Tre. Sono i livelli che stanno fra il chilowattora e il pavimento della tua auto, e conoscerli serve a capire una cosa che nessun listino scrive: quanto costerà riparare quella batteria il giorno in cui smetterà di funzionare bene.
Primo livello: la cella
La cella è l'unità minima, l'oggetto in cui la chimica avviene. Dentro c'è un anodo, un catodo, un separatore e un elettrolita, e produce una tensione che a seconda della chimica sta fra i 3,2 e i 3,7 volt. Una tensione da torcia elettrica.
Le forme in commercio sono tre. La cilindrica somiglia a una pila stilo cresciuta, si produce a velocità altissima ed è la più facile da raffreddare, perché fra un cilindro e l'altro rimane sempre dello spazio. La prismatica è un parallelepipedo rigido in alluminio, sfrutta meglio il volume e regge da sola una parte degli sforzi. La pouch è una busta morbida sigillata, la più leggera e la più densa, e anche la più delicata, perché gonfia invecchiando e ha bisogno di essere tenuta in compressione da qualcosa.
Una singola cella non muove niente. Per far camminare un'auto ne servono da qualche centinaio a qualche migliaio, e il problema di ingegneria comincia da lì.
Secondo livello: il modulo, quello che sta sparendo
Il modulo è un gruppo di celle collegate fra loro, chiuse in una struttura propria, con il proprio sistema di raffreddamento e la propria elettronica di controllo. È un mattone da qualche chilowattora, e per vent'anni è stato il modo standard di costruire una batteria: si fanno i mattoni, poi si costruisce il muro.
Il vantaggio del mattone è la manutenzione. Se una cella si guasta, in teoria si sostituisce il modulo che la contiene invece dell'intero pacco, e il costo della riparazione scende di un ordine di grandezza.
Il difetto è che ogni modulo porta con sé il proprio guscio, i propri fissaggi e il proprio circuito di raffreddamento. Sono chili e centimetri cubi che non contengono energia, e su un oggetto in cui la densità decide l'autonomia vengono pagati due volte: una alla costruzione, una a ogni chilometro per il resto della vita dell'auto.
Da qui la scelta che sta cambiando il mestiere: togliere il livello di mezzo. Nel cell-to-pack le celle vanno direttamente dentro il pacco, senza mattoni intermedi. Il volume utile cresce, il peso morto scende, e con essi scende il costo di produzione. Alcuni costruttori spingono oltre, e il pacco diventa parte della scocca, un elemento strutturale che irrigidisce l'auto invece di essere trasportato da lei.
Torna il conto dei tre livelli, e stavolta ne restano due. Il prezzo di quella semplificazione lo paga chi ripara: senza moduli, l'unità sostituibile più piccola tende a coincidere con il pacco intero.
Conviene conoscere la ragione industriale prima di giudicare la scelta. Su una batteria da sessanta chilowattora i moduli valgono una quota di peso che non produce un solo chilometro, e ogni chilo tolto lì è un chilo che l'auto non deve trascinarsi in salita per otto anni. Il cell-to-pack nasce per rendere le auto più leggere, e l'irreparabilità è l'effetto collaterale che nessuno ha voluto e che tutti si tengono.
Il guadagno di peso rende l'auto più efficiente per tutta la vita, mentre la penalità sulla riparazione si presenta una volta sola, in un giorno che potrebbe non arrivare mai. Messa così è perfino un buon affare, e resta un affare che si fa a tua insaputa.
Il cablaggio, dove si decide se l'auto sarà da 400 o da 800 volt
Fra il modulo e il pacco c'è una scelta che nessuno racconta e che condiziona tutto il resto: come le celle sono collegate fra loro.
Ci sono due modi, e si usano insieme. Collegare celle in serie, cioè il positivo di una al negativo della successiva, somma le tensioni e lascia invariata la capacità. Collegarle in parallelo, tutti i positivi insieme e tutti i negativi insieme, somma le capacità e lascia invariata la tensione. Da qui la sigla che trovi nelle schede tecniche serie: 96s2p vuol dire novantasei gruppi in serie, ognuno fatto di due celle in parallelo.
Fai il conto e capisci da dove nascono i numeri di targa. Novantasei celle da 3,7 volt in serie danno 355 volt nominali, ed è il motivo per cui quasi tutte le elettriche di prima generazione stanno intorno ai 400. Per arrivare a 800 ne servono il doppio, e con esse raddoppia il numero di connessioni da fare, da isolare e da sorvegliare.
