(Re)Construire la batterie d’un vélo électrique

Forerunner-7-E-times-city-4000

Voici un article au titre bien spécifique ! J’ai décidé il y a quelques mois d’expérimenter le vélo électrique mais débourser les 1000 euros que coûte généralement une bécane du genre ne faisait pas partie de mon plan ! J’ai donc cherché une solution un peu moins onéreuse pour arriver à mes fins : trouver un vélo électrique à la batterie HS pour lui en construire une nouvelle. Ce petit chantier m’aura coûté plusieurs dizaines d’heures de recherches alors j’entends vous épargner tout ça et vous livrer un condensé de ce que j’ai appris !

ATTENTION : Débarrassons nous des choses désagréables tout de suite : ici on manipule des batteries à fort courant, ce qui n’est pas sans danger ! Une mauvaise manipulation peut vous blesser gravement ou déclencher un incendie, voire une explosion… Ces manipulations sont donc réservées à ceux qui savent ce qu’ils font et en aucun cas je ne pourrais être tenu pour responsable de tout dégât qu’il soit matériel ou humain. Voilà c’est dit :)

Avant de démarrer : matériel et pièces détachées nécessaires

Pour ce chantier, j’ai essayé de vous faire un listing complet. Voici donc l’exhaustivité du matériel utilisé (avec des liens si vous n’êtes pas équipés) et ce que j’ai acheté comme pièces.

Côté matériel

J’avais déjà :

J’ai acheté :

Côté pièces détachées

J’ai acheté :

Total : environ 170€ (hors frais de port) d’investi dans mon cas.

Etape 1 : Acheter un vélo électrique… HS

Comme souvent quand je veux faire quelques économies, mes recherches commencent sur… leboncoin. Pas trop de vélos électriques abordables à l’horizon mais une annonce a attiré mon attention : un vélo électrique de 2010, qui fonctionne mais dont la batterie est HS (entendez par là que la batterie ne permettait plus de tenir qu’1km sur les 30 d’origine). Sachant qu’une batterie coûte plus de la moitié du prix de ce type de vélo, vous comprenez facilement ce qui motive la vente… 2 emails et 40€ plus tard, me voilà donc propriétaire d’un magnifique vélo électrique HS :) Le petit nom de la bête : « Forerunner 7 E-times city 4000« 

Le Forerunner 7 E-times city 4000 de chez 4000 avec son kilomètre d'autonomie

Le Forerunner 7 E-times city 4000 avec son kilomètre d’autonomie

Etape 2 : Démonter la batterie d’origine

La batterie d’origine utilise une vieille technologie de batterie (Nimh), ce qui conduit à une batterie lourde et pas forcément très performante. Le plan ici est simple : remplacer les vieillissantes cellules Nimh par une technologie de batterie plus récente : des cellules lithium-polymère (souvent abrégé en « LiPo »). Pour cette étape, un tournevis cruciforme et une pince coupante suffisent. Attention de ne jamais couper plusieurs fils d’un coup pour ne pas risquer un court-circuit dévastateur ! On les coupe un par un et on les isole au fur et à mesure.

La batterie ouverte : on aperçoit les vieilles cellules Nimh et du câblage en très mauvais état. Il est temps de faire le ménage !

La batterie ouverte : on aperçoit les vieilles cellules Nimh et du câblage en très mauvais état. Il est temps de faire le ménage !

Quelques coups de pince coupante plus tard, voici nos 24 éléments Nimh prêts à rejoindre la déchetterie. Et voilà 4kg de matos en moins !

Quelques coups de pince coupante plus tard, voici nos 24 éléments Nimh prêts à rejoindre la déchetterie. Et voilà 4kg de matos en moins !

On a donc 24 éléments Nimh pour une tension totale de 28.8V. ça correspond bien aux indications de la batterie (28,8V pour 10Ah de capacité).

Etape 3 : Trouver les packs lithium-polymère qui remplaceront les éléments Nimh

Pour remplacer la batterie, les contraintes à respecter sont les suivantes : la tension doit être similaire, et les packs doivent rentrer dans la caisse de l’ancienne batterie. Histoire d’avoir une autonomie au moins équivalente à celle d’origine (30km), je cherche à construire une batterie d’une capacité de 10Ah. La première chose à faire est de déterminer le nombre de cellules lithium-polymère qui composeront la batterie. Chaque cellule a une tension nominale de 3.7V, pour arriver à 28.8V, cela nous fait donc 28.8/3.7 = 7.8 cellules. Et comme on ne peut pas découper les cellules, il nous faudra 8 cellules lipo pour arriver donc à 3.7×8 = 29.6V.

