Tuto construction d’une lanterne compacte et solide.

Liste des composants (BOM):

Électronique

• bande de LED 12v, couleur 2800k: 2 mètres. Type COB pour un rendu unique et agréable à l’œil.
• 3 batteries li-ion 18650. Prendre le max de mAH possible (5000mAH pour ce genre de batteries). J’utilise des 3500mAh (référence exacte : LG INR18650-M36 3450mAh - 5A)
• BMS li-ion 3S: prendre format triangle, au moins 2A de courant de décharge
• chargeur li ion 3S 12v: de préférence, utiliser chargeur compatible fast charge, ça n’est pas le cas de celui présenté ici. Ici, j’utilise un chargeur Li-ion 3S 4 ampères.
• Contrôleur PWM. Courant de sortie 2A minimum.
• Équilibreur li-ion 3S (actif ou passif, peu importe) : sert à égaliser la tension entre les batteries.
• LED bicouleur (rouge/vert) common anode.
• Connecteur étanche USB-C
• fils électriques. Le fil que j’utilise supporte aux caractéristiques suivantes : 60 V, Courant max 4.3 A. Il faut choisir du fil qui peut résister à plus que le maximum de courant que consomment le maximum des rubans LED et le chargeur (ici, 2A).

Divers

• Tube diamètre 45mm: rare, mais trouvable en PVC sur des sites spécialisés en isolation Télécom (commande minimum 6m) : besoin de 125 mm de long. Le tube de 45 permet de mettre exactement 3 batteries 18650 côtes à côtes, avec très peu de jeux.
• Clou de 50mm de long avec tête large (ou clou de 45 avec tête conique).
• Gaine thermorétractable transparente, diamètre 50mm, au moins 15cm de longueur pour couvrir la lampe. On aura aussi besoin de gaine thermo plus petite pour protèger les soudures.
• Paracorde 2mm de diamètre, 30cm
• Super glue : à mettre partout ou deux pièces sont censées ne plus bouger. Il faut en abuser le plus possible.
• Isolant pour batteries : matière papier/carton avec coté collant, servant à isoler les batteries l’une de l’autre.
• Scotch : sert à enrouler chaque batterie, et sert d’isolant et liant. J’utilise du scotch marron classique (isolant, très bon pouvoir collant)

Outils

• Voltmetre: Il va servir touuuuuuuut le temps. Il faut mesurer le plus souvent possible pour éviter de faire une erreur qui ferait tout cramer, et identifier les soucis.

• Fer à souder : Il vaut mieux en avoir un bon, il y a une 20 aines de soudures à faire sur des petits espaces.

• Soudeuse par point pour batteries. Il en existe des versions portables, les versions fixes ne se vendent pas en Europe. On peut quand même en acheter à l’étranger, à vos risques et périls. Sinon des Fablab prêts de chez vous pourraient avoir cet outil, et des gens formés pour s’en servir correctement en plus !

• Pistolet à chaleur ou sèche-cheveux : sert à réduire la gaine thermo.

• Chargeur de Li-ion : Sert à charger les batteries avant de les souder ensemble.

• Perceuse : trous pour les fils des LEDs, et pour l’attache de corde.

• Petit marteau : pour enfoncer le clou à travers le tuyau

• Cutter : déburrer les bords de coupe, couper la gaine thermo

• Pince à dénuder : le cutter peut également servir à cette tâche, il y a 15 bouts de fils à dénuder.

• Imprimante 3D: pour les capuchons. 3 pièces à imprimer.

À gauche, le guide de batteries, au centre le capuchon logo, à droite le capuchon du dessus.

“Print files (stl)”

Structure de la lampe

Couper un morceau de 12.5 cm de notre tuyau 45mm. On va ensuite percer un trou à 2mm d’un des bords : ça sera le côté bas de la lampe. Insérer le clou dans le trou et utiliser un marteau pour l’enfoncer à travers le tube, utilisez un guide pour passer le long du diamètre du tube.

Une fois le clou placé, on va enrouler la LED autour du tube, en commençant par le côté avec le clou. Il nous servira de repère pour l’enroulement. Une fois arrivé en haut, couper la bande au niveau des connecteurs en cuivre.

Percez 2 trous au niveau de la fin des LEDs (haut de la lampe), et y passer 2 fils électriques : ils serviront à l’alimentation du ruban LED. En souder un sur le +12V, et un sur le -. On peut mettre un point de colle dans chaque trou (clou et fils des LEDs) pour étanchéifier tout ça.

