Nous venons de lancer les précommandes pour la version à plus grande autonomie du SIERRA, le SIERRA MAX disponible. Nous avons décidé d’en profiter pour expliquer en détails les principes fondamentaux qui régissent le fonctionnement des batteries Lithium-ion et pourquoi elles représentent aujourd’hui le dernier cri dans les vélos élecriques.

Lorqu’on design une batterie, on veut essentiellement maximiser l’énergie qu’elle peut stocker tout en minimisant son volume, son poids et son prix. En tant que société, nous nous sommes principalement basés sur les combustibles fossiles pour développer nos technologies de transport personnel. Ceci est dû au fait que c’est une source d’énergie très dense, suffisamment accessible et abondante pour être abordable économiquement. Maintenant que cette resource s’épuise lentement mais sûrement, et que nous constatons à quel point elle compromet notre développement durable, des options plus propres comme les batteries électriques rechargeables deviennent progressivement la norme.

Il existe plusieurs types de chimie de batteries: Nickel-Cadmium, Plomb-acide, Argent-Zinc, Lithium-Ion, etc. Le graphique suivant, produit par la NASA, montre que la chimie lithium-ion a la densité énergétique la plus élevée et est par conséquent le meilleur choix pour stocker de l’énergie électrique dans des petits volumes et faibles poids.

Bien qu’elles soient encore 60 fois moins denses en énergie que l’essence, les piles au lithium-ion constituent aujourd’hui le meilleur moyen de stocker de l’énergie électrique de manière sûre et économique dans les véhicules personnels.

Le schéma suivant simplifie le mécanisme de décharge des batteries Lithium-ion. Des ions de lithium positifs se déplacent à travers un électrolyte et un séparateur en partant d’une anode, et vers une cathode, qui sont deux élèments faits avec des matériaux conducteurs différents. La cathode devient alors plus chargée positivement que l’anode. Cela crée un voltage entre l’anode et la cathode, qui est essentiellement une force motrice poussant les électrons entre deux points. Plus le voltage est élevé, plus la force « poussant » les éléctrons l’est aussi. Cela peut être visualisé comme une chute d’eau. Plus la chute d’eau est élevé en hauteur, plus la force qui « pousse » l’eau de haut en bas est importante.

Cette tension entraîne les électrons à travers les systèmes électromécaniques de votre vélo électrique. Ils quittent l’anode pour passer par le contrôleur, suivi du le moteur et pour retourner vers la cathode. Au fur et à mesure que les électrons se déplacent dans le système, la tension ou le voltage de la batterie diminue. Le processus de charge est exactement le contraire. Une tension est appliquée entre la cathode et l’anode qui force les électrons à se déplacer dans la direction opposée et les ions lithium à revenir vers l’anode. Cela restaure la tension initiale entre l’anode et la cathode pour une décharge ultérieure.

Ces processus chimiques sont contenus dans des cellules. Aujourd’hui, la plupart des cellules, que ce soit dans les ordinateurs portables, les voitures ou les vélos électriques, sont des pièces de métal cylindriques. Ceci permet de mieux contenir leur pression interne et d’augmenter la sécurité et la fiabilité des batteries dans n’importe quel environnement. Ces cellules fournissent généralement une tension nominale de 3,6V. Cela signifie qu’elles atteignent une tension de 4.2V lorsqu’elles sont complètement chargés pour descendre progressivement jusqu’à un minimum de 2.5V lors de la décharge. Après quoi, un système de gestion interne toute éléctricité sortant de votre batterie de manière à préserver sa capacité à stocker de l’énergie et sa santé.

Les cellules au lithium-ion doivent être connectées et assemblées pour construire une batterie avec une tension totale suffisante pour alimenter ses systèmes électromécaniques cibles; le contrôleur, le moteur et l’écran dans notre cas. Des cellules sont assemblées et connectées en série pour augmenter la tension totale de la batterie vers la valeur requise (par exemple, 36V). Une fois cette valeur atteinte, ces séries de cellules sont assemblées et connectées en parallèle pour atteindre la capacité de stockage finale de la batterie, la valeur habituellement indiquée en Ah. Une cellule moyenne contient 3.6V et 2.5Ah, donc une batterie produisant 10Ah à 36V est probablement constituée de 4 groupes de 10 cellules individuelles connectées en série, qui sont ensuite connectés en parallèle. Ceci est assez difficile à visualiser à travers les mots mais les diagrammes suivants, produits par Cadex, devraient vous aider à comprendre:

Groupe de cellules assemblées et connectées en série pour augmenter le voltage total

Groupe de cellules assemblées et connectées en série pour augmenter la capacité totale une fois le voltage désiré atteintNous espérons que vous avez maintenant une meilleure idée du fonctionnement interne de votre vélo électrique ou plus généralement de votre ordinateur portable, téléphone ou voiture.

Si vous avez des questions, n’hésitez pas à les poser dans les commentaires!