Vélos électriques : les différents types de batterie

La batterie est un composant indispensable du vélo à assistance électrique. C’est elle qui fournit l’assistance et qui en définit l’autonomie. Quand on choisit son deux-roues, il est recommandé de s’intéresser de plus près à cet élément indispensable, car à part la batterie Lithium, il en existe d’autres variantes.

La batterie proprement dite

Avant de déterminer les différents types de batteries existantes pour les VAE, il convient d’abord de comprendre à quoi elles servent.

Egalement appelées « accus » pour accumulateurs, les batteries représentent l’un des trois principaux composants du vélo électrique, à part la bicyclette elle-même et le moteur. Si on devait la comparer à un élément d’une voiture, la batterie serait l’homologue du réservoir. La différence c’est que la première contient des électrons tandis que le deuxième contient du carburant.

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Partant de cette même comparaison, on peut dire que si la quantité de carburant contenue dans le réservoir définit la distance que le véhicule peut parcourir, les électrons, source d’énergie stockés dans la batterie, définissent la distance que le vélo électrique peut couvrir avec assistance. Il convient de souligner que même lorsque la batterie est à plat, le vélo peut continuer de rouler, mais sans assistance. Il faudra, dans ce cas, compter sur les seules forces de vos jambes pour le faire avancer ce qui peut s’avérer difficile vu le poids du deux-roues.

Autrement dit, la batterie c’est l’élément qui fait tourner le moteur. Elle stocke l’énergie et la restitue au moteur pour enclencher l’assistance électrique. Il faut néanmoins savoir que l’énergie ne passe pas directement de la batterie au moteur, mais passe d’abord par un contrôleur. Ce dernier fait office de « cerveau » de la bicyclette électrique puisqu’il a pour mission de gérer les différentes informations qui circulent entre la batterie et le moteur.

Pour en revenir à l’énergie de la batterie, celle-ci est exprimée en Wh et est obtenue en multipliant le voltage en V par sa capacité en Ah. Il est important de ne pas confondre l’énergie de la batterie avec la puissance du moteur qui est exprimée en W. Dans le commerce, les résultats sont arrondis à la valeur supérieure, mais ce n’est pas un réel problème étant donné que les différences sont légères.

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La batterie Lithium ou Li

C’est le modèle le plus utilisé. Il convient néanmoins de distinguer les Lithium ion (Li-ion) des Lithium ion polymère (Lipo), des Lithium fer phosphate (LiFePO4), des Lithium prismatique  ainsi que des Lithium-ion Nickel-Cobalt-Manganèse (Li-ion NCM). Dans tous les cas, elles offrent à peu près les mêmes avantages à savoir :

• Pas d’effet mémoire
• Une densité d’énergie spécifique et volumique élevée
• Une auto-décharge assez faible
• Plus légères
• Une résistance interne faible
• Une durée de vie allant jusqu’à 1 500 cycles pour les batteries de qualité

Il faut souligner que la qualité des batteries en lithium se définit par leur teneur en Cobalt. Plus ce dernier est important, plus l’accu est performant et durable.

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Différences entre li-ion et Lipo

Les différences entre le Li-Ion et le Lipo concernent surtout :

• Leur tension : le Li-Ion affiche une tension de 3, 6 V contre 3, 7 V pour le Lipo
• Leur forme : la batterie Lipo peut prendre diverses formes contrairement à la batterie Li-Ion. C’est la raison pour laquelle elle peut se fixer sur un support flexible
• Leur poids : les deux sont légères par rapport aux autres types de batteries, mais le Lipo l’est encore plus. Pour ce dernier, il est parfois possible de retirer l’enveloppe en métal qui influe beaucoup sur son poids
• Leur résistance : le Lipo est plus résistant que le Li-Ion puisqu’il supporte mieux les fuites d’électrolytes et la surcharge
• Leur prix : le Lipo coûte plus cher que le Li-Ion, mais le premier est soumis à des règles plus strictes en matière de charge/décharge. Dans les deux cas, il faut mettre en place, un circuit de protection performant, car même en cas de non utilisation, elles peuvent s’user
• Leur composant : les batteries Lithium ion Polymère se composent d’électrolytes en polymère gélifié

Caractéristiques des autres batteries au Lithium

En ce qui concerne les autres variantes, voici ce qu’il faut retenir :

Le LiFePO4 ou lithium fer phosphate offre une durée de vie plus importante et réduit, au minimum, le risque d’incendie. Par contre, ses performances sont limitées et sa densité énergétique reste faible. Cela pousse les constructeurs à concevoir des batteries plus imposantes, mais malheureusement plus lourdes, car c’est le seul moyen d’obtenir une bonne autonomie.

