Le détour cellulaire doit permettre aux batteries de voitures électriques de durer plus longtemps.

Une étude de l’Université technique Chalmers examine des packs batterie réconfigurables capables d’éviter de manière ciblée les cellules moins performantes. Dans des conditions optimales, cela pourrait prolonger la durée de vie des batteries dans certains véhicules haute tension de plus de 20 pour cent.

Image : Université technique Chalmers | Albert Skegro

Les packs batterie des véhicules électriques sont composés de nombreuses cellules interconnectées qui ne se détériorent pas à la même vitesse. 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 ici que s’inscrit la nouvelle étude menée par des chercheurs de l’Université Chalmers de technologie à Göteborg. Ils ont étudié ce qu’on appelle des packs batterie réconfigurables, dans lesquels des interrupteurs et des systèmes de contrôle permettent de modifier la connexion entre les différentes cellules ou groupes de cellules. Cela permet d’éviter de manière ciblée les cellules moins performantes, tout en continuant à utiliser la capacité restante.

Dans le cas le plus avancé, où chaque cellule peut être contrôlée individuellement, la durée de vie s’allonge, selon les calculs de modélisation, de plus de 20 % dans certains véhicules à haute tension. Selon l’étude, le potentiel est particulièrement important pour les camions électriques et les voitures électriques longue distance dotées de nombreuses cellules connectées en série.

Les packs batterie réconfigurables visent à contourner les cellules faibles

Les chercheurs illustrent l’ampleur de cet effet à l’aide d’un exemple mettant en scène une batterie de 80 kWh et un kilométrage annuel de 12 000 kilomètres. Lorsqu’un pack batterie conventionnel est remplacé après dix ans, le pack réconfigurable n’atteint pas le même niveau de détérioration dans le modèle qu’après environ onze ans, soit près de 14 mois plus tard.

De plus, la valeur résiduelle est plus élevée car le pack a moins souffert de la détérioration. Bien que cette technologie nécessite une électronique supplémentaire, entraînant ainsi des coûts initiaux plus élevés, l’étude montre que la durée de vie prolongée et la valeur résiduelle plus élevée peuvent compenser ces coûts supplémentaires dans des conditions réalistes.

Dans les véhicules de série, cette technologie n’est pas encore disponible. Cependant, elle a déjà été testée dans des prototypes de recherche et industriels. En pratique, on travaillera probablement plutôt avec des groupes de cellules qu’avec une commande individuelle de chaque cellule. Une durée de vie supérieure de plus de 20 % représente donc une valeur limite théorique.

Outre la durée de vie, les chercheurs voient également des avantages en termes de production. Aujourd’hui, il faut tester minutieusement des cellules ayant des propriétés aussi similaires que possible et les combiner entre elles. Des packs réconfigurables pourraient tolérer de plus grandes différences entre les cellules, réduisant ainsi les efforts nécessaires pour ce qu’on appelle le « Cell Matching ».

L’architecture pourrait également présenter des avantages pour les applications Second Life. Les packs de batteries pourraient être utilisés plus longtemps dans le véhicule, puis réutilisés de manière plus efficace que des batteries stationnaires, car la défaillance de quelques cellules moins performantes n’oblige pas nécessairement à arrêter tout le pack.

L’université suédoise travaille déjà sur plusieurs approches visant à prolonger la durée de vie des batteries. En mai, une équipe de l’établissement a présenté une stratégie de charge rapide basée sur l’IA, qui adapte le processus de charge en fonction de l’état de la batterie et devrait prolonger sa durée de vie d’environ 23 % dans le modèle. L’architecture de batterie réconfigurable étudiée ici, en revanche, agit directement au niveau du pack de batteries et vise à contourner de manière ciblée les cellules moins performantes.

L’étude intitulée « System-level assessment of dynamic reconfiguration for lifetime and cost outcomes in electric vehicle battery packs » a été publiée sur nature.com. Des chercheurs de l’Université technique de Chalmers, ainsi que des représentants de PHINIA et de Scania y ont participé.