Ensuite se pose la question du nombre de packs à acheter. Pour arriver à 8 cellules, on peut acheter un pack de 8 cellules, ou 2 packs de 4 cellules, ou 4 packs de 2 cellules etc… Plus il y a de packs, plus il faudra de câblage, et moins il y a de pack, plus le prix par cellule augmente. Afin de trouver un compromis intéressant entre câblage et « réparabilité », je suis donc parti sur 2 packs de 4 cellules en série. Chaque pack 4 cellules (on dit « 4S » dans le jargon, le « S » désignant le nombre de cellules) possède une tension de 14.8V, une fois les deux packs mis en série on atteint donc bien les 29.6V espérés. J’ai choisi des packs avec une capacité de 10Ah.

Un pack lithium-polymère 4S de 10Ah. Il en faudra 2 comme ça en série pour atteindre la tension désirée.

Un pack lithium-polymère 4S de 10Ah. Il en faudra 2 comme ça en série pour atteindre la tension désirée.

Etape 4 : Montage des packs en série

Là il n’y a rien de sorcier mais il faut prendre quelques précautions pour ne pas détruire sa batterie.

Chaque pack 4S est équipé de 2 connecteurs :

  • Un connecteur de puissance au format XT90 (prise jaune) qui sert à la charge/décharge de la batterie
  • Un connecteur dit « d’équilibrage » au format JST-XH 4S (prise blanche) qui sert à s’assurer lors de la charge que chaque cellule est à la même tension que ses voisines.

Pour mettre les 2 packs en série, il faut donc connecter en série chaque prise. Pour cela il vous faut donc 2 câbles :

  • 1 câble de mise en série XT90 (2 prises mâles vers 1 prise femelle)
  • 1 câble de mise en série JST-XH (2 prises mâles 4S vers 1 prise femelle 8S)

Commencez par relier les câbles d’équilibrage à l’aide du câble de mise en série. Repérez le câble rouge situé à l’extrémité de la prise 8S et suivez le jusqu’au pack 4S correspondant. Il faudra que le gros câble rouge de ce même pack 4S soit celui qui arrive au pôle + du connecteur XT90, comme sur le schéma et la photo ci-dessous. Vérifiez bien votre montage, c’est important !

Attention de ne pas brancher dans un sens les packs via les connecteurs XT90 et dans l'autre via les connecteurs JST-XH.

Attention de ne pas brancher dans un sens les packs via les connecteurs XT90 et dans l’autre via les connecteurs JST-XH.

Quand tout est branché, cela doit donner ça. Si vous connectez le Lipo-Alarm sur la prise d'équilibrage, il vous donnera la tension totale de l'ensemble te le détail de chaque cellule.

Quand tout est branché, cela doit donner ça. Si vous connectez le Lipo-Alarm sur la prise d’équilibrage, il vous donnera la tension totale de l’ensemble te le détail de chaque cellule.

Pour vérifier que tout est bien connecté, vous pouvez faire les vérifications suivantes :

  • Tension aux bornes du connecteur XT90 du câble de mise en série : environ 29.6V
  • Tension aux bornes du connecteur 8S JST-XH du câble de mise en série : environ 29.6V
  • Avec le multimètre en position « test de continuité », vous devez avoir de la continuité entre le pôle + du câble XT90 et le pôle + du câble JST-XH 8S (câble rouge situé le plus à l’extérieur).

Tout est bon ? On va pouvoir charger la bête.

Etape 5 : Charger la batterie

Pour recharger la batterie, il faut passer par un chargeur/équilibreur. C’est plus contraignant que le chargeur d’origine, mais ça permet de contrôler finement la charge. A titre d’information : avec un courant de 2A, il me faut environ 4 heures pour charger complètement ma batterie.

Attention, pour charger la batterie, vous aurez besoin d’un câble avec des fiches bananes d’un côté (à brancher sur la sortie du chargeur) et une fiche XT90 mâle de l’autre (à brancher sur votre batterie). Aucun câble de la sorte n’étant livré avec le chargeur, j’ai sacrifié un des câbles fournis pour y souder au bout mon connecteur XT90.

Avec le chargeur est livré un câble comme celui de gauche. Je l'ai donc sacrifié pour arriver au câble de droite. Vous comprenez qu'entre la prise XT60 et la prise XT90 il ne s'agit que d'une question de taille ! Là aussi on n'oublie pas d'isoler correctement la prise avec de la gaine thermo-rétractable.

