Comment construire une lampe solaire à batteries au lithium réutilisées

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Ce tutoriel permet la fabrication d'une lampe solaire munie d'un chargeur USB, utilisant des cellules au lithium récupérées sur des batteries d'ordinateurs portables usagées. Ce système permet, avec une journée de charge au soleil, de recharger complètement un portable et d'avoir en plus environ 4 h de lumière.

Partie 1

Partie 1 sur 7:
Extraire les cellules de la batterie d’ordinateur

(Pour cette étape et la suivante, ce lien pourrait vous être utile : Récupération de batteries d'ordinateur).

1
Fixez la batterie sur un étau afin qu’elle ne bouge plus. Ouvrez-la ensuite avec l’aide d’un marteau et d'un burin.
2
Isolez chaque cellule. Pour cela, décortiquez les cellules à l’aide d’une pince coupante, afin d'enlever tous les autres composants.

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Partie 2

Partie 2 sur 7:
Mesurer le voltage et de la capacité des cellules

1
Mesurez le voltage. Mesurez le voltage des cellules afin de savoir si elles sont toujours en état de marche : toutes les cellules ayant une tension inférieure à 3 V ne sont pas récupérables.
- À l’aide d’un voltmètre, à utiliser en mode courant continu, mesurez la tension des cellules et marquez celles qui sont réutilisables.
2
Mesurez la capacité. Pour mesurer la capacité d'une cellule, il faut la charger au maximum puis la décharger. Nos cellules sont constituées de lithium, or le lithium a besoin d’être chargé et déchargé correctement, la charge maximale étant de 4,2 V et la charge minimale de 3 V. Dépasser ces seuils endommagerait les cellules.
3
Munissez-vous d’une Power Bank. C'est un dispositif qui permet de charger plusieurs cellules en même temps via un port USB.
4
Chargez les cellules. Attendez que la charge soit complète (tous les voyants seront allumés). Cela prend environ 24 h.
- Les cellules sont toutes chargées au maximum (4,2 V), il faut désormais les décharger. Pour cela, munissez-vous d'un Imax B6 : un dispositif permettant de décharger les cellules une par une et de calculer sa capacité à rendre l'énergie.
5
Réglez le dispositif.
- Pour le voltage : il vous est demandé quel type de piles vous voulez charger, choisissez des cellules lithium. Le voltage va alors être réglé automatiquement à 3 V (la décharge n’ira pas en dessous de 3 V).
- Pour l’ampérage : réglez à 1 A pour que la décharge soit assez rapide et sécurisée. Dans ces conditions, comptez à peu près 1 h à 1 h 30 pour la décharge.
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Connectez les aimants au néodyme aux pinces crocodiles. Connectez-les ensuite aux cellules. Les aimants servent à faire passer le courant entre l'Imax B6 et les cellules.
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Déchargez la cellule jusqu’à ce que la décharge soit complète.
8
Notez la capacité sur la cellule. Plus la capacité de la cellule à rendre de l’énergie est importante, mieux c’est.
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Triez vos cellules. < 1 000 mA, entre 1 000 et 1 300, 1 300 à 1 500 et > 1 800 mA. Il est important de réaliser des batteries homogènes avec des cellules ayant à peu près la même capacité.

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Partie 3

Partie 3 sur 7:
Réaliser chacun des 3 modules

1er module : le panneau solaire et régulateur de charge

1
Munissez-vous de deux fils, un rouge et un noir. Dénudez-les à l'aide d'une pince coupante.
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Soudez le fil rouge sur le pôle positif du panneau solaire. Soudez le fil noir sur son pôle négatif.
3
Soudez le fil rouge (positif) au pôle IN + du régulateur de charge. Soudez le fil noir (négatif) au pôle IN -. Les deux entrées du régulateur de charge sont indiquées sur le composant.

