À l’avenir, les batteries pourraient nous alerter en cas de changement interne, par exemple une hausse de température ou la formation de gaz. Une équipe de recherche de l’université de Kiel a mis au point un nouveau principe de communication qui rend cela possible. Ce système, qui ne nécessite aucun câble de données supplémentaire, pourrait simplifier la gestion des batteries, la rendre plus économique et, à terme, plus sûre.
Une batterie « parlante » ne communique pas par des mots, mais par des données. Des chercheurs de l’Université de Kiel ont démontré comment des capteurs intégrés à une cellule de batterie peuvent transmettre des données de mesure vers l’extérieur sans nécessiter de câbles de communication supplémentaires.
Le système utilise les connexions d’alimentation existantes ainsi que l’électronique qui gère déjà la charge et la décharge de la batterie. L’équipe la qualifie donc de « batterie parlante », capable de communiquer des informations depuis 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 seulement en surface.
Les batteries modernes, comme celles utilisées dans les véhicules électriques ou les systèmes de stockage d’énergie stationnaires, sont composées de nombreuses cellules individuelles. Actuellement, les capteurs de température sont généralement placés uniquement à l’extérieur de ces cellules. Le problème est que la chaleur dangereuse se développe souvent d’abord à l’intérieur d’une cellule, où elle reste initialement indétectée. Bien que les capteurs puissent en principe être placés à l’intérieur de la cellule, cela nécessite actuellement des composants électroniques et des câbles de données supplémentaires qui occupent un espace précieux dans la batterie, dont l’intérieur est très compact.
Cette nouvelle approche vise à pallier cette limitation. Les chercheurs ont intégré un petit circuit électronique directement dans l’élément de la batterie. Ce circuit, très compact, convertit les relevés du capteur de température en un signal numérique. Ce signal est ensuite évacué de la batterie par les mêmes bornes que celles 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 qui surveillent et signalent en permanence leur propre état », explique Beiranvand. « Cela pourrait rendre les systèmes de batteries à la fois plus sûrs et plus économiques. » Autre avantage : ce nouveau principe de communication permet de réutiliser des composants déjà présents. D’après une première évaluation des coûts réalisée par l’équipe, le système pourrait réduire les coûts d’environ 35 % par rapport aux solutions classiques qui utilisent un câblage de capteurs séparé.
D’après les chercheurs, le circuit électronique pourrait être miniaturisé davantage à l’avenir, voire intégré directement dans de nouveaux matériaux pour batteries. Comme les capteurs mesurent les processus se déroulant au sein même de la cellule, ils pourraient également aider les chercheurs à mieux comprendre et à améliorer systématiquement les matériaux pour batteries de nouvelle génération.
« En principe, ce 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 de capteurs pourraient également transmettre des informations depuis l’intérieur de la batterie de la même manière. »
À long terme, les chercheurs envisagent des applications partout où des systèmes de batteries haute performance sont utilisés – des véhicules électriques et du stockage stationnaire pour l’énergie éolienne et solaire aux systèmes de stockage de batteries résidentiels.
