Veiligheid van accu's voor elektrische voertuigen: de afweging tussen dichtheid en snelladen

Een reeks branden in elektrische voertuigen in oktober, waaronder high-end modellen zoals de Xiaomi SU7 Ultra, NIO ET7, Li Auto MEGA, Mercedes-Benz EQE en Porsche Taycan, heeft de veiligheid van accu's opnieuw onder de aandacht gebracht. Gegevens en bewijs tonen aan dat de race om prestaties – van hoge energiedichtheid tot ultrasnel opladen – ten koste gaat van thermische stabiliteit en een strenger risicomanagement vereist (via 36kr.com).

Hoge energiedichtheid: bereikvoordeel, drukthermische stabiliteit

De overgang van lithium-ijzerfosfaat (LFP) naar lithium-ternaire (NCM/NCA) materialen heeft geleid tot een hogere energiedichtheid en een groter werkingsbereik. Vergeleken met LFP, dat een stabiele kristalstructuur heeft en moeilijk zuurstof afgeeft, verminderen materialen met een hoog nikkelgehalte echter de thermische stabiliteit.

De marktervaring dwong de sector tot aanpassingen: na incidenten met NCM 811 (GAC Aion S in 2020; General Motors riep in 2021 bijna 70.000 voertuigen terug vanwege de hoge risico's op nikkelaccu's, LG Chem betaalde $ 1 miljard aan schadevergoeding) verschoof de populaire NCM-verhouding naar 5-2-3/6-2-2 om een evenwicht te vinden tussen prestaties en veiligheid. LFP is nog steeds wijdverspreid in het segment onder de 200.000 yuan vanwege de kosten, terwijl tri-componentbatterijen worden gebruikt voor auto's uit het midden- en hogere segment (Tesla gebruikt bijvoorbeeld tri-componentbatterijen voor de versie met lange actieradius, LFP voor de standaardversie).

Van 18650 tot 4680, dan CTP/CTC: volumetrische efficiëntie en groot celrisico

Naast materiaalgebruik hebben architectonische verbeteringen geholpen om meer energie in hetzelfde volume te "comprimeren". De eerste Tesla Model S maakte gebruik van een cel-module-pakketstructuur: elke module bevatte ongeveer 444 18650 cellen, uitgerust met een eigen BMS en koelleidingen; een pakket kon uit 16 modules bestaan, met brandwerende materialen. De trend sindsdien is om modules te verminderen en te elimineren (CTP – Cell to Pack) en ze grondig te integreren (CTC – Cell to Chassis).

De cilindrische celgrootte nam toe van 18.650 naar 21.700 en 4.680; aan de kubieke kant optimaliseerde BYD Blade om de volumebenuttingsratio met ongeveer 50% te verhogen, waardoor de celcapaciteit steeg van 135 Ah naar meer dan 200 Ah. CATL en Qilin verhoogden de volumebenuttingsratio naar 72%, waarmee de mijlpaal van 63% van 4.680 werd overtroffen; CTC-oplossingen worden respectievelijk vanaf 2022 en 2023 in massaproductie genomen.

Het nadeel: cellen met een grote capaciteit kunnen bij een interne kortsluiting snel warmte afgeven, waardoor er hotspots en een intensere thermische kettingreactie ontstaan. De tijd tussen roken en ontbranden is daarom erg kort en moeilijk te beheersen. Naast de cel zelf vormt ook het verpakkingsproces een risico: NIO riep in 2019 4.803 ES8-auto's terug vanwege onjuiste hoogspanningsbedrading in de batterij.

De 800V–10C snellaadrace: betere ervaring, kleinere veiligheidsmarge

Laadvermogen = spanning × stroomsterkte. De eerste generatie 400V-auto's had laadsnelheden onder 1C. Tesla verhoogde het superchargervermogen geleidelijk van 90 kW (V1) naar 250 kW (V3), wat na 15 minuten laden en met een laadsnelheid van 2–2,5C ongeveer 250 km aan actieradius opleverde.

Porsche Taycan was de pionier van het 800V-platform met een snellaadcapaciteit van 270 kW: het verhogen van de spanning verminderde het stroom- en warmteverlies, wat de veiligheid tijdens het laden met hoog vermogen verbeterde. Chinese fabrikanten haalden 800V snel in en verhoogden de accutemperatuur tot 4C of meer; laadvermogens van meer dan 400 kW kwamen op de markt. In 2023 kondigde Li Auto MEGA de toepassing van CATL Qilin 5C aan, met een maximale capaciteit van meer dan 500 kW. BYD verklaarde dat de mogelijkheid om met 10C te laden "10 minuten genoeg is voor 600 km"; volgens industriële tests gaat de maximale stroomsterkte van 10C slechts zeer kort mee.

