上週台灣媒體大幅引用《每日郵報》的報導指出，澳洲昆士蘭大學訊息與通信技術系副教授受訪時表示：讓手機整晚充電的行為，會讓手機的電池壽命大幅減少。此外還提到：目前電池充電技術中，還有一種名為「涓流充電」的低速充電方式，其實涓流充電十分損耗電池。聽起來頭頭是道，實際上重要的觀念都弄錯了！到底錯在哪裡呢？
此外許多人也有同樣的疑問：時常看到鋰電池爆炸的新聞，睡覺時手機放在身旁充電安全嗎？手機可以一邊充電一邊使用嗎？快充快放會影響鋰電池的壽命嗎？電器不使用要把電源供應器從插座上拔下來嗎？鋰電池充電還有哪些需要注意的地方？
手機確實不需要整晚充電，但是也不需要半夜起來拔掉充電器！
首先在專訪裡提到：目前新一代的智慧型手機皆具備快充功能，充滿電僅需30分鐘至2小時左右，因此「整晚充電」不僅沒有必要，還會加速電池老化。這個說法對嗎？
現在一般充電常用的「通用串列匯流排-電力輸送(USB-PD：Universal Serial Bus-Power Delivery)」技術，智慧型手機的充電器大約設計在10瓦以上，筆記型電腦的充電器大約設計在60瓦以上，USB-PD最大功率可以支援100瓦，甚至擴展功率最大可以達到240瓦。功率大小是依照電池大小設計的，手機的電池最小所以功率較小，一般智慧型手機充電大約只需要2小時，如果提高電壓或電流進行「快充」可以縮短充電時間到30分鐘，因此確實不需要「整晚充電」。
但是不需要整晚充電，只需要充電2小時，所以我們要設定鬧鐘半夜二點起床拔掉充電器來保護手機電池嗎？答案是：完全不需要！因為「電池充電積體電路(Battery charger)」會替我們處理一切的動作來保護電池。
此外在專訪裡提到：長時間對手機過度充電的話，會導致鋰電池發生化學退化，這會讓手機電池的壽命嚴重降低。雖然目前大部分的手機在滿電狀態下會自動停止充電。但是由於手機只要放著待機就會耗電，而一耗電就會開始進行充電，而手機就整晚的在「99%」至「100%」之間不斷跳動。事實是這樣嗎？
什麼是電池充電積體電路(Battery charger)？
圖一左邊藍色的鋰電池是連接到「電量計(Gas gauge)」與「電池單元平衡器(Cell balancer)」整合成一顆積體電路(IC)，其中電量計主要的功能是偵測電池還剩多少電壓，才能在手機畫面顯示目前電池剩餘的電量；電池單元平衡器是監控並聯或串聯的每一顆「電池單元(Cell)」，確保每個電池單元平均放電或充電，避免過度放電或充電造成損壞。
圖一右邊的「電池充電積體電路(Battery charger)」是一顆積體電路(例如：德州儀器型號BQ25720)，負責鋰電池的充電或放電控制，大家以為它只是簡單的控制充電或不充電，事實上鋰電池充電是一個複雜的過程，必須隨時量測電池電壓，並且調整充電電流，如圖二所示，淺藍色是「電池電壓」，深藍色是「充電電流」。
鋰電池的充電過程與自放電效應
當鋰電池開始充電，充電電流就會進入「固定電流(CC：Costant Current)調節模式(a)」，電流注入電池造成電池電壓緩慢上升(1)，最後進入「固定電壓(CV：Costant Voltage)調節模式(2)」，電池慢慢充飽所以充電電流緩慢下降(b)，達到預充電電流時進入「充電終止模式(3)」，代表電池已經充飽所以停止充電了！電池電壓必須掉到「重新充電電壓(4)」以下才會啟動重新充電。
當我們接上充電器的時候，手機就已經改由USB-PD直接供電，而不是經由電池供電了！整個充電的過程一直到電池充飽以後，都不會由鋰電池供電，因此在鋰電池充飽以後，也不會因為手機運作而消耗電池的電能。
但是電池有「自放電效應」，也就是即使不用也會自動慢慢放電，由於鋰電池的自放電效應很小，充飽電以後要自放電使電壓掉到「重新充電電壓」以下需要好幾天的時間，因此不可能整晚的在「99%」至「100%」之間不斷跳動。
我們睡前插上充電器，電池充電積體電路(Battery charger)就會依照圖二的模式把電池充飽，整個充電的過程一直到電池充飽以後，都不會由電池供電，所以即使2小時以後電池充飽了，充電器持續接著也不會有任何問題，隔天早上起床再把充電器拔掉就可以了！鋰電池要自放電到啟動「重新充電」需要好幾天的時間，我相信大部分的人不會一睡就是「好幾天」吧！除非手機很舊了，如果是電池已經老化了，那即使充飽了也只超過重新充電電壓一點點，或是甚至沒有超過重新充電電壓，那就有可能會在99%到100%之間不斷跳動。
圖一的下面還有兩顆積體電路，一顆是「靜電放電保護積體電路(ESD)」主要是避免我們把USB充電線接上去的瞬間產生的靜電把手機裡的晶片打壞了！另一顆是「USB-PD控制器」負責整個USB-C充電時的控制工作，因此圖中總共有4顆積體電路(IC：Integrated Circuit)，由於手機的尺寸很小空間有限，現在大部分會整合成一顆泛稱為「電源管理積體電路(PMIC：Power Management Integrated Circuit)」。
