Ein sehr häufiger Fehler bei Benutzern, die wissen möchten, wie oft sie ihr Mobiltelefon mit einem externen Akku aufladen können, besteht darin, die Kapazität des Akkus selbst durch die Kapazität des Geräts zu teilen:
Anzahl der Ladevorgänge = Externe Batteriekapazität (mAh) / Gerätekapazität (mAh)
Zum Beispiel, wenn wir eine Power Bank mit einer Kapazität von 10400 mAh und ein Mobiltelefon mit einem 2600 mAh Akku haben. Wie oft könnten Sie Ihr Handy mit dieser Powerbank aufladen?
Wenn wir die vorherige Formel anwenden, erhalten wir 4 volle Gebühren:
Anzahl der Ladungen = 10400 mAh / 2600 mAh = 4
FEHLER!
Diese Berechnung wäre nicht korrekt, da davon ausgegangen wird, dass die vom Hersteller angegebene Kapazität die der Power Bank selbst ist , obwohl sie tatsächlich die Kapazität der in der Power Bank gespeicherten internen Batterie darstellt.
Um die Anzahl der Ladevorgänge zu ermitteln, müssen Sie die tatsächliche Kapazität eines externen Akkus berücksichtigen:
Anzahl der Ladevorgänge = Tatsächliche externe Batteriekapazität (mAh) / Gerätekapazität (mAh)
Dies ist das Hauptproblem, das viele Amazon-Benutzer beim Kauf eines externen Akkus feststellen, ohne die tatsächlich verfügbare Kapazität zu berücksichtigen.
Als Nächstes erklären wir, wie die tatsächliche Kapazität eines externen Akkus und die Anzahl der möglichen Ladevorgänge auf unserem Mobiltelefon berechnet werden.
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Komponenten einer Power Bank
Zunächst sollten Sie die 2 Grundelemente kennen, aus denen eine externe Power Bank-Batterie besteht:
- Eine Lithiumbatterie : besteht aus einer oder mehreren parallel geschalteten Zellen.
- Eine elektronische Schaltung : Battery Management System (BMS), das den Lade- und Entladevorgang der Batteriezellen verwaltet.
Die tatsächliche Kapazität der Power Bank hängt von der Qualität der bei ihrer Herstellung verwendeten Komponenten und der Effizienz der Schaltung ab, die die Spannungsumwandlung durchführt.
Batterie
Eine Energiebank kann eine Batterie aufweisen, die aus einer oder mehreren Lithiumionenzellen (Typ 18650) oder einem Lithiumpolymer hoher Dichte besteht.
Die neuen Generationen von Powerbanks verwenden jedoch Lithium-Polymer-Zellen, was zu einem kompakteren und leichteren Produkt führt.
Jede verwendete Zelle hat eine Nennspannung von 3,7 V (es gibt auch 3,6, 3,8 oder 3,85 V) mit einer Kapazität, die von 1500 mAh bis 3600 mAh variiert.
Wenn die Batterie unserer Power Bank aus mehreren parallel geschalteten Zellen besteht, entspricht die Batteriespannung der Nennspannung der Zellen, und die Gesamtkapazität ist die Summe der Kapazität jeder Zelle.
Wenn wir zum Beispiel eine Power Bank mit 18650 Zellen von 3350 mAh bei 3,7 V bauen, wären die Gesamtkapazität und die Batteriespannung der Power Bank:
- Wenn die Power Bank 1 Zelle hat: 3350 mAh / 3,7V
- Wenn die Power Bank 2 Zellen hat: 6700 mAh / 3,7 V (2 x 3350 mAh)
- Wenn die Power Bank 3 Zellen hat: 10050 mAh / 3,7 V (3 x 3350 mAh)
- Wenn die Power Bank 6 Zellen hat: 20100 mAh / 3,7 V (6 x 3350 mAh)
Elektronische Schaltung
Der USB-Anschluss der Power Bank, über den unsere Geräte aufgeladen werden, arbeitet mit einer Spannung von 5 V, aber wir erinnern uns, dass die Batterie der Power Bank eine Spannung von 3,7 V hat.
Der interne Stromkreis der Power Bank ist dafür verantwortlich, die Batteriespannung von 3,7 V auf 5 V zu erhöhen, die für den USB-Anschluss erforderlich sind.
Darüber hinaus erfüllt dieser Stromkreis andere Funktionen wie Überspannungsschutz, Kurzschlüsse, Überlast, Temperaturregelung …
Es ist auch dafür verantwortlich, die Ladung jeder Zelle zu überwachen, die LED-Anzeigen zu steuern oder den Ladezustand der Batterie auf einem LED-Bildschirm anzuzeigen …
Alle diese Funktionen, die vom internen Schaltkreis ausgeführt werden, verursachen Energiekosten , die sich auf die verbleibende Kapazität auswirken, die die Power Bank zum Aufladen der Geräte benötigt.
