Niveau de stress : qu’est-ce qui fait mal ? [Cycle de la batterie n°7 | Sortie en 2026]

Il y a cinq ans, grâce aux connaissances de Claudius Jehle, PDG de volytica diagnostics GmbH, nous avons lancé la série d’articles « The Battery Cycle », dans le but de faire la lumière sur les complexités des batteries Li-Ion.

Cette série a fourni une grande quantité d’informations précieuses pour tous ceux qui travaillent dans le domaine de la mobilité électrique.

Aujourd’hui, cinq ans plus tard, nous revenons sur ces mêmes sujets – toujours en collaboration avec Claudius Jehle – enrichis par des données issues du monde réel et des leçons apprises.

Toute la série d’articles, entièrement mise à jour, est également publiée dans un numéro spécial monographique accompagnant les éditions de Sustainable Bus (ainsi que ses plateformes sœurs Sustainable Truck & Van et Powertrain International) tout au long de l’année 2026.

Nous accueillons vos questions, vos retours et vos contributions à l’adresse info@sustainable-bus.com.

Bienvenue dans un nouvel article de la série Battery Cycle – une série d’articles consacrés à démystifier ce « boîtier noir » en langage simple, mais technique et fiable. Notre dernier article expliquait le concept d’état de santé (ou SOH) et pourquoi il faut l’utiliser avec beaucoup de prudence. Comme cette série est construite de manière progressive, nous vous conseillons vivement de consulter tous les articles précédents (y compris ceux portant sur les différences entre NMC, LFP, LTO, SOC, ainsi que sur la charge et l’équilibrage).

L’article précédent était consacré à un effet majeur de la dégradation : la diminution de la capacité. Tout dans ce domaine tourne autour de cet aspect – mais nous n’avons pas abordé ce qui cause réellement les dommages : quels facteurs influencent le rythme de dégradation et quelles mesures peuvent être prises pour ralentir sa progression ?

Qu’est-ce que la « capacité » et l’SOH ?

Alors, quels sont les facteurs qui influencent directement la dégradation, et donc au moins indirectement aussi la capacité et les performances disponibles dans la vie quotidienne ?

La réponse courte est : il n’existe que quelques règles universelles. En général, chaque type de cellule batterie présente une sensibilité propre aux conditions d’utilisation et aux influences extérieures. Certains types de cellules sont conçus pour résister à de basses températures, d’autres à de fortes courants, etc. Et comme c’est souvent le cas dans la vie, il n’y a pas de repas gratuit : une optimisation dans un domaine s’accompagne d’un coût dans un autre – nous en parlerons plus en détail plus tard.

Vieillissement lié au calendrier vs. vieillissement lié aux cycles

Tout d’abord, présentons les concepts de vieillissement calendrier et de vieillissement cyclique. Lorsqu’une batterie n’est pas utilisée, c’est-à-dire qu’aucun courant ne circule en entrée ou en sortie, elle se dégrade uniquement par vieillissement calendrier. Dès que le courant commence à circuler, ce phénomène est complété par le vieillissement cyclique. Ces deux modes entraînent une diminution de la capacité (ainsi qu’une augmentation de la résistance) en raison de l’immobilisation irréversible des ions dans des réactions secondaires, ces dernières étant évidemment influencées par différents facteurs. C’est pourquoi nous appelons ces facteurs des facteurs d’influence. En général, les ions réagissent de manière irréversible avec d’autres matériaux présents dans la cellule (comme l’électrolyte), formant ainsi des résidus passifs*. Il existe également d’autres types de résidus qui peuvent devenir dangereux.

Les facteurs d’influence sont assez universels, seuls leurs effets individuels diffèrent fortement :

• Température – c’est-à-dire la température de la cellule et non celle de l’environnement**

SoC – Pendant les périodes d’inactivité (vieillissement calendaire), le vieillissement dépend du niveau de charge (SoC) auquel la batterie est stockée. Pendant le fonctionnement (vieillissement cyclique), il dépend de la fenêtre de SoC, c’est-à-dire de la plage de charge entre les limites supérieure et inférieure des cycles.

Tension (uniquement pendant le vieillissement cyclique) – la tension de charge et de décharge

Fréquemment, des contraintes mécaniques telles que les vibrations et la pression sont (correctement) incluses dans cette liste ; pour l’instant, nous allons les ignorer.

Température et durée de vie de la batterie

Comment ces facteurs influencent-ils le taux de dégradation de la capacité ? Cela dépend de la sensibilité de la chimie de la cellule, et cette dépendance est souvent fortement non linéaire. La plupart des chimies de cellules se prêtent bien à un stockage à basse température, ce qui ralentit le vieillissement calendaire (en réduisant la probabilité de réactions secondaires).

