На одном пауэрбанке 20 000 мА·ч могут относиться к внутренним аккумуляторам при 3,7 В, а 12 000 мА·ч к выходу при 5 В. Это 74 и 60 Вт·ч. Для оценки числа зарядок нужна энергия, которая дойдёт до батареи телефона. При разных напряжениях одних миллиампер-часов для сравнения мало.
Вы сможете прочитать обе ёмкости на своём устройстве, оценить число полных зарядок и не вычесть одни потери дважды. Для этого проследим путь энергии от ячеек пауэрбанка через USB до батареи телефона, а затем проверим отдельный случай с питанием USB-лампы.
В статье вы узнаете:
Возьмём реальный паспорт Xiaomi Mi 50W Power Bank 20000, модель PB200SZM. Для его батареи указаны 20 000 мА·ч, номинальное напряжение 3,7 В и энергия 74 Вт·ч. Отдельная строка Rated capacity сообщает 12 000 мА·ч при 5 В и общей выходной нагрузке 4 А.
Переведём обе ёмкости в одну понятную величину, энергию. Миллиампер-часы сначала делим на 1000, чтобы получить ампер-часы. Для ячеек получается 20 А·ч × 3,7 В = 74 Вт·ч. На выходе получается 12 А·ч × 5 В = 60 Вт·ч. Ватт-часы позволяют сравнить запасы при разных напряжениях.
Теперь добавим учебный телефон: его батарея имеет ёмкость 5000 мА·ч при номинальном напряжении 3,85 В. Это условные параметры, а не паспорт определённой модели. Снова делим миллиампер-часы на 1000 и умножаем на напряжение: 5 А·ч × 3,85 В = 19,25 Вт·ч. Столько составляет её номинальный запас энергии.
Для расчёта примем, что на USB доступны все 60 Вт·ч из паспортной строки. Это условие нашего сценария: реальная отдача с конкретным телефоном и режимом может отличаться. Если бы вся эта энергия без дальнейших потерь оказалась в батарее телефона, хватило бы на 60 ÷ 19,25 ≈ 3,12 её номинального запаса.
Но путь от USB до батареи тоже расходует энергию. Зададим для примера, что до батареи доходит 90% энергии с выхода, а отдельный расход работающего телефона пока не учитываем. Это выбранное условие, не обычный КПД любого смартфона. В батарее окажутся 60 × 0,90 = 54 Вт·ч, а отношение 54 ÷ 19,25 даст около 2,81 полного заряда по энергии.
Деление 20 000 на 5000 обещало бы четыре зарядки. Оно пропустило разницу напряжений и весь путь энергии до телефона. Наш расчёт дал эквивалент примерно 2,8 полных зарядов. Он не обещает две зарядки и ровно 81% на экране при третьем подключении: показания телефона не являются точным счётчиком ватт-часов.
Ампер-часы измеряют электрический заряд. Ватт-часы измеряют энергию. Чтобы приблизительно перейти от первого ко второму, заряд умножают на номинальное напряжение батареи. Чем оно выше, тем больше энергии приходится на то же число ампер-часов. Поэтому два одинаковых числа мА·ч ещё не означают одинакового запаса энергии.
Внутри пауэрбанка работают ячейки со своим напряжением. На USB нужен другой режим питания, и электроника преобразует напряжение. Этот переход нельзя представить как пересыпание неизменных «миллиампер-часов» из одной коробки в другую. Для сравнения нужно удерживать общую меру, ватт-часы.
Посмотрим, что произошло бы с нашими 74 Вт·ч в идеальном устройстве без потерь. При напряжении 5 В эта энергия соответствовала бы 74 ÷ 5 = 14,8 А·ч, то есть 14 800 мА·ч. Исходные 20 000 мА·ч уменьшились, хотя все 74 Вт·ч сохранились. Само изменение числа мА·ч при другом напряжении ещё не является потерей энергии.
