移動電源天地

Backup Battery 源起

從十多年前在洛杉磯的COSCO看到第一款Power Bank 在架上銷售後，在美國市場中，一直有一群人默默地經營著這類產品，銷量與需求不大，也沒有引起什麼話題，所以好像大家對這個市場都不是很看好，直到二千年起，由手機､MP3､便攜式DVD等一系列新產品引發消費電子產品熱潮起，大家開始警覺到電池電力不足，總需要不斷地找插座為便攜式電子產品充電的需求。這種情形逐漸地引起大家的重視，從電池廠家到便攜式電子產品製造廠都開始找尋新的電池方案。希望能找到容量最大､使用時間最長的電池產品，與此同時市場上以Power Bank 或 Portable Energy 為訴求的Backup Battery產品開始慢慢興起。

消費電池趨勢

    在這十幾年來，有三個比較大的改變，影響了這個市場的趨勢。

第一､中國製造的電池產業如雨後春筍般一家一家的壯大起來，目前在消費電子產品中的電池產品，中國產量已高佔全球第一。

第二､消費電子產品不斷地追求高性能､多功能､輕､薄､短､小等特性。導致電池的體積不斷地被要求縮小，然而電池在體積與容量成正比的情況下，業者提升容量比的速度，遠遠跟不上消費者的需要，導致電池容量不足的問題終於浮出檯面，而大家對於新的電池技術需求殷切。

第三､部分電池業者基於OEM市場的惡性競爭或基於不了解電池的特性，分別選擇了低成本製程或未經大規模且有效手段驗證的提高容量比的新技術，導致電池公安事件頻傳，從新聞得知許多知名大廠如Nokia， Moto 手機電池過熱或燃燒到Disney的PDVD過熱回收，一直到近日甚囂塵上的Dell ， Sony分別傳出回收百萬台以上的NoteBook等消息，在在都顯示出消費電池產品的安全問題令人堪憂，這都是供給與需求兩端惡性循環的結果。

電池產業革命

要了解便攜式電子產品中電池的風險，首先應該從電池本身的特性了解起，下面為各位讀者從另一種角度來介紹電池這個產業的發展背景及技術特性，這樣會有助於大家了解電池的風險，同時也能明白為什麼Portable Energy或Power Bank 會是一個對的產品，同時我們可以大膽的預測這類產品會在不久的將來，掀起另一波的便攜式電子產品革命，甚至牽引下一波能源產業的革命。

電池產業嚴格說起來，已經發展超過二百年了(從1791年起)，但是第一個在市場銷售的電池是到了七十多年後的1868年由Leclanche發明所謂的魯克蘭舍電池，推出，(這是俗稱乾電池的鋅錳電池的前身)，當時電池都是以手工製造。

而真正的大規模量產卻是又經過100年後的1970年才開始的。這意味著乾電池的技術發明到量產市售竟然經歷了將近180年。而真正普及到大眾而幾乎沒有安全疑慮又經過了二十年。

或許我們會認為這是前人各項知識理論基礎不足或工具手段有限所致，但我們綜觀其他電池技術的發展，就會不難發現這個理由只是其一，其二是電池基於安全考量，所有的技術都必須通過有效的驗證及實驗才能訴諸市場銷售，這和汽車工業或是製藥工業都是一樣的，試問實驗室研製出來的新藥，要經過多少年才能公諸市場呢? 這是需要時間的。任何一項新的技術問世都是如此，更何況這是與消費者本身有著切身的安全考量的產品。

遺憾的是有些專家或業者基於眼前的利益或搶佔市場的心理，在驗證不足或工藝不成熟的情況下，貿然推出產品，造成了便攜式電子市場上對於電池普遍抱持著不信任或者忽視安全疑慮的兩種極端態度，這也是消費電池產業的危機。

電池技術發展的矛盾

我們試著從另一個角度來理解消費電子產品中的電池，目前在消費電子產品中所使用的電池主要以鎳氫電池､液態鋰離子電池及聚合物鋰離子電池為主，這些化學電池技術基本的原理還是基於離子交換技術，主要的電池特性可以分為六項，這也是我們一般俗稱的電池六大指標，它們分別是;

1. 體積比能量：

       單位體積內的能量比。

1. 重量比能量：

       單位重量中的能量比。

1. 高低溫性能：

       電池從低溫到高溫充放電的性能變化。

1. 大電流充放電性能：

       電池在高倍率充放電的性能變化。

1. 循環壽命：

       電池的充放電次數。

1. 自放電率：

       電池閒置導致內部活性物質微量反應造成的電量釋放與放置時間的比率。

從上述的六項指標，我們可以分別了解電池的特性，有趣的，也是不斷困擾電池專家們的問題就是上述這六項指標與安全性能可說是矛盾理論下的產物。

這也是我們常說的電池做的好是電池，做不好就變成炸彈的道理，因為當電池要提升某項指標的同時，自然也會降低某幾項指標，這是指在同一種電池中調整配方所造成的。

舉例來說，由於電池內部裝置著活性物質，這些活性物質透過活化產生能量轉換，從使用電池的角度來說，我們當然希望相同容量下體積越小越好。但是體積越小就必須擠壓活性物質的空間讓其密度增大，自然安全的隱患就越大。

同理可知要電池在相同容量下，重量越輕越好，就必須增加活性材料的純度，當然活性物質的可控制性就降低了，而增加其安全的風險。

高低溫性能要好，就必須在電池中加入防凍劑或惰性物質以降低因為高溫或低溫環境所造成的不活化或過度活化的問題，然而在相同的體積或重量的要求下，這樣一來就會犧牲掉電池的容量，這雖然可以增加電池的安全度，但是也會大幅度減少電池的使用時間，除了特殊產品之外，這在消費電池產業中幾乎不被考慮;

大電流充放電性能也是如此，如果電池的大電流充放電性能被提高了，那麼電池的安全度也會有某種程度的提高，但這又會降低電池的比能量及循環壽命(尤其是重量體積比能量)，因此除非不得已，要不然業者不會犧牲電池容量來大幅度提升大電流充放電性能。

從上述情況我們可以了解電池的矛盾何在?同時我們也應該針對不同的消費電子產品來設計不同特性的電池，這樣不但可以有效的發揮電池的性能，也可以相對的降低電池安全的隱患。

關於XPAL

近年來，筆者也總結過去經驗，開始設計Power Bank及Portable Energy 的產品， 下面就為各位讀者說明XPAL Power的觀念及產品;

首先，我們應該先定義所謂的Power Bank(電池銀行) 及 Portable Energy(移動電源)，這兩個名詞在筆者眼中是截然不同的兩種觀念， Power Bank 顧名思義，應該是意指容量超大､使用時間超長的電池產品，以IT產業中大家熟知的UPS(不斷電系統)來形容它， Power Bank 就好像Online UPS (當停電時， OnLine UPS可以立即切換市電到UPS上，用戶可以持續使用一段較長的時間)一樣， 它的主要訴求應該是高容量及長時間使用，而Portable Energy就像是 Standby UPS(當停電時， Standby UPS 可以讓用戶使用短暫的時間進行關機動作，保護設備不會因為突然斷電導致設備損毀)， 它的目的在於便利､好攜帶､多功能，而非高容量或長時間使用。因此我們從功能上就可以區分出這兩者的不同

 XPAL POWER (專利商標)這個名詞非常有意思，我們團隊想了很久才決定啟用這個名詞，X 代表 Extra 也就是附加的意思， PAL是 Partner 的意思， 所以XPAL基於Backup Battery的發展策略，同時也以作為所有便攜式電子產品的隨身伴侶為發展目標，啊！想出這個名詞的同仁真是太棒了。

XPAL設計思路

XPAL配合便攜式電子產品市場的產品特性，同時也認為便攜式電子產品不可能僅僅需要高容量或好攜帶而已，它應該還要提供性能上的差異及連接設備的簡單方案，基於這個考慮，XPAL在性能上的設計有下列幾點：

1.充電快速的性能，也就是具備大電流充電的特性，讓XPAL能快速充飽電，也只有XPAL充電的速度比消費者充主機的速度快，消費者才會捨得改變習慣，用XPAL取代原有的充電器。(專利功能)

