Questions auxquelles nous allons essayer de répondre
Sais-tu combien de cellules de batterie tu as dans ta batterie de vélo ? Est-ce important ?
Savais-tu que tu pourrais avoir jusqu'à 40-60 cellules ?
Pourquoi une batterie de e-bike avec 40 cellules peut-elle limiter la puissance maximale qu'un certain moteur peut fournir ?
Pourquoi le moteur Avinox M2S, qui peut offrir un maximum de 1500W, est-il limité à 1300W sur certains modèles de vélos ? Est-ce la batterie qui est en cause ?
Combien de batteries a la batterie Avinox FP700 et de quel type ?
Quelle est l'histoire de ces batteries ? Viennent-elles de l'industrie automobile ? Ont-elles un lien avec Musk ?
Pourquoi l'Avinox FP700 peut-elle offrir 1500W à un moteur alors que les autres ne le peuvent pas ?
Qu'ont-elles de plus ?
Qu'ont-elles de moins ?
À propos des cellules de batterie dans les batteries de e-bike
La plupart des fabricants de batteries de e-bike utilisent les pratiques et éprouvées 21700. Que nous dit ce code, cette dénomination ?
Tout d'abord, les dimensions :
- Diamètre : 21 mm
- Longueur : 70 mm
Étant une batterie au lithium, sa tension nominale est de 3.6V. C'est une convention technique car en réalité, lorsqu'elle est complètement chargée, elle atteint 4.2V et se décharge jusqu'à un minimum de 2.5V ou même plus tôt, selon la façon dont le contrôleur BMS (Battery Management System) est programmé, pour laisser un peu de jus au moins pour le contrôleur, afin de te montrer le chemin du retour à la maison éventuellement.
Pour alimenter le moteur électrique avec 36 V, nous avons besoin de 10 de ces batteries en série, n'est-ce pas ?
3.6V x 10 batteries en série = 36V
Et nous avons à peu près résolu le problème de la tension. De plus, nous aurons une batterie fine de 2 cm de diamètre et de 70 cm de longueur, elle ne rentre pas vraiment dans le downtube, mais si nous les regroupons par 6 et empilons 7 de ces paquets, ça pourrait passer.
Pourquoi les cadres sont-ils si encombrants pour faire de la place pour les batteries carrées de e-bike ? Pourquoi l'Avinox FP700 est-elle si fine ?
Image de l'Avinox FP700 :
Dimensions :
Longueur : 558.5 mm
Largeur : 59.1 mm
Hauteur : 56.1 mm
Quelles batteries utilise l'Avinox FP700 ?
Quelques images comparatives des cellules Avinox 50480 par rapport aux classiques 21700 :
Un peu différentes, non ?
Avec de telles cellules, on peut obtenir une forme presque cylindrique pour une batterie de e-bike.
Bien sûr, pour faire de la place pour les circuits complexes de mesure, de connexion et de gestion des cellules, il faut un peu d'espace entre les batteries mais aussi autour d'elles.
Les cellules alignées dans une batterie FP700 dans un cadre transparent de l'Amflow PX
Ces cellules ont été vues dans une présentation Tesla.
Ils ont une construction spéciale appelée Tabless, qui réduit drastiquement la résistance interne en connectant les électrodes métalliques sur toute leur longueur à chaque extrémité, et pas seulement au début et à la fin comme les 21700.
Dimensions et capacités qui ont permis à Tesla de réduire le nombre de cellules de 7000 à moins de 1000 dans une voiture électrique :
Pour les passionnés, vous pouvez voir comment une telle batterie est construite, ceux de Munroe les démontent et montrent les principes de fonctionnement et de fabrication tabless : https://www.youtube.com/watch?v=VEBY7rEUZiI
Mais si nous mettons 10 batteries 4680 en série sans autres entretoises, nous obtenons une batterie d'au moins 800 mm de longueur et elle ne rentrerait pas vraiment dans le downtube.
D'après les spécifications, nous voyons que l'Axinox FP700 mesure au total 558 mm.
Ampace 50480
En poursuivant nos recherches, nous avons découvert qu'il s'agit d'une batterie sur mesure 50480, fabriquée par Ampace spécialement pour Avinox, qui offre une densité d'énergie de 220Wh/kg. Voir le communiqué de presse : https://en.prnasia.com/releases/global/-c-o-r-r-e-c-t-i-o-n-ampace--529515.shtml
« Une cellule surpasse six cellules 21700 standard » une cellule 50480 fait autant que 6 cellules 21700 connectées en parallèle.