Daartegenover staan hogere eisen op het gebied van isolatie, bescherming en vlamboogdoving; de momentane kortsluitstroom is groter en de thermische reactie kan intenser zijn. Bij hoge stromen hechten lithiumionen zich snel vast en scheiden ze zich snel af, wat warmteontwikkeling en dendrietvorming veroorzaakt, wat de levensduur verkort. Volgens het septemberrapport van Li Bin (NIO) brengt superchargen kosten met zich mee, waaronder de levensduur van de accu. NIO gebruikt langzaam laden bij accuwisselstations en streeft naar een levensduur van 85% in 15 jaar. "Stel je voor dat je na 8 jaar gebruik van de auto 80.000 of 100.000 yuan ($ 11.000-$ 14.000) moet uitgeven om de accu te vervangen... dit zijn onacceptabel hoge kosten."

Snellaadmijlpalen en spanningsbasis (per bron)

Systeem/voertuig	Grond/spanning	Maximaal vermogen	Opmerking
Tesla Supercharger V1 → V3	~400V	90 kW → 250 kW	~250 km/15 minuten; snelheid 2–2,5C
Porsche Taycan	800V	270 kW	Verminder stroom- en warmteverlies
Veel Chinese bedrijven	800V	>400 kW	4C-batterij of hoger
Li Auto MEGA + CATL Qilin 5C	800V	>500 kW	Aangekondigd in 2023
BYD 10C-lader	—	—	10 min ~600 km; 10C stroom duurt zeer kort (volgens industriële tests)

Huidige technische oplossingen: koeling, thermisch-elektrische scheiding, BMS-optimalisatie

Totdat vaste-stofbatterijen industriële schaal bereiken, blijft de optimalisatie van vloeibare batterijen de belangrijkste richting:

CATL Qilin plaatst een vloeistofkoelplaat tussen de cellen om de warmtewisseling te vergroten; plaatst een overdrukventiel aan de onderkant van de cel, gescheiden van de positieve/negatieve pool aan de bovenkant voor “warmte-elektrische scheiding”.
De fijnkorrelige, met grafiet beklede negatieve elektrode versnelt de ionenimmersie, ondersteunt snel opladen en vermindert het risico op 'lithiumplating'.
De lange, dunne vorm van de BYD Blade is gunstig voor warmteafvoer; de compacte lay-out creëert een structureel ondersteunend effect, waardoor de noodzaak voor traditionele dwars-/lengteliggers afneemt. Er bestaan echter nog steeds zorgen over het doorbuigen van ultralange cellen bij een botsing.
BMS is uitgebreid met realtime monitoring van spanning, stroom en temperatuur; stroomonderbreking en alarm bij afwijkingen. Een directe kortsluiting kan echter de bemonsterings-/responssnelheid overschrijden.

Vaste-stofbatterijen: groot potentieel, hoge drempels

Vaste-stofbatterijen zijn al dertig jaar in ontwikkeling, maar hebben nog geen grootschalige productie bereikt vanwege R&D-uitdagingen, processen en de kosten van de overstap van het bestaande ecosysteem van vloeibare batterijen. De meeste autofabrikanten en batterijfabrikanten zijn op dit moment nog niet klaar om grote investeringen te doen.

Conclusie: Er is geen absolute veiligheid, alleen een leercurve

Een goed uitgebalanceerde accu is een combinatie van materialen, architectuur, processen en BMS. In de race om prestaties moeten investeringen in veiligheid evenredig toenemen en moet de informatie aan gebruikers eerlijk zijn, zonder dat er verschillen in risico worden verhuld.

Fabrikanten streven ernaar het uitvalpercentage terug te brengen tot ppb (parts per billion). Voor gebruikers is een "one-op-a-billion"-ongeluk echter nog steeds 100% wanneer het gebeurt. Elk ongeval is zowel een waarschuwing als data voor optimalisatie, zoals Tesla zijn BMS verbeterde door middel van vroege spontane ontbranding; Chinese auto- en batterijfabrikanten volgen ook een vergelijkbaar leer- en verbeteringstraject.

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