Batteries

Aspects génériques

Modules LiFePO4 fort courant, assemblage modulaire selon besoins client

Les vélos électriques ont besoin d’une source d’énergie, et depuis le début c’est un point sensible. Les premiers tournaient sur du Plomb, ensuite en NiCd puis en NiMH. Le Lithium est arrivé sur nos montures il y a environ 10 ans, et les débuts furent difficiles. Durée de vie courte, fiabilité insuffisante, coût exorbitant.

Depuis 2011 toutefois, une certaine maturité est remarquée. Taux de pannes en forte baisse, évolution de capacité moins rapide, prix en érosion continue. Merci aux grands projets qui poussent cela, de Solar Impulse à Tesla Motors, permettant aux petits de profiter des évolutions.

La clef réside maintenant dans les choix technique: résistance aux pics de courant, durée de vie calendaire, résistance au froid et au chaud, chargeur plus respectueux du matériel. C’est sur ce genre de choix que BikeToTheFuture apporte une valeur ajoutée: l’expérience de projets à fortes contraintes a permis d’augmenter les compétences et aller au-delà des pratiques usuelles du domaine du vélo.

Batterie de 1.55 kg pour 310 Wh

Les batteries sont plus robustes, de plus forte capacité et vivront plus longtemps. Plusieurs éléments et technologies sont reprises du domaine automobile, dont les fusibles de sécurité de Tesla Motors, certainement une fonctionalité unique dans le domaine du vélo. 2017 était une année d’innovation et 2018 semble une belle année pour les batteries arrivées à maturité. La prochaine grosse évolution avec les batteries Lithium-Air ne sera pas disponible avant 5-10 ans, dans l’intervalle profitons de ce que nous avons.

Lot d’éléments de Nissan Leaf, 3.8 kg et 500 Wh par module. 24 kWh sur cette image

Application aux vélos électriques

Que ce soit pour travailler avec un vélocargo, pour emmener ses enfants à l’école, pour aller travailler ou pour voyager, beaucoup de cyclistes constatent qu’une batterie, souvent entre 300 et 500 Wh, c’est trop peu. Grande est la tentation d’en acheter une seconde et alterner pour permettre une meilleure portée.

Toutefois, il existe une méthode plus efficace d’avoir deux batteries. Si elles sont identiques et à niveau de charge égal, il est possible de les brancher en parallèle et des les exploiter comme une seule batterie de capacité doublée. Ainsi, chacune ne verra que la moitié de la puissance à fournir, ainsi que la moitié du courant de charge. L’autonomie en sera plus que doublée grâce aux pertes réduites et à la chute de tension minorée.

A partir du même matériel, il est donc intéressant d’optimiser le branchement et en récupérer les avantages.

Quelques chiffres

L’autonomie et la consommation varient fortement selon l’usage. En effet, contrairement à une moto ou une voiture, on ajoute de l’énergie musculaire et cette part peut passer de insignifiante à prépondérante selon le cycliste. Il faut donc normaliser, et pour l’instant rien n’est fait dans ce domaine.

Eviter à tout prix de se fier aux étiquettes constructeur ou vendeur et une autonomie en mode éco, avec des consommations de l’ordre de 1.5 à 1.7 Wh/km. C’est juste ce qu’il faut pour compenser le surpoids du vélo électrique et ses pneus plus massifs, le plus souvent. Vous feriez aussi bien de prendre un vélo fin et léger, la dépense énergétique et la vitesse seront identiques au final, sans les contraintes. Avec de telles valeurs fantaisistes, plusieurs vélos sortis de BikeToTheFuture devraient annoncer plus de 500 km d’autonomie, parfois plus de 1’000 km alors qu’il n’en est rien: les meilleurs ont autour de 250-280 km de portée sur une charge en utilisant l’assistance à chaque fois lorsque nécessaire.

Tout ce que nous pouvons proposer ce sont des chiffres moyens sur les vélos en circulation, ce qui donne un ordre de grandeur intéressant.

Un cycliste équipant son vélo pour lisser les pics d’effort, sans prétention sur la vitesse moyenne, et qui désire toujours fournir l’effort majoritaire sur son trajet aura une consommation entre 3.5 et 5 Wh/km pour du parcours légèrement vallonné (pentes vers 4-5 %) et entre 5 et 6.5 Wh/km pour de la montagne aux pentes plus marquées, vers 8-10 % de pente.

Un cycliste voulant significativement réduire ses temps de trajet, qui va « taper » plus fort dans le système, va avoir du 6-8.5 Wh/km et 10-12 Wh/km respectivement selon le terrain.

Et un montage en S-Pedelec en Europe ou cyclomoteur 1 kW en Suisse va tourner autour de 15-20 Wh/km, tout en étant moins sensible au terrain. En effet, l’aérodynamique se fait bien sentir et augmente la consommation même au plat.

Une batterie de 500 Wh donnera donc entre 25 km d’autonomie pour un S-Pedelec et 100 km pour un randonneur cycliste. De l’importance de définir un cahier des charges avant de dimensionner une batterie…

Puissance crête

Lors de grosses accélérations ou en forte montée, le système peut tirer un courant important de la batterie. C’est brutal et réduit la durée de vie des éléments, ceci d’autant plus que la décharge est violente face à la capacité de la batterie. L’idéal est de ne pas dépasser en Watt la valeur de l’énergie embarquée, en Watt Heure. C’est rarement le cas, les batteries sont donc trop petites. En en couplant deux en parallèle, ce problème disparaît naturellement.