Vélo électrique : Préserver votre batterie (et votre confort) avec un BMS

Il y a quelques temps, j’ai commencé à m’intéresser aux véhicules électriques. Cela a été pour une vraie révélation qui a débouché sur la construction d’une batterie pour un « vieux » vélo électrique. Depuis je l’utilise tous les jours, et devoir démonter ma batterie à chaque rechargement a commencé à vite devenir pénible. Parmi les inconvénients, j’avais aussi un souci : la construction d’une batterie dénuée d’intelligence faisait que je devais faire très attention à son niveau de charge/décharge, sous peine de la détruire… Il me fallait donc trouver une solution à ces maux, et celle-ci tient en 3 lettres : B.M.S pour « Battery Management System ».

Le BMS, le gardien de votre batterie (et de votre confort)

Rappelez-vous, ma batterie est composée de cellules lithium-polymère, dont la tension ne doit jamais sortir de la fourchette 2,7Volts – 4,2Volts. En dehors de cette plage, elle subirait des dommages irréversibles, et au prix des cellules, vous n’avez pas envie que ça arrive :)

Le BMS est justement là pour ça ! C’est un circuit électronique qui va surveiller la charge et la décharge de la batterie :

  • Lors de la charge de la batterie, il va empêcher les cellules de monter au delà de 4,2Volts.
  • Lors de la décharge de la batterie, il empêchera le vélo de « tirer » sur la batterie et de faire descendre les cellules en dessous de 2,7Volts

Accessoirement, comme c’est lui qui gère l’équilibrage des cellules, plus besoin du couple chargeur de modélisme + alimentation qui fait un peu « Géo Trouvetout » : un simple adaptateur secteur à la bonne tension à 30€ suffit. On gagne donc en « transportabilité » de la station de charge, et la recharge de la batterie devient plug & play ! Plus besoin de démonter la batterie !

Trouver le BMS adapté à sa batterie

Chaque BMS est conçu pour un type de batterie particulier. Pour le choisir il faut considérer :

  • La technologie de la batterie (LiPo, LiFePo4, Nimh, Plomb…)
  • Le nombre de cellules gérées  (dans mon cas 8 cellules, abrégées souvent sous la notation « 8S »)
  • Le courant que peut délivrer en sortie le BMS
  • La tension min max limite sur chaque cellule

Une précision particulière sur ce dernier critère : même si les limites théoriques sont à 2,7Volts pour le seuil minimum et 4,2Volts pour le seuil maximum des cellules, certains BMS laissent les cellules se rapprocher plus que d’autres de ces valeurs, favorisant ainsi l’autonomie en charge (on embarque plus d’énergie utilisable) mais au détriment de la durée de vie des cellules. Si vous voulez voir l’impact des charges/décharges profondes des batteries au lithium, je vous conseille ce très bon article : http://cyclurba.fr/velo/831/batterie-battery-charge.html

Bon je vous avoue que j’ai eu du mal à trouver le « BMS de mes rêves », je me suis finalement arrêté sur celui-ci. Prévu pour une batterie de 8 cellules lithium-polymère et capable de délivrer un courant maximum de 30A (suffisant pour mon cas, mais le même existe en 45A et 60A pour les vélos plus puissants), celui-ci maintient la tension des cellules entre 4,2V et 2,9V, ce qui m’a paru un bon compromis entre autonomie et sauvegarde des cellules. Maintenant que le bon candidat est sélectionné, il va falloir le brancher.

Branchement du BMS

Préparation

Avant de vous jeter sur le fer à souder, un peu de réflexion s’impose. Pour jouer son rôle protecteur, le BMS va venir s’intercaler entre 3 éléments : le chargeur, le moteur, et la batterie. De plus, pour pouvoir équilibrer les différentes cellules qui composent la batterie, chacune de ces 8 cellules devra être reliée au BMS. On va donc avoir quelques soudures à faire.

