ARECE et ALCÉ : de l’électronique à la mécanique avec JLCPCB

Comment l’association de l’ECE Paris développe le BMS et des composants mécaniques de sa monoplace électrique de Formula Student

À l’ECE Paris, l’association ARECE développe ALCÉ, une monoplace électrique destinée à la Formula Student. Du système de gestion de batterie aux composants du train roulant, le projet mobilise des compétences en électronique, mécanique, fabrication et intégration. Grâce au soutien de JLCPCB, l’équipe a pu faire fabriquer les circuits imprimés de son BMS ainsi que plusieurs pièces mécaniques destinées à la suspension du véhicule.

ALCÉ, une monoplace électrique conçue par des étudiants

Un projet multidisciplinaire au service de la Formula Student

Concevoir une monoplace électrique demande bien plus que l’assemblage d’un moteur et d’une batterie.

Chaque sous-système doit être conçu pour fonctionner avec les autres : électronique de puissance, contrôle, mécanique, suspension, batterie et systèmes de sécurité doivent former un ensemble cohérent.

C’est dans ce contexte que l’association ARECE de l’ECE Paris développe ALCÉ, sa monoplace électrique destinée à la Formula Student.

Le projet confronte les étudiants à toutes les étapes de développement d’un véhicule : analyser les besoins, concevoir les composants, produire les pièces, assembler les systèmes et vérifier leur fonctionnement.

Deux réalisations illustrent particulièrement cette démarche : le développement d’un Battery Management System personnalisé et la fabrication de supports mécaniques destinés aux porte-moyeux.

Un BMS conçu par les étudiants d’ARECE

Un système essentiel à la surveillance de la batterie

Le BMS, ou Battery Management System, joue un rôle central dans le fonctionnement de la batterie d’un véhicule électrique.

La batterie d’ALCÉ est constituée de nombreuses cellules qui stockent l’énergie nécessaire à la propulsion. Pour fonctionner correctement, celles-ci doivent rester dans certaines plages de tension et de température.

Une tension excessive, une décharge trop importante ou une surchauffe peuvent endommager les cellules et compromettre la sécurité de l’ensemble.

Le BMS surveille donc en permanence ces paramètres et permet de détecter les situations anormales.

Selon les fonctions intégrées, il peut également participer à l’équilibrage des cellules afin de réduire les écarts de charge et de mieux exploiter la capacité disponible.

Développer une électronique adaptée au véhicule

Une conception entièrement réalisée au sein de l’équipe

Pour ALCÉ, ARECE a choisi de concevoir son propre BMS.

Cette démarche permet à l’équipe d’adapter précisément les cartes à l’architecture de la batterie et aux différentes interfaces de la monoplace.

Elle offre également aux étudiants l’opportunité d’acquérir une compréhension approfondie d’un système essentiel au fonctionnement d’un véhicule électrique.

Le développement mobilise plusieurs compétences complémentaires :

• définition des besoins ;
• sélection des composants ;
• conception des schémas électroniques ;
• routage des circuits imprimés ;
• programmation embarquée ;
• gestion des communications ;
• analyse des mesures ;
• détection des défauts.

Les choix électroniques doivent également tenir compte des contraintes physiques du véhicule et de l’intégration finale du système.

De la conception numérique à la carte physique

Des PCB fabriqués avec JLCPCB

Le partenariat avec JLCPCB a permis à ARECE de transformer les fichiers de conception du BMS en véritables circuits imprimés.

La procédure de commande s’est révélée simple et rapide, tandis que la qualité des cartes reçues a répondu aux attentes de l’équipe.

Pour un projet étudiant, cette étape est particulièrement importante : elle concrétise plusieurs semaines ou mois de travail réalisés en amont sur les schémas et le routage.

Les PCB du BMS sont désormais fabriqués et prêts à être intégrés dans ALCÉ.

La prochaine étape : l’intégration dans le véhicule

Vérifier le fonctionnement du BMS dans son environnement réel

La fabrication des cartes ne constitue qu’une étape du développement.