Couper une section de 15 cm de gaine thermorétractable, et la passer autour du tube de notre lampe. En utilisant un sèche-cheveux, on peut chauffer assez cette gaine pour qu’elle se rétracte autour du tube, jusqu’à faire un genre de papillote. Couper l’excédent le long du tube à l’aide d’un cutteur.

Une fois la gaine thermo en place, on peut installer la première pièce imprimée en 3d: le fond de batterie. Il faut le mettre au fond du tube, mais pas collé contre le clou : il doit rester 2mm entre la pièce et le clou. J’utilise un guide imprimé en 3d pour contrôler la distance entre les deux. Collez le guide de batterie sur le tube avec de la super glue.

Utilisez le cul de lampe (imprimé en 3d) pour fixer le bout de corde au clou. Une fois le bout de corde installé, mettre généreusement de la colle entre le guide de batteries et le cul de lampe sans toucher la corde. Collez les deux parties ensemble en laissant appuyer le temps que ça sèche.

Tube de lampe terminé !

(Oui, elle a pas mal servi cette lampe)

Capuchon supérieur

Utilisez la pièce imprimée comme base.

On fixe le contrôleur PWM et le port USB-C étanche dans le capuchon. Je conseille de coller l’arrière de l’USB-C sur le plastique du capuchon.

On va également coller la LED d’indication de charge dans le capuchon.

Il ne faut pas hésiter avec la colle, cette pièce est le point faible de la lampe.

Assemblage des batteries

Attention en manipulant des batteries Li-ion, elles sont sensibles à tout (chaleur, humidité, décharge profonde, surcharge, etc) et ont tendance à gonfler/exploser si on les manipule mal. Voir le site de la protection des risques des incendies Allez, c’est dit, bonne chance :

On commence par vérifier les batteries :

Les batteries Li-ion sont à 4.2V en tension maximum, et 2.9V en tension minimum. Si vos batteries sont en dehors de ces tensions, il y a un grooooooos problème, ne pas les utiliser. Entourer chaque batterie d’isolant (le scotch est suffisant), et ajouter un cercle isolant sur le positif.

Commencer par charger les 3 batteries avec un chargeur adapté (chargeur Li-ion 18650). Souder les batteries en série en utilisant la configuration triangle suivante :

FAIRE TRÈS ATTENTION c’est l’étape vraiment dangereuse. Souder des fils au 0v, 4v, 8v et 12v, et les relier à l’endroit correspondant sur le BMS. Vérifier 3 fois plutôt que risquer l’explosion. Ne pas oublier de mettre de l’isolant entre le BMS et les batteries !!!

Tester la sortie du BMS. Si c’est >12v c’est OK. Si c’est 0, revérifier les connexions une à une. Si les connexions sont OK, utilisez une alimentation 12v et touchez simultanément le 0 et le 12v de sortie du BMS avec respectivement le 0 et 12v de l’alimentation pour activer le BMS.

Si pas de 12v en sortie du BMS, changez de BMS et recommencez.

Une fois le BMS fixé, la batterie est sécurisée.

Ajout de l’équilibreur

Un équilibreur permet de maintenir les batteries à la même tension. C’est très important pour la durée de vie de la lampe et des batteries. Sans équilibreur, la tension des batteries va lentement dévier entre chaque charge et décharge, jusqu’à ce qu’une d’entre elle tombe à 2.9v alors qu’une autre est chargée à 4.2v, provoquant un blocage du BMS (cause : sous tension) tout en empêchant la recharge via le BMS (cause : surtension). Si on en arrive là, le pack de batterie est foutu, il faut tout démonter et recharger individuellement. Un équilibreur utilisera la charge des batteries avec la plus forte tension pour charger celles avec la tension la plus faible. Il permet de toujours garder chaque batterie à la même tension que ses voisines.

Branchement

Reliez le 0v à b0, 4v à b1, 8v à b2, 12v à b3. Des lumières devraient s’allumer sur l’équilibreur pour indiquer que la fonction équilibrage est en cours.

Laissez reposer jusqu’à ce que les LEDs soient éteintes (attention ça chauffe pendant le premier équilibrage). Normalement, si les batteries ont bien été chargées, il ne devrait pas y avoir d’équilibrage à faire.

J’ai évidemment ajouté de l’isolant entre le BMS et les fils, et j’ai évité de croiser les fils au-dessus du BMS. En cas de chauffe importante, on préfère éviter que le plastique d’un fil fonde et aille provoquer un court-circuit !