Souhaitant que le BMS soit remplaçable facilement, j’ai choisi de ne pas y souder directement les câbles de la batterie, mais de passer par un jeu de connecteurs. Ainsi, si le BMS vient à lâcher, je peux le retirer facilement du circuit et continuer à utiliser ma batterie « comme avant », le temps de trouver un BMS remplaçant.

Puisqu’un bon dessin vaut mieux qu’un long discours voici un schéma de câblage.

2 prises XT90 à souder et un adaptateur JST-XH à construire : voici ce qui vous attend pour pouvoir utiliser votre BMS flambant neuf.

2 prises XT90 à souder et un adaptateur JST-XH à construire : voici ce qui vous attend pour pouvoir utiliser votre BMS flambant neuf.

Action

Pour réaliser le câblage correspondant au schéma, voici ce dont vous avez besoin.

En terme d’équipement pour le chantier

En terme de matériel

De gauche à droite : les câbles de puissance, un câble avec une borne JST-XH 8S femelle, 2 bornes XT90, le BMS et son câble JST-XH 7S associé.

De gauche à droite : les câbles de puissance, un câble avec une borne JST-XH 8S femelle, 2 bornes XT90, le BMS et son câble JST-XH 7S associé.

La réalisation du câble adaptateur est certainement l’étape la plus longue puisque qu’il faut dénuder 8 fils d’un côté, 9 de l’autre, étamer et souder tout ça ensemble sans faire d’erreur. Pensez à glisser la gaine thermo avant de souder si vous ne voulez pas tout recommencer :)

A gauche, le câble JST-XH 7S fourni avec le BMS. A droite mon JST-XH 8S qui sera connecté à la batterie. Il va falloir souder les 2 ensembles pour assurer la liaison du BMS avec chacune des cellules de la batterie.

A gauche, le câble JST-XH 7S fourni avec le BMS. A droite mon JST-XH 8S qui sera connecté à la batterie. Il va falloir souder les 2 ensembles pour assurer la liaison du BMS avec chacune des cellules de la batterie.

Une fois terminé, voici ce que ça doit donner. Notez que j'ai volontairement laissé "en l'air" le fil non raccordé mais rien ne vous empêche de faire quelque chose de plus esthétique !

Une fois terminé, voici ce que ça doit donner. Notez que j’ai volontairement laissé « en l’air » le fil non raccordé mais rien ne vous empêche de faire quelque chose de plus esthétique !

Concernant le BMS lui même, c’est plus simple, mais mieux vaut avoir un fer assez costaud pour souder ces gros fils. Là aussi on n’oublie pas la gaine thermo-rétractable sur les connecteurs XT90. Notez que l’emplacement « N- » ne reçoit aucun câble, je ne connais pas son utilité…

Une fois les opérations de soudure terminée, voici le BMS "prêt à brancher".

Une fois les opérations de soudure terminée, voici le BMS « prêt à brancher ».

Si comme moi vous comptez glisser votre BMS dans une coque métallique, je ne saurais trop vous conseiller d’isoler la bestiole un minimum, moi j’ai sacrifié un vieil intercalaire pour réaliser un bel habit rouge à mon montage.

Le BMS, une fois isolé. J'ai fait avec ce que j'avais, dans l'idéal de la gaine thermo "grand format" donnerait un résultat plus pro.

Le BMS, une fois isolé. J’ai fait avec ce que j’avais, dans l’idéal de la gaine thermo « grand format » donnerait un résultat plus pro.

Ensuite on branche tout ça à la batterie d’un côté, à la coque de l’autre, et on va pouvoir tester !

La coque de la batterie avec son connecteur XT90. C'est là que viendra se brancher une des extrémités du BMS tandis que l'autre ira à la batterie.

La coque de la batterie avec son connecteur XT90. C’est là que viendra se brancher une des extrémités du BMS tandis que l’autre ira à la batterie.

