Comment fabriquer une batterie d'accumulateurs (partie 2)

Après avoir vu les différents éléments constituant une batterie d'accumulateurs de vélo électrique dans la première partie, voyons maintenant concrètement comment les assembler.

L'interconnexion du réseau d'accumulateurs

Notre étape suivante sera de connecter toutes les cellules. Nous pouvons le faire de différentes manières, de la bande adhésive isolante (bien que ce ne soit pas la meilleure option, il arrive toujours un moment où ça lâche) à la soudure par points des fabricants professionnels, en passant par le classique fer à souder.

 

Soudage par points

 

On peut aussi fabriquer son propre appareil de soudure par points.

 

 

Assemblage par le biais de supports

Les porte-piles sont une option propre et facile car on peut aisément mettre et remplacer les cellules si elles s'épuisent, chose plus que probable si vous travaillez avec des cellules usagées. N'oubliez pas de souder ensemble les contacts dans la partie postérieure, ainsi tous les positifs sont connectés avec les positifs et la même chose avec les négatifs. À la fin du processus, nous n'aurons que deux câbles sortants, un positif et un négatif.

porte-piles 18650Un type de porte-pile qui offre de bonne possibilités en termes de modularité et d'assemblage est celui qui permet de traiter les piles de manière individuelle et de le monter comme si c'était un puzzle.

porte-piles modulaires pour batterie d'accumulateur

pack batterie d'accumulateurs - porte-piles et connexionsDans le porte-pile de la photo ci-dessous, il y a de l'espace pour quatre cellules qui agiront comme une seule, une fois connectée au PCB. Les accus dans ce support auront une configuration 4S1P. On peut utiliser n'importe quel nombre de piles du moment que l'on dispose d'un nombre divisible par 4.

portepile 4 x AAA (pour exemple)Si vous avez 8 porte-piles avec une capacité de quatre cellules chacun et disposez de 32 cellules, vous pourriez réaliser un pack 4S8P. Avec seulement 4 cellules, on pourrait faire une configuration 4S1P. Nous avons besoin d'une bon boîtier pour introduire les porte-piles ou le paquet de cellules que nous avons monté, une carcasse où ils puissent reposer mais sans trop de jeu, pour éviter les futures pannes dues aux nids-de-poule ou n'importe quel choc. Nous seulement nous devons préparer l'espace pour les cellules, mais aussi pour le câblage essentiel, car même si a priori il a l'air d'occuper peu de place, si on ne coupe pas les câbles à leur juste mesure, tous les câbles, une fois le pack terminé, occupent un espace substantiel.  N'oubliez pas de les visser fermement.

Il est recommandé d'utiliser un type d'isolant entre les couches d'accus. Les supports des cellules sont recouvert d'objets métalliques pointus qui pourraient causer un court-circuit.

 

Connexion des circuits internes de la batterie

Jusqu'à maintenant, tout a l'air facile. Prenons le BMS/PCB/PCM que nous avons acheté et connectons-le à notre pack de cellules. La manière la plus simple d'unir tout le câblage est d'utiliser des blocs de dominos électriques ou serre-fils, faciles à utiliser et d'aspect soigné. Étant des dominos à vis, si nous nous trompons il sera très facile et rapide de changer les connexions. N'oubliez pas de prendre les précautions requises, vous n'allez pas vous électrocuter à 16,8V, mais peut-être vous brûler. Ou pire encore, abîmer les cellules ou le PCB.

dominos de connexion

Un pack de cellules de 16,8V est techniquement une batterie de 14,4V. Sa tension est comprise dans une fourchette de 9,6 et 16,8V en fonction de l’état de la charge. 14,4V est au milieu, ça serait sa tension nominale. C'est un bon indice et tout ira bien. Une fois le processus terminé, nous ne recevrons plus de charge en P+ et P-. Pour être clair, je ne parle pas des cellules individuelles 18650, mais de 4 pièces 18650 situées dans le porte-pile. Pour le PCB, l'ensemble travaillera comme une unique cellule.

Câblage des bornes

  • Cellule 1+  va sur B+
  • Cellule 1-  va sur B1-
  • Cellule 2+  va sur B1-
  • Cellule 2-  va sur B2-
  • Cellule 3+  va sur B2-
  • Cellule 3-  va sur B3-
  • Cellule 4+  va sur B3-
  • Cellule 4-  va sur B-

Les câbles avec la puissance principale sont connectes sur P+ et P-.

