles qui dépassent la valeur de 60 mΩ
Ecran du chargeur de cellules
Cellules en cours de charge
Cerclé de rouge : les résistances internes
Conception et impression de pièces
- Impression 3d
- du boîtier de la batterie et de son couvercle et assemblage avec les tiges filetées
- des grilles alvéolaires de maintien des piles
- rail d'ancrage au porte-bagage
- cale de blocage de la batterie sur le rail
- support du BMS
- cale de fond de boitier dédié à limiter les secousses
- molette de la vis rentrant dans la cale de blocage
- Boitier de batterie imprimé en 3D
Partie basse du boitier, avec les tiges filetées
Assemblage en cours
Test d'assemblage du boitier
- Nettoyage des impressions 3d
- Il s'agit d'enlever les résidus d'impression pour avoir un état de surface propre afin de pouvoir y glisser les packs de batteries avec facilité.
Assemblage des cellules de la batterie
- Sélection des cellules en fonction de leur capacité restante grâce au site : https://www.repackr.com/. Nous avons aussi noté leur résistance interne, qui indique globalement leur usure, mais cette valeur n'est pas utilisée par le site repackr
- Assemblage des packs de batterie en respectant les caractéristique 13s (nombre de pack de 3 en série) et 3p (nombre de cellules en parallèle)
- Couper des bandes de nickel par longueur de 25 mm
- Couper les angles pour faire un chanfrein
- Appliquer un point d'étain sur les bandes de Nickel qui seront connectées au BMS
- Nettoyer les bandes avec de l'alcool isopropylique
Cellules triées par capacité
Lamelles de Nickel prêtes à être soudées
- Assemblage et soudure
- Faire l'assemblage des cellule sur les support 3D
- Réaliser la soudure par point
Assemblage des cellules sur le support
Partie supérieure du support
Cellules assemblées
- Pointer avec la soudeuse par point, la bonne pratique veut qu'il ne faut pas appuyer fort les 2 pointes de touches.
Atelier de soudure par point, à l'extérieur
Soudure par point
On réalise 4 points (2 soudures)
Soudures en cours
- Ensuite souder le BMS sur le pack batterie réalisé en respectant le schéma suivant
Schéma de cablage des cellules
Soudage des fils du BMS
Pack Batterie assemblé
Les étapes suivantes sont là pour vérifier la conformité du montage. I. Veuillez ne pas insérer les câbles d'équilibrage dans le BMS avant de connecter les batteries, assurez-vous que la connexion avec les batteries est correcte.
II. La séquence de connexion des câbles pour le BMS : Remarques : Veuillez vous assurer d'utiliser des câbles d'équilibrage de Daly !
1. Du fil d'équilibrage noir fin au début, le 2ème fil (fil rouge fin) se connecte au pôle positif de la 1ère batterie. Connectez ensuite le pôle positif de chaque cellule dans l'ordre jusqu'au dernier B+
2. N'insérez pas le connecteur directement après la connexion des fils. Mesurez la tension entre deux bornes métalliques adjacentes à l'arrière du connecteur. S'il s'agit d'une batterie Li-ion, la tension doit être comprise entre 3,0 et 4,2 V.
3. Une fois que la séquence de câblage et la tension sont confirmées comme étant correctes, insérez-la dans le BMS.
4. Réglez le multimètre sur la position du buzzer et mesurez la résistance interne entre B- et P- lorsque la résistance interne est de 0, il y aura un bip, ce qui signifie que le BMS est bon. Autres fils, ne pas souder et contacter le service client.
5. La dernière étape consiste à connecter B- (fil bleu épais) au pôle négatif total de la batterie.
III. Une fois le câblage terminé : Mesurez si les tensions B+ et B- et les tensions B+ et P- de la batterie sont égales, si oui, cela signifie que le BMS fonctionne normalement et peut être utilisé. Sinon, veuillez revérifier selon la séquence de câblage ci-dessus.
IV. Si vous avez des questions, veuillez contacter notre service client pour obtenir de l'aide.
Assemblage final
Insérer le pack dans le boitier 3D
Souder les connecteurs XT60
Refermer le boitier
Boitier fermé, et il est possible de mettre un joint de silicone pour parfaire l'étanchéité
Victoire !!!!!!!!
