Le contournement des cellules vise à prolonger la durée d’utilisation des batteries de véhicules électriques.

Image : Université de technologie Chalmers | Albert Skegro

Les packs batterie des véhicules électriques sont composés de nombreuses cellules interconnectées qui ne vieillissent pas au même rythme. Dans les architectures conventionnelles, une cellule particulièrement faible peut donc limiter la capacité utilisable et la durée de vie de l’ensemble du pack.

C’est précisément là que entre en jeu une nouvelle étude menée par des chercheurs de l’Université technique de Chalmers. Elle examine les batteries réconfigurables, dans lesquelles des interrupteurs et des systèmes de contrôle permettent de modifier le câblage des cellules ou des groupes de cellules individuels. Ainsi, les cellules moins performantes peuvent être contournées de manière sélective tout en continuant à utiliser la capacité restante.

Dans le cas le plus avancé, où chaque cellule peut être contrôlée individuellement, les simulations montrent que la durée de vie de certains véhicules haute tension peut être prolongée de plus de 20 %. Selon cette étude, ce potentiel est particulièrement important pour les camions électriques et les voitures électriques à long rayon d’action dotées de nombreuses cellules connectées en série.

Les batteries réconfigurables visent à contourner les cellules faibles

Afin d’illustrer l’ampleur de cet effet, les chercheurs utilisent un exemple avec une batterie de 80 kWh et un kilométrage annuel de 12 000 km. Si une batterie conventionnelle est remplacée après dix ans, le pack réconfigurable n’atteint dans le modèle le même état de vieillissement qu’après environ onze ans – soit près de 14 mois de plus.

Cette technologie n’est pas encore disponible dans les véhicules de série. Cependant, elle a déjà été testée sur des prototypes de recherche et industriels. En pratique, il est plus probable que l’on utilise des groupes de cellules plutôt qu’un contrôle individuel de chaque cellule. La durée de vie supérieure de plus de 20 % représente donc une limite théorique maximale.

En plus d’allonger la durée de vie, les chercheurs voient également des avantages en termes de production. Aujourd’hui, les cellules ayant les propriétés les plus similaires doivent faire l’objet de tests approfondis et être assorties entre elles. Les packs réconfigurables pourraient tolérer de plus grandes différences entre les cellules, réduisant ainsi les efforts nécessaires pour ce qu’on appelle l’assortiment des cellules.

Cette architecture pourrait également présenter des avantages pour les applications d’usage secondaire. Les packs de batteries pourraient rester en service dans les véhicules plus longtemps avant d’être réutilisés de manière optimale comme systèmes de stockage stationnaires, car des cellules individuelles moins performantes n’obligeraient pas nécessairement tout le pack à cesser de fonctionner.

Chalmers étudie déjà plusieurs approches pour prolonger la durée de vie des batteries. En mai, une équipe de l’université a présenté une stratégie de charge rapide basée sur l’IA qui adapte le processus de charge à l’état de la batterie et devrait, selon les simulations, prolonger sa durée de vie d’environ 23 %. L’architecture de batterie réconfigurable nouvellement étudiée, quant à elle, fonctionne directement au sein du pack de batteries et a été conçue pour contourner sélectivement les cellules moins performantes.

Cette étude, intitulée « Évaluation au niveau du système de la reconfiguration dynamique en fonction de la durée de vie et des coûts dans les batteries de véhicules électriques », a été publiée dans la revue _Nature Communications_. Des chercheurs de l’Université technique de Chalmers, ainsi que des représentants de PHINIA et de Scania, y ont participé.