Dossier velectris V2

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LE VELO ELECTRIQUE
Haddaoui Fatima
Carré Thomas
Jakubowski Fabien
Professeur : Sivert Arnaud
2009/2010
Manette de
régulation de
vitesse
Afficheur LCD qui renseigne sur
la consommation électrique
Batteries
48V 5A.H Variateur avec régénération Moteur brushless
500W

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SOMMAIRE
1) Définition d'un vélo à assistance électrique (VAE)
2) Les avantages d'un VAE
3) Choix des éléments d’un vélo électrique
4) Prix d’un vélo électrique
5) Caractéristiques générales du vélo électrique
6) Présentation des caractéristiques des moteurs brushless Roue
7) Présentation du contrôleur ou variateur de notre vélo électrique
8) Présentation des batteries li-po
9) Fonctionnement de la mesure de la consommation du vélo
10) Transmission mécanique
11) Bilan de puissance et consommation
- Consommation pour trajet classique
- Consommation pour faire la 5éme traversée des Alpes
12) Conclusion générale sur le vélo électrique
13) Principe de la commande à moteur brushless et de la régénération
Schéma électrique du variateur avec pic 16F6520
Schéma électrique du freinage électrique
13) Simulation du programme et du hacheur de la régénération
14) Algorithme et programme de la régénération
Bibliographie
cyclurba.fr
Velectris.fr

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1. Définition d'un vélo à assistance électrique (V.A.E) :
Un Vélo à Assistance Electrique est un vélo normal sur lequel ont été ajoutés un moteur électrique et
une batterie pour fournir une assistance au cycliste, notre vélo peut fonctionner sans assistance. Il
existe différentes technologies utilisées pour le fonctionnement des moteurs de VAE, mais le principe
général reste le même. Notre vélo régule la vitesse en fonction d’une manette et d’un capteur de
vitesse. L'aide apportée par le moteur sera particulièrement appréciée lors des démarrages, des côtes,
contre le vent.
2. Les avantages d'un VAE :
Les avantages du vélo à assistance électrique sont nombreux. C'est tout d'abord un moyen de transport
accessible à tous, pas besoin d'être un sportif pour se déplacer en VAE ! Utilitaire ou pour les loisirs, le
vélo électrique est parfait pour des déplacements courts ou moyens, dont l'assistance peut être adaptée
suivant la forme physique du cycliste, le type de terrain... Cela permet aussi d'aller travailler, faire ses
courses ou autre sans arriver essoufflé et transpirant ! D'ailleurs la pratique régulière du vélo est
bénéfique pour la santé, en particulier pour les personnes n'ayant pas l'habitude de faire des efforts
physiques, le vélo électrique est un très bon moyen d'exercer une activité physique sans pour autant
trop forcer. Des études ont démontré que le VAE permettait d'améliorer son endurance et sa condition
physique en général même avec de petits efforts.
Le vélo électrique est également écologique, il peut en effet être une très bonne alternative à la voiture.
Bien qu'un VAE soit plus cher à l'achat qu'un vélo traditionnel, par rapport à une voiture il permet de
réaliser d'importantes économies (achat, essence, entretien, assurance...), d'autant qu'il sera bien plus
pratique pour éviter les embouteillages en ville. Le Vélo à Assistance Electrique est donc un
formidable moyen de transport, à la fois écologique, économique, bon pour la forme et la santé,
accessible à toute personne quelle que soit sa condition physique.
3. Choix des éléments d’un vélo électrique :
Les étudiants du GEII de Soissons font de nombreux véhicules électriques. Nous allons détailler le
fonctionnement de notre vélo ainsi que nos choix techniques. En effet, il y a de nombreux fabricants de
vélo, de moteur roue, de variateurs et de fabricants de batterie. Donc, il y a de nombreuses possibilités
technologiques. Nos choix sont basés pour participer aux challenges de vélo électrique, tel que
l’association Meet de Cachan.
(Ce challenge se compose d’une course avec et sans pédaler avec une côte de 500m avec un poids de
40 Kg dans une petite charrette. Puis, il y a une course de 2 heures sans pédaler, où il faut faire le
maximum de kilomètres avec 2 kg de batteries Li-po ou 10 Kg de plomb)
Ou encore au challenge de la traversée des Alpes de Jean Marc Dubié.
L’objectif de ces challenges est d’améliorer les deux roues électriques et de voir les prouesses de
certaines écoles. Les vélos électriques se banalisent commercialement. En effet, tous les fabricants de
vélos proposent une gamme en électrique mais les technologies sont limités à cause du prix qui est
encore relativement important. Quelques PME françaises ISD.fr, Velectris.fr réalisent la fabrication
des moteurs et montent des vélos en sous traitant le variateur, le chassis…. En général, ils doivent
délocaliser le montage pour baisser les couts et pour survivre. En effet, des fabrications chinoises
Shenzhen, ont des couts faibles mais leurs moteurs ainsi que leurs variateurs ne sont pas très fiables
pour l’instant. Les batteries avec leurs chargeurs sont des éléments cruciaux qui demandent un
investissement important par rapport aux vélos. Les fabricants de batteries Coréens (Kokam), Français
(Saft), Hollandais (Polyquest) sont peu nombreux mais il y a de nombreux monteurs qui assemblent les
éléments.

