探索電動車充電的科學之旅:解密電池充電曲線

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充電曲線原理對電動車的性能及使用體驗至關重要,大家往往僅專注於充電功率但卻常常忽視充電曲線。有關於是否追求充電功率最大化的議題可以參考我以前的文章,追求電動車充電樁功率到底是不是假議題?本文將帶您深入探索電池充電的奧秘,解密充電曲線背後的科學原理,讓您了解為何這是電動車領域的一個關鍵議題,助您更好地理解電動車的未來。

目前全台單槍輸出最高充電功率480KW的華城EVALUE充電站

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電池充電曲線圖是什麼?

燃油車加油時,加油槍僅會記錄入油量,車端通常不會與加油站通信。例如,您無法監控汽車油箱的即時狀態,因為加油站無法從汽車獲取這些數據。相反,電動汽車充電過程涉及充電樁和電動汽車之間的持續通信,主要是確保電動汽車根據其電池的充電曲線獲得最佳充電,但什麼是「充電曲線」?

電池充電曲線示意圖

電池充電曲線示意圖

電池充電曲線圖是描述電池在充電過程中電壓和電流變化的圖表。它顯示了充電過程中電池電壓和電流的變化,通常隨著時間的推移。充電曲線圖提供了關於電池充電狀態和性能的重要信息,幫助用戶了解電池的充電過程以及確保充電是有效和安全的。

 

電池充電曲線圖的原理及用途

鋰電池的充電原理涉及將電能轉化為化學能,以儲存在電池中,主要包括以下幾個關鍵步驟:

  1. 離子移動:當鋰電池充電時,正極釋放鋰離子(Li+),這些鋰離子移動穿過電解質層,到達負極。
  2. 化學反應:在負極,鋰離子進一步與電極進行化學反應,將電能轉化為化學能。
  3. 電流供應:外部電源提供充電電流,以推動鋰離子的運動和化學反應。
  4. 控制電壓:充電中需要透過電池充電管控系統(BMS)控制電壓,確保電壓在安全範圍內,以防止過充。

 

觀察充電曲線圖對電池的管理和使用非常重要,主要可以區分為以下幾個用途:

  • 充電狀態監控:充電曲線圖可以幫助監控電池的充電狀態,確保電池完全充電,並避免過充,有助於延長電池的壽命。
  • 性能評估:可以通過充電曲線圖評估電池的性能,包括充電速度和充電效率,以確保電池能夠提供足夠的能量。
  • 故障診斷:當電池出現故障時,充電曲線圖可以提供有關問題的信息,例如充電速度突然下降或電壓波動…等等。

呈上述,電池充電曲線圖是了解電池充電過程和監控電池性能的有用工具,有助於確保電池的可靠性和長壽命。仔細分析現實世界的電動汽車充電曲線有助於改進充電設備設計、電池管理演算法、駕駛員對充電特性的教育以及電氣化的其他方面。它彙集了電動汽車和充電基礎設施的許多重要技術方面。

 

所有電動車的充電曲線都相同嗎?

電動車的充電曲線因電池、電池管理系統等許多因素而異,因此在相同輸出充電功率下,不同品牌的充電樁充電可能會得到不同的充電曲線。如果你有兩輛汽車聲稱具有相同的充電能力(例如最大充電功率100kW),分別插入相同的高功率充電樁(輸出功率>150KW),您仍然可以看到不同的充電模式。有些汽車可以更快地達到峰值,而有些汽車則可以更長時間地保持較高的功率。有些急劇下降,而有些則緩慢下降。

最大充電功率同為100KW的電動車充電曲線比較

最大充電功率同為100KW的電動車充電曲線比較

以上分享為最大充電功率同樣為100KW的Opel mokka e、i-pace ev400 s,可以很明顯地看到mokka e的充電曲線分別於SoC30%、SoC58%、SoC65%有階梯式下滑,ev400 s的充電曲線則呈現較為平緩的波線。


因此如果你正在尋找充電最快的電動車,最好查看的數字是平均充電功率,而不僅僅是最大充電功率。平均值越接近最大值,曲線就越平滑,這表明汽車可以更長時間地保持更高的功率,這意味著充電等待速度更快,可參考下述案例分享:

充電曲線&最大充電功率分析範例

充電曲線&最大充電功率分析範例

EV 1 的充電功率峰值高於 EV 2,但SoC 30~80%之間,EV2的平均充電功率高於140Kw 比EV1要高。因此最大充電功率:EV1 > EV2,但若考量平均充電功率則是EV2 > EV1。關鍵在於您想要增加多少度/公里。如果您在回家的路上並擁有家用充電器,充電至 50% 就足夠了,EV1 將在此充電過程中實現更高的平均充電速度。如果你需要充滿80%電力,則EV2 將可以獲得更短的充電等待時間。

 需要依據個人使用情境來選擇最符合自己充電曲線的電動車

 

我的電池有過度充電的風險嗎?

答案是NO。只要你的車輛電池可用容量確實保持在最大電池容量80%以上,則無需擔心電池電量過多。大部分經過檢驗的電動車都有內建BMS電池管理系統,可防止過度充電。另外使充電速度減慢的涓流充電技術也大多會於80%~100%時發揮作用

只要電池可用容量仍在最大容量80%以上且內建BMS管理系統,幾乎沒有過充風險。

除此之外,製造商通常還在電池的頂部和底部建立了公差,以進一步保護電池。這就是為什麼雖然你可能有一個容量150kWh的電池,但實際「可用容量」只有 147kWh,還保留了數千瓦時以避免過度充電。



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M-Torque|Leveraging the Future 在這個電動化、智慧移動與綠色能源快速變革的時代,一個正確的支點,能改變一切。 以理工思維為槓桿,以商業邏輯為力量,沒有生硬的專業用語,用淺顯易懂的文字,讓你一看就懂。
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