Elektrikli araç akü güvenliği: Yoğunluk ve hızlı şarj arasındaki denge

Ekim ayında Xiaomi SU7 Ultra, NIO ET7, Li Auto MEGA, Mercedes-Benz EQE ve Porsche Taycan gibi üst düzey modeller de dahil olmak üzere yaşanan bir dizi elektrikli araç yangını, pil güvenliğini bir kez daha ön plana çıkardı. Veriler ve kanıtlar, yüksek enerji yoğunluğundan ultra hızlı şarja uzanan performans yarışının, termal stabilite pahasına ilerlediğini ve daha titiz bir risk yönetimi gerektirdiğini gösteriyor (36kr.com aracılığıyla).

Yüksek enerji yoğunluğu: menzil avantajı, basınç termal kararlılığı

Lityum demir fosfattan (LFP) lityum üçlü (NCM/NCA) pozitif malzemelere geçiş, enerji yoğunluğunu artırmış ve çalışma aralığını genişletmiştir. Ancak, kararlı bir kristal yapıya sahip olan ve oksijen salınımı zor olan LFP ile karşılaştırıldığında, yüksek nikelli malzemeler termal kararlılığı azaltır.

Pazar deneyimi, sektörü uyum sağlamaya zorladı: NCM 811 ile ilgili kazaların ardından (2020'de GAC Aion S; General Motors, yüksek nikel pil riskleri nedeniyle 2021'de yaklaşık 70.000 aracı geri çağırdı, LG Chem 1 milyar dolar tazminat ödedi), popüler NCM oranı, performans ve güvenliği dengelemek için 5-2-3/6-2-2'ye kaydı. Maliyet nedeniyle LFP, 200.000 yuan altı segmentte hâlâ yaygın olarak bulunurken, üç bileşenli piller orta ve üst sınıf otomobillerde kullanılıyor (örneğin, Tesla uzun menzilli versiyon için üç bileşenli piller kullanırken, LFP standart versiyon için kullanılıyor).

18650'den 4680'e, ardından CTP/CTC: hacimsel verimlilik ve büyük hücre riski

Malzemelerle birlikte, mimari iyileştirmeler de aynı hacme daha fazla enerji "sıkıştırılmasına" yardımcı oldu. İlk Tesla Model S, hücre-modül-paket yapısı kullanıyordu: her modül, kendi BMS'si ve soğutma borularıyla donatılmış yaklaşık 444 18650 hücre içeriyordu; bir paket, yangına dayanıklı malzemelerle 16 modülden oluşabiliyordu. O zamandan beri trend, modülleri azaltıp ortadan kaldırmak (CTP - Hücreden Pakete) ve derinlemesine entegrasyon (CTC - Hücreden Şasiye) olmuştur.

Silindirik hücre boyutu 18650'den 21700'e ve 4680'e çıkarıldı; kübik tarafta, BYD, Blade'i optimize ederek hacim kullanım oranını yaklaşık %50 artırdı ve hücre kapasitesini 135 Ah'den 200 Ah'nin üzerine çıkardı. Qilin ile CATL, hacim kullanım oranını %72'ye çıkararak 4680'lik %63'lük dönüm noktasını aştı; CTC çözümleri sırasıyla 2022-2023 yılları arasında seri üretime alınacak.

Dezavantajı: Büyük kapasiteli hücreler, dahili bir kısa devreye maruz kaldıklarında ısıyı hızla dağıtarak sıcak noktalar ve daha yoğun bir termal zincir reaksiyonu oluşturabilirler. Bu nedenle, yanma anından tutuşmaya kadar geçen süre çok kısadır ve kontrol edilmesi zordur. Hücrenin yanı sıra, paketleme süreci de bir risk noktasıdır: NIO, 2019 yılında paket içindeki uygunsuz yüksek voltaj kablolaması nedeniyle 4.803 ES8 aracını geri çağırdı.

800V–10C hızlı şarj yarışı: daha iyi deneyim, daha dar güvenlik marjı

Şarj gücü = voltaj × akım. İlk nesil 400V otomobillerin şarj hızları 1C'nin altındaydı. Tesla, süper şarj gücünü kademeli olarak 90 kW'tan (V1) 250 kW'a (V3) çıkardı ve 15 dakikalık şarj ve 2-2,5C hızlarında yaklaşık 250 km menzil ekledi.

Porsche Taycan, 270 kW hızlı şarj kapasitesine sahip 800V platformunda öncü oldu: Voltajı artırmak akım ve ısı kaybını azaltarak yüksek güçlü şarj sırasında güvenliği artırdı. Çinli üreticiler 800V'a hızla ayak uydurarak bataryayı 4C veya daha yüksek bir değere çıkardı; piyasada 400 kW'ı aşan şarj kapasiteleri ortaya çıktı. 2023 yılında Li Auto MEGA, maksimum kapasitesi 500 kW'ın üzerinde olan CATL Qilin 5C'yi duyurdu. BYD, 10C şarj kapasitesinin "600 km için 10 dakika yeterli" olduğunu belirtti; sektör testlerine göre, maksimum 10C akımı yalnızca çok kısa bir süre dayanıyor.

