Keamanan baterai kendaraan listrik: pertimbangan antara kepadatan dan pengisian cepat

Serangkaian kebakaran kendaraan listrik pada bulan Oktober, termasuk model-model kelas atas seperti Xiaomi SU7 Ultra, NIO ET7, Li Auto MEGA, Mercedes-Benz EQE, dan Porsche Taycan, kembali mengedepankan keselamatan baterai. Data dan bukti menunjukkan bahwa persaingan untuk performa—dari kepadatan energi tinggi hingga pengisian daya ultra-cepat—mengorbankan stabilitas termal dan membutuhkan manajemen risiko yang lebih ketat (melalui 36kr.com).

Kepadatan energi tinggi: keunggulan jangkauan, stabilitas termal tekanan

Transisi dari material positif litium besi fosfat (LFP) ke litium terner (NCM/NCA) telah meningkatkan densitas energi dan memperluas jangkauan operasi. Namun, dibandingkan dengan LFP, yang memiliki struktur kristal stabil dan sulit melepaskan oksigen, material nikel tinggi mengurangi stabilitas termal.

Pengalaman pasar memaksa industri untuk menyesuaikan diri: setelah insiden terkait NCM 811 (GAC Aion S pada tahun 2020; General Motors menarik hampir 70.000 kendaraan pada tahun 2021 karena risiko baterai nikel yang tinggi, LG Chem membayar kompensasi sebesar $1 miliar), rasio NCM yang populer bergeser menjadi 5-2-3/6-2-2 untuk menyeimbangkan kinerja dan keselamatan. LFP masih banyak digunakan di segmen di bawah 200.000 yuan karena biaya, sementara baterai tri-komponen digunakan untuk mobil kelas menengah dan atas (misalnya, Tesla menggunakan baterai tri-komponen untuk versi jarak jauh, LFP untuk versi standar).

Dari 18650 hingga 4680, maka CTP/CTC: efisiensi volumetrik dan risiko sel besar

Selain material, peningkatan arsitektur telah membantu "memeras" lebih banyak energi ke dalam volume yang sama. Tesla Model S pertama menggunakan struktur sel-modul-paket: setiap modul berisi sekitar 444 sel 18650, dilengkapi dengan BMS dan pipa pendinginnya sendiri; satu paket dapat berisi 16 modul, dengan material tahan api. Tren sejak saat itu adalah mengurangi dan menghilangkan modul (CTP – Cell to Pack) dan mengintegrasikan secara mendalam (CTC – Cell to Chassis).

Ukuran sel silinder meningkat dari 18650 menjadi 21700 dan 4680; di sisi kubik, BYD mengoptimalkan Blade untuk meningkatkan rasio utilisasi volume sekitar 50%, sehingga meningkatkan kapasitas sel dari 135 Ah menjadi lebih dari 200 Ah. CATL dengan Qilin mendorong rasio utilisasi volume hingga 72%, melampaui target 63% untuk 4680; solusi CTC akan mulai diproduksi massal masing-masing pada tahun 2022–2023.

Kelemahannya: sel berkapasitas besar, ketika mengalami korsleting internal, dapat menyebarkan panas dengan cepat, membentuk titik panas dan reaksi berantai termal yang lebih intens. Oleh karena itu, waktu dari pembakaran hingga penyalaan sangat singkat dan sulit dikendalikan. Selain sel, proses pengemasan dalam kemasan juga merupakan titik risiko: NIO menarik kembali 4.803 mobil ES8 pada tahun 2019 karena kabel tegangan tinggi yang tidak tepat dalam kemasan.

Perlombaan pengisian cepat 800V–10C: pengalaman yang lebih baik, margin keamanan yang lebih sempit

Daya pengisian = tegangan × arus. Mobil 400V generasi pertama memiliki laju pengisian di bawah 1°C. Tesla secara bertahap meningkatkan daya supercharger dari 90 kW (V1) menjadi 250 kW (V3), menambah jarak tempuh sekitar 250 km setelah pengisian 15 menit dan pada laju 2–2,5°C.

Porsche Taycan memelopori platform 800V dengan kapasitas pengisian cepat 270 kW: peningkatan tegangan mengurangi arus dan kehilangan panas, sehingga meningkatkan keamanan selama pengisian daya tinggi. Produsen Tiongkok dengan cepat mengikuti perkembangan 800V, meningkatkan baterai hingga 4C atau lebih; kapasitas pengisian daya di atas 400 kW mulai bermunculan di pasaran. Pada tahun 2023, Li Auto MEGA mengumumkan penggunaan CATL Qilin 5C, dengan kapasitas maksimum lebih dari 500 kW. BYD menyatakan kemampuan pengisian daya 10C, "10 menit cukup untuk 600 km"; menurut pengujian industri, arus maksimum 10C hanya bertahan dalam waktu yang sangat singkat.

