Fin 2018, débute une collaboration entre deux acteurs de l'industrie, Saft et Stellantis, autour de la batterie et de ses usages. Un projet poussé chez Saft par un constat simple : une batterie sans convertisseur pour transformer le courant continu en alternatif n'a qu'un intérêt limité. Or l'entreprise ne fabrique pas de système de conversion. Chez Stellantis, qui a intégré la conception et la commercialisation de véhicules électriques, c'est le gain en volume sous capot, la diminution du coût de production et l'amélioration du rendement énergétique qui guident la réflexion. Un prototype a été fabriqué et est en test au sein du laboratoire GeePs à l'école CentraleSupélec. Un second, correspondant à un véhicule prototype fonctionnel, est en cours de fabrication.
Le principe
Reprenons depuis le début. Une batterie est une source de tension qui délivre du courant continu. Un convertisseur effectue une conversion entre une source de tension continue et un courant alternatif. À l'heure actuelle, la majorité des convertisseurs se connectent aux bornes d'une batterie. Ils recueillent pour l'application stationnaire un réseau de 1 000 à 1 500 volts en courant continu qui résulte de la mise en série de cellules au lithium-ion, pour le transformer en 690 volts en courant alternatif. La tension continue est « découpée » par le convertisseur, d'où la chute de tension. « Nous avons isolé des modules de 4 à 8 cellules au lithium-ion, et avons connecté à chacun une sorte de mini-convertisseur », explique Thomas Peuchant, chargé du projet chez Saft. Le même procédé est répété pour toutes les cellules de la batterie. « Avant, les cellules au lithium-ion étaient mises en série. Maintenant, ce sont nos mini-convertisseurs », complète Francis Roy, chef du projet pour Stellantis.
Un impact sur le recyclage ?
Si la mise en série des mini-convertisseurs améliore le rendement du système et apporte un gain logique sur l'ensemble du cycle de vie – de quinze à trente ans pour une batterie, la recyclabilité peut s'en trouver impactée. Éléments de réponse généraux avec Guilhem Grimaud, de MTB Group, spécialisé dans le recyclage des déchets complexes.
« Des éléments de l'électronique de puissance pourront se retrouver mélangés à la blackmass. Soit les procédés hydro sont capables d'accepter cette variabilité et de récupérer les impuretés, soit ce sera une nouvelle pollution et des éléments perdus. Mais aujourd'hui de plus en plus de fabricants conçoivent des packs de batteries non démontables [ce qui n'est pas le cas pour la technologie développée par Saft et Stellantis, selon Thomas Peuchant] qui intègrent également de l'électronique de puissance, donc résultat similaire ! Une vraie réflexion sur l'écoconception des batteries reste nécessaire... »
Ce nouveau type de convertisseur a trois états possibles - bypass (0 volt), positif et négatif – commandés grâce à une carte électronique de supervision construite pour l'occasion. « Les convertisseurs classiques hachent une tension unique qui correspond à la tension de la batterie – de 1 000 à 1 500 volts », explique Thomas Peuchant. En d'autres termes, il n'est pas possible de réduire la tension, autrement que par le biais du convertisseur, en sortie de batterie. Avec ce projet, « nous reconstruisons une tension par paliers de quelques dizaines de volts ». Une innovation que Thomas Peuchant et Francis Roy qualifient de rupture et qu'ils comparent à la transition entre la télévision à tube cathodique et les écrans à leds. « Avant, il y avait un tube cathodique unique avec une tension de plusieurs milliers de volts. Maintenant, des dalles de leds sont pilotées localement les unes par rapport aux autres pour créer des pixels. »
Un seul projet, des applications différentes
« Nos secteurs d'activité ne manipulant pas les mêmes niveaux de puissance – de 1 à 3 MW pour les batteries industrielles, 350 kW pour l'automobile –, on pourrait croire à de nécessaires adaptations pour satisfaire aux usages, ajoute Francis Roy. Mais pas du tout ! Si les puissances aux bornes diffèrent du tout au tout, les tensions à l'intérieur du système de stockage, au niveau des modules au lithium-ion et des mini-convertisseurs associés, sont identiques. » Pour Saft, ces nouvelles batteries serviront aux marchés stationnaires, ferroviaires, marins et aux applications de mobilité industrielle. Pour Stellantis, elles permettront, d'après les estimations, un gain d'autonomie d'au moins 12 %. Mais il faudra encore attendre pour les voir arriver sur le marché, avec une ambition de commercialisation avant la fin de la décennie.
