Comment choisir son VAE, explication des aspects techniques
Article co-rédigé avec Arnaud pour http://veloelectrique.free.fr/
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Sommaire / Sous-parties
Détection du pédalage
Batterie
Afficheur et électronique
Moteur
Partie vélo
Détection du pédalage
Choisir la détection du pédalage
Choisir le bon type de détection de pédalage, c'est important à plusieurs titres:- Autonomie: si l'assistance se déclenche vite et fortement, l'énergie risque d'être gâchée plutôt que de servir à avancer. En effet, un moteur électrique offre un mauvais rendement à faible vitesse.
- Confort: si l'assistance se déclenche trop tard, vos démarrages seront difficiles. C'est particulièrement gênant sur un parcours où les arrêts (donc les redémarrages) sont fréquents: en ville.
- Agrément: une assistance "tout ou rien" donne l'impression d'avoir un vélomoteur qui s'enclenche. Une assistance fine, qui est dosée en fonction de votre propre effort, vous donnera la sensation d'avoir des jambes plus puissantes (assistance proportionnelle à votre poussée) ou au contraire vous tendra la main quand vous arriverez à vos limites (assistance prenant le relais).
Les types de détection
Couple de pédalage (force de pédalage)
Les systèmes de détection de pédalage par la pression que vous appliquez aux pédales, le couple de pédalage, sont les plus sophistiqués. Se sont aussi les plus "réalistes" dans l'approche d'une assistance au pédalage. L'idée est que plus vous appuyez sur la pédale, plus vous indiquez que vous avez besoin de puissance pour votre déplacement, en démarrage ou en côte par exemple, et plus le moteur va vous aider. Simple et efficace ! Techniquement, ça l'est beaucoup moins et ces systèmes nécessitent généralement des technologies très imbriquées dans le vélo (pour mesurer la torsion de l'axe du pédalier par exemple) qui ne s'installent pas sur n'importe quel vélo, et ils sont aussi plus onéreux.
C'est le must de la technologie et de l'usage et sans surprise, c'est le plus cher.
Rotation de plateau (pédalage)
C'est surement le système le plus répandu, pour des raisons de simplicité et de coût. Il repose sur un petit disque dotés d'aimants qui tourne avec votre pédalier et un capteur solidaire du cadre qui "regarde" le pédalier tourner. L'idée ici est que plus vous pédalez vite, plus vous avez besoin de puissance pour votre déplacement et plus le moteur vous aide. Ce fonctionnement peut montrer des limites pour l'assistance au démarrage, puisque l'on commence à pédaler doucement, et en montée. Néanmoins, il a fait ses preuves et reste efficace après une petite phase d'adaptation ; on peut jouer sur la vitesse du pédalier en changeant de vitesse.
L'avantage de ce système est qu'il s'adapte à pratiquement tous les vélos, on le retrouve notamment dans les "kits VAE", et est bon marché.
Manette / poignée d'accélérateur
On peut contrôler la puissance du moteur directement avec une poignée d'accélérateur ou une gâchette de pouce au guidon. Il n'y a donc plus aucun lien entre votre pédalage et l'assistance du moteur. Cette solution, similaire aux moto et cyclo-moteurs, est séduisante pour une maîtrise fine et totale, mais elle est non-réglementaire dans le cadre du Vélo à Assistance Electrique sur la voie publique. Elle ferait alors dépendre le vélo de la réglementation des cyclomoteurs avec homologation, assurance, casque, etc. Cependant, sur voie privée, évidemment, on fait comme on veut. Cette solution existe donc à la vente.
Rotation de roue (vitesse)
Dans de rares cas, l'assistance tient compte de la rotation de la roue, pour connaître la vitesse du vélo. Cela permet par exemple de vous aider à maintenir une vitesse constante. Ce type de détection n'a de sens pour moi que s'il est couplé à d'autres types de détection. Par exemple, sur un vélo à moteur-moyeu, un logiciel de contrôle très fin peut vous assister dès le démarrage, mais en fournissant une assistance limitée tant que la vitesse est très faible, pour éviter de trop dépenser dans l'inefficacité du moteur à faible vitesse.
Ma préférence
Je trouve qu'un capteur de couple fournit un bon confort.
