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octobre 16, 2022 9 lire la lecture

Il y a quelque temps, nous avons écrit sur l'autonomie des vélos électriques équipés de batteries lithium-ion, bien que la plupart des batteries de ce type fonctionnent essentiellement selon les mêmes principes. Dans cet article, nous avons dressé un résumé des principales raisons pour lesquelles une batterie lithium-ion décharge l'énergie qu'elle a accumulée et donc, nous pouvons déterminer la distance. Cette fois-ci, nous aborderons le sujet d'un point de vue plus précis et nous approfondirons le mécanisme qui rend possible la dépense d'énergie de nos batteries lithium-ion. Nous débunkerons également les mythes sur le fonctionnement de ces batteries, car, dans de nombreuses occasions, nous ne sommes pas conscients des changements technologiques qui se produisent autour de nous, promouvant des idées qui étaient réelles auparavant mais qui ne le sont plus maintenant.

Il existe de nombreux types de batteries lithium avec différentes combinaisons chimiques et donc des capacités et des déficiences différentes. Les cellules électrochimiques que nous utilisons dans nos batteries sont composées d'une cathode NMC (cobalt, nickel, manganèse) et d'une anode en graphite qui sont la cause de la réaction REDOX (oxydation-réduction) qui a lieu grâce aux propriétés de l'oxyde de lithium. Le fonctionnement est relativement simple, et nous disons relativement car si nous analysons les propriétés physiques et chimiques des matériaux qui rendent son fonctionnement possible, le sujet devient extrêmement dense et complexe.

En bref, une telle batterie fonctionne en stockant de l'énergie et en la libérant par le processus d'électrolyse, et la propriété la plus remarquable du lithium est simplement que le processus d'électrolyse peut être répété jusqu'à des centaines ou des milliers de cycles. La durée de vie des cellules est déterminée par plusieurs facteurs, tels que les temps d'utilisation et de non-utilisation, la température ou le nombre de cycles de charge et de décharge. Ce qui est inévitable, c'est la dégradation chimique du lithium, qui entraîne une diminution de ses propriétés à chaque utilisation. Cela est dû à divers facteurs que nous discuterons ci-dessous.

Il est 9h45 et le téléphone sonne au bureau de Legend E-Bikes. Un client propriétaire d'un Legend Etna souhaite parler à Ramon, notre responsable du service après-vente. Le client demande une explication sur la légère diminution de l'autonomie de sa batterie Panasonic-Sanyo 10,4Ah car, après une utilisation intensive, il a remarqué que la capacité de charge n'est plus ce qu'elle était le premier jour.

Beaucoup de personnes se demandent comment améliorer l'autonomie des vélos électriques. C'est quelque chose que nous voyons régulièrement, et pas seulement dans les vélos électriques, mais aussi dans les voitures électriques, les smartphones, les ordinateurs portables et pratiquement tout appareil qui nécessite l'utilisation d'une batterie lithium pour son fonctionnement.

Le fait est que beaucoup ne sont pas conscients que le scénario de stockage électrique n'est pas aussi innovant qu'il n'y paraît et, bien qu'il soit vrai que beaucoup de progrès ont été réalisés depuis les anciennes batteries au plomb lourdes, la technologie actuelle présente plusieurs inconvénients que nous devons prendre en compte si nous voulons prolonger la durée de vie de nos batteries.

1. La deuxième loi de Newton

Bien que la deuxième loi de Newton explique la relation entre la puissance, la masse et le mouvement, nous n'avons pas l'intention que le lecteur résolve des équations pour déterminer si sa batterie sera à la hauteur de la tâche, donc nous la résumerons de manière beaucoup plus pratique.

Cela peut sembler évident, mais certaines personnes ne réalisent pas à quel point ce détail est important, et c'est que plus vous pesez, plus il vous faut d'énergie pour bouger. Lorsque nous entendons des chiffres tels que la distance que nous pouvons parcourir avec une charge, nous devons garder à l'esprit que ces calculs sont basés sur une norme, qui est un cycliste de 70 kg. Par conséquent, plus nous dépassons cette figure, moins nous aurons d'autonomie avec la même batterie. De même, moins nous avons de masse corporelle, plus nous pourrons parcourir de kilomètres par charge.

2. Profil du trajet

Cette section est régie par les mêmes principes que la précédente et est tout aussi importante, voire plus, puisque le poids de la personne est d'importance secondaire.

