Il existe quelques composants essentiels (batterie, moteur, contrôleur, écran) qui composent un vélo électrique.Cet article est destiné à expliquer le rôle de chaque composant à ceux qui découvrent tout juste les vélos électriques.
La batterie
Les batteries des vélos électriques sont à l’origine de la popularité croissante des vélos électriques, offrant aux cyclistes un mode de transport durable et efficace.Ces batteries ont considérablement évolué depuis les débuts des options lourdes et moins efficaces comme le plomb-acide, le nickel-cadmium ou le NiMH.Aujourd'hui, le marché est dominé par les batteries lithium-ion, qui sont devenues synonymes de systèmes de vélos électriques modernes en raison de leur légèreté, de leur puissance élevée et de leur fiabilité.
L'évolution des batteries de vélos électriques
Le passage des batteries volumineuses et lourdes du passé aux unités lithium-ion élégantes et efficaces d’aujourd’hui témoigne des progrès de la technologie des batteries.Les batteries lithium-ion ont révolutionné l'industrie du vélo électrique en fournissant une source d'énergie plus puissante et plus durable, jusqu'à 10 fois plus légère que leurs homologues au plomb.Ce saut technologique a non seulement rendu les vélos électriques plus conviviaux, mais a également prolongé leur autonomie et leur durée de vie, avec des batteries au lithium de premier ordre offrant plus de 5 à 6 ans d'utilisation régulière lorsqu'elles sont correctement entretenues.
Choisir la bonne batterie pour votre vélo électrique
Lors de la sélection d'une batterie pour votre vélo électrique, il est crucial de prendre en compte des facteurs tels que la tension, la puissance requise et l'autonomie.Les batteries à tension plus élevée peuvent fournir plus de puissance et de vitesse, améliorant ainsi l'expérience de conduite.Cependant, il est important de s'assurer que le contrôleur de votre vélo électrique peut gérer la tension pour un fonctionnement efficace.L'autonomie est un autre aspect critique, généralement mesurée en wattheures (Wh).Pour calculer l'autonomie, multipliez les ampères de la batterie par sa tension.Par exemple, une batterie 48 V 15 Ah aurait 720 Wh d’énergie, ce qui équivaut à environ 36 miles dans des conditions idéales.
La configuration des cellules dans la batterie d'un vélo électrique, disposées en circuits série et parallèle, dicte la tension et la capacité globales, mesurées en ampères-heures (Ah), de la batterie.Généralement, les batteries des vélos électriques sont configurées pour fournir 36 ou 48 volts, bien qu'il soit possible de rencontrer des batteries avec des tensions aussi basses que 24 V ou aussi élevées que 72 V.Les systèmes avec des tensions plus faibles ont tendance à nécessiter un courant plus élevé, ce qui nécessite l'utilisation de fils plus épais et de connecteurs plus robustes pour gérer la charge accrue.À l’inverse, les systèmes avec des tensions plus élevées peuvent présenter un risque de choc électrique s’ils ne sont pas correctement gérés.La plage de tension de 36 à 52 V est souvent considérée comme idéale, équilibrant la sécurité contre les chocs électriques avec l'avantage d'utiliser un câblage et des connecteurs de calibre plus léger, c'est pourquoi il s'agit d'un choix répandu pour les vélos électriques.
La capacité d’une batterie, indiquant la quantité de charge qu’elle peut contenir, est mesurée en ampères-heures (Ah) ou en wattheures (Wh).Les wattheures sont calculés en multipliant les ampères-heures par la tension, ce qui donne une image claire du contenu énergétique total de la batterie et donc de sa plage potentielle.Les batteries de vélos électriques offrent généralement entre 300 et 800 wattheures d’énergie.
Le moteur
Les vélos électriques utilisent un moteur pour convertir l’énergie électrique stockée dans la batterie en énergie mécanique, propulsant ainsi le vélo vers l’avant.Ce moteur peut être positionné à différents endroits sur le vélo, le moteur à moyeu étant un type courant.Situé dans le moyeu de la roue avant ou arrière, le moteur du moyeu permet une conversion facile d'un vélo traditionnel en échangeant simplement la roue contre une roue avec un moyeu motorisé.Aujourd'hui, la plupart des moteurs de vélos électriques sont des moteurs CC sans balais (BLDC) avec aimants permanents, dotés de fils triphasés pour l'alimentation électrique et souvent de cinq fils de capteur à effet Hall pour aider le système de contrôle à évaluer la position du moteur pour un fonctionnement fluide à basse vitesse.
Les moteurs de moyeu sont disponibles en deux types principaux : à engrenages et à entraînement direct.Ils peuvent être petits avec un rendement modeste ou grands et puissants, selon l'utilisation prévue.Par exemple, les tâches lourdes comme le transport de marchandises ou la montée de pentes raides nécessitent des moteurs plus gros, tandis qu'une assistance légère sur un terrain principalement plat peut être gérée avec des moteurs plus petits et plus compacts.
Lorsqu'un vélo électrique roule à une vitesse supérieure au régime maximum du moteur, tel que déterminé par la combinaison de tension du moteur et de la batterie, la réponse du moteur diffère en fonction de son type.Un motoréducteur avec roue libre cessera de fournir de la puissance, tandis qu'un moteur à entraînement direct peut enclencher un freinage par récupération, résistant à une accélération supplémentaire et potentiellement recharger la batterie.