Le capteur de couple permet d'apporter de l'énergie dès le démarrage, ce qui est particulièrement agréable en ville.
S'il est bien conçu, il demandera au moteur de fournir une énergie proportionnelle à la force d'appui sur les pédales. On se retrouve alors avec un vélo qui simule des jambes plus musclées: plus j'appuie, plus il accélère.
Batterie
Choisir la batterie
Importance de la batterie
TODO: Expliquer ce qu'est l'énergie massique.
Les caractéristiques importantes :
- La tension ou voltage : en Volts (V), il conditionne la vitesse et en partie la puissance au moteur
- La capacité : en Ampères par heure (Ah), elle représente la quantité d'énergie donc l'autonomie du VAE
- La capacité de décharge : en Ampères (A, mais exprimée souvent en multiplicateur de la capacité précédente "C"), c'est le "débit" auquel la batterie est capable de se décharger à un moment donné vers le moteur et donc conditionne la puissance du VAE
- Le poids : puisqu'il grève directement celui du vélo et son autonomie, sa maniabilité, sa transportabilité, et le volume de la batterie est lié
- L'énergie massique : rapport de la capacité au poids de la batterie, soit la quantité d'énergie au kg (Wh/kg)
- Le prix : c'est une composante très importante du prix du VAE, la batterie pouvant couter plus cher que le vélo nu ! La batterie coûte en général plus cher que l'électricité que vous mettrez dedans durant toute sa durée de vie.
http://fr.wikipedia.org/wiki/Accumulateur_%C3%A9lectrique
Type Énergie massique Tension d'un élément Durée de vie
(nombre de recharges) Temps de charge auto-décharge
par mois
Plomb 30-35 Wh/kg 2 V 200-300 8-16 h 5 %
Ni-Cd 40-55 Wh/kg 1,20 V 1 500 1 h > 20 %
Ni-MH 60-70 Wh/kg 1,20 V 300-600 2-4 h > 30 %
Ni-Zn 70-80 Wh/kg 1,65 V > 1 000 1-3 h > 20 %
Pile Alcaline 80-160 Wh/kg 1,50-1,65 V < 50 1-16 h
(selon capacité) < 0,3 %
Li-ion 90-160 Wh/kg 3,7 V 500-700 2-4 h 10 %
Li-Po 80-130 Wh/kg 3,7 V 300-500 2-4 h 10 %
Li-Air 1500-2500 Wh/kg 3,4 V ? ? ?
Types de batterie
Les types de batteries suivantes sont listés dans l'ordre de la moins chère à la plus chère à capacité égale.
Plomb
C'est la technologie la plus ancienne et la moins chère (c'est la batterie de démarrage des voitures). C'est aussi la plus lourde et la plus volumineuse pour un VAE à cause d'une faible énergie massique (30-35 Wh/kg). Elle est en voie de disparition sur les VAE. A éviter, sauf budget très limité.
NiCd?
Cette technologie est aujourd'hui obsolète. Son énergie massique est trop limitée et surtout, elle est sujette à un effet mémoire réduisant rapidement ses capacités si on ne prend pas soin d'effectuer des cycles de charge complets et profonds. A exclure pour l'usage VAE.
NiMH?
Cette technologie est très courante et présente beaucoup de qualités pour un prix raisonnable : bonne énergie massique (60-70 Wh/kg), bonne longévité (env. 500 cycles) et sans effet mémoire. Une tendance néanmoins à s'auto-décharger.
Une batterie de 36V de 10 Ah pèse environ 6-7 kg et coute ???? Euros.
C'est un choix un peu dépassé mais encore courant pour alimenter les VAE, surtout pour des questions de coût.
Lithium-Ion et Lithium Polymère
La technologie Lithium est la génération de batterie classique aujourd'hui, mais encore chère. L'énergie massique est très bonne (90-160 Wh/kg), ces batteries n'ont pas d'effet mémoire et une longévité élevée (le nombre de cycles de charges : 500 et plus). Elles se rechargent vite. Les batteries Lithium-Polymère, la dernière évolution, se retrouvent dans la plupart des téléphones mobiles et ordinateurs portable haut de gamme.