Le lithium prismatique doit son appellation à sa forme rectangulaire ou carrée. Ses caractéristiques rejoignent un peu celles du lithium polymère puisque tout comme ce dernier, il supporte mal les variations de température. Cela explique pourquoi il a tendance à gonfler. Ce type de batterie est rarement utilisé chez les VAE. Il est cependant plus courant chez les scooters électriques.

Dans la catégorie des batteries au Lithium, le Li-ion NCM fait partie des technologies récentes et est la plus performante de la famille. Grâce à une densité énergétique importante, sa performance et sa durée de vie sont supérieures par rapport à celle de ses sœurs. Contrairement à ces dernières, elle affiche une teneur élevée en Cobalt et c’est justement ce qui fait sa qualité. Son seul bémol : son prix élevé, mais l’investissement en vaut la peine si on est grand amateur de sortie à vélo électrique.

Pour ne pas endommager les batteries, il est conseillé de les stocker avec une charge résiduelle de 45 à 60 % et de les charger, au moins tous les six mois en cas de non utilisation prolongée.

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La batterie Plomb ou Pb

Il en existe plusieurs variantes, mais ce sont celles pourvues d’électrolytes gélifiées qui sont aujourd’hui courantes. En général, la tension nominale d’une batterie Pb est de 2, 1 V ce qui signifie que si vous trouvez une de 12 V, c’est qu’elle se compose de six éléments. Même si ce modèle est moins apprécié que la batterie Lithium, notamment à cause de son poids, il offre quelques avantages tels que :

• Son petit prix
• Sa solidité
• Sa capacité à fournir des courants élevés
• Sa mise en œuvre aisée
• Ses composants que l’on peut trouver facilement dans le commerce
• Son côté recyclable : en effet, malgré ce qu’on peut dire, la batterie Pb peut être recyclée et quand cela est bien fait, il n’y a pas de risques de pollution
• Une durée de vie appréciable de trois à quatre ans soit environ 300 à 400 cycles

Pour qu’elle dure plus longtemps encore, évitez les recharges profondes et préférez, à la place, des recharges répétées. Pour ce faire, retirez-la toujours du secteur après une recharge et ne la laissez jamais brancher plus de 12 heures. Si vous craignez que cela arrive, prévoyez un programmateur. Pensez également à la recharger au moins tous les trois mois. Dans le cas où le vélo ne sera pas utilisé pendant une longue durée, retirez la batterie avant de le stocker au garage.

Pour informations supplémentaires :

Sachez que la batterie Plomb est sensible aux basses températures ce qui entraîne une perte d’autonomie. A une température d’environ -10°C, elle perd 25 % de son autonomie. En ce qui concerne l’auto-décharge, il est de 1 % par jour. Notez également qu’au bout de trois à quatre ans, celle-ci continuera de chuter de manière progressive. Un reconditionnement peut alors être envisagé ou mieux encore, un remplacement par un modèle neuf.

Et puisqu’on parlait de son poids plus haut, sachez que la batterie à elle seule peut peser jusqu’à 10 kg. Par voie de conséquence, les vélos électriques pourvus de ce modèle sont plus lourds que ceux équipés d’une batterie en Lithium.

Enfin, un autre inconvénient à ne pas négliger c’est son effet mémoire important. Qu’est-ce que cela signifie ? Cela veut dire qu’il faut attendre que la batterie soit totalement déchargée pour pouvoir la recharger ce qui est peu pratique si on doit couvrir une distance plus longue alors que la batterie est entamée à plus de la moitié de sa charge.

La batterie Nickel Metal Hybride ou Nimh

Ces modèles se présentent, le plus souvent, sous forme de piles bâtons. Ils peuvent être assemblés selon les besoins jusqu’à obtention de la tension désirée. Ils ont été lancés au cours des années 1990 pour remplacer les batteries Ni-cd, jugées trop polluantes. Les Nimh, du fait de la présence d’hydroxyde de potassium, doivent faire l’objet d’un recyclage rigoureux et d’une utilisation sécurisée. Ces batteries sont aujourd’hui courantes et sont appréciées pour divers avantages :

• L’absence d’effet mémoire dans les premiers mois de son utilisation
• Leur bonne densité d’énergie
• Sa résistance interne faible ce qui lui permet de supporter des courants intenses
• Sa facilité de stockage et de transport

La durée de vie de ce type de batterie tourne autour de 400 à 500 cycles de charge-décharge. En cas de non utilisation de longue durée, il est fortement conseillé de la stocker bien chargée, car ce modèle présente un taux d’auto-décharge élevé. Il faut également souligner que ce modèle ne supporte pas la surcharge d’où l’intérêt d’utiliser des chargeurs automatiques.