Diese „Energiekosten“ hängen von der Effizienz der Schaltung selbst ab. Je nach Design und Qualität der bei ihrer Herstellung verwendeten Komponenten verbrauchen einige Powerbanks mehr Energie und andere weniger.
Aus diesem Grund empfehlen wir nicht, supergünstige externe Batterien von unbekannten Marken zu kaufen, die sicherlich Lithiumbatterien von geringer Qualität und ineffiziente und unsichere Schaltkreise verwenden.
Im Allgemeinen haben die externen Batterien auf dem Markt einen internen Schaltkreis mit einer Energieeffizienz von 85%, aber einige Marken wie Xiaomi oder Anker haben ihre Modelle mit einem Wirkungsgrad von mehr als 90%.
Es sollte klar sein, dass dieser Wirkungsgrad niemals 100% betragen wird . Es ist physikalisch unmöglich, die gesamte Energie von einem Gerät auf ein anderes zu übertragen, ohne dass dabei Energie verloren geht.
So berechnen Sie die tatsächliche Kapazität einer externen Batterie
Sobald wir die Hauptkomponenten einer Power Bank kennen und wissen, dass sie je nach Qualität eine bessere oder schlechtere Leistung aufweist, werden wir zwei ungefähre Methoden zur Berechnung der tatsächlichen Kapazität einer externen Batterie (und damit der Anzahl der Ladevorgänge) sehen.
Methode 1: Gesamtleistung
Eine schnelle und einfache Möglichkeit, ohne viele Berechnungen die tatsächliche Kapazität einer Power Bank abzuschätzen, besteht darin, ihre Gesamtleistung zu berücksichtigen, d. H.
- Nach mehreren Analysen stellen wir fest, dass die meisten externen Batterien auf dem Markt 60-70% ihrer Kapazität übertragen können.
- Wenn wir davon ausgehen, dass unsere Power Bank eine schlechte Leistung aufweist (obwohl wir später überprüfen, ob sie besser ist), stellen wir eine Mindestanzahl voller Ladevorgänge auf unserem Gerät sicher .
(1) Tatsächliche Kapazität = Power Bank-Kapazität (mAh) x Leistung
Anzahl der Ladevorgänge
Mit Methode 1 würde die Formel zur Berechnung der Anzahl der Ladevorgänge lauten:
Anzahl der Ladevorgänge = Externe Batteriekapazität (mAh) x Leistung / Gerätekapazität (mAh)
Wenn wir in unserem Beispiel davon ausgehen, dass der externe Akku mit 10.400 mAh eine schlechte Leistung von etwa 60% aufweist, erhalten wir die minimale Anzahl möglicher Ladevorgänge auf unserem 2600-mAh-Mobiltelefon:
Anzahl der Ladungen = 10400 mAh x 0,60 / 2600 mAh = 2,4 Ladungen
Wie wir sehen können, ist dieses Ergebnis näher an der Realität und wir stellen sicher, dass wir unser Handy mindestens 2 Mal und nicht 4 Mal aufladen, wie Sie vielleicht denken!
Methode 2: Spannungsumwandlung und Energieeffizienz
Die zweite Methode ist genauer und eine Reihe von Korrekturkoeffizienten werden berücksichtigt, um die tatsächliche Kapazität einer externen Batterie zu erhalten.
Wir werden jeden Schritt nach und nach erklären, damit Sie die Vorgehensweise dieser Methode verstehen:
Kapazität einer Power Bank
Lassen Sie uns zunächst das Konzept zwischen Kapazität und Energie klären:
- Amperestunden (Ah) ist ein Maß für die elektrische Ladung, die die Kapazität einer Batterie. Typischerweise wird es in Milliampere-Stunden (mAh) gemessen.
- Wattstunden (Wh) es ist ein Maß für elektrische Energie. Es wird berechnet als Wh = Ah x V.
Wenn wir in unserem Beispiel eine Power Bank mit einer Kapazität von 10400 mAh verwenden, bedeutet dies, dass sie aus 4 18650 Lithium-Ionen-Zellen mit 2600 mAh besteht, die bei einer Spannung von 3,7 V parallel geschaltet sind.
Dann ist die Gesamtenergie dass diese Power Bank liefern kann wäre:
Gesamtenergie = 10400 mAh x 3,7 V = 38480 mWh
Spannungsumwandlung
Wie bereits erwähnt, arbeitet der USB-Anschluss der externen Batterien mit einer Spannung von 5 V. Dann sollte der interne Stromkreis die Spannung von 3,7 V auf 5 V erhöhen.