Une fois l’équilibreur installé, on peut scotcher la batterie pour éviter tout contact ne passant pas par le BMS. Il ne devrait rester que les deux fils GND et 12V en sortie.

Et là, on repasse en zone sécurité, la batterie est convenablement protégée contre les surcharges, décharges profondes, courts-circuits, et autres mauvaises utilisations.

Contrôleur de luminosité

Sur l’image ci-dessus, les deux contrôleurs PWM que j’ai testé. Celui de gauche est celui que j’ai fini par utiliser sur toutes les lampes avec le chargeur présenté sur cette page, celui de droite est celui que j’utilise avec les chargeurs fast charge.

À gauche :

• 12V 5A max
• Sur les 35 que j’ai commandé, 5 d’entre eux ne fonctionnaient simplement pas et un a explosé. Le reste fonctionne parfaitement.
• Le gros condensateur vert sert à démarrer une charge qui a un pic de consommation au démarrage. A cause de lui, certains chargeurs se mettent en mode erreur au moment de charger les batteries. Les LEDs ont un petit pic de consommation, il devrait être possible de changer ce composant par un plus petit.

À droite :

• 12V 2A max
• Produit un très bref (10-100ms) flash lumineux à 100% de puissance quand on l’allume. Je trouve ça désagréable
• Fonctionne sans faille avec tous les chargeurs que j’ai pu tester.

Le capuchon est designé pour le contrôleur de gauche.

Relier le - de notre batterie au V- du contrôleur PWM. Relier le + de notre BMS au V+ du contrôleur PWM. Il peut y avoir une petite étincelle en fonction du type de contrôleur PWM.

Les fils doivent être sécurisés en vissant le bornier, mais pour ma part, je préfère souder les fils directement sur le pcb, ça tient mieux à long terme.

Tournez le potentiomètre du PWM pour l’activer. Une LED devrait s’allumer sur le contrôleur pour indiquer que les branchements sont bons.

Testez la tension de sortie : en tournant le potentiomètre, on devrait varier de 9v à 12v. Si on ne voit pas de tension de sortie, ou qu’elle ne change pas ou très peu, le composant est peut-être défectueux.

Relier les LEDs: Il suffit de visser ou souder le 0 de la bande LED au M- du contrôleur PWM, et le 12v au M+. Et voilà, c’est tout bon.

On peut maintenant tester le bon fonctionnement de tout le système en mettant du 12V en entrée du contrôleur. La LED devrait être éteinte, puis luminosité devrait passer de 5 à 100% en tournant le potentiomètre.

Ajout du chargeur

Il faut commencer par tester le chargeur sans batteries connectées : la tension de sortie devrait être entrée 12v et 14v (pas forcément stable). Une LED (bleue ?) devrait s’allumer, elle indique que la charge est terminée.

Dessouder les LEDs d’indication déjà présente sur le chargeur et souder notre LED bicolore à la place, en suivant le code couleur de la photo. Si on utilise les tubes de 45mm, on va devoir couper les coins inférieurs de la carte (voir sur la photo, coté Bat et GND) pour que le chargeur rentre a plat dans le tube.

• Le fil blanc est le - du système, plus tard branché à la batterie et au contrôleur PWM. Il sert aussi de - à la LED bicouleur.

• Le fil orange est le 12V+, branché aux batteries et au contrôleur PWM.

• Le fil vert est branché au côté vert de la LED bicouleur.

• Le fil rouge est branché au côté rouge de la LED bicouleur.

• Le fil rouge du connecteur USB-C étanche se branche sur le Vin du chargeur et le fil noir sur le GND.

LES BATTERIES DOIVENT ÊTRE SOUDÉES EN DERNIER.

Finalisation

Souder le GND du chargeur à la borne 0V du BMS, et le BAT au 12v du BMS. Brancher le chargeur et vérifiez que les batteries rechargent. La LED d’indication sur le chargeur indique le bon fonctionnement de tout ça.

Vu que les batteries sont déjà chargées, la charge s’arrêtera au bout de quelques secondes.

Insérez la batterie dans le tube de lampe, et bien la caler dans le guide de batterie. Ça peut être difficile de l’insérer dans le guide. S’il y a blocage, je fais tourner le pack sur lui-même sans utiliser l’outil qui puisse endommager la batterie. J’ai déjà fait l’erreur et le PVC ça brûle très bien.

Une fois le pack calé, on peut presser le chargeur contre, et fermer le capuchon de lampe. Le capuchon a un sens d’insertion : les fils du bandeau de LED doivent passer dans l’encoche du capuchon sinon elle ne fermera pas.

