Capacidade real de um Power bank

Você sabe quantas vezes pode recarregar seu celular com um power bank de 10000mAh ou 20000mAh?

Um erro muito comum entre aqueles de nós que querem saber o número de recargas que podemos obter em nossos dispositivos com um power bank é dividir as capacidades de ambos os dispositivos, ou seja:

Número de Recargas = Capacidade do Power Bank (mAh) / Capacidade do Smartphone (mAh)

Por exemplo, se você tem um smartphone com capacidade de bateria de 2500mAh e deseja comprar um power bank de 10000mAh, quantas recargas você poderia obter?

Se aplicarmos a fórmula acima, obtemos 4 recargas completas:

Número de Recargas = 10000mAh / 2500mAh = 4 recargas

ISSO É UM GRANDE ERRO!!

Sentimos dizer que esse cálculo estaria incorreto porque os 10000mAh do power bank referem-se à capacidade de sua bateria interna.

Um resultado mais próximo da realidade seria usar a capacidade real disponível na saída USB do power bank:

Número de Recargas = Capacidade Real do Power Bank / Capacidade do Smartphone

Se assumirmos que a capacidade real é de 6000mAh, teríamos energia suficiente para 2 recargas completas de nosso smartphone:

Número de Recargas = 6000mAh / 2400mAh = 2,5 recargas

Embora essa segunda fórmula ainda seja tecnicamente incorreta (as capacidades dividem-se em diferentes tensões), queríamos fazer você ver de maneira simples que o número de recargas é muito menor do que o esperado, apesar do fato de o power bank ser anunciado com uma capacidade de 10000mAh.

E este é o principal problema que muitos usuários da Amazon encontram ao comprar um power bank:

No artigo a seguir, explicaremos em detalhes como calcular a capacidade real e o número de recargas de um power bank em qualquer dispositivo e para diferentes tensões de carregamento.

Embora o conteúdo deste artigo possa ser um pouco técnico e cansativo de ler, procuramos torná-lo o mais fácil de entender possível para qualquer pessoa sem experiência anterior.

Depois de ler este artigo, você se tornará um especialista em power bank!

Componentes de um Power Bank

Antes de mais nada, você deve se familiarizar com os 2 elementos básicos que compõem um Power bank:

1. Uma bateria recarregável com capacidade (mAh) e voltagem nominal (V) específicas.
2. Um circuito eletrônico que controla o processo de carga e descarga da bateria recarregável, bem como realiza outras funções importantes, como proteção contra sobretensão, descarga excessiva, controle de temperatura, entre outros.

Como veremos a seguir, a capacidade de saída real de um power bank dependerá da qualidade desses componentes.

Capacidade da bateria e classificação de voltagem

A bateria de um power bank é composta por células de íon de lítio (Li-Ion) ou polímero de lítio (LiPo).

Geralmente, são usadas células com uma voltagem nominal de 3,7 volts (V) e uma capacidade que varia de 1500 a 5000 miliampere-horas (mAh). No entanto, também existem células com outras voltagens disponíveis no mercado, como 3,6V, 3,8V ou 3,85V.

Além disso, a bateria pode ser composta por uma única célula ou várias células conectadas entre si:

Portanto, a partir de agora, sempre que você vir a capacidade de um power bank anunciada, lembre-se de que ela se refere à capacidade de sua bateria interna!

Tensão da Porta de Saída USB

Já vimos que um power bank é composto por uma bateria interna com uma capacidade (mAh) e voltagem nominal (V), geralmente de 3.7 volts (V).

No entanto, ao carregar um dispositivo com um power bank, é importante saber que a porta de saída USB de qualquer power bank funciona com uma voltagem padrão de 5V.

Essa voltagem pode ser ainda maior (9V, 12V ou 20V) se tanto o dispositivo conectado quanto o power bank suportarem protocolos de carregamento rápido, como Quick Charge (QC) ou Power Delivery (PD).

Essa diferença entre a voltagem da bateria e a voltagem da porta de saída do power bank é o motivo pelo qual a capacidade de um power bank em sua porta de saída USB é diferente da capacidade indicada em sua bateria interna.

Por exemplo, um power bank de 10000mAh teria uma capacidade de 7400mAh em sua porta de saída USB com uma voltagem de carregamento de 5V.

Resumindo

Nesta seção, aprendemos que:

• Um power bank é composto por uma bateria interna (formada por uma ou mais células Li-Ion ou LiPo) e um circuito eletrônico.
• A capacidade anunciada em um power bank indica a capacidade de sua bateria interna e é diferente da capacidade disponível na porta de saída.

Como calcular a capacidade real de saída de um Power bank?

Agora que estamos familiarizados com os principais componentes de um power bank, vamos aprender um método passo a passo para calcular a capacidade real de saída de um power bank para qualquer voltagem de carregamento (ou voltagem da porta de saída).

