Dalla F1 alla FE: come si differenziano le batterie di ogni categoria

Così come il settore dell’automotive, anche il motorsport si sta incamminando verso una progressiva elettrificazione e, anche in quelle categorie dove sono presenti Powertrain ibridi, la parte termica inizia progressivamente ad avere meno rilevanza che in passato, eccezion fatta per il WRC, che recentemente ha compiuto un passo indietro per abbassare i costi.

Tuttavia, se si guarda ad altre categorie a quattro ruote, come il WEC o la Formula 1, l’ibrido ha un ruolo chiave. Proprio in Formula 1 nel 2026 in Formula 1 debutteranno le nuove Power Unit, le quali vedranno un incremento della parte elettrica fino al 50% della potenza totale espressa dalla monoposto.

Accanto ai Powertrain ibridi, chiaramente, ci sono anche quelli totalmente elettrici, come in Formula E. Logicamente, un sistema ibrido presenta delle differenze da uno 100% elettrico, ma ci sono anche degli aspetti comuni, come il fatto che l’energia recuperata in frenata passi per una batteria, per poi andare ad alimentare un motogeneratore che permette di far muovere la vettura.

Sostituzione della batteria su una vettura Gen 3 di Formula E

Foto di: Andreas Beil

Proprio la batteria rappresenta uno degli elementi più interessanti, non solo perché si tratta di un campo dove i progressi tecnologici hanno permesso di compiere importanti passi in avanti nel giro di pochi anni, ma anche perché ogni categoria ha delle esigenze specifiche. In sostanza, sebbene ogni categoria abbia una batteria, non tutte le batterie sono adatte a ogni serie.

Un aspetto di cui Motorsport.com ha parlato con Podium Advanced Technologies, l’azienda italiana che fornirà le batterie alla futura Gen 4 di Formula E, ma che può anche vantare già tanta esperienza in altre categorie. Podium è stata fondata nel 2011 e da allora si è fatta strada nel mondo del motorsport, prima sviluppando sistemi ibridi per le macchine per la 24h del Nurburgring, come la P4/5 Competizione, poi allargandosi ad altre serie.

L’azienda italiana ha infatti preso parte alla realizzazione della SCG 007C, la Hypercar Glickenhaus che ha corso nel WEC per tre stagioni, ha collaborato con Audi per la RS Q e-tron che ha vinto alla Dakar e fornisce le batterie per la Moto E, il mondiale a due ruote totalmente elettrico che affianca la MotoGP.

Jake Hughes, Maserati MSG Racing

Foto di: Simon Galloway / Motorsport Images

Una lunga esperienza che ha permesso anche di esaminare a fondo i segreti dei vari campionati, senza contare la qualità di Podium come costruttore, aspetto che ha portato la FIA a sceglierla al termine di un tender come l’azienda che dal 2027 fornirà le batterie a tutti i team di Formula E.

Proprio sul fronte delle batterie, la prima grande differenza è il profilo di potenza, che varia a seconda di ciò che prevede anche il regolamento di ogni serie e, allargando lo sguardo a un quadro più generale, al fatto che sistemi ibridi e totalmente elettrici abbiano esigenze differenti.

Profili di potenza e dimensioni: come varia una batteria

“Sicuramente ogni pacco batteria ha una sua peculiarità dal punto di vista sostanzialmente dei profili di potenza del pacco batterie, ovvero la quantità di kW ingresso e uscita e il suo rapporto rispetto alla capacità di pacco”, spiega Luca Ciancetti, socio fondatore e capo delle Business Line Road Cars e Motorsport di Podium, in un’intervista a Motorsport.com.

“In un sistema ibrido di solito hai un pacco batteria che ha una capacità misurata in kWh molto piccola in quanto deve avere un pacco molto leggero che, però, ha anche un profilo di potenza molto elevato, dato che deve esprimere tanta potenza per fare la differenza nel momento in cui viene utilizzato. Quindi, in un sistema ibrido il C-rate, l'indicatore della quantità di potenza rispetto alla capacità del pacco, sarà elevato”.