Une fois installées dans la monoplace, elles devront être raccordées à la batterie ainsi qu’aux autres systèmes du véhicule.

L’équipe devra alors vérifier plusieurs éléments :

• la précision des mesures ;
• la communication entre les différents systèmes ;
• la surveillance des tensions ;
• la surveillance des températures ;
• le comportement du système en cas de défaut.

Ces essais permettront de confronter les choix réalisés lors de la conception aux contraintes réelles du véhicule.

Une expérience à transmettre

Construire un système, mais aussi des compétences

Le développement du BMS apporte à ARECE bien plus qu’une nouvelle carte électronique.

Il permet aux étudiants de relier la théorie à la conception, puis à la fabrication et à l’intégration.

La documentation du projet et le partage des connaissances jouent également un rôle important afin que les promotions suivantes puissent comprendre les choix réalisés et poursuivre le développement du système.

Cette transmission est essentielle dans un projet étudiant qui évolue sur plusieurs années et dont les équipes se renouvellent régulièrement.

De la conception à la fabrication mécanique

Des supports de porte-moyeux réalisés avec JLCPCB

Le partenariat entre  ARECE et JLCPCB ne concerne pas uniquement l’électronique.

Pour ALCÉ, l’équipe a également fait fabriquer des supports mécaniques destinés à relier les porte-moyeux aux éléments de suspension.

Passer d’une pièce modélisée numériquement à un composant physique destiné à être intégré sur une monoplace représente une étape importante pour les étudiants.

Cette démarche oblige à prendre en compte non seulement la fonction mécanique de la pièce, mais aussi sa fabricabilité, ses tolérances et son intégration dans l’ensemble du véhicule.

Des pièces essentielles au train roulant

Assurer la liaison entre les roues et la suspension

Le porte-moyeu joue un rôle important dans le train roulant d’une monoplace.

Il accueille notamment les roulements permettant la rotation du moyeu de roue et assure la liaison avec les différents éléments de suspension.

Les points de fixation reliant le porte-moyeu à ces éléments participent donc directement au maintien de la géométrie du train roulant et à la transmission des efforts.

Pour ALCÉ,  ARECE a commandé auprès de JLCPCB des supports spécifiquement conçus pour cette liaison.

Concevoir chaque interface avec précision

Une pièce locale peut influencer tout le système

La conception de ces supports doit tenir compte de plusieurs contraintes :

• les efforts mécaniques transmis ;
• les dimensions des composants voisins ;
• la position des points de fixation ;
• les possibilités d’assemblage ;
• les mouvements de la suspension.

Dans un train roulant, chaque interface est importante.

Une modification, même locale, peut avoir des conséquences sur l’assemblage, l’alignement ou le mouvement de l’ensemble.

Cette exigence oblige l’équipe à concevoir chaque pièce en tenant compte de son environnement immédiat.

Concevoir pour la fabrication

Transformer un modèle CAO en pièce usinable

La conception mécanique ne consiste pas uniquement à définir une forme.

L’équipe doit également réfléchir :

• au choix du matériau ;
• aux dimensions fonctionnelles ;
• aux surfaces de contact ;
• aux perçages ;
• aux tolérances ;
• à la méthode de fabrication.

La préparation d’une commande d’usinage CNC oblige les étudiants à traduire leurs besoins en fichiers et indications exploitables par un fabricant.

Cette étape leur apprend à distinguer les dimensions critiques des zones moins sensibles et à définir des tolérances cohérentes avec la fonction de la pièce.

Une fabrication adaptée aux contraintes du projet

Des pièces conçues pour être assemblées directement

Les supports commandés auprès de JLCPCB ont été fabriqués conformément aux attentes de l’équipe.

La simplicité du processus de commande a facilité le passage de la conception numérique à la pièce physique.

À leur réception, les composants ont pu être inspectés avant leur intégration dans le véhicule.