Cependant, les cellules NMC en particulier souffrent fortement lorsqu’elles sont chargées à basse température (

Revêtement en lithium, dérapage thermique…

Les batteries Li-Ion peuvent être considérées comme sûres. Une « auto-inflammation » ne peut, le cas échéant, être envisagée que si des défauts microscopiques internes atteignent des niveaux critiques. En termes simples, les ions de lithium se déplacent d’un pôle à l’autre à l’intérieur de la cellule, tandis que les électrons effectuent ce trajet à travers le circuit électrique du véhicule. Dans des conditions normales, les ions migrent vers l’électrode opposée pour se réunir aux électrons déjà en déplacement. Cependant, par temps froid, lorsque le courant est élevé (chargement rapide) et/ou que l’électrode d’accueil est déjà fortement chargée, cette migration devient aussi difficile que de monter à bord d’un avion déjà bondé avec trente autres passagers frigorifiés. Ainsi, dans de telles conditions, il est souvent plus avantageux sur le plan électrochimique de former des dépôts métalliques sur l’électrode – le revêtement en lithium, cette « mauvaise forme » de résidu.

Conseils pratiques : 1) Prévoyez un équilibrage passif. Après une charge à 100 %, suivez les recommandations du fabricant concernant le temps d’inactivité afin de permettre au BMS d’équilibrer efficacement les cellules. 2) Demandez des données de diagnostic détaillées de la batterie. Exigez des informations sur l’écart de SoC, les tensions des cellules et les indicateurs de déviation, de préférence au niveau des cellules, ou au moins par module ou série. 3) Précisez ces exigences dans les appels d’offres. Exigez une stratégie d’équilibrage définie, un seuil maximal d’déséquilibre des cellules, ainsi qu’un accès à long terme aux données brutes de la batterie.

Une répétition continue de ce processus accumule de tels défauts, jusqu’au point où ils peuvent pénétrer les filaments et provoquer des courts-circuits internes (dendrites). Ceux-ci génèrent à leur tour de la chaleur, essentielle pour accélérer les processus chimiques, ce qui entraîne encore plus de chaleur et de gaz – un processus auto-sustenu appelé « dérive thermique ». Une telle situation devient explosive en moins de cinq minutes, libérant finalement violemment des gaz sous forme de nuages blancs épais imprégnés d’électrolyte.

Remarque : les conditions favorisant la formation de revêtements ne sont contrôlées que partiellement par le système de gestion des batteries d’un véhicule. Il incombe à l’opérateur de surveiller et de prendre soin de ses batteries, tout comme un stockage prudent, une manipulation appropriée ainsi qu’un suivi rigoureux des liquides inflammables constituent sans aucun doute les meilleures pratiques.

Le rôle du SoC

Ainsi, bien que le courant et la température forment généralement un ensemble complexe d’interactions, et que la sensibilité à la température diffère souvent entre vieillissement calendaire et vieillissement cyclique, ce sont les SoC qui nous réservent les véritables surprises !

Le SoC peut avoir un impact significatif sur la durée de vie de la batterie, que ce soit le SoC en veille pendant le stationnement (vieillissement calendaire) ou la plage de fonctionnement du SoC pendant l’utilisation de l’équipement (vieillissement cyclique). Bien qu’il s’agisse là encore d’un seul exemple parmi des centaines, il montre bien quel potentiel se cache dans ce facteur : la figure suivante illustre l’évolution de la dégradation pour deux cas d’usage presque identiques utilisant des cellules NMC de haute qualité. Dans les deux cas, seuls environ 50 % de la batterie sont utilisés (ce qui n’est pas rare) ; le premier cas (en vert) se déroule dans la moitié supérieure de la plage de charge (100 > 50 > 100 > … %, c’est-à-dire que la batterie revient à moitié pleine au point de stockage), tandis que le second cas (en violet) présente un comportement plus extrême : partant de 50 %, la batterie revient pratiquement vide (50 > 0 %). L’impact sur la dégradation est incroyable : la deuxième batterie durera 2 à 3 fois plus longtemps que la première, réduisant ainsi le coût total de possession de plus de 50 %.

Qui ose gagne ! Vraiment ? Lorsqu’il s’agit de ces sensibilités, les généralisations sont très dangereuses. Il peut exister de nombreuses cellules qui réagissent complètement différemment – une règle empirique souvent citée consiste à éviter les régions de niveau de charge élevé (>90 %) et faible (25>75>…) présente même une dégradation légèrement plus rapide que celle observée dans le cas bleu !

Le niveau de stress de la batterie

Cela semble complexe, confus et presque impossible à gérer. En effet, même un expert formé ne peut pas évaluer le degré de stress d’un profil d’utilisation donné, même en l’analysant manuellement – c’est-à-dire en évaluant le profil de taux C, l’évolution de la température et les plages de SoC pour les comparer à la matrice multidimensionnelle de susceptibilité du type de batterie*****.