Perché qualcuno accetta quel raddoppio di complessità lo dice una formula da una riga. La potenza è tensione per corrente, quindi per erogare gli stessi chilowatt a tensione doppia serve metà corrente. E siccome le perdite in un conduttore valgono corrente al quadrato per resistenza, dimezzare la corrente non dimezza le perdite: le riduce a un quarto.
Il risparmio si vede nel rame. Porsche lo quantifica sulla Taycan: a parità di potenza, con gli 800 volt basta metà della sezione trasversale dei cavi rispetto a un impianto convenzionale a 400, il che vale circa quattro chilogrammi in meno e minori perdite di trasmissione. Quattro chili sembrano pochi. Sono quattro chili di rame che non devi comprare, non devi far passare dentro la scocca e non devi trasportare per otto anni, e la stessa logica spiega perché a 800 volt le colonnine ad alta potenza riescono a spingere di più senza fondere niente.
Il pacco però non è sempre collegato. Quando l'auto è spenta, i due poli sono fisicamente staccati da contattori, relè di potenza che stanno dentro il pacco: è una scelta di sicurezza, perché una batteria da 400 volt permanentemente connessa a un veicolo parcheggiato sarebbe un problema in caso di incidente o di guasto.
Chiuderli però non è banale, ed è il motivo di un dettaglio che senti ogni volta che accendi. All'ingresso dell'inverter ci sono grossi condensatori, che da scarichi si comportano per un istante come un cortocircuito: chiudere il contattore di colpo farebbe passare una corrente enorme che saluterebbe i contatti in una volta sola. Per evitarlo il sistema chiude prima un circuito ausiliario con una resistenza in serie, che riempie i condensatori piano, e solo quando la tensione ai due lati è quasi pari chiude il contattore principale. È la precarica, e dura qualche decina di millisecondi. I due clic che senti a bordo, uno dopo l'altro, sono quelli.
L'ultima protezione lavora una volta sola. È un fusibile pirotecnico, una piccola carica esplosiva che a un comando della centralina airbag taglia fisicamente il cavo di potenza in pochi millisecondi, così che dopo un urto i soccorsi non trovino ottocento volt vivi sotto il pavimento.
Terzo livello: il pacco, e il cervello che lo governa
Il pacco è l'involucro che tiene le celle in posizione, le protegge, le mantiene in temperatura e le sorveglia. La sorveglianza è il sistema di gestione, il BMS, che misura tensione e temperatura gruppo per gruppo e taglia la potenza quando qualcosa esce dai margini. Su cosa costa il suo lavoro alla colonnina abbiamo scritto nel pezzo sulle perdite di ricarica.
Il primo margine è quello che spiega perché una batteria da 60 kWh non eroga mai 60 kWh: il sistema ne tiene una riserva in alto e una in basso, perché le celle vicine agli estremi di carica invecchiano più in fretta. Il numero del listino è quasi sempre la capacità lorda, quella utilizzabile è più piccola, e la differenza è una scelta di progetto.
Il secondo mestiere conta altrettanto e si vede ancora meno: il bilanciamento. Le celle non invecchiano allo stesso ritmo, perché quelle al centro stanno più calde di quelle ai bordi. E un pacco in serie eroga quanto la sua cella più debole: quando la peggiore arriva al limite inferiore il BMS ferma tutto, e l'energia rimasta nelle altre resta lì. Il sistema tiene quindi i gruppi allineati, in due modi che costano prezzi diversi. Il bilanciamento passivo scarica le celle più cariche facendo passare corrente in una resistenza, cioè buttando via l'eccesso sotto forma di calore: costa pochissimo e spreca un po' di energia. Il bilanciamento attivo invece sposta la carica dalle celle piene a quelle scariche con un convertitore, senza dissiparla: rende di più e costa parecchio, quindi si trova soprattutto sulle auto di fascia alta. Un pacco mal bilanciato perde autonomia pur avendo celle sane.
Resta la domanda più difficile di tutte, quella a cui il BMS risponde ogni secondo: quanta carica è rimasta. Non esiste un modo diretto di leggerlo, perché la carica dentro una cella non si misura, si stima. Il sistema conta gli amperora che entrano ed escono integrando la corrente nel tempo, un metodo preciso sul breve e che accumula errore sul lungo, e ogni tanto lo corregge leggendo la tensione a riposo, che con la carica ha un rapporto noto. Su una chimica LFP quella correzione è più difficile, perché la curva di tensione è quasi piatta per gran parte dell'arco utile: è la ragione per cui i costruttori consigliano ogni tanto una carica completa, che serve a ridare al sistema un punto fermo da cui ripartire.
