Pi-pop, VAE sans batterie : les supercondensateurs sont-ils viables ?

Le français Pi-pop vend des VAE alimentés par des supercondensateurs, au lieu des batteries. Avantages et inconvénients.

• Qu’est-ce qu’un supercondensateur
• Comment fonctionnent les supercondensateurs
• Avantages des supercondensateurs par rapport aux batteries lithium-ion
• Avantages des batteries par rapport aux supercondensateurs
• Pourquoi les supercondensateurs sont rarement adoptés
• Vélo électrique à supercondensateur Pi-pop
• Lequel est le meilleur ? Les deux ensemble !

Qu’est-ce qu’un supercondensateur

Les supercondensateurs sont essentiellement des dispositifs permettant de stocker de l’énergie, tout comme les batteries lithium-ion. Ils utilisent un matériau isolant entre leurs plaques pour séparer l’ensemble des charges positives et négatives qui s’accumulent sur les plaques de chaque côté. Les supercondensateurs absorbent l’électricité statique pour une utilisation future.

Comment fonctionnent les supercondensateurs

Les batteries fonctionnent bien comme source continue de faible puissance. Néanmoins, elles sont faibles pour gérer les besoins de puissance maximaux ou pour récupérer l’énergie dans les applications modernes, car elles débitent leur énergie et se rechargent lentement.

Les supercondensateurs fournissent des quantités rapides d’énergie lors des pics de demande, puis stockent rapidement l’énergie et capturent l’excès d’énergie qui serait autrement perdu. Ils complémentent efficacement une batterie car ils se déchargent et se rechargent rapidement.​

Avantages des supercondensateurs par rapport aux batteries

Illustrons ce propos en faisant référence aux batteries pour vélos électriques, en prenant comme référence une batterie de qualité de 500 Wh, comme une Bosch ou une Yamaha, coûtant environ 430 € HT en Europe. Les supercondensateurs :

1. Ils ont une densité de puissance, également appelée puissance spécifique, beaucoup plus élevée, ce qui signifie qu’ils peuvent fournir jusqu’à 10 000 W par kilogramme, contre jusqu’à 3 000 W par kilogramme pour les batteries. Cela se traduit, pour un vélo électrique, par une accélération rapide au démarrage, aux carrrefours et même dans les montées.
2. Ils s’usent plus lentement que les batteries, durent en moyenne 20 ans contre 10 ans en moyenne pour les batteries lithium-ion, à condition que ces dernières soient bien entretenues.
3. Alors que les batteries perdent environ 3 % de leur capacité chaque année même lorsqu’elles sont stockées, et davantage lorsqu’elles sont utilisées, les supercondensateurs conservent la même densité énergétique au fil des années.
4. Ils supportent mieux les températures extrêmes. Ils peuvent charger et fonctionner de -40°C à 65°C, contre 0°C à 45°C en charge et -20° C à 60°C en fonctionnement pour les batteries. Vous avez peut-être remarqué que charger sa batterie à 7°C, par exemple dans un garage sans chauffage, prend environ 20 à 30% de plus qu’à 20°C. Par conséquent, les températures extrêmement froides ou extrêmement chaudes sont moins pénalisantes avec un vélo électrique à supercondensateur qu’avec une batterie.
5. Ils sont plus écologiques, même si les batteries sont peu polluantes. L’extraction du lithium pour notre batterie échantillon de 500 Wh émettrait environ 35 kg de dioxyde de carbone, avec 15 à 25 kg supplémentaires pour sa production, selon le mix de production énergétique du pays producteur (7 kg pour la France, à peine un kg pour la Norvège, et 30 kg pour la Pologne). Cela porte le total de dioxyde de carbone émis pour fabriquer notre batterie à une moyenne de 55 kg, soit ce qu’émet une petite voiture sur un trajet de 400 km. Et oui, les batteries peuvent être recyclées.
6. Se chargeant beaucoup plus rapidement que les batteries, ils n’ont pas besoin d’être rechargés sur le réseau électrique, se chargeant avec l’énergie électrique provenant du freinage par récupération ou des dynamos pendant le pédalage. La consommation d’énergie des vélos électriques à batterie s’élève à environ 0,2 centimes de dollar par km.
7. Ils ne peuvent pas prendre feu ni exploser comme les batteries. Ils peuvent donc être transportés par train, avion, bus, bateau, etc. sans aucune restriction, puisqu’ils ne sont pas considérés comme des marchandises dangereuses.

Par conséquent, les supercondensateurs semblent très utiles pour les vélos électriques urbains qui doivent s’arrêter et redémarrer fréquemment et parcourir de courtes distances. Ils peuvent ainsi se recharger en freinant et restituer rapidement leur énergie au départ, aux feux rouges ou lors des réaccélérations aux ronds-points.

