Wie hoch ist die Tatsächliche Kapazität einer Powerbank?

Wissen Sie, wie oft Sie Ihr Smartphone mit einer Powerbank aufladen können? Und wissen Sie, wie viele Aufladungen 10000 oder 20000 mAh entsprechen?

Wer wissen möchte, wie viele Aufladungen des Smartphones mit einer Powerbank möglich sind, begeht häufig den Fehler, die Kapazitäten beider Geräte zu teilen. Das heißt:

Anzahl der Aufladungen = Powerbank-Kapazität (mAh) / Smartphone-Kapazität (mAh)

Wie viele Aufladungen wären möglich, wenn du beispielsweise ein Smartphone mit einem 2500 mAh Akku hast und eine Powerbank mit 10000 mAh kaufen möchtest?

Wenn wir die obige Formel anwenden, erhalten wir 4 volle Aufladungen:

Anzahl der Aufladungen = 10000 mAh / 2500 mAh = 4 Aufladungen

FALSCH!

Leider ist diese Berechnung falsch, da sich die 10000mAh der Powerbank auf die Kapazität ihres internen Akkus beziehen.

Ein realistischeres Ergebnis wäre die Verwendung der echten Kapazität, die am USB-Ausgang der Powerbank angegeben wird:

Anzahl der Aufladungen = Echte Kapazität der Powerbank / Kapazität des Smartphones

Wenn wir davon ausgehen, dass die tatsächliche Kapazität 6000 mAh beträgt, würden wir 2 volle Aufladungen unseres Smartphones erhalten:

Anzahl der Aufladungen = 6000 mAh / 2400 mAh = 2,5 Aufladungen

Obwohl diese zweite Formel technisch immer noch falsch ist (Kapazitäten werden auf unterschiedliche Spannungen aufgeteilt), wollen wir dir auf einfache Weise zeigen, dass die Anzahl der Aufladungen viel geringer ist als erwartet, obwohl die Powerbank über eine Kapazität von 10.000 mAh verfügt.

Das ist das Hauptproblem, das viele Amazon-Nutzer beim Kauf einer Powerbank haben:

Im folgenden Artikel erklären wir dir ausführlich, wie du die tatsächliche Kapazität und die Anzahl der Aufladungen einer Powerbank für ein beliebiges Gerät und für verschiedene Ladespannungen berechnen kannst.

Der Inhalt dieses Artikels ist etwas technisch und kompliziert. Wir haben dennoch versucht, ihn für jeden ohne Vorkenntnisse möglichst verständlich zu gestalten.

Nachdem du ihn gelesen hast, wirst du ein wahrer Powerbank-Experte sein!

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Bestandteile einer Powerbank

Zunächst gilt es, die 2 wichtigsten Bestandteile einer Powerbank zu kennen:

• Ein aufladbarer Akku mit einer bestimmten Kapazität (mAh) und Nennspannung (V).
• Eine Stromkreis, der den Lade- und Entladevorgang des Akkus steuert und auch andere wichtige Funktionen wie Überspannungsschutz, Tiefentladung, Temperaturkontrolle usw kontrolliert.

Wie wir später sehen werden, hängt die tatsächliche Kapazität einer Powerbank von der Qualität beider Komponenten ab.

Kapazität und Nennspannung des Akkus

Der Akku einer Powerbank besteht aus Lithium-Ionen (Li-Ion) oder Lithium-Polymer (LiPo) Zellen.

Normalerweise werden Zellen mit einer Nennspannung von 3,7 Volt (V) und einer Kapazität von 1500 bis 5000 Milliamperestunden (mAh) verwendet. Wir finden aber auch Zellen mit anderen Spannungen auf dem Markt wie zum Beispiel 3,6V, 3,8V oder 3,85V.

Darüber hinaus kann dieser Akku aus einer einzelnen Zelle oder mehreren miteinander verbundenen Zellen bestehen:

Wenn du also von nun an die Kapazität einer Powerbank siehst, denke daran, dass diese sich auf die Kapazität des internen Akkus bezieht!

Spannung des USB-Anschlusses

Wir haben bereits gesehen, dass eine Powerbank aus einem internen Akku mit einer bestimmten Kapazität (mAh) und einer Nennspannung (V) besteht, die im Allgemeinen normalerweise 3,7 Volt (V) beträgt.

Beim Laden eines Geräts mit einer Powerbank müssen wir jedoch wissen, dass der USB-Ausgang jeder Powerbank mit einer Standardspannung von 5 V arbeitet.

Diese Spannung kann sogar noch höher sein (9V, 12V oder 20V), wenn sowohl das angeschlossene Gerät als auch die Powerbank mit Schnellladeprotokollen wie Quick Charge (QC) oder Power Delivery (PD) kompatibel sind.

Dieser Unterschied zwischen der Akku-Spannung und der Ausgangsspannung der Powerbank ist der Grund, warum sich die Kapazität einer Powerbank in ihrem USB-Ausgangsanschluss von der Kapazität ihres internen Akkus unterscheidet.

Zum Beispiel hätte eine Powerbank mit 10000 mAh eine Kapazität von 7400 mAh in ihrem USB-Ausgang bei einer Ladespannung von 5 V.