Le poids de la batterie

C’est un critère qu’il ne faut pas négliger lors du choix de votre vélo à assistance électrique. D’une manière générale, le poids de la batterie est fonction de :

• nombre de cellules qui ont été assemblées en son sein et qui définissent l’énergie stockée
• type de boîtier utilisé pour protéger ces cellules

Les différences de poids tournent autour de 700 g d’un constructeur à l’autre pour une batterie utilisant la même énergie. Si on se base sur le poids qu’occupe la batterie dans le poids total du vélo, il est moindre puisque sur la vingtaine de kilos que pèse un VAE, la batterie ne fait que 4 kg tout au plus.

L’autonomie de la batterie d’un VAE

C’est la batterie qui définit l’autonomie du VAE. Même si les fabricants et vendeurs apposent une autonomie pour chaque selle vendue, il faut retenir que c’est un chiffre estimatif. Pour cause : l’autonomie du vélo dépend de plusieurs facteurs :

• les caractéristiques physiques du parcours : en pente, en relief, plutôt plat, …
• le type de parcours : en ville et donc plusieurs arrêts-redémarrage, en campagne et donc conduite fluide, en montagne et donc une assistance programmée élevée …
• les conditions climatiques extérieures : le froid favorise une perte d’autonomie de la batterie alors qu’entre 15 à 25°C, elle dure plus longtemps
• le poids du vélo et du cycliste : plus le vélo et le cycliste sont lourds, plus l’assistance travaillera dur ce qui diminue rapidement l’autonomie du vélo
• le niveau de gonflage des pneus : des pneus bien gonflés permettent d’économiser plus d’autonomie

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Quelques terminologies à retenir

Lorsqu’on souhaite acheter une nouvelle batterie pour son vélo électrique, on sait déjà que la technologie au Lithium est celle à privilégier. Il faut également tenir compte de son autonomie, de son poids et sa puissance. Et justement en termes de puissance, cette dernière est souvent exprimée en Watt heures (Wh), en Volts (V) ou en Ampères heures (Ah). Quelle est la vraie mesure à retenir pour faire le bon choix ?

• le Watt heures ou Wh :

Cette unité de mesure indique la capacité énergétique de la batterie. Autrement dit, elle se réfère à la distance que vous pourrez parcourir en tout. Plus le chiffre qui le précède est élevé, plus la batterie est durable. Dans la catégorie des vélos à assistance électrique, ce chiffre est limité à 250 Wh.

• Le Volt ou V :

Ce dernier se réfère à la vitesse que le vélo peut atteindre. Il doit être équivalent à celui du moteur. Sur le marché des VAE, les batteries peuvent être de 24 V, de 36 V ou de 48 V.

• L’Ampère heures ou Ah :

Cette unité définit la capacité de la batterie par cycle. En d’autres termes, elle se réfère à l’autonomie du deux-roues. La majorité des vélos électriques est dotée d’une batterie allant de 8 à 12 Ah.

Derniers conseils

Quel que soit le type de batterie dont vous disposez, il reste conseillé de :

• associer un système de contrôle électronique à votre batterie pour réduire le risque d’incendie
• utiliser un chargeur adapté pour recharger ses accus. A lire – Comment bien recharger la batterie du vélo électrique ?

• retirer la batterie du vélo lorsque celui-ci restera au garage pendant une longue période. Si vous la laissez en place, le contrôleur va continuer de consommer de l’énergie ce qui va générer une décharge profonde
• ranger la batterie à un endroit sec où la température se situe entre 15 et 25°
• stocker la batterie lorsqu’elle n’est ni trop déchargée, ni trop chargée. Un niveau de charge allant de 30 à 60 % serait idéal
• recharger la batterie stockée, une fois par mois, pendant 20 à 30 minutes

Par ailleurs, avant d’investir dans l’achat d’un VAE, assurez-vous de l’utiliser fréquemment, car une non-utilisation prolongée du deux-roues accélère la dégradation de la batterie.

Et sinon, connaissez-vous l’histoire du vélo ?