Dans un premier temps, je ne le colle pas, et emmène la lampe faire 2 ou 3 balades + 2 ou 3 recharges pour être sûr que tout fonctionne comme prévu. Quand on est absolument certains que tout fonctionne, on peut coller le capuchon, en étalant de la colle tout autour du tube et en maintenant le capuchon le temps que ça sèche.

Personnaliser son logo

Créer un logo noir et blanc. pas trop compliqué (l’impression 3d à une résolution limitée). Le noir sera la partie en profondeur. Transformer ce logo en image vectorielle (.svg), pour ça j’utilise inkscape. Ouvrir le fichier lampv0_bottom_logo avec blender (file>import>stl (experimental)) Ouvrir le logo svg dans la même fenêtre blender (file>import>scalable vector graphic (svg))

Déplacer le logo à la surface de la pièce, ajustez l’échelle et l’orientation. Une fois le logo en place, clic droit dessus, convert to, mesh.

Modification : solidify, avec une taille de 10m.

• Si le svg est bien constitué, cette étape fonctionnera directement.
• Si le svg est malformé, on observera des pics verticaux dans le logo. Il faudra revenir dans inkscape corriger ça : c’est souvent due à des nodes svg sans curseurs de contrôle.

Une fois le logo correctement transformé en solide, on applique une modification boolean sur le cul de lampe. On veut spécifiquement un boolean négation. Le logo doit être enfoncé dans la surface de 1mm ou moins, ou risque de dépasser sous la pièce. Apply puis supprimer le logo extrudé.

Exporter le résultat en stl.

Imprimer avec votre matos !

Points faibles

Chargeur mal adapté

Le seul gros point faible de ce système est son chargeur. J’ai choisi d’utiliser un chargeur 5V plutôt qu’un compatible fast charge afin de rendre le tout étanche, mais on se retrouve avec quelques problèmes :

• Le chargeur n’accepte que du 5V, donc pas de chargeur de téléphone classique
• Lors de la charge, le composant de charge devient brûlant au touché. Et il est très proche des batteries.

Les Li-ion ne sont pas fan de chaleur, surtout pendant la durée du temps de charge.

Lors de la charge, la LED verte s’allume, puis elle fait place à la rouge quand la charge est terminée. Si la LED verte ou rouge clignote, c’est que le chargeur utilisé n’a pas le réglage 5V, ou la puissance nécessaire. Lors de la charge, le corps de la lampe doit être chaud au touché, si ça n’est pas le cas, c’est que le chargeur ne fonctionne pas correctement. Ça peut être un problème de câble de charge, ou de chargeur, ou dans le pire des cas de composant de la lampe.

Il est très facile d’adapter le système pour utiliser un chargeur compatible fast charge, au détriment de l’étanchéité, bonne chance !

Faiblesse structurelle dans un sens

La lampe a également une faiblesse (vu une fois), ou lors d’une chute, elle tombe verticalement sur le potentiomètre du contrôleur PWM, et casse l’axe. La lampe fonctionne toujours, mais il n’y a plus de régulation de luminosité (on passe d’éteinte à 100% de luminosité). 99% du temps, le plastique du capuchon se détachera sans que l’axe casse, il suffit alors de recoller le plastique. Facile !

Baisse de luminosité lors de l’utilisation

Lors de l’utilisation, la luminosité maximum descend progressivement avec le niveau de batterie, jusqu’au minimum. Les utilisateurs m’ont dit que c’était plutôt positif, car ça permet de vérifier le niveau de batterie, et ça n’est pas gênant. Ça reste un défaut à mon avis.

Limite de sous charge gérée par BMS

Un autre défaut de conception assez mineur : si la batterie se vide sous la limite de sécurité (3V), le BMS va couper la lampe (ça, c’est plutôt cool, c’est son job). Le souci, c’est que la batterie est alors en état critique de décharge, et doit être rechargée rapidement, sinon elle va commencer à se dégrader. En pratique, la lampe éclaire si peu dans les derniers 5% de batterie qu’on est obligé de la recharger à ce moment, avant que la batterie soit en état critique, donc ça n’est pas un vrai problème. On peut même argumenter qu’elle devrait rester en état jusqu’à 2.8V, et qu’on a alors du temps avant de la charger, même après mise en sécurité.

Idéalement, la lampe devrait se couper vers 3.2V pour garantir que la batterie gardera de la charge jusqu’à être branchée.

Merci d’avoir suivi jusqu’ici, bonne chance dans vos explorations obscures !

Suggestions de lecture :

• Plante tactile
• Harpe laser