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

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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 13s 3p. 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 pour l'étanchéite de fermeture de la boite. Peut notamment se faire au silicone.

Impression 3D

Thingiverse

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 privilégier 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 : celui que nous utilisons, mais d'autres référence sont aussi possible : https://www.toolkitrc.com/q4ac

• Une imprimante 3D

• Une dremel (avec EPI) équipé d'une petite meule pour enlever les résidus de nickel

• Un fer ou une station à souder
• Une soudeuse par point : https://www.amazon.com/Upgraded-7500mAh-Charging-Adjustable-Portable/dp/B09PYLHWP2

Les étapes de fabrication

Récupération de cellules pour réemploi

• Récupérer des cellules 18650 neuves ou d'occasion. https://en.wikipedia.org/wiki/18650_battery

Vous pouvez voir ici une batterie de vélo (VéloStar de rennes et batterie Arcade) démontée

• Enlever les résidus de nickel restant sur les bornes de la 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

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

• Nettoyage des impressions 3d (Cela veut dire enlever les résidus d'impression, pour avoir un état de surface propre afin d'entrer 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

Nettoyer les bandes avec de l'alcool isopropylique

Faire l'assemblage des cellule sur les support 3D

Pointer avec la soudeuse par point, la bonne pratique veut qu'il ne faut pas appuyer fort les 2 pointes de touches.

Ensuite souder le BMS sur le pack batterie réalisé en respectant le schéma suivant

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

Exemples d'entreprises proposant de réaliser des batteries sur mesure pour vos besoins

• https://www.gouach.com/

• https://40watts.fr/