Nach dieser Umwandlung wird die am Ausgang verfügbare elektrische Ladung reduziert:
38480 mWh / 5 V = 7696 mAh
Energieeffizienz der Schaltung
Andererseits muss dies berücksichtigt werden Der interne Stromkreis der Power Bank verbraucht während des Spannungsumwandlungsprozesses Energie. Es ist kein idealer Prozess, es wird immer Verluste geben.
Unter der Annahme, dass wir eine Power Bank von guter Qualität verwenden und ihr interner Schaltkreis einen Umwandlungswirkungsgrad von 90% hat, wäre die verfügbare Kapazität am Ausgang:
Tatsächliche Kapazität = 7696 mAh x 0,90 = 6926 mAh
Das heißt, Diese 10400 mAh Power Bank liefert einen 6926 mAh AusgangDies ist die tatsächliche Kapazität, die wir zum Aufladen unseres Mobiltelefons benötigen.
Anzahl der Ladevorgänge
Daher können wir unser 2600-mAh-Mobiltelefon mit dieser externen Batterie so oft aufladen:
Anzahl der Ladungen = 6926 mAh / 2600 mAh = 2,66-fach
Wir erinnern daran, dass all diese Vorgänge unter bestimmten idealen Bedingungen durchgeführt werden, dh es wird davon ausgegangen, dass eine neue Energiebank verwendet wird und die Batterie in gutem Zustand ist.
Des Weiteren, Das Mobiltelefon sollte während des Ladevorgangs nicht verwendet werden, da es mehr Energie verbraucht: Anwendungen im Hintergrund geöffnet, WIFI, Bildschirmhelligkeit … wodurch die Kapazität des externen Akkus für das nächste Aufladen verringert wird.
Zusammenfassung
In Methode 2 haben wir gesehen, dass wir die folgenden Korrekturkoeffizienten berücksichtigen, um die Leistung der externen Batterie abzuschätzen:
1) Spannungskorrekturkoeffizient:
Es ist ein Spiegelbild der Spannungsumwandlung, die von der internen Schaltung der Leistungsbank ausgeführt wird. Lithiumbatterien haben eine Nennspannung von 3,7 V, aber die Power Bank liefert 5 V am USB-Ausgang.
Daher ist der erste Koeffizient:
3,7 V / 5 V = 0,74
2) Energieeffizienzkoeffizient:
Der zweite Koeffizient hängt von der Energieeffizienz der Leistungsbankschaltung ab, wenn die Spannung von 3,7 V auf 5 V erhöht wird.
Abhängig von der Qualität der Schaltung wird geschätzt, dass die Leistung zwischen a liegt 85-90%.
Natürlich ist diese Leistung mit der völlig neuen Batterie. Mit der Zeit nimmt der Zustand der Batterie ab und es sollte ein weiterer Korrekturkoeffizient von weniger als 1 angewendet werden (neuer Zustand).
3) Tatsächliche Kapazität
Wenn wir beide Koeffizienten mit der Kapazität der externen Batterie multiplizieren, erhalten wir ihre tatsächliche Kapazität:
(2) Tatsächliche Kapazität = Power Bank-Kapazität (mAh) x (3,7 V / 5 V) x Wirkungsgrad
Nachdem wir die tatsächliche Kapazität des externen Akkus geschätzt haben, haben wir bereits die ungefähre Formel, um die Anzahl der Ladungen zu ermitteln, die wir in unserem Gerät erhalten:
Anzahl der Ladevorgänge = Power Bank-Kapazität (mAh) x (3,7 / 5) x Wirkungsgrad / Gerätekapazität (mAh)
Beispiel für die tatsächliche Kapazität der Anker Astro Mini Power Bank
Wir werden nun ein Beispiel für die tatsächliche Kapazität sehen, die der externe Akku des Anker Astro Mini ungefähr wissen muss, wie viele Ladungen wir auf unserem Handy hätten, wenn wir ihn gekauft hätten.
