Moteur de vélo électrique : faut-il choisir 48 volts ou 36 volts ?

L’énergie est essentiellement ce qui permet à l’humanité de transformer le monde à grande échelle, même si d’autres facteurs, comme le savoir, jouent également un rôle déterminant. On pourrait qualifier les deux derniers siècles, depuis le début de la révolution industrielle, d’« ère des combustibles fossiles ». Même si la disponibilité des combustibles fossiles restera primordiale pendant au moins les deux prochaines décennies, nous entrons progressivement, bien que lentement, dans l’ère électrique. Par exemple, la croissance en glissement annuel (2025 par rapport à 2024) de la part de marché des voitures électriques en Chine est de +28,2 %, avec un gain de pénétration de +7,0 points de pourcentage (40,9 % → 47,9 %). Cela représente plus de 16 millions de véhicules électriques vendus en Chine pour la seule année 2025. En Norvège, la part de marché des véhicules électriques est de 98 %. En Éthiopie, la vente de voitures à combustion interne est désormais interdite. Bien sûr, les vélos électriques occupent une part importante du marché de la mobilité électrique. Il est intéressant de se pencher sur certains principes de base des moteurs électriques, comme l’importance de leur tension.

Quel rôle joue le voltage des moteurs de vélos électriques ?

Jusqu’en 2010, de nombreux fabricants de vélos électriques proposaient des moteurs de 26 volts. Aujourd’hui, ils sont tous passés à des moteurs de 36 volts, et un nombre croissant d’entre eux optent pour des moteurs de 48 volts. Même la tension des moteurs de voitures électriques ne cesse d’augmenter, les plus puissants dépassant les 1 000 volts. Analysons l’importance du voltage des moteurs électriques.

Volts et ampères, les deux forces des moteurs électriques

La puissance des moteurs électriques s’exprime généralement en watts. Un kilowatt correspond à 1,34 cheval-vapeur électrique. Une voiture électrique équipée d’un moteur de 100 kilowatts délivre la même puissance qu’une voiture à combustion interne de 134 chevaux.

On peut calculer la puissance d’un moteur électrique, ou la capacité d’une batterie, en multipliant son intensité en ampères par sa tension en volts. Par exemple, un moteur de 36 volts avec 10 ampères délivre 360 watts. Une batterie présentant les mêmes caractéristiques aurait une capacité de 360 Wh.

Dans les moteurs électriques, le couple est directement proportionnel au courant (ampères), tandis que la vitesse (tr/min, tours par minute) est directement proportionnelle à la tension. Le couple est la puissance pure ; il n’est pas strictement corrélé à la vitesse (tr/min) du moteur. Par exemple, un moteur de tracteur tournant à 2 000 tr/min délivre plus de couple qu’un moteur de Ferrari tournant à 6 000 tr/min.

Je vais vous expliquer cela plus en détail.

Pourquoi le courant (ampères) contrôle le couple

À l’intérieur d’un moteur électrique, le couple est généré par des champs magnétiques qui s’opposent. Lorsque vous alimentez les bobines de cuivre du moteur avec plus de courant (ampères), cela crée un électroaimant plus puissant. Plus le champ magnétique est puissant, plus le moteur pousse fort, ce qui se traduit par un couple plus élevé.

Pourquoi la tension contrôle la vitesse

La tension est la « pression électrique » qui fait circuler le courant dans les fils. Chaque moteur possède une « constante de vitesse » ($K_v$) spécifique, qui détermine sa vitesse de rotation par volt appliqué. Par exemple, si un moteur a un $K_v$ de 10 tr/min par volt, une tension de 36 V le fera tourner à 360 tr/min, et une tension de 48 V le fera tourner à 480 tr/min.

• Le couple est déterminé par le courant ; la tension détermine principalement la vitesse atteignable et la marge de puissance.
• Pour une batterie de même capacité en Wh, l’autonomie est similaire ; une tension de 48 V offre de meilleures performances en cas de forte demande en courant.

Réponse courte : la tension détermine principalement la vitesse et la marge de puissance ; le courant détermine le couple.

Comment cela s’applique aux vélos électriques

Dans l’Union européenne, la limite légale de puissance pour les vélos électriques étant fixée à 250 W, les fabricants ont augmenté la puissance des moteurs de deux manières : en leur permettant de fournir à la fois un couple plus élevé et une puissance de pointe pouvant atteindre 1 500 W. Afin de respecter les limites légales, l’assistance électrique est toujours limitée à 25 km/h. La puissance de base d’un vélo électrique européen de 36 V et 250 W résulte donc toujours de 36 V multipliés par 6,95 ampères, ou de 48 V multipliés par 5,25 ampères.