什麼是涓流充電？涓流充電真的會損耗電池嗎？
目前手機電池充飽時的電壓大約4.2伏特(V)，完全放電後的電壓大約2.8V，所以充放電過程就是電池電壓在2.8V到4.2V之間變化，低於2.8V可以當成過度放電，高於4.2V可以當成過度充電，這個時候就會損耗電池。
電池就像水桶，電流就像水流，水桶在完全空掉的時候要防止一下子灌入太多水把水桶底部沖破，因此空桶時要先慢慢注入水；當水位快要滿的時候也要防止一下子灌入太多水把水桶漲破，所以也要慢慢注入水。
同理，當電池在過度放電時(低於2.8V)要先用微小電流充電，才能防止大電流注入損壞電池；當電池快要充飽時(接近4.2V)，也要用微小電流充電，才能防止大電流注入損壞電池，所以充電的過程就一個「先慢、再快、再慢」的過程，而用微小電流充電就稱為「涓流充電(Trickle charge)」。
因此鋰電池充電的過程是：涓流充電→預充電→固定電流(CC)→固定電壓(CV)→涓流充電→充電終止。從上面的說明可以發現，涓流充電是用來保護鋰電池的，怎麼會「十分損耗電池」呢？
睡覺時手機放在身旁充電安全嗎？
時常看到鋰電池爆炸的新聞，主要因為鋰是活性很高的物質，鋰電池長期使用鋰離子會在負極材料長出樹枝狀的「鋰晶枝(Lithium dendritic)」，因為它是樹枝狀所以容易刺破隔離膜造成負極與正極之間接觸短路燃燒，或是刺破包裝的塑膠膜使電解液流出，電解液大部分是易燃物質，過度充電也是原因之一，最後造成「熱失控(Thermal runaway)」。
因此鋰電池充電時多少都有一些風險，因為鋰電池熱失控產生的爆炸大部分比較像是快速燃燒而不是炸彈爆炸那種情況，所以建議鋰電池充電時一定要有人在旁邊比較安全，而且人和電子產品儘量保持一點距離，如果人在旁邊鋰電池燃燒可以立刻把電源關閉，如果人不在旁邊就有可能引發火災。
睡覺時手機放在身旁充電理論上是可以的，人和手機儘量保持一點距離，如果燒起來會有聲音和異味，一般人會被驚醒立刻把電源關閉就好了！如果是睡著了叫不醒的人例外，當然醒著充電會更安全，此外，如果圖一裡的幾顆積體電路故障，也有可能造成電池過度充電而爆炸，因此不要購買來路不明的電子產品或充電器，要確定產品是有認證過的。
手機可以一邊充電一邊使用嗎？
上面的說明是針對睡覺時充電手機待機的情況，如果一邊充電一邊使用，當充電器抽不到足夠的電流，就會去抽電池的電流，這個時候電池電壓就有可能掉到「重新充電電壓」以下，就會啟動重新充電了！所以如果一邊充電一邊玩消耗大量運算力的手遊，要考慮用功率大一點的充電器，目前的USB-PD充電功率都不小，理論上充電電流是足夠的。
另外不建議一邊充電一邊把手機靠在耳朵旁邊使用，在國外有發生過手機充電同時講話發生爆炸受傷的案例，雖然大多發生在比較落後的地區，發生的手機也很舊了！目前有品牌的智慧型手機發生的機率很低，但是電子產品難免有良率的問題，能避免還是比較安全。
理論上「快充快放」都會縮短鋰電池的壽命，雖然有聽過廠商宣傳快充沒影響，不過由鋰電池化學反應的觀點，減少快充快放應該是比較好的選擇。手機充飽電後把充電線和手機分開就可以了！如果沒有把電源供應器從插座上拔下來會損耗一點點電能，浪費能源不環保所以建議選擇有開關的插座，平常不用可以關起來，此外電源供應器裡面有些被動元件用久了可能會故障，就有可能會發生自燃現象，不使用電器把插座電源關閉或插頭直接拔掉比較安全。
如果由鋰電池的化學反應與材料特性來看，過度充電會造成鋰晶枝，過度放電會傷害電極，這些都會縮短鋰電池的壽命，理論上鋰電池保持在20%~80%之間使用可以延長壽命，雖然電池充電積體電路會替我們管理電池，但是現在的智慧型手機也有提供充電到80%的設定功能，如果不需要長時間外出使用手機，直接設定充電到80%也可以，不過如果電池容量只有80%出門不夠用到沒電反而會傷害電池，總之每個人的使用情境不同，可以依照自己的需求來做調整。
隔行如隔山：跨領域科技教育提升產業知識是解方
大家可能會好奇，為什麼這位國外科技專家談手機充電也講錯了呢？因為這位副教授任教於「訊息與通信技術」系，媒體記者以為手機的問題就該問「通信」相關科系的專家，殊不知「隔行如隔山」，光是手機裡的知識就涵蓋了積體電路設計、製造、封裝、測試、射頻、天線、軟體、韌體、電源，這裡面的知識範圍很廣，「訊息與通信技術」是偏向軟體的科系，對電源是完全外行的，我要不是以前在外商公司擔任工程師負責過電源產品，也不可能知道這些細節。
【後記】為求慎重我寫這篇文章還是請教了以前的同事，感謝我的前德州儀器同事Eric Lo與Karsten Tu，他們在業界擔任多年的電源應用工程師，他們才是電源的專家，我只是天橋底下說書的，大家就當做聽故事囉！
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