Vous envisagez d’acheter un vélo à assistance électrique ? C’est déjà fait, mais vous souhaitez en savoir plus sur les batteries de VAE ? Vous vous demandez si avec la batterie 500 Wh, votre vélo serait plus puissant qu’avec la 400 Wh, ou s’il faudrait systématiquement la vider avant de la recharger ?

Alors lisez ce qui suit !

Termes techniques (souvenir des cours de Physique…)

Une batterie, c’est un réservoir d’énergie. Son but est d’emmagasiner l’énergie pour alimenter un appareil électrique (un moteur dans notre cas). À titre de comparaison, une batterie qui alimente un moteur électrique, c’est la même chose qu’un réservoir d’eau en hauteur qui alimente une turbine en contrebas.

La performance d’une batterie est définie par sa tension qui se mesure en volts (V) et sa capacité qui se mesure en ampère-heure (Ah). La quantité d’énergie contenue dans la batterie s’exprime en watt-heure (Wh), elle s’obtient en multipliant la tension par la capacité. Pour reprendre l’exemple du réservoir d’eau, la tension de la batterie serait la hauteur du réservoir, et la capacité de la batterie serait la quantité d’eau dans le réservoir : la hauteur du réservoir permettra de faire tourner la turbine plus vite, alors que la quantité d’eau permettra de la faire tourner plus longtemps !

Un moteur de vélo est développé pour fonctionner à une tension (V) donnée. Il y a une dizaine d’années, on voyait beaucoup de modèles en 24V. Les standards se sont aujourd’hui orientés vers 36 V ou 48 V. Nos vélos Oklö sont équipés de moteurs 36 V.

Toutes les batteries que l’on propose sont donc en 36 V, mais avec des capacité différentes :

  • La 400 Wh (plus commercialisée en 2020), qui est en réalité une 396 Wh, a une capacité de 11Ah (11Ah X 36V = 396 Wh).
  • La 500 Wh contient en réalité 522 Wh, elle a une capacité de 14,5 Ah.

Avec ces différentes batteries, votre vélo aura donc plus ou moins d’autonomie, sans aucune incidence sur la puissance du moteur. Celle-ci est limitée à 250 W par la législation française.

Types de batteries

Il existe de nombreux types de batteries différentes, nommées par leur chimie interne :

  • Acide Plomb (Pb)
  • Nickel Cadmium (NiCad)
  • Lithium Ion (Li-Ion)
  • Lithium Polymères (Li-Po)
  • etc…

Ces différents types de batteries ont des énergies spécifiques très différentes. L’énergie spécifique est le rapport énergie (Wh) / masse (kg) :

Type de batteriePlombNi-CadNi-MhLi-PoLi-Ion
Énergie spécifique306080120200

Sur les vélos électriques, on trouve encore des modèles bas de gamme avec batteries au Plomb car elles sont économiques. Mais elles ont l’inconvénient d’être lourdes, très dangereuses pour l’environnement (risque de pollution au plomb) et de perdre rapidement leur capacité (100 à 200 cycles maximum).

Les batteries Lithium-Ion (Li-Ion) sont bien plus légères, plus endurantes et n’ont pas le fameux “effet mémoire” (effet spécifique aux batteries Nickel-Cadmium – Ni-Cad – qui tend à limiter la capacité d’une batterie dans le temps, si on ne la décharge que partiellement à chaque utilisation). Elles sont donc privilégiées pour les utilisations mobiles et équipent la plupart des vélos à assistance électrique. En revanche, les batteries au Lithium, si elles sont mal gérées, peuvent présenter des risques d’incendie ou d’explosion. Ces dernières doivent obligatoirement être gérées (protégées) par un circuit électronique appelé BMS (“Battery Management System”, en français “Système de Contrôle des Batteries d’accumulateurs”) qui surveille l’équilibre entre les éléments, la charge, la décharge et la température. Le rôle du BMS est d’interrompre la charge ou la décharge, si la sécurité de la batterie est en jeu (courant de charge ou température trop élevée, surcharge d’un élément, etc…).

Fabrication des batteries Lithium-Ion

Une batterie Li-Ion pour nos vélos, c’est une coque en plastique (ou en alu parfois), qui contient une série d’éléments qui ressemblent à des piles (format 18650 pour la plupart : diamètre 18 mm, longueur 65 mm). Dans la coque on trouve aussi le circuit électronique de surveillance (BMS).