Buna karşılık, yalıtım, koruma ve ark söndürme gereksinimleri önemli ölçüde artar; anlık kısa devre akımı daha büyük olur ve termal reaksiyon daha yoğun olabilir. Yüksek akımlarda, lityum iyonları hızla yerleşip ayrılarak ısı oluşumuna ve dendritlerin oluşmasına neden olarak kullanım ömrünü kısaltır. Li Bin'in (NIO) Eylül ayındaki paylaşımına göre, süper şarjın bir bedeli var; bu bedele akünün kullanım ömrü de dahil. NIO, akü değişim istasyonlarında yavaş şarj teknolojisini kullanarak 15 yılda %85 kullanım ömrü hedefliyor. "Arabayı 8 yıl kullandıktan sonra aküyü değiştirmek için 80.000 veya 100.000 yuan (11-14.000 dolar) harcamak zorunda kaldığınızı düşünün... bu kabul edilemez derecede yüksek bir maliyet."

Hızlı şarj kilometre taşları ve voltaj tabanı (kaynağa göre)

Sistem/araç	Toprak/voltaj	Maksimum güç	Not
Tesla Süper Şarj Cihazı V1 → V3	~400V	90 kW → 250 kW	~250 km/15 dakika; hız 2–2,5C
Porsche Taycan	800V	270 kW	Akım ve ısı kaybını azaltın
Birçok Çinli şirket	800V	>400 kW	4C pil veya üzeri
Li Auto MEGA + CATL Qilin 5C	800V	>500 kW	2023'te duyuruldu
BYD 10C şarj cihazı	—	—	10 dk ~600 km; 10C akım çok kısa sürer (endüstri testlerine göre)

Güncel teknik çözümler: soğutma, termal-elektrik ayırma, BMS optimizasyonu

Katı hal piller endüstriyel ölçeğe ulaşmadan önce, sıvı pil optimizasyonu ana yönelim olmaya devam ediyor:

CATL Qilin, ısı alışverişini artırmak için hücreler arasına sıvı soğutma plakası yerleştirir; hücrenin alt kısmına basınç tahliye vanası yerleştirir, üst kısımda pozitif/negatif kutuptan ayrı olarak “ısı-elektrik ayrımı” sağlar.
İnce taneli grafit kaplı negatif elektrot, iyon daldırmasını hızlandırır, hızlı şarjı destekler ve “lityum kaplama” riskini azaltır.
BYD Blade'in uzun ve ince yapısı ısı dağılımı açısından avantajlıdır; yoğun yapısı yapısal bir destek etkisi yaratarak geleneksel çapraz/boyuna kirişlere olan ihtiyacı azaltır. Ancak, çarpışma sırasında ultra uzun hücre bükülmesiyle ilgili endişeler hâlâ mevcuttur.
BMS, voltaj, akım ve sıcaklığın gerçek zamanlı izlenmesi, devrenin kesilmesi ve anormal durumlarda alarm verilmesi gibi özelliklerle geliştirilmiştir. Ancak, anlık kısa devreler örnekleme/tepki hızını aşabilir.

Katı hal pilleri: yüksek potansiyel, yüksek engeller

Katı hal pilleri otuz yıldır geliştirilme aşamasında olmasına rağmen, Ar-Ge zorlukları, süreçler ve mevcut sıvı pil ekosisteminden geçişin maliyeti nedeniyle henüz endüstriyel ölçekte üretime ulaşamadı. Çoğu otomobil ve pil üreticisi şu anda büyük yatırımlar yapmaya hazır değil.

Sonuç: Mutlak bir güvenlik yoktur, sadece bir öğrenme eğrisi vardır

İyi dengelenmiş bir pil takımı, malzeme, mimari, süreçler ve BMS'nin bir birleşimidir. Performans yarışında, güvenliğe yapılan yatırım orantılı olarak artmalı ve kullanıcılara verilen bilgiler dürüst olmalı, risk farklılıklarını gizlemekten kaçınılmalıdır.

Üreticiler, arıza oranını ppb'ye (milyarda bir parça) düşürmeyi hedefliyor. Ancak kullanıcılar için, "milyarda bir" kaza bile %100 oranında gerçekleşiyor. Her kaza hem bir uyarı hem de optimizasyon için bir veri niteliğinde; tıpkı Tesla'nın BMS'sini erken kendiliğinden yanmalarla nasıl geliştirdiği gibi; Çinli otomobil ve akü üreticileri de benzer bir öğrenme ve iyileştirme yolu izliyor.

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