Lors de la réparation de mon magnétoscope Akai VT-100s du début des années 70 (article bientôt en ligne), j’ai voulu remplacer la batterie.
D’origine, il s’agit de 2 batteries 6V au plomb de 3Ah.
Ces batteries sont utilisés dans les modèles Akai VT-100, VT-100s, VT-110, VT-120 ainsi que VT-150.
Du fait qu’elles soient au plomb, cela rajoutait un poids non négligence de 1,2 Kg à devoir supporter à l’épaule lors de l’utilisation mobile de ce magnétoscope portable.
On pouvait trouver des batteries de remplacement compatibles, toujours au plomb, d’une capacité identique et avec un poids légèrement inférieur.
Celles-ci ont été trouvés dans un Akai VT-120 :
Il a également eu des batteries au Nickel-Cadmium pour ces appareils.
Difficile de dire si elles apportaient réellement quelque chose à l’époque vu le poids total de la machine.
J’ai pu en trouver une avec une capacité de 2Ah, inférieure par rapport aux originales au plomb, dans un autre Akai VT-120 et avec un poids inférieur également.
Je ne sais pas si le poids aurait pu rester inférieur si elles avaient été de capacité identique que celles au plomb.
J’ai donc voulu me fabriquer un bloc « batterie 12V » en utilisant des batteries avec cette technologie au lieu de remettre des batteries au plomb.
Pour me fabriquer mon bloc « batterie 12V Lithium », j’ai souhaité faire appareil à de l’impression 3D pour recréer le boîtier de l’accumulateur qui airait dans l’emplacement prévu à cette effet dans un magnétoscope Akai VT.
J’ai donc commencé par prendre des mesures avec un pied à coulisse de l’emplacement de batterie de mon Akai VT-100s.
Pour info : vu qu’ils utilisent les mêmes batteries au plomb, cet emplacement est donc le même d’un point de vue dimensions pour les modèles Akai VT-100, VT-100s, VT-110, VT-120 ainsi que VT-150.
J’ai noté les différentes caractéristiques :
- La longueur est de 133,5mm
- La largeur est de 121mm
- L’épaisseur est de 34mm
- Les contacts de batterie se situent à 14,5mm du bord et fond environ 5,2-5,4mm sur les anciennes batteries.
- Le pole positif est en haut à gauche.
- Le pôle négatif est en haut à droite ainsi qu’un autre au milieu à droite.
- Les autres pôles servent à relier 2 batteries de 6V en série donc ne sont pas intéressants pour une batterie 12V.
- Il y a 2 détrompeurs, qui permettent d’éviter de mettre les batteries à l’envers, de 8mm de largeur, de 1,8mm de hauteur et situés à 28mm du bord.
Comme choix d’accumulateur au lithium, j’ai voulu utiliser ceux au format 18650.
Il s’agit une taille d’accumulateurs standard dans l’industrie.
Ces batteries ont une tension nominale de 3,7V.
Elles sont considérés comme pleines à 4,2V et vides à 3,0V.
Elles ne doivent surtout pas dépasser les 4,2V sous peine d’endommagement, voir d’explosion et ne pas descendre en dessous des 3,0V ce qui les endommageraient également et qui pourrait faire qu’elles ne se rechargeraient plus.
Une batterie au plomb de 12V a une plage de tension allant de 10,8V à 14V.
Il faut donc que ma batterie maison utilise un ensemble de 3 batteries lithium de 3,7V ce qui me donne une plage de tension allant de 9V à 12,6V.
Si j’utilise 4 batteries de 3,7V, je vais me retrouver avec une plage de tension de 12V à 16,8V. Cela peut paraître idéal mais la batterie 12V finale va se retourner à entre chargée qu’entre 12 et 14V (tension de charge d’une batterie au plomb), soit entre 3 et 3,5V par élément ce qui est en dessous de la tension nominale. Bon c’est pas un problème en soit mais c’est pas l’idéal. De plus, on a plus de chance de descendre en dessous des 12V, ce qui va faire descende la tension des éléments en dessous des 3V et accélérer leur dégradation.
Je vais donc alors me retrouver avec plusieurs cellules de 3,7V en série.
