La spedizione rapida alimenta la domanda di camion elettrici a lunga autonomia mentre la durata delle batterie resta indietro

Le spedizioni rapide hanno ridefinito le aspettative: consegne in due giorni, in un giorno, perfino in giornata sono ormai la norma. Soddisfare questa domanda richiede flotte di camion in grado di coprire ancora lunghi tratti autostradali, anche mentre le reti logistiche aggiungono più hub di distribuzione locali. Per molti operatori, i camion elettrici a batteria (battery-electric trucks) offrono una strada per ridurre i costi di carburante e manutenzione, tagliando al contempo le emissioni di carbonio—ma i pacchi batteria che rendono possibili questi veicoli non garantiscono sempre la longevità necessaria per un utilizzo prolungato sulle lunghe distanze.

Un consorzio europeo di ricerca e industria sta affrontando questo collo di bottiglia portando la simulazione avanzata direttamente nella progettazione e nella produzione dei pacchi batteria. Il gruppo—che comprende aziende, università e finanziatori pubblici—ha combinato la modellazione computazionale multiscala con un’applicazione software sviluppata ad hoc per accelerare le decisioni su come assemblare i pacchi batteria in funzione della durabilità. Tra i partecipanti figuravano Volvo Group Trucks Operations, la Technical University of Denmark (DTU), la società di consulenza ingegneristica Resolvent, Aurobay e Vinnova (l’agenzia svedese per l’innovazione), con il supporto della Commissione europea e di Innovation Fund Denmark.

L’iniziativa, denominata formalmente Multiscale Simulation of Laser Welding for Optimal Battery Pack Manufacturing e soprannominata “LaserBATMAN” (per battery manufacturing, non per il personaggio dei fumetti), si è svolta da May 2022 to May 2025. Il suo obiettivo centrale era migliorare due traguardi prestazionali strettamente interconnessi per i pacchi batteria heavy-duty: robustezza e durata operativa.

Una fase produttiva è al cuore di entrambi gli obiettivi: la saldatura laser, ampiamente utilizzata per unire componenti durante l’assemblaggio del pacco—per esempio, quando si collegano le celle tramite un busbar. Una saldatura di alta qualità può contribuire a garantire prestazioni elettriche coerenti nel tempo. Una saldatura scadente, al contrario, può introdurre punti di debolezza che accelerano la degradazione delle celle, compromettendo autonomia e affidabilità.

Per comprendere e anticipare questi effetti, il team di progetto si è basato su una simulazione multifisica e multiscala usando COMSOL Multiphysics. Martin Refslund Nielsen di Resolvent, in precedenza chief commercial officer dell’azienda e partner, ha descritto COMSOL come particolarmente adatto alle fisiche accoppiate coinvolte nella saldatura, nel comportamento elettrico e nell’invecchiamento della batteria. L’attenzione iniziale era su come la saldatura influenzi l’elettrochimica e la degradazione a livello di cella, ma il perimetro si è ampliato. Con il tempo, il team ha sviluppato modelli che si estendono dai singoli strati di cella fino alle prestazioni a livello di pacco, traducendo infine questa capacità di modellazione in un flusso di lavoro pratico per la progettazione.

Un passaggio chiave è stato costruire un modello elettrochimico di una cella di batteria codificando le pertinenti equazioni di cinetica di reazione. Il team ha quindi generato dati di input–output da questo modello dettagliato e li ha usati per addestrare una deep neural network (DNN) come surrogato a ordine ridotto. Con la DNN a sostituire il modello completo quando la velocità era determinante, gli ingegneri potevano esplorare molto più rapidamente l’impatto delle scelte di progettazione e di produzione sul comportamento della cella, rispetto a quanto consentirebbe la sola simulazione ad alta fedeltà.

Questo approccio a ordine ridotto ha permesso al consorzio di creare una simulation app personalizzata, sviluppata da Resolvent, destinata ai team R&D di Volvo. L’app è progettata per snellire test e ottimizzazione—in particolare attorno alla configurazione delle linguette del busbar (busbar tab configuration) nelle architetture di pacco saldate al laser—così che gli ingegneri possano valutare prima le implicazioni sulla durata della batteria e iterare più rapidamente.

Perché è importante

I camion elettrici per impieghi gravosi sono praticabili solo quanto i pacchi batteria che li alimentano, e un degrado prematuro può rendere antieconomiche le tratte a lungo raggio. Collegando, tramite simulazione e un’app pensata per gli ingegneri, le decisioni di saldatura all’invecchiamento elettrochimico, i partner di LaserBATMAN puntano ad accorciare i cicli di sviluppo migliorando al contempo la durabilità. Ciò che varrà la pena osservare ora è quanto ampiamente questi flussi di lavoro basati su modelli si diffonderanno nella produzione di batterie — e se si tradurranno in guadagni di vita utile misurabili nelle flotte in condizioni reali.