Sous son boîtier en plastique ou en aluminium, la batterie de votre vélo électrique n’est pas un seul gros accumulateur : c’est un assemblage de dizaines de petites cellules, reliées entre elles et surveillées par une carte électronique, le BMS. Voici comment tout cela fonctionne.
La cellule, brique de base
La plupart des batteries de vélo, de trottinette et d’outillage sont faites de cellules cylindriques qui ressemblent à de grosses piles :
- 18650 : 18 mm de diamètre, 65 mm de long, de 2,5 à 3,5 Ah ;
- 21700 : 21 mm de diamètre, 70 mm de long, jusqu’à 5 Ah environ.
Une cellule lithium-ion a une tension nominale de 3,6 à 3,7 V. Elle est pleine à 4,2 V et ne doit pas descendre sous 2,5 à 3 V environ, sous peine de dommages. C’est cette plage étroite qui rend la surveillance électronique indispensable.
En série : on additionne la tension
Une seule cellule ne suffit pas à faire tourner un moteur. On en relie donc plusieurs en série (le + de l’une au − de la suivante) : les tensions s’additionnent. Le nombre de cellules en série s’écrit avec un S :
| Montage | Tension nominale | Tension pleine charge |
|---|---|---|
| 7S | 24 V | 29,4 V |
| 10S | 36 V | 42 V |
| 13S | 48 V | 54,6 V |
| 14S | 52 V | 58,8 V |
C’est pour cela qu’une batterie « 36 V » affiche 42 V sur le multimètre quand elle sort du chargeur.
En parallèle : on additionne la capacité
Pour gagner en autonomie, on relie plusieurs cellules en parallèle (tous les + ensemble, tous les − ensemble). La tension reste la même, mais les capacités s’additionnent. Le nombre de cellules en parallèle s’écrit avec un P.
Ces cellules en parallèle forment ce qu’on appelle un groupe. Dans un groupe, les cellules sont soudées entre elles et se comportent comme une seule grosse cellule : elles ont toujours exactement la même tension.
Lire une batterie : l’exemple du 10S4P
Une batterie 10S4P comporte 10 groupes en série, chacun formé de 4 cellules en parallèle, soit 40 cellules au total. Avec des cellules de 3,5 Ah :
- tension : 10 × 3,6 V = 36 V ;
- capacité : 4 × 3,5 Ah = 14 Ah ;
- énergie : 36 V × 14 Ah = 504 Wh.
Les wattheures (Wh) sont la vraie mesure de l’autonomie : c’est ce chiffre qu’il faut comparer entre deux batteries.
Le montage d’un pack
Dans un pack bien fait :
- les cellules sont reliées par des bandes de nickel soudées par points : une impulsion électrique très brève qui ne chauffe pas la cellule. On ne soude jamais une cellule au fer à souder, la chaleur l’abîmerait ;
- des isolants (rondelles et papier isolant) protègent les bords des cellules contre les courts-circuits ;
- chaque groupe est relié au BMS par un fil d’équilibrage, qui lui permet de mesurer sa tension ;
- une ou plusieurs sondes de température sont collées entre les cellules ;
- le tout est maintenu par des supports, protégé par une gaine et logé dans le boîtier.
Le BMS, le cerveau de la batterie
Le BMS (Battery Management System) est la carte électronique qui surveille le pack en permanence. Ses rôles :
- protection contre la surcharge : il coupe la charge si un groupe dépasse 4,2 V environ ;
- protection contre la décharge profonde : il coupe la sortie si un groupe descend trop bas ;
- protection contre les surintensités et les courts-circuits ;
- surveillance de la température : il interrompt la charge ou la décharge si le pack est trop froid ou trop chaud ;
- équilibrage : en fin de charge, il ramène les groupes à la même tension en dissipant un peu d’énergie sur les plus chargés.
Point important : le BMS raisonne groupe par groupe. Il suffit qu’un seul groupe atteigne sa limite pour qu’il coupe toute la batterie. Le groupe le plus faible décide donc de l’autonomie de l’ensemble.
Sur les batteries de marque (Bosch, Shimano, Yamaha, Stromer…), le BMS fait encore plus : il compte les cycles, mémorise l’historique et dialogue avec le moteur et l’écran. Nous y revenons dans l’article sur les BMS bloqués et les erreurs de communication.
Ce qu’il faut retenir
- Une batterie, c’est des cellules en série (la tension) et en parallèle (la capacité).
- Les cellules en parallèle forment des groupes ; le plus faible limite tout le pack.
- Le BMS protège les cellules et équilibre les groupes : sans lui, une batterie lithium serait dangereuse.
Envie de savoir dans quel état sont les groupes de votre batterie ? Notre test de capacité vous le dit précisément.