Pin sạc siêu nhanh: "Quân bài" mới của BYD và CATL

Tốc độ sạc của xe điện có thể sớm đạt tầm cao mới?

CATL có kế hoạch ra mắt pin EV với tốc độ sạc 6C vào nửa cuối năm 2024, đánh dấu thế hệ thứ hai của pin Qilin. Các nhà sản xuất ô tô như Li Auto và Zeekr đã có các cuộc thảo luận  về vấn đề kỹ thuật với CATL về sản phẩm mới này nhưng vẫn chưa quyết định có tích hợp công nghệ này vào các sản phẩm sắp ra mắt trong năm nay hay không.

Trong khi đó, BYD, hãng đã 3 năm không ra mắt sản phẩm pin mới, cũng đang chuẩn bị tung ra sản phẩm pin sạc nhanh. Một nguồn tin thân cận với BYD nói rằng thế hệ pin phiến thứ hai của BYD có thể được ra mắt vào nửa cuối năm 2024 và BYD cũng đang phát triển pin 6C.

Để đạt được tốc độ sạc 6C trong khi vẫn duy trì mật độ năng lượng cao, những người trong ngành suy đoán rằng có thể sử dụng một hệ thống kết hợp lithium iron phosphate (LFP) và vật liệu ba loại, đánh dấu một hướng đi mới cho ngành.

Ngoài CATL và BYD, CALB đã công bố vào cuối năm 2023 rằng họ sẽ bắt đầu sản xuất hàng loạt pin hình trụ lớn 46-series hỗ trợ tốc độ sạc 6C vào quý 4 năm 2024. Công ty cũng đang có kế hoạch sản xuất hàng loạt và lắp đặt pin 5C, có khả năng sạc tới 80% trong 10 phút trên ô tô trong năm nay.

Tốc độ C, đồng nghĩa với xếp hạng C, là đơn vị dùng để biểu thị tốc độ sạc của pin, đo tốc độ sạc đầy hoặc xả pin. Ví dụ: pin 1C mất khoảng một giờ để sạc từ 0–100%, trong khi pin 2C sẽ sạc nhanh gấp đôi, sạc đầy trong 30 phút.

Li Mega và Zeekr 001 lần lượt được trang bị pin Qilin và Shenxing của CATL, cả hai đều có khả năng đạt tốc độ sạc tối đa 5C, cho phép sạc từ 10% đến 80% trong khoảng 12 phút.

Khi pin lỏng truyền thống gần đạt đến giới hạn lý thuyết về mật độ năng lượng, một nút thắt kỹ thuật đã xuất hiện trong ngành pin. Pin thể rắn nhằm mục đích thu hẹp khoảng cách này, mặc dù chúng vẫn còn lâu mới được sản xuất hàng loạt. Xe điện thuần túy cần những công nghệ thiết thực hơn để thúc đẩy doanh số bán hàng ở thị trường cuối cùng, khiến việc sạc nhanh gần như là lựa chọn khả thi duy nhất trong thời gian tạm thời.

Theo đó, các nhà sản xuất ô tô và nhà phát triển pin đang nỗ lực làm cho việc sạc nhanh như nạp nhiên liệu, những phát triển như vậy có thể mở ra kỷ nguyên 6C.

Trung Quốc đang đặt cược lớn vào pin thể rắn, thành lập nền tảng đổi mới hợp tác pin thể rắn (CASIP) vào tháng 1. CASIP đặt mục tiêu tạo ra chuỗi cung ứng toàn diện cho pin thể rắn vào năm 2030 bằng cách hợp nhất các nhà lãnh đạo chính phủ, học viện và ngành, bao gồm cả các đối thủ CATL và BYD.

Làm thế nào để đạt được tốc độ sạc 6C?

Để đạt được tốc độ sạc 6C và đặc biệt là khả năng sạc nhanh 6C, đòi hỏi những cải tiến đáng kể không chỉ về vật liệu pin mà còn về hệ thống pin tổng thể.

