An toàn pin xe điện: đánh đổi giữa mật độ và sạc nhanh

Hàng loạt vụ cháy xe điện trong tháng 10, gồm các mẫu cao cấp như Xiaomi SU7 Ultra, NIO ET7, Li Auto MEGA, Mercedes-Benz EQE và Porsche Taycan, một lần nữa đặt an toàn pin lên hàng đầu. Dữ liệu và dẫn chứng cho thấy cuộc đua hiệu suất – từ mật độ năng lượng cao đến sạc siêu nhanh – đang kéo theo đánh đổi về ổn định nhiệt và yêu cầu quản trị rủi ro khắt khe hơn (theo 36kr.com).

Mật độ năng lượng cao: lợi thế phạm vi, áp lực ổn định nhiệt

Cuộc chuyển dịch vật liệu dương từ lithium sắt phosphate (LFP) sang lithium ba thành phần (NCM/NCA) giúp tăng mật độ năng lượng và mở rộng phạm vi hoạt động. Tuy nhiên, so với LFP có cấu trúc tinh thể ổn định và khó giải phóng oxy, vật liệu niken cao làm giảm ổn định nhiệt.

Kinh nghiệm thị trường buộc ngành điều chỉnh: sau các sự cố liên quan NCM 811 (GAC Aion S năm 2020; General Motors thu hồi gần 70.000 xe năm 2021 do rủi ro pin niken cao, LG Chem bồi thường 1 tỷ USD), tỉ lệ NCM phổ biến dịch về 5-2-3/6-2-2 để cân bằng hiệu suất – an toàn. LFP vẫn hiện diện rộng ở phân khúc dưới 200.000 nhân dân tệ nhờ chi phí, trong khi pin ba thành phần được dùng cho xe tầm trung – cao cấp (ví dụ Tesla dùng pin ba thành phần cho bản tầm xa, LFP cho bản tiêu chuẩn).

Từ 18650 đến 4680, rồi CTP/CTC: hiệu quả thể tích và rủi ro cell lớn

Song song vật liệu, cải tiến kiến trúc giúp “nén” nhiều năng lượng hơn trong cùng thể tích. Tesla Model S đời đầu dùng cấu trúc cell–mô-đun–pack: mỗi mô-đun khoảng 444 cell 18650, trang bị BMS và ống làm mát riêng; một pack có thể có 16 mô-đun, kèm vật liệu chống cháy. Xu hướng sau đó là giảm rồi loại bỏ mô-đun (CTP – Cell to Pack) và tích hợp sâu (CTC – Cell to Chassis).

Kích thước cell trụ tăng từ 18650 lên 21700 và 4680; phía pin hình khối, BYD tối ưu Blade để tăng tỷ lệ sử dụng thể tích khoảng 50%, kéo dung lượng cell từ 135 Ah lên hơn 200 Ah. CATL với Qilin đẩy tỷ lệ sử dụng thể tích lên 72%, vượt cột mốc 63% của 4680; các giải pháp CTC được đưa vào sản xuất hàng loạt lần lượt từ 2022–2023.

Mặt trái: cell dung lượng lớn khi gặp đoản mạch bên trong có thể khuếch tán nhiệt nhanh, hình thành điểm nóng và chuỗi phản ứng mất kiểm soát nhiệt dữ dội hơn. Thời gian từ bốc khói đến bùng cháy vì thế rất ngắn và khó khống chế. Ngoài cell, quy trình đóng gói pack cũng là điểm rủi ro: NIO từng thu hồi 4.803 xe ES8 năm 2019 do đi dây cao áp trong pack không đúng cách.

Cuộc đua sạc nhanh 800V–10C: trải nghiệm tốt hơn, biên an toàn hẹp hơn

Công suất sạc = điện áp × dòng điện. Thế hệ đầu của xe 400V có tốc độ sạc dưới 1C. Tesla tăng dần công suất siêu sạc từ 90 kW (V1) lên 250 kW (V3), đạt thêm khoảng 250 km sau 15 phút sạc và tốc độ 2–2,5C.

Porsche Taycan đi đầu nền tảng 800V với công suất sạc nhanh 270 kW: tăng điện áp giúp giảm dòng và tổn thất nhiệt, cải thiện an toàn khi sạc công suất cao. Các hãng Trung Quốc nhanh chóng theo kịp 800V, nâng pin lên 4C trở lên; công suất sạc vượt 400 kW xuất hiện trên thị trường. Năm 2023, Li Auto MEGA công bố dùng CATL Qilin 5C, công suất cực đại trên 500 kW. BYD nêu khả năng sạc 10C, “10 phút đủ 600 km”; theo thử nghiệm trong ngành, dòng 10C cực đại chỉ duy trì rất ngắn.