Une batterie 36V de 10 Ah pèse environ 2-3 kg et coute plusieurs centaines d'Euros.
Elles sont le choix idéal.
Afficheur et électronique
Rôle
La batterie fournit l'énergie et le moteur l'action mécanique, entre les 2, un contrôle est nécessaire. C'est l'objet d'un boîtier d'électronique appelé le "Contrôleur", éventuellement couplé à un afficheur pour plus de contrôle de l'utilisateur.
Fonctions du contrôleur :
- Gérer l'énergie livrée de la batterie au moteur en fonction de l'assistance demandée par l'utilisateur
- Protéger éventuellement la batterie de surtensions (lorsque le moteur tourne sous l'effet d'une pente, il génère de l'électricité)
- Permettre les fonctionnalités plus ou moins avancées offertes à l'utilisateur via l'afficheur
- Recharger la batterie grâce à l'électricité régénérée par le moteur en descente
Fonctions possibles sur un afficheur :
- Indicateurs de mise sous tension, de niveau de charge de la batterie
- Mode d'assistance souhaitée : économe, normale, turbo, par exemple.
- Activation manuelle d'un mode régénératif
- d'éventuelles autres informations : vitesse, puissance du moteur, kilométrages en cours ou restant avec la batterie...
Comment choisir?
Il est difficile d'obtenir des informations techniques sur le contrôleur utilisé dans un vélo livré monté. Vérifiez tout de même les quelques points suivants importants.
- L'affichage de la "batterie restante" est-il réaliste? Les afficheurs bon marché indiquent la tension disponible aux bornes de la batterie, alors que les afficheurs haut de gamme montrent l'énergie réellement restante en tenant compte de la capacité de la batterie et de la consommation estimée. Si lorsque l'assistance se met en marche vous voyez la "batterie restante" diminuer, c'est mauvais signe: il s'agit probablement de l'affichage de la tension disponible. La tension ne veut pas dire grand chose sur l'autonomie restante de la batterie, et c'est avec ce type d'afficheur que je me suis retrouvé planté par mon premier VAE en plein milieu d'un parcours difficile que je pensais terminer sans problèmes.
- Quel est le ressenti? Vous plaît-il? Pour ma part, j'aime les vélos qui fournissent une assistance proportionnelle à mon effort. Cela me donne l'impression d'avoir des jambes très musclées. Je déteste les vélos dont l'assistance est "tout ou rien", qui me donnent l'impression d'un vélomoteur.
Moteur
Choisir le moteur
Types de moteurs
NOTE : une bonne partie de notre boulot "types de moteurs" vient juste d'être fait sur le forum de Velectris :
http://www.velectris.com/forum/s1016-Technologie-existante.html
Il y a 2 types de moteurs indépendamment de la position : on les appelle "brush" ou "brushless". Le premier possède à l'intérieur des balais pour transmettre l'électricité aux bobines. Cette partie est sujette à l'usure. Ce n'est pas le cas du moteur brushless qu'il faut préférer.
Pédalier
TODO: Techniquement malin, car bon rendement à vitesse élevé.
Pièces mécaniques, entretien à prévoir.
Moyeu avant ou arrière
TODO: Théoriquement mauvais rendement à vitesse faible, mais action directe sur la roue: pas de perte de transmission.
Aucun entretien.
Très bon rendement global.
La vitesse maximum est liée à la taille des roue (en plus du voltage de la batterie)
Position du moteur à l'avant
Avantages :
- simplicité de l'installation sur un vélo ordinaire choisi (pas de contrainte sur les pignons de vitesse notamment)
- deux roues motrices (pédalage à l'arrière, moteur à l'avant)
- laisse la roue arrière libre de toute contrainte pour le type de vitesses (pignons, vitesses dans le moyeu arrière type Nexus)
- risque de dérappage de la roue avant sur sol glissant
Position du moteur à l'arrière
Avantages :
- stabilité de la conduite, notamment en utilisation "sportive" type VTT ou sur terrain glissant
- la taille du moteur contraint le système de vitesses et en limite le nombre
Entraitement à galet sur une roue
L'entrainement de la roue par un système à galet est exactement l'idée du bon vieux Solex. L'avantage est que la démultiplication est grande et donc on peut se contenter d'un moteur plus petit tournant plus vite et donnant un meilleur rendement. Mais les inconvénients sont nombreux : l'efficacité du système dépend de l'adhérence roue-galet et celle-ci peut devenir très mauvaise en cas de pluie. Il peut y avoir des ennuis mécaniques si un objet ou des saletés se glissent entre les 2, enfin si le galet touche le pneu, il risque, à force, de l'usiner et le détruire, voire le faire éclater.
