行動電源

**行動電源**（英語：Power bank，Mobile power pack）是一種可隨身攜帶、自身能儲備電能、主要為手持式行動裝置等消費電子產品（例如行動電話、筆記型電腦）充電的可攜式充電器，特別應用在沒有外部電源供應的場合。其主要組成部份包括：用作電能儲存的電池、穩定輸出電壓的電路（直流 - 直流轉換器）及充電器電路用作為內建電池充電，有極少數行動電源沒有充電電路，但現已近乎絕跡。

行動電源的出現源於智慧型手機的出現，功能較其之前的同類產品強大得多，使用者頻密使用令耗電量急增，特別是 iPhone 首創配上不可由使用者更換的內建電池設計，電池耗盡時不可即時更換另一充滿的電池，電池耗盡後要繼續使用隨身攜帶著的 iPhone，使用行動電源是至今唯一的方法。及後也常用作為其他手持式行動裝置在沒有外部電源供應的場合充電，但由於其輸出介面為通用性極高的 USB 介面，使其也被應用作為其他以 USB 介面作電源輸入端的裝置或裝置供電，例如 USB LED 燈、USB 電風扇等。

在中國大陸，很多酒店都有共享行動電源供住客移動出行時應急使用，可跨省份歸還，每次為手機充電前五分鐘免費。

## 工作原理與組成

### 原理

行動電源的原理簡單，在能找到外部電源供應的場合預先為內建的電池充電，即輸入電能，並以化學能形式預先儲存起來，當需要時，即由電池提供能量及產生電能，以電壓轉換器（直流 - 直流轉換器）達至所需電壓，由輸出端子（一般是 USB 介面）輸出供給所需裝置提供電源作充電或其他用途。

### 基本組成

行動電源有三個基本功能，包括能量儲存、充電及供電。隨不同設計、用途及操作便利的需要而加有其他功能，例如安全保護、電池狀態檢測及顯示等。

#### 儲能（電池）

為了在沒有外部電源的情況下為其他裝置供電，行動電源需要有電池作能量儲存。大部份的行動電源使用的電池為鋰離子電池（Li-ion）或鋰離子聚合物電池（Li-PO），有少部份的行動電源使用鎳氫電池（Ni-MH），早期也有些行動電源使用一次電池。

使用鎳氫或一次電池的行動電源均容許使用者自行更換電池，也有少部份使用鋰離子電池的行動電源容許使用者自行更換電池，這類行動電源所使用的電池多為常見及容量較大的 18650 鋰離子電池。讓用家可自行更換電池的好處是：

* 當電池電量用盡時，使用者可即時換上預先充滿的電池就可以繼續使用，無需等待電池充電
* 當電量需求不高時，使用者可視情況減少電芯數目，以減輕重量（只能使用一枚電芯的不在此述）
* 當電池老化、使用壽命將盡時，使用者可自行換上新的電芯，以降低成本

但由於必須使用標準尺寸的電池，可更換電池的行動電源的外觀設計有相當限制，例如不可造得較薄。

鋰離子電池（Li-ion）或鋰離子聚合物電池（Li-PO）是當中不論是以重量計或以體積計，能量密度都是最高的，也即最輕及最細。此外，鋰離子 / 離子聚合物電池在充電及放電過程中的效率也較高（浪費掉的能量 / 電較少）。但價格也是這些電池中最高，而且因為過充或過放也很容易使電池永久損壞，所以需要有較精密的電子線路控制充放電。由於鋰離子 / 離子聚合物電池會在高溫下會自燃，安全及穩定性成了極重要的要求，需要有可靠的安全保護電路防止任何導致超溫的情況出現。

鋰離子聚合物電池則沒有硬的外殼，所以重量上鋰離子聚合物電池會略微輕些，而且由於沒有硬殼，便於製成特定尺寸以配合外觀，但鋰離子聚合物電池在充滿電後體積會略為膨脹變大，需要在設計時預留空間，免得電池內壓力過大而做成危險。

鎳氫電池效率較低，而且也較重，但新的低自放電（低漏電）鎳氫電池的自放電比鋰離子電池還低，而且在寒冷環境的效能也比鋰離子或鋰離子聚合物電池佳。

#### 充電及供電

而放電時，由於絕大部份的手持式行動裝置等消費電子產品都接受 USB 介面標準的電源供電，所以行動電源的輸出端大多跟從 USB 介面的機械及電器特性要求，結果輸出電壓基本都上是 5V，有些行動電源設計成為筆記型電腦充電，筆記型電腦有要求非 5V 電源，所以有少數行動電源輸出電壓並非 5V。由於高通快充的普及，市面上也出現支援快充的行動電源。
由於電池電壓與輸出電壓有差距，所以必須使用直流電壓轉換電路將電壓轉換致所需電壓，要求由於考慮電池的耐用性（續航力），對直流電壓轉換電路的效率有一定要求。

