La recharge de voiture électrique avec des batteries de seconde vie

Recharger une batterie avec une batterie, est-ce que ça fonctionne ? Est-ce efficace ? Est-ce vertueux ? 
Voici un rapide état des lieux de cette pratique qui se répand à très grande échelle.

Rappel : comment fonctionne une batterie ?

Lorsque nous parlons de batteries dans cet article, nous faisons référence aux batteries automobiles pour véhicules électriques et hybrides rechargeables.

Ces batteries sont, pour la grande majorité, des batteries dites « lithium-ion », à savoir qu’elles utilisent les ions Lithiums comme principaux vecteurs de charge (pour rappel, l’électricité consiste en un déplacement d’éléments chargés).

Concrètement, une batterie se base sur un phénomène dit électro-chimique : une réaction chimique entre des éléments qui entraîne la production d’un courant.

• Lorsque la batterie se décharge (parce qu’on l’a branchée à quelque chose), c’est la chimie qui est à l’œuvre : une réaction entre le (+) et le (-) se crée et va libérer des éléments chargés (des ions) d’un des pôles vers l’autre. Le courant électrique se crée.
• Lorsque la batterie se recharge (parce qu’on l’a branchée sur une alimentation adaptée), c’est le processus électrique qui est à l’œuvre : le courant va forcer les ions à naviguer dans l’autre sens, rembobinant ainsi le processus chimique à l’œuvre dans la phase de décharge. La batterie est donc rechargée, prête à repartir.

Quelques points importants à avoir en tête :

1. Une batterie sert à stocker de l’énergie et à alimenter des systèmes de différentes tailles : souris sans fils, téléphones mobiles, ordinateurs portables, panneaux d’affichage urbains ou encore véhicules électriques.
2. Pour pouvoir fabriquer des batteries plus grandes, on assemble des cellules de batteries, aussi appelées par abus de langage « piles ». Pour une batterie industrielle de véhicule électrique, des dizaines de cellules sont assemblées entre elles pour former un deuxième niveau de batterie, appelé module (de batterie). Ces modules sont ensuite assemblés entre eux pour former un pack batterie (ou batterie, plus simplement).
3. Une batterie a une capacité d’énergie embarquée : il s’agit de la quantité de charge pouvant être déplacée lors d’une réaction électro-chimique « complète ». On la mesure en kWh quand il s’agit d’un véhicule électrique : par exemple, la batterie de la Peugeot E-2008 a une capacité de 46kWh.
4. En réalité, on ne recharge pas à 100% une batterie, comme on ne la décharge jamais à 0%. Un ordinateur embarqué appelé BMS (Battery Management System) permet de surveiller que ces seuils critiques ne soient jamais dépassés. Une batterie trop chargée peut prendre feu et une batterie trop déchargée peut ne plus réussir à se recharger, et mourir.
5. Lorsque la batterie se charge et se décharge, on parle d’un cycle. Ce cycle peut être complet (0% → 100% → 0%) ou partiel (58% → 80% → 58%).
6. Lorsqu’une batterie est cyclée, elle est usée et perd un peu de sa capacité à chaque cycle : le processus est moins efficace. On parle de vieillissement. Cette perte de capacité est pour l’instant irréversible.
7. Mais une batterie qui n’est pas cyclée mais simplement entreposée, vieillit tout aussi naturellement : elle perd également de sa capacité. Selon les conditions de stockage, ce vieillissement est plus ou moins rapide.

D’où viennent les batteries de seconde vie ?

Vous l’aurez compris, lorsque les batteries sont utilisées, elles vieillissent. Et lorsqu’elles ne sont pas utilisées, elles vieillissent aussi ! Elles stockent alors moins d’énergie à chaque cycle, et permettent donc, au fil de leur existence, de faire moins de kilomètres.

Ce sujet est déjà connu avec les téléphones portables. Seulement, lorsqu’il s’agit d’un véhicule dont le but est justement de pouvoir rouler, le problème est plus impactant. C’est pourquoi la grande majorité des constructeurs automobiles garantissent leurs batteries dans une limite de vieillissement.

Atteint un certain taux de vieillissement (en pourcentage de la capacité initiale), la batterie du véhicule est remplacée. Ces batteries usées le sont suffisamment pour ne plus être adaptées à un usage automobile, mais restent largement fonctionnelles pour d’autres applications.