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2e module : la batterie

1
Insérez la cellule lithium dans le porte-batterie.

3e module : convertisseur DEL / USB

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Munissez-vous de deux fils (rouge et noir). Le convertisseur de tension DC/DC possède deux entrées et deux sorties : entrées : VIN + et VIN - / sorties : OUT + et OUT -.
2
Soudez le fil rouge avec l'entrée VIN + du régulateur de tension. Soudez le fil noir avec l'entrée VIN -.
- La DEL possède deux fils d'entrée, un fil positif et un fil négatif. La polarité des fils n'est pas indiquée sur la DEL. Afin de la connaitre, munissez-vous d'un ohmmètre. Lorsqu'il indique une valeur nulle, c'est que le fil est positif. Lorsqu'il indique une valeur élevée, c'est qu'il s'agit du fil négatif. Soudez le fil positif de la DEL à la sortie OUT + du convertisseur de tension et le fil négatif à la sortie OUT -.
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Partie 4

Partie 4 sur 7:
Lier les 3 modules

1
Soudez le fil rouge du panneau solaire (positif) au pôle IN + du régulateur de charge. Soudez le fil noir (négatif) au pôle IN -. Le régulateur de charge possède 2 entrées : IN - et IN + (qui sont indiquées sur le composant).
2
Soudez le fil rouge du porte-batterie (positif) au pôle B + du régulateur de charge. Soudez le fil noir (négatif) au pôle B-. Le régulateur de charge possède 2 entrées : B - et B+ (qui sont indiquées sur le composant).
3
Soudez le fil rouge (positif). Soudez le fil rouge du module convertisseur USB/DEL au pôle OUT+ du régulateur de charge et le fil négatif (noir) au pôle OUT-. Le circuit est alors fermé et la lumière s’allume.
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Coupez le fil positif qui relie le régulateur au convertisseur pour ouvrir le circuit. Soudez l’interrupteur en série à cet endroit. Celui-ci permettra d’ouvrir et de fermer le circuit. En général, le type de commutation de l'interrupteur est On-Off-On : soudez-donc donc le fil rouge provenant de la lampe sur la branche du milieu (Off), et le fil rouge provenant du régulateur de charge sur une branche du côté (On).

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Partie 5

Partie 5 sur 7:
Construire le boitier avec une bouteille thermoformée grand format

1
Fabriquez des deux socles. Il s’agit des deux extrémités de la lampe, la supérieure accueillant le panneau solaire d’un côté et le circuit électrique de l’autre, l’inférieure servant juste à refermer la lampe tout en l’étanchéifiant.
2
Découpez 2 planches de 13/15 cm et 2 planches de 11/13 cm.
3
Positionnez sur chaque grande planche une petite. Prenez soin de bien les centrer. Chaque couple sera vissé plus tard.
4
Fabriquez le moule.
5
Découpez dans le tasseau 4 tronçons d’une vingtaine de centimètres. Positionnez-les aux 4 coins des petites planchettes découpées plus haut (les 11/13 cm) et vissez les têtes de vis côté planchette.
- De l’autre côté des tronçons, positionnez l’autre planchette et vissez-la de la même manière. Vous obtenez un parallélépipède de dimensions 11/13/20 qui servira à thermoformer la bouteille en plastique.
6
Faites le thermoformage de l’enveloppe de la lampe.
7
Découpez le fond de la bouteille de 5 L. Insérez-y le moule verticalement (le côté de 20 cm dans la longueur de la bouteille).
8
Chauffez doucement au décapeur thermique chaque face du rectangle. Le décapeur doit être à environ 10 cm de la bouteille. Une fois que la bouteille a pris la forme du modèle, continuer à chauffer pour effacer les motifs et bien tendre le plastique.
9
Coupez au ras du moule. En laissant la bouteille déformée sur le moule, coupez proprement au ras du moule le haut de la bouteille. Faites une autre découpe propre à environ 17 cm en dessous de la première.
10
Dévissez les tasseaux. Une fois les découpes effectuées, dévissez les tasseaux des deux côtés afin de pouvoir démouler la forme (le retrait du plastique aura provoqué un serrage important du moule).
11
Repliez des languettes. À chaque extrémité de la bouteille déformée, repliez à 90° vers l’intérieur des languettes d’une largeur d’environ 1 cm biseautées de chaque côté. Celles-ci viendront s’immiscer entre les deux planchettes de chaque socle afin d’améliorer l’étanchéité de la lampe. Pour pouvoir plier correctement les languettes, tracez une fine ligne au cutteur à l’intérieur puis pliez à la main.

