Quelle puissance pour un vélo électrique ?

 

1 - Qu'est-ce que la puissance d'un VAE ?

 

Les constructeurs et distributeurs de vélos à assistance électrique (VAE) annoncent de plus en plus une puissance électrique maximum en Watt (W) et/ou une capacité en Watt par heure (Wh) pour caractériser et différencier leurs produits,

 

Les explications et exemples qui suivent concernent les VAE homologués à circuler sur la voie publique avec  les limites maximum de 25 km/h et un moteur de puissance nominale de 250W. Au-dessus de 250W, ce n'est plus un vélo électrique mais un cyclomoteur et la réglementation est différente (casque, assurance, immatriculation, pour être autorisé à circuler sur la voie publique). Les exemples sont basés sur des batteries au Lithium avec une tension nominale de 36V (la tension réelle est en général plus proche de 38V).

 

La puissance électrique maximum s'exprime en Watts (W) et s'obtient en multipliant la tension nominale du vélo électrique (24, 36 ou parfois 48 Volts) par l'intensité en Ampères (A) délivrée par le contrôleur (habituellement entre 15 et 18A, plus rarement en dessous ou au dessus).

Par exemple, une tension de 36V et un controller de 15A donneront une puissance électrique de 540W.

 

La puissance électrique instantanée (W) d'un vélo électrique est variable et dépend de l'effort demandé à un instant donné. Elle dépasse assez souvent la puissance nominale du moteur et peut monter jusqu'à 2,5 fois cette puissance en continu et ponctuellement jusqu'à 3 fois la puissance nominale si celle du contrôleur et de la batterie le permettent.

Par exemple, une tension de 36V et un contrôleur de 15A donneront une puissance maximum de 540W en côte, 250W sur le plat et zéro W en descente.

 

La capacité du vélo électrique s'exprime en Watt par heure (Wh) et dépend directement de la capacité de la batterie. Elle s'obtient en multipliant la tension en Volt par la capacité de la batterie en Ampères par heure (Ah).

Cette capacité détermine d'une part le niveau de décharge recommandé appelé "1C" (c'est le niveau de puissance ou d'intensité de décharge pour préserver au mieux la durée de vie de la batterie), et d'autre part elle représente une réserve d'énergie (c'est l'équivalent d'un réservoir de carburant) et sa consommation s'exprime en Wh par km.

Par exemple, une batterie de 36V 10Ah donnera une capacité de 360Wh, permettra une intensité de décharge 1C de 10A et une autonomie de 40km avec une consommation de 9Wh par km. 

2 - Quelle est la puissance du moteur ?

 

La puissance mécanique nominale du moteur est limitée par la réglementation européenne à 250W, ce qui explique la raison pour laquelle la majorité des vélos électriques sont équipés de moteur 250W. La législation fait référence à une puissance mécanique, ce qui, compte tenu d'un rendement entre 70 et 80%, donne une puissance nominale électrique de 300 à 350W. On trouve quelquefois des moteurs de puissance inférieure avec faibles batteries (pour diminuer les coûts) mais c'est assez rare. La puissance nominale est celle à laquelle le moteur fonctionne sans monter en température, ce qui correspond à peu près à un vélo électrique lancé à 25 km/h sur un circuit plat sans vent contraire et sans surpoids.

Un moteur de 250W nominal, supportant aisément une augmentation de température, peut absorber une puissance allant jusqu'à 2,5 fois sa puissance nominale en continu, soit environ 650W, et temporairement un maximum de 3 fois sa puissance nominale soit environ 1000W électriques lors d'efforts plus importants.

En pratique, cela signifie que le moteur sera rarement un frein à la puissance du vélo électrique, c'est le contrôleur qui pilote et limite la puissance envoyée au moteur.

 

3 - Quelle est la puissance d'un contrôleur ?

 

Après le moteur, le second élément qui caractérise la puissance d'un vélo électrique est le contrôleur (c'est le cerveau électronique qui pilote le moteur). Sa puissance de sortie est donc primordiale. Elle s'exprime généralement en Ampères. Il suffit donc de la multiplier par la tension en volts pour obtenir des watts. Pour piloter un moteur de 250W, il existe des contrôleurs de 10 à 18A (le plus souvent 15A), voire parfois 20 à 25A et même jusqu'à 30A, ce qui donne en 36 volts les puissances maximum de :

 - 360W avec un controller de 10A

 - 468W avec un controller de 13A

 - 540W avec un controller de 15A (le plus usuel)

 - 648W avec un controller de 18A

 - 720W avec un controller de 20A

 - 900W avec un controller de 25A

 - 1080W avec un controller de 30A  

Beaucoup de vélos électriques sont équipés de contrôleur 15 Ampères (donc 540W maximum), ce qui est nécessaire et suffisant sur la plupart des parcours. Pour des parcours plus sportifs ou extrêmes, des contrôleurs plus puissants existent aussi.

 

Le couple moteur (N/m) joue aussi un rôle important dans le confort d'utilisation du vélo électrique. Il dépend généralement du rapport de réduction mécanique des engrenages. Plus la réduction est importante, plus le couple moteur sera important et souple (sans à coup au démarrage). Les meilleurs couples se situent actuellement entre 60 et 80 N/m.

 

4 - Quelle est la puissance de la batterie ?

 

Le troisième élément intervenant dans la puissance du vélo électrique est sa batterie. Celle-ci doit posséder les performances suffisantes pour fournir une puissance maximum en adéquation avec celle du contrôleur.

 

Pour garantir une longévité optimum, une batterie au Lithium doit fonctionner avec une intensité de décharge inférieure ou égale à 1 fois sa capacité (1C). Par exemple, pour une batterie de 10Ah, l'intensité "1C" est de 10A, pour 15Ah, l'intensité "1C" sera de 15A.