Avec le chargeur est livré un câble comme celui de gauche. Je l’ai donc sacrifié pour arriver au câble de droite. Vous comprenez qu’entre la prise XT60 et la prise XT90 il ne s’agit que d’une question de taille ! Là aussi on n’oublie pas d’isoler correctement la prise avec de la gaine thermo-rétractable.

Passons aux choses sérieuses !

  1. Reliez l’alimentation au chargeur, puis l’alimentation au secteur
  2. Allumez l’alimentation, l’écran du chargeur va réagir
  3. Sélectionnez le type de batterie « LiPo »
  4. Choisissez le mode « Balance » (= équilibrage). Ce mode permet de charger la batterie en mettant au même niveau chaque cellule. Cela rallongera la durée de vie de votre batterie.
  5. Choisissez l’ampérage de charge. Pour ma part je ne mets jamais plus de 2Ampères (plus le courant est fort, moins la batterie durera longtemps, mais plus la charge sera rapide).
  6. Connectez le connecteur XT90 de votre batterie 8S
  7. Connectez le connecteur JST-XH de votre batterie 8S
  8. Lancez la charge !

On recommande de ne jamais trop s’éloigner des batteries en charge, même si le chargeur/équilibreur s’arrête en cas d’anomalie. En général je reste donc dans les parages, et ne laisse pas charger mes batterie la nuit ou quand je suis absent (paranoia, tout ça…).

Mon installation de charge avec à gauche la batterie de PC modifiée, et à droite le chargeur de modélisme avec la batterie.

Mon installation de charge avec à gauche la batterie de PC modifiée, et à droite le chargeur de modélisme avec la batterie.

Etape 6 : Préparer la caisse de la batterie d’origine pour accueillir votre batterie maison

On touche au but ! Rappelez vous, la caisse de la batterie d’origine est désormais vide. Pour qu’elle puisse accueillir la nouvelle batterie lipo « maison », j’y ai soudé un connecteur XT90 mâle (qu’on n’oublie pas d’isoler proprement avec de la gaine thermo-rétractable). Je vous conseille de garder le fusible s’il y en a un, ou d’en rajouter un si ça n’est pas le cas. Pour vous donner une idée, le mien est étalonné pour couper au delà de 30A.

La carcasse de la batterie nettoyée de tout ce qui ne nous sert pas. Il ne reste qu'un interrupteur, un fusible et les câbles auxquels relier la batterie.

La carcasse de la batterie nettoyée de tout ce qui ne nous sert pas. Il ne reste qu’un interrupteur, un fusible et les câbles auxquels relier la batterie.

Avec l'ajout d'un connecteur XT90 mâle, on peut désormais connecter et déconnecter la batterie de la carcasse. Utile pour la recharge, les diagnostics et surtout en cas de réparation nécessaire.

Avec l’ajout d’un connecteur XT90 mâle, on peut désormais connecter et déconnecter la batterie de la carcasse. Utile pour la recharge, les diagnostics et surtout en cas de réparation nécessaire.

Afin que mes packs soient bien câblés, je les ai habillés d’une ceinture de mousse de quelques millimètres (en pratique, c’est un tapis de sol de camping à 2€ que j’ai sacrifié). A vous de voir suivant l’espace disponible dans votre cas. Vous pouvez ensuite glisser vos packs lipo dans la caisse et connecter la sortie XT90 de la batterie sur celui ajouté précédemment. Au passage, notez que cette nouvelle batterie pèse un peu plus de 2kg là où celle d’origine dépassait les 4,5kg sur la balance !

La batterie chargée prête à intégrer son caisson. Il suffira de brancher le connecteur XT90 et de replacer les 4 vis.

La batterie chargée prête à intégrer son caisson. Il suffira de brancher le connecteur XT90 et de replacer les 4 vis.

Etape 7 : Tester !

Voici venu le moment de vérité. Je repositionne la batterie dans son logement, la verrouille avec sa clé et j’appuie sur l’interrupteur : la jauge du guidon s’illumine, il y a le plein ! Je découvre donc les joies du vélo électrique. L’accélération est progressive mais puissante, le moteur plutôt silencieux. On avale les kilomètres sans effort et je lis la surprise sur les visages des cyclistes chevronnés quand ils me voient les doubler. On s’habitue vite à cette assistance électrique, croyez moi ! D’après mes calculs, avec 10Ah, l’autonomie du vélo dépasse les 35km. ça n’est pas énorme, mais pour moi qui ait un peu plus de 5km pour aller au travail c’est suffisant : je n’ai besoin de charger que 2 fois par semaine ma batterie.

