Cet article fait partie de la série Boombox (3 articles au total)

Et voici la 3ème et dernière partie de ce projet de création d’enceinte bluetooth portable ! Je sais que vous avez attendu l’article depuis quelques temps déjà, mais je voulais prendre le temps de vous faire quelque chose de suffisament détaillé ! Comme promis, cet article se clôturera également avec un concours qui vous permettra peut-être de remporter cette enceinte bluetooth unique au monde ! Prêt ? C’est parti !

Rappel des épisodes précédents

Il y a eu jusqu’à présent 2 articles dans ce projet de création d’enceinte :

Notre enceinte (pour l’instant) sans batterie

NDLR : Si les batteries sont un monde qui ne vous est pas familier, je vous encourage à aller (re)lire les 2 articles que j’ai écrits précédemment autour de la rénovation d’un ancien vélo électrique : Partie 1 : (Re)Construire la batterie d’un vélo électrique, Partie 2 : Vélo électrique : Préserver votre batterie (et votre confort) avec un BMS

Choix de la batterie à intégrer

Des technologies de batterie ça n’est pas ça qui manque en 2018. Chacune a ses avantages et ses inconvénients mais la plus intéressante reste à ce jour la batterie au lithium pour son rapport poids/quantité d’énergie stockée. Partir sur cette technologie permettra de garder une enceinte légère mais avec un bon niveau d’autonomie.

Une fois que l’on a choisi la technologie, il faut se poser la question de la tension (en Volts « V ») et de la capacité de la batterie (en ampère heure « Ah » ou « mAh »). Pour ce qui est de la tension, dans notre cas, l’ampli choisi accepte entre 9 et 20V en entrée. Sachant qu’une cellule au lithium a une tension nominale de 3,7V, mais que sa tension réelle varie entre 2,5V et 4,2V suivant son état de charge, il nous faut déterminer le nombre de cellules à mettre en série pour obtenir une tension qui ne descende jamais sous 9V et ne dépasse pas 20V en pleine charge.

Un nombre de 4 cellules semble convenir avec une tension nominale de 14,8V (4 cellules x 3,7V). Déchargées à fond, les 4 cellules devraient produire 10V (2,5V x 4 cellules) alors que le même ensemble ne dépassera pas 16,8V en pleine charge (4 cellules x 4.2V), ce qui est pile dans l’intervalle visé.

Pour la capacité de la batterie, le choix est moins complexe. Plus vous prendrez une batterie avec une capacité élevée, plus vous aurez d’autonomie. Sachez qu’il y a peu de cellules qui dépassent les 3000mAh, ce qui est déjà pas mal (avec environ 2500mAh je tiens plus de vingt heures sur batterie). Si vous voulez beaucoup plus, il faudra doubler ou tripler le nombre de cellules, en les mettant en parallèle. Ainsi par exemple, au lieu de plafonner à 3000mAh, vous pouvez passer à 6000mAh avec 4 groupes de 2 cellules en parallèle, 9000mAh avec 4 groupes de 3 cellules en parallèle, etc… En termes de vocabulaire dans le monde des batteries, on utilise la notation suivante : 4S1P où 4 est le nombre de groupes de cellules et 1 le nombre de cellules dans chaque groupe.

Acheter ou construire sa batterie

Si vous avez déjà lu mon article sur la reconstruction d’une batterie de vélo électrique, vous savez peut-être qu’il est possible d’acheter une batterie toute prête avec ce nombre de cellules. Aujourd’hui pourtant, pour l’exercice, le coût, et surtout pour la réparabilité de la batterie, j’ai décidé d’assembler moi-même cette batterie et de partager tout ça avec vous. Pour le choix des cellules, je suis parti sur des cellules 18650 car c’est le format le plus répandu. Afin de pouvoir contrôler et remplacer si besoin les cellules, j’ai choisi d’utiliser un support de cellules, ce qui permet de changer les cellules aussi facilement qu’une pile sur la télécommande de votre TV.

Choix des composants

Voici la liste brute des composants et du matériel utilisé

Composants

Consommables

Matériel

Concernant le choix des cellules, j’étais pressé donc j’ai pris celles que je pouvais obtenir le plus vite (et pas forcément les meilleures) ! Vendues avec une capacité de 3000mAh sur le papier, elles ont une capacité réelle qui est plutôt aux alentours des 2500mAh. Quoi qu’il en soit c’est suffisant pour mon usage, l’enceinte tourne plusieurs heures par jour et je la recharge moins d’une fois par semaine ! Si vous voulez de la qualité, prenez des cellules de chez Panasonic, LG, Samsung ou Sanyo, c’est ce qui se fait de mieux (mais évidemment c’est plus cher !). Si vous n’êtes pas trop pressés, vous pouvez commander des cellules Samsung ici  à bon prix :)

Pour ce qui est du chargeur secteur, si vous avez acheté celui que je mentionne dans le premier article sur la valise-enceinte c’est bon, vous pouvez le réutiliser là :) L’important c’est la tension qui doit être de 16,8V.

Le matériel nécessaire au chantier du jour

Réalisation du pack de batterie

Etape 1 : Mise en série des cellules

Si comme moi, votre support n’est pas pré-câblé pour mettre les cellules en série, il va falloir s’en charger. Pour ce faire, il va falloir déterminer dans quel sens vous allez disposer vos cellules (tête-bêche ? toutes dans le même sens ?). Pour ma part, j’a choisi de respecter les inscriptions « + » et « – » du support, ce qui va m’amener à câbler les cellules comme ceci.

