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  !


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 :