Pacchi batteria per veicoli elettrici: configurazione, costruzione e riparabilità

Un pacco batteria di un veicolo elettrico collega le celle in un sistema che immagazzina energia e fornisce potenza al veicolo. I collegamenti elettrici ne determinano la tensione e la capacità in ampere-ora; raffreddamento, protezione e integrazione nel veicolo influiscono su peso, ingombri e possibilità di riparazione.

Questo capitolo riprende Fondamenti delle batterie e Formati delle celle per spiegare come le celle vengono collegate, assemblate e integrate nel veicolo.

Cosa contiene un pacco batteria

Le celle immagazzinano energia, mentre le barre collettrici e altri conduttori le collegano tra loro e al veicolo. L'involucro mantiene il gruppo in posizione e lo protegge dall'ambiente esterno e dai danni meccanici. Il sistema di raffreddamento asporta calore durante la guida e la ricarica; il riscaldamento può preparare una batteria fredda all'uso.

Il sistema di gestione della batteria (BMS) monitora tensioni, temperature e corrente affinché carica e scarica rimangano entro i limiti operativi. I contattori collegano il pacco al circuito ad alta tensione del veicolo o lo isolano. Fusibili e, in alcuni progetti, sezionatori pirotecnici offrono ulteriore protezione in caso di guasto o incidente. Queste funzioni lavorano insieme: rilevare una condizione pericolosa serve solo se il sistema può limitare la potenza o interrompere il circuito interessato. Nexperia: sistemi di gestione delle batterie automobilistiche

L'apertura dei contattori non elimina l'energia immagazzinata nelle celle. Le indicazioni Tesla per i soccorritori chiariscono questa distinzione: anche dopo la disattivazione del sistema ad alta tensione del veicolo, il pacco conserva energia e i componenti danneggiati devono essere considerati potenzialmente sotto tensione. Tesla: guida per i soccorritori della Model 3

Per approfondire monitoraggio e controllo della temperatura, vedere Sistema di gestione della batteria e Gestione termica della batteria.

Come funzionano i collegamenti in serie e in parallelo

Le configurazioni delle batterie utilizzano s per i collegamenti in serie e p per quelli in parallelo. Una disposizione 3s4p comprende tre gruppi collegati in serie, ciascuno con quattro celle collegate in parallelo: 12 celle in totale.

La serie somma le tensioni; il parallelo somma le capacità

Collegando in serie celle con caratteristiche equivalenti, le loro tensioni si sommano. La stessa corrente attraversa ogni posizione della serie, mentre la capacità in ampere-ora rimane quella di una singola cella o di un gruppo in parallelo.

Collegando in parallelo celle con caratteristiche equivalenti, la tensione del gruppo resta quella di una singola cella e le capacità in ampere-ora si sommano. Le celle si dividono la corrente, anche se differenze di resistenza, temperatura e collegamenti possono rendere la ripartizione disomogenea. Un circuito di monitoraggio collegato ai capi del gruppo rileva una tensione comune ai terminali, anziché una tensione distinta per ogni cella in parallelo. Texas Instruments: monitoraggio dei gruppi di celle in parallelo Il ruolo di questi gruppi monitorati nel mantenere allineati i livelli di carica è spiegato in Bilanciamento delle celle.

Per celle identiche, le relazioni di base sono:

• Tensione nominale del pacco = numero di gruppi in serie × tensione nominale della cella.
• Capacità del pacco in Ah = celle per gruppo in parallelo × capacità della cella in Ah.
• Energia nominale approssimativa in Wh = tensione nominale × capacità in Ah.

Gli ampere-ora misurano la carica elettrica; i kilowattora misurano l'energia. Un valore Ah maggiore non significa necessariamente più energia se la tensione del pacco è inferiore. Inoltre, la tensione varia durante l'uso: moltiplicare la tensione nominale per gli Ah fornisce quindi un'approssimazione, non una misura dell'energia erogata durante una scarica.

Un esempio di calcolo

Consideriamo un pacco esemplificativo con collegamenti 96s46p e celle con valori nominali di 3,7 V e 4,8 Ah. Sono valori ipotizzati per spiegare il calcolo, non specifiche di un veicolo di serie.