Batteria Williams per auto Gen3

Foto di: Andreas Beil

La batteria della Red Bull Racing RB18

Foto di: Giorgio Piola

Ad esempio, se si osserva un batteria di Formula 1 (immagine a destra nel confronto) o del campionato WEC, dove vi sono sistemi ibridi, il primo aspetto che balza all’occhio è proprio quello delle dimensioni, molto più compatte rispetto a un pacco come quello in Formula E (immagine a sinistra). In Formula 1 o nel WEC, dove il motore termico ha ancora una grande rilevanza e occupa la maggior parte dello spazio insieme al serbatoio per il carburante, logicamente si punta a un pacco batterie il più compatto e leggero possibile, ma che possa essere comunque efficace in termini di potenza.

In Formula E, e più in generale nelle serie totalmente elettriche, sono richieste capacità molte più grandi per affrontare tutta la distanza di gara con la sola energia accumulata nella batteria. “I pacchi per applicazioni elettriche invece di solito hanno dei C-rate più bassi perché hanno delle capacità molto grandi e, anche se gli chiedi tanta potenza, comunque sono dei multipli piccoli o abbastanza piccoli della loro capacità”, aggiunge Ciancetti.

Non tutte le celle sono adatte

Questa differenza in termini di profili di potenza è anche alla base di come viene progettata e costruita una batteria nel motorsport, già dalla fase di concepimento del progetto. Ogni pacco è formato da tante celle, ma non tutte le celle sono adatte a compiere lo stesso lavoro, per cui è fondamentale scegliere quella più adatta alle esigenze necessarie.

Processo di saldatura

Foto di: Podium Advanced Technologies

“Questo ha impatti importanti su tanti temi, perché in primis guida la selezione della cella, non tutte le celle possono fare lo stesso lavoro, quindi bisogna scegliere la cella giusta per l'applicazione giusta. C’è anche un altro aspetto, ovvero le tecnologie di giunzione tra una cella e l'altra perché, a seconda della corrente che passa tra una cella e l'altra, si usano tecnologie diverse”.

“Si usano modalità differenti di gestire la giunzione come attraverso la saldatura laser o a ultrasuoni. Noi abbiamo un set di tecnologie disponibili e lo selezioniamo a seconda di quello che è tutto il profilo di utilizzo del pacco batterie”.

In base alla potenza varia anche il raffreddamento

Inoltre, maggiore sarà la potenza espressa, maggiore sarà anche il calore da smaltire, per cui bisognerà costruire attorno anche un sistema di raffreddamento apposito. Una sfida estremamente complessa sia per i sistemi ibridi che per quelli elettrici. Ad esempio, in F1, dove le batterie devono restituire tanta energia e il pacco è posizionato in modo da mantenere il baricentro basso e le linee quanto più filanti possibile a favore dell’aerodinamica, è fondamentale trovare il giusto compromesso tra affidabilità e prestazioni.

Il complesso sistema di raffreddamento sulla Red Bull Racing RB20

Foto di: Giorgio Piola

“A seconda delle esigenze, poi varia la definizione e la progettazione principalmente dei sistemi di raffreddamento, perché pacchi che hanno C-rate molto elevati generano tanto calore su ogni cella, quindi bisogna trovare un modo di portare via questo valore”.

Nello sviluppo di una batteria, Podium parte sempre da un modello matematico che permette di andare a definire gli aspetti principali attorno a cui costruire il sistema prima di immergersi nei dettagli: “Noi viviamo tutti nell'epoca in cui la progettazione in generale è una progettazione model-based, quindi che sia una macchina batterie, noi partiamo sempre da un modello matematico che rappresenta il sistema che stiamo progettando”, aggiunge Ciancetti, spiegando il processo su cui ragiona Podium.

“Nel caso della batteria, il modello della cella, il modello del modulo e il modello del pacco batterie ha input e caratteristiche diverse a seconda di quella che è la cella che utilizzeremo e di quella che la missione che dobbiamo fare. Da lì iniziamo a dimensionare tutto quello che sta intorno alla cella, quindi il concetto di modulo, il concetto di raffreddamento, le giunzioni e altri aspetti”.