Avantages des batteries par rapport aux supercondensateurs

1. Les batteries au lithium-ion ont une densité énergétique, également appelée énergie spécifique, c’est-à-dire la capacité de stockage d’énergie, beaucoup plus élevée. On peut compter 180 Wh par kilogramme pour les batteries, contre seulement 20 Wh par kilogramme pour les supercondensateurs. En effet, notre exemple de batterie stocke 500 Wh dans 2,8 kg, alors qu’un super supercondensateur du même poids stocke à peine 56 Wh, soit neuf fois moins. Sur un trajet de plus de 3 km, les batteries font vraiment la différence, en fournissant régulièrement une forte puissance au moteur du vélo électrique, jusqu’à 100 km.
2. Les batteries sont capables de fournir de l’énergie même à très faible puissance pendant très longtemps, contrairement aux supercondensateurs qui se déchargent très rapidement.
3. Les batteries puisent l’électricité du réseau, tandis que les condensateurs la captent du freinage par récupération, qui en fournit peu, et du pédalage, avec des dynamos, qui le rendent plus difficile.
4. Une batterie inutilisée ou stockée perd environ 6 % de sa capacité chaque mois, alors qu’un supercondensateur la perd en quelques minutes.
5. Les batteries sont moins chères, notre échantillon coûtant moins de 0,8 euro par Wh hors TVA, contre au moins 20 € par Wh pour un supercondensateur.
6. Les batteries n’alourdissent pas votre pédalage avec des dynamos, comme le font les vélos électriques à supercondensateurs.
7. Elles peuvent fournir de l’énergie pendant longtemps aux éclairages, aux clacsons, aux chargeurs de smartphones, aux ordinateurs de vélos électriques, etc. Le supercondensateur se décharge trop rapidement pour permettre la même chose.

Pourquoi les supercondensateurs sont-ils rarement adoptés sur les vélos électriques ? Pourtant, ils sont performants !

Dans le secteur automobile, les supercondensateurs sont de plus en plus adoptés. Nous avons pu constater leur efficacité lors d’un trajet en Peugeot diesel. À chaque feu de circulation, deux secondes après l’arrêt, le moteur s’éteignait automatiquement, économisant ainsi du carburant et évitant une surchauffe nuisible. Dès qu’on touchait l’accélérateur, il démarrait si vite qu’on se demandait comment la batterie pouvait supporter un tel épuisement d’énergie, car démarrer un diesel nécessite beaucoup d’énergie électrique. La raison en est que de nombreux Peugeot déploient des supercondensateurs pour capter l’énergie lors du freinage. Les supercondensateurs sont également fréquemment adoptés pour le freinage par récupération, par Toyota et d’autres constructeurs. La raison pour laquelle ils sont très rares dans l’industrie des vélos électriques est que ceux-ciproduisent peu d’énergie de freinage, étant beaucoup plus lents et plus légers que les voitures. Nous avions l’habitude de rouler sur un vélo électrique Matra Tidal Force. Son freinage par récupération, sur une route de descente quotidienne de 300 m, ajoutait environ 5 % de charge à la batterie de 300 Wh, tandis que la remontée sur la même route consommait environ 20 % de la batterie. Les supercondensateurs ne valaient donc ni leur coût ni leur poids.

L’autre moyen utilisé par les vélos électriques pour charger les supercondensateurs consiste à utiliser des dynamos poussées par le pédalage. Inutile de dire qu’ils nécessitent plus d’efforts pour les jambes.

Vélo électrique à supercondensateur Pi-pop, aperçu rapide

Le Pi-pop est un vélo électrique français sans batterie, fournissant son assistance grâce à des supercondensateurs, qui se chargent au freinage et au pédalage. Ils prévoient de multiplier leurs ventes par 10 l’année prochaine, passant de 1 200 à 12 000. À 2 450 €, c’est un peu plus cher qu’un vélo électrique à batterie comparable. En effet, il ressemble et comporte des composants similaires à un vélo électrique à batterie de 1 600 à 2 000 €. Son poids est comparable à ce dernier.

Lequel est le meilleur ? Les deux ensemble !

Combiner batterie et supercondensateurs serait génial, même si Pi-pop mise uniquement sur les supercondensateurs pour ses vélos électriques. Néanmoins, comme Maxwell Technologies, premier fabricant mondial de supercondensateurs, l’indique clairement sur son site Internet, les supercondensateurs sont un complément des sources d’énergie primaire, qu’il s’agisse de batteries ou de moteurs à combustion. D’un autre côté, le pédalage est une source d’énergie primaire, le Pi-pop pourrait donc connaître un grand succès.

Notre impression générale

Pi-pop est un vélo électrique très intéressant qui pourrait ouvrir la voie à une nouvelle génération de ce fantastique moyen de mobilité, notamment pour les courts trajets en ville. Il semble moins indiqué pour les montées ou les distances plus longues sans arrêts. Pi-pop illustre très honnêtement cette faiblesse dans l’image ci-dessus.

Le vélo électrique Pi-Pop en un coup d’œil

• Cadre : aluminium
• Taille du cadre : cadre de taille unique
• Fourche à suspension : Zoom 141D
• Moteur/Générateur : Aikema Electric Drive Systems AKM100SX 250 W, 45 Nm
• Système de stockage d’énergie : supercondensateurs
• Unité de contrôle : Pi-pop
• Transmission : Shimano Tourney RD-TY300D
• Freins : Tektro MD-M280
• Poids : 21,7 kg
• Poids total maximum autorisé : 120 kg
• Couleur : blanc
• Prix : 2 450 euros

Photos : SAS Solutechnic Engineering Electronic ; Maxwell Technologies.
​