Des batteries « bavardes » : des chercheurs mettent au point un nouveau système de communication

À l'avenir, les batteries pourraient être capables de nous « signaler » tout changement survenant en leur sein – par exemple, lorsque la température augmente ou que des gaz commencent à se former. Une équipe de recherche de l'université de Kiel a mis au point un nouveau principe de communication qui rend cela possible. Ce système ne nécessite pas de câbles de données supplémentaires et pourrait rendre les systèmes de gestion des batteries plus simples, plus économiques et, à long terme, plus sûrs.

Une batterie qui « parle » n’utilise pas de mots : elle communique par le biais de données. Des chercheurs de l’université de Kiel ont démontré comment des capteurs situés à l’intérieur d’une cellule de batterie peuvent transmettre des données de mesure vers l’extérieur sans avoir besoin de câbles de communication supplémentaires. Le système utilise plutôt les connexions d’alimentation existantes ainsi que les composants électroniques qui contrôlent déjà le processus de charge et de décharge de la batterie. L’équipe parle donc d’une « batterie bavarde » – une batterie capable de communiquer de manière autonome des informations provenant de son intérieur. Le Dr Hamzeh Beiranvand, de la chaire d’électronique de puissance, a récemment présenté ce concept dans la revue Communications Engineering.

Des capteurs à l’intérieur de la batterie, et non plus uniquement à sa surface

Les batteries modernes, telles que celles utilisées dans les véhicules électriques ou les systèmes de stockage d’énergie stationnaires, se composent de nombreuses cellules individuelles. Aujourd’hui, les capteurs de température ne sont généralement placés qu’à l’extérieur de ces cellules. Le problème est qu’une chaleur dangereuse se développe souvent en premier lieu à l’intérieur d’une cellule de batterie, où elle passe initialement inaperçue. Bien que des capteurs puissent en principe être placés à l’intérieur de la cellule, ils nécessitent actuellement des composants électroniques supplémentaires et des câbles de données qui occupent un espace précieux au sein de la batterie, déjà très compacte.

La nouvelle approche vise à surmonter cette limitation. Les chercheurs ont intégré un petit circuit électronique directement dans la cellule de la batterie. Il occupe très peu d’espace et convertit les mesures du capteur de température en un signal numérique. Ce signal quitte ensuite la batterie par les mêmes bornes que celles déjà utilisées pour la charge et la décharge. Aucun câblage de communication supplémentaire n’est nécessaire.

« Nos travaux constituent une première étape vers des batteries intelligentes capables de surveiller et de signaler en continu leur propre état », explique Beiranvand. « Cela pourrait rendre les systèmes de batteries à la fois plus sûrs et plus économiques. » Un autre avantage réside dans le fait que ce nouveau principe de communication permet de réutiliser les composants déjà présents. D’après une première évaluation des coûts réalisée par l’équipe, le système pourrait permettre de réduire les coûts d’environ 35 % par rapport aux solutions conventionnelles qui reposent sur un câblage séparé pour les capteurs.

Selon les chercheurs, le circuit électronique pourrait être encore davantage miniaturisé à l’avenir ou intégré directement dans les nouveaux matériaux des batteries. Comme les capteurs mesurent les processus à l’intérieur même de la cellule de batterie, ils pourraient également aider les chercheurs à mieux comprendre et à améliorer systématiquement les matériaux des batteries de nouvelle génération.

« En principe, le concept ne se limite pas aux capteurs de température », explique Johannes Diers, doctorant à la chaire d’électronique de puissance et premier auteur de l’étude. « Des capteurs de pression, de gaz ou d’autres types pourraient également transmettre des informations depuis l’intérieur de la batterie exactement de la même manière. »

À long terme, les chercheurs envisagent des applications dans tous les domaines où sont utilisés des systèmes de batteries haute performance – des véhicules électriques au stockage stationnaire de l’énergie éolienne et solaire, en passant par les systèmes de stockage résidentiels.