Безопасность аккумулятора электромобиля: компромисс между плотностью и быстрой зарядкой

Серия инцидентов с участием Xiaomi SU7 Ultra, NIO ET7, Li Auto MEGA, Mercedes-Benz EQE и Porsche Taycan демонстрирует оборотную сторону гонки за высокой плотностью энергии, большими ячейками и зарядкой 800 В-10 С.

Báo Nghệ An•02/11/2025

Серия возгораний электромобилей в октябре, включая такие топовые модели, как Xiaomi SU7 Ultra, NIO ET7, Li Auto MEGA, Mercedes-Benz EQE и Porsche Taycan, вновь поставила безопасность аккумуляторов на первое место. Данные и факты показывают, что гонка за производительностью — от высокой плотности энергии до сверхбыстрой зарядки — идёт в ущерб термостойкости и требует более строгого управления рисками (по материалам 36kr.com).

Высокая плотность энергии: преимущество в дальности, термостойкость

Переход от литий-железо-фосфатных (LFP) к литий-терминальным (NCM/NCA) материалам для положительных электродов увеличил плотность энергии и расширил рабочий диапазон. Однако по сравнению с LFP, имеющим стабильную кристаллическую структуру и трудновыделяющим кислород, материалы с высоким содержанием никеля снижают термическую стабильность.

Рыночный опыт заставил отрасль адаптироваться: после инцидентов, связанных с NCM 811 (GAC Aion S в 2020 году; General Motors отозвала почти 70 000 автомобилей в 2021 году из-за высоких рисков, связанных с никелевыми аккумуляторами, LG Chem выплатила компенсацию в размере 1 миллиарда долларов), популярное соотношение NCM было изменено на 5-2-3/6-2-2, чтобы сбалансировать производительность и безопасность. LFP по-прежнему широко представлен в сегменте менее 200 000 юаней из-за своей стоимости, в то время как трёхкомпонентные батареи используются в автомобилях среднего и высокого класса (например, Tesla использует трёхкомпонентные батареи для версии с большим запасом хода, LFP — для стандартной версии).

От 18650 до 4680, затем CTP/CTC: объемная эффективность и риск крупных ячеек

Наряду с материалами, архитектурные усовершенствования помогли «сжать» больше энергии в тот же объём. Первая Tesla Model S использовала структуру «ячейка–модуль–пакет»: каждый модуль содержал около 444 ячеек 18650, оснащённых собственной системой управления аккумуляторными батареями (BMS) и охлаждающими трубками; в блоке могло быть до 16 модулей, изготовленных из огнестойких материалов. С тех пор наблюдается тенденция к сокращению и полному отказу от модулей (CTP – Cell to Pack) и глубокой интеграции (CTC – Cell to Chassis).

Размер цилиндрических ячеек увеличился с 18650 до 21700 и 4680; что касается кубических ячеек, BYD оптимизировала Blade, увеличив коэффициент использования объёма примерно на 50%, увеличив ёмкость ячеек со 135 А·ч до более чем 200 А·ч. CATL и Qilin увеличили коэффициент использования объёма до 72%, превысив рубеж в 63% для 4680; решения CTC будут запущены в массовое производство в 2022–2023 годах соответственно.

Недостаток: при внутреннем коротком замыкании элементы большой ёмкости могут быстро рассеивать тепло, образуя горячие точки и более интенсивную цепную тепловую реакцию. Поэтому время от появления дыма до возгорания очень короткое и его сложно контролировать. Помимо элементов, риск представляет собой и процесс упаковки аккумуляторных батарей: в 2019 году компания NIO отозвала 4803 автомобиля ES8 из-за ненадлежащей высоковольтной проводки в аккумуляторных батареях.

Гонка за быстрой зарядкой 800 В – 10 С: лучший опыт, меньший запас прочности

Мощность зарядки = напряжение × ток. Первое поколение 400-вольтовых автомобилей имело зарядный ток менее 1С. Tesla постепенно увеличивала мощность нагнетателя с 90 кВт (V1) до 250 кВт (V3), что увеличило запас хода примерно на 250 км после 15 минут зарядки при токе 2–2,5С.

