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VAE et régénération: charger la batterie dans les descentes

Depuis qu'existent les vélos électriques, la sempiternelle question du quidam découvrant le vélo à assistance électrique est "Et ça recharge dans les descentes ? en plat ? ".

Face à une telle question, le vendeur a 2 réponses; la première est d'acquiescer, et remporter la vente. La seconde est plus nuancée, mais oblige à décortiquer les aspects technologiques. Celle-ci fait l'objet de cet article.

Description de la régénération



La régénération consiste à récupérer l'énergie perdue au freinage. Sur nos VAE, elle est alors stockée dans la batterie, et permet d'augmenter l'autonomie.
Un autre effet de la régénération, peut être encore plus intéressant, est de fournir un frein moteur.

Techniquement, on utilise la réversibilité du moteur électrique à se transformer en génératrice de courant.

Ceci peut se produire lorsqu’une force mécanique va faire tourner le moteur. Cette force est obtenue lors d’un freinage ou dans les descentes lorsque la pente entraine le velo.



Vae concernés


Tous les VAE ne sont pas aptes à la récupération d'énergie.
2 conditions sont nécessaires :
- le moteur doit pouvoir être entrainé au freinage donc être dépourvu de roue libre ;
- le contrôleur doit pouvoir gérer la récupération.

En pratique cela exclu tous les VAE à moteur pédalier (Panasonic, Teith, Cyclone, ….), seuls les moteurs roues offrent aujourd’hui cette possibilité mais pas tous les moteurs.

Dans le domaine des VAEs industriels, essentiellement ceux intégrants la technologie BionX offrent la regeneration (Matra, Farrad & Müller, ...).
Pour les autres, il est possible de les modifier pour l'intégrer en changeant le contrôleur si le moteur est compatible.
Dans le domaine du kit , les systèmes regenerants sont plus fréquemment proposés.


intérieur de moteur Golden Motor

Les moteurs régénérants



Peu importe que le moteur soit à balais ou sans (brushed / brushless), avec capteurs à effet Hall ou sans (sensored / sensorless), avec réducteur ou sans (geared / gearless), mais il doit être dépourvu de roue-libre interne.

Attention, ne pas confondre cette roue libre avec celle présente dans les pignons de la roue arrière (cassette ou roue-libre).


Dans les moteurs roues, il faut un entrainement direct sans roue libre, c’est généralement le cas de la plupart des moteurs roue sur le marché aujourd’hui : Nine Continent, GoldenMotor, Chrystalyte... Seuls les moteurs Bafang(Vicky) sont impropres car ils accueillent une roue libre interne qui interdit toute régénération.

Pour savoir si votre moteur peut régénérer, il faut constater si il a une vitesse limite (en 36V autour de 30km/h voir plus). A cette vitesse pédaler devient très difficile le moteur oppose une résistance forte, il est devenu une génératrice qui produit du courant. Le moteur est à entrainement direct s'il présente une vitesse limite, bien évidemment, à l'inverse si on peut pedaler aux vitesses élevées , le moteur integre une roue libre.
Une méthode plus simple mais moins fiable est, après avoir mis la roue du vélo dans le vide, la lancer à la main. La force contre électromotrice qui va se créer va freiner légèrement la roue. S’il y a une roue libre la roue va se freiner moins vite vu que le moteur ne sera pas entrainé.

Certains constructeurs ont introduit une roue libre dans leur moteur de façon à pouvoir continuer à pédaler au delà de la vitesse limite du moteur. C’est le cas des moteur Bafang qui, outre des pignons de démultiplication, ont une roue libre.
Bien que cela soit indépendant, dans la pratique, on observe que la présence de roue libre et de démultiplication vont de paire, bien que rien n’empêche de concevoir un moteur « geared » dépourvu de roue libre, ou l'inverse.


Les contrôleurs régénérants



Bien que le moteur soit du type régénérant, il faut encore avoir un contrôleur capable de la gérer.
Heureusement la majorité des contrôleurs vendus actuellement ont la possibilité de prendre en charge la régénération. Par contre très souvent, par défaut, elle n’est pas connectée, sauf bien sur s’il est vendu avec l’option active.
Certains sont activable par soft : Kelly, GoldenMotor, pour d’autres il faut connecter 2 points sur la carte (ex : ceux vendus chez Ebike.ca)

Rien ne les distinguent des autres, à part qu'ils savent gérer le double sens du courant.
Voir Comment parametrer votre controleur Infineon avec Windows7 ou XPpour la programmation de Chips infineon.

Quelques contrôleurs proposent des options de régénérations intéressantes, exemples :
-Les contrôleurs des kits Bionx (qui équipent certains vélo à assistance électrique Matra et beaucoup de vélo à assistance électrique Allemand /Suisse) permettent de gérer un frein-moteur selon 4 puissances pour doser plus finement selon le parcours envisagé.
-Les contrôleurs Kelly offre une entrée pour brancher une poignée accélératrice (ou pouce ou potentiomètre 3 fils) pour générer la force de freinage (en fonction de la tension de la batterie réglée au seuil haut).