PCE vélo électrique

BMS LiFePo4-pack 12S

Batterie 48V LiFePo4 - BMSIl nous manque les derniers connecteurs que nous utiliserons pour charger la batterie d'accumulateurs. De nombreux amateurs utilisent ceux du type JST, ils sont faciles a trouver et ils donnent de bons résultats.

Brancher le câble rouge au même endroit où la cellule 1+ et la B+ du PCB sont connectés, dans le bloc de dominos. Câbler le reste des câbles noirs en suivant l'ordre avec le reste des cellules.

Sur cette page web sur le modélisme (en anglais), vous trouverez des diagrammes de câblage et différentes manières de câbler les batteries en fonction des configurations.

connecteur JST SM 3 pins
connecteurs JST

Modes de charge de la batterie d'accumulateurs

Il y a deux manières de charger un pack d'accus. On peut alimenter soit les cellules individuelles à 4,2V, soit toute la batterie à 16,8V, ce qui serait le plus logique. Si nous utilisons des piles usagées que nous recyclons, cette deuxième option n'est pas valable car chaque cellule aura un niveau d'usure et donc de charge distinct. Lorsqu'on monte des éléments neufs, on utilise uniquement des accumulateurs sortis de l'emballage avec la même capacité en ampères-heure. De cette façon, on peut recharger des centaines de fois sans qu'un élément arrive à avoir plus de charge qu'un autre. Cet équilibre étendra la vie utile de n'importe quelle batterie d'accumulateurs.

Test digital Li-po

L’équilibrage des cellules

Que signifie que les cellules ne sont pas en équilibre et pourquoi c'est mauvais ? Inévitablement, les cellules travaillent à différents taux. Disons que la tension de chaque cellule du pack est de 4,2V après les avoir chargées en étant neuves.

  • La cellule 1 est à 4,2V
  • La cellule 2 est à 4,2V
  • La cellule 3 est à 4,2V
  • La cellule 4 est à 4,2V
  • La batterie entière est à 16,8V

Imaginons qu'une des cellules n'arrive pas à 4,2V : maintenant la cellule 1 se charge seulement à 3,8V. Le chargeur ne le sait pas et il envoie toujours du courant jusqu'à atteindre 16,8V, les autres cellules supportent plus de tension pour compenser, dans ce cas, ce pourrait être 4,3V.

  • La cellule 1 est à 3,8V
  • La cellule 2 est à 4,3V
  • La cellule 3 est à 4,3V
  • La cellule 4 est à 4,3V
  • La batterie entière est à 16,8V

Les outils d'analyse généraux de système électriques courants, comme le fameux cycle analyst, ne vous procurent que la tension générale de la batterie. On ne sait donc pas si un accu est en déséquilibre par rapport aux autres lors de l'utilisation du vélo. En revanche, il saura couper l'alimentation du système en-deçà d'un seuil spécifié de tension pour protéger la batterie d'accumulateurs des décharges profondes, sans pour autant protéger les cellules une par une.

Une solution : les chargeurs d’équilibre

On observe souvent comment une cellule en mauvais état peut abîmer les éléments en bonne santé qui reçoivent plus de charge. Les chargeurs d'équilibre ne délivrent jamais plus de puissance aux cellules au-delà de 4,2V et nous indiquent si une cellule refuse de se charger au complet. Un voltmètre est idéal pour maintenir la santé des cellules surveillées. Les chargeurs d'équilibre sont très utilisés sur les batteries communes de type Li-Po.Chargeur d'équilibre li-ion

Les gens utilisent des batteries d'accumulateurs de polymères de lithium (abrégé Li-Po) pour alimenter des véhicules radiocommandés comme des hélicoptères, des avions, des bateaux, etc. Les batteries Li-Po sont moins chères et plus durables, elles sont les plus recommandées pour survivre aux inévitables accidents lorsque nous les pilotons. Elles demandent plus d'équilibrage et de soins que les batteries d'ions lithium. Certaines ont des taux de 50C ! Ceci signifie qu'avec une capacité de 5Ah, la batterie pourrait délivrer 50x5=250 ampères et se décharger complètement en quelques minutes ! La chimie utilisée est pratiquement identique, donc les chargeurs peuvent être interchangés.

Suite et fin dans la 3e partie, à venir...

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