E-Skateboard – Se déplacer en s’amusant

24. Octobre 2019
Octobre 2019

Une électronique tournée vers l’avenir pour un skateboard électrique a vu le jour dans le cadre de trois mémoires de bachelor de la division Génie électrique et technologie de l’information. Elle a été testée fin juin lors du Swiss E-Prix.

Les véhicules électriques sont lentement mais surement en train de modifier notre rapport à la mobilité. L’année dernière, le nombre de voitures particulières purement électriques immatriculées a tout simplement doublé. Les taux de croissance de la «mobilité douce» électrique sont tout autant rapides! Cela concerne les véhicules à propulsion purement électrique ou les véhicules équipés d’un entrainement électrique auxiliaire. On pense le plus souvent aux vélos électriques qui jouissent d’une grande popularité. Les adolescent-e-s sont toutefois attirés par de nouvelles formes de mobilité: les trottinettes électriques ou même les planches à roulettes électriques sont très appréciées.
Mais qu’est-ce qui rend cette nouvelle «mobilité douce» si attrayante?

14,8 km/h

Peu de villes s’aventurent à publier la vitesse moyenne de leur transports publics urbains. Londres est l’une des rares villes à publier ces chiffres. Le résultat est préoccupant: la vitesse moyenne sur toutes les lignes de bus de Londres ne dépasse pas 9,2 mph, soit 14,8 km/h. Une tendance à la baisse. Il n’est donc pas étonnant que de nombreuses villes enregistrent une hausse de la «mobilité douce». Les vélos et notamment les vélos électriques constituent un moyen de transport idéal même dans les villes vallonnées. Et l’électrification ne s’arrête pas là: dans diverses métropoles européennes, l’importance des trottinettes électriques est absolument spectaculaire, ce qui ne va pas sans poser de problèmes.
Les skateboards électriques n’en sont pas encore là: un des premiers e-skateboard, le Lou-Board, disponible sur Kickstarter (novembre 2017), était sujet aux défaillances et aux pannes. Depuis lors cependant, le nombre de planches à roulettes a nettement augmenté. Après tout le facteur plaisir offert par les e-skateboards est énorme!
La partie puissance du contrôleur de moteur pour le moteur triphasé à courant continu sans balais.
Vue de la batterie compacte du BFH E-Skateboard.

L’e-skateboard de la BFH

Un prototype du skateboard électrique BFH a été développé dans le cadre de trois mémoires de bachelor: - Contrôleur de moteur avec transistors du type nitrite de gallium de Nicolas Stutz - Wireless Battery Management d’Iso Lechthaler - Commande à distance et application de Florian Moser Le (Long-)Board initial a été acheté chez Meepo et dispose de deux moteurs à moyeu (moteurs triphasés à rotor extérieur à courant continu sans balais), les roues en polyuréthane étant montées directement sur le rotor. Cette planche à roulette électrique est l’une des moins chères sur le marché et grâce à ses deux moteurs à moyeu, elle est suffisamment puissante pour maitriser les montées. Le contrôleur de moteur transforme la tension continue de manière à pouvoir commander un moteur triphasé à courant continu sans balais. La particularité du contrôleur de moteur BFH réside dans l’utilisation de transistors de puissance en nitrure de gallium. Ces transistors se distinguent par de très faibles résistances de contact: sous tension, le transistor correspond quasiment à un interrupteur électrique avec une résistance électrique de quelques milliohms seulement. Les capacités parasites beaucoup plus faibles du nitrure de gallium par rapport au silicium représentent un grand avantage: les transistors en nitrure de gallium peuvent ainsi être allumés beaucoup plus rapidement, ce qui réduit considérablement les pertes de commutation. Cela permet même de renoncer complètement à un dissipateur thermique, bien que le courant du moteur s’élève à 50 ampères et que le moteur délivre brièvement une puissance très élevée de plus de 1000 watts! L’absence de dissipateur thermique réduit à nouveau la taille du contrôleur de moteur et réduit aussi les couts. Bien que la taille ne joue pas un rôle important pour un e-skateboard, on découvre le potentiel technologique de ces transistors de puissance, ce qui constitue finalement l’intérêt académique de ce mémoire.
Un Battery Management System (BMS) s’assure qu’aucune des dix batteries montées en série ne soit surchargée ou trop déchargée. Contrairement à la plupart des e-skateboards en vente, la planche à roulettes électrique de la BFH dispose d’un Battery Management System, voire même d’un Wireless Battery Management. Un BMS doit mesurer le courant de charge et de décharge, ainsi que la tension de chaque cellule, généralement à 1% près. Avec dix cellules, ce n’est pas facile et cela exige passablement de câblage dans les systèmes conventionnels, vu que chaque cellule doit être détectée. Avec un BMS sans fil, pas besoin de câblage; on obtient en outre un système compact, efficace et fiable. Dans ce cas un BMS sans fil est composé de dix Slaves (chaque cellule correspond à un Slave) et d’un Master. La tension de chaque cellule est mesurée et transmise sans fil du Slave au Wireless BMS Master. Le Slave se charge dudit Balancing, c’est-à-dire de l’équilibrage de la tension directement sur la batterie. Une connexion sans fil existe entre chacune des dix cellules de la batterie et le Wireless BMS Master au lieu d’une connexion physique sujette aux erreurs. La fiabilité n’est peut-être pas le critère le plus important pour un e-skateboard, mais elle est déterminante pour d’autres systèmes!
Pour une planche à roulettes complète il faut, en plus du contrôleur de moteur et du Wireless BMS, une commande à distance pour pouvoir régler la vitesse. Une télécommande basée sur le Bluetooth Low Energy Standard a été mise au point pour l’e-skateboard BFH. Il est ainsi possible d’afficher par exemple le niveau de charge des batteries directement sur le smartphone.

Légal? Quel avenir pour les e-skateboards?

Les planches à roulettes électriques n’entrent dans aucune des catégories actuelles du trafic routier motorisé, ni même dans aucune des nouvelles catégories de la «mobilité douce». Contrairement à la trottinette électrique, aujourd’hui légale, un e-skateboard ne dispose pas de frein à friction. Si l’on s’en tient à une interprétation rigoureuse, une planche à roulette traditionnelle n’est pas non plus légale et ne devrait être utilisée ni sur les trottoirs ni sur la route, mais seulement sur les parcelles privées. S’il s’avère que l’e-skateboard est plus qu’un effet de mode passager, il sera nécessaire de légaliser ce type de «mobilité douce» ou de trouver au moins un modus vivendi entre les usagers de la route. Pour que le déplacement en s’amusant devienne aussi «légal»!
Le résultat de la thèse de bachelor de trois étudiants : L'E-Skateboard de BFH. L'électronique se trouve sur la face inférieure de la longue carte. A gauche au premier plan le contrôleur du moteur, à droite le bloc-piles et la télécommande.
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