手機整晚充電會減少電池壽命嗎？到底錯在哪裡？
本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。聽起來捕風捉影頭頭是道，實際上重要的觀念都弄錯了！到底錯在哪裡呢？
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：鋰電池充放電相關的積體電路。資料來源：德州儀器(TI)。
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。
圖二：電池充電積體電路(Battery charger)的操作模式。資料來源：立錡科技(Richtek)。
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！不會傷害電池。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！
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。
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？
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！
作者簡介_曲建仲
台大電機博士，知識力專家社群創辦人