Riconfigurando le stesse celle come 192s23p, la tensione nominale raddoppierebbe e la capacità in Ah si dimezzerebbe. L'energia calcolata rimarrebbe invariata. Questo mostra perché la classe di tensione e la dimensione della batteria descrivono proprietà diverse.

Un esempio documentato è la Mitsubishi i-MiEV del 2012 per il mercato statunitense. Il rapporto di prova del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti riporta 88 celle, una tensione nominale di cella di 3,7 V, una tensione nominale del pacco di 325,6 V e una capacità nominale del pacco di 50 Ah. Questi dati sono coerenti con 88s1p: 88 × 3,7 V = 325,6 V, e 325,6 V × 50 Ah = 16,28 kWh, arrotondati ai 16,3 kWh nominali del rapporto. Il documento riporta separatamente 14,6 kWh misurati nella prova iniziale di capacità in laboratorio. Energia nominale ed energia misurata non devono essere usate in modo intercambiabile. US Department of Energy: prova della batteria della Mitsubishi i-MiEV del 2012

I gruppi elettrici sono diversi dai moduli

Il numero di moduli descrive l'assemblaggio fisico. Un modulo può contenere celle collegate in serie, in parallelo o in entrambi i modi; i collegamenti all'interno dei moduli e tra di essi determinano la tensione del pacco.

Il pacco da 100 kWh della Porsche Macan Electric, introdotto nel 2024, comprende 12 moduli, ciascuno con 15 celle prismatiche collegate in serie. Nella normale configurazione ad alta tensione, le 180 celle formano una disposizione 180s1p. Porsche: batteria e ricarica della Macan

L'Audi Q8 55 e-tron, introdotta alla fine del 2022, illustra una disposizione diversa. Audi documenta 36 moduli e 432 celle per la famiglia Q8 e-tron e specifica 114 kWh lordi, 106 kWh netti e 396 V nominali per il pacco più grande. Audi: batteria ad alta tensione PPE Audi: capacità della batteria e ricarica della Q8 e-tron

Cosa cambia con la tensione del pacco

La potenza elettrica è il prodotto di tensione e corrente: P = V × I. A parità di potenza, aumentando la tensione si riduce la corrente necessaria.

Per un trasferimento idealizzato di 300 kW, a 400 V servono 750 A, mentre a 800 V servono 375 A. Il riscaldamento resistivo segue I²R. Se la resistenza rimane invariata, dimezzare la corrente riduce tale riscaldamento a un quarto. I progettisti possono sfruttare questa relazione per ridurre le perdite, le dimensioni dei conduttori o entrambe.

Si tratta di calcoli a tensioni specificate. Un veicolo descritto come dotato di un'architettura a 400 V o 800 V non opera esattamente a quella tensione per tutto il ciclo di carica. Tensione nominale, tensione massima e classe generale dell'architettura sono specifiche differenti.

Una tensione più elevata richiede inoltre elettronica di potenza, isolamento, connettori e apparecchiature di ricarica compatibili. Da sola non determina il tempo di ricarica: la capacità delle celle di accettare la carica, la temperatura della batteria, la curva di ricarica e i limiti della stazione continuano a stabilire quanta potenza raggiunge il pacco.

Collegare un pacco da 800 V a un caricatore da 400 V

Un veicolo può convertire la tensione o riconfigurare la batteria per accettare una tensione di ricarica inferiore. L'implementazione determina la potenza di ricarica disponibile.

Per il sistema da 100 kWh della Macan, Porsche descrive un interruttore che divide il pacco in due banchi per la ricarica a 400 V. I banchi vengono caricati contemporaneamente, dopo averne allineato gli stati di carica se necessario. Porsche specifica fino a 135 kW per questa modalità, rispetto a un massimo di 270 kW presso una stazione a 800 V adatta. I 135 kW rappresentano il limite di ricarica del veicolo in quella modalità, non una potenza assegnata a ciascun banco. Porsche: batteria e ricarica della Macan

Per i metodi di conversione della tensione, le curve di ricarica e i limiti delle stazioni, vedere Ricarica delle batterie e prestazioni di ricarica.

