Batterie de bicyclette… électrique! Partie 1

J’ai acheté il y a 3 ans une bicyclette à assistance électrique, qui a la forme générale d’un scooter. Cette bicyclette est propulsée par un moteur roue de 36 volts, 360 watts.
La batterie originale, maintenant morte, est constituée de 3 batteries 12 V acide-plomb de 10 A.h connectées en série, ce qui donne 36 V 10 A.h.
Avec cette batterie lorsqu’elle était en bonne “santé”, la bicyclette pouvait parcourir un magnifique 30 km à la vitesse maximale de 32 km/h.
Comme je ne souhaite pas changer les batteries au plomb par d’autres du même type, je me suis dit que je vais en profiter pour augmenter mes connaissances techniques sur les batteries au Lithium-ion et me bricoler une nouvelle batterie!
D’abord, j’ai mesuré le volume disponible dans le contenant original des batteries au plomb, une fois celles-ci retirées. En faisant une règle de 3 avec le volume d’une cellule de type 18650, je suis arrivé au résultat que 150 cellules de format 18650 pouvaient être installées dans le contenant.
Note : le format 18650 est un code indiquant qu’il s’agit d’une cellule dont le diamètre est de 18mm et la longueur est de 65mm
À quel endroit se procurer ces cellules? J’ai une certaine accoutumance à acheter des objets comme cela sur Ebay. Ainsi, il y a des batteries de remplacement pour ordinateurs portables qui se vendent pour 10 USD pour un pack comportant 9 cellules. Le tout, avec frais de transport gratuit. Pour 18 blocs de batteries, cela a monté une facture de 180 USD. (J’ai commandé un pack de plus que le minimum requis).
Entendons-nous immédiatement : ces cellules qui reviennent à 1,11 $ l’unité ne sont pas de la même trempe ou mouture que les excellentes Panasonic NCR18650B avec 3400 mAh de capacité que l’on retrouve dans les Tesla S. Ce sont des cellules fabriquées en Chine dont la capacité nominale est de 2200 mAh.
Par contre, pour faire un premier essai d’un montage, je me suis dit que le risque (financier) est très acceptable, par rapport aux cellules Panasonic vendues aux alentours de 10 USD l’unité, soit près de 9 fois plus cher. Pour vous donner une idée, lorsque vendue en lot, 165 cellules NCR18650B sont offertes au “modeste” prix de 1350 USD. Quand on achète la bicyclette 750 $, on peut être hésitant à faire un tel achat… Une autre option qui m’était offerte était d’acheter des cellules de Stéphane Melançon (Doctorbass). Il récupère des cellules en bon état provenant de packs défectueux pour outils Makita et revend celles qui passent ses tests de validation d’état. Malheureusement, au moment ou je devais placer ma commande, il n’en avait plus en stock.

J’ai donc commandé 18 batteries neuves de remplacement pour laptop, à faire livrer en Floride, et que j’allais ramasser lors de notre super trip du grand prix de formule E à Miami! En ramenant ces batteries après plus de 48h passées aux USA, on a un crédit de taxe de 800 $. Ces batteries ont donc pu être importées légalement au Canada libres de droits de taxe. 🙂

Par la suite, opération démembrement des batteries! Il a fallu que j’ouvre les 18 boîtiers de batteries et que je coupe les circuits de BMS (Battery Management System) qui sont obligatoires pour une utilisation sécuritaire des batteries au Lithium-ion. Les batteries commandées étaient montées dans une configuration 3S3P (3 groupes en série de 3 cellules par groupe). Pour fins de comparaison, la Tesla S 85 kWh est organisée en 16 modules connectés en série, chaque module ayant 6 groupes en série de 74 cellules NCR18650B connectées en parallèle. On peut donc noter par 16S6S74P. C’est un total de 16 x 6 x 74 = 7104 cellules pour un pack de 85 kWh dans la Tesla S.



Comme les cellules sont déjà soudées ensembles par groupe de 3, j’ai coupé les liens en série, pour obtenir 54 paquets de 3 cellules connectées en parallèle (3P).
La batterie que je souhaite monter est de topologie 10S15P, soit 10 groupes connectés en série de 15 cellules par groupe. Comme le voltage nominal des cellules est de 3,7 V, cela me donne une batterie de 10×3,7 V = 37 volts nominal. Parfait, pour une bicyclette de 36 V.
Il faut donc que je connecte 5 paquets de 3 cellules en parallèle pour former un groupe de 15 cellules en parallèle. Voici une petite photo d’un de ces groupes:

Pour faire les connexions, j’utilise du fil de cuivre multibrin de calibre 14 AWG, ce qui peut supporter un courant de 15 A. Le courant nominal de la bicyclette est de 10 A.
Quelle est la capacité de la batterie que je vais obtenir? Chaque cellule est de 2200 mAh ou 2,2 Ah. Comme il y en a 15 par groupe en parallèle, leur capacité est additionnée, soit 33 Ah. En connectant 10 groupes en série, j’obtiens 37 volts, 33 Ah. C’est, en gros, près de 3 fois la capacité des batteries au plomb originales! En énergie, on multiplie voltage x capacité, cela nous donne 1221 watts.heure, ou 1,22 kWh. Voici une photo de la disposition globale des cellules dans le contenant d’origine du scooter électrique :

C’est le point où j’en suis rendu dans mon assemblage! J’espère que j’aurai terminé à temps pour la parade du samedi 18 avril, pour un record Guinness! Si j’y arrive, c’est ma fille Camille qui aura le plaisir de conduire la bicyclette électrique pour la parade!