Паспортная выходная ёмкость нашего примера ниже и этой идеальной величины: 12 000 мА·ч вместо 14 800. Она описывает уже доступную отдачу в указанном производителем режиме. Отношение выходных 60 Вт·ч к номинальным 74 Вт·ч составляет около 81%. Это сравнение двух паспортных энергий, а не независимое измерение КПД одной платы.
Нельзя объявлять, что ровно оставшиеся 19% превратились в тепло в одном преобразователе. На разницу влияют и границы сравнения: номинальный запас ячеек, доступный разряд до отключения и условия определения выходной ёмкости. А деление 12 000 на 20 000 вообще сравнивает заряды при разных напряжениях. Полученные 60% не означают, что пауэрбанк сохранил только 60% исходной энергии.
Если у двух батарей одинаковое номинальное напряжение, отношение их ампер-часов может дать идеальное отношение запасов. Проблема не в самом делении, а в пропущенных условиях. Для настоящей зарядки всё равно нужно учесть, какая часть энергии доступна и что происходит по пути к батарее телефона.
У расчёта есть три места, в которых можно считать энергию: внутри ячеек пауэрбанка, на его выходе USB и в батарее телефона. Число из одного места нельзя переносить в другое без объяснения. Полезно подписать их на бумаге: «ячейки», «USB», «батарея телефона».
Если начинаете с номинальных 74 Вт·ч ячеек, ещё нужно оценить, сколько устройство отдаст на выход. Для этого подойдёт паспортная выходная ёмкость с её условиями или данные измерения. Если начинаете сразу с паспортных 60 Вт·ч на USB, путь от ячеек до выхода в этом числе уже учтён.
Поэтому неверно взять 60 Вт·ч и ещё раз уменьшить их «на потери самого пауэрбанка», используя отношение 60 к 74. Так один и тот же участок пути уменьшит результат дважды. От выходной энергии остаётся оценить только то, что происходит после выбранной границы USB.
В нашем примере заданные 90% относятся именно к этому оставшемуся пути до батареи телефона. Они не относятся ещё раз к преобразователю внутри пауэрбанка. Если вместо выходного числа вы используете общий коэффициент сразу от ячеек до батареи телефона, применяйте его к энергии ячеек. Смешивать эти два начала расчёта нельзя.
Есть и отдельный потребитель: работающий телефон. Экран, связь и приложения могут расходовать получаемую энергию, пока заряд батареи растёт. Поэтому недостаточно сказать «всё, что вышло из USB, добавилось в аккумулятор». В первом расчёте этот расход исключён условием. При активном использовании он уменьшит часть энергии, которая останется в батарее.
Сначала найдите ёмкость ячеек и относящееся к ней номинальное напряжение. Если рядом уже указаны ватт-часы, используйте эту энергию и проверьте, что строка относится ко всему пауэрбанку. Число 20 000 мА·ч без напряжения не даёт полного набора данных для сравнения с другим устройством.
Затем ищите отдельную выходную ёмкость, например строку Rated capacity. Выпишите её вместе с напряжением и условием нагрузки. Надпись Output 5 V / 3 A сама по себе сообщает режим выхода, но не ёмкость: в ней есть амперы, а часов нет. Из неё нельзя узнать, сколько энергии устройство отдаст за весь разряд.
У паспортного примера указаны 12 000 мА·ч при 5 В и общей нагрузке 4 А. Это условие расчёта выходной ёмкости, а не инструкция подключить нагрузку 4 А к одному разъёму. Для отдельных портов и их сочетаний ограничения могут быть другими. Для оценки запаса переписывайте ёмкость вместе с её режимом, не отрывая удобное число от мелкого текста рядом.
Дальше найдите номинальную энергию батареи телефона. Если доступны только мА·ч, понадобятся и относящиеся к ним вольты из характеристик батареи. Напряжение на USB-выходе зарядного устройства сюда не подходит: это другой участок цепи. Если энергия сразу дана в Вт·ч, повторно умножать её на напряжение не нужно.
После перевода величин в ватт-часы выбирайте начало расчёта. Есть выходная ёмкость пауэрбанка? Начинайте с энергии USB и учитывайте только дальнейший путь. Известен лишь номинальный запас ячеек? Значит, выходную энергию ещё предстоит оценить. Число 60% или 80%, найденное для другого устройства, не заменяет отсутствующие данные вашего пауэрбанка.