Moduli, cell-to-pack e integrazione strutturale

Tre domande distinte aiutano a interpretare le descrizioni dei pacchi: come sono collegate elettricamente le celle, come sono raggruppate fisicamente e come la batteria contribuisce alla struttura del veicolo. Termini come cell-to-pack e batteria strutturale riguardano le ultime due domande. Non specificano la chimica delle celle né la disposizione serie/parallelo.

Pacchi basati su moduli

In un progetto modulare, le celle vengono assemblate in moduli prima che questi siano installati nel pacco:

Cella → modulo → pacco → veicolo

I moduli forniscono gruppi definiti per supporto, collegamenti e movimentazione delle celle. Possono anche consentire di variare la capacità modificando il numero di moduli. Il compromesso è lo spazio e la massa di involucri, connettori e fissaggi ripetuti.

Le batterie dell'Audi Q6 e-tron mostrano come questo approccio possa adattarsi a capacità diverse. Il pacco da 100 kWh lordi utilizza 12 moduli e 180 celle; la versione da 83 kWh utilizza dieci moduli e 150 celle. Audi attribuisce inoltre parte del migliore sfruttamento dello spazio del pacco PPE al minor numero di collegamenti e fissaggi dei moduli rispetto ai progetti precedenti. Un numero inferiore di moduli più grandi può quindi ridurre il materiale ausiliario di assemblaggio conservando una struttura modulare. Audi: batteria ad alta tensione PPE

Cell-to-pack

Cell-to-pack (CTP) elimina o riduce il convenzionale involucro intermedio dei moduli:

Cella → pacco → veicolo

Un pacco CTP può utilizzare file, telai e gruppi compressi per sostenere e collegare le celle. Raffreddamento e protezione rimangono essenziali. L'opportunità progettuale consiste nel combinare funzioni ed eliminare materiale ripetuto.

Il progetto Qilin di CATL combina funzioni strutturali, di raffreddamento e di interfaccia termica in uno strato intermedio tra le celle. Al lancio, nel giugno 2022, CATL dichiarò un utilizzo del volume del 72%. È una metrica di sfruttamento dello spazio del produttore, non una misura dell'efficienza di ricarica o della capacità utilizzabile della batteria. CATL: annuncio della batteria Qilin CTP 3.0

La presentazione Volkswagen della PowerCo Unified Cell nel settembre 2025 abbinava un formato standardizzato di cella prismatica a un sistema batteria CTP. L'azienda descriveva il formato come compatibile con diverse chimiche. Un formato comune di cella e un metodo di integrazione del pacco possono quindi essere discussi separatamente dai materiali impiegati all'interno della cella. Volkswagen: Unified Cell e sistema cell-to-pack

BYD Blade e cell-to-body

La Blade Battery di BYD utilizza celle LFP lunghe, disposte per sfruttare in modo efficiente lo spazio del pacco. Blade descrive un particolare progetto di batteria; LFP identifica la chimica delle celle.

Per la BYD Seal lanciata in Europa nel 2023, BYD descrive una costruzione cell-to-body (CTB) in cui il coperchio superiore della batteria è integrato con il pianale della carrozzeria. Coperchio, celle e vasca formano una struttura che contribuisce alla carrozzeria del veicolo. Si va oltre l'eliminazione degli involucri dei moduli all'interno di un pacco convenzionale. BYD: lancio europeo della Seal e costruzione cell-to-body

I pacchi strutturali possono mantenere i moduli

Una batteria strutturale partecipa al sostegno dei carichi del veicolo. Integrare le funzioni di batteria e carrozzeria può ridurre il materiale duplicato, ma il termine non prescrive una specifica disposizione interna.

Le Model Y consegnate da Tesla da Austin nell'aprile 2022 utilizzavano celle 4680 e pacchi strutturali. Il rapporto Tesla dello stesso periodo descrive la produzione iniziale della Model Y a Berlino con celle 2170 e pacchi non strutturali. Stabilimento e versione contano; il solo nome Model Y non identifica la costruzione della batteria. Tesla: aggiornamento del primo trimestre 2022 depositato presso la SEC

La Porsche Cayenne Electric offre un esempio modulare. Porsche descrive la batteria da 113 kWh lordi come parte della struttura della carrozzeria, eppure contiene sei moduli e 192 celle pouch. Ogni modulo ha piastre di raffreddamento sopra e sotto. In questo progetto, integrazione strutturale e costruzione modulare coesistono. Porsche: sistema ad alta tensione della Cayenne Electric

Confrontare la densità energetica dei pacchi

La densità energetica gravimetrica, spesso chiamata energia specifica, esprime l'energia per unità di massa in Wh/kg.

