Dans un monde qui cherche des alternatives aux ressources fossiles, le marché des batteries est en forte croissance, notamment parce que le stockage d’énergie par batteries est aujourd’hui l’un des axes majeurs de recherche de la filière énergétique (applications stationnaires, stockage/lissage de l’énergie intermittente, véhicules, scooters, vélos électriques…). Le marché est également tiré par des dispositifs électroniques toujours plus nombreux. Dans ce contexte, OPERA propose d’intégrer au process de fabrication et aux systèmes de supervision des batteries des outils de mesure acoustique. Une batterie a un cycle de vie comprenant trois grandes étapes : la formation étape cruciale qui permet de rendre actifs les matériaux constituant la batterie avant sa mise en charge, la caractérisation et la qualification en sortie d’usine (batterie chargée prête à l’usage) et enfin le suivi en utilisation (gestion de la batterie et sécurité). Lors de ces étapes, des sollicitations et mesures électriques en courant et tension sont effectuées ainsi qu’une mesure thermique pour vérifier que la batterie fonctionne bien. Ces techniques ont des limitations, tant au niveau processus de fabrication que surveillance en fonctionnement, en raison du décalage entre les phénomènes physiques internes et l’observation par mesure électrique ou thermique. Si la surchauffe de la batterie d’appareils avait été identifiée en temps réel, le système de gestion de la batterie aurait pu la désactiver pour éviter les accidents, et le rappel des produits par les industriels.

L’idée d’OPERA2, porté par BIO-LOGIC et réunissant ACCUWATT et ENERTECS – tous trois intervenant dans une ou plusieurs phases spécifiques du cycle de vie des batteries – est d’appliquer aux batteries cette technique d’émission acoustique pour observer et comprendre les phénomènes internes qui s’y déroulent, et fournir ainsi des indications in-operando pertinentes pour la fabrication des éléments, leur caractérisation et leur gestion. Avec un objectif clair : améliorer et optimiser chacune de ces phases grâce à la méthodologie de caractérisation combinant électrochimie et émission acoustique mise au point par les deux laboratoires de recherche partenaires du projet, LEPMI et CEA-LITEN. En associant l’acoustique à la voie électrochimique traditionnelle, OPERA2 a permis de mettre au point des instruments et des logiciels pouvant améliorer la productivité des fabricants, notamment dans la formation des batteries. Cette étape clé, dont la durée moyenne est de 20h pour une batterie lithium-ion (90% du marché stationnaire hors véhicule), bénéficie tout particulièrement des avancées du projet.

Le développement d’un instrument de recherche acoustique comprenant notamment une carte électronique dédiée pour être intégrée dans un potentiostat BIO-LOGIC et un logiciel utilisateur. La mise en place d’une gamme commerciale de bancs de cyclage (utilisés lors des tests des batteries) ainsi que le développement d’un logiciel adapté permettant le pilotage et l’affichage d’un grand nombre de voies ainsi que le stockage et le traitement des données en grand nombre. Ces instruments, qui permettent une caractérisation des batteries en pré-série, représentent aujourd’hui un pourcentage significatif du chiffre d’affaires de BIO-LOGIC. ACCUWATT de son côté a validé l’intérêt de l’acoustique pour la sécurité et a démarré l’intégration dans ses BMS haut de gamme à très forte contrainte de sécurité (militaire aviation).

La technique d’émission acoustique, qui vient utilement compléter d’autres technologies, est prête et éprouvée. Désormais, une évangélisation de ses capacités et bénéfices est nécessaire pour convaincre le monde industriel et favoriser la croissance des activités des partenaires dans le domaine. Les grands fabricants de batteries (Samsung, Sony, Toshiba, Panasonic, etc) sont particulièrement attentifs à ce type de solutions car ils sont confrontés à la contrainte de devoir augmenter la densité énergétique de leur batterie dans des espaces de plus en plus restreint (ce qui rend l’objet potentiellement plus dangereux). BIO-LOGIC a donc pu fournir à certains de ces fabricants des équipements suite aux travaux menés dans OPERA2.

Le travail des laboratoires de recherche LEPMI et LITEN doit se poursuivre afin d’analyser chaque son, en particulier leur fréquence et leur durée, et de les caractériser par rapport au fonctionnement (normal/anormal) de la batterie. L’objectif est de constituer une véritable bibliothèque de « signatures » qui pourra être transférée dans les outils développés par BIO-LOGIC. Si OPERA2 a permis de répondre aux besoins identifiés au départ, le projet a également permis d’ouvrir d’autres horizons à BIO-LOGIC. La société investit de manière substantielle dans ses activités de Recherche et Développement afin de faire évoluer sa gamme de produits intégrant des volumes d’analyse multipliés par 4 (passer de 500 voix à 2000). A la suite du projet, les laboratoires LEPMI et LITEN ont engagé de nouvelles collaborations de recherche sur l’analyse des batteries, ce qui maintient un niveau d’excellence scientifique sur lequel s’appuient les industriels comme BIO-LOGIC ou Accuwatt.