Thứ nhất, về mặt vật liệu, các giải pháp mới cần kết hợp bao gồm than chì và chất điện phân phù hợp cho việc sạc nhanh, bộ phân tách và sự kết hợp tối ưu giữa LFP và vật liệu ba lớp để cân bằng và ổn định hiệu suất của pin.

Một số nguồn tin nói rằng sạc nhanh của CATL thường trộn ít hơn 5% vật liệu LFP vào đế ba lớp. Cách tiếp cận này, được áp dụng cho pin Qilin được Li Mega và Xiaomi SU7 sử dụng, có thể nâng cao tính an toàn và hiệu suất ở nhiệt độ thấp.

Việc trộn các vật liệu bậc ba với LFP có thể kết hợp một số ưu điểm của cả hai, đảm bảo sạc nhanh đồng thời cải thiện hiệu suất tổng thể của pin.

Thứ hai, tốc độ sạc cao hơn dẫn đến sinh nhiệt nhiều hơn. Vì vậy, pin sạc nhanh cần hệ thống làm mát mạnh hơn để kiểm soát nhiệt độ và đảm bảo an toàn.

Cốt lõi của kiến ​​trúc pin Qilin của CATL là công nghệ làm mát bằng nước mở rộng. Không giống như các hệ thống làm mát bằng chất lỏng truyền thống được đặt ở dưới cùng của pin, thiết kế của pin Qilin đặt các tấm làm mát bằng chất lỏng giữa các tế bào, đảm bảo khả năng tản nhiệt tốt hơn và hiệu suất pin tốt hơn.

Hơn nữa, thiết kế linh hoạt của tấm làm mát bằng chất lỏng của pin Qilin có thể làm giảm bớt các vấn đề giãn nở và co lại có thể xảy ra trong quá trình sạc và xả. Thiết kế này giúp tăng diện tích làm mát của bộ pin lên gấp 5 lần, đạt công suất làm mát tối đa là 16 kilowatt, đảm bảo làm mát hiệu quả khi sạc ở tốc độ cao.

Những tiến bộ của BYD trong việc làm mát hệ thống pin cũng đang trở nên rõ ràng, giới thiệu công nghệ làm mát pin sử dụng khả năng làm mát trực tiếp và sưởi ấm bằng chất làm lạnh.

Gần đây, hệ thống DM thế hệ thứ năm của BYD đã giới thiệu thế hệ pin lai mới với những cải tiến đáng kể về hệ thống làm mát trực tiếp.

Ở thế hệ pin lai trước đây, BYD sử dụng thiết kế tấm làm mát hình chữ T, không che hết bộ pin. Thế hệ mới sử dụng thiết kế tấm làm mát hình chữ S, mang lại diện tích làm mát lớn hơn và độ đồng đều nhiệt độ tốt hơn.

Hiện tại, các mẫu xe của BYD không hỗ trợ sạc nhanh trên 4C, nhưng dự trữ công nghệ được cho là đủ. BYD thường thông báo sản xuất hàng loạt khi công nghệ đã sẵn sàng. Khi việc sản xuất hàng loạt pin 4C hoặc thậm chí 6C cuối cùng được công bố, có thể công nghệ làm lạnh sẽ trở thành một thành phần quan trọng.

Trong khi các công ty pin như CATL và BYD dường như đang đi đúng hướng trong quá trình chuẩn bị hỗ trợ sạc nhanh 6C, họ có nguy cơ bị chệch hướng tiến độ do thiếu cơ sở hạ tầng sạc cực nhanh.

Thiếu trạm sạc cực nhanh

Ngành công nghiệp xe điện của Trung Quốc đã chạy đua để nâng cao tốc độ sạc kể từ khi Xpeng G9 áp dụng nền tảng 800V vào năm 2022. Các mẫu mới như Xpeng X9, Li Mega, Zeekr 001 và 007, và Xiaomi SU7 đều cung cấp tùy chọn sạc nhanh như một tùy chọn tiêu chuẩn.

