Cachée parmi les monuments architecturaux du Warren Tech Center tentaculaire de General Motors, à l’extérieur de Détroit, se trouve une nouvelle pierre angulaire du pari de 900 millions de dollars du constructeur automobile sur son avenir électrique.
La paire indescriptible de 500 000 pieds carrés de boîtes blanc cassé, qui abrite le nouveau centre de développement de cellules de batterie de GM, ne ressemble peut-être pas à grand-chose. Mais c’est à l’intérieur que se trouve la clé du plan de GM visant à réduire le coût de ses véhicules électriques de près de 10 %.
À une époque où certains constructeurs automobiles se retirent des véhicules électriques, le nouveau centre de développement de cellules de batterie de GM fait partie d’un redémarrage. Et GM a déclaré à TechCrunch qu’il lui permettrait de commercialiser une nouvelle gamme de batteries moins coûteuses un an plus rapidement que prévu.
GM n’a pas été à l’abri du malaise qui règne sur le marché américain des véhicules électriques. L’année dernière, le constructeur automobile a engagé une dépense de 1,6 milliard de dollars pour reconfigurer sa capacité de production de véhicules électriques, licenciant ainsi des milliers de travailleurs. Il aurait également été suspendu, quoique temporairement, le rafraîchissement de ses camions et SUV électriques pleine grandeur.
Pour remettre sa stratégie EV sur les rails, Kurt Kelty, vice-président des batteries et du développement durable chez GM, attribue le succès de l’entreprise à une nouvelle chimie de batterie connue sous le nom de LMR. Kelty, qui dirigeait auparavant la technologie des batteries chez Tesla, en a fait son produit phare au cours des deux années où il travaille dans l’entreprise.
« Cela va vraiment être notre pain et notre beurre », a déclaré Kelty à TechCrunch. « Ce sera notre principale gamme de produits. »
Redémarrage de la batterie
Le déploiement hésitant de GM en matière de véhicules électriques est à l’image de l’industrie plus large des batteries aux États-Unis, qui, au cours des deux dernières décennies, s’est développée par à-coups. Les premières startups n’ont pas tenu leurs promesses et, plus récemment, la concurrence intense des entreprises chinoises a poussé les constructeurs automobiles et les fabricants de batteries à repenser les plans qu’ils avaient élaborés il y a cinq ans.
Chez GM, cette pression a conduit à réduire la durée de vie d’Ultium, la plate-forme de batterie de marque qui sous-tend ses véhicules électriques actuels. Comme une grande partie de l’industrie, le constructeur automobile avait misé massivement sur une chimie de batterie coûteuse mais puissante connue sous le nom de NMC (nickel-manganèse-cobalt). La hausse des coûts des matériaux et la domination de la Chine sur les principaux minéraux essentiels ont maintenu les prix des véhicules électriques à un niveau plus élevé que prévu. NMC ne disparaîtra pas, mais chez GM, il sera limité aux véhicules haut de gamme de GM.
À sa place, GM a développé le LMR (riche en lithium-manganèse), qui, selon lui, est presque aussi dense en énergie que le NMC, mais à un coût comparable à celui de produits chimiques moins chers comme le LFP (lithium-fer-phosphate) qui alimente les modèles bas de gamme comme la Chevrolet Bolt.
Lorsque GM a introduit le LMR l’année dernière, il a déclaré que, dans un camion comme le Chevrolet Silverado EV, la nouvelle chimie devrait préserver la majeure partie de l’autonomie de plus de 400 milles du véhicule tout en réduisant les coûts d’au moins 6 000 $. Pour un modèle de milieu de gamme, cela le rapprocherait de la version à essence.
Découvrir une nouvelle chimie de batterie est une chose. En fabriquer des gigawattheures en est une autre, surtout au rythme où évolue l’industrie des véhicules électriques. Face à la pression des géants de l’automobile comme BYD et des titans des batteries comme CATL, GM déclare vouloir mettre des véhicules LMR sur la route d’ici 2028. GM a besoin du nouveau centre de développement de cellules de batterie pour respecter ce délai.
Le nouveau bâtiment constitue la clé de voûte de la stratégie de GM en matière de batteries. L’entreprise a ouvert son Wallace Battery Cell Innovation Center et sa première gigafactory en 2022. Ce qui manquait, c’était un moyen de connecter les avancées issues de Wallace aux usines du Tennessee et de l’Ohio.
La BCDC, comme l’appellent les initiés, est une sorte de ligne pilote, mais plus grande. Une fois pleinement opérationnel, il sera capable de produire environ 2 500 cellules par jour, soit environ un demi-gigawattheure par an. Il faudra des batteries développées en petits lots – environ 30 à 50 par jour – au Wallace Battery Cell Research Center voisin et déterminera si elles sont prêtes pour la production.
Maîtriser la recette de la batterie
De nombreuses recettes de nouvelles batteries échouent lorsqu’elles sont mises à l’échelle commerciale, et les entreprises n’ont pas des années pour résoudre les problèmes. Si une nouvelle chimie ne parvient pas à atteindre un rendement de 85 % en 18 mois sur une chaîne de production, elle ne devrait pas être considérée comme commercialement viable, selon un rapport de McKinsey.
