Segurança das baterias de veículos elétricos: o equilíbrio entre densidade e carregamento rápido.

Uma série de incêndios em veículos elétricos em outubro, incluindo modelos de ponta como o Xiaomi SU7 Ultra, NIO ET7, Li Auto MEGA, Mercedes-Benz EQE e Porsche Taycan, trouxe novamente a segurança das baterias à tona. Dados e evidências mostram que a corrida por desempenho — da alta densidade de energia ao carregamento ultrarrápido — está ocorrendo às custas da estabilidade térmica e exigindo uma gestão de riscos mais rigorosa (via 36kr.com).

Alta densidade energética: vantagem de alcance, estabilidade térmica sob pressão.

A transição de materiais positivos de fosfato de ferro-lítio (LFP) para materiais ternários de lítio (NCM/NCA) aumentou a densidade de energia e ampliou a faixa de operação. No entanto, em comparação com o LFP, que possui uma estrutura cristalina estável e apresenta baixa liberação de oxigênio, os materiais com alto teor de níquel reduzem a estabilidade térmica.

A experiência de mercado obrigou a indústria a se ajustar: após incidentes relacionados ao NCM 811 (GAC Aion S em 2020; a General Motors fez um recall de quase 70.000 veículos em 2021 devido aos altos riscos das baterias de níquel, e a LG Chem pagou US$ 1 bilhão em indenizações), a proporção popular de NCM mudou para 5-2-3/6-2-2 para equilibrar desempenho e segurança. As baterias LFP ainda são amplamente utilizadas no segmento abaixo de 200.000 yuans devido ao custo, enquanto as baterias tricomponentes são usadas em carros de gama média e alta (por exemplo, a Tesla usa baterias tricomponentes na versão de longo alcance e LFP na versão padrão).

De 18650 a 4680, depois CTP/CTC: eficiência volumétrica e risco de células grandes

Juntamente com os materiais, as melhorias arquitetônicas ajudaram a "comprimir" mais energia no mesmo volume. O primeiro Tesla Model S utilizava uma estrutura de célula-módulo-bateria: cada módulo continha cerca de 444 células 18650, equipadas com seu próprio sistema de gerenciamento de bateria (BMS) e tubos de refrigeração; uma bateria podia ter 16 módulos, com materiais resistentes ao fogo. A tendência desde então tem sido reduzir e eliminar módulos (CTP – Cell to Pack) e integrar profundamente (CTC – Cell to Chassis).

O tamanho das células cilíndricas aumentou de 18650 para 21700 e 4680; no lado cúbico, a BYD otimizou a tecnologia Blade para aumentar a taxa de utilização do volume em cerca de 50%, elevando a capacidade da célula de 135 Ah para mais de 200 Ah. A CATL, com a tecnologia Qilin, elevou a taxa de utilização do volume para 72%, superando a marca de 63% alcançada com a célula 4680; as soluções CTC entrarão em produção em massa a partir de 2022–2023.

A desvantagem: células de grande capacidade, ao sofrerem um curto-circuito interno, podem dissipar o calor rapidamente, formando pontos quentes e uma reação térmica em cadeia mais intensa. O tempo entre a emissão de fumaça e a ignição é, portanto, muito curto e difícil de controlar. Além da célula, o processo de montagem da bateria também representa um ponto de risco: a NIO fez um recall de 4.803 carros ES8 em 2019 devido à fiação inadequada de alta tensão na bateria.

A corrida pelo carregamento rápido de 800V–10C: melhor experiência, margem de segurança mais estreita

Potência de carregamento = tensão × corrente. A primeira geração de carros de 400V tinha taxas de carregamento abaixo de 1C. A Tesla aumentou gradualmente a potência do Supercharger de 90 kW (V1) para 250 kW (V3), adicionando cerca de 250 km de autonomia após 15 minutos de carregamento e com taxas de 2–2,5C.

O Porsche Taycan foi pioneiro na plataforma de 800V com capacidade de carregamento rápido de 270kW: o aumento da voltagem reduz a perda de corrente e calor, melhorando a segurança durante o carregamento de alta potência. Os fabricantes chineses rapidamente alcançaram os 800V, elevando a capacidade da bateria para 4C ou mais; capacidades de carregamento superiores a 400kW surgiram no mercado. Em 2023, a Li Auto MEGA anunciou o uso do CATL Qilin 5C, com capacidade máxima superior a 500kW. A BYD declarou a capacidade de carregar a 10C, "10 minutos suficientes para 600 km"; de acordo com testes da indústria, a corrente máxima de 10C dura apenas um período muito curto.