 

Avec un contrôleur de 15A, il faut donc une batterie d'au moins 15Ah. Si la batterie n'est que de 10Ah, elle fournira quand même les 15A  demandés par le contrôleur mais fonctionnera alors avec une décharge de 1,5C. En se déchargeant à 1,5C, la longévité de la batterie s'en trouve réduite.

 

Si la plupart des fabricants sont unanimes sur le fait qu'une décharge égale ou inférieure à 1C préserve une longévité optimum, ils sont beaucoup plus avares d'informations concernant l'incidence précise des décharges supérieures à 1C sur la longévité. Si on s'en réfère aux caractéristiques annoncées par ces fabricants, on pourrait supposer qu'une consommation moyenne de 1,5 à 2C diminuerait la longévité de la batterie de 20 à 30%. Quand le fabricant annonce une longévité entre 400 et 600 cycle, on peut en déduire que 600 cycles est un maximum dans le cadre d'une décharge de 1C et que 400 cycles serait un minimum dans le cadre d'une décharge moyenne de 1,5 à 2C.

 

En général, une batterie au Lithium peut supporter une décharge maximum de 1,5 à 2 fois sa capacité (2C) en continu, 3 fois sa capacité (3C) pendant 15 à 30 secondes et jusqu'à 5 fois sa capacité (5C) avec coupure immédiate de la batterie à 50A, ce qui est largement au-dessus des possibilités du moteur (un moteur de 250W accepte entre 18 et 20A en continu et 30A en Crète).

 

 Avec un contrôleur de 15A, sauf anomalie de fonctionnement ou court-circuit, ces limites ne sont jamais atteintes. Avec un contrôleur de 20A, la limite de 2C pourrait être atteinte sur une batterie de 10Ah. Dans ce cas il est préférable de choisir une capacité supérieure de batterie.

 

Les batteries au Lithium sont protégées par des circuits électroniques appelés BMS (Battery Management Systeme) qui coupent l'alimentation en cas de surtension, sous tension ou surintensité.

 

Quant à l'autonomie du vélo électrique, elle dépendra de la capacité batterie, mais aussi du poids du cycliste et du type de parcours (plus ou moins vallonné). Un vélo électrique consomme en moyenne 7Wh par km dans des conditions d'utilisation raisonnable de l'assistance électrique sans fortes côtes et sans surpoids. C'est une consommation économique. En utilisant le niveau d'assistance maximum, la consommation sera plutôt de 10Wh par km , voire plus.

 

Avec une capacité de 400Wh, si le vélo électrique consomme 7Wh par km, l'autonomie sera de 57 km, mais à 10Wh par km, elle ne sera plus que de 40 km. Plus la capacité de la batterie est élevée, plus l'autonomie sera importante.

 

5 - Quel choix pour quelle utilisation ?

 

Le choix de la puissance du vélo électrique dépendra de l'utilisation envisagée mais dans tous les cas, il faut s'assurer que la capacité batterie soit en adéquation avec la puissance du contrôleur.

 

Utilisation urbaine régulière avec faibles pentes 

Pour une utilisation régulière en parcours urbain plats et faiblement vallonnés, un vélo électrique de 540W (36V et un contrôleur de15A) est suffisant avec une batterie de 360 à 540Wh.

 

Utilisation régulière sur parcours vallonnés avec fortes côtes

Pour une utilisation assez large en circuit vallonné, un vélo électrique de 540 à 650W (36V et un contrôleur de15 à 18A) avec une batterie de 540 à 650Wh est préférable. Cette configuration convient aussi pour du cyclotourisme avec une capacité batterie éventuellement plus élevée pour augmenter encore l'autonomie.

 

Utilisation régulière en montagne

En montagne ou pour le franchissement d'un col, le moteur devra supporter en continu une forte puissance pendant tout le temps de la montée. Dans cette situation, la puissance maximum du vélo électrique devrait se situer entre 650 et 720W (36V et un contrôleur de 18 ou 20A), le maximum admissible en continu par un moteur de 250W, avec une capacité batterie de 650 à 720Wh (18 à 20Ah). Un couple moteur élevé est recommandé (80N/m)

 

Pratique du VTT

Pour la pratique du VTT électrique, les efforts demandés peuvent être ponctuellement plus importants (sur de courte durée) et même si une puissance supérieure à 650 ou 720W pourrait être envisagée, c'est la capacité batterie qui ne suivra pas (en poids, en volume et en prix). Dans ce cas, un choix de moindre capacité (que 650Wh) aura pour incidence de diminuer la longévité initiale de la batterie (décharge supérieure à 1C).

 

Utilisation extrême ou expérimentale

Plus généralement, au delà de 720W (voire jusqu'à 1000W avec un contrôleur de 30A), la pratique reste plus ou moins expérimentale et la durée de vie des composants électriques comme le moteur et la batterie s'en trouvent fortement diminuée.

 

Le tableau suivant préconise des capacités de batterie en fonction de la puissance du vélo électrique pour des décharges moyennes de 1C, 1,25C et 1,5C.

puissance d'un vélo électrique

Cliquez sur les liens ci-dessous pour avoir plus de détails :

1-      Pourquoi un vélo électrique

(pour en savoir plus sur l'utilité d'acquérir un vélo électrique)

2-      l’utilisation envisagée

(pour en savoir plus sur les programmes possibles, la corpulence du cycliste, les normes et les prix)

3-      la batterie

(pour en savoir plus sur la technologie, la capacité, l'autonomie et la longévité des batteries)

4-      les autres composants électriques

(pour en savoir plus sur le moteur, le controller, les capteurs et les panels de contrôle)