Sebagai gantinya, kebutuhan isolasi, proteksi, dan pemadaman busur listrik meningkat drastis; arus hubung singkat sesaat lebih besar, dan reaksi termal bisa lebih intens. Pada arus tinggi, ion litium menempel/terpisah dengan cepat, menyebabkan pembentukan panas dan mendorong pembentukan dendrit, sehingga memperpendek masa pakai. Menurut laporan saham Li Bin (NIO) pada bulan September, upaya pengisian daya super membutuhkan biaya, termasuk masa pakai baterai. NIO menggunakan pengisian daya lambat di stasiun pertukaran baterai, dengan target masa pakai 85% dalam 15 tahun. "Bayangkan jika setelah 8 tahun menggunakan mobil, Anda harus menghabiskan 80.000 atau 100.000 yuan ($11-$14.000) untuk mengganti baterai... ini adalah biaya yang sangat tinggi."

Tonggak pengisian cepat dan basis tegangan (berdasarkan sumber)

Sistem/kendaraan	Tanah/tegangan	Daya maksimum	Catatan
Pengisi Daya Tesla V1 → V3	~400V	90 kW → 250 kW	~250 km/15 menit; kecepatan 2–2.5C
Mobil Porsche Taycan	Tegangan 800V	270 kW	Mengurangi kehilangan arus dan panas
Banyak perusahaan Tiongkok	Tegangan 800V	>400 kW	Baterai 4C atau lebih tinggi
Li Auto MEGA + CATL Qilin 5C	Tegangan 800V	>500 kW	Diumumkan pada tahun 2023
Pengisi daya BYD 10C	—	—	10 menit ~600 km; arus 10C berlangsung sangat singkat (menurut pengujian industri)

Solusi teknis saat ini: pendinginan, pemisahan termal-listrik, pengoptimalan BMS

Sebelum baterai solid-state mencapai skala industri, optimalisasi baterai cair terus menjadi arah utama:

CATL Qilin menempatkan pelat pendingin cair di antara sel untuk meningkatkan pertukaran panas; mengatur katup pelepas tekanan di bagian bawah sel, terpisah dari kutub positif/negatif di bagian atas untuk “pemisahan panas-listrik”.
Elektroda negatif berlapis grafit berbutir halus mempercepat perendaman ion, mendukung pengisian cepat, dan mengurangi risiko “pelapisan litium.”
Bentuk BYD Blade yang ramping dan panjang bermanfaat untuk pembuangan panas; tata letaknya yang padat menciptakan efek dukungan struktural, mengurangi kebutuhan akan balok silang/longitudinal tradisional. Namun, kekhawatiran tentang pembengkokan sel yang sangat panjang saat terjadi tabrakan masih ada.
BMS dilengkapi dengan pemantauan tegangan, arus, dan suhu secara real-time; pemutus sirkuit, dan alarm jika terjadi kondisi abnormal. Namun, korsleting sesaat dapat melebihi kecepatan pengambilan sampel/respons.

Baterai solid-state: potensi tinggi, rintangan tinggi

Baterai solid-state telah dikembangkan selama tiga dekade, tetapi belum mencapai produksi skala industri karena tantangan litbang, proses, dan biaya transisi dari ekosistem baterai cair yang ada. Sebagian besar produsen mobil dan baterai belum siap untuk melakukan investasi besar saat ini.

Kesimpulan: Tidak ada keamanan yang mutlak, hanya kurva pembelajaran

Paket baterai yang seimbang merupakan kombinasi material, arsitektur, proses, dan BMS. Dalam upaya mencapai kinerja, investasi dalam keselamatan harus ditingkatkan secara proporsional dan informasi kepada pengguna harus jujur, menghindari penyembunyian perbedaan risiko.

Produsen bertujuan untuk mengurangi tingkat kegagalan hingga ppb (parts per billion). Namun, bagi pengguna, kecelakaan "satu dalam satu miliar" tetap 100% jika terjadi. Setiap kecelakaan merupakan peringatan sekaligus data untuk optimasi, seperti bagaimana Tesla meningkatkan BMS-nya melalui pembakaran spontan awal; produsen mobil dan baterai Tiongkok juga sedang menempuh jalur pembelajaran dan peningkatan yang serupa.

Sumber: https://baonghean.vn/an-toan-pin-xe-dien-danh-doi-giua-mat-do-va-sac-nhanh-10310036.html