Petite apparté sur le chargeur

Si vous avez l’oeil vif, vous aurez remarqué que sur la photo précédente, la prise sur laquelle va venir le chargeur n’a pas du tout la même tête que la fiche de mon chargeur. Comme j’avais toujours le chargeur d’origine, j’ai donc coupé la fiche d’origine de mon chargeur tout neuf pour y fixer celle de l’ancien chargeur. Attention aux polarités si vous faites pareil.

Mon nouveau chargeur, à côté de la fiche du chargeur d'origine du vélo. Il va falloir la monter sur le nouveau chargeur.

Mon nouveau chargeur, à côté de la fiche du chargeur d’origine du vélo. Il va falloir la monter sur le nouveau chargeur.

Et voilà, le nouveau chargeur avec l'ancienne fiche ! Une fois de plus vive la gaine thermo-rétractable.

Et voilà, le nouveau chargeur avec l’ancienne fiche ! Une fois de plus vive la gaine thermo-rétractable.

Quelques semaines plus tard

Charger ma batterie de vélo électrique est devenu aussi simple que charger mon smartphone. J’ai découvert au passage que le chargeur sélectionné est équipé d’une diode rouge qui devient verte quand la charge est terminée (bien pratique pour savoir si on peut enfin débrancher le système). Avec son intensité max de 2A, il faut 4 bonnes heures pour passer d’une batterie quasi vide à une batterie chargée à fond. Ce n’est pas rien mais pour moi qui n’ait besoin de charger ma batterie que 2/3 fois par semaine cela me convient ! Une fois seulement j’ai déchargé ma batterie au point que le BMS coupe la décharge, mais cela m’a permis de vérifier que cela fonctionne. Au final, je ne peux que vous encourager à réaliser ce petit chantier  !

27 commentaires

  1. Hello Sam,

    Merci pour le compliment, j’ai essayé d’écrire l’article que j’aurais aimé lire avant de me lancer dans ce chantier « BMS ».
    Sur hobbyking je n’avais pas trouvé mon bonheur mais comme le stock tourne pas mal c’est possible que des choses intéressantes arrivent !

    As tu déjà repéré des références ?

    Alexandre

  2. Y en a qu un http://www.hobbyking.com/hobbyking/store/__98295__BMS_Battery_Management_System_8S_LiPoly_4A_Charge_10A_Discharge.html

    Pour l instant j ai fait 2 trous dans le boîtier en sortant de chaque côté les équilibreurs et les rallonges xt90 de l’extérieur afin d éviter de démonter le boîtier. Avant Je branchais le tout sur une // Board car mon chargeur ne fait que 6s mais je préfère les charger une par une car j’ai eu des arcs électriques. Le bms me permettrait d éviter le sous voltage et que ca soit moins moche aussi. En effet ce que t as maintenant toute personne peut s’en servir

  3. Acheter une prise femelle compatible au chargeur n’aurait pas été plus simple ? Car il se retrouve fragilisé maintenant non ?

  4. J’aurais aussi pu faire ça mais ça aurait été moins esthétique sur le vélo.

    Ne t’en fais pas pour la fiche sur le chargeur : elle est soudée, vissée et entourée de gaine thermo rétractable, elle ne s’envolera pas ;)

  5. J ai mis du chatterton sur les xt90
    J hésite à faire comme toi mais mes sorties peuvent servir de « réserves » à une autre paire de batterie. Le bip de ton BMS est assez fort ?
    Quelle Amperage demande ton velo ?

  6. Pas de bip sur mon bms : il coupe l’alimentation du contrôleur quand une cellule arrive à 2.9Volts. Idem pendant la charge : le bms équilibre les cellules en veillant à ce qu’aucune ne dépasse les 4.2Volts. De toute manière le chargeur arrête aussi la charge quand le pack atteint les 33.6Volts au total.

    Concernant la conso du vélo, j’ai des pics à 15-20A et mon circuit est protégé en 30A.