Cette phase de contrôle permet de vérifier :

• les dimensions fonctionnelles ;
• les interfaces mécaniques ;
• la compatibilité avec le porte-moyeu ;
• la compatibilité avec les éléments de suspension ;
• les possibilités d’assemblage.

Elle constitue une étape essentielle pour comparer la conception CAO au comportement réel de la pièce.

De la théorie à l’intégration

Chaque pièce fabriquée devient une nouvelle étape d’apprentissage

La réalisation des supports de porte-moyeux permet aux membres d’ARECE de mieux comprendre les liens entre conception, fabrication et assemblage.

Les étudiants apprennent notamment à anticiper les contraintes de montage et à prendre en compte les exigences de fabrication dès les premières étapes de conception.

Cette expérience complète naturellement le travail réalisé sur le BMS.

Dans les deux cas, une conception numérique doit être transformée en un composant physique capable de fonctionner correctement dans un système plus complexe.

JLCPCB au service de l’électronique et de la mécanique

Un partenaire pour plusieurs étapes du développement d’ALCÉ

Le projet ALCÉ illustre la diversité des besoins rencontrés lors du développement d’une monoplace électrique.

D’un côté, ARECE doit développer une électronique de surveillance capable de gérer un système critique comme la batterie.

De l’autre, l’équipe doit concevoir des pièces mécaniques précises pour le train roulant et la suspension.

Le partenariat avec JLCPCB accompagne ces deux dimensions du projet.

Pour le BMS, JLCPCB a permis de passer des fichiers de conception aux circuits imprimés physiques.

Pour la mécanique, le service de fabrication a permis de produire des supports adaptés à la géométrie du train roulant d’ALCÉ.

Les principaux bénéfices pour ARECE

Faire avancer le véhicule tout en faisant progresser l’équipe

La collaboration avec JLCPCB apporte plusieurs bénéfices au projet.

Des PCB de qualité pour le BMS
Les cartes conçues par les étudiants ont pu être transformées en circuits imprimés prêts pour les prochaines étapes d’intégration.

Une fabrication mécanique précise
Les supports destinés aux porte-moyeux ont pu être produits à partir des modèles développés par l’équipe.

Un processus de commande simple
La préparation et la transmission des fichiers ont été réalisées rapidement.

Une meilleure compréhension de la fabrication
Les étudiants apprennent à concevoir en tenant compte des contraintes réelles de production.

Une expérience directement applicable à l’ingénierie
Chaque étape rapproche le projet des méthodes utilisées dans le développement de produits professionnels.

Une transmission des connaissances
Les choix réalisés peuvent être documentés et transmis aux prochaines générations de membres d’ARECE.

La prochaine étape

Intégrer les composants et poursuivre le développement d’ALCÉ

Les circuits du BMS doivent maintenant être installés et testés dans la monoplace.

Les supports mécaniques doivent eux aussi être validés lors de leur intégration au train roulant.

Ces nouvelles étapes permettront à ARECE de confronter les conceptions réalisées sur ordinateur aux conditions réelles d’assemblage et d’utilisation.

Chaque validation permettra ensuite d’identifier les éventuelles évolutions nécessaires pour améliorer encore le véhicule.

Conclusion

De l’électronique à la mécanique, une approche complète de l’ingénierie

Le développement d’ALCÉ permet aux étudiants d’ARECE de travailler sur une grande variété de problématiques techniques.

La conception du BMS leur permet d’aborder la surveillance de batterie, l’électronique embarquée, la programmation et la gestion des défauts.

La fabrication des supports de porte-moyeux leur permet quant à elle de travailler sur la mécanique, les tolérances, l’usinage et l’intégration du train roulant.

Dans les deux cas, JLCPCB aide l’équipe à transformer des fichiers numériques en composants physiques destinés à être intégrés dans la monoplace.

Pour ARECE, chaque PCB et chaque pièce mécanique fabriquée représente ainsi à la fois une avancée pour ALCÉ et une nouvelle occasion de développer des compétences concrètes en ingénierie.