Afin de réduire la complexité, on utilise le concept de « niveau de stress », un nombre simple qui indique à l’observateur si un cas d’utilisation donné est plus ou moins stressant qu’un cas de référence nominal (comme les conditions de conception et de garantie par défaut, telles que « fin de vie après 8 ans ») – un niveau de stress de 1,0 signifie que le cas en question est à peu près aussi stressant que prévu, tandis qu’un niveau de stress de 2,0 indique que la batterie, sous les facteurs d’influence donnés, se dégrade probablement deux fois plus rapidement que prévu.

Il existe des outils capables d’analyser automatiquement le niveau de stress dans une plateforme de surveillance. Ces outils sont utiles pour évaluer les risques et le potentiel, ainsi que pour adapter les cas d’usage.

Le rôle du BMS

Déjà depuis des années, on débat de savoir s’il incombe à l’électronique de batterie (BMS) de contrôler les facteurs influençants et de les maintenir sous contrôle. Oui, c’est bien son rôle. Il permettra d’éviter une utilisation préjudiciable qui pourrait représenter une menace immédiate pour la sécurité (« stress très élevé »). Mais, à part dans des cas très rares, il n’est ni conçu ni destiné à donner des recommandations concernant le niveau de stress « le plus optimal ».

En d’autres termes : je vous empêcherai de boire deux bouteilles de vin rouge, mais il ne vous recommandera pas de boire une tasse de thé au gingembre à la place.

Il est intéressant de noter que la tendance mondiale va vers des densités énergétiques toujours plus élevées (portée accrue), ce qui se paie souvent cher au détriment de la durée de vie. En effet, la stabilité moyenne diminue ! Cela est particulièrement vrai pour les batteries automobiles de voitures particulières, mais cela pourrait, tôt ou tard, affecter également les véhicules utilitaires lourds. Quoi qu’il en soit, la grande sensibilité de tous les types de batteries au lithium-ion aux facteurs influençants devrait nous alerter tous et sensibiliser à l’énorme potentiel d’optimisation qui pourrait rester inexploité dans de nombreux domaines d’utilisation.

Aperçu

1. Chaque sous-type de batterie au lithium-ion présente une sensibilité unique et souvent complexe aux facteurs externes – il convient de distinguer le vieillissement lié au temps (stationnement) du vieillissement cyclique (utilisation).

Les deux situations entraînent l’inactivation de formes différentes d’ions Li – ce qui provoque toujours une diminution plus ou moins marquée de la capacité (et une augmentation de la résistance), et parfois même l’accumulation de résidus dangereux (revêtement en Li).

Ainsi, différentes conditions d’utilisation entraînent des niveaux de stress différents (ou des évolutions de dégradation différentes), et le simple comptage des cycles ou de l’âge ne permet jamais une évaluation adéquate de la dégradation !

En d’autres termes : il faut toujours vérifier régulièrement et de manière indépendante la capacité ainsi que le niveau de santé de la batterie.

Cela exige également une grande vigilance face aux dangers potentiels (problèmes de sécurité possibles, voir les articles correspondants) ainsi qu’aux effets des différents facteurs influençant le rythme de dégradation – par exemple en surveillant le niveau de stress de la batterie.

De légères adaptations des profils d’utilisation peuvent réduire considérablement la charge sur la batterie et aider à prolonger sa durée de vie de 10 à 50 %, voire parfois jusqu’à deux fois ou plus dans des cas extrêmes !

* On l’appelle souvent « interface à électrolyte solide » (SEI), car ce résidu forme une interface entre les électrodes solides et l’électrolyte.

** La température de la batterie n’est bien sûr jamais complètement indépendante de la température ambiante. Surtout dans les systèmes de batteries sans contrôle de température (sans chauffage/refroidissement actif), la température de la batterie est directement influencée par l’environnement. Même si le système est activement contrôlé, la température de la batterie reviendra vers celle de l’ambiance après de longues périodes d’inactivité.

*** Le « taux C » correspond à la tension normalisée ; au lieu de parler de 20 A – ce qui peut être élevé pour une petite batterie (par exemple de 2 Ah), mais négligeable pour une grande batterie de 1000 Ah – on divise souvent le courant par la capacité nominale : 10 C dans le premier cas, 0,02 C dans le second. Ainsi, 1 C signifie : vidée en environ 1 heure.

**** Chargement et déchargement à 1 C, plage complète de SoC (0 – 100 % – 0 %), température variable

***** Cette matrice de sensibilité est souvent appelée carte de contraintes. Elle reste le plus souvent inconnue, du moins en partie, tant pour le fabricant de la batterie que pour celui du système, en raison de son ampleur et de sa complexité. Et comme elle permet d’obtenir d’excellents potentiels d’optimisation, c’est aussi souvent un secret bien gardé.

L’article « Niveau de contraintes : qu’est-ce qui nuit ? [Cycle de batterie n°7 | Sortie en 2026] » est paru pour la première fois sur Sustainable Bus.