La différence réside dans la puissance de pointe, qui n’est délivrée que lorsque les conditions l’exigent, par exemple lorsque vous pédalez dans une montée raide ou que vous transportez une charge lourde.

Comparaison des moteurs de vélos électriques : 36 volts contre 48 volts

Selon les caractéristiques et l’utilisation de chaque vélo électrique, une tension plus ou moins élevée peut être préférable.

Par rapport à un moteur électrique de 36 volts, un moteur électrique de 48 volts offre plusieurs avantages distincts et quelques inconvénients, principalement liés à la puissance délivrée, au rendement et au coût du système.

36 volts ou 48 volts, ce qui change

Principales différences (en supposant une conception similaire du moteur et des objectifs globaux identiques en matière de puissance et d’énergie) :

Avantages du 48 V

• Courant plus faible pour une puissance identique, donc des câbles et connecteurs plus fins, moins de pertes I²R, moins de chaleur.
• Meilleur rendement sous forte charge ; moins de chute de tension, généralement une autonomie légèrement supérieure à forte charge.
• Vitesse maximale potentielle plus élevée (avec des bobinages/un contrôleur adaptés).
• Permet une puissance plus élevée dans les limites de courant du contrôleur.
• Fonctionnement plus froid pour le contrôleur et le câblage ; fiabilité améliorée.

Inconvénients du 48 V

• Nécessite une batterie, un chargeur et un contrôleur spécifiques au 48 V (moins d’interchangeabilité avec les systèmes 36 V).
• Coût et complexité légèrement plus élevés (plus de cellules en série, BMS/chargeur à tension plus élevée).
• Risque accru d’arc électrique au niveau des connecteurs et tensions nominales des composants plus strictes.
• Risque de choc légèrement plus élevé par rapport au 36 V.
• Si la puissance/vitesse doit être limitée (pour des raisons légales ou d’utilisation), les avantages peuvent être minimes par rapport au 36 V.

Avantages du 36 V

• Généralement moins cher, plus courant sur les vélos d’entrée de gamme.
• Une tension plus faible simplifie les caractéristiques des composants ; manipulation légèrement plus sûre.

Inconvénients du 36 V

• Courant plus élevé pour une puissance identique : câblage plus épais, plus de chaleur, plus d’affaissement sous charge.
• Vitesse maximale et puissance maximale plus faibles avec les contrôleurs classiques.

Le couple est déterminé par le courant ; la tension détermine principalement la vitesse atteignable et la marge de puissance.

Pour une batterie de même capacité en Wh, l’autonomie est similaire ; le 48 V offre de meilleures performances en cas de forte demande en courant.

Résumé: Si vous privilégiez l’autonomie, la légèreté, le prix abordable et une conduite fluide et décontractée, un système 36 V est souvent tout à fait suffisant. Cependant, si vous avez besoin de vitesses plus élevées, de meilleures capacités en montée ou si vous transportez des charges plus lourdes, le système 48 V est clairement le meilleur choix en raison de sa puissance supérieure et de son rendement thermique.

Un exemple concret et pertinent

Pour mieux comprendre le rôle joué par les volts et les ampères, comparons deux moteurs allemands populaires, tous deux de 36 volts :

• Le Bosch Performance Line SX a 60 Nm et une puissance de crête de 600 W
• Le Performance Line CX GEN 4 a 85 Nm et une puissance de crête aussi de 600 W

Mais pourquoi le Bosch Performance Line CX GEN 4 offre-t-il un couple de 85 Nm, alors que le Bosch Performance Line SX n’offre que 60 Nm ? C’est parce que le premier est conçu pour atteindre sa puissance de pointe de 600 watts en augmentant l’intensité du courant, ce qui augmente le couple, tandis que le second atteint cette même puissance de pointe en augmentant la tension, le voltage, ce qui laisse le couple invarié. En effet, vous ne trouverez pas de vélo cargo électrique équipé du SX, qui est davantage destiné aux vélos électriques plus légers.

