Les modules sont-ils morts ? La structure interne de la batterie de VE, de la cellule au pack

Oui, les modules sont en passe de disparaître des batteries de véhicules électriques : la transition de l'architecture cellule-module-packet vers la conception cellule-packet (CTP), en sautant la couche intermédiaire du module, permet une augmentation allant jusqu'à 15-50 % de l'utilisation du volume, une réduction allant jusqu'à 40 % du nombre de pièces et une amélioration de 10-15 % de la densité énergétique . En contrepartie, la réparation individuelle des cellules devient impossible et la charge de refroidissement et de sécurité repose entièrement sur le packet. Cette page explique, chiffres à l'appui, la structure interne des deux architectures, leurs compromis et ce que font exactement les fabricants.

Cellule, Module, Packet : ce que font exactement les trois couches

Clarifions les couches pour mener la discussion avec les mêmes termes. La cellule est l'unité qui stocke l'énergie chimique ; elle est produite dans trois formats principaux : prismatique, pouch et cylindrique. La fabrication des cellules est principalement un processus chimique. Le module est un groupe de cellules connectées en série ou en parallèle : il comprend des busbars, une couche BMS, des composants de gestion thermique, un boîtier mécanique et des matériaux d'isolation. Avant d'être transformées en module, les cellules sont triées selon leur capacité, leur tension et leur résistance interne ; les connexions sont établies par soudure laser, soudure ultrasonique ou avec des busbars. Le packet est le système complet dans lequel ces modules (ou directement les cellules dans le CTP) sont intégrés au refroidissement, à la protection et au BMS.

Les mathématiques sont simples mais l'échelle est grande : alors qu'une cellule fournit typiquement 3-4 V, un véhicule électrique nécessite 400-800 V. La connexion en série de centaines de cellules et la coordination de milliers de cellules sont indispensables. La couche module était le moyen de diviser cette complexité en parties gérables. La question posée par le CTP est exactement la suivante : cette couche intermédiaire est-elle vraiment nécessaire ?

Comment le format de cellule détermine-t-il le destin du packet ?

L'architecture du packet ne peut être envisagée indépendamment du format de cellule. Les cellules prismatiques sont généralement plus grandes que les cylindriques ; moins de cellules sont nécessaires pour la même énergie et l'assemblage est simplifié. Leurs robustes boîtiers métalliques améliorent la sécurité mécanique, mais leurs surfaces plates et leurs corps rigides compliquent le refroidissement. Les cellules pouch, ne comportant pas de boîtier rigide, offrent une densité énergétique élevée au niveau de la cellule et une bonne dissipation de la chaleur ; en contrepartie, les risques de gonflement sont plus élevés. Les cellules cylindriques, grâce à leur production standardisée et leur résistance mécanique, sont la solution classique des applications haute performance.

Cette différence de format constitue également la base de la comparaison la plus discutée du moment : la BYD Blade est une grande cellule LFP prismatique, tandis que la Tesla 4680 est une cellule NMC811 cylindrique. Deux réponses d'ingénierie radicalement différentes au même problème.

Que change exactement le CTP et quel est le gain ?

Le CTP (Cell-to-Pack) consiste à éliminer la couche intermédiaire de module et à intégrer directement les cellules dans le pack. La logique est évidente : les parois, couvercles et couches de busbars des boîtiers de modules occupent un volume qui ne stocke pas d'énergie. En remplissant ce volume avec des cellules, on gagne à la fois en énergie et en simplification de production. Les chiffres sont ambitieux : augmentation de 15 à 50 % du taux d'utilisation du volume selon la conception des cellules, réduction jusqu'à 40 % du nombre de pièces, amélioration de 10 à 15 % de la densité énergétique et objectifs d'augmentation allant jusqu'à 50 % de l'efficacité de production. La batterie représentant environ 30 % du coût d'un véhicule, ces pourcentages se répercutent directement sur le prix du véhicule.

Qilin : le plafond actuel du CTP

La batterie Qilin annoncée par CATL comme CTP 3.0 offre, dans les systèmes ternaires, 255 Wh/kg et, dans les systèmes LFP, une densité énergétique de 160 Wh/kg . La conception a été présentée avec une efficacité d'utilisation du volume de 72 % ; dans la première génération de CTP, ce taux partait de 55 %. La production de série a débuté en 2023 et la tendance reste à la hausse : la troisième génération de Qilin, présentée en avril 2026, est arrivée avec une puissance de 3000 kW , une vitesse de charge continue de 10C / crête de 15C, une autonomie supérieure à 1000 km et une batterie en « matière condensée » d'une densité de 350 Wh/kg. La suppression du module est le levier principal de cette dynamique.

Tesla 4680 et BYD Blade : deux chemins vers le même objectif

Les deux constructeurs suppriment les modules, mais leurs choix de cellules sont opposés. Les cellules blade de BYD sont de fins blocs LFP prismatiques atteignant jusqu'à 2,5 mètres de longueur, s'étendant sur toute la largeur du pack ; elles sont disposées selon un motif alvéolaire (nid d'abeille) et apportent au pack à la fois une résistance structurelle et une large surface de dissipation thermique. La chimie LFP se distingue par son efficacité et sa simplicité thermique. Tesla, avec sa cellule cylindrique 4680, vise la haute densité énergétique du NMC811 et la faible résistance de la conception d'électrodes tabless.

Les comparaisons de teardown clarifient le tableau : à 1C, la 4680 génère environ 2,3 fois plus de chaleur par unité de volume que la cellule blade. Cela oblige Tesla à intégrer une architecture de refroidissement plus avancée dans le pack. Autrement dit, la haute densité n'est pas gratuite ; elle se paie dans le budget de gestion thermique. L'orientation de LG Energy Solution vers la production de série du CTP au format pouch montre également que la suppression des modules n'est pas une tendance liée à un seul format de cellule.