Diese Power Bank verfügt über einen 18650 Lithium-Ionen-Akku mit 3200 mAh / 3,7 V und im folgenden Bild gibt der Hersteller an, wie oft die folgenden Geräte aufgeladen werden können:
Wir werden die tatsächliche Kapazität dieser externen Batterie mit den beiden vorherigen Methoden schätzen:
Methode 1
Mit der ersten Methode schätzen wir, dass dieses Anker-Modell ungefähr 70% seiner Kapazität übertragen kann :
Tatsächliche Kapazität = 3200 mAh x 0,70 = 2240 mAh
Methode 2
Anker ist eine hochwertige Marke, die garantiert, dass ihre externen Batterien zu 92% energieeffizient sind :
Tatsächliche Kapazität = 3200 mAh x (3,7 V / 5 V) x 0,92 = 2178,56 mAh
Wenn wir die Kapazität der Geräte im Bild kennen und davon ausgehen, dass der Batteriestatus neu ist, können wir die ungefähre Anzahl der Ladungen berechnen, die jedes Gerät mit der externen Anker-Batterie haben würde, indem wir beide Methoden vergleichen:
| Gerät | Kapazität | Lädt M1 | Lädt M2 |
| Galaxy Note 3 | 3200 mAh | 0,70 | 0,68 |
| Ipad Mini | 4490 mAh | 0,5 | 0,48 |
| HTC One M8 | 2300 mAh | 1 | 0,95 |
| Galaxy S5 | 2800 mAh | 0,8 | 0,78 |
| Nexus 5 | 2300 mAh | 0,95 | 0,95 |
| iPhone 5s | 1510 mAh | 1.5 | 1.44 |
Obwohl uns der Hersteller Anker in diesem Fall bereits im Bild vor der Anzahl der für jedes Gerät verfügbaren Gebühren warnt, ist mit dem Samsung Galaxy S5 ein klares Beispiel dafür zu sehen, worüber wir gesprochen haben :
Wenn wir nicht berücksichtigt hätten, dass die Kapazität des Anker Astro Mini geringer ist, könnten wir denken, dass wir mit dieser Powerbank eine volle Ladung des Samsung S5 und sogar ein bisschen mehr haben würden … wenn es nicht stimmt, werden wir nur 80% mehr Akku haben !
So messen Sie praktisch die aktuelle Kapazität Ihres externen Akkus
Eine Möglichkeit, die von einem externen Akku bereitgestellte Kapazität experimentell zu messen, ist die Verwendung eines USB-Multimeters .
Dieses Lesegerät kann die Spannung und den Strom messen, die von der externen Batterie an das Gerät geliefert werden, das aufgeladen wird.
Grundsätzlich werden wir zur Berechnung der Kapazität die durchschnittliche Stromstärke (mA) und die Ladezeit in Stunden messen.
Die Schritte zum Messen der Kapazität Ihres externen Akkus sind:
Datenmessung
- Entladen Sie den externen Akku vollständig.
- Schließen Sie das Multimeter an ein mobiles Ladegerät und das Ladegerät an die Steckdose an.
- Jetzt laden wir den externen Akku auf: Verbinden Sie dazu das Multimeter mit dem externen Akku über das USB-Micro-USB-Kabel. Sobald der Ladevorgang beginnt, notieren Sie den auf dem Multimeter-Display angezeigten mA-Wert und starten Sie den Chronometer.
- Wenn der Akku aufgeladen werden soll, notieren Sie sich den auf dem Display angezeigten mA, da am Ende der Strom nicht fließt und 0 mA angezeigt werden . Stoppen Sie die Uhr und notieren Sie die verstrichene Zeit für eine vollständige Aufladung.
Berechnung der Batteriekapazität
Mit den gesammelten Daten können Sie eine ungefähre Berechnung der aktuellen Kapazität Ihres Akkus vornehmen .
Dazu müssen Sie den zu Beginn und am Ende des Ladevorgangs aufgezeichneten Durchschnitt des mA mit der Ladezeit multiplizieren, dh:
Kapazität (mAh) = Durchschnittliche Sendestromintensität (mA) x verstrichene Ladezeit (h)
Im folgenden Video sehen Sie, wie die Kapazität eines externen 2600-mAh-Akkus auf diese Weise überprüft wird:
Ergebnisse
Die erhaltenen Ergebnisse sind die folgenden:
- Externe Batterie entladen: 0,7 A (700 mAh)
- Externe Batterie geladen: 0,34 A = 340 mA
- Ladezeit: 3h 53 min 5sec = 3,88 h
- Durchschnittliche Stromstärke = (700 + 340) / 2 = 520 mA
Daher wäre die Kapazität dieser externen 2600-mAh-Batterie:
520 mA x 3,88 h = 2017,6 mAh
Beachten Sie, dass die erhaltene Kapazität vom guten Zustand des Akkus abhängt und dass es sich um eine Annäherung handelt, dh:
Es wird ein lineares Lastprofil angenommen, bei dem die Stromstärke linear mit der Zeit abnimmt und nur die Anfangs- und Endpunkte des zugeführten Stroms genommen werden (für eine genauere Berechnung könnten mehr Werte von der Anzeige genommen worden sein).