La différence entre les moteurs de moyeu et les moteurs montés au milieu des vélos à assistance électrique
La différence entre les moteurs à moyeu et les moteurs à entraînement central des vélos électriques réside dans leur emplacement et leurs caractéristiques de performance.Les moteurs de moyeu sont intégrés au moyeu de la roue, ce qui signifie qu'ils alimentent directement la roue.Ils sont simples, relativement peu coûteux et silencieux, avec un entraînement direct comportant moins de pièces mobiles, ce qui les rend durables et nécessitent moins d'entretien.Les moteurs de moyeu conviennent aux terrains plats et aux déplacements réguliers.
Les moteurs à entraînement central, quant à eux, sont montés au niveau de la manivelle et des pédales du vélo.Ils entraînent la chaîne du vélo et tirent parti des vitesses existantes du vélo, ce qui signifie qu'ils peuvent être plus efficaces sur une plus large gamme de terrains, y compris les pentes raides.Les systèmes à entraînement central offrent une meilleure répartition du poids et un centre de gravité plus bas, ce qui améliore la maniabilité du vélo.Ils sont généralement plus chers que les moteurs à moyeu et peuvent nécessiter plus d'entretien en raison de la tension supplémentaire exercée sur la chaîne et les engrenages du vélo.
Les deux types de moteurs offrent des avantages distincts, et le choix entre eux dépend des besoins spécifiques du cycliste et du type de terrain sur lequel il naviguera.
Manette
Le contrôleur de moteur est un composant crucial, mais souvent négligé, dans la configuration matérielle d'un vélo électrique.Il est impossible de connecter directement un moteur brushless à une batterie sans cet appareil.Le contrôleur de moteur remplit deux rôles essentiels :
1) Il transforme la tension continue de la batterie en un courant alternatif triphasé, nécessaire aux enroulements du moteur pour permettre au moteur de tourner.
2) Il régule dynamiquement la tension délivrée au moteur, qui peut aller de 0 V à la pleine tension de la batterie.Cette régulation répond aux entrées de l'accélérateur de l'utilisateur, des capteurs de pédale et des limites de courant prédéfinies.
Cette dernière fonction est particulièrement importante à comprendre.Le contrôleur de moteur peut moduler la tension atteignant le moteur à n'importe quel niveau entre zéro et le maximum fourni par la batterie.Par exemple, avec une batterie de 48 V, le moteur peut ne recevoir que 10 à 12 V à basse vitesse, environ 25 V à vitesse moyenne et 48 V au maximum lorsque vous approchez de la vitesse de croisière maximale du vélo.Rouler à 50 % des gaz avec une batterie de 48 V signifie que le moteur voit du 24 V, fonctionnant comme il le ferait avec une batterie de 24 V à plein régime.
Cette variation de tension, contrôlée par le contrôleur du moteur, permet d'affiner la puissance du moteur pendant un trajet, ce qui est crucial pour la gestion d'un véhicule électrique.Le contrôleur fonctionne essentiellement comme un convertisseur abaisseur DC-DC, abaissant la tension du moteur tout en augmentant proportionnellement le courant.Par exemple, 48 V et 10 ampères peuvent circuler de la batterie vers le contrôleur, qui convertit ensuite et fournit 24 V et 20 ampères au moteur.
Les contrôleurs de moteur sont conçus avec des plages de tension et des limites de courant spécifiques.La limite de courant est l’ampérage maximum que le contrôleur tirera de la batterie.Un contrôleur de moteur plus petit et à faible courant peut être évalué à 14 ampères, ce qui signifie qu'il ne consommera pas plus de 14 ampères de la batterie.Si le moteur essaie de tirer plus de courant, le contrôleur réduit automatiquement la tension du moteur pour maintenir la consommation de courant à la limite définie.L'utilisation d'un contrôleur à faible ampérage avec un gros moteur à moyeu entraînera une puissance de sortie du moteur inférieure à celle dont il est capable.À l'inverse, l'association d'un contrôleur à ampérage élevé avec un petit moteur pourrait entraîner une surchauffe, des dommages ou une usure des composants internes du moteur.
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Les kits de vélos électriques modernes et les vélos électriques complets sont généralement équipés d'un ordinateur d'affichage sophistiqué, offrant aux cyclistes un tableau de bord indiquant l'état du vélo.Il s’agit d’une amélioration significative par rapport aux premiers modèles de vélos électriques, qui ne comportaient qu’un indicateur de batterie LED de base.Cependant, contrairement aux écrans standardisés pour ordinateurs ou téléviseurs, ces écrans pour vélos électriques manquent d'uniformité sur différents aspects tels que les fonctionnalités, les bus de communication (comme I2C, Canbus, LIN, UART, etc.) et les protocoles.Ces écrans sont généralement associés à un contrôleur de moteur spécifique et développés pour un ensemble spécifique de fonctionnalités du kit. Vous pouvez rarement passer à une autre marque de contrôleur de moteur et le faire fonctionner avec votre écran, ou vice versa, vous pouvez trouver un autre écran pour votre contrôleur spécifique.
