Le batterie possono essere generalmente classificate in tre categorie principali: batterie chimiche, batterie fisiche e batterie biologiche. Tra queste, le batterie chimiche e fisiche sono state applicate nei veicoli elettrici-prodotti in serie, mentre le batterie biologiche sono considerate una delle direzioni di sviluppo più importanti per le future batterie dei veicoli elettrici. Considerando l'attuale situazione applicativa pratica, forniremo solo un'introduzione dettagliata alle batterie chimiche.
I.Batterie al litio
Le batterie al litio sono uno dei tipi di batterie più comunemente utilizzate nei veicoli elettrici. Sebbene siano in circolazione solo dal 1970, hanno rapidamente dominato il mercato delle batterie per veicoli elettrici grazie alla loro elevata densità di energia e al lungo ciclo di vita. Attualmente, le batterie al litio utilizzate nei veicoli elettrici includono principalmente batterie al litio ferro fosfato e batterie al litio nichel manganese cobalto ossido, e questi due tipi di batterie presentano differenze significative nelle loro caratteristiche, quindi è necessario fornire una spiegazione dettagliata e un confronto tra loro.
(1) Batterie al litio ferro fosfato
Rispetto alle prime batterie al litio ossido di manganese, le batterie al litio ferro fosfato non presentano una differenza significativa nella densità di energia, che è di circa 100-110 Wh/kg. Tuttavia, la loro stabilità termica è la migliore tra le attuali batterie al litio per veicoli. I componenti chimici interni iniziano a decomporsi solo quando la temperatura della batteria raggiunge i 500-600 gradi, mentre i componenti chimici interni delle batterie all'ossido di litio cobalto, che sono anch'esse batterie al litio, sono già in uno stato instabile a 180-250 gradi. In altre parole, la sicurezza delle batterie al litio ferro fosfato è la migliore tra le batterie al litio, e per questo motivo sono diventate una delle principali tipologie di batterie per veicoli elettrici.
(2) Batterie al litio-nichel-manganese-cobalto-ossido
Rispetto alle batterie al litio ferro fosfato, le batterie al litio nichel manganese cobalto ossido utilizzate nella Tesla Model S hanno una densità di energia molto più elevata in termini di peso, circa 200 Wh/kg. Ciò significa che le batterie al litio nichel manganese ossido di cobalto dello stesso peso hanno un'autonomia maggiore rispetto alle batterie al litio ferro fosfato. Tuttavia, anche i loro svantaggi sono evidenti. Quando la temperatura della batteria è di 250-350 gradi, i componenti chimici interni iniziano a decomporsi, il che mette a dura prova il sistema di gestione della batteria. Ciascuna cella della batteria deve essere dotata di un dispositivo di sicurezza separato. Inoltre, a causa delle dimensioni ridotte di ciascuna cella, il numero di celle della batteria necessarie per un singolo veicolo è molto elevato.
II. Batterie al nichel-metallo idruro
Le batterie al nichel-metallo idruro sono un altro tipo tradizionale di batterie per veicoli elettrici oltre alle batterie al litio. Si sono gradualmente sviluppati a partire dagli anni '90. Molti veicoli ibridi, come la Toyota Prius, utilizzano questo tipo di batteria come componente di accumulo dell'energia. La loro densità energetica non è molto diversa da quella delle normali batterie al litio, circa 70-100 Wh/kg. Tuttavia, poiché la tensione di una singola cella della batteria è di soli 1,2 V, ovvero un terzo di quella delle batterie al litio, il volume della batteria è maggiore di quello delle batterie al litio a parità di tensione richiesta.
Come le batterie al litio, anche le batterie al nichel-metallo idruro richiedono un sistema di gestione della batteria, ma prestano maggiore attenzione alla gestione della carica e dello scaricamento della batteria. Il motivo di questa differenza è principalmente dovuto all'"effetto memoria" delle batterie al nichel-metallo idruro, il che significa che la capacità della batteria diminuirà durante il ciclo di carica e scarica. Il sovraccarico o lo scaricamento eccessivo possono anche accelerare la perdita di capacità della batteria (questa caratteristica delle batterie al litio può quasi essere ignorata). Pertanto, per i produttori, il sistema di controllo delle batterie al nichel-metallo idruro è impostato per evitare attivamente il sovraccarico e lo scaricamento eccessivo, ad esempio controllando artificialmente l'intervallo di carica e scarica entro una determinata percentuale della capacità totale per ridurre il tasso di declino della capacità.