兼具低温升之电池快速充电技术：脉波充电
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采用电池做为电源的各式移动设备、穿戴式装置，都必须经常充电以维持其运作。然而充电时，我们常常希望能够充快一点，但快充也往往连带让电池温升加快，造成电池加速老化，减少使用寿命。如何让电池能够充得快、保低温，以改善寿命，就让彰师大教授来分享目前各种充电方式，以及他的研究成果…
国立彰化师范大学电机工程系教授兼工学院院长陈良瑞先生，以「兼具低温升之电池快速充电技术」为主题，来分享其电池充电技术的看法与研究成果。有关充电的技术很多，先说明小电流(Trickle Current；TC；又称涓流)充电技术，因为流量较小，充电速度非常慢，因此大多工程师的作法，就是将电流拉大，也就是一般的定电流(Constant Current；CC)充电技术。
然而定电流的「充饱截止点」就很重要，因为太早关掉就会造成电池没充饱，若太晚关就会造成过充，而影响电池的使用寿命。为了克服这些问题，目前市面上有超过90%以上的充电设计，都是采用定电流定电压 (Constant Voltage Constant Current；CC-CV)的充电方式。因为定电流可以快速充电，而定电压则可确保电池有充到满。
上述的方法应该解决掉充电问题，但大家仍然不满意，因为充电速度还不够快。这是由于大约有70%的电力以定电流方式来充电，后面30%则采用定电压充电，但后者却要花掉70%的时间。因此就有人提出多阶段电流(Multi-Segment Current)充电技术，因应电池不同充电阶段来给予最佳的充电电流，演变到后来就变成无段，也就是乾脆做到实时侦测电池状态来决定最佳充电电流，也就是变电流充电(VC)技术。
电池要充好、充满 必须要有好的充电策略与技术
由于充电面临的两大问题，就是：如何实时且准确检测电池状态，以及决定最佳的充电电压与电流，这也是充电技术领域最常被探讨到的两大议题。因此近年来充电技术已经精进到更智能的充电方式，能提升充电效率，由于VC技术虽然可以缩短充电时间，但架构复杂，且不同电量状态(SOC)要充的电流量也难以定义。因此衍生出脉波充电(Pulse Charge；PC)，甚至后来有反向脉波充电(Reflex Charge)的技术推出。
有关于脉波充电，其好处在于考量到电池内部电化学反应状态，充电一段时间后就让电池休息，让内部浓度高的电解液流往浓度低的地方，再继续充电，这就能让内部浓度均匀，让电池充得更好、更满。但是，其问题在于线路图复杂，且业界在争论就是参数设定问题，像是最佳脉波波长频率是多少、休息时间又要设定多少。陈良瑞分享其在脉波充电的看法，以及充电效率改善成果。
他列出三种不同的脉波充电(PC)与定电流充电(CC)效果比较，说明PC的可逆电容量较CC来得高，且可以减缓铅酸电池的电极老化现象。并列出在纯CC与四种不同的CC+PC的充电效率比较之下，都有各自不同的成果产生。此外，由于脉冲频率的不同会得到不同的阻抗(内阻)，因此可变频脉波充电器，会先透过最佳脉波充电频率扫描仪来扫出最佳充电频率(阻抗最小)，以当成最佳充电频率参数。
最佳的脉波充电参数 必须依照不同电池种类来设计
由于电池种类繁多，最佳频率皆不同，陈良瑞分享其研究结果，说明像是铅酸或锂离子电池等等，在各电量状态(0/25/50/75/100%)下的最佳频率，大多落在1KHz上下(900~1,120Hz)，不过三星某款手机要到2KHz，并建议在座嘉宾可以自己量测看看自己的电池，来找出最佳频率。
当频率找到之后，再来就是找出充电/休息时间参数(Duty)。其方法是将平均充电电流与充电/休息时间参数(Duty)之比值当指标，依据指标即可获得最佳休息/供电(Duty)时间参数表。上述参数都找到之后，这样的充电系统就有机会几乎可以确定能赢过传统CC+CV的充电方式了！
陈良瑞透过多张实验比较表，来说明PC与CC在相同充电时间与电量下，所得到的不同效果。PC在不同频率下，其放电时间与容量，还有整体效率与温升都不一样，其中最佳频率(fZmin)在1055Hz之下，比其他(1Hz/10Hz/100Hz/10kHz)的表现更好。
除了脉波之外，也可以用正弦波(Sinusoidal Current；SC)来进行，在SC、PC与CC的比较中，SC更胜一筹。另外若以(Sinusoidal Ripple-Current；SRC)正弦涟波搭CV、Pulse Ripple-Current(PRC)脉充涟波搭CV来与CC搭CV比较，发现某锂电池以这三种充电方式的时间、效率、温升都不一样。例如CC+CV的温升最低，而SRC+CV效率最高，而PRC+CV是充电量最高者。因此不同的充电方式，并不表示SC或PC就必定赢过CC，还是要多做实际比较，才能得知熟优熟劣。
最后，陈良瑞列出侦测、监视、计量的方法，包含合并法(库仑计算法)、软件计算法(模糊理论、类神经网络、基因演算法)等等，当然还有主动电量状态侦测法，能够主动提供信号给电池，并可感应与量测电池的状态，透过这样量测信号，即可用来估算电量状态，进而提升充电效率，降低电池温升，以改善电池寿命。
