La solution pour que la batterie d’une voiture électrique dure plus pourrait résider dans le débranchement de certaines cellules.
Les batteries des voitures électriques sont composées de centaines ou de milliers de cellules, qui ne vieillissent pas de manière uniforme. Avec le temps, certaines perdent leur capacité plus rapidement que d’autres, et cette différence peut finir par limiter les performances du système dans son ensemble. Une équipe de chercheurs suédois travaille sur une solution qui permettrait de réduire l’impact de cette usure inégale sans avoir besoin de remplacer toute la batterie.
La proposition consiste à modifier la manière dont les cellules se connectent pendant le fonctionnement. Grâce à des interrupteurs électroniques et à un système de contrôle capable d’adapter ces connexions, la batterie pourrait cesser de dépendre des cellules le plus endommagées et exploiter davantage celles qui conservent encore une grande partie de leur capacité. Une solution qui pourrait s’avérer particulièrement intéressante pour les voitures électriques à long rayon d’action et les camions électriques.
Déconnecter les cellules le plus endommagées pour mieux utiliser la batterie
Dans une batterie conventionnelle, les cellules sont connectées selon une configuration électrique déterminée. Bien que toutes ne subissent pas le temps ou les kilomètres au même rythme, celles qui perdent leur capacité en premier peuvent limiter l’énergie utilisable de l’ensemble. C’est l’une des raisons pour lesquelles la dégradation d’une partie de la batterie peut finir par affecter l’autonomie disponible, même si le reste des cellules conserve un état de santé relativement bon.
L’architecture étudiée par des chercheurs de l’Université technologique de Chalmers, en Suède, vise à résoudre ce problème grâce à une batterie réconfigurable. Le système intègre des interrupteurs électroniques qui permettent de déconnecter les cellules présentant un comportement moins bon et de modifier les connexions afin que les autres continuent de fonctionner. Ainsi, une cellule dégradée cesserait nécessairement de limiter les performances de toute la batterie.
Afin d’évaluer la proposition, l’équipe s’est appuyée sur des modèles de batteries validés expérimentalement ainsi que sur des simulations à grande échelle. Les chercheurs ont analysé différentes compositions chimiques, configurations électriques, conditions d’utilisation et schémas de vieillissement, y compris les variations entre cellules, à l’aide de 1 000 simulations de Monte Carlo pour chaque scénario. Ce travail a également pris en compte 20 modèles représentatifs de voitures électriques provenant de 15 fabricants différents.
Les résultats indiquent que l’amélioration potentielle augmente, en général, avec la tension de la batterie. Cela rend cette technologie particulièrement intéressante pour les véhicules dotés de nombreux groupes de cellules connectées en série, tels que les voitures électriques à long rayon d’action et les camions. Cependant, obtenir le meilleur rendement nécessiterait de contrôler chaque cellule individuellement, ce qui ajouterait de la complexité et des coûts. Par conséquent, une application commerciale recourrait probablement au contrôle de groupes de cellules afin de maintenir le système dans des limites raisonnables.
Jusqu’à 14 mois de plus avant de remplacer la batterie
L’un des exemples analysés par les chercheurs fait appel à une batterie de 80 kWh. Dans ce cas, un véhicule qui parcourt environ 12 000 kilomètres par an atteindrait le moment prévu pour le remplacement d’une batterie conventionnelle après dix ans. Ce n’est pas en raison d’un défaut de fonctionnement, mais à cause de la perte de capacité et donc d’autonomie. Avec le système reconfigurable, ce moment serait retardé d’environ 14 mois, grâce à une meilleure utilisation des cellules qui conservent un état de santé plus favorable.
Cet étude a également examiné si l’allongement de la durée de vie pourrait compenser le coût supplémentaire des composants électroniques. Les résultats indiquent que cette proposition peut être économiquement viable pour des batteries de plus de 50 kWh, avec des distances annuelles relativement modérées, à condition que le surcoût initial reste inférieur à 7,16 %. Une durée de vie plus longue pourrait également contribuer à préserver la valeur résiduelle du véhicule, bien que cet effet dépende des conditions réelles d’utilisation et du marché de l’occasion.
Il convient cependant de situer les résultats dans leur contexte. Une amélioration supérieure à 20 % représente une limite théorique dans des conditions optimales, et non un gain garanti pour tout véhicule électrique. Bien que la technologie ait fait l’objet de recherches et de tests avec des prototypes industriels, elle n’est pas encore disponible dans les véhicules produits en série. Des essais prolongés dans des conditions réelles seront nécessaires pour déterminer dans quelle mesure elle peut augmenter la durée de vie du véhicule et si les économies réalisées compensent la complexité supplémentaire.
Cette étude, menée en collaboration avec des entreprises du secteur telles que Scania et PHINIA, a été publiée dans la revue scientifique Nature Communications. Si les résultats se confirment pour les véhicules commerciaux, cette solution pourrait devenir un nouveau moyen de réduire le coût total de possession des voitures électriques : au lieu de compter uniquement sur l’amélioration de la chimie des cellules, il serait également possible d’allonger leur durée de vie grâce à une gestion électrique plus intelligente.
Source | Nature