2.放電性能的穩定，以一般5V產品而言，一般擁有NoteBook的用戶可以使用USB接口來給手機或MP3充電，XPAL的設計是讓消費者明顯感到大部分的設備用XPAL充電比用NoteBook的USB接口來的快速，消費者就會愛用XPAL。(專利功能)

3.精準的電量顯示，讓用戶清楚地明白XPAL的電量多寡，可以根據實際需要來決定如何使用XPAL。 (專利功能)

4.Multitasking Discharge，實時多工放電特性，讓消費者能同時給予不同電壓的產品充電，例如用戶可以同時充PDVD及手機。 (專利功能)

 XPAL家族產品

綜合上述特性XPAL共提供了四個檔次的產品來滿足市場，根據便攜式電子產品主要的電氣性能，主要可以分為四個區隔：

1､6V以下的產品，主要有手機，數碼相機，GPS，PDA，MP3，MP4，藍牙耳機等

2､6V-9V的產品，主要有數碼攝錄機，高階MP4，高階PDA，PDVD等

3､9V-12V的產品，主要有PDVD， 數碼攝錄機，NoteBook等

4､12V-18V的產品，主要有PDVD，NoteBook及部分便攜式電動工具。

因應這四個區隔，XPAL分別設計了

1. Harry Power 系列產品 針對上述第一類產品。
2. Ivy Power 系列產品，針對上述第一，二類產品。
3. Amos Power 系列產品，針對上述第一，二，三類產品。
4. Victor Power 系列產品，針對上述四類產品。 

在XPAL的設計觀念中，強調向下相容的設計，也就是說Victor Power除了本身的功能外也具備了Amos Power以下所有產品的功能，依此類推。

另外每個系列產品都具備不同的Power Bank及 Portable Energy Sense，以Harry Power而言，它的設計是提供8WH的電量讓一般的手機足夠充滿電二到三次，(這就像是電力銀行的觀念)，但對部分MP4或PDA而言，它可能只是讓消費者而暫時補充電量但不足以充滿電。(這就像是應急使用的觀念)

同樣的，Ivy Power的設計是可以讓MP4､PDA的充放電二到三次，但對PDVD而言它可能只是讓消費者而暫時補充電量但不足以充到滿電。

Amos Power 也是設計讓PDVD以下的消費電子產品都能充滿電，但是對於NoteBook來說，它可能只是讓消費者而暫時補充電量但不足以充滿電。

對消費電子產品而言Victor Power 是真正的Power Bank。，它可以滿足市面上絕大部分的消費電子產品，充滿電一次到數十次不等然而對於部份電動工具(Power Tool)它也只是Portable Energy Function而已。

XPAL家族推出上述這四個產品系列，實際上已經涵蓋了絕大部分的便攜式電子產品對於外出缺電的需求，然而XPAL家族並非只有考慮到單純的實用型產品，從應用的角度而言，XPAL又推出了針對特殊市場特殊應用的家族產品。這種應用型的產品，主要的特點就是將XPAL融入其他產品，衍生出各種功能強大的電池產品，分別列具如下:

1.  Miki Power (專利產品)

      將XPAL置入Mouse中

2.  ALPS Power(專利產品)

      專為PSP產品續航產品

3.  Teddy Power (專利產品)

      在背帶中置入XPAL產品

4.  Jacky Power (專利產品)

       針對XPAL設計的萬用接口產品

這些都是XPAL針對產品應用所衍生出來的產品，非常有意思。

筆者設計消費電池產品多年，至今甚少發生安全隱患，在與這些消費電子產品的製造商打交道多年，也非常了解市場的需求，但每每在夜裡驚醒，深怕自己所設計的電池產品發生致命的隱患，一但發現設計有瑕疵寧可停止出貨，也不願有任何一顆不安全的電池流入市場。

因為電池產品畢竟有別於其他產品，在從事電池產品的設計工作中，筆者堅信”產品源於人品”的道理，只有人品好才能做出好的產品。

撰文者 : 天瑞企業 能源事業部 總經理 林進田