Suivant l’état de santé de chacune, je peux avoir une cellule sur-chargée ou une autre en décharge profonde et comme dit précédemment, cela n’est pas bon pour elles.
Pour éviter ces désagréments, il est courant (voir obligatoire) d’utiliser un contrôleur, appelé BMS (Battery Management System), qui gère indépendant chaque cellule, éviter la sur-charge et la sur-décharge.
L’alimentation Akai VA-110, utilisable avec les modèles VT-100 à VT-120, charge les batteries à une tension de 14,0V, soit la tension classique d’une batterie au plomb.
Vu que c’est au dessus des 12,6V maximum pour les 3 éléments, l’utilisation d’un contrôleur va limiter la tension qui arrive aux éléments lors de la charge et les préserver.
Trouver des accumulateurs 18650 avec une bonne capacité, de bonne qualité et à bon prix est assez facile.
Il suffit d’aller en chercher dans les boutiques en ligne pour vapoteurs où ils sont assez utilisés dans des cigarettes électroniques. Les amateurs de gros nuages de fumée prennent soin de mettre des accumulateurs de qualité dans leurs appareils ! ;)
Les accumulateurs les plus connus sont les Sony VTC6 d’une capacité de 3Ah et pouvant débiter 30A !
J’ai pu en trouver à 5,90€ l’unité.
Batterie chez KumulusVape : lien
Ces accumulateurs, comme les batteries au plomb, peuvent débiter énormément d’ampères. Ceci de l’ordre de 20 à 30A, ce qui est bien plus élevé que ce que peut demander un magnétoscope Akai VT-100s ainsi que les autres modèles, soit moins de 5A.
J’ai donc voulu voir s’il existait un autre modèle d’accumulateur avec un courant de débit plus faible mais avec une capacité plus importante.
J’ai trouvé les MXJO IRM 18650 d’une capacité de 3,5Ah et pouvant débiter 20A ce qui est toujours largement suffisant.
Batterie chez KumulusVape : lien
Au moment où j’écris ces lignes, j’ai pu en trouver à 8,60€ l’unité mais au moment où je les ai achetés fin Novembre 2021, il y avait une promotion et elles étaient à 6,23€ l’unité donc cela me revient à 18,69€ pour 3 accumulateurs.
C’est certes toujours plus cher que les Sony VTC6 mais j’aurai une autonomie environ 17 % supérieure pour un prix environ 6 % plus cher.
Donc j’ai commandé 3 exemplaires de cet batterie 18650 pour mon projet !
L’intérieur de mon boîtier de batterie faisant 29mm de hauteur, je pouvais donc utiliser des accumulateurs LR4 ou type C qui font 26mm de diamètre.
A mon supermarché Intermarché, on trouve des accumulateurs de marque Energizer de type LR4 ou C d’une capacité de 2,5 Ah pour 13,29€ les deux, soit 6,645€ l’unité.
On y trouve également des accumulateurs de marque Domédia (sous marque Intermarché) de même type et d’une capacité de 2,6 Ah pour 8,99€ les deux, soit 4,495 l’unité.
Soit un prix 255 % ou 140 % supérieur pour une capacité entre 25 et 30 % inférieure !
Et je ne suis même pas sûr finalement que les 10 accumulateurs LR4 / C seraient rentrés tous ensemble dans mon boîtier de batterie …
Il aurait fallu utiliser ceux de type LR6 / AA, cela m’aurait coûté moins cher à l’unité que les LR4 / C mais j’aurais eu une capacité encore plus inférieure.
Les accumulateurs LR6/AAA Energizer avec une capacité de 2,3 Ah étaient à 18,29€ les 4, soit 4,573€ l’unité et donc 45,73€ pour 10.
Les accumulateurs LR6/AAA Domédia avec une capacité de 1,9 Ah étaient à 8,99€ les 4, soit 2,247€ et donc 22,47€ les 10. Juste 0,02€ moins cher que ce que j’ai payé pour les 18650 pour une capacité 45 % inférieure.
