Prédire la durée de vie d'une batterie électrique grâce à l'IA

Introduites sur le marché dans les années 90 par Sony, les batteries lithium-ion sont aujourd’hui présentes dans la plupart de nos technologies. Révolutionnaires, elles fonctionnent en deux étapes : 80 % de charge rapide et 20 % de charge de maintien. Le système est amélioré et les appareils reprennent plus vite en autonomie. La fin de charge, plus lente, assure quant à elle la durabilité de vie de la batterie. Ces dernières se sont donc vite imposées dans la conception des nouvelles technologies : chez Apple, Tesla ou Samsung, les smartphones, l’électroménager et même les voitures électriques sont principalement équipés de ce type de batterie.

Réduire le temps de conception des batteries, un défi pour l’avenir

En Europe, l’initiative Battery 2030+ porte sur la recherche de long terme dans le domaine des batteries. Elle contribue aux ambitions de l’Alliance européenne des batteries, initiée en 2017 par la Commission européenne, qui s’inscrit dans le cadre du Pacte vert européen (Green Deal).

« Battery 2030+ ne cherche pas à développer une chimie ou une technologie spécifique de batterie, mais plutôt à exploiter la puissance de nouveaux outils tels que l’intelligence artificielle pour transformer la manière dont nous découvrons et développons les prochaines générations de batteries. Avec Battery 2030+, la conception et le développement des batteries entrent dans l’ère numérique », explique Kristina Edtröm, coordinatrice de Battery 2030+ et professeur de chimie inorganique à l’Université d’Uppsala (Suède), dans le communiqué publié par le CEA.

Dans un contexte où le marché des batteries lithium-ion est passé de 29,68 milliards de dollars en 2015 à, selon une estimation de Transparency Market Research, 77,42 milliards de dollars d’ici à 2024, l’enjeu est de limiter au maximum leur obsolescence. En tant que consommateurs, nous jetons et remplaçons ces appareils très rapidement. En 2015, l’agence allemande de l’environnement a alerté sur le fait que la durée de vie des appareils électroniques avait largement diminué depuis le début des années 2000. Le problème est devenu si courant qu’il porte le nom de gaspillage électronique. 

Ainsi, de nombreux chercheurs et ingénieurs tentent de définir avec précision la fin de vie des batteries électriques, dans le but de les faire gagner en efficacité et éviter que leur vieillissement n’endommage les appareils qu’elles alimentent en énergie. En effet, les informations concernant la façon dont une batterie est rechargée sont cruciales, car un mauvais schéma de charge peut réduire considérablement la durée de vie d’une batterie. L’autre objectif poursuivi par les recherches effectuées autour de ces batteries est la réduction du temps de charge.

Comment le Big Data et l’IA ont transformé les recherches

Désormais, l’IA est capable de prédire avec précision la durée de vie d’une batterie lithium-ion. Jusqu’à présent, leur durée de vie était déterminée par de multiples cycles de charge et de décharge, ce qui faisait perdre un temps considérable aux chercheurs. Aujourd’hui, grâce à ces jeux de données, des modèles prédictifs sont capables d’estimer avec précision combien de cycles supplémentaires chaque batterie peut effectuer. 

Jusque là, l’évaluation des schémas de recharge affectant la durée de vie de la batterie était un processus long : épuiser complètement une batterie lors d’un test prenait parfois plus de 500 jours. Aujourd’hui, certaines IA mettent seulement quelques jours pour déterminer quels modèles de recharge sont les plus efficaces. De plus, l’IA permettra d’accélérer la conception de nouvelles batteries et d’en réduire les coûts de production. En effet, cette dernière réduit le temps de validation des nouveaux produits ou matériaux utilisés et sélectionne, grâce à la classification, les batteries les plus performantes.

Selon les prévisions de l’Agence internationale de l’énergie, les ventes de véhicules électriques devraient atteindre les 23 millions avec un stock cumulé de 130 millions de véhicules d’ici à 2030. Après une décennie de montée en puissance de la vente des véhicules électriques, le marché s’est structuré. Par conséquent, l’offre des constructeurs se diversifie et les plans de production incluent tous un nombre élevé de véhicules électriques, à batterie ou hybride rechargeable. Le marché VE est devenu un marché de plus en plus robuste. Tous les constructeurs y sont désormais engagés, poussés par la réglementation qui ne cesse d’exiger une réduction massive des émissions de CO2. Dans ce contexte, la longévité et la fiabilité de la batterie représentent donc deux enjeux très importants pour l’avenir de la mobilité.