Refroidissement et batterie structurelle : le module est parti, où le travail a-t-il été déplacé ?

Dans une conception modulaire, une partie de la gestion thermique était résolue au niveau du module. Dans le CTP, cette couche n'existe pas ; les cellules sont directement fixées à la plaque de refroidissement par des adhésifs thermiquement conducteurs. Cela implique des résines conductrices de chaleur, des adhésifs thermiquement conducteurs mais isolants et des plaques de refroidissement spéciales à grande surface. Sur la ligne de production également, l'étanchéité est un véritable défi d'ingénierie : alors que dans une conception modulaire chaque module possède son propre couvercle étanche, dans le CTP un seul couvercle de boîtier assure toute l'étanchéité. Un seul point de défaillance signifie des conséquences bien plus importantes.

L'étape suivante consiste à intégrer les cellules directement dans le châssis : cell-to-chassis (CTC) et cell-to-body (CTB) dans ces architectures, la batterie cesse d'être une charge supportée par le châssis en cas de collision pour devenir un élément structurel primaire du véhicule. Cela transforme radicalement la rigidité et le comportement en cas de collision ; la fixation directe des cellules sur la plaque de refroidissement, le châssis ou le plancher du véhicule offre également un avantage pour la gestion thermique. Le passage de la "boîte posée sur le châssis" à l'épine dorsale structurelle transforme littéralement la batterie en squelette du véhicule.

Réparabilité : la facture du gain

C'est ici que le CTP est le plus controversé. Dans une conception modulaire, un module défectueux peut être remplacé sans démonter le boîtier ; la défaillance est isolée, la maintenance est facile. Dans le CTP, les cellules étant collées au boîtier, le remplacement d'une cellule individuelle après production n'est pratiquement pas possible. En cas de défaillance d'une cellule, il peut être nécessaire de remplacer et d'éliminer l'ensemble du boîtier. C'est un problème en chaîne qui s'étend des coûts de garantie au marché de la seconde vie.

• Sécurité : La perte des parois latérales des modules réduit le support structurel ; les forces d'expansion des cellules sont compensées par des sangles et des panneaux d'extrémité.
• Risque de propagation : L'unique couche d'étanchéité et le contact direct des cellules avec la structure augmentent le risque d'emballement thermique et de propagation thermique en cas d'accident.
• Dommages cachés : Même si le châssis reste intact, l'impact d'une collision peut endommager les cellules, les interfaces ou les structures internes des cellules.
• Recyclage : L'utilisation d'adhésifs à grande échelle et de mousses de remplissage au lieu de liaisons vissées constitue le principal obstacle à l'amélioration des taux de recyclage des systèmes CTP.

Il existe aussi un avis nuancé : lorsqu'une cellule d'un boîtier modulaire tombe en panne prématurément, les interactions entre cellules affectent leur durée de vie, c'est pourquoi les stratégies de remplacement des cellules font l'objet d'un champ d'étude distinct dans la littérature scientifique. Ainsi, la réponse honnête à la question "le module est-il mort" est la suivante : dans les véhicules de tourisme axés sur l'autonomie, le CTP devient de facto la norme, mais dans les applications où la maintenance et le service sont critiques, l'architecture modulaire reste pertinente. Il n'existe pas de préférence unique claire parmi les constructeurs ; le CTP et le CTC coexisteront dans un avenir prévisible.

Conclusion : le module est-il mort ou simplement simplifié ?

Le module a perdu sa fonction d'interface universelle ; mais ce n'est pas un enterrement, c'est une histoire de démantèlement et de redistribution. Le package de résistance mécanique transporté par le module s'est réparti dans la structure du pack, la gestion thermique dans les plaques de refroidissement et la chimie des adhésifs, tandis que la fonction de sécurité s'est dispersée dans l'intégration au châssis. Le parcours d'utilisation volumétrique du Qilin, passant de 72 % à 55 %, et les densités grimpant jusqu'à 350 Wh/kg prouvent que le gain est réel. La facture, elle, se retrouve sur la table des ateliers de service et des installations de recyclage : les cellules sont désormais moins séparables du pack, plus difficiles à démonter et plus intégrées. D'un point de vue d'ingénierie, la situation est claire - la densité énergétique et le coût ont été gagnés, mais la réparabilité reste le maillon le plus faible des décisions de conception.

Sources

• Cellule, module ou pack de batterie. Quelle est la différence ?
• Conception des modules de batterie : structure, assemblage et applications
• Procédé CTP (Cell-to-Pack) : comment il révolutionne la conception des batteries de VE
• CATL lance la batterie CTP 3.0 "Qilin"
• Technologie innovante - CATL
• CATL dévoile le Qilin de 3e génération avec une puissance de 3000 kW et une batterie à matière condensée de 350 Wh/kg
• Comparaison entre une cellule prismatique BYD Blade et une cellule cylindrique Tesla 4680
• Batterie Tesla 4680 contre BYD Blade
• Revue de l'intégration batterie-structure cell-to-body (CTB)
• Architecture Cell-to-Chassis dans les véhicules électriques
• Batteries cell-to-pack
• Stratégies de remplacement des cellules pour les packs de batteries lithium-ion
• Amélioration des taux de recyclage des systèmes de batteries cell-to-pack
• Défis et solutions dans l'assemblage des batteries cell-to-pack
• Cellules prismatiques contre cellules cylindriques
• Prismatique contre pouch contre cylindrique