La récupération d'énergie, en pratique



Récupération d'énergie au freinage



La plupart des vélos électriques sont équipés de capteurs de freinage, au niveau des leviers de frein ; techniquement, c'est un simple interrupteur poussoir, en mode tout-ou-rien. Son rôle est de couper immédiatement l'assistance.
C'est ce même contacteur qui est souvent utilisé pour la régénération, mais dans ce cas non seulement il coupe l'assistance, mais passe en mode "génératrice".
Il existe des systèmes à gâchette qui permettent de faire fluctuer la puissance du frein moteur. Dans ce cas on utilise plus le levier du frein mais on agit sur la gâchette.

Contrairement au freinage qui est proportionnel à la force d’appui sur le levier, un frein moteur comme sur une moto thermique, a une puissance fixe. Cela peut être brutal.
Contrairement à un frein moteur thermique, il y a souvent matière à régler la puissance du frein moteur induit par la régénération.

Exemple, le contrôleur GoldenMotor : un logiciel de paramétrage permet d'agir sur un ratio de régénération, entre 0 et 100%. De plus, cette puissance est également fonction de la vitesse.
Si on choisi un ratio élevé, on obtiendra un frein-moteur efficace, qui régénère beaucoup de puissance, appréciable également en terme de sécurité, agrément et économie de patins.
Par contre dans le cas d'un freinage léger, le frein moteur agit avec la même puissance de freinage ce qui peut surprendre au début.

C’est le défaut de ce système tout ou rien, il serait judicieux de généraliser les systèmes à régénération variable ou tout au moins introduire comme Bionx des degrés ; en descente de col on le met au maximum, sur des descentes plus légères ou en ville on se met sur des niveaux intermédiaires voir faible, bien sur au détriment du gain d’autonomie induite.

A noter que les contrôleurs régénérants n’alimentent plus la batterie si celle-ci est pleine et donc coupent la fonction régénératrice, dans ce cas on perd le frein moteur.


Récupération d'énergie sur plat ou en descente



Au dessus de la vitesse limite, le moteur passe en mode génératrice, cette vitesse limite est fonction de la tension de la batterie et du bobinage du moteur. Plus la tension est élevée plus la vitesse limite est grande (de 25 à 30km/h en 24v, 30 à 40km/h en 36v).
Avec un contrôleur régénérant on récupère l'énergie pour la batterie, cela permet dans des parcours vallonnés accroitre sensiblement l'autonomie.


Efficacité de la régénération et gain d'autonomie


Gain d'autonomie ?
Sachant que sur un circuit en boucle, la somme des côtes égale la somme des descentes, on pourrait penser que l'autonomie est infinie. Ce serait le cas si les frictions (frottements) et la résistance de l'air étaient nulles. On est donc bien en deçà du 100% et plutôt entre 5 et 30% suivant les conditions et le matériel.

Bien que cet aspect est souvent matière à contestation, on peut avancer que les retours utilisateurs annoncent des gains d’autonomie allant jusqu’à 30% en parcours vallonné et de 6 à 14% dans une ville présentant un relief comme Vancouver (Chiffre donné par Ebike.ca).
Ce n’est pas rien, cela peut représenter 15 à 20km de plus dans le cas idéal.
En fait tout dépend de l’efficacité du contrôleur, de l’utilisateur (pédalage dans les descentes), du parcours, de la vitesse.

Sur un parcours plat ou avec des faibles ou/et courtes déclivités, sur un moteur peu puissant , il n’y a pas de miracle, il n’y a rien à attendre en terme de gain d’autonomie.

Autre bénéfice fondamental d’un vélo à assistance électrique régénérant : l’usage du frein moteur
Un usage particulièrement intéressant en montagne où outre le fait d’épargner jante, frein, câble, patin/disque, on bénéficie de la sécurité d’un frein moteur fiable et agréable.

Autant l'autonomie est ajustable par le dimensionnement de la batterie, autant le frein moteur est irremplaçable. C’est à mon sens le plus gros intérêt de la régénération, intérêt décuplé pour celui qui évolue dans un parcours à forte déclivité (région montagneuse).


Les problèmes liés à la régénération



Problème pour la batterie ?

Le problème le plus souvent évoqué est le courant envoyé dans la batterie. En effet contrairement à un chargeur qui établi une puissance constante, le moteur/générateur fourni une puissance fluctuante suivant la vitesse.
Dans la descente de col, le vélo à assistance électrique peut prendre une vitesse importante et délivrer une intensité plus forte que celle du chargeur .
Il n’y a pas de témoignage de personne ayant eu à souffrir de ce problème, les batteries d’un VAE étant quand même apte à absorber 10A et même plus, il est peu probable que cela soit un problème sur des batteries de 10AH et plus.