Đổi lại, yêu cầu cách điện, bảo vệ và dập hồ quang tăng đột ngột; dòng ngắn mạch tức thời lớn hơn, phản ứng nhiệt có thể dữ dội hơn. Ở dòng cao, ion lithium nhúng/tách nhanh gây sinh nhiệt và thúc đẩy dendrite, rút ngắn tuổi thọ. Theo chia sẻ tháng 9 của Li Bin (NIO), theo đuổi siêu sạc phải trả giá, trong đó có vòng đời pin. NIO dùng sạc chậm tại trạm đổi pin, hướng tới 85% tuổi thọ trong 15 năm. “Hãy tưởng tượng nếu sau 8 năm sử dụng xe, bạn phải chi 80.000 hoặc 100.000 nhân dân tệ (11-14.000 USD) để thay pin... đây là mức chi phí cao không thể chấp nhận được”.

Các mốc sạc nhanh và nền tảng điện áp (theo nguồn)

Hệ/xe	Nền tảng/điện áp	Công suất cực đại	Ghi chú
Tesla Supercharger V1 → V3	~400V	90 kW → 250 kW	~250 km/15 phút; tốc độ 2–2,5C
Porsche Taycan	800V	270 kW	Giảm dòng và tổn thất nhiệt
Nhiều hãng Trung Quốc	800V	>400 kW	Pin 4C trở lên
Li Auto MEGA + CATL Qilin 5C	800V	>500 kW	Công bố năm 2023
BYD sạc 10C	—	—	10 phút ~600 km; dòng 10C duy trì rất ngắn (theo thử nghiệm trong ngành)

Giải pháp kỹ thuật hiện thời: làm mát, tách nhiệt-điện, tối ưu BMS

Trước khi pin thể rắn đạt quy mô công nghiệp, tối ưu pin lỏng tiếp tục là hướng chính:

CATL Qilin đưa tấm làm mát lỏng vào giữa các cell để tăng trao đổi nhiệt; bố trí van giảm áp dưới đáy cell, tách khỏi cực dương/âm ở phía trên để “tách nhiệt – điện”.
Điện cực âm phủ graphite hạt nhỏ giúp tăng tốc nhúng ion, hỗ trợ sạc nhanh và giảm nguy cơ “mạ lithium”.
Hình dạng dài – mỏng của BYD Blade có lợi cho tản nhiệt; bố trí dày khít tạo hiệu ứng đỡ cấu trúc, giảm nhu cầu dầm ngang/dọc truyền thống. Dù vậy, lo ngại về uốn cong cell siêu dài khi va chạm vẫn hiện hữu.
BMS được tăng cường giám sát thời gian thực điện áp, dòng, nhiệt độ; ngắt mạch và cảnh báo khi bất thường. Tuy nhiên, đoản mạch tức thời có thể vượt quá tốc độ lấy mẫu/ phản hồi.

Pin thể rắn: tiềm năng cao, rào cản lớn

Nghiên cứu pin thể rắn đã ba thập kỷ nhưng chưa đạt sản xuất quy mô công nghiệp vì thách thức R&D, quy trình và chi phí chuyển đổi từ hệ sinh thái pin lỏng hiện hữu. Phần lớn hãng xe và nhà sản xuất pin chưa sẵn sàng đầu tư lớn vào thời điểm hiện tại.

Kết luận: không có an toàn tuyệt đối, chỉ có đường cong học hỏi

Một pack pin cân bằng tốt là tổ hợp của vật liệu, kiến trúc, quy trình và BMS. Trong cuộc đua hiệu suất, đầu tư cho an toàn cần tăng tương xứng và thông tin tới người dùng phải trung thực, tránh che giấu khác biệt về rủi ro.

Các nhà sản xuất đặt mục tiêu giảm tỷ lệ lỗi xuống mức ppb (phần tỷ). Dù vậy, với người dùng, tai nạn “một trên một tỷ” vẫn là 100% khi nó xảy ra. Mỗi sự cố vừa là cảnh báo, vừa là dữ liệu để tối ưu, như cách Tesla cải tiến BMS qua các vụ tự bốc cháy thời kỳ đầu; các hãng ô tô và pin Trung Quốc cũng đang theo đuổi lộ trình học hỏi – cải tiến tương tự.