探索電動車充電的科學之旅：解密電池充電曲線
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
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：
- 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。
- 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。
- 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。
- 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
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
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。