Forerunner-7-E-times-city-4000

Le vélo lors de sa première vraie sortie avec sa nouvelle batterie.

BMS et précautions d’usage

Avec ce système, la batterie ne bénéficie d’aucune protection, c’est à dire que rien ne vous empêche de vider complètement vos cellules lipo, ce qui peut réduire leur durée de vie, voire les détruire. Pour éviter un incident, on recommande généralement de ne pas descendre en dessous de 2.9V par cellule, ce qui si vos cellules sont équilibrées, donne une tension globale pour votre batterie maison de 2.9Vx8 = 23.2V. Chose honnêtement qui n’est pas simple à évaluer quand on est sur le vélo, sans multimètre ! Pour éviter tout accident, il est possible d’ajouter à la batterie un « BMS » (Battery Management System) qui vient se placer entre la batterie et le contrôleur du vélo électrique. Si la batterie atteint un seuil trop bas il coupe son utilisation pour éviter son endommagement. Dans un premier temps, pour savoir à peu près où j’en suis j’ai tout simplement ajouté un compteur sur le vélo que je remets à zéro après chaque charge.

Autre avantage du BMS, c’est qu’il permet de piloter la charge de la batterie, comme le ferait le chargeur de modélisme. Il permet donc de charger la batterie du vélo électrique comme on chargerait un téléphone ou un pc portable : sans se prendre la tête !

Vous l’aurez deviné, ce sera mon prochain chantier vélo ! D’ici là, je me demande si je ne vais pas faire un deuxième vélo pour madame, je crois qu’elle est jalouse ;)

En conclusion

Je suis fan de mon nouveau véhicule qui me facilite grandement mes déplacements longs et surtout ceux où je transporte des charges conséquentes. Financièrement, le tout m’est revenu à moins de 250€, ce qui est TRÈS raisonnable pour un vélo électrique, même si celui-ci est loin du haut de gamme. Evidemment, le confort d’utilisation n’est pas encore optimal : pour chaque mise en charge de la batterie, je dois l’ouvrir et utiliser un chargeur peu intuitif, ce qui rend son utilisation un peu trop compliquée pour ma moitié. J’espère trouver le temps (et la motivation) de monter un BMS pour arriver à une solution « plug’n play », mais tout est déjà commandé ! A suivre…

Si cet article vous donne envie d’approfondir le sujet, je ne peux que vous conseiller les sites suivants où j’ai tout appris :

5 commentaires

  1. Bon je vais faire l’achat d’un vélo électrique HS et tu vas passer un ptit weekend parisien bricolage, jte le dis.

    A très vite l’ami!

  2. Excellent article…bravo.
    Quant à moi, j’ai un problème avec le contrôleur de mon e bike.
    Impossible de trouver l’original (un chinois)… j’ai donc commandé un autre contrôleur (encore un chinois) avec les mêmes caractéristiques mais les connecteurs sont en partie différents de ceux d’origine.
    Si je merdouille pour les branchements , je ferais peut-être appel à toi.

  3. Article bien plus intéressant que le videoprojecteur! ;)
    A ce sujet j’ai une question si vs avez le temps. Merci d’avance

  4. Bonjour,

    Joli travail.
    Vous précisez les précautions d’usage, merci. J’en remet une couche: attention le moindre court-circuit entre 2 cellules lithium peut être très grave ! Les cellules lithium renferment beaucoup d’énergie et peuvent la délivrer en un temps extrêmement court : facilement plusieurs centaines d’ampères. Dans le meilleur des cas, un fil crame et on peut se recevoir du metal en fusion, dans le pire des cas la batterie part à feu et peut exploser.

    Votre article sur le BMS tombe bien : http://www.latelierdugeek.fr/2016/09/16/velo-electrique-preserver-batterie-confort-bms/
    Le BMS ne doit pas être une option, il est impératif ! Sans BMS, la batterie peut se décharger au delà de sa limite basse, et ça n’a pas seulement un impact sur sa durée de vie mais aussi sur la sécurité. Un élément qui a été surdéchargé peut prendre feu et exploser par la suite au moment de la charge. Avec un simple multimètre qui mesure la tension globale, il n’y a pas moyen de s’assurer qu’une cellule déséquilibrée n’est pas en dessous du seuil de décharge.

    Sympa votre blog et vos projets !

    AdriZ

Laisser un commentaire

Votre adresse de messagerie ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *