兼具低溫升之電池快速充電技術：脈波充電
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採用電池做為電源的各式行動裝置、穿戴式裝置，都必須經常充電以維持其運作。然而充電時，我們常常希望能夠充快一點，但快充也往往連帶讓電池溫升加快，造成電池加速老化，減少使用壽命。如何讓電池能夠充得快、保低溫，以改善壽命，就讓彰師大教授來分享目前各種充電方式，以及他的研究成果…
國立彰化師範大學電機工程系教授兼工學院院長陳良瑞先生，以「兼具低溫升之電池快速充電技術」為主題，來分享其電池充電技術的看法與研究成果。有關充電的技術很多，先說明小電流(Trickle Current；TC；又稱涓流)充電技術，因為流量較小，充電速度非常慢，因此大多工程師的作法，就是將電流拉大，也就是一般的定電流(Constant Current；CC)充電技術。
然而定電流的「充飽截止點」就很重要，因為太早關掉就會造成電池沒充飽，若太晚關就會造成過充，而影響電池的使用壽命。為了克服這些問題，目前市面上有超過90%以上的充電設計，都是採用定電流定電壓 (Constant Voltage Constant Current；CC-CV)的充電方式。因為定電流可以快速充電，而定電壓則可確保電池有充到滿。
上述的方法應該解決掉充電問題，但大家仍然不滿意，因為充電速度還不夠快。這是由於大約有70%的電力以定電流方式來充電，後面30%則採用定電壓充電，但後者卻要花掉70%的時間。因此就有人提出多階段電流(Multi-Segment Current)充電技術，因應電池不同充電階段來給予最佳的充電電流，演變到後來就變成無段，也就是乾脆做到即時偵測電池狀態來決定最佳充電電流，也就是變電流充電(VC)技術。
電池要充好、充滿 必須要有好的充電策略與技術
由於充電面臨的兩大問題，就是：如何即時且準確檢測電池狀態，以及決定最佳的充電電壓與電流，這也是充電技術領域最常被探討到的兩大議題。因此近年來充電技術已經精進到更智慧型的充電方式，能提升充電效率，由於VC技術雖然可以縮短充電時間，但架構複雜，且不同電量狀態(SOC)要充的電流量也難以定義。因此衍生出脈波充電(Pulse Charge；PC)，甚至後來有反向脈波充電(Reflex Charge)的技術推出。
有關於脈波充電，其好處在於考量到電池內部電化學反應狀態，充電一段時間後就讓電池休息，讓內部濃度高的電解液流往濃度低的地方，再繼續充電，這就能讓內部濃度均勻，讓電池充得更好、更滿。但是，其問題在於線路圖複雜，且業界在爭論就是參數設定問題，像是最佳脈波波長頻率是多少、休息時間又要設定多少。陳良瑞分享其在脈波充電的看法，以及充電效率改善成果。
他列出三種不同的脈波充電(PC)與定電流充電(CC)效果比較，說明PC的可逆電容量較CC來得高，且可以減緩鉛酸電池的電極老化現象。並列出在純CC與四種不同的CC+PC的充電效率比較之下，都有各自不同的成果產生。此外，由於脈衝頻率的不同會得到不同的阻抗(內阻)，因此可變頻脈波充電器，會先透過最佳脈波充電頻率掃描器來掃出最佳充電頻率(阻抗最小)，以當成最佳充電頻率參數。
最佳的脈波充電參數 必須依照不同電池種類來設計
由於電池種類繁多，最佳頻率皆不同，陳良瑞分享其研究結果，說明像是鉛酸或鋰離子電池等等，在各電量狀態(0/25/50/75/100%)下的最佳頻率，大多落在1KHz上下(900~1,120Hz)，不過三星某款手機要到2KHz，並建議在座嘉賓可以自己量測看看自己的電池，來找出最佳頻率。
當頻率找到之後，再來就是找出充電/休息時間參數(Duty)。其方法是將平均充電電流與充電/休息時間參數(Duty)之比值當指標，依據指標即可獲得最佳休息/供電(Duty)時間參數表。上述參數都找到之後，這樣的充電系統就有機會幾乎可以確定能贏過傳統CC+CV的充電方式了！
陳良瑞透過多張實驗比較表，來說明PC與CC在相同充電時間與電量下，所得到的不同效果。PC在不同頻率下，其放電時間與容量，還有整體效率與溫升都不一樣，其中最佳頻率(fZmin)在1055Hz之下，比其他(1Hz/10Hz/100Hz/10kHz)的表現更好。
除了脈波之外，也可以用正弦波(Sinusoidal Current；SC)來進行，在SC、PC與CC的比較中，SC更勝一籌。另外若以(Sinusoidal Ripple-Current；SRC)正弦漣波搭CV、Pulse Ripple-Current(PRC)脈充漣波搭CV來與CC搭CV比較，發現某鋰電池以這三種充電方式的時間、效率、溫升都不一樣。例如CC+CV的溫升最低，而SRC+CV效率最高，而PRC+CV是充電量最高者。因此不同的充電方式，並不表示SC或PC就必定贏過CC，還是要多做實際比較，才能得知熟優熟劣。
最後，陳良瑞列出偵測、監視、計量的方法，包含合併法(庫侖計算法)、軟體計算法(模糊理論、類神經網路、基因演算法)等等，當然還有主動電量狀態偵測法，能夠主動提供信號給電池，並可感應與量測電池的狀態，透過這樣量測信號，即可用來估算電量狀態，進而提升充電效率，降低電池溫升，以改善電池壽命。