Ce système est assez peu courant. Il existe un kit de ce type et un fabriquant français très spécifiquement orienté cyclo-tourisme sur de longs trajets hors des villes.
Ma préférence
Je n'ai pas de préférence affirmée à ce niveau, si ce n'est que je n'apprécie pas le moteur pédalier. Sur les modèles que j'ai essayé, ce type de moteur fournissait une assistance molle et plutôt bruyante.
Partie vélo
La partie vélo et son ergonomie reste finalement la plus importante puisque c'est elle qui est la plus sensible à l'usage !
Le type de vélo
Comme pour un vélo standard, il faut choisir un vélo adapté à votre besoin évidemment.
Il faut savoir qu'il existe des VAE de tous les types (ville, VTC, VTT, pliants,...) et que de toutes manières des vélos ordinaires de toutes sortes peuvent être équipés de kit électriques avec des adaptations sur-mesures.
Il n'est pas recommandé d'utiliser un VAE pour un usage tout-terrain. Un fabricant m'indiquait récemment avoir supprimé un modèle VTT de sa gamme, car l'électronique et la batterie supportaient mal les vibrations.
L'agencement des équipements électriques
L'agencement dépend fortement du type de moteur et de vélo. Voici quelques points d'attention à porter sur la dispositions de ces équipements, que vous achetiez un kit pour équiper un vélo existant ou un vélo tout prêt :
- L'équilibrage ! quand un vélo pèse 10 à 15 kg, un VAE en pèse de 20 à 35 ! L'équipement n'est pas négligeable dans le poids et la magnabilité du vélo. Il faut veiller à ce que tout ne soit pas à l'avant (moteur et batterie) ou pas trop haut. Bref, une fois de plus, il faut essayer le vélo pours'en rendre compte.
- Attention aux vitesses ! D'une part, si votre assistance -non homologuée- dépasse les 25 km/h, il vous faut des vitesses "pour suivre" sinon, vous être en mobylette. D'autre part, il faut savoir qu'un moteur de pédalier vous empêche d'avoir plusieurs plateaux et un moteur de roue à l'arrière prend de la place et limite le nombre de pignons à 7 maximum en général. Bref, si vous voulez 27 vitesses, il vous faut un moteur à l'avant.
- Attention aux freins à disque. Si vous voulez installer un kit sur un VTT doté de freins à disque, vérifiez bien auprès du revendeur du kit qu'il peut vous fournir une version du moteur supportant ces freins ; en pratique le disque sera monté sur le moteur directement.
- Le porte-bagage. La position de la batterie sur les vélos normaux qui ont été convertis en VAE est malheureusement parfois sur le porte-bagage. Le VAE étant un vélo très utilitaire, vous allez surement avoir besoin de votre porte-bagage. Il faut donc vérifier quelles autres positions sont possibles.
FAQ
Les questions, remarques et contre-vérités fréquemment rencontrées...
- Number One toutes catégories (surtout catégorie beauf-supporter-du-tour-de-France) : Le vélo électrique, c'est un vélo de fainéant ! Remarque adressée avec les questions "PourquoiUnVeloElectrique"
- Est-ce qu'on régènère en pédalant ? La question mythique rayon "mouvement perpétuel"
- Ca consomme combien ? 5 Wh/km = 200 km/kWh = 5 centimes d'Euros aux 100 km = 0,5 Euro les 1000 bornes qui dit mieux ?
- Est-ce que ça freine bien en régénérant ? Oui, extrèmement bien ! Pas besoin des freins dans une pente à 18% ! Attention, quand la batterie est chargée à bloc, il n'y a pas de régénération donc pas de frein moteur ! Mieux vaut le savoir !
Tag : VeloElectrique