Autre souci quelquefois évoqué : Envoi de courant sur une batterie pleine
Dans le cas particulier d’une personne qui habite en haut d’un col de montagne qui charge sa batterie la nuit va dès les premiers mètres de son parcours se placer en mode régénératif avec une batterie pleine. Situation qui provoque un échauffement des circuits et des éléments de la batterie.
En fait 2 systèmes empêchent cela : le contrôleur qui ne va pas régénérer dans ce cadre (quelquefois la tension maximum est même paramétrable) et le BMS de la batterie qui va couper le courant dans ce sens. Encore faut avoir ces 2 systèmes… C’est le cas sur les bons contrôleurs des marques connues, à s’assurer pour un contrôleur non identifié.
Dans le doute et dans cette situation, il est prudent de débrancher la batterie du contrôleur.

Le couple inverse sur les becs de fourche
Un couple inverse à celui exercé en mode traction peut détruire les becs de fourches ou des torques arms faibles.
En cas d’usage de la régénération il faut être très attentif à la solidité du maintien de la roue sur le cadre et s’équiper de très bon torque arms qui savent protéger dans les 2 sens de rotation.

La regeneration sur du matériel fiable n'a pas d'impact sur la longévité d'une batterie VAE.

Contrôleur non fiable
L’option de régénération doit être suffisamment bien mise en œuvre par le constructeur, il y a des cas de contrôleurs qui ont démontré leur manque de fiabilité en mode régénération. Les retours des utilisateurs est une donnée importante pour choisir.
Les contrôleurs Kelly, Bionx sont particulièrement performants.
Hors ceux ci, l’achat chez des intégrateurs/distributeurs fiables, sérieux et connus est un gage de fiabilité, ils s'assurent de la bonne qualité des contrôleurs vendus.


Automobiles électriques et régénération


Qu'elles soient hybrides (Toyota Prius, Peugeot 3008 hybride) ou entièrement électriques (Nissan Leaf, Renault Twizi), l'énergie cinétique de ces voitures est plus importante que celle de nos vélos. Pour rappel, l'énergie cinétique est l'énergie d'une masse en mouvement, fonction de sa masse et du carré de sa vitesse.
Avoir beaucoup d'énergie à récupérer n'est pas suffisant, il faut avoir un rendement élevé de conversion de l'énergie mécanique en énergie contenue dans les batteries.
L'autonomie de ces voitures est très sensible à l'optimisation de la récupération d'énergie; Le controleur a donc fait l'objet de développements poussés.

Camions et régénération


A ma connaissance, il existe peu de camions électriques ou hybride. Pourtant, les camions et autocars utilisent depuis les années 70 un système de ralentissement électrique similaire à une génératrice, et bien connu sous la marque Telma: le frein électromagnétique. Il s'actionne depuis une manette au volant, et soulage d'autant les freins, particulièrement en montagne. L'énergie produite ne sert pas à recharger une batterie ou à remonter un ressort, mais est dissipée sous forme de chaleur, en pure perte.
L'avantage du système est qu'il est sans entretien ni usure.

Voies d'amélioration du système


On l'a compris, le controleur est au coeur du problème. Son évolution est souhaitable.
Il faudra alors lui fournir des indications: vitesse, force de freinage pour qu'il dose au mieux la puissance de la regeneration.

La première est déja fournie via les capteurs sensor du moteur, pour autant que la dimension de la roue soit connue.

Pour la force de freinage, c'est un peu plus compliqué. L'idéal serait un capteur de pression. Plus simplement, un capteur à effet Hall, selon le même principe que les accélérateurs de pouce pourrait donner une indication sur la course du levier de frein.

Encore plus simple: 3 puissances de freinages pourraient être distinguées en analysant l'action distincte sur les leviers de frein gauche et droit. Par exemple:
- frein droit: freinage faible (ralentissement);
- frein gauche: freinage fort
- freins gauche et droits ensemble: freinage très fort.

Les controleurs de nos vélos ne sont pas aussi perfectionnés que ceux des voitures, particulièrement en matière de récupération d'énergie. On peut penser que l'évolution technique ira dans le sens d'une meilleure gestion du freinage, non pas tant pour augmenter l'autonomie, que pour apporter un complément de freinage et un ralentisseur pour les fortes descentes.

Conclusion



Les témoignages des utilisateurs qui utilisent ce système montre un avantage indéniable à son usage. Avantage en termes de confort, sécurité et autonomie gagnée.
Un usager en région vallonnée , montagneuse, a beaucoup à gagner à l’intégrer si le vélo à assistance électrique est apte à l’accueillir.
Moteur pédalier ou régénération, il faut choisir c’est l’un ou l’autre. C'est dommage pour 2 technologies surtout avantageuses en terrain vallonné; que choisir ? c'est un autre débat , beaucoup d'autres données sont à prendre en compte .

En usage sur terrain plat ou peu accidenté, avec une puissance d’assistance standard, l’intérêt est nul voir négatif au vu de l’intégration d’une fonction non utilisée et susceptible comme toute fonction de tomber en panne.
Pour les VAE puissants , circulant sur voie privé, la question se pose , le frein moteur induit est un plus.


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Campagne Lilloise

N° Article : 567
Article lu 34932 fois.
Créé le 21-04-2011 à 16h24.
Modifié le 20-05-2011 à 17h19.

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