Trong tài liệu quảng cáo, những chiếc xe này tuyên bố hỗ trợ sạc nhanh 4C hoặc thậm chí 5C, nhưng trải nghiệm thực tế đòi hỏi phải có sức mạnh tổng hợp với các trạm sạc.

Hiện tại, có ba loại trạm sạc chính: chậm, nhanh và cực nhanh. Ngành công nghiệp xe điện hiện chưa có một định nghĩa thống nhất về sạc cực nhanh, nhưng nhìn chung, các trạm sạc có công suất trên 120 kW có thể coi là sạc cực nhanh.

Tuy nhiên, để đạt được tốc độ sạc 4C hoặc thậm chí 5C, công suất sạc phải vượt quá 360 kW, với các trạm sạc cực nhanh 4C yêu cầu công suất tối đa 480 kW và dòng sạc tối đa 615A. Các trạm sạc có công suất cao như vậy rất hiếm, đặc biệt là những trạm hỗ trợ tốc độ 5C.

Li Mega, một trong số ít mẫu xe điện hiện hỗ trợ sạc 5C, minh họa cho điều này. Li Xiang, Giám đốc điều hành của Li Auto, cho biết trên weibo rằng công suất cực đại của trạm sạc cực nhanh 5C của Li Auto là 520 kW, công suất trung bình trên 400 kW.

Để có thể trải nghiệm mức sạc như vậy, người dùng thường cần sử dụng các trạm được xếp hạng 5C. Chẳng hạn, ở Thâm Quyến, một trung tâm quan trọng cho các phương tiện sử dụng năng lượng mới, ứng dụng Li Auto chỉ hiển thị ba trạm hỗ trợ sạc 480 kW (5C), với tổng cộng chỉ có ba bộ sạc 5C. Ngay cả sau khi bao gồm tất cả các trạm sạc của bên thứ ba được Li Auto hỗ trợ, Thâm Quyến chỉ có tổng cộng 15 trạm sạc cực nhanh với công suất 480 kW.

Điều này có nghĩa là ngay cả khi người dùng mua ô tô hỗ trợ tốc độ sạc 4C hoặc 5C thì việc khan hiếm bộ sạc cực nhanh có thể sẽ hạn chế trải nghiệm của họ.

Các nhà sản xuất ô tô và các công ty chuỗi cung ứng đang nỗ lực giải quyết những vấn đề này. Huawei có kế hoạch triển khai hơn 100.000 trạm sạc cực nhanh làm mát hoàn toàn bằng chất lỏng vào năm 2024, với công suất tối đa 600 kW và dòng điện tối đa 600A. Nio và Zeekr cũng đang tích cực thúc đẩy việc xây dựng các trạm sạc cực nhanh.

Tuy nhiên, việc xây dựng các trạm sạc cực nhanh 4C, 5C hoặc thậm chí 6C trước tiên đòi hỏi phải giải quyết các vấn đề về công suất lưới điện hiện có. Một trong những vấn đề quan trọng nằm ở việc bổ sung khả năng lưu trữ năng lượng, điều này có thể làm tăng chi phí, khiến các công ty gặp khó khăn khi phải giải quyết một mình.

Không có công ty nào muốn bị bỏ lại phía sau trong cuộc đua này. Tuy nhiên, việc chỉ cạnh tranh để tăng tốc độ sạc và tăng tốc độ sạc bên ô tô mà không cải thiện cơ sở hạ tầng tương ứng là điều ngây thơ và khó có thể thực hiện được lời hứa sạc nhanh như đổ xăng.

Với sự khan hiếm hiện nay của các trạm sạc 5C, sức hấp dẫn thực tế của công nghệ 6C dường như cũng bị hạn chế, ít nhất là ở thời điểm hiện tại.