Etendre et garantir la durée de vie des batteries, tel est l'objectif que s’est fixé la jeune société grenobloise Freemens créée en 2011 par Alexandre Collet, son président, et Jean-Christophe Crebier, qui en est le conseiller scientifique. Basée au sein du laboratoire de recherche G2Elab de Grenoble, la société, forte déjà d’une dizaine de collaborateurs, s'appuie d’un point de vue technologique sur les travaux de cette unité de recherche et sur son savoir-faire en électronique de puissance, lié notamment à l’équilibrage actif des cellules d’une batterie. ...

Quelle est la problématique ? « Aujourd’hui, explique Alexandre Collet, les fabricants de cellules de batterie annoncent par exemple des durées de vie de 5 à 7 ans pour des cellules lithium, alors que les intégrateurs qui réalisent des packs batteries annoncent des durées de vie bien inférieures, de 2 à 3 ans seulement. La longévité d’une batterie est en effet conditionnée par la durée de vie de l’élément le moins performant. Notre objectif chez Freemens est d’insérer, dans les batteries, des systèmes électroniques de contrôle et de gestion (BMS, Battery Management Systems) qui vont faire en sorte que la durée de vie des batteries soit au moins égale à celle des éléments qui la constitue ».  

Alexandre Collet, le président de Freemens

Un objectif loin d’être anodin, lorsque l’on sait que, pour des batteries de 48 V, on a de 15 à 16 cellules, et que l'on trouve jusqu’à 100 cellules au sein de batteries de 300 V. Or, même si les intégrateurs mettent en œuvre des technologies d’appairage de cellules afin que celles-ci vieillissent de la même manière, cette opération reste délicate, apporte un surcoût à la  batterie et surtout ne résout pas le problème de son contrôle en cours de fonctionnement. Pour y parvenir, en tirant parti des innovations issues du laboratoire de génie électrique G2Elab, Freemens a donc conçu des systèmes BMS intelligents et paramétrables pour l’équilibrage passif (dissipation de chaleur pour soulager une cellule) et/ou actif (transfert d’énergie contrôlé entre cellules) des batteries, principalement celles en technologie lithium -ion.

Le projet de valorisation, qui a bénéficié d'un financement des Instituts Carnot, s’est déroulé entre 2009 et 2011 avec, à la clé, la réalisation d’un premier BMS à base de composants discrets, une étape qui a permis de démontrer la faisabilité du concept, et au cours de laquelle plusieurs brevets ont été déposés. Dans une seconde étape, après la création de l’entreprise, le premier BMS industriel a été lancé sur le marché. FreeSafe, c’est son nom, offre aux intégrateurs la possibilité de délivrer des batteries à haut niveau de sécurité, grâce au contrôle permanent des éléments de la batterie  avec, par exemple, des fonctions de coupure automatique en cas de surchauffe.Un produit qui permet aux batteries d.afficher des durées de vie très élevées de plusieurs années.

Pour ce faire, le BMS indique à l’utilisateur des estimations précises de l'état de charge (SOC, State Of Charge) et de l’état de santé de la batterie (SOH, State Of Health). Concrètement, le BMS de Freemens est une carte électronique de puissance dans laquelle un calculateur embarque des algorithmes propres à la société. L’objectif est de maintenir la batterie dans des conditions de travail optimales en contrôlant la puissance appliquée à l’entrée et sur les interfaces de puissance, via la gestion des consignes des convertisseurs, du pilotage relais, de la régulation thermique, etc. Ce BMS, capable de gérer de 4 à 200 cellules en série, intègre des techniques de communication par Wi-Fi ou par bus industriel comme le CAN, pour un suivi à distance des batteries en vue d’une maintenance proactive. La carte, conçue et routée en interne, est fabriquée depuis avril 2013 en présérie à plusieurs centaines d’exemplaires par le sous-traitant électronique OSE, basé en région grenobloise à Corps.

 

 

Actuellement, Freemens prépare une intégration monolithique et hybride de sa technologie avec les circuits intégrés FreeXarm. Il s’agit de convertisseurs de puissance Cmos intégrés sur silicium avec, en plus, de l’intelligence embarquée. Les premiers prototypes, qui vont permettre de réaliser un équilibrage actif des cellules d’une batterie (par une méthode de transfert d’énergie entre les différentes cellules pour soulager en temps réel celles qui sont les moins performantes) sont conçues pour fonctionner à 500 kHz sous 20 V avec un courant nominal de 5A. Ce BMS, qui intègre une approche de type HEPS (High Energy Pooling Systems), ouvre la voie de manière innovante à la possibilité de soutenir à tout moment les éléments les plus faibles d’une batterie lors des phases de charge ou de décharge. Il offre dans le même temps la possibilité d'exploiter le potentiel énergétique de la totalité de la batterie. Et donc d’augmenter sa durée de vie.

L’ambition de la société sur ce créneau original et porteur est nettement affirmée par ses fondateurs. « Le chiffre d’affaires visé pour 2014 est de 800 Keuros et se situe entre 1,5 et 2 millions d’euros à l’horizon 2015, prédit Alexandre Collet. Avec une évolution régulière des effectifs qui pourraient atteindre de 25 à 30 personnes à cette date. Parallèlement, nous imaginons au cours de cette période réaliser deux opérations de financement, l’une qui devrait être finalisée avant la fin de l’année et l’autre au cours de l’année 2014, pour un montant global de 0,5 à 1 millions d’euros. » L’idée étant, avec cette somme, de financer le développement commercial des solutions de Freemens sur le territoire national, en Europe et dans un second temps aux Etats-Unis.