Per un pacco completo, la massa include le celle e i componenti che le accompagnano. I dati a livello di cella escludono gran parte di questi componenti e non vanno confrontati direttamente con quelli a livello di pacco.

Il calcolo è semplice:

Energia specifica del pacco (Wh/kg) = energia lorda del pacco (kWh) × 1000 ÷ massa del pacco (kg)

Per confrontare la progettazione fisica dei pacchi, usare la capacità lorda: la capacità energetica totale prima di sottrarre i margini di riserva operativi. La capacità utilizzabile riflette anche quanta parte di quell'energia il produttore rende accessibile al conducente. Mescolare le due basi può far apparire meno denso un pacco con una riserva maggiore. Riserva della batteria e capacità utilizzabile spiega la distinzione.

Anche la massa del pacco richiede un perimetro coerente, soprattutto quando componenti strutturali e di raffreddamento sono condivisi con il veicolo.

Esempi di energia lorda e nominale dei pacchi

La tabella utilizza le capacità lorde dei produttori o i valori pubblicati di energia totale, anziché le capacità utilizzabili. Le etichette mantengono la base di ogni fonte: un valore pubblicizzato o nominale non è una capacità lorda misurata in modo indipendente. I valori Wh/kg sono calcoli EVKX arrotondati all'intero.

La Model S offre un primo riferimento storico. Le specifiche Tesla del 2012 riportano 85 kWh, mentre il manuale di assistenza 2012–2020 indica 569 kg per la batteria da 85 kWh. Il manuale non identifica la revisione del pacco e il valore in libbre riportato accanto non corrisponde esattamente ai chilogrammi indicati. La tabella usa il valore metrico pubblicato: i 149 Wh/kg risultanti vanno quindi considerati un confronto storico approssimativo. Tesla: specifiche della Model S del 2012 Tesla: massa della batteria da 85 kWh della Model S nel manuale di assistenza

Sulla base di questi dati pubblicati, l'e-tron GT del 2024 è circa il 12% sopra il riferimento della prima Model S, mentre il pacco NIO da 100 kWh è circa il 21% sopra. Sono progressi moderati a livello di pacco rispetto a un primo progetto a lunga autonomia. Il progresso varia in funzione del punto di partenza, come mostra il confronto e-Golf qui sotto; questa selezione non stabilisce un tasso di miglioramento per l'intero settore.

Le righe e-Golf usano i valori di capacità principali comunicati da Volkswagen: 24,2 e 35,8 kWh, un aumento di circa il 48%. Entrambi i documenti specificano 318 kg, 264 celle e 27 moduli. Il miglioramento deriva da celle di maggiore capacità: alla presentazione tecnica Volkswagen del 2016, il responsabile dello sviluppo Volkmar Tanneberger descrisse il passaggio da celle da 25 Ah a celle da 37 Ah, come riportato direttamente da electrive. electrive: presentazione Volkswagen delle celle e-Golf di maggiore capacità

Secondo Audi, la maggiore densità energetica dell'e-tron GT del 2024 deriva da modifiche ai materiali delle celle, ai separatori e alla chimica, insieme a un raffreddamento rivisto. Il pacco da 105 kWh lordi pesa 625 kg, 9 kg meno del precedente. Questo esempio combina lo sviluppo delle celle con modifiche ai componenti del pacco. Audi: aggiornamento dell’e-tron GT di giugno 2024

Il manuale NIO elenca due versioni di fornitura del pacco da 100 kWh, entrambe da 555 kg. NIO: manuale d’uso dell’ET7

Il pacco semisolido NIO a produzione limitata

Il manuale ET7 elenca anche un pacco da 150 kWh del peso di 575 kg, con un valore calcolato di 261 Wh/kg. Immagazzina il 50% di energia nominale in più rispetto ai pacchi da 100 kWh elencati, con 20 kg di massa aggiuntiva. WeLion identifica questa applicazione come semisolida e dichiara 360 Wh/kg per le proprie celle di serie destinate a NIO; il valore di 261 Wh/kg include l'intero pacco. NIO: manuale d’uso dell’ET7 WeLion Battery Europe: applicazione semisolida NIO da 150 kWh WeLion Energy: tecnologia delle celle semisolide