Baterie Phylion ouverte

Pour fabriquer une batterie de vélo, on distingue d’un côté le fabricant des éléments, et de l’autre l’assembleur de la batterie.

Si l’assemblage est une opération relativement simple qui peut se réaliser à une échelle artisanale, la fabrication des éléments nécessite d’importants approvisionnements en matières premières et la mise en œuvre de technologies complexes. La fabrication des cellules Li-Ion est contrôlée à l’échelle mondiale par 3 fabricants historiques (Panasonic, LG Chem, et Samsung SDI) et un nouveau venu sur ce marché (SK innovation).

Nos batteries sont équipées d’éléments Samsung, (modèles ICR18650-22P dans les 400 Wh, et INR18650-29E dans les 500 Wh), et l’assemblage est confié à Phylion, l’un des plus grands assembleur de batteries pour les VAE distribués en Europe. Cet assembleur est basé en Chine.

Regardons un peu plus précisément les performances des batteries montées sur nos vélos Oklö.

Autonomie des vélos Oklö

L’autonomie des vélos Oklö, comme de tous les vélos électriques, varie beaucoup en fonction des paramètres suivants :

  • niveau d’assistance sélectionné
  • chargement du vélo (poids total)
  • dénivelé
  • température

Dans le tableau ci-dessous, les valeurs d’autonomie sont données à titre indicatif, pour une température de 25 °C. Par des températures proches de 0 °C, l’autonomie peut être réduite d’environ 20% par rapport à ces valeurs (et jusqu’à 40% par -10 °C).

L’autonomie minimum est donnée pour les conditions suivantes :

  • assistance niveau 5 (maxi)
  • chargement maximum (poids total 130 kg)
  • dénivelé prononcé (200 m de dénivelé positif + 200 m négatif pour 10 km de distance)

L’autonomie maximum est donnée pour les conditions suivantes :

  • assistance niveau 2
  • chargement minimum (poids total 100 kg, soit un cycliste de 70 kg sans bagages)
  • dénivelé nul ou presque

L’assistance niveau 1 offre un très faible niveau d’assistance, elle permet juste de compenser le poids du vélo chargé, c’est pourquoi nous ne la considérons pas pour l’autonomie maxi.

Autonomie à 25 °CMiniMaxi
Batterie 400 Wh
(plus commercialisée en 2020)
40 km65 km
Batterie 500 Wh55 km90 km

Durée de vie de la batterie et précautions d’emploi

La question nous revient souvent, à juste titre car l’achat d’une batterie de rechange représente un coût important. Encore une fois, cela dépend énormément de l’utilisation qui en est faite. Pour répondre à cette question, il faut savoir qu’une batterie Lithium s’use :

  • au cours de chaque cycle de charge-décharge (cyclage)
  • au cours du stockage
  • beaucoup plus vite avec des températures élevées

Les éléments montés dans nos batteries sont donnés pour avoir encore une capacité résiduelle de 70% au bout de 500 cycles de charge décharge complets (de 0 à 100%).

Mais si on ne décharge qu’à 30% à chaque cycle, au lieu de descendre jusqu’à 0%, la durée de vie sera bien supérieure à 500 cycles. Un article sur les éléments Panasonic (lien ci-dessous) affirme que la durée de vie peut être de 40 000 cycles pour des cycles de 30 à 70% ! Pour exemple, voir ci-dessous le graphique de durée de vie en cyclage des éléments Panasonic NCR18650 PF :

L’autre paramètre qui influe sur le vieillissement c’est le niveau de charge lors du stockage. Il est déconseillé de stocker une batterie Lithium totalement chargée ou totalement déchargée. Pour tous les stockages, qu’ils soient de courte ou longue durée, il faut idéalement que la batterie soit entre 50% et 60% de son niveau de recharge. Cela veut dire qu’il est déconseillé de recharger la batterie après chaque usage si on ne sait pas quand sera la prochaine sortie, mais qu’il faut plutôt la recharger juste avant de l’utiliser.

Enfin, les températures élevées accélèrent le vieillissement interne des batteries. C’est pour cette raison qu’il est déconseillé de laisser la batterie toute une journée sur le vélo en plein soleil. Il vaut mieux la prendre avec soi et la stocker dans un endroit frais.