Voici les vélos électriques populaires qui utilisent couramment des systèmes 48 V, avec des exemples de modèles :

En Europe, en raison de la limitation de vitesse à 25 km/h, les moteurs 36 volts sont beaucoup plus courants, à l’exception des modèles suivants, qui offrent tous une puissance de pointe et un couple élevés :

• Giant SyncDrive Pro 3,  90 Nm
• BAFANG GTV Technology 2 vitesses automatique, 80 Nm
• ZF Centrix 90, 105 Nm
• Brose Drive 3 Peak, 100 Nm
• Yamaha PW-X4, 100 Nm

Aux États-Unis, où les vélos électriques sont autorisés à rouler à au moins 32 km/h, la tension de 48 volts est plus courante :

• Rad Power Bikes : RadRover 6 Plus, RadCity 5 Plus, RadRunner 2/3, RadExpand 5, RadWagon 4
• Aventon : Aventure.2, Level.2, Pace 500.3, Soltera.2
• Lectric : XP 3.0 (step-over/step-thru), XPedition, XPeak, XP Trike
• Ride1Up : Core-5, 700 Series, LMT’D, Turris, Cafe Cruiser, Rift (le moteur central Prodigy est en 36 V)
• Himiway : Cruiser, Zebra, Escape, Big Dog, Cobra
• Super73 : S2, ZX, Z Miami (batteries de 48 V nominal)
• Pedego : Interceptor, City Commuter, Element (de nombreux modèles Pedego sont en 48 V)
• Magnum : séries Metro, Pathfinder, Peak (varie selon l’année)
• Surface 604 : Rook, Colt, Shred, Twist, Boar
• Velotric : Discover 2, Nomad 1
• QuietKat : Ranger, Warrior (de nombreux modèles utilisent une tension de 48 V)
• Biktrix : Stunner LT, variantes Hub Duo (d’autres peuvent être en 52 V — vérifiez les spécifications)
• Giant SyncDrive Pro 3
• De nombreux vélos équipés de moteurs centraux Bafang M600/M620 (Ultra) fonctionnent en 48 V (par exemple, Frey, Watt Wagons, certains modèles Biktrix).

Le couple des moteurs électriques dépend davantage du courant (en ampères) que de la tension, pourtant…

Les vélos électriques de 48 V donnent souvent l’impression d’avoir plus de couple. Si le couple dépend des ampères, vous vous demandez peut-être pourquoi passer d’un système de 36 V à un système de 48 V se traduit généralement par une meilleure capacité à gravir les côtes et une meilleure accélération. Tout repose sur la puissance totale (watts) et le fonctionnement des contrôleurs de moteur.

Puissance = volts × ampères : Le contrôleur de moteur d’un vélo électrique limite le nombre maximal d’ampères que le système peut utiliser pour éviter la surchauffe. Supposons qu’un vélo de 36 V et un vélo de 48 V aient tous deux des contrôleurs limités à 20 ampères.

• • Système 36 V : 36 volts × 20 ampères = 720 watts de puissance de crête.
  • Système 48 V : 48 volts × 20 ampères = 960 watts de puissance de crête.

Même si le courant maximal (et donc le couple de pointe absolu au démarrage) peut être similaire si les contrôleurs ont la même limite d’ampérage, le système 48 V dispose d’une puissance totale nettement supérieure.

Plus important encore, lorsqu’un moteur électrique tourne plus vite, il génère une « force contre-électromotrice » (une force qui s’oppose à la tension d’entrée). Un système 36 V perdra sa capacité à fournir un courant élevé au moteur à une vitesse bien inférieure à celle d’un système 48 V. Le système 48 V dispose d’une « pression » (tension) suffisante pour continuer à fournir ce courant élevé au moteur même lorsque le vélo accélère, ce qui signifie qu’il peut maintenir son couple à des vitesses plus élevées, ce qui le rend bien plus performant dans les montées sans s’enliser.

Au final, que faut-il choisir ?

Les indications ci-dessus peuvent être utiles, mais ce qui fait la plus grande différence, c’est la conception du moteur, c’est-à-dire la qualité et l’équilibre de son matériel et de son logiciel. Par exemple, d’après ce que nous avons écrit plus haut, on pourrait s’attendre à ce que le moteur de vélo électrique le plus puissant (légal dans l’UE) soit un 48 volts. Au lieu de cela, l’Avinox M2S délivre une puissance de pointe de 1 500 W et un couple de 150 Nm avec seulement 36 volts.

Images : Giant NV, Brose GmbH, ZF GmbH