Schéma de connexion des cellules et de la prise d’équilibrage

En matière de réalisation, on n’est pas dans quelque chose de très technique. Il suffit de déposer un peu de soudure sur chaque borne du support, d’étamer nos câbles découpés à la bonne longueur, et ensuite on relie tout ça. Evidemment, je vous conseille de travailler sur le support vide pour éviter tout incident.

Etape 2 : Câblage de la prise d’équilibrage

Notre BMS est livré avec une nappe de fils qu’il va falloir également souder sur notre support de batterie. Cette nappe de fils se termine par une prise blanche appelée « prise d’équilibrage ». C’est via cette nappe de fils que le BMS va pouvoir mesurer la tension aux bornes de chaque cellule pour faire en sorte de charger au même niveau chaque cellule et surtout empêcher qu’elles ne se détériorent en bloquant les charges trop élevées ou décharges trop profondes.

Pour la souder sur le support correctement, il va falloir bien repérer l’ordre des fils sur la prise. Le 1er fil va sur le pôle + de la première cellule, le 2ème fil sur le pôle + de la deuxième cellule, etc etc… Le cinquième et dernier fil va quant à lui sur le pôle – de la quatrième et dernière cellule. Revérifiez bien l’ordre de vos fils.

Support de cellules 18650 câblé avec la nappe du BMS

Etape 3 : Liaison du pôle positif et du négatif de la batterie au BMS

La batterie en elle même est quasi prête, on va maintenant la relier au BMS. Pour ça il faut simplement connecter la borne + de la première cellule à la borne « B+ » du BMS. On connecte ensuite la borne – de la quatrième cellule à la borne B- du BMS. La batterie et son BMS sont désormais prêts à être intégrés dans le reste du circuit de la valise !

Intégration de la batterie et de son BMS dans la valise

Ne reposez pas tout de suite le fer à souder, nous sommes quasiment arrivés au bout du chantier ! Les ultimes étapes vont consister à relier l’arrivée de l’alimentation de la valise au BMS d’un côté, et à notre circuit d’amplification de l’autre. Attention à bien conserver l’usage de l’interrupteur : celui-ci doit bloquer la mise sous tension du circuit d’amplification mais pas le rechargement de la batterie.

Plutôt que de me lancer dans de trop longues explications, voici un schéma de ce que cela donne :

Schéma de câblage du BMS

Là vous devez commencer à gérer les soudures de câbles ! Une fois cette étape réalisée., il va falloir tout installer dans la valise.

Pour fixer le BMS, j’ai procédé à l’aide de ruban adhésif double face (la colle chaude doit aussi bien marcher). Pour le support de batterie, après plusieurs essais infructueux (colle chaude, ruban adhésif double face), j’ai fini par le fixer au fond de la valise en utilisant un serre câble en plastique. C’est dommage car cela se voit un peu de l’extérieur, mais au moins je suis sûr que la batterie ne bougera pas !

Le BMS vu de près ! Il ne reste plus qu’à y relier les bornes de la batterie via une soudure  sur les pastilles B+ et B-

Concours, enfin

Visiblement, c’est la mode pour les blogueurs d’offrir des cadeaux à leurs lecteurs. La plupart font gagner des produits offerts par leurs sponsors, mais j’ai décidé de vous offrir quelque chose d’original : ma valise enceinte dont j’ai partagé la réalisation avec vous ! Ce modèle est unique et c’est un bel objet qui pourra vous accompagner dans quelques soirées cet été !

Pour la gagner, rien de plus simple : j’effectuerai un tirage au sort parmi toutes les personnes qui suivent l’atelier du geek sur les différents canaux que j’utilise :

  • la mailing liste qui permet de recevoir les articles directement dans votre boîte mail
  • la page Facebook où je relais les articles et quelques petites victoires qui ne font pas forcément l’objet d’articles

Chaque personne peut donc avoir 2 chances de gagner l’enceinte !

Le gagnant sera annoncé sur la page Facebook du site. Fin du concours le 15 août 2018 !

Feedback et améliorations possibles

Après quelques mois passés avec l’enceinte, je peux vous dire que je suis plus que content du résultat même si je vois déjà quelques améliorations intéressantes à apporter !
En termes d’autonomie et de style la performance est géniale ! En termes de puissance, cette enceinte est bien supérieure à ce que j’ai l’habitude de voir en matière d’enceinte portable, même probablement un peu trop puissante par rapport à la taille de la valise ce qui engendre des vibrations peu agréables… Si c’était à refaire, je partirais donc sur un ampli un peu plus modeste et probablement des haut-parleurs de taille plus raisonnable. En plus d’avoir quelque chose de plus équilibré, cela permettrait également de gagner certainement en poids et en autonomie ! Idéalement il faudrait effectuer des calculs pour choisir un haut-parleur adapté au volume de la valise, chose pour laquelle je n’ai aucune connaissance théorique mais pour laquelle on trouve une tonne de documentation sur Internet !

Conclusion

Encore un bel objet singulier que j’ai pris énormément de plaisir à réaliser ! Donner une nouvelle vie à de vieux objets en les détourant de leur usage premier me motive terriblement ! Et vous, avez-vous des idées d’objets à détourner ? Je cherche des idées pour occuper mon été :)


Cet article fait partie de la série Vélo électrique (2 articles au total)

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  !