Il terzo mestiere è la temperatura, e su un pacco cell-to-pack diventa più difficile: senza moduli il circuito di raffreddamento non passa fra un mattone e l'altro, deve lambire le celle dal basso, e il calore del centro ha una strada più lunga per uscire. È una delle ragioni per cui le chimiche più stabili al calore si sposano meglio con questa architettura.
Cosa guardare, in concreto
Il numero da chiedere a un venditore non è quanti chilowattora ha il pacco. È se quel pacco ha i moduli.
Un'auto costruita con moduli, se una cella cede fuori garanzia, si ripara sostituendo il mattone guasto. Un'auto cell-to-pack, oggi, quasi sempre no: il pacco è un pezzo unico e il preventivo è di un'altra grandezza. Non è una ragione per non comprarla, perché il cell-to-pack è anche il motivo per cui quell'auto costa meno e va più lontano. È una ragione per sapere cosa stai comprando.
La domanda si fa in concessionaria e sta in una riga: il pacco è a moduli o cell-to-pack, e in caso di guasto qual è l'unità sostituibile più piccola. Se il venditore non lo sa, la scheda tecnica del costruttore quasi sempre lo dice, e le officine autorizzate lo sanno di sicuro. È un'informazione che oggi bisogna andare a cercare e che fra un anno e mezzo starà scritta dentro il passaporto, insieme alle istruzioni per aprire l'oggetto.
E per l'usato dal 2027 in poi, il passaporto cambia la trattativa. Oggi lo stato di salute di una batteria lo sa il venditore e lo indovina il compratore. Fra un anno e mezzo sarà un dato che chiunque abbia un interesse legittimo può leggere dal QR, insieme alle istruzioni per smontare l'oggetto. Su quanto quel dato pesi sul prezzo, e su cosa dicono oggi i numeri della svalutazione, torneremo con i conti alla mano.
Dal 2027 ogni pacco avrà il suo passaporto
Qui la faccenda smette di essere ingegneria e diventa una cosa che ti riguarda quando compri usato.
Il regolamento europeo sulle batterie stabilisce che a decorrere dal 18 febbraio 2027 tutte le batterie per veicoli elettrici immesse sul mercato siano registrate in un formato elettronico che il testo chiama passaporto della batteria, accessibile con un codice QR stampato sulla batteria stessa.
Dentro il passaporto, per chi ha un interesse legittimo, ci sono le informazioni necessarie allo smantellamento, e l'allegato le elenca una per una. I diagrammi esplosi del pacco con la posizione degli elementi. Le sequenze di smontaggio. Il tipo e il numero di fissaggi da sbloccare, con gli utensili che servono per aprirli. E poi i numeri identificativi dei componenti insieme ai recapiti dei fornitori dei ricambi. Il regolamento scrive espressamente che quelle informazioni esistono per consentire a chi ripara, a chi rifabbrica e a chi ricicla di fare il proprio mestiere.
Vale la pena leggere quell'elenco per quello che è: la fine dell'idea che un pacco batteria sia una scatola nera. Fino a oggi le informazioni per aprirlo erano proprietà del costruttore, e un'officina indipendente che volesse provarci lavorava a tentoni. Dal 2027 quelle istruzioni hanno un indirizzo pubblico, e chi ha titolo per leggerle le legge.
Attenzione però a cosa il regolamento non fa, perché in giro si legge il contrario. L'obbligo di essere facilmente rimovibili e sostituibili riguarda le batterie portatili e quelle dei mezzi di trasporto leggeri, cioè monopattini e biciclette elettriche. Sui pacchi delle automobili esiste soltanto un considerando, che dice che dovrebbero essere rimovibili e sostituibili da professionisti indipendenti. È un auspicio scritto al condizionale, e un auspicio non obbliga nessuno.
La leva vera è un'altra ed è già in vigore. Dal 18 agosto 2024 il sistema di gestione delle batterie deve contenere i dati aggiornati sullo stato di salute, e l'accesso in sola lettura a quei dati va garantito su base non discriminatoria a chi ha legalmente acquistato la batteria e agli operatori indipendenti, fra le altre cose per valutarne il valore residuo. Il regolamento impone perfino una funzione di ripristino del software, così che un rifabbricante possa caricare il proprio.
Testo del regolamento (UE) 2023/1542 letto su EUR-Lex nella versione italiana, articoli 14 e 77 con gli allegati VII e XIII, testo consolidato in vigore. Le date citate sono quelle di applicazione stabilite dal regolamento stesso. La descrizione dei formati di cella e delle architetture di pacco è tecnica generale e non si riferisce a un modello specifico.