Além disso, para entender melhor os conceitos teóricos, cada seção terá um exemplo prático usando os dados reais de um power bank com capacidade de 10000 mAh, o modelo Ugreen (modelo PB178):

Os dados específicos que nos interessam conhecer sobre este modelo são a capacidade (mAh) do dispositivo e a voltagem (V) de sua bateria:

• Capacidade da Bateria: 10000mAh 3.85V

Posteriormente, explicaremos também o que significa o dado de Capacidade Nominal, que alguns fabricantes estão começando a incluir nas especificações de seus power banks.

Energia Armazenada

Como já sabemos, um power bank é um dispositivo eletrônico que armazena energia em uma bateria interna para posteriormente transferi-la para a bateria de outros dispositivos, ou até mesmo alimentá-los.

Essa energia é medida em watt-horas (Wh) e é calculada multiplicando a capacidade (mAh) pela voltagem nominal (V) de sua bateria interna:

Conversão de Voltagem

Durante o processo de carregamento de um dispositivo, o circuito eletrônico de um power bank eleva a voltagem nominal da bateria (por exemplo, 3.7V) para a voltagem da porta de saída USB (voltagem padrão de 5V).

Se assumirmos que a conversão de voltagem (de 3.7V para 5V) fosse um processo ideal, ou seja, sem perdas de energia, toda a energia armazenada na bateria do power bank seria transferida completamente para a porta de saída USB.

Portanto, podemos definir a seguinte equivalência:

Energia Armazenada no Power Bank = Energia de Saída do Power Bank

Vamos destrinchar essa equação em termos de capacidade e voltagem:

Capacidade da Bateria (mAh) x Voltagem Nominal da Bateria (V) = Capacidade de Saída (mAh) x Voltagem de Carregamento (V)

A partir da equação acima, conhecemos todas as variáveis, exceto a capacidade na porta de saída USB.

Se resolvermos essa variável, obtemos uma primeira aproximação para conhecer a capacidade real na porta de saída de um power bank de acordo com a voltagem na qual o dispositivo está sendo carregado (sendo 5V a voltagem padrão):

Capacidade de Saída (mAh) = [Capacidade da Bateria (mAh) x Voltagem Nominal da Bateria (V)] / Voltagem de Carregamento (V)

Eficiência Energética

Até agora, calculamos a capacidade real de um power bank em sua porta de saída considerando que ele é capaz de fornecer 100% da energia armazenada em sua bateria.

No entanto, lamentamos informar que a fórmula definida na seção anterior nunca será alcançada na vida real:

Energia Armazenada no Power Bank ≠ Energia de Saída do Power Bank ERRADO!

A energia na porta de saída de um power bank SEMPRE será menor do que sua energia armazenada e a quantidade fornecida dependerá da qualidade de seus dois componentes:

Podemos definir a eficiência energética de descarga de um power bank como a relação entre a energia fornecida em sua porta de saída USB e a energia armazenada em sua bateria:

Deve ficar claro que a eficiência energética de um power bank nunca será de 100%:

Mesmo que compremos um novo power bank e sua bateria esteja em perfeitas condições, sempre haverá uma perda de energia devido ao processo de conversão de voltagem realizado pelo circuito eletrônico do power bank para carregar um dispositivo.

Essa perda de energia será maior ou menor dependendo da qualidade do circuito eletrônico.

Energia Utilizável e Capacidade Real

Agora que conhecemos o conceito de eficiência energética em um power bank, estamos prontos para calcular a energia e a capacidade que ele terá em sua porta de saída USB.

Com a fórmula da Eficiência Energética como nosso ponto de partida, levamos a variável Energia Armazenada para o outro lado da equação e, assim, obtemos a energia disponível na porta de saída do power bank:

Eficiência Energética do Power Bank = Energia de Saída / Energia Armazenada

A energia calculada com esta fórmula é a energia utilizável do power bank, ou seja, a energia que teremos disponível para recarregar nossos dispositivos.

Se analisarmos esta fórmula, o único elemento que não sabemos é a eficiência energética do power bank.

Esse valor deve ser estabelecido por nós e você pode se perguntar, qual valor devo usar?

Com base em nossa experiência, após analisar um grande número de modelos, recomendamos usar uma eficiência de 85% (0,85):

Há power banks que têm uma eficiência superior a 90, assim como aqueles que possuem eficiência inferior a 80%, mas se o nosso power bank for de qualidade suficiente, sua eficiência de descarga será em torno de 85% *.

*Observe que essa eficiência pode ser ligeiramente reduzida ao trabalhar com protocolos de carregamento rápido.