  7. Super boulot !

    Cependant j’ai une petite question sûrement bête mais je n’ai pas compris la raison de passer du fil d’équilibrage 8s à un 7s pour le BMS pourrais tu m’expliquer un peu plus cette partie car j’aurai tous simplement ajouter une extension JDH-XH (sûrement à tort)

    Merci à toi ;)

  8. En fait je n’avais pas vraiment le choix : la batterie a un câble d’équilibrage en 8s, le bms en 7s, donc soit tu fais un adaptateur, soit tu soudes juste un connecteur 8s sur la nappe orange du bms (ça je n’en ai pas trouvé).

    La raison du 7s sur le bms : le câble supplémentaire du 8s de la batterie est relié en fait au pôle « – » de la dernière cellule qui est aussi le « – » du pack entier. Vu que bms à déjà un câble de puissance relié au « – » du pack il n’a pas besoin d’y avoir accès sur le jst-xh.

    J’espère que ça éclaircit un peu le pourquoi du comment ;)

    Alex

  9. Le bip de ton bms sonne assez fort ?
    En effet il faut voir l’A du chargeur:
    Mon Madrid etait un 24v mais combien de watt il demande ??

    T as pas eu des arcs électriques avec le coupleur 2x4s vers 8s jst-xh ?
    Moi si et depuis je recharge une par une donc 2x4heures

    Avec 10Ah tu fais combien de km ?

  10. ah ok j’ai vu que tu as répondu. j’avais pas sû rafraichir la page
    Enfin j’aimerais bien connaitre ton autonomie avec 10Ah

  11. Hello Sam,
    Question autonomie, avec 10Ah, j’ai entre 30 et 40km d’autonomie suivant le « niveau de sportivité » de ma conduite. A noter que je n’ai qu’un seul niveau d’assistance disponible, donc pas possible de jouer sur le niveau d’aide pour rallonger l’autonomie (sauf en changeant le contrôleur et compagnie…).

    Alexandre

  12. Bonjour,
    Je pense que ce que j’ai loupé le coche en cliquant car je ne vois pas ma publication.
    J’ai acheté 4 lipos 16Ah mis en série pour mon vélotaf.
    J’ai acheté un BMS pour sécurisé tout cela mais j’ai une question qui me trotte a laquel je n’ai pas réponse.
    Les fils d’équilibrage de chaque batterie lipo, comment vous les logez dans votre connecteurs 8S, il y a un ordre de montage?

    Cordialement,
    Jonathan

  13. Ah je découvre avec joie votre blog. Je crois que ma batterie acheté en chine vient de me lâcher, du coup j’aimerai bien la réparer. Première question comment savoir si se spnt les cellules de ma batterie qui sont mortes ou le bms ?
    les symptômes: la batterie parait charger à fond d’après la jauge, et se décharge plus rapidement qu’avant et des que je lui demande trop de puissance, l’assistance se coupe.

    Cordialement

    Maud

  14. Bonjour Maud,
    S’il est possible d’avoir accès aux cellules, je pense que je commencerais par mesurer à l’aide d’un multimètre la tension aux bornes de chacune. Si ce sont des cellules au lithium, dans le pire des cas elles doivent avoir une tension comprise entre à 2,5V et 4.2V. Celles en dehors pourraient bien être cuites.
    S’il n’est pas possible d’accéder au cellules directement, toujours à l’aide d’un multimètre il est possible de mesurer la tension sur les bornes de connexion de la batterie avant et après le BMS. Si la tension avant le BMS parait correcte, mais pas après le BMS, c’est que c’est ce dernier qui est en panne. Sinon ce sera le pack de cellules qui sera en cause.

    N’hésitez pas à nous tenir au courant de vos avancées ! Et si vous n’avez pas de multimètre, jetez donc un oeil au dernier article ;) https://www.latelierdugeek.fr/2017/02/20/les-outils-du-geek-pour-la-domotique/

    Bon courage,
    Alexandre

  15. Salut Alex, j’ai mis un BMS 10s ce coup ci. Mais comme la 1ère fois, j’ai 2 soucis : dès que je branche la 1ère fois le 2ème connecteur jst-xh au BMS y a étincelle, ca crame sur le fil noir et aussi le BMS fume ! Ca m’avait fait pareil sur le 8S comme le tien mais ca fonctionne ! J’ai remarqué que les 2 BMS surchauffent. N’est ce pas dangereux pour un incendie des batteries ? Est ce que ton BMS a fumé dès le 1er branchement ?