Maintenant que tout cela est dit, on peut annoncer que dans le pire des cas, une batterie peut rendre l’âme au bout de 3 ans : si l’utilisateur la laisse en permanence chargée à fond, et qu’il la vide systématiquement à 0% lorsqu’il l’utilise (même s’il l’utilise très peu !).

A contrario, une batterie qu’on ne déchargera que jusqu’à 20 ou 30% mini, et qu’on laissera stockée à 60% (3 barrettes allumées sur les 5) entre chaque utilisation ou pendant l’hiver, pourra durer 10 ans et 1 000 cycles, c’est à dire 30 000km… avec une capacité de 80% de ce qu’elle avait à l’origine.

C’est en partie pour cette raison que lorsqu’on choisit son vélo et la taille de la batterie, il est conseillé de choisir une capacité au minimum 2 fois supérieure à son besoin journalier : si on recharge la nuit, la batterie étant pleine le matin sera à moitié vide le soir, et elle pourra attendre dans cet état de charge jusqu’à la prochaine recharge, sans s’abîmer. Elle pourra aussi traverser les hivers froids (-30% d’autonomie) et le vieillissement (-20%) tout en conservant une autonomie suffisante pour vous emmener au boulot, et vous ramener sans faiblir !

Sur nos batteries, il est possible d’accéder à un certain nombre d’informations pour connaître son état de santé : capacité résiduelle par rapport à la capacité initiale, équilibrage des éléments, nombre de cycles de charge-décharge… Tout est expliqué dans la notice (lien).

Après la fin de vie, le recyclage ?

Lorsqu’une batterie a trop perdu en capacité, elle ne doit en aucun cas être jetée à la poubelle. Ses constituants internes sont très polluants, elle doit donc impérativement être traitée dans une filière adaptée pour être démantelée en minimisant son impact sur l’environnement, ou même être réutilisée dans des centres stationnaires de stockage d’énergie électrique (produites par le photovoltaïque ou l’éolien).

Pour tous les vélos vendus en France, les revendeurs sont tenus d’accepter le retour des batteries usagées. Lorsqu’ils ont un stock suffisant (10 batteries au minimum), ils contactent l’organisme de collecte qui passe gratuitement récupérer les batteries.

Oklö adhère à la filière de recyclage COREPILE. Pour chaque vélo à assistance électrique vendu, une participation de 6€ TTC est reversée à Corepile pour la collecte et le recyclage des batteries. Une fois récupérées, Corepile confie le recyclage des batteries lithium à deux entreprises françaises : Eurodieuze (57) ou Recupyl (38). Au sein de ces 2 entreprises, le recyclage des batteries au lithium utilise le procédé d’Hydrometallurgie. Les composants sont séparés par des procédés chimiques. Si le Cobalt est assez bien recyclé, la fraction de Lithium récupérée suite au recyclage est encore assez faible car trop coûteuse par rapport au coût d’achat de la matière issue de l’extraction minière.

Cependant, il faut relativiser car une batterie Lithium-ion ne contient en réalité que très peu de lithium : une batterie de 500 Wh (3,2 kg sur nos vélos, dont 2,5 kg d’éléments) contient à peine plus de 50 g de lithium, qui ont nécessité l’extraction de 300 g de carbonate de Lithium.

Encore des questions ?

Vous voilà renseignés sur ce réservoir d’énergie qui alimente votre vélo ! Cependant les technologies évoluent très vite dans ce domaine. Les nouvelles générations de batteries sont très attendues par tous les utilisateurs de véhicules électrique, nous vous tiendrons informés dès qu’elles apparaîtront sur nos vélos électriques !

Sources

https://www.usinenouvelle.com/article/sk-innovation-travaille-sur-de-nouveaux-sites-avec-volkswagen-et-la-chine.N829325
http://culturesciences.chimie.ens.fr/stockage-de-l%C3%A9nergie-%C3%A9volution-des-batteries-12
http://roulezelectrique.com/discussion-sur-la-panasonic-ncr18650b/
https://energieetenvironnement.com/2018/07/08/les-limites-pratiques-du-recyclage-des-batteries-au-lithium/
https://www.corepile.fr/la-filiere/recyclage/
https://www.automobile-propre.com/le-lithium-pour-les-nuls/