Pour le contrôleur de batterie (BMS), il est possible d’en trouver assez facilement sur eBay ou Aliexpress pour la configuration qu’on souhaite en tapant par exemple « 18650 3 cells » pour un contrôleur gérant 3 cellules/batteries 18650.
J’en ai trouvé un parfait pour ce que je voulais faire sur eBay : lien
Cela fait quand même sacrément plus petit que les batteries originales !
Ensuite, vu que je vais faire mon boîtier en impression 3D, il faudra bien de quoi loger les batteries. Il y aura donc directement dans le boîtier les emplacements pour les y loger.
Et pour connecter les batteries au contrôleur, j’ai commandé ces contacts pour 18650 :
Lien eBay : https://www.ebay.fr/itm/274947658336
J’aurais pu trouver des 18650 avec directement des contacts à souder mais je voulais pouvoir remplacer facilement les cellules HS par des neuves comme quand on change de piles dans un appareil.
Puis pour recréer les contacts de batterie de 5,2-5,4mm comme sur les anciennes batteries, je vais simplement utiliser des vis M3 qui ont une tête qui fait environ 5,4-5,5mm.
Vient ensuite le moment du design du boîtier à créer !
Pour les supports de 3 batteries 18650 à réaliser, j’ai noté les informations suivantes :
- Les batteries 18650 font 65mm de longeur et 18mm de large (d’où leur nom :D).
- L’emplacement d’une cellule fera 1mm de plus que la largeur d’une cellule pour faire rentrer et retirer facilement les cellules.
- Il faut un petit espace de 1mm pour glisser chaque contact de batterie dans son emplacement.
- Le « mur » pour tenir le contact dans son emplacement entre le contact et la cellule fera 1mm.
- Le contact positif fait 2,5mm.
- Le ressort du contact négatif fait 10mm.
- Il faut un espace inférieur à 10mm pour que le ressort du pole négatif appuie
- Les bordures feront 2,5mm d’épaisseur
Donc pour la longueur ça fait :
2,5mm (bordure) + 2,5mm (pole positif) + 65mm (cellule) + 4mm (pole négatif avec ressort) + 2,5mm (bordure) = 76,5mm
Et pour la largeur :
2,5mm (bordure) + 19mm (cellule) + 2,5mm (bordure) + 19mm (cellule) + 2,5mm (bordure) + 19mm (cellule) + 2,5mm (bordure) = 67mm
Le design est composé de 2 parties :
- la pièce principale (capture d’écran précédente) avec les supports des batteries 18650 qui accueillera le contrôleur et le câblage.
- le couvercle (j’ai pas fait de capture d’écran) pour refermer le tout.
A l’intérieur, il y a de quoi mettre directement les batteries 18650 et une attache pour faire tenir le module contrôleur de batteries.
L’attache est volontairement simple pour permettre une variété de tailles de contrôleurs.
Si je sais que les dimensions des batteries 18650 ne changeront pas, ce ne sera pas le cas du contrôleur qui ne sera peut-être plus produit d’ici 1 ou 2 ans.
De cette manière, un autre contrôleur plus ou moins grand pourra toujours rentrer et tenir en place.
J’ai imprimé en filament transparent car c’était mon amusement personnel du moment d’avoir une batterie transparente. :D
Câblage des batteries 18650, du contrôleur et des contacts externes :
Fermeture du boîtier et la fabrication de la batterie 12V au Lithium est terminée !
La nouvelle batterie fait 277 g, soit un poids 4,3 fois plus léger que celle d’origine tout en ayant une capacité supérieure !
Avant de l’installer dans le magnéto, j’ai fait un test en la chargeant un moment à 13V pour voir si elle prenait bien la charge.
Après environ 45 min de charge, la batterie donnait environ 12,1V. Tout fonctionnait donc bien ! :)
J’ai installé ensuite la batterie dans le magnétoscope. Elle rentre sans problème dans l’emplacement prévu !
J’ai allumé le magnétoscope alimenté seulement par la batterie, il démarre et indique que la tension est bonne.
Mon chat a tenu à vérifier que tout était correct. :D
Puis j’ai tout remonté et j’ai laissé charger …
Après un peu plus d’une heure, l’indicateur de charge s’est éteint, signe que la batterie était pleine d’après l’électronique de gestion charge de l’alimentation.