  16. Hello Sam,
    Tes symptômes n’augurent rien de bon, ça n’est pas du tout normal que cela fume…
    Une étincelle ça peut arriver (c’est d’ailleurs pour cela qu’il existe désormais des connecteurs XT90 anti étincelle). Mais la fumée, ça ne m’est arrivé qu’une fois, et c’est parce que je m’étais planté dans les branchements : mes packs de batterie 4S n’étaient pas branché de la même manière entre les connecteurs JST-XH et le connecteur XT90.
    Je te conseille de (re)vérifier tes branchements à l’aide d’un multimètre.

    Alex

  17. Oui il chauffe un peu quand il fonctionne mais pas brûlant en tous cas, surtout à cette saison :)
    Après ça ça doit dépendre de la quantité d’énergie que tire le moteur !

    Alex

  18. Sur tes conseils, j’ai regardé le voltage : avant le bms, aux bornes des xt90 : entre 37 et 38V ce qui correspond à ma batterie 10s (2x5s). Mais en sortie du BMS : entre 26 et 27V seulement et le BMS chauffe sans que la batterie soit branchée je précise ! Faut il brancher les 2 connecteurs jst-xh puis le grand 10s reliant le bms ? Ce que j’ai fait : j’ai d’abord brancher les xt-90 puis le grand jst-xh en 10s puis chaque petits jst-xh 5s à la suite mais c’est là que le dernier en 5s crée une étincelle et crame la fiche noir. Je vais même devoir changer la prise femelle. Heureusement j’utilise des rallonges pour ne pas flinguer ceux reliées aux batteries.
    Une idée de ce sous voltage ? J’ai fait exactement que ton Tuto. D’ailleurs sur une autre batterie je l’ai suivi à la lettre avec la même config et ça fonctionne sauf que ça avait aussi fumé légèrement la 1ère fois… Serait ce un défaut de ces BMS ?

  19. Bonsoir,
    merci pour tes conseils, alors je viens de vérifier le chargeur j’ai bien 42v et la batterie j’ai aussi 42V a la sortie de la batterie + bms
    après j’ai mesurér la tension aux bornes de chaque fil qui rentre dans le bms
    j’ai 4.1-8.2-12.3-16.4-20.6-24.6-28.8-32.9-37.1-41.2 v du coup il me semble que ma batterie est bonne, mais pourquoi je perds de la puissance. l’indicateur de batterie me dis que ma batterie se vide très vite.

  20. Salut Alex, qu’as tu mis comme fusible ? 10A ? 30A ?
    sur mon greenvity (même conf. que le tien) mais avec moi 80kg + Bébé 13kg + Pente 10% mon fusible 10A a laché au bout de 10km
    Si je mets 30A ca risquerait pas de tout cramer ? surtout le controleur ? A+

    Maud : as tu beaucoup de pente comme moi ?

  21. Bonjour,

    Merci pour ce super article, mais je me pose encore une question :

    Serait-il possible que tu mettes une photo du branchement du boîtier BMS avec les batteries branchées dessus ?

    Pour bien comprendre le fonctionnement, ainsi que le branchement du chargeur que tu mets dessus ?

    Merci beaucoup de ton aide.

    Cordialement.

    Cedric.

  22. Bonjour

    Je voudrai savoir si une batterie en 5c sur un scooter peut être remplacer par une batterie 3 c en courant de décharges merci

  23. @Sam: sur un BMS, il faut IMPéRATIVEMENT brancher la puissance (batterie) AVANT les fils d’équilibrage, sinon tu crames le bms instantanément.

    attention, quand on branche 2 lipo en séries, il faut cabler correctement les fils déquilibrages: le fils centrale va avec le fils d’extrémité de la seconde batterie.

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