Batteries électriques plus sûres et plus facilement recyclables

Contexte et enjeux

Les accumulateurs Li-ion présentent des comportements instables en cas de surcharge ou de surchauffe. Les BMS standards assurent des protections minimales (sur-température, sur-courant, surtension, sous-tension), tandis que les BMS haut de gamme intègrent des fonctions d’estimation de l’état de santé (SoH, de l’anglais State of Health). Cependant, ces fonctions nécessitent des capteurs supplémentaires et surtout une puissance de calcul élevée, ce qui augmente le coût.

Pour les batteries destinées au grand public (outillage, vélos, trottinettes…), certains fabricants se limitent à un PCM (Protection Circuit Module) basique, incapable de détecter un vieillissement excessif ou un défaut d’isolement après un choc ou une utilisation inappropriée.

Pourquoi un diagnostic rapide ?

De nombreuses batteries sont mises au rebut alors que certains accumulateurs sont encore en bon état. Un diagnostic permettrait d’identifier dans une batterie en rebut les accumulateurs les plus dégradés à de mettre en recyclage et de conserver ceux encore en bon état pour les orienter vers les filières de seconde vie, permettant ainsi une approche plus vertueuse et sécurisée.

Approche proposée

Le projet poursuit les travaux engagés sur l’estimation de l’état de fonctionnement des batteries Li-ion, en optimisant la méthode pour la rendre plus rapide et moins coûteuse.

Une solution pragmatique consiste à intégrer un module ICU (Identification Control Unit) au PCM ou BMS. Ce dispositif superpose au courant de charge des impulsions de faible amplitude pour sensibiliser les paramètres du modèle à identifier.

Grâce à son faible coût, l’ICU rend possible l’implémentation de fonctions de monitoring avancées dans des batteries d’entrée de gamme, offrant :

• Une meilleure information sur l’état de santé de sa batterie ;
• Des données fiables pour les industriels du recyclage (durée de vie restante, état des cellules).

Essais expérimentaux

L’équipe One-sixone a mené des tests sur des accumulateurs de 3 marques différentes. Chaque accumulateur a été vieilli, analysé et testé pour valider la méthode. Les premiers résultats sont prometteurs : l’algorithme présente une marge d’erreur faible et permet d’évaluer la capacité, la résistance interne et leurs déséquilibres. Les travaux se poursuivent avec des tests sur batterie en 2026.

Ces indicateurs sont regroupés en trois états : Bon, Vigilance, Critique, avec des recommandations adaptées pour le reconditionneur (ex. ménager l’utilisation, remplacer certaines cellules, prévenir les risques).

Amélioration de la méthode

Une avancée majeure consiste à utiliser les tensions à vide des électrodes (OCP) pour prédire la perte de matière active et anticiper les risques d’instabilité. Cette approche ouvre la voie à une prédiction des dégradations futures si les conditions d’utilisation restent identiques.

Prototype et valise de diagnostic

Le prototype ICU combine une partie logicielle (algorithme et pilotage des pulses) et une partie matérielle (résistance et interrupteur commandé par le microcontrôleur).

La technologie est intégrée dans une valise compacte (514 × 289 × 193 mm, ~11 kg) comprenant :

• BMU (Battery Management Unit) : collecte des données (tension, température, courant) et assure la sécurité ;
• CSU (Cell System Unit) : mesure des tensions et températures des accumulateurs.

Valorisation industrielle

La R&D est portée par One-sixone et l’IREENA (Institut de recherche en énergie électrique de Nantes Atlantique, Nantes Université) , tandis que la valorisation industrielle serait assurée par VoltR et Ouest-Valorisation. Elle s’appuie sur :

• La connaissance des spécificités du marché ;
• Le besoin d’un diagnostic rapide pour les batteries en fin de première vie ;
• L’intérêt d’intégrer des algorithmes de monitoring dans les BMS des batteries de seconde vie.

Cette recherche fait partie de 6 projets soutenus par la Fondation MAIF pour la recherche dans le cadre de son appel projet 2023 : Risques et solutions liés aux batteries électriques rechargeables : charge, usage, stockage.