Un trajet en pente est rarement linéaire, que ce soit en ville ou à la campagne, il est courant de pédaler sur des pentes et des terrains variables ou des virages de toutes sortes. De toute évidence, si notre trajet est ascendant, la quantité d'énergie nécessaire sera plus grande. Encore une fois, les valeurs que nous pouvons apprécier dans les spécifications de n'importe quelle batterie sont basées sur des normes et celles-ci sont basées sur une inclinaison de pente neutre, c'est-à-dire à plat.

3. Interruptions du trajet

La plus grande consommation d'énergie se produit au démarrage. Pour surmonter la résistance représentée par le poids combiné du vélo plus le cycliste d'un arrêt jusqu'à une vitesse de 25 km/h, beaucoup d'énergie est utilisée, beaucoup plus que celle utilisée pour nous maintenir constamment à cette vitesse pendant longtemps. C'est parce que une fois que nous avons atteint une vitesse constante, l'énergie est seulement utilisée pour surmonter la résistance mécanique offerte par les pièces mobiles du vélo et la résistance au vent. Pour des fins pratiques, si vous voulez étendre la portée de votre vélo, essayez de maintenir toujours l'inertie et ne vous précipitez pas lorsque vous approchez d'un feu rouge qui vous oblige à vous arrêter. Au lieu de cela, anticipez et ralentissez progressivement à mesure que vous vous approchez et, espérons-le, une fois que vous y arriverez, il sera devenu vert.

4. Conditions météorologiques

Une fois de plus, les forces externes interfèrent considérablement avec les performances de nos batteries. Des augmentations de performances de 22% ont été documentées dans les batteries en raison du vent arrière, et des baisses tout aussi importantes ont été observées lors du pédalage contre le vent.

La température est également un facteur déterminant, contrairement aux circuits électroniques et aux puces, les batteries ne fonctionnent pas mieux par temps froid car il s'agit de réactions chimiques. Une température de 0º est suffisante pour réduire les performances de la batterie de 20% et cela ne signifie pas pour autant qu'elle perd sa charge ou qu'il y a une défaillance dans les cellules, simplement le froid n'autorise pas les électrons à se déplacer aussi librement qu'à des températures élevées. Cependant, cela ne signifie pas que plus il fait chaud, mieux notre batterie fonctionnera, il existe une plage de fonctionnement optimale de 35º/45º. Si nous dépassons cette plage, nous commencerons à remarquer comment la batterie perd sa charge en raison de l'instabilité des ions lithium.

5. Pneus

Il est crucial de maintenir une pression de pneu appropriée; le contact constant génère du frottement qui doit être réduit autant que possible. Des pneus peu gonflés entraîneront une plus grande surface de contact du pneu avec le sol, provoquant ainsi un frottement qui offrira une résistance. De même, le type de pneu peut nous faire perdre en efficacité. Un pneu lisse sera beaucoup plus efficace sur l'asphalte, et un pneu avec de gros crampons nous donnera plus de capacité sur un terrain accidenté.

6. Utilisation de l'accélérateur

Malgré le fait qu'il n'est pas légal d'utiliser un accélérateur sur un vélo électrique dans l'UE, il y a des utilisateurs qui choisissent d'installer un de ces accessoires, que ce soit parce qu'ils sont fatigués ou simplement par commodité. Dans tous les cas, l'accélérateur est capable de réduire l'autonomie d'une batterie jusqu'à 50%. L'explication est évidente : si nous omettons l'assistance humaine, nous aurons une consommation d'énergie plus élevée par le moteur.

7. Composants mal ajustés

Que vous utilisiez des freins à disque ou des V-brakes, un mauvais réglage peut entraîner un frottement des plaquettes ou des patins sur le disque ou la jante et produire une résistance. Cela peut sembler aller de soi car il est facile de remarquer que le vélo freine, mais avant que ce freinage indésirable ne devienne perceptible, il y a un mauvais ajustement progressif que vous ne remarquerez probablement pas. Sur un vélo normal, il sera difficile de pédaler, et vous remarquerez probablement bientôt le frottement, mais sur un vélo électrique, vous ne le remarquerez pas aussi facilement, car le moteur continuera de fonctionner de la même manière mais consommera plus d'énergie. De la même manière, un axe décentré, des rayons lâches ou une suspension trop lâche peuvent offrir une résistance minimale qui peut nous faire perdre un peu d'autonomie.

8. Âge de la batterie

Il y a un facteur très important lors de la mesure de la longévité d'une batterie. Peut-être le facteur le plus déterminant dans la façon dont il affecte l'autonomie des vélos électriques. La durée de vie d'une batterie ne commence pas au moment où les cellules sont fabriquées, ni même au moment où l'assembleur construit la batterie. Le jour 1 de la batterie lithium commence à sa première charge. Cela est dû à l'ISL (Interphase de l'électrolyte solide), une réaction chimique qui, lors de la première charge, provoque une couche d'oxyde de lithium autour de l'anode en graphite.

Cette réaction marque le début de la durée de vie de la batterie, mais conduit à une réduction discrète de la capacité de charge à partir du premier cycle, ce qui est assez courant dans toutes les batteries lithium-ion. Même ainsi, la dégradation naturelle du lithium se produit de cycle en cycle, donc vous ne devriez pas vous inquiéter d'acheter une nouvelle batterie fabriquée il y a un an car les fabricants livrent des cellules avec 60% de premier cycle de charge dans la plupart des cas.

9. Puissance du moteur et accessoires

Il existe de nombreux types de moteurs, les plus courants sont de 250W, mais de nombreux autres eBikes ont des moteurs de 500W ou plus qui nécessitent une consommation d'énergie beaucoup plus élevée. Il est fortement recommandé de connaître la puissance du moteur ou, pour être plus précis, la sortie de puissance maximale du contrôleur, lors de l'achat d'un eBike, encore une fois, le choix dépendra de vos besoins.
Comme vous pouvez vous y attendre, l'utilisation de dispositifs et d'accessoires sur un vélo nécessite de l'énergie pour fonctionner. Beaucoup sont alimentés par batterie ou ont leur propre batterie interne, mais le plus courant est d'utiliser la batterie eBike pour alimenter les lumières, les smartphones, les haut-parleurs, les écrans, les odomètres, etc... L'utilisation de quelques accessoires n'est généralement pas appréciée (en termes de performances), mais encore une fois, tout dépend de la quantité d'énergie que nous devons utiliser pour alimenter les appareils externes. À une occasion, un client a installé un système audio alimenté par le port USB de son Legend Monza et a sacrifié un peu d'autonomie en échange d'être le centre de la fête.

 

10. Coup de pédale

Un coup de pédale incorrect est également une cause de réduction de l'autonomie des vélos électriques. Surtout sur les vélos électriques avec un moteur central, il est très important d'avoir un coup de pédale approprié et nous expliquons pourquoi :

Tout comme les moteurs à combustion, les moteurs électriques ont une plage de tr/min dans laquelle ils sont plus efficaces. Le pic maximum d'efficacité énergétique (environ 80%) se produit à des tr/min assez élevés. Cela signifie qu'en dessous de ces vitesses, le moteur a tendance à être beaucoup moins efficace et est très important dans les moteurs centraux (car ceux-ci utilisent la chaîne, et donc le dérailleur, comme transmission), donc essayez de garder cela à l'esprit lorsque vous utilisez le dérailleur de votre vélo.

 

Comme nous l'avons mentionné au début, il existe quelques mythes sur les batteries qui étaient corrects à l'époque mais qui aujourd'hui sont non seulement faux, mais peuvent également endommager nos batteries. L'un des plus répandus est la recommandation de faire une charge complète lors du premier cycle pour l'épuiser complètement avant de faire la deuxième charge. Heureusement, le BMS (SYSTÈME DE GESTION DE LA BATTERIE) à l'intérieur de la batterie est déjà chargé de limiter la charge totale ou la décharge pour augmenter la durée de vie des cellules, empêchant la surcharge. Le BMS est également responsable de contrôler le taux de charge et de décharge, ce qui est crucial dans les batteries lithium car elles ne seront jamais déchargées à 100%.

 

Bien que les batteries lithium n'aient pas d'effet de mémoire, de nombreux fabricants recommandent de calibrer notre batterie une fois tous les 3 mois. Ici, ils expliquent comment le faire.

En connaissant ces causes, nous pouvons avoir une idée de l'efficacité que nous obtiendrons en nous déplaçant avec notre vélo électrique et de la batterie dont nous aurons besoin en fonction de l'utilisation que nous en ferons. L'utilisateur moyen sera couvert avec des batteries de 8,8 Ah pour une utilisation plus intensive, il aura probablement besoin d'atteindre 11 Ah et dans le cas des flottes de transport, il est très courant d'avoir un stock de batteries de remplacement en charge constante. Mais nous ne pouvons pas omettre le fait que, pour certains utilisateurs, soit parce qu'ils ont besoin de parcourir de très longues distances sur des pentes très raides, soit parce que leur poids est excessif, un vélo électrique peut ne pas être leur solution de mobilité idéale.

Quelque chose d'incertain ou une question ? Nous sommes là ! Contactez-nous et nous vous aiderons.

 

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