Dans le cadre d’un projet de recherche, la Haute école spécialisée bernoise HESB coopère avec le fabricant de vélos électriques Thömus SA. Il est prévu de collecter des points de données sur une flotte de 200 vélos électriques dont l’analyse permettra de mieux comprendre le processus de vieillissement des batteries. Ce projet de recherche a pour objectif de ralentir le vieillissement des batteries et d’ouvrir la voie à des champs d’application pour les batteries de seconde vie.
Image: Berner Fachhochschule
Une approche intégrée d’économie circulaire pour les batteries lithium-ion constitue un véritable défi pour la recherche et pour l’industrie. Les batteries dont la capacité résiduelle est inférieure à 80 % n’ont plus la puissance suffisante pour des utilisations de mobilité et sont pour la plupart recyclées alors qu’elles pourraient tout à fait servir de stockage stationnaire dans le cadre d’une application de seconde vie. Dans le même temps, la multiplication des solutions de mobilité alimentées par batterie accentue la nécessité d’accroître la durée de vie des batteries pour leur utilisation primaire.
Abaisser la consommation de ressources liées aux batteries passe par la prolongation de leur durée de vie. L’objectif est donc de pouvoir donner une seconde vie aux batteries qui ne répondent plus aux exigences du secteur de la mobilité, dans des applications telles que le stockage d’énergie stationnaire. Afin de faire un pas dans cette direction, le fabricant de vélos électriques Thömus SA coopère avec la Haute école spécialisée bernoise HESB ainsi qu’avec d’autres partenaires. « Il s’agit de mieux comprendre le processus de vieillissement des batteries tout au long de leur utilisation par les cyclistes. C’est-à-dire, identifier et éviter les conditions qui les endommagent et les font vieillir rapidement », explique Priscilla Caliandro, professeure à l’HESB et responsable du Centre de stockage de l’énergie de la haute école.
Tout nouveau vélo électrique vendu dans la gamme Twinner de Thömus SA consigne des données précieuses relatives à la batterie qui seront utilisées à des fins scientifiques. Parmi les points de données pertinents figurent notamment la température, le niveau de charge et l’intensité du courant électrique. Le groupe de l’HESB dirigé par Priscilla Caliandro et Andrea Vezzini a spécialement conçu un modèle statistique pour ce type de données d’utilisation. « Les avantages incontestables de notre concept sont l’anonymisation immédiate des données – il n’est pas possible d’identifier l’itinéraire emprunté – de même qu’un espace de stockage constant sur toute la durée de vie pour l’enregistrement des données. De plus, les temps de calcul nécessaires à l’analyse ultérieure sont considérablement réduits du fait qu’un prétraitement des données est d’ores et déjà réalisé sur la puce intégrée à la batterie, avant que ne soit effectuée la transmission mobile sur le serveur de l’HESB. D’une manière générale, cela contribue à faire de ce dispositif un système très léger et très peu coûteux », souligne P. Caliandro. Dans leur laboratoire, les scientifiques croisent ensuite les données relatives à l’utilisation avec un vieillissement modélisé afin d’élaborer des stratégies visant à opérer la batterie de manière optimale.
Ces analyses doivent permettre d’établir un pronostic sur les performances futures d’une batterie ainsi que sur sa durée de vie attendue. Ces informations sont d’une part primordiales en ce qui concerne la sécurité des batteries et d’autre part indispensables à l’émergence de nouveaux modèles d’affaires pour un usage secondaire. Actuellement, les chercheur·euse·s s’emploient à améliorer la qualité de leurs pronostics et, en collaboration avec d’autres partenaires, à implémenter ce concept de collecte de données d’utilisation dans d’autres applications. Avec des possibilités futures à l’esprit, P. Caliandro ajoute : « Nous avons également entamé des discussions avec des partenaires européens et nous espérons que notre concept sera intégré au passeport numérique de batterie de l’UE, qui consignera toutes les informations pertinentes en lien avec la durée de vie d’une batterie de véhicule. » De la même manière, cela permettra de renforcer le marché des véhicules d’occasion puisqu’il sera plus simple d’établir la valeur d’une batterie et donc du véhicule.
Depuis plusieurs mois, une unité de stockage stationnaire dans le Swiss Bike Park Oberried constitue le chaînon qui manquait jusqu’alors pour aller vers une amélioration du bilan écologique des batteries utilisées pour les vélos électriques : dans le cadre d’une application de seconde vie, un dispositif composé de huit batteries de vélos électriques usagées permet de stocker l’électricité produite pendant la journée par des équipements photovoltaïques installés sur l’abri vélo, laquelle est ensuite utilisée pour recharger les vélos de la flotte d’essai durant la nuit. Ce prototype, qui convient aussi à un usage en maison individuelle, montre, à petite échelle, comment intégrer les batteries issues de la mobilité électrique à l’approvisionnement énergétique, mettre à disposition les capacités de stockage pour l’électricité produite à partir de sources renouvelables et améliorer la durabilité des batteries. À l’avenir, les batteries usagées des véhicules électriques pourraient ainsi continuer à être utilisées pendant de nombreuses années.
L’équipe de recherche de l’HESB fait également partie de CircuBAT, un projet de recherche suisse visant à améliorer l’empreinte écologique des batteries lithium-ion. L’objectif que CircuBAT s’est fixé pour 2025 consiste à développer un modèle d’affaires durable et circulaire pour les batteries lithium-ion issues de la mobilité électrique. Une plus grande durabilité implique de trouver des solutions à toutes les étapes du cycle de vie. Innosuisse et 24 autres partenaires assurent le financement de CircuBAT. En plus de l’HESB, qui assure également la direction générale du projet, six autres instituts de recherche suisses sont impliqués dans cette initiative multidisciplinaire.