Avec l’émergence du véhicule électrique, la multiplication des batteries de seconde vie est inévitable et en considérant leur poids dans le bilan carbone du véhicule électrique, il est plus que primordiale de leur trouver des applications, et rapidement : à défaut d’un nouvel usage, elles pourraient dormir un peu trop longtemps dans un entrepôt et ne plus jamais se réveiller…

Recharger une batterie avec une batterie

Alimenter un système électrique avec une batterie n’est pas un procédé récent : par exemple, l’entreprise chinoise Pisen a proposé la première batterie portable qui avait pour but de recharger des caméscopes : c’était en 2001. Depuis, la méthode s’est développée et on retrouve des batteries portables de recharge dans de nombreux domaines. Aussi appelées Powerbanks (ou banques de puissance), ces sources d’énergie sont utilisées pour recharger de nombreux équipements.

L’intérêt ? Pas besoin d’avoir accès au réseau via une prise traditionnelle. On se recharge depuis cette batterie, dès qu’on en a besoin, où que l’on se trouve.

Mais on peut aussi tout à fait alimenter des systèmes fixes : c’est le cas du stockage stationnaire pour alimenter des maisons autosuffisantes ou encore pour assurer de l’approvisionnement en électricité en cas de panne sur des bâtiments ou équipements sensibles.

L’usage peut tout à fait être appliqué pour un véhicule électrique. Ce procédé existe déjà depuis longtemps.

Seulement, plusieurs volets sont à considérer dans la performance de ce procédé : fiabilité, robustesse, durabilité, coût… et empreinte carbone ! En effet, la production de batteries a un coût pour le portefeuille et pour l’environnement.

Alors pourquoi ne pas utiliser des batteries de seconde vie pour recharger des systèmes ? Des projets de ce genre ont émergé dès les années 2010, avec par exemple une thèse de 2014 soutenue à la Faculté du California State Polytechnic University présentant des résultats encourageants pour l’alimentation de maisons individuelles, ou encore un rapport de l’ADEME conclu en juin 2011 concluant d’un intérêt quasi-certain de ces batteries automobiles de seconde vie.

Parmi les usages les plus prometteurs envisagés par l’Agence Ministérielle :

• Lissage des appels de puissance des sous-stations SNCF ;
• Alimentations électriques sans coupures ;
• Remplacement de groupes électrogènes…

Á l’époque, le véhicule électrique, le sujet de la recharge et toutes les problématiques rencontrées actuellement n’étaient pas encore connues. Aujourd’hui, il est évident qu’un frein majeur au déploiement de points de charge réside dans l’infrastructure électrique, incapable à faible coût de raccorder et d’alimenter tous ces points de charge.

Et si on bouclait la boucle ?

Recharger une batterie automobile avec une ancienne batterie automobile

Bien que le marché de la mobilité électrique soit en pleine expansion, le nombre de véhicules thermiques en circulation sur le territoire reste important. Ces 2 typologies de véhicules seront encore amenées à se côtoyer pendant de nombreuses années, et les parkings vont alors devoir prendre en compte cette diversité.

La voiture électrique a besoin de se recharger avec des appels de puissance plus ou moins importants. Les bornes de recharge sont coûteuses et complexes à déployer car l’infrastructure électrique existante n’est pas adaptée à cet usage.

Et si demain, nous arrivions à installer une borne par place de parking, il faudra faire face au manque d’optimisation qu’impose un tel modèle : à savoir, des points de charge utilisés par une ou deux voitures par jour, pour quelques kWh d’énergie seulement. Un modèle économique et écologique fragile voire impossible, avec autant de câbles de cuivre à produire et à tirer.

Alors, pourquoi ne pas valoriser les batteries neuves, coûteuses pour l’environnement, en leur redonnant une deuxième vie ?

• Dans un usage permettant de les recharger pour promouvoir leur adoption et les rendre pratiques pour tous et toutes ;
• Permettant ainsi d’améliorer le bilan carbone de la recharge et du véhicule électrique.

C’est dans cette optique que de nombreux acteurs de l’électromobilité ont fait le pari de s’appuyer sur ces composants, plus sensibles et complexes à manipuler, pour proposer des solutions de recharge efficientes et optimisées.

Mob-Energy, depuis 2016, œuvre dans ce domaine et figure parmi les pionniers en la matière. Les robots chargeurs Charles et leurs dérivés sont un exemple de cette démarche, visant à allier sécurité, performance et durabilité pour offrir des solutions pratiques et optimisées à tous types de clients.

En partenariat avec le laboratoire Ampère (CNRS UMR5005) et l’Université Gustave Eiffel, Mob-Energy mène un travail de recherche depuis 2020 sur le sujet pour pouvoir optimiser et améliorer les performances des robots chargeurs.

Satisfaire les usagers et limiter l’appel de puissance grâce à la recharge intelligente

Le robot chargeur autonome :
l’alternative à la rotation forcée