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Partie 6

Partie 6 sur 7:
Intégrer le circuit électrique

1
Reprenez l'une des petites planchettes utilisées pour le moule (11/13 cm). Vissez-y tous les composants comme désiré, sachant qu’un minimum de symétrie permet de garantir l’équilibre de l’objet. Faites attention à bien fixer le port USB et l'interrupteur, afin qu'ils ne bougent pas lorsqu'ils seront manipulés.
2
Définissez l'emplacement du bouton ON/OFF. À l’aide d’un marqueur, tracez sur l’enveloppe en plastique l’emplacement du bouton ON/OFF et de la prise USB. Faites les trous correspondants.
3
Placez la planche avec le circuit à l’intérieur de l’enveloppe en plastique. Vissez une des planches de 15/13 cm dessous en prenant soin de bien coincer les languettes entre les deux planches.

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Partie 7

Partie 7 sur 7:
Fixer le panneau solaire

1
Placez le panneau solaire sur la grande planchette. Déterminez l’emplacement des sorties + et - du panneau. Faites un trou d’environ 5 mm à cet endroit dans les deux planchettes (vérifiez qu’aucun composant n’est à cet endroit, auquel cas il faudra décaler le trou suffisamment).
2
Faites passer les fils venant du contrôleur de charge dans ce trou. Soudez-les aux sorties correspondantes.
3
Collez le panneau sur la planchette. Pour cela l’idéal est d’utiliser un tissu fin collé à la planchette puis d’y coller le panneau (à la super glu par exemple).
4
Faites de même de l’autre côté, pour le socle de la lampe. Placez la petite planchette à l’intérieur de l’enveloppe puis vissez-y la grande en prenant soin de coincer les languettes entre les deux.
- Pour l’étanchéité de la prise USB, agrafez un petit rectangle de chambre à air de vélo sur l'extérieur, pour couvrir l'ouverture du port.
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Conseils

Pour assurer l’étanchéité de la lampe, il est préférable de vernir les planches du boitier au préalable.
Si vous ne disposez pas d'un décapeur thermique, toute autre source de flamme pourra être utilisée pour thermoformer la bouteille en plastique. Vous pouvez par exemple la placer au-dessus d'un réchaud à gaz et la faire tourner.
Attention à ne pas chauffer trop près du plastique ou trop longtemps au même endroit pour éviter la formation de bulles.

Avertissements

Lors de l'étape d'extraction de la batterie, enfilez des gants pour protéger vos mains.
Si des cellules ont coulé (visible à l’extérieur de la batterie d’ordinateur), ne les démontez pas, car à forte dose le lithium est dangereux pour la santé

Éléments nécessaires

Des batteries d’ordinateur portable usagées (Li-ion 18600)
Des supports de batteries Li-ion 18600
Un panneau solaire 5 V-6 V / 1-3 W
Un régulateur de charge et de décharge (ex : 4-8 V 1 A Module de Chargeur Charge Batterie Mini Li-ion USB Arduino TP4056)
Un convertisseur de tension : DC/DC booster MT3608 (composant électrique qui va transformer le 3,7 V des batteries en 5 V)
Une LED (ex : LED boutons 3W )
Un interrupteur (pour couper le circuit et éteindre la lampe)
Du ruban adhésif électrique
Un bidon de 5 L d’eau
Plusieurs planches de contreplaqué (ou bois brut) d’épaisseur entre 1 et 2 cm
Un tasseau de 80 cm minimum (largeur entre 3 et 5 cm)