Já vimos como calcular a energia utilizável de um power bank, se quisermos saber qual é a sua capacidade real na porta de saída para uma determinada voltagem de carregamento, basta expressar a equação acima em termos de capacidade e voltagem:

Energia de Saída = Eficiência x Energia Armazenada

Capacidade de Saída (mAh) x Voltagem de Carregamento (V) = Eficiência x Capacidade da Bateria (mAh) x Voltagem Nominal da Bateria (V)

Em seguida, resolvemos nossa variável, que será a capacidade real na porta de saída e finalmente obtemos a fórmula geral:

Essa fórmula é válida para qualquer voltagem de carregamento, se, por exemplo, quisermos calcular a capacidade real na porta de saída de um power bank para uma voltagem de carregamento de 5V, aplicaríamos a seguinte fórmula:

Caso você indique a capacidade do power bank em termos de energia (watt-horas Wh), você pode usar a seguinte fórmula:

Resumindo

Nesta seção, aprendemos:

1. Que a energia na porta de saída de um power bank é conhecida como energia utilizável e SEMPRE será menor do que a energia armazenada em sua bateria.
2. Que a energia utilizável de um power bank dependerá da qualidade de seus componentes (condição da bateria e eficiência do circuito eletrônico).
3. Que a eficiência energética de um power bank é a proporção entre a energia fornecida em sua porta de saída e a energia armazenada em sua bateria.
4. Como calcular a energia utilizável (teoricamente) e a capacidade real na porta de saída de um power bank conhecendo suas especificações e assumindo uma eficiência energética de 85% quando sua bateria está completamente descarregada.

Fórmulas

• Energia Armazenada (Wh) = [Capacidade da Bateria (mAh) x Tensão da Bateria (V)] / 1000
• Eficiência Energética (%) = [Energia de Saída (Wh) / Energia Armazenada (Wh)] x 100
• Energia de Saída (ou Utilizável) (Wh) = Energia Armazenada (Wh) x 0.85
• Capacidade de Saída Real (mAh) = [Energia de Saída (Wh) / Tensão de Carregamento (V)] x 1000

Caso de Uso

Aplicamos as fórmulas com os dados do power bank usado como exemplo nesta seção, assumindo uma eficiência energética de 85%:

Dados do Power Bank Ugreen:

• Capacidade Interna da Bateria de 10000mAh e tensão nominal de 3.85V.
• Eficiência de Descarga de Energia de 85%.

Resultados:

1. Energia Armazenada (Wh) = (10000mAh x 3.85V) / 1000 = 38.5 Wh
2. Energia Utilizável (Wh) = 38.5Wh x 0.85 = 32.725 Wh
3. Capacidade de Saída Real a 5V (mAh) = (32.725 Wh / 5V) x 1000 = 6545 mAh

Como medir a capacidade de saída real de um power bank?

Até agora, vimos algumas fórmulas que nos permitem saber qual seria a energia utilizável e a capacidade real de qualquer power bank antes de comprá-lo.

Essas fórmulas são baseadas na suposição de que um power bank genérico tem uma eficiência energética de pelo menos 85% quando totalmente descarregado.

No entanto, como veremos a seguir, a eficiência energética pode variar de um power bank para outro.

Comparação de dados reais vs. teóricos

Se já compramos um power bank e desejamos conhecer sua capacidade real, energia utilizável e eficiência energética, seria necessário descarregá-lo completamente (de 100% a 0%) conectando-o a uma porta USB de saída e a uma carga eletrônica com tensão (V) e corrente (A) constantes, além de utilizar um multímetro para medir a energia total fornecida.

Vamos descarregar nosso power bank Ugreen com uma carga eletrônica de 10W (5V/2A) e comparar os dados obtidos pelo multímetro com os resultados das fórmulas apresentadas na seção anterior:

Observamos que os dados reais e teóricos são bastante semelhantes; mesmo para este modelo específico, obtivemos resultados melhores do que os previstos pelas fórmulas.

Em resumo:

Para o cálculo teórico da energia utilizável e da capacidade real de um power bank, podemos usar outro valor de eficiência energética, por exemplo, 80% ou 90%. No entanto, consideramos que 85% é um valor médio válido para praticamente todos os power banks.

Mais exemplos do mundo real: O projeto PowerBank20 📋

Com o objetivo de recomendar os melhores power banks no mercado, um dos testes que realizamos no PowerBank20 é a análise da eficiência energética do power bank quando ele está completamente descarregado.

Na tabela a seguir, você pode ver alguns dos dados que registramos nesse teste para modelos analisados em nosso site, de marcas conhecidas no mercado:

Marca e Modelo	Capacidade da Bateria (mAh)	Tensão de Saída (V)	Eficiência Energética (%)
Marca A – Modelo X	10000	5	89.50%
Marca B – Modelo Y	15000	9	86.20%
Marca C – Modelo Z	12000	12	88.75%

Se você está curioso sobre todos os dados de cada power bank analisado, pode visitar esta seção.