Les défis sont similaires à ceux d’utiliser une recette destinée à une famille de quatre personnes et de la transposer à une réception de mariage avec 400 invités. Il ne s’agit pas seulement du rendement de l’usine. Les batteries qui émergent du centre de recherche sont de petites piles bouton, mais les cellules d’un pack EV ressemblent davantage à une petite planche à découper.
« Une fois que vous avez appris à préparer la recette à Wallace, vous devez alors comprendre, eh bien, comment faire cela en grand volume ? » dit Kelly. « On apprend vraiment beaucoup de choses en passant de la pile bouton au grand format, car le transfert n’est pas parfait. »
La BCDC vise à rendre cette étape moins pénible.
Un essai dans l’usine coûte environ 200 000 dollars, ce qui est bien moins que dans l’usine Ultium grandeur nature. Lorsque l’équipe de la BCDC sera sûre d’avoir bien défini le processus, la transition vers la pleine production devrait être plus facile, a déclaré Kelty. « L’équipement est presque le même entre eux, et cela ne devrait donc pas être aussi difficile à transférer. »
La BCDC est un ou deux ordres de grandeur plus petite que l’usine de batteries Ultium de 2,8 millions de pieds carrés située dans le Tennessee. L’usine Ultium produit environ 300 000 cellules par an, soit 45 gigawattheures. La BCDC dispose de moins de lignes de production, produit environ un centième du nombre de cellules et ses réservoirs de mélange, où sont mélangés les matériaux des batteries, contiennent 40 litres au lieu de 2 000. Bien que plus petit, le BCDC reste un ordre de grandeur plus grand que le Wallace Center voisin.
« La BCDC est destinée à combler le fossé », a déclaré à TechCrunch Mo Gallegos, responsable de la BCDC chez GM.
Se tourner vers les modèles d’IA
Pour réduire davantage les coûts, GM s’est efforcé de simuler autant de processus que possible à l’aide d’une variété de modèles d’IA. L’entreprise a investi massivement dans la puissance de calcul, et même si personne ne veut donner de chiffre, on me dit que c’est « à l’échelle d’un laboratoire national ».
Le constructeur automobile a développé des modèles basés sur la physique pour simuler la manière dont les modifications apportées à un processus chimique ou de production affecteront les performances d’une cellule de batterie.
« Sur LMR, nous avons enregistré plus de 150 millions d’heures de processeur », a déclaré à TechCrunch Radu Theyyunni, directeur de l’électrification virtuelle mondiale et du groupe motopropulseur chez GM. « La plupart des programmes de moteur n’utilisent pas autant d’heures de base. »
Il existe également un jumeau numérique de l’ensemble du BCDC, comprenant les tableaux de commande des équipements, le câblage et même les pales des cuves de mélange. Avant de mettre les pieds à la BCDC, l’équipe m’avait offert un casque VR et m’avait accompagné dans le jumeau numérique, où j’avais pu suivre la chaîne de production du début à la fin.
Au fur et à mesure que la BCDC a pris forme, le jumeau numérique a été utilisé pour diverses tâches. Dans un cas, l’équipe l’a utilisé pour déterminer si les plans laissaient suffisamment d’espace autour de l’équipement pour les opérations et réparations régulières. Dans une autre, ils ont simulé les systèmes de contrôle des équipements pour s’assurer que tout se comporterait comme prévu.
« L’équipement fonctionne-t-il comme il est censé le faire ? Fonctionne-t-il en toute sécurité ? Fait-il tout ce que nous pensons que ce système de contrôle va faire ? Cela réduit notre temps de débogage et de montée en puissance », a déclaré Gallegos. Au total, GM affirme que les simulations lui ont permis d’économiser des millions de dollars.
GM a besoin de toute la vitesse possible.
Alors que le marché des véhicules électriques aux États-Unis s’est récemment ralenti, à l’échelle mondiale, il a augmenté de 20 % l’année dernière. Le spectre imminent des prix élevés du pétrole, associé à la baisse des coûts des batteries, suggère que l’abandon des combustibles fossiles finira par se produire, sinon plus tôt.
Si le LMR est prêt à temps, il pourrait aider GM à proposer des véhicules électriques compétitifs avec une autonomie suffisante pour apaiser les Américains anxieux. Mais le LMR doit d’abord passer par la BCDC. Gallegos s’attend à ce que les premiers lots sortent de la chaîne plus tard cette année.
Au cours de la décennie à venir, le développement des batteries sera aussi important pour les constructeurs automobiles que le développement des moteurs l’a été au cours du siècle dernier. L’avenir des véhicules électriques de GM dépend de sa capacité à guider de nouvelles substances chimiques, de la R&D jusqu’à la production.
Kelty aime dire que GM développe « la bonne batterie pour la bonne application », faisant peut-être écho à un vieux slogan de l’entreprise, « une voiture pour chaque porte-monnaie et chaque objectif ».
Le LMR est peut-être le premier test de la BCDC, mais il est peu probable que ce soit le dernier.
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