Em contrapartida, os requisitos de isolamento, proteção e extinção de arco elétrico aumentam drasticamente; a corrente de curto-circuito instantânea é maior e a reação térmica pode ser mais intensa. Em altas correntes, os íons de lítio se incorporam/separam rapidamente, causando geração de calor e promovendo a formação de dendritos, reduzindo a vida útil. De acordo com o comunicado de setembro da Li Bin (NIO), a busca por carregamento ultrarrápido tem um custo, incluindo a vida útil da bateria. A NIO utiliza carregamento lento em estações de troca de baterias, visando 85% da vida útil em 15 anos. "Imagine se, após 8 anos de uso do carro, você tiver que gastar 80.000 ou 100.000 yuans (US$ 11.000 a US$ 14.000) para substituir a bateria... esse é um custo inaceitavelmente alto."

Marcos do carregamento rápido e base de tensão (por fonte)

Sistema/veículo	Terra/tensão	Potência máxima	Observação
Supercharger Tesla V1 → V3	~400V	90 kW → 250 kW	~250 km/15 minutos; velocidade 2–2,5C
Porsche Taycan	800V	270 kW	Reduzir a perda de corrente e calor.
Muitas empresas chinesas	800V	>400 kW	Bateria 4C ou superior
Li Auto MEGA + CATL Qilin 5C	800V	>500 kW	Anunciado em 2023
Carregador BYD 10C	—	—	10 min ~600 km; a corrente de 10C dura muito pouco (de acordo com testes da indústria)

Soluções técnicas atuais: refrigeração, separação termoelétrica, otimização de BMS

Antes que as baterias de estado sólido atinjam escala industrial, a otimização das baterias líquidas continua sendo a principal direção:

A CATL Qilin coloca uma placa de resfriamento líquido entre as células para aumentar a troca de calor; instala uma válvula de alívio de pressão na parte inferior da célula, separada do polo positivo/negativo na parte superior, para "separação térmica-elétrica".
O eletrodo negativo revestido com grafite de grão fino acelera a imersão dos íons, suporta o carregamento rápido e reduz o risco de "deposição de lítio".
O formato longo e fino do BYD Blade é benéfico para a dissipação de calor; a estrutura densa cria um efeito de suporte estrutural, reduzindo a necessidade de vigas transversais/longitudinais tradicionais. No entanto, ainda existem preocupações quanto à flexão das células ultralongas em caso de colisão.
O BMS (Sistema de Gerenciamento de Bateria) é aprimorado com monitoramento em tempo real de tensão, corrente e temperatura; interrupção do circuito e alarme em caso de anormalidade. No entanto, um curto-circuito instantâneo pode exceder a velocidade de amostragem/resposta.

Baterias de estado sólido: alto potencial, grandes desafios

As baterias de estado sólido estão em desenvolvimento há três décadas, mas ainda não atingiram a produção em escala industrial devido a desafios de pesquisa e desenvolvimento, processos e ao custo da transição do atual ecossistema de baterias líquidas. A maioria das montadoras e fabricantes de baterias não está preparada para fazer grandes investimentos neste momento.

Conclusão: Não existe segurança absoluta, apenas uma curva de aprendizado.

Um conjunto de baterias bem equilibrado é uma combinação de materiais, arquitetura, processos e BMS (Sistema de Gerenciamento de Bateria). Na busca por desempenho, o investimento em segurança deve aumentar proporcionalmente e as informações aos usuários devem ser honestas, evitando ocultar diferenças nos riscos.

Os fabricantes visam reduzir a taxa de falhas para ppb (partes por bilhão). No entanto, para os usuários, um acidente que ocorre "uma vez em um bilhão" ainda representa 100% de probabilidade quando acontece. Cada acidente serve tanto como um alerta quanto como dado para otimização, assim como a Tesla aprimorou seu sistema de gerenciamento de baterias (BMS) por meio de estudos de combustão espontânea precoce; fabricantes chineses de automóveis e baterias também estão trilhando um caminho semelhante de aprendizado e aprimoramento.

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