Un prototype de batterie portable 2,7 kWh
Le prototype que nous allons construire est une batterie portable de 2,7 kWh qui se recharge sur le secteur 220 Volts et est capable de restituer environ 1000 à 1500 Watts sur sa prise de sortie 220 Volts. Poids : 14 kg environ.
Les usages de ce type de batterie sont nombreux comme l’usage pour alimenter des petits consommateurs sur des sites hors réseau (camping, plage, …) ou encore la fourniture d’électricité en cas de coupure du réseau public, comme par exemple pour alimenter un éclairage ou un poêle à pellets.
Conception
Quand on construit une batterie, il faut considérer à la fois quatre aspects : la sécurité, le schéma électrique, la solidité mécanique et enfin la gestion thermique.
Les choix techniques se basent sur le compromis à trouver entre poids, quantité d’énergie stockée et puissance de sortie. Ici, notre premier critère était un poids acceptable pour un transport par une seule personne (une quinzaine de kilos) et une puissance de sortie suffisante pour la plupart des appareils ménagers courants (typiquement 1500watts en 220 volts).
La sécurité
Les risques existent toujours quand on manipule de l’électricité. Toutefois, les risque de choc électrique disparaissent si on reste en dessous de 50 à 60 volts environ. L’objectif de coût minimum se couple bien avec ce critère et nous fait donc choisir de nous limiter à 24 ou 48 volts, soit 6 ou 12 cellules li-ion de 4 volts). Un seul pack 24 volts est donc le bon choix dans notre cas.
On minimisera les risques électriques en isolant TOUS les fils et en les repérant correctement (- en noir, + en rouge).
Il reste néanmoins des risques liés à la quantité d’énergie disponible. Un court-circuit aux bornes d’une batterie 24 volts peut générer des centaines d’ampères et donc des échauffements violents. La présence d’un fusible de protection est donc indispensable.
Il reste une partie de l’appareil qui véhicule du courant alternatif à 220 volts. Il faut obligatoirement pouvoir couper ce circuit et fournir une alerte visuelle ou sonore quand il est en marche.
Dans une voiture électrique (ci-dessous une batterie de Porsche Taycan), les divers modules sont montés en série pour atteindre des tensions de 400 ou 800 volts, ce qui implique beaucoup de précautions. Les modules ont en général des tensions entre 24 et 60 volts.
Le schéma électrique
Le schéma général est simple car la plupart des fonctions sont réalisées par le BMS.
Le BMS assure deux rôles : équilibrer activement les tensions des diverses cellules (en chargeant les plus faibles avec le courant des mieux chargées) et connecter ou déconnecter le pôle négatif de la batterie en fonction des paramètres programmés, comme couper en cas de surcharge, de surtension lors de la charge, de sous-tension lors de la décharge, etc…
Le bouton de mise en marche contrôle le démarrage et l’arrêt. A noter que l’arrêt est mpossible si un chargeur est branché. Tant que la batterie se charge, le BMS reste actif pour équilibrer les cellules et déconnecter la batterie en fin de charge.
On notera que, pour raison de sécurité, le BMS possède deux capteurs de température et peut couper le courant de la batterie en cas de surchauffe.
Comment configurer et programmer le BMS
Le BMS JK se configure et se contrôle en Bluetooth avec un smartphone à proximité. Dans la plupart des cas, il suffit de choisir le type de batterie (ici Li-ion) et le nombre de cellules en série dans le circuit (ici 6). Le logiciel se trouve en scannant le QR code sur le BMS.
Référence du modèle utilisé : JK-BMS 8S 200A (mais un 6s aurait été suffisant)
Il existe des tas de vidéos sur YouTube expliquant la procédure.
Par exemple : https://www.youtube.com/watch?v=9Ba2yis6U3k
La solidité mécanique
Empiler les composants en vrac dans un boîtier n’est pas suffisant. Il faut les solidariser les uns aux autres et s’assurer que le tout reste en place, notamment pour éviter des tractions ou des frottements sur les câbles. Il est aussi important de prévoir un démontage relativement aisé en cas de besoin de maintenance sur un des composants.
Dans notre cas, le boîtier en plastique n’est pas très robuste. On prévoira donc de renforcer le fond par une plaque de contreplaqué ou, mieux, de polycarbonate (de récupération) et de solidariser le fond et la poignée de transport de la face supérieure, par exemple avec des morceaux de tige filetée de 4 ou 6 mm.
La gestion thermique
L’onduleur et le chargeur sont munis de ventilateurs. Le BMS est une ailette en aluminium qui a besoin d’un flux d’air pour se refroidir. Il faut donc prévoir au minimum une entrée et une sortie d’air et orienter les composants de façon à ce que l’air suive le trajet voulu.
Dans notre cas, on soupçonne que ça ne sera pas suffisant et on va ajouter des ventilateurs (récupérés sur un vieux PC) et les fixer à l’entrée et à la sortie du boîtier. En montant en série deux ventilateurs 12V, on peut les alimenter en parallèle avec les ventilateurs de l’onduleur qui sont en 24 volts.
Pour s’assurer que l’air circule bien à travers les composants à refroidir, il faudra bloquer les passages d’air qui les contournent, avec des morceaux de mousse par exemple.
Les composants utilisés dans le prototype
- Un module de batterie de seconde vie (d’origine Peugeot e-106 ou Open Corsa- e) 24Volts 2700 Wh similaire aux modules de Nissan Leaf 2P6S (12kg et 166€ chez Watt4Ever)
- Un onduleur bon marché Tataliken 24V 4000W (puissance de crête) (91€)
- Un chargeur 220V-24V 10 A (31€),
- Un BMS JiKong modèle JKBMS B1A8S10P gérant 200A et l’équilibrage actif (64€),
- Un fusible 200A et son porte fusible (12€)
- Une prise de charge USB 2A alimentable en 12 à 24 v (8€)
- Une boîte à outil capable de contenir tous les éléments (NEO, 34€ chez gmotoshop.be)
- Câblage et quincaillerie (fils, gaine thermo, cosses, boulons, 60€ estimé)
Soit un budget de moins de 466€ TVAC, main d’œuvre non comprise.
- Outillage nécessaire
- Pinces à sertir et cosses pour câbles data (petit modèle) et courant continu (grand modèle 2 à 25 mm2),
- Multimètre avec pince ampèremétrique,
- Fer à souder 50 et 200W, décapeur thermique, scie sauteuse, Dremel,
- Thermomètre infrarouge sans contact,
- Petit outillage classique.
Photos
Boîte à outil NEO
Composants mis en place. Le BMS est un JKBMS B1A8S10P (du constructeur JIKONG).
Volume occupé : 40x17x19 cm
Vue latérale de l’ensemble.
Ci-dessous quelques vues prises lors de la construction (en Juillet 2024).
