Une perceuse Métabo des années 2000

Sur mes étagères, une perceuse « BST 9.6 » de la marque Métabo prenait la poussière depuis que ses batteries nickel-cadmium (Ni-Cd) avaient rendu l’âme il y a quelques années.

L’idée de changer les cellules Ni-Cd [1] de la batterie par des cellules Li-ion (litium-ion) s’est concrétisée avec le projet porté par l’ARR (Académie du recyclage et de la réparation) concernant les cellules Li-ion des batteries qui équipent la plupart des objets électriques sans fil.

 

Remplacement des cellules de la batterie

Le remplacement des cellules de la batterie suppose d’abord d’ouvrir le boîtier de la batterie dont le constructeur s’est évertué à empêcher l’ouverture et donc sa réparation. Pour permettre le démontage sans abîmer les éléments internes, il a fallu scier le boîtier (merci Guy pour ton aide précieuse).

On peut alors voir les 8 cellules Ni-Cd en série qui composent la batterie. En effet, la tension nominale aux bornes d’une cellule Ni-Cd est de 1,2 V et 8 × 1,2 V = 9,6 V qui est la tension fournie à la perceuse et qui donne le nom à la référence « BST 9.6 » de la perceuse.

Si nous voulons remplacer ces cellules par des Li-ion dont la tension nominale est de 3,7 V, il est nécessaire d’en prendre trois en série pour obtenir une tension nominale de 11,1 V. C’est légèrement plus important que 9,6 V mais en branchant une alimentation stabilisée à la place de la batterie, on peut vérifier que la perceuse fonctionne parfaitement avec une telle tension [2].

Pour ajouter de l’autonomie et de la puissance, on décide de mettre en parallèle ces cellules , ce qui donne une batterie 3S2P (3 cellules en série et 2 branches en parallèle). Sa capacité sera donc d’environ 4 Ah, ce qui est une nette amélioration de la capacité de la batterie Ni-Cd qui était de 1,4 Ah.

Ajout d’un BMS : bien entendue, on ajoute un BMS (Battery Management System) qui permet la gestion de cette batterie et, surtout, sa sécurité : il assure principalement de ne pas dépasser 4,2 V par cellule, ni de descendre en-dessous de 3 V, et enfin d’équilibrer les tensions entre les différentes cellules mises en parallèle, ce sont les paramètres principaux de sécurité d’une batterie Li-ion.

On a pris une carte 3S 40 A puisqu’on a un montage 3S ; avec un courant de décharge maximal de 40 A, on couvre largement les besoins.

Important : avant l’assemblage, nous avons vérifié que chaque cellule avait une tension pratiquement identique. Cette tension était environ de 3,7 V.

Vous trouverez sur internet des tutoriels qui vous donneront quelques détails et les précautions indispensables à prendre lors de la manipulation des cellules Li-ion. À ce propos, nous vous conseillons de voir la captation qui a été faite à l’ARR lors de la conférence de notre ami Francis Joffre (du Repair Café de Bures-sur-Yvette), notamment les risques, réparation et recyclage des blocs batteries.

• tutoriel de réparation d’une perceuse
  remplacement d’une batterie Ni-Cd ou Ni-MH par une batterie Li-ion
• Stockage de l’énergie électrique
  les batteries d’accumulateurs
  conférence de Francis Joffre

 

Modification du chargeur

Le démontage du chargeur est nettement plus simple car il suffit de dévisser les 2 vis accessibles par le dessous.

Pour adapter ce chargeur à la batterie modifiée (voir ci-dessus), nous avons choisi de se procurer un chargeur « 3S » du commerce dont voici les caractéristiques :

• Chargeur CC-CV [3] Li-ion 11,1 V
  entrée : AC 100-240 V 50/60 Hz 0,8 A
  sortie : DC 12,6 V 2 A max
  protections : surcharges [4], courts-circuits [5], courant de sortie [6]
  pas de protection thermique batterie

Nous l’avons incorporé dans le boîtier existant, une fois enlevés tous les composants qui ne correspondaient plus à la nouvelle situation.

Vous remarquerez l’ajout d’une petite carte électronique pour la gestion de la LED qui indique si la batterie est en charge (LED en rouge) ou est chargée (LED en bleu).

NB : la batterie initiale possédait une sonde de température [7] qui a été laissée sans être utilisée pour l’instant. Nous allons y réfléchir pour ajouter un contrôle de la température lors de la charge ; cela améliorera la sécurité, pour éviter un éventuel emballement thermique.

 

Une perceuse Makita

Une autre perceuse dont nous avons converti la batterie en Li-ion : une Makita « PA14 » (14,4 V 1,3 Ah) dont la batterie était constituée de 12 cellules Ni-Cd.

 

Remplacement des cellules de la batterie

En utilisant 4 cellules Li-ion en série (4S), nous obtenons une tension nominale de 14,8 V avec une capacité de 1,5 Ah. La place disponible ne permet pas de mettre des cellules en parallèle comme avec la perceuse Métabo : nous aurons donc un montage 4S1P.

À noter que le démontage de la batterie a été facilité, contrairement à la batterie de la perceuse Métabo : il suffit de dévisser le boîtier de la batterie pour accéder à son intérieur.

Voici, en images, les étapes du démontage :

On élimine les 12 cellules Ni-Cd en les mettant dans notre bac de recyclage « piles et batteries ».

On a récupéré le connecteur de la batterie et on commence à le préparer en vue de l’assemblage des cellules Li-ion par le brasage des fils sur ses bornes + et – :

À l’aide de notre soudeuse par point, on assemble le pack des 4 cellules Li-ion 18650 en série (4S) :

 

Ajout d’un BMS : une fois les cellules Li-ion mises en série, on raccorde un BMS au pack 4S : ce BMS (Battery Management System) pour 4S est inséré entre la batterie et le chargeur ; il assure la sécurité et, notamment, il veille à l’équilibre en tension de chaque cellule, pour des raisons de performance et de sécurité. Notez les tensions intermédiaires 0 V, 4,2 V, 8,4 V, 12.6V, 16,8 V liées au montage en série des cellules.

 

Ajout d’un chargeur

La solution adoptée n’utilise pas le chargeur initial, contrairement à la solution décrite pour la perceuse Métabo, car la place disponible dans le boîtier permet d’ajouter une carte chargeur équipée d’une prise USB-C : ce petit circuit (dont la référence est « DDTCCRUB 4S 2A ») permet de charger 4 cellules Li-ion en série (4S) avec un courant de charge de 0,56 A ; Il gère la tension et le courant de charge à partir d’un adaptateur 5V branché sur la prise USB-C (adaptateur qui tend à se généraliser pour nos mobiles : inutile donc d’en acheter car vous en avez sûrement déjà un).

On raccorde le pack des 4 cellules Li-ion, le chargeur et le connecteur :

Un test permet de vérifier que tout fonctionne comme attendu :

NB : un petit tuyau collé fait office de guide d’onde pour les LED de l’indicateur de charge ; on a percé un petit trou dans le boîtier pour rendre visible ces indications, comme on peut l’observer sur la photo ci-dessus.