Come cambia l'architettura delle batterie, dai moduli al cell to body

Dagli elementi intermedi alle celle fissate direttamente alla scocca: ecco come si aumenta la densità energetica delle batterie

Di: Francesco Barontini

6 dic 2023 alle 07:00

Sulle auto a benzina il discorso è semplice: più il serbatoio è grande, più benzina contiene. Sulle auto elettriche la faccenda si complica. L’energia immagazzinata all’interno della batteria non dipende solo dalle dimensioni. Ci sono altri fattori che entrano in gioco, che incidono sulla densità energetica.

Significa che due batterie di pari dimensioni esterne possono contenere quantità di energia anche molto diverse tra loro. Ma cosa incide sulla densità energetica di un accumulatore per auto elettriche? Principalmente due cose: la chimica delle celle e l’architettura interna. Concentriamoci sulla seconda e vediamo cosa sta succedendo.

Vantaggi e svantaggi dei moduli intermedi

Con la diffusione delle batterie agli ioni di litio, lo schema “standard” ha previsto per lungo tempo la presenza di celle, moduli e pacco batteria. Aprendo l’involucro, insomma, si sarebbero visti gruppi di celle raggruppati in moduli (veri e propri elementi “intermedi” piazzati all’interno della batteria) e moduli affiancati uno all’altro, ciascuno con i propri collegamenti elettrici e sistemi di supporto, piazzati a loro volta all’interno del pacco batteria vero e proprio.

Questa soluzione, che ancora oggi è la più diffusa sul mercato, ha il vantaggio di avere un controllo più semplice del funzionamento della batteria e della gestione delle temperature. Di contro, presenta numerosi elementi “non attivi”, elementi cioè che occupano spazio ma che non sono in grado di immagazzinare energia.

Una batteria aperta con un modulo mancante al suo interno

Questo tipo di batteria offre un secondo vantaggio alle Case. Permette di modificare in modo molto semplice la capacità totale della batteria semplicemente aggiungendo o togliendo moduli. È il caso di Volkswagen, tanto per fare un nome, che sulle sue auto elettriche della famiglia ID (quelle su piattaforma MEB) propone diversi tagli di batteria utilizzando su tutte lo stesso pacco, ma cambiando il numero di moduli che si trova al suo interno.

Il cell to pack

Case automobilistiche e Costruttori di auto hanno però messo a punto un architettura più moderna. Oggi sul mercato ci sono batterie senza moduli, in cui le celle sono piazzate direttamente all’interno del case esterno e si presentano come un’unica distesa uniforme e senza interruzioni.

La batteria cell to pack di Tesla realizzata con celle cilindriche 4680

Questo modo di costruire l’accumulatore ha portato alla creazione di batterie con una percentuale di materiale attivo maggiore rispetto alle batterie dotate di moduli. Il che significa, in ultima battuta, che in una batteria di pari dimensioni si può immagazzinare una quantità maggiore di energia. Le batterie cell-to-pack (dalle celle al pacco batteria intero, insomma) restano però elementi indipendenti dal resto della vettura e sono fissati alla scocca durante la fase costruttiva. In tempi recenti, si è riusciti però a fare ancora meglio.

Quando la batteria è affogata nella scocca

L’ultima frontiera in tema di architettura della batteria è il cosiddetto cell-to-body. Alcune Case - viene in mente BYD, che con la berlina Seal ha introdotto proprio questa soluzione - realizzano una scocca che prevede già un alloggiamento per le celle nella parte inferiore. Le celle, quindi, non vengono montate su un elemento separato che viene poi fissato al telaio, ma direttamente sul telaio.

La disposizione delle celle all'interno della batteria Blade di BYD, che fa a meno dei moduli

Così facendo non si aumenta la percentuale di materiale attivo all’interno della batteria (la soluzione in questo senso è simile al cell-to-pack), ma fa risparmiare in componenti e ingombri a livello di alloggiamento esterno, ottenendo una significativa riduzione del peso della batteria, che si integra nel pianale della vettura e con esso è in un certo senso “fusa”. In questo caso, la batteria svolge quindi vera e propria funzione strutturale, contribuisce alla rigidità torsionale della scocca e svolge una funzione di collegamento tra le varie parti del telaio.