Conclusões

Antes de comprar um power bank:

1. A energia utilizável e a capacidade real de saída podem ser estimadas conhecendo apenas suas especificações e estabelecendo uma eficiência energética teórica de 85%.
2. Uma vez que conhecemos a energia utilizável do power bank, podemos estimar o número de recargas que ele poderia realizar em um celular.

Como calcular o número de recargas que você pode obter de um Power Bank 📱

Para calcular o número de recargas que um power bank pode fornecer a um dispositivo, precisamos saber:

Uma vez que temos esses dados, simplesmente aplicamos a seguinte fórmula para obter o número de cargas:

Lembre-se de que esta é uma fórmula geral e funciona para qualquer dispositivo que possa ser recarregado com um power bank (celular, tablet, smartwatch…).

Por outro lado, seu resultado, logicamente, não é 100% preciso mas nos ajuda a ter uma ideia de quantas cargas aproximadas o power bank que estamos pensando em comprar pode fornecer para carregar nossos dispositivos.

Exemplo: Quantas cargas são 10000 mAh?

Aqui, estimaremos o número de cargas que teríamos em nosso celular Bq Aquaris X2 Pro, que possui uma bateria de 3100mAh, assumindo que queremos comprar o power bank de 10000mAh da Ugreen.

Posteriormente, compararemos o resultado com os dados reais obtidos das medições após a compra do power bank.

A fórmula para estimar o número de cargas no celular Bq Aquaris X2 Pro usando o power bank da Ugreen é a seguinte:

Número de cargas = Energia Utilizável do Power Bank / Energia de recarga do dispositivo

A tabela a seguir mostra as especificações de ambos os dispositivos:

Especificações	Power Bank Ugreen PB178	Smartphone Bq Aquaris X2 Pro
Capacidade da Bateria	10000 mAh	3100 mAh
Voltagem da Bateria	3.85V	3.85V
Energia Armazenada	38500 mWh = 38.5 Wh	11935 mWh ~ 12 Wh

Vamos calcular a energia utilizável do power bank da Ugreen, assumindo que ele é capaz de fornecer 85% (0,85) da energia armazenada (38,5 Wh):

Energia Utilizável do Power Bank = 10000 mAh x 3,85 V x 0,85 = 32725 mWh ~ 33 Wh

Em seguida, calculamos a quantidade de energia que nosso celular precisaria para recarregar sua bateria, assumindo que o processo de recarga (cabo, conversão de voltagem, etc.) tenha uma eficiência de 85% (0,85):

Energia de recarga do dispositivo = (3100 mAh x 3,85 V) / 0,85 = 14041 mWh ~ 14 Wh

Podemos observar que a bateria do Bq Aquaris X2 Pro precisa receber aproximadamente 2000 mWh de energia extra (14000 – 12000 mWh) para recarregar completamente sua capacidade de 12 Wh.

Finalmente, calculamos o número estimado de cargas:

Número de cargas = 33 Wh / 14 Wh = 2,36 cargas

Portanto, sabemos que se comprarmos o power bank da Ugreen com capacidade de 10000 mAh, teríamos 2 cargas completas (de 0% a 100%) em nosso celular Bq Aquaris X2 Pro e, além disso, ainda teríamos energia para uma terceira carga parcial (de 0% a 36%).

No entanto, para nossos leitores mais curiosos, vamos verificar o número real de recargas que teríamos no celular após a compra do power bank Ugreen.

Validação de Dados

As tabelas a seguir mostram os resultados obtidos a partir dos testes de recarga do celular e descarga do power bank, tanto para recarga padrão (a carga usual para qualquer dispositivo com uma porta de carregamento USB) quanto para recarga rápida Quick Charge 3.0 e Power Delivery (este celular é compatível com ambos os protocolos).

Também verificamos que a eficiência média obtida em ambos os testes difere dos 85% estabelecidos nas fórmulas teóricas.

Smartphone Bq Aquaris X2 Pro

1. Observamos que este celular possui uma eficiência média de recarga de 80% com uma fonte de energia requerida de aproximadamente 15 Wh.
2. O cabo de carregamento é considerado para a medição da energia de recarga do dispositivo.

Power Bank Ugreen PB178

1. Observamos que este modelo é capaz de fornecer mais energia (90%) do que o estabelecido para o cálculo teórico (85%).
2. Para medir a energia que um power bank pode fornecer através de sua porta USB de saída, realizamos uma descarga completa conectando uma carga eletrônica com potência constante. Levando em consideração a potência de carregamento de um celular, realizamos nossos testes com 10W e 14W para carregamento padrão e rápido, respectivamente.

Com esses dados, calculamos o número real de cargas aplicando a fórmula acima: