Batterie al litio in serie o in parallelo: differenze, calcoli e compatibilità

Collegare più batterie al litio permette di aumentare la tensione dell’impianto oppure la capacità disponibile. La scelta tra batterie al litio serie o parallelo non è però una semplice questione di calcolo elettrico: ogni configurazione produce risultati completamente diversi e impone vincoli tecnici precisi che dipendono dalla chimica degli accumulatori, dal BMS integrato e dalle indicazioni del produttore.

In sintesi: il collegamento in serie somma le tensioni mantenendo costante la capacità in Ah; il collegamento in parallelo somma le capacità mantenendo costante la tensione. Nella pratica con le batterie al litio, tuttavia, non è sufficiente conoscere questa regola: bisogna verificare la compatibilità tra gli accumulatori, i limiti del BMS, la corrente massima ammessa e le specifiche del costruttore. Non tutte le batterie sono progettate per essere collegate liberamente tra loro, e ignorare questo aspetto è uno degli errori più comuni che osserviamo nel settore.

Serie o parallelo: qual è la differenza concreta?

Partiamo dai principi fondamentali, illustrando subito i risultati numerici per rendere il confronto immediato.

Collegamento in serie

Nel collegamento in serie il polo positivo di una batteria viene connesso al polo negativo della successiva. Le tensioni si sommano, mentre la capacità in Ah rimane invariata.

Esempio con due batterie da 12V / 100 Ah collegate in serie:

• Tensione complessiva: 24V
• Capacità: 100 Ah
• Energia totale disponibile: 2.400 Wh

Nel collegamento in parallelo vengono connessi tra loro i poli positivi e, separatamente, i poli negativi. La tensione rimane invariata, mentre le capacità si sommano.

Esempio con due batterie da 12V / 100 Ah collegate in parallelo:

• Tensione complessiva: 12V
• Capacità: 200 Ah
• Energia totale disponibile: 2.400 Wh

L’energia totale disponibile — espressa in Wh — è la stessa nei due esempi. Cambia invece come quella energia viene erogata: con tensione più alta in serie, con maggiore autonomia a tensione invariata in parallelo.

Il collegamento in serie viene utilizzato quando l’impianto richiede una tensione superiore a quella della singola batteria: sistemi a 24V, 36V o 48V realizzati partendo da moduli con tensione inferiore sono esempi tipici, purché il produttore abbia previsto e validato questa possibilità.

Il vantaggio principale è la riduzione della corrente necessaria a parità di potenza erogata. Un sistema da 1.200 W richiede teoricamente circa 100 A su un impianto a 12V, mentre la stessa potenza su un impianto a 24V comporta circa 50 A. Correnti più basse semplificano il dimensionamento dei cavi, riducono le perdite per effetto Joule e alleggeriscono il lavoro dei dispositivi di protezione.

Per questo motivo la maggior parte delle applicazioni di trazione industriale — come i transpallet elettrici o i veicoli da magazzino — opera a tensioni di 24V o 48V. Nei veicoli elettrici di dimensioni maggiori si raggiungono tensioni ancora più elevate, con configurazioni multi-modulo in serie gestite da sistemi BMS avanzati.

Per chi desidera un quadro completo sulle soluzioni disponibili, la nostra panoramica sulle batterie al litio e sulle loro applicazioni è un buon punto di partenza.

Il collegamento in parallelo viene scelto quando si vuole aumentare l’autonomia mantenendo invariata la tensione dell’impianto. Se il sistema è progettato per funzionare a 12V, per esempio, collegare due batterie compatibili da 100 Ah in parallelo permette di disporre di 200 Ah complessivi senza modificare il caricabatterie o le utenze installate.

Questa configurazione è frequente nelle installazioni camper, nei sistemi di accumulo off-grid a bassa tensione e in alcune applicazioni di backup. Aumentare la capacità, però, significa anche riconsiderare i tempi di ricarica, le correnti potenziali e il dimensionamento dei dispositivi di protezione: un banco da 200 Ah in carica rapida assorbe il doppio della corrente rispetto a una singola unità da 100 Ah.

Chi gestisce impianti a bassa tensione può trovare indicazioni utili nella nostra guida alle batterie al litio 12V, dove affrontiamo anche i criteri di scelta della capacità in funzione dell’applicazione.

Questo è l’aspetto più spesso sottovalutato, e quello che genera il maggior numero di problemi in campo. Nell’esperienza maturata lavorando con clienti industriali e professionisti del settore, la causa di malfunzionamenti nei banchi batterie è quasi sempre riconducibile a una compatibilità verificata solo parzialmente.

Non è sufficiente che due batterie abbiano la stessa tensione nominale indicata sull’etichetta. Una configurazione multi-accumulatore dovrebbe sempre utilizzare batterie:

• dello stesso modello e dello stesso produttore;
• con la stessa tensione nominale;
• con la stessa capacità nominale in Ah;
• con caratteristiche elettriche compatibili (resistenza interna, C-rate ammissibile);
• con un livello di usura simile (stesso numero di cicli accumulati);
• con uno stato di carica iniziale coerente al momento del collegamento.

Mescolare batterie nuove e molto usate, accumulatori con capacità differenti o modelli con BMS di caratteristiche diverse porta a una gestione non uniforme del sistema. Nel collegamento in serie il problema è ancora più critico: una batteria che raggiunge prima delle altre il proprio limite di tensione (superiore o inferiore) provoca l’intervento del BMS sull’intero banco, bloccando l’erogazione o la ricarica anche quando le altre batterie avrebbero ancora margine operativo.

Per capire come il C-rate influisce sulla gestione del banco, è utile leggere anche la nostra guida al C-rate delle batterie al litio.

Il BMS — Battery Management System — è il sistema elettronico che monitora tensione delle celle, corrente e temperatura, e interviene quando vengono superati i limiti di sicurezza. In una batteria al litio moderna è un componente irrinunciabile: senza di esso, le celle possono sovraccarsi, sovrascariche o surriscaldarsi con conseguenze potenzialmente gravi.

Quando più batterie vengono collegate tra loro, ogni BMS continua a proteggere il proprio accumulatore in modo indipendente. Questo significa che la configurazione complessiva deve rispettare non soltanto i limiti delle celle, ma anche quelli dell’elettronica installata in ogni singola batteria.

Una batteria progettata esclusivamente per funzionare singolarmente non dovrebbe mai essere inserita in una configurazione in serie solo perché la tensione teorica risultante sembra corretta. Il BMS potrebbe non essere stato dimensionato per gestire le tensioni più elevate che si sviluppano ai capi della stringa.

Lo stesso principio vale per il parallelo: prima di collegare più unità, bisogna conoscere il numero massimo di batterie collegabili e le eventuali prescrizioni del costruttore in merito alla comunicazione tra i BMS. Alcuni sistemi più evoluti prevedono un coordinamento tra i BMS tramite bus di comunicazione dedicato (CAN, RS485), che garantisce un bilanciamento attivo del banco.

Per un approfondimento su come funziona il BMS nelle applicazioni per veicoli elettrici, rimandiamo all’articolo dedicato: BMS per batterie al litio: a cosa serve nei veicoli elettrici.

In un banco batterie in parallelo, la corrente deve essere distribuita nel modo più uniforme possibile tra tutte le unità. Differenze nella resistenza dei cablaggi — anche piccole — possono far sì che una batteria eroghi o assorba corrente in misura sproporzionata rispetto alle altre, riducendone la vita utile e compromettendo le prestazioni del banco nel tempo.

Con due batterie, una configurazione raccomandata prevede di prelevare il polo positivo da una batteria e il polo negativo dall’altra, usando cavi della stessa lunghezza e sezione. Nei sistemi con tre o più unità si ricorre tipicamente a barre di distribuzione dedicate (busbar), che garantiscono percorsi elettrici equivalenti per ogni accumulatore.

Cablaggi, fusibili, sezione dei conduttori e dispositivi di protezione devono essere dimensionati in funzione della corrente massima potenzialmente disponibile dall’intero banco. Un errore comune è dimensionare la protezione per la singola batteria anziché per il totale: in un banco da tre batterie da 100 A ciascuna, la corrente di corto circuito potenziale può raggiungere i 300 A, e i componenti devono essere selezionati di conseguenza.

No, non è una soluzione consigliabile. Collegare in un unico banco batterie al litio e batterie AGM comporta problemi concreti e ricorrenti: le due tecnologie hanno tensioni di carica diverse, curve di scarica differenti, resistenze interne non compatibili e rispondono in modo diverso ai cicli di utilizzo.

Il risultato è che una delle due tecnologie lavora sistematicamente fuori dalle proprie condizioni ottimali, con conseguente degrado accelerato e rischio di interventi intempestivi del BMS. Se si sta migrando da un sistema al piombo a uno al litio, la soluzione corretta è valutare l’impianto nel suo complesso e procedere con una sostituzione integrale.

Abbiamo approfondito questo tema nella guida dedicata alla sostituzione di una batteria AGM con una batteria al litio 12V, dove analizziamo anche i parametri da verificare prima di effettuare il passaggio e gli errori più frequenti da evitare.

Non esiste una configurazione migliore in assoluto. La scelta tra serie e parallelo dipende esclusivamente dalle caratteristiche dell’applicazione:

• Tensione richiesta dall’impianto: se l’inverter, il motore o le utenze lavorano a 24V o 48V, il collegamento in serie è la strada obbligata;
• Autonomia necessaria: se la tensione è già corretta ma si vuole aumentare la durata del sistema, il parallelo è la soluzione adeguata;
• Potenza delle utenze: incide sulla corrente massima che il banco deve erogare e sul dimensionamento dei dispositivi di protezione;
• Sistema di ricarica: deve essere compatibile con la tensione e la capacità del banco risultante;
• Compatibilità del BMS: verifica sempre le indicazioni del produttore prima di qualsiasi collegamento multiplo.

Con le batterie al litio, il calcolo elettrico è soltanto una parte della progettazione. Una corretta configurazione del banco richiede di partire dall’applicazione reale, verificare la compatibilità degli accumulatori, rispettare le indicazioni del produttore e dimensionare correttamente tutta la componentistica associata.

Una progettazione accurata non solo garantisce l’autonomia o la tensione necessaria, ma permette di sfruttare appieno le prestazioni delle batterie e mantenere il sistema affidabile per l’intera durata di vita prevista — che con le migliori soluzioni LFP può superare i 3.000 cicli anche in condizioni di utilizzo intensivo. Per approfondire il tema della longevità degli accumulatori, consigliamo la lettura di quanto dura una batteria al litio e della guida alla profondità di scarica delle batterie al litio, due fattori che interagiscono direttamente con la scelta della configurazione ottimale.

Il numero massimo di batterie collegabili in parallelo dipende dalle specifiche del produttore: non esiste un limite universale valido per tutte le batterie al litio. Alcuni modelli consentono fino a 4 unità in parallelo, altri fino a 8 o più, ma solo se espressamente previsto e testato dal costruttore. Superare il numero consentito significa operare fuori dalle condizioni di progetto del BMS, con rischi per la sicurezza e la durata del sistema. Verificare sempre il manuale tecnico prima di dimensionare un banco.

Tecnicamente è possibile, ma non è raccomandabile. Batterie con capacità diverse in parallelo si scaricheranno e si ricaricheranno a velocità differenti, creando squilibri che il BMS di ogni singola unità tenterà di correggere in modo indipendente. Il risultato pratico è un degrado più rapido dell’accumulatore con capacità inferiore e prestazioni complessive del banco al di sotto del potenziale teorico. La scelta corretta è sempre quella di utilizzare batterie dello stesso modello, stessa capacità e stesso stato di usura.

No. Nel collegamento in serie la corrente massima erogabile rimane quella della singola batteria (o dell’elemento più limitante della stringa). Quello che cambia è la tensione: a parità di potenza, la corrente richiesta si riduce proporzionalmente all’aumento di tensione. Questo è uno dei principali vantaggi dei sistemi ad alta tensione: a parità di potenza erogata, si lavora con correnti inferiori, il che semplifica il cablaggio e riduce le perdite resistive.

Sì, ogni BMS continua a monitorare e proteggere il proprio accumulatore in modo indipendente. Questo è un aspetto critico da considerare nella progettazione di un banco: se il BMS di una singola batteria interviene (per sovratemperatura, sovratensione o sottotensione), può interrompere il circuito e influenzare il comportamento dell’intero banco. In sistemi più evoluti, i BMS possono comunicare tra loro tramite bus dedicato (CAN o RS485) per una gestione coordinata, ma questa funzionalità deve essere espressamente supportata dal produttore.

Per la trazione industriale — transpallet, carrelli elevatori, veicoli da magazzino — la configurazione più comune è il collegamento in serie per raggiungere le tensioni di lavoro tipiche del settore (24V o 48V), eventualmente combinato con il parallelo per aumentare la capacità del banco in funzione dell’autonomia richiesta. La scelta definitiva dipende però dal motore, dal controller e dal sistema di ricarica installati: è sempre necessaria una valutazione tecnica specifica. Per un approfondimento sulle variabili in gioco, la nostra guida su come scegliere una batteria al litio per applicazioni di trazione fornisce i criteri operativi essenziali.