現在的電池充電積體電路多含有多樣功能，包括電池過高溫及過低溫的檢測作出溫度保護的功能（包括過高及過低），並基於電池溫度控制及調整充電過程；調整充電速率所需的電壓轉換，這轉換理論上可以線性電路方式對電池充電，但這樣會浪費能量，所以行動電源可算是全都採用開關式電源方式作充電時的電壓轉換，有些積體電路甚至兼備充電及放電所需的電壓轉換功能，充電器也負責。充電器也負責在電池充滿時停止充電。
由於手持式行動裝置等消費電子產品多使用 USB micro B 插座作充電介面，基於相容性考慮，行動電源也多使用 USB micro B 插座作電壓輸入。

#### 其他功能組件

##### 顯示器

大部份的行動電源只有簡單的顯示功能作顯示最基本的資訊，這類產品多以一兩枚單色或多色的 LED 作顯示操作狀態，有些會用數枚 LED 顯示內部電池電量。有些行動電源能顯示較多和複雜的資訊，例如：

* 操作模式
* 內部電池資訊
  * 電源電壓
  * 剩餘電量， 餘下電量百分比（%）、安培小時（Ah）
* 輸出端資訊
  * 輸出電壓（V）
  * 輸出電流 (mA/A)
  * 已輸出電量 （mAh/Ah）

##### 快充

若支援快充，基本上微處理器或專用晶片是必需的。

##### 電池安全保護

鋰離子電池或鋰離子聚合物電池容易因處易不當而永久損壞或起火，所以若使用鋰離子電池或鋰離子聚合物電池，那就必需有專用的保護電路以防止損壞或危險。所需要的保護必需包括：

* 過壓保護：不論充滿與否，若因充電導致壓過高而超過預設值時停止充電這個也常稱作過度充電保護，但技術上，即使未充滿也可有過壓發生。
* 過度放電保護：當過度放電，電池電壓等於或低於設定值時停止放電。
* 過流／短路保護：在電流過大或發生短路時停止放電（關斷輸出）。
* 過溫保護：在電池溫度高於或低於設定值時降低充電速度或停止充放電（也可兩者兼有）。

保護被觸發後，通常在情況恢復正常後會自動解除，但過度放電保護需要手動按鍵或充電啟用才能解除。

大部份鋰離子電池整合了大部份保護功能在單一模組內，稱為保護電路模組（Protection Circuit Module，PCM），並靠近電池，這類保護電路模組提供的保護包括：過壓保護、過度放電保護、過流 / 短路保護，除此之外會有溫度感測用的傳感器，這傳感器多為 NTC 熱敏電阻，但保護電路模組不會有過溫保護功能，過溫保護功能是由充電電路或處理器配合保護電路模組上的溫度傳感器達成。

## 效能 / 規格

* 電池容量 — 以 mAh 或 Ah（安培小時）為單位，一般上，不可自行更換電池的行動電源多會標示其電池容量。
* 輸出規格 — 指插座數量、插座現格、輸出電壓、輸出電流、及是否支援快充（例如高通快充、USB Power Delivery）等。輸出端插座通常使用 USB-A，但有部分使用 USB-C；而輸入端則通常使用 Micro USB 和 USB-C，但也有部分使用 Mini USB 或是 Lightning。
* 能量轉換效率 — 電池在充電或放電時本身有能量損耗，而提升電壓的直流電壓轉換電路也有能量損耗，轉換效率會視乎工作環境（溫度、電壓差、輸出電池… 等）而改變，業界標準約為 80% 至 90%，以現有科技，高於 90% 是不可能的。

## 附帶功能

儲備電能並為其他電子裝置提供電源，這是所有行動電源都有的功能，但有些其他功能不是所有行動電源都有：

* 照明：部份行動電源加設有 LED 作照明用。
* 最大功率點追蹤（MPPT）：當以太陽能作電源為行動電源充電時，充電電路的阻抗必須等同太陽能板的「特徵阻抗」才能在太陽能板取得最大的能量，達至此狀態的功能就是最大功率點追蹤，部份使用太陽能充電的行動電源設有此功能。
* 無線充電 ：有些行動電源能以無線充電作輸入／輸出方式，可支援以無線充電方式為自身或為電子裝置充電。
* 充電及放電同時進行：同時為內部電池充電及為其他電子裝置供電，如此，當電池用盡後就不須等待電池充滿後才能為其他電子裝置充電。

## 圖集

* * * * * *

## 參考資料

## 相關條目

* USB Power Delivery
* 高通快充
* 鋰離子電池
* 鋰離子聚合物電池
* 鎳氫電池
* 低自放電鎳氫電池
* 直流 - 直流轉換器
* 無線充電
* 共享行動電源