Для грубой верхней оценки можно разделить номинальную энергию ячеек на номинальную энергию телефона и прямо назвать условие: всё передано без потерь. Такой результат покажет идеальное соотношение запасов, а не обещанное число зарядок. Если для поездки важно уверенно получить несколько полных зарядов, одной этой оценки недостаточно.
Результат около 2,8 означает сравнение количества энергии с номинальным запасом батареи. В бытовом смысле это ориентир по числу полных зарядок, но не точный график индикатора от 0 до 100%. Телефон управляет доступным диапазоном заряда, а номинальная характеристика не описывает каждую отметку на экране.
Уставшая батарея и новый аккумулятор с одинаковой исходной маркировкой могут принимать разное количество энергии. Во время зарядки один телефон лежит с выключенным экраном, другой показывает видео. Различаются и режимы питания. Поэтому для своей пары полезно проверить результат в тех условиях, в которых собираетесь ею пользоваться, и записать начальный и конечный заряд телефона, режим использования и число подключений.
Если есть USB-измеритель энергии, смотрите, на какой стороне он установлен. Ватт-часы, прошедшие от пауэрбанка к телефону, характеризуют отдачу в месте измерения. Ватт-часы, полученные самим пауэрбанком при зарядке из розетки, характеризуют вход. Второе число не показывает напрямую, сколько устройство потом отдаст: между этими действиями есть зарядка, хранение и разряд.
Даже измеренные на выходе 60 Вт·ч не означают, что батарея телефона накопила все 60. После измерителя энергия ещё проходит свой путь, часть расходуется на работу устройства. Для сравнения нескольких опытов сохраняйте одинаковые условия и не переносите результат одного режима на все остальные.
И отдельно от ёмкости смотрите на мощность. Крупная надпись 50 Вт или 100 Вт не говорит, сколько полных батарей можно зарядить. Она относится к скорости передачи энергии в поддерживаемом режиме. Если эти единицы путаются, различие подробнее разобрано в статье об энергии и мощности.
У лампы другая задача: запас не переносится в следующую батарею, а расходуется во время работы. Здесь удобнее оценивать часы по средней мощности. Возьмём отдельную условную модель пауэрбанка на 20 А·ч при 3,7 В и нагрузку 10 Вт. Это не прогноз для модели из первого примера.
Откройте калькулятор времени работы аккумулятора и в поле «Что найти» выберите «Время работы». Введите ёмкость 20 А·ч, напряжение 3,7 В и среднюю мощность нагрузки 10 Вт. Не вводите 20 000 в поле ампер-часов: это было число миллиампер-часов. Напряжение 3,7 В берём из той же паспортной пары, что и ёмкость 20 А·ч, а не из строки выхода USB.
Для этой модели зададим допустимый разряд 100% и КПД системы 80%. Первое означает, что в расчёт включён весь заданный номинальный запас. Второе означает, что до нагрузки дойдёт выбранная доля энергии. Эти проценты служат условиями учебного расчёта. Они не являются измерением реального пауэрбанка и не предлагают разряжать его ячейки ниже границы отключения защиты.
Калькулятор покажет 74 Вт·ч номинальной энергии и 59,2 Вт·ч, доступных нагрузке. Деление 59,2 на 10 даёт 5,92 часа, то есть примерно 5 часов 55 минут. Если средняя нагрузка вырастет до 20 Вт, при тех же принятых условиях времени будет вдвое меньше. Это отдельный сценарий с заданными 80%, а не уточнение паспортных 60 Вт·ч из начала статьи.
Число зарядок телефона этот калькулятор не определяет. Для телефона мы делили энергию, дошедшую до его батареи, на запас этой батареи. Для лампы делим доступную энергию на мощность. В обоих случаях сначала нужно понять, где именно находится исходный запас и какие потери в нём уже учтены.
Напишите своё мнение, комментарий или предложение.