La capacité nominale est de 19.4 Ah contre 4 Ah pour une cellule 21700.
Étant presque cylindrique, la batterie Avinox FP700 est la seule batterie au monde qui peut s'intégrer très bien dans le downtube de l'Atherton :
À propos, parce qu'ils n'utilisent qu'un profil cylindrique pour le cadre, Atherton peut offrir 12 tailles aux clients en fonction des dimensions personnelles uniques de chaque rider. Avec un Atherton, tu ne peux pas te plaindre de ne pas avoir une bonne position sur le vélo.
De combien de batteries avons-nous besoin dans une batterie de e-bike ?
Revenons à notre série de 10 batteries en série, nous venons de résoudre le problème de la tension de 36V.
Suffit-il de mettre 10 batteries 21700 en série ? Calculons quel courant et quelle puissance peut nous offrir une batterie avec 10 batteries 21700 en série.
Étant connectées en série, vois la loi d'Ohm (tu es homme avec moi, je suis homme avec toi, non ?), le courant maximum qui peut être obtenu est celui d'une seule batterie.
La capacité de ces types de batteries est comprise entre 3000 mAh et 6000 mAh (cela dépend du fabricant), du lot et bien sûr du prix.
Prenons une batterie 21700 comme modèle, sans donner de noms car il y en a beaucoup, dont le courant nominal de décharge est de 4000 mA.
Cependant, selon les données du catalogue, elle peut tirer jusqu'à 35A en continu ou même 45A mais en limitant la température à 80 degrés, comme indiqué dans le catalogue.
La beauté des batteries au Lithium est qu'elles peuvent fournir un courant très élevé lorsqu'il est nécessaire d'atteindre des pics, des dizaines de fois plus élevé que le courant nominal, pouvant atteindre des puissances maximales incroyables, mais il faut faire attention à la température de la batterie et en plus, cela réduira drastiquement le temps d'exploitation, sans parler de la tension qui diminuera dramatiquement avec l'augmentation du courant. Si la tension baisse, la puissance baisse aussi, n'est-ce pas ? N'oublions pas que P (W) = U (Volts) x I (Amperes)
De combien cela baisse-t-il ? À peu près comme ça :
C'est pourquoi on parle de puissance maximale, car elle ne peut être fournie en continu que sur de courtes périodes.
Mais combien de temps puis-je exploiter une batterie complètement chargée (celle de l'exemple) ?
Si je consomme seulement 1A, la batterie me tiendra 4 heures.
Si je consomme 4A, elle ne tiendra qu'une heure.
Quelle puissance pouvons-nous obtenir à 4A ?
La puissance P=U x I=36 V x 4 A = 144 W donc il nous reste « un peu » avant d'atteindre 1500 W, n'est-ce pas ?
Nous avons appris jusqu'à présent qu'une série de 10 batteries ne suffit pas pour atteindre 1500W mais seulement 144W... Quelles solutions avons-nous pour augmenter la puissance ?
De combien de batteries avons-nous besoin dans une batterie de e-bike ?
Mettons aussi des batteries 21700 en parallèle, pas seulement en série !
C'est-à-dire 10 en série pour avoir 36V au moteur et 4 en parallèle. Cette combinaison s'appelle 10S4P, 10 en série de 4 en parallèle.
Nous avons répondu à la première question, il nous faut 40 batteries dans la batterie de e-bike pour pouvoir obtenir 576W (4 x 144W).
Ci-dessous, des détails internes de construction d'une batterie de Phylion. Comme vous pouvez le voir, c'est un véritable travail d'ingénierie pour connecter les batteries, leur sécurité physique en cas de choc, de déformation, la séparation entre elles pour le refroidissement et la sécurité, mais aussi une électronique avancée pleine de capteurs de température, de sources de courant, de comparateurs, de contrôleurs, qui assurent le bon fonctionnement tant lors de la charge que lors de la décharge de chaque cellule.
Comment résoudre le problème de la puissance de 1500W ?
On dirait que nous sommes encore loin des 1500 W, n'est-ce pas ?
Mais comme nous savons que nous pouvons tirer non seulement 4A mais aussi des dizaines d'amperes de nos cellules, donc si nous tirons non seulement 4 A mais environ 12A des batteries, nous découvrons que nous pouvons atteindre en pointe 1500W sans problème. Bien, notre batterie se terminerait en environ 17 minutes mais le plaisir serait maximal.