La disponibilità ne limita la rilevanza come riferimento per batterie vendute su larga scala. In un'intervista con EV del novembre 2025, il CEO di NIO William Li disse che erano stati prodotti solo alcune centinaia di pacchi e descrisse un utilizzo inferiore alle attese degli aggiornamenti flessibili offerti in Cina. EV riferì che la produzione si era fermata; non fu indicata la data esatta. La piccola flotta poteva servire più clienti tramite lo scambio batteria, quindi il numero di pacchi prodotti non corrisponde al numero di utenti. EV: William Li sulla produzione limitata delle batterie NIO da 150 kWh

È un esempio utile di maggiore energia specifica resa possibile da una diversa tecnologia di cella, con diffusione limitata. Vedere Chimica e componenti delle celle per la distinzione tra chimica degli elettrodi e progetti con elettrolita liquido, semisolido e solido.

Risparmi di massa oltre il pacco

CTP può migliorare l'energia specifica del pacco riducendo gli involucri dei moduli e altri componenti interni. L'integrazione strutturale estende questa possibilità alla carrozzeria: i componenti della batteria e della carrozzeria possono condividere funzioni portanti o di pianale, riducendo il materiale duplicato. Sono scelte progettuali separate; un pacco CTP non è automaticamente strutturale.

Gli esempi Seal e Cayenne sopra illustrano questo ruolo condiviso. Porsche attribuisce esplicitamente un peso inferiore all'integrazione della batteria della Cayenne nella carrozzeria. Un progetto può quindi ridurre la massa combinata di batteria e carrozzeria anche quando i Wh/kg del pacco stesso cambiano poco. Per valutare questo beneficio occorre confrontare entrambi i gruppi su una base coerente. BYD: lancio europeo della Seal e costruzione cell-to-body Porsche: sistema ad alta tensione della Cayenne Electric

Sviluppo delle celle, costruzione del pacco e integrazione nella carrozzeria offrono tutti percorsi verso una massa inferiore. Gli esempi presentati non stabiliscono quale percorso produrrà il maggiore risparmio futuro. L'energia per chilogrammo lascia inoltre prestazioni di ricarica, durata e riparabilità da valutare separatamente.

Cosa determina la riparabilità

La riparabilità dipende dal guasto e da come il pacco può essere aperto, diagnosticato e ripristinato. Un contattore o una centralina sostituibile richiede una riparazione diversa da quella necessaria per celle incollate, una piastra di raffreddamento o un involucro strutturale danneggiati.

I moduli possono costituire utili unità sostituibili, ma accesso, tenuta, raccordi del refrigerante, ricambi e procedure diagnostiche devono consentire l'intervento. Incollare celle e supporti in gruppi più grandi può ridurre il numero di unità sostituibili indipendentemente. Fraunhofer IPA identifica l'ampio uso di giunzioni adesive e schiume nei pacchi CTP altamente integrati come ostacolo allo smontaggio selettivo e alla riparazione. Fraunhofer IPA — smontaggio e riparazione delle batterie CTP integrate

L'esempio della Cayenne mostra perché il solo ruolo strutturale non risolve la questione: un pacco portante può comunque mantenere moduli.

Porsche fornisce un impegno concreto per la Macan: i suoi 12 moduli e altri importanti componenti del pacco possono essere sostituiti singolarmente. È una prova più solida di una possibilità di riparazione rispetto a una sezione che mostri i confini dei moduli. Porsche: batteria e ricarica della Macan

Il video di Munro Live qui sotto segue la rimozione di un pacco strutturale 4680 da una Model Y. Rimuovere il pacco completo e ripararne i componenti interni sono operazioni di assistenza distinte.

Diagnosi, abbinamento dei ricambi e decisioni di riparazione sono trattati in Ciclo di vita, riparazione, seconda vita e riciclo delle batterie. Gli interventi sull'alta tensione richiedono personale formato e procedure specifiche per il veicolo; Sicurezza e gestione dei guasti delle batterie delle auto elettriche spiega isolamento elettrico, energia immagazzinata e gestione dei guasti.