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Notre vélo électrique Ses caractéristiques
-
Transmission 21 rapports avec commandes gâchette.
(50 dents grand plateau et 12 dents petit pignon)
- Moteur super phantom 500W à l'arrière,
avec batterie 48V-5 Ah intégré dans le cadre
, variateur
500W avec intensité 30A max.
- Poids 22 kg.
La puissance du moteur a été choisie de 500W pour être plus puissant que ceux vendu dans le
commerce qui sont seulement de 250W dans la législation Française. Mais plus la puissance est
importante plus on peut aller vite, mais moins il y a d’autonomie.
La puissance de 500W est toujours pour le même volume que le moteur de 500W. Ces moteurs sans
balai ont une meilleure puissance massique ou volumique que les moteurs DC. D’ailleurs à ce jour, on
ne trouve plus de moteur DC roue en vente. Par contre le variateur des moteurs brushless est plus
compliqué à réaliser. A partir de l’équation de la puissance électrique, le moteur de 500W demandera
en fonctionnement nominal 10A pour une tension de batterie de 50V ou 20A pour 25V.
Pour minimiser le poids et l’encombrement des batteries, le choix s’est fixé à des li-po (lithium-
polymère) de 5A.H de 1 Kg. La tension choisie sera de 50V pour minimiser le courant débité des
batteries pour une puissance donnée. Il faut savoir que les décharges rapides avec des courants
importants réduisent considérablement la durée de vie des batteries. (Pour des décharges et charge de 1
heure le nombre de cycle est de 500 alors que pour des décharges de 4 minutes le nombre de cycle
diminue à 50 fois).
Donc, cette tension de batterie de 50V est un bon compromis pour le moteur ainsi que pour le variateur
(choix des transistors pour supporter le courant) et les batteries.
Il existe des variateurs pouvant atteindre 72V, mais les batteries li-po ont une tension par élément de
3.6V. Donc, il faut multiplier le nombre d’éléments ce qui coute plus cher. Il faudra 20 éléments pour
72V et 12 éléments pour 48V.
Remarque :
La vitesse maximale du moteur est proportionnelle à la tension max des batteries et pour une force
résistante constante, la puissance demandée aux batteries est aussi proportionnelle à la vitesse.
Ce qui coûte cher dans les batteries ce sont les circuits intégrés qui permettent de contrôler la tension
maximale pour chaque élément lors de la charge (BMS : Battery Management Systems). De plus, la
température des batteries est contrôlée (relais thermique) pour ne pas détruire l’ensemble du pack, lors
d’une décharge trop rapide.
=> Sur le marché, seul deux fabricants de vélo électrique français ont retenu notre attention :
- Velectris : 13320 BOUC-BEL Air.
- ISD : 56400 PLOUGOUMELEN
- ADS : http://www.scooter-hybride.com/
http://www.ecolostation.com/r2-velos-electriques.html
Mais, ISD ne fait pas de commande spéciale, leurs vélos ne peuvent fonctionner qu’en assistance avec
une puissance max de 25km/h. Mais la coque des batteries et leurs châssis de vélo sont remarquables.

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Donc, nous avons pris un Velectris qui fait des commandes spéciales.
Il est possible d’acheter tous les éléments séparés en cas de maintenance.
Il est possible d’acheter un vélo classique puis de monter un moteur et un variateur, mais il faut
changer de frein, la cassette de pignon arrière, écarter le châssis...
4. Prix des différents éléments de notre vélo électrique:
Désignation (Velectris)
QT P.U(€) P.T(€)
Velo intruder avec moteur classique 1 827.76 827.76
Option super phantom X 1 116.22 116.22
Option : régénération automatique 1 83.61 83.61
Pedelec accélérateur de pouce (voie privée) 1 66.05 66.05
Contrôleur 48V-500W (voie privée) 1 75.25 75.25
Frais de port: 41.81€ Total HT : 1210.71€ Total TTC : 1448.00€
5. Caractéristiques du vélo électrique :
Le variateur :
Le variateur de vitesse a l'information d’un codeur et de la manette de la régulation vitesse. C'est le
cerveau du système, il va gérer l'intensité. Le variateur de vélo limite le courant à 30 Ampères en
pointe. Ils sont tous équipés d'une protection thermique. Celle-ci protège le moteur en cas de
consommation excessive ou blocage de la roue. Dans la pratique, le déclenchement de la protection
thermique est rare. En cas de défaut de cette protection, un fusible protègera alors le moteur, soit une
double sécurité sur cet organe.
La gestion de l'intensité signifie que, suivant la physionomie du terrain et de la manette vitesse, le
variateur ordonnera plus ou moins d'assistance.
Les batteries BMS (Battery Management System):
Le B.M.S est à la batterie, ce que le variateur est au vélo. C'est le cerveau.
Ses fonctions :
- Tension de coupure pic haut et bas de chaque élément,
- Régulation de l'intensité,
- Vérification température de chaque élément,
- Coupure totale d'urgence,
- Equilibrage de chaque élément,
- Calcul en permanence de l'état de charge.