Cependant, les vélos ne nous laissent pas faire cela car il y a aussi le problème de la chaleur des batteries, de sorte que le contrôleur nous permettra de livrer une puissance maximale mais seulement jusqu'à atteindre une température de fonctionnement sûre de la batterie. Et si nous pouvions en abuser en courant, nous n'obtiendrions pas grand-chose car vous avez vu comment la tension diminue lorsque nous augmentons le courant, la puissance se limitera d'elle-même dans l'équation P = U x I.
Dans les voitures électriques, ayant plus d'espace à disposition, les cellules sont aidées par un système de refroidissement mais aussi de chauffage lorsque les températures sont trop basses, nous savons tous comment la batterie du téléphone se décharge au ski si nous ne la gardons pas près de notre corps, au chaud.
Combien de temps pouvons-nous livrer continuellement 1500W ?
Avinox nous offre un graphique dans lequel nous voyons que la puissance de 1500W, disponible uniquement avec les batteries FP700, ne peut nous être livrée que pendant 6 minutes après quoi elle diminue drastiquement.
Si nous tirons seulement 1000W, nous pouvons maintenir cette puissance pendant 28 minutes.
En pratique, nous avons vu que les batteries au Lithium peuvent nous offrir des performances exceptionnelles, des excursions de courant spectaculaires lorsque nous en avons besoin, mais nous devons prendre soin d'elles pour ne pas trop chauffer afin de pouvoir les exploiter aussi longtemps que possible en toute sécurité. Nous parlons de sécurité car nous savons comment le Lithium se comporte au contact de l'air, il brûle violemment...
Pourquoi sur certains modèles de vélos avec moteur Avinox M2S la puissance déclarée est de 1300W et non 1500W ?
Parce que la résistance interne de la plupart des modèles de batteries ne permet pas d'atteindre cette valeur. Parce que les cellules des batteries ont été choisies quelque peu à la limite, pour servir des modèles de moteurs apparus jusqu'en avril 2026 lorsque toute l'industrie a été bouleversée par l'apparition de l'Avinox M2S qui peut offrir 1500W.
Avinox, en collaboration avec Ampace, a créé un nouveau modèle de batterie, utilisant la technologie adoptée pour la première fois par Tesla, Tabless, c'est-à-dire non seulement deux connecteurs fins aux extrémités éloignées des feuilles, soudés par points, mais un contact permanent sur toute la longueur de la feuille, résultant en une résistance interne électrique très faible (3 fois plus faible que celle de la 21700), de faibles pertes de tension sur la batterie à des courants élevés (voir le graphique ci-dessous), des courants de charge plus élevés mais aussi une densité de charge 5 fois plus élevée que les cellules classiques 21700.
Vous allez dire qu'en connectant plusieurs cellules 21700 avec une résistance interne élevée en parallèle, la résistance résultante sera beaucoup plus faible. Et pourtant, à ce jour, il existe des limitations constructives et fonctionnelles des cellules 21700 qui rendent cette réalisation encore impossible. Je suis convaincu qu'il est possible d'atteindre la puissance de 1500W même avec des configurations de 40-60 cellules 21700 avec des performances supérieures, peut-être en technologie Tabless, qui sait ? Nous promettons de vous informer lorsque ces modèles de batteries de e-bike apparaîtront.
Passage de Ah à Wh
À propos des tailles, il est très simple de passer de Ah (capacité de charge de la batterie, 1 Ah=3600 Coulombs) Ampères x heure à Wh (Énergie électrique en Joules, 1 Wh=1W×3600 secondes = 3600 J, comme sur le compteur électrique à domicile) Watts x heure simplement en multipliant la valeur Ah par la tension nominale de 3.6 Volts.
La cellule Ampace 50480 a 19.4 Ah, multiplié par 3.6V donne 70 Wh.
Nous multiplions par le nombre de cellules en série, 10 au total, ce qui donne 700Wh. Maintenant, nous savons aussi pourquoi la batterie Avinox FP700 avec ce type de cellules Ampace 50480 ne peut nous offrir que 700 Wh à 36V. Ni plus, ni moins.
Voilà pour cet épisode sur les batteries.
Nous continuerons dans le prochain avec les moteurs : puissances, couple, pourcentages de soutien, rapports de transmission, types de systèmes planétaires et pignons, transistors de puissance avec Si ou Gallium ? Chargeurs avec Gallium, GaN, embrayages, roulements et d'autres détails mécaniques qui permettent d'atteindre une puissance de 1500W à 150 Nm. De plus, une pédalage facile, sans bruits étranges en descente et sans ressentir de freinage, aucune résistance dans le pédalier de la part du moteur. À propos des capteurs, types de capteurs, où ils sont montés et la synchronisation avec les systèmes de transmission.