Porsche Taycan стал пионером в области 800-вольтовой платформы с быстрой зарядной мощностью 270 кВт: повышение напряжения снижает потери тока и тепла, повышая безопасность при зарядке высокой мощности. Китайские производители быстро освоили 800-вольтовую платформу, увеличив ёмкость аккумулятора до 4C и более; на рынке появились зарядные мощности, превышающие 400 кВт. В 2023 году Li Auto MEGA объявила о применении CATL Qilin 5C с максимальной ёмкостью более 500 кВт. BYD заявила о возможности зарядки током 10C, «достаточным для 600 км»; согласно отраслевым испытаниям, максимальный ток 10C сохраняется очень недолго.

В свою очередь, требования к изоляции, защите и дугогашению резко возрастают; мгновенный ток короткого замыкания больше, а тепловая реакция может быть более интенсивной. При высоких токах ионы лития быстро внедряются/разделяются, вызывая тепловыделение и образование дендритов, что сокращает срок службы. Согласно сентябрьской публикации Ли Биня (NIO), стремление к сверхбыстрой зарядке сопряжено с определенными затратами, в том числе со сроком службы аккумулятора. NIO использует медленную зарядку на станциях замены аккумуляторов, стремясь к 85%-ному сроку службы за 15 лет. «Представьте, что после 8 лет эксплуатации автомобиля вам придётся потратить 80 000 или 100 000 юаней (11–14 000 долларов США) на замену аккумулятора... это неприемлемо высокая цена».

Этапы развития быстрой зарядки и база напряжения (по источникам)

Система/транспортное средство	Земля/напряжение	Максимальная мощность	Примечание
Tesla Supercharger V1 → V3	~400В	90 кВт → 250 кВт	~250 км/15 минут; скорость 2–2,5С
Порше Тайкан	800 В	270 кВт	Уменьшить потери тока и тепла
Многие китайские компании	800 В	>400 кВт	батарея 4C или выше
Li Auto MEGA + CATL Qilin 5C	800 В	>500 кВт	Анонсирован в 2023 году
Зарядное устройство BYD 10C	—	—	10 мин ~600 км; ток 10С длится очень недолго (согласно отраслевым испытаниям)

Актуальные технические решения: охлаждение, термоэлектрическое разделение, оптимизация BMS

До того, как твердотельные аккумуляторы достигнут промышленных масштабов, оптимизация жидкостных аккумуляторов по-прежнему остается основным направлением:

CATL Qilin помещает пластину жидкостного охлаждения между ячейками для увеличения теплообмена; размещает предохранительный клапан в нижней части ячейки, отдельно от положительного/отрицательного полюса в верхней части для «тепло-электрического разделения».
Покрытый мелкозернистым графитом отрицательный электрод ускоряет погружение ионов, поддерживает быструю зарядку и снижает риск «литиевого осаждения».
Удлинённая и тонкая форма BYD Blade способствует рассеиванию тепла; плотная компоновка создаёт эффект структурной поддержки, снижая необходимость в традиционных поперечных и продольных балках. Однако опасения по поводу изгиба сверхдлинных секций при столкновении всё ещё существуют.
Система BMS дополнена функцией мониторинга напряжения, тока и температуры в режиме реального времени; системой отключения питания и аварийным сигналом при возникновении нештатных ситуаций. Однако мгновенное короткое замыкание может превысить скорость измерения/реагирования.

Твердотельные батареи: высокий потенциал, высокие барьеры

Твердотельные аккумуляторы разрабатываются уже три десятилетия, но до сих пор не достигли промышленного производства из-за сложностей в НИОКР, технологических процессов и стоимости перехода от существующей экосистемы жидких аккумуляторов. Большинство автопроизводителей и производителей аккумуляторов пока не готовы к крупным инвестициям.

Вывод: абсолютной безопасности не существует, есть только кривая обучения.

Сбалансированный аккумулятор — это сочетание материалов, архитектуры, процессов и системы управления зданием (BMS). В гонке за производительностью инвестиции в безопасность должны пропорционально увеличиваться, а информация для пользователей должна быть честной, не скрывая различий в рисках.

Производители стремятся снизить частоту отказов до ppb (частей на миллиард). Однако для пользователей вероятность аварии «одна на миллиард» по-прежнему равна 100%. Каждая авария — это одновременно предупреждение и данные для оптимизации, как, например, Tesla улучшила свою систему управления аккумуляторными батареями (BMS) в условиях ранних самовозгораний; китайские производители автомобилей и аккумуляторов также идут по аналогичному пути обучения и совершенствования.

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