Le système d’assistance électrique comprend a minima une batterie, un moteur, un contrôleur de moteur (intégré parfois à l’intérieur du moteur), une console de commande et d’affichage. D’autres éléments peuvent s’ajouter: capteur de pédalage, capteur de couple, capteur de vitesse, accélérateur de guidon…
2.1. La batterie
Comme expliqué dans la Partie 1, les batteries fournies avec certains vélos du commerce n’acceptent pas d’être chargées durant l’utilisation ce qui complique beaucoup leur intégration à un vélo solaire.
Caractéristiques de la batterie
Les caractéristiques principales d’une batterie sont:
– la technologie chimique: aujourd’hui, la plupart des batteries de vélo utilisent la technologie Litium-Ion.
– la tension nominale: 36 Volts, 48 Volts, voire 52 Volts,
– la capacité, exprimée en Ampères-heure ou en Watts-heure. Cette valeur reflète la quantité d’énergie que la batterie est capable de stocker et de restituer.
Éléments constitutifs de la batterie
Une batterie est constituée d’un ensemble d’éléments Li-Ion (appelés «cellules») associés en série et en parallèle, auquel on ajoute un système électronique de protection (BMS). Le rôle du BMS est d’empêcher une charge ou décharge trop profonde et d’équilibrer les tensions entre les éléments Li-Ion.
La plupart des batteries sont constituées de cellules dénommées « 18650 », en référence à leur format physique (diamètre= 18mm, longueur= 65mm).
Association des cellules en série
La tension nominale d’une cellule 18650 est de 3,6 Volts.
Pour fabriquer une batterie de 36 Volts, on met donc en série 10 cellules.
Pour une batterie 48 Volts, la série comporte 13 cellules.
Association des cellules en parallèle
Les fabricants proposent des cellules 18650 sous différentes capacités: 2000, 2500, 2900, jusqu’à 3500 Milliampères-heure.
Dans l’exemple figuré ci-dessous, on a choisi de cellules de 3500 mAh. L’ensemble comporte 1 seule série, sa capacité globale est de 3500 mAh soit 3,5 A-h.
Dans le second exemple figuré ci-dessous, toujours avec des cellules de 3500 mAh, on a associé en parallèle 4 séries de 10 cellules. La batterie obtenue a une capacité globale de 14 A-h.
Les cellules de forte capacité (3500 mA-h) sont souvent les plus chères mais leur intérêt est de pouvoir stocker plus d’énergie à poids égal. Autrement dit, à capacité égale, la batterie sera plus légère, ce qui est un avantage pour le cycliste solaire.
Quant à la qualité des cellules (capacité, longévité), elle est souvent meilleure chez les grands fabricants tels LG, Samsung, Sanyo…
2.2. Le moteur
Il existe différents types de moteurs, chacun ayant des avantages et des inconvénients. Les connaître sera un atout pour effectuer le meilleur choix en fonction de l’utilisation prévue.
2.2.a. Le moteur « roue » Direct Drive
Il est inséré dans une roue à la place du moyeu, ce type Direct Drive ne comporte pas d’engrenages à l’intérieur. Il existe des modèles pour roue avant ou roue arrière. Les modèles pour roue avant peuvent éventuellement être installés sur une remorque.
Intérêts : très fiable, pas d’entretien. Dans les descentes, le moteur peut freiner et régénérer de l’électricité pour recharger la batterie.
Inconvénients : plus lourd que le moteur réducté, et moins efficace dans les côtes très fortes où il chauffe .
2.2.b. Le moteur « roue » réducté
Il est inséré dans une roue à la place du moyeu, il comporte des engrenages à l’intérieur. Il existe des modèles pour roue avant ou roue arrière. Les modèles pour roue avant peuvent éventuellement être installés sur une remorque.
Intérêts : moteur plus petit, moins lourd, souvent plus efficace que le Direct Drive dans les côtes. . Il ne freine pas le vélo quand on pédale sans assistance.
Inconvénients : Engrenages à entretenir régulièrement et à changer après des voyages longue distance. Pas de régénération dans les descentes.
2.2.c. Le moteur « pédalier »
Ce moteur est inséré à la place du pédalier d’origine, il comporte des engrenages à l’intérieur.
Intérêts : moteur plus petit, moins lourd, très efficace dans les côtes. Il ne freine pas le vélo quand on pédale sans assistance.
Inconvénients : Engrenages à entretenir régulièrement et à changer après des voyages longue distance. Pas de régénération dans les descentes.
2.3. Le contrôleur de moteur
Selon les systèmes, le contrôleur peut être indépendant ou bien intégré au bloc moteur. Il est très souvent indépendant dans les systèmes à moteur roue et souvent intégré aux moteurs pédalier. Son rôle est de gérer l’énergie fournie au moteur, en fonction de plusieurs données (niveau d’assistance choisi, vitesse, énergie disponible dans la batterie, signal du capteur de couple ou de pédalage, etc…).
2.4. La console de commande et d’affichage
Elle donne des indications à l’utilisateur (ex: vitesse, niveau d’assistance, tension de la batterie, distance parcourue…) et de plus, elle lui permet de dialoguer avec le système (a minima pour choisir le niveau d’assistance).
Dans les systèmes évolués, comme ceux fabriqués par la société Grin Technologie, la console Cycle-Analyst, permet l’affichage et la sélection d’un nombre très important de paramètres: vitesse, puissance consommée, niveaux d’assistance etc… Un équipement additionnel permet l’affichage simultané de la production solaire. Il est ainsi possible de savoir en temps réel la quantité d’énergie consommée et produite.
Sur la photo ci-dessus, on peut voir que la consommation par le moteur est de 353W à ce moment précis, tandis que la production solaire est de 371W.
2.5. Le capteur de pédalage ou le capteur de couple
Selon les systèmes, ce capteur peut être séparé ou intégré au bloc moteur, auquel cas, il n’est pas visible. Les systèmes les plus évolués disposent d’un capteur de couple qui mesure la puissance donnée par le cycliste, les autres d’un capteur de pédalage qui mesure le rythme de pédalage du cycliste.
2.6. Le capteur de vitesse
Selon les systèmes, ce capteur peut être séparé ou intégré au bloc moteur.
2.7. L’accélérateur de guidon
C’est un accessoire facultatif. Il est autorisé en France uniquement pour le démarrage, par exemple après un feu rouge. Il est souvent bien utile, particulièrement sur les vélos couchés, pour le démarrage en côte.
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