Conditions du test :
L’appareil, uniquement sur batterie, est mis en enregistrement (sans bande) avec la caméra branchée et dirigée vers un sujet éclairé, comme dans les conditions similaires en utilisation mobile.
Un petit bout de papier bloque le système de coupure d’alimentation automatique en fin de bande.
J’ai redémonté le magnéto pour mesurer la tension de la batterie pendant le fonctionnement.
À vide, la batterie chargée est à 12,5V.
À la mise sous tension, la batterie chute à 11,7V.
Au déclenchement de l’enregistrement, celle ci passe à 11,5V.
Au bout de 20min, la tension a baissé que de 0,13V.
La batterie sera considéré comme vide à 10,8V , ce qui est la tension minimale d’une batterie au plomb similaire à celles d’origine.
L’appareil n’a pas d’arrêt automatique en cas de batterie trop faible. Il y a juste un indicateur de tension situé à l’avant de l’appareil. C’est à l’utilisateur à faire attention.
À 32 minutes, l’indicateur de l’état de la batterie est au milieu et la tension est de 11,1V.
La tension de 10,8V atteinte au bout de 48 minutes.
Ce qui laisse le temps d’enregistrer plus de 2 bobines de bande vidéo de 20 minutes !
Maintenant, que se passerait-il si on descendait en dessous des 10,8V ?
Ce n’est plus une batterie au plomb désormais. Elle ne va donc plus se dégrader irrémédiablement si on descend en dessous de cette tension.
Et bien, on va voir ! :)
Le régulateur de tension fourni une tension de 9V à toute l’électronique.
Le moteur principal qui dessert le cabestan a une fréquence de fonctionnement précise à 83,3Hz.
Au bout de 1h12min, la batterie est à 10,2V et la tension, plus tellement régulée, est de 8,6V mais la fréquence du moteur est toujours bonne à 83,3Hz.
À 1h30, la batterie ne fait plus que 9,8V.
La tension interne est de 8,1V mais les fréquences des moteurs sont toujours OK.
Au bout de 1h52, on peut arrêter.
Avec une batterie à 9,15V et une tension interne à 7,5V, les fréquences moteurs sont toujours bonnes mais la tension est insuffisante pour déclencher le solénoïde qui enclenche le cabestan et donc permet à la bande d’avancer régulièrement.
En utilisation normale et en gardant les même limites qu’une batterie au plomb, 48 minutes c’est déjà mal !
C’est donc une réussite ! \o/
Mais il avait encore juste quelques défauts :
- Un emplacement de vis est mal aligné par rapport aux autres. C’est un détail mais ça ne me plaisait pas.
- En utilisant l’appareil en mobile, les batteries 18650 se sont légèrement délogés de leur compartiments. Rien n’était prévu pour les maintenir en place. Il n’y a pas eu de problème technique mais il aurait pu avoir à la longue des faux contacts voir des coupures.
J’ai fait alors fait des corrections du design pour cette version finale :
Désormais :
- les vis sont toutes bien alignées.
- il y a a des renforts pour les contacts extérieurs.
- Et il y a des éléments bloquants au niveau du couvercle pour empêcher les batteries 18650 de sortir de leur logement une fois couvercle refermé.
J’ai imprimé les deux pièces de la batterie avec la configuration suivante :
- Filament PLA Geeetech blanc
- Largeur d’impression : 0,2mm
- Température d’impression : 200°C
- Température du plateau : 55°C
- Densité de remplissage : 15 %
Et voici le résultat final :
Le nouveau boîtier est légèrement plus lourd que le précédent et fait désormais 305 g.
Installation de la batterie dans le compartiment du magnétoscope et utilisation des attaches maison pour fermer le couvercle :
Et voilà ! Batterie de remplacement pour magnétoscope Akai VT terminée ! :)
Avec cette batterie, la magnétoscope pèse un poids de 6,6 Kg.
Fichiers STL :
- Pièce principale : Batterie Akai VT - Pièce principale.stl
- Couvercle : Batterie Akai VT - Couvercle.stl