Accélérer les tests sur les batteries en Europe : le rôle du jumeau numérique dans le projet européen Thor

Du secteur industriel au secteur automobile, en passant par la dernière génération de dispositifs médicaux portables : il existe de nombreux domaines d’application dans lesquels la transition électrique, stimulée par les batteries, façonne l’avenir du marché. L’expansion de ces technologies nécessite un haut niveau de développement technologique qui, au niveau européen, se traduit par la mise en œuvre de projets partagés, consortiums et synergies public-privé, portés par l’Union européenne au moyen de fonds et d’instruments dédiés.

Le projet européen THOR, qui fait partie du programme-cadre de l’Union européenne pour la  recherche et l’innovation Horizon Europe, s’inscrit dans ce contexte de coopération, avec pour objectif d’alléger et accélérer la chaîne de valeur européenne des batteries, en favorisant l’innovation, trop souvent entravée par les protocoles d’essai longs et coûteux qui ralentissent l’introduction des batteries de nouvelle génération sur le marché.

Méthodologies de pointe pour accélérer les tests sur les batteries

Réduire le nombre d’essais physiques et promouvoir l’innovation dans la conception des batteries en Europe, tel est le défi que s’est fixé le projet européen THOR.

Flash Battery est l’un des principaux acteurs de ce projet, qui a officiellement débuté en juin 2023, avec un réseau de 8 autres partenaires issus de 6 pays de l’Union européenne, qui travailleront côte à côte pendant 48 mois pour accélérer la croissance de l’industrie européenne des batteries.

En effet, l’innovation technologique européenne dans ce secteur ne suit pas toujours l’évolution rapide de la demande, car elle est entravée par des protocoles de tests sur les batteries très longs et coûteux, qui rendent difficiles leur développement et leur introduction rapide sur le marché, pénalisant de fait leur compétitivité.

Il s’agit de procédures d’essai très complexes qui nécessitent l’utilisation d’un grand nombre d’échantillons et d’infrastructures sophistiquées.

Pour donner un exemple pratique, un prototype de batterie développé en 2023 pourrait atteindre le stade de la production en 2032, car les performances, le vieillissement et les caractéristiques de sécurité de la batterie conçue doivent être évaluées et étudiées par le biais de tests d’essai et d’erreur très longs.

L’objectif du projet européen Thor est précisément de faciliter le développement de batteries européennes de nouvelle génération, en accélérant les processus d’essai et en réduisant la quantité d’essais physiques, grâce au développement d’un outil virtuel, appelé Jumeau Numérique, qui utilise l’intelligence artificielle pour simuler le comportement des batteries, en faisant des prévisions prédictives précises sur les performances des cellules, des modules et des batteries.

Les 5 objectifs du projet très novateur THOR

Le projet européen THOR poursuit des objectifs ambitieux. Pendant quatre années consécutives, les 9 partenaires du consortium réuniront leurs connaissances et leur savoir-faire technique et technologique dans les domaines des essais, de la modélisation et de l’intelligence artificielle pour développer de nouvelles méthodes d’essais prédictives.

En mettant en œuvre un jumeau numérique holistique hautement prédictif qui simule le comportement des cellules, des modules et des batteries, THOR vise à accroître la compétitivité de l’industrie européenne des batteries, en abrégeant les temps et en réduisant le nombre de tests nécessaires à la mise sur le marché de nouvelles batteries, ce qui se traduit par une baisse des coûts, une amélioration des performances et des cycles de vie et, bien sûr, de la sécurité globale des systèmes de batteries.

Le projet THOR a vocation à avoir un impact novateur dans 5 domaines d’activité:

1. Industriel : en réduisant les coûts de production, pour rendre le prix final des batteries plus abordable.
2. Scientifique :par une meilleure compréhension des mécanismes et des matériaux des batteries, grâce à l’évolution de la recherche dans ce domaine.
3. Économique : en créant de nouvelles opportunités commerciales.
4. Social : en motivant les jeunes générations à étudier l’électrochimie, en participant activement à la recherche et au développement dans le secteur des batteries.
5. Règlementaire : en promouvant l’acceptation des tests virtuels comme partie intégrante du processus de certification, pour améliorer la réglementation du secteur.

Trois modèles pour évaluer les performances des cellules, des modules et des batteries

Grâce à une approche interdisciplinaire impliquant des expérimentateurs et des experts en modélisation, trois modèles physiques indépendants seront développés pour étudier les performances, le vieillissement et le système de sécurité au niveau de la cellule, du module et de la batterie.

Les modèles couvriront différents scénarios de défaillance, à la fois thermiques et électriques, et seront basés sur des paramètres des cellules dérivés d’une série d’essais, permettant de répliquer chaque modèle dans des batteries avec des chimies différentes.

L’objectif principal sera de développer des modèles à haute capacité prédictive pour mieux comprendre les risques de sécurité et les mécanismes de vieillissement des batteries.

Le développement d’un jumeau numérique pour accélérer le processus de développement des batteries

Les modèles seront ensuite combinés et optimisés à l’aide d’une approche basée sur l’intelligence artificielle pour former un jumeau numérique holistique de la cellule, du module et de la batterie.

Cette représentation virtuelle fournira des informations précises en termes de performances et de sécurité, permettant ainsi la mise en place de programmes de maintenance ad hoc. Le jumeau numérique, grâce à toutes les données collectées sur le terrain, pourra alors générer automatiquement des batteries aux performances idéales, en fonction des paramètres étudiés.

La conception améliorée augmentera la longévité, la fiabilité et la sécurité des batteries, réduisant ainsi les coûts d’exploitation, les temps d’arrêt et les remplacements programmés des batteries, ce qui aura un impact positif sur l’ensemble de la filière.

Cela entraînera à son tour une réduction des coûts d’assurance et de garantie, ce qui renforcera la confiance des consommateurs, l’objectif à long terme étant d’encourager l’électrification d’un nombre croissant d’applications.

Plus de dix ans d’expérience de Flash Battery dans l’industrie des batteries au service de l’Europe

La participation de Flash Battery au projet collaboratif THOR est motivée par l’objectif de contribuer activement à la recherche et au développement au niveau européen dans le secteur des batteries, en mettant à profit plus de dix ans d’expérience dans la conception et la production de batteries au lithium pour les machines industrielles et les véhicules électriques, où l’intelligence artificielle joue désormais un rôle majeur.

En particulier, l’équipe R&D de Flash Battery, grâce à sa longue expérience dans le domaine de la maintenance prédictive des batteries, contribuera à la standardisation des méthodologies développées par le consortium, validant les solutions définitives élaborées à l’aide d’un démonstrateur spécifique et de batteries à des fins de benchmarking, et fournissant des données agrégées collectées au fil du temps. Nous dirigerons également un groupe de travail chargé de démontrer le potentiel du jumeau numérique et d’évaluer son impact sur l’ensemble du processus de développement des batteries, y compris les tests.

Exactement un an après le lancement du projet Thor, les 18 et 19 juin 2024, à l’occasion de l’Assemblée Générale de THOR qui a rassemblé tous les partenaires du consortium pour faire le point sur l’avancement des activités et sur les perspectives d’évolution des technologies développées, Flash Battery a présenté plusieurs designs alternatifs de paquets développés ad hoc et partagé avec ses partenaires les résultats des caractérisations thermiques et des analyses FEM (Finite Element Method, méthode d’analyse par éléments finis), fondamentales pour identifier les solutions prototypes qui seront développées dans les mois à venir dans le cadre du projet.