Zusammenfassung

In diesem Abschnitt haben wir Folgendes erfahren:

1. Eine Powerbank besteht aus einem internen Akku (bestehend aus einer oder mehreren Li-Ion- oder Lipo-Zellen) und einem Stromkreis.
2. Die auf einer Powerbank angegebene Kapazität entspricht der Kapazität ihres internen Akkus und unterscheidet sich von der am Ausgang verfügbaren Kapazität.

So berechnest du die tatsächliche Kapazität einer Powerbank

Als nächstes sehen wir eine Schritt-für-Schritt-Methode zur Berechnung der tatsächlichen Kapazität einer Powerbank für jede Ladungsspannung (oder Ausgangsspannung).

Um die theoretischen Konzepte besser zu verinnerlichen, wird jeder Abschnitt außerdem von einem praktischen Beispiel begleitet, das die realen Daten einer 10000-mAh-Powerbank der Marke Ugreen (Modell PB178) verwendet:

Die Daten, die uns bei diesem Modell interessieren, sind die Kapazität (mAh) und die Spannung (V) des Akkus:

• Battery Capacity: 10000mAh 3,85V

Später werden wir auch erklären, was die Nennkapazitätsdaten bedeuten, die einige Hersteller in die Spezifikationen einer Powerbank aufnehmen.

Gespeicherte Energie

Wie wir wissen, ist eine Powerbank ein elektronisches Gerät, das Energie in einem internen Akku speichert, um sie später auf den Akku anderer Geräte zu übertragen.

Diese Energie wird in Wattstunden (Wh) gemessen und durch Multiplikation der Kapazität (mAh) mit der Nennspannung (V) des internen Akkus berechnet:

Spannungsumwandlung

Beim Aufladen eines Gerätes erhöht die elektronische Schaltung einer Powerbank die Nennspannung des Akkus (zB 3,7V) auf die Spannung des USB-Anschlusses (5V Standardspannung).

Wenn wir davon ausgehen, dass die Spannungsumwandlung (von 3,7 V auf 5 V) ein idealer Prozess war, also ohne Energieverluste, sollte die gesamte im Akku der Powerbank gespeicherte Energie vollständig auf ihren USB-Ausgang übertragen werden.

Daher können wir die Folgendes annehmen:

In der Powerbank gespeicherte Energie = Ausgangsenergie der Powerbank

Wir werden diese Annahme in Kapazität und Spannung zerlegen:

Akkukapazität (mAh) x Nennspannung des Akkus (V) = Ausgangskapazität (mAh) x Ladungsspannung (V)

Aus der obigen Gleichung kennen wir alle Variablen außer der Kapazität am Ausgangsport.

Wenn wir diese Variable löschen, erhalten wir eine erste Näherung, um die tatsächliche Kapazität am Ausgang einer Powerbank entsprechend der Spannung zu kennen, mit der das Gerät geladen wird (5V ist die Standardspannung):

Ausgangskapazität (mAh) = [Akku-Kapazität (mAh) x Nennspannung des Akkus (V) ] / Ladungsspannung (V)

Energieeffizienz

Bisher haben wir die tatsächliche Kapazität einer Powerbank an ihrem Ausgangsport berechnet, und das mit der Annahme, dass sie 100% der in ihrem Akku gespeicherten Energie liefern kann.

Leider gilt die im vorherigen Abschnitt definierte Formel im wirklichen Leben aber nicht:

Gespeicherte Energie Powerbank ≠ Ausgangsleistung Powerbank FALSCH!

Die Energie am Ausgang einer Powerbank ist IMMER geringer als die gespeicherte Energie und die gelieferte Menge hängt von der Qualität folgender beiden Komponenten ab:

Wir können die Energieeffizienz beim Entladen einer Powerbank als das Verhältnis zwischen der in ihrem USB-Ausgang gelieferten Energie und der in ihrem Akku gespeicherten Energie definieren:

Es sollte klar sein, dass die Energieeffizienz einer Powerbank nie 100% betragen wird:

Selbst wenn wir eine neue Powerbank kaufen und deren Akku in einwandfreiem Zustand ist, kommt es immer zu einem Energieverlust aufgrund des Spannungsumwandlungsprozesses, der von der elektronischen Schaltung der Powerbank zum Laden eines Geräts durchgeführt wird.

Dieser Energieverlust wird je nach Qualität der elektronischen Schaltung größer oder kleiner sein.

Nutzenergie und reale Kapazität

Sobald wir das Konzept der Energieeffizienz einer Powerbank kennen, können wir die Energie und Kapazität berechnen, die sie in ihrem USB-Ausgangsanschluss haben wird.

Ausgehend von der Energieeffizienzformel nehmen wir die Variable gespeicherte Energie auf die andere Seite der Gleichung und erhalten auf diese Weise die am Ausgang der Powerbank verfügbare Energie:

Energieeffizienz Powerbank = Ausgangsenergie / Gespeicherte Energie

Die in dieser Formel berechnete Energie ist die Nutzenergie der Powerbank, also jene Energie, die wir zum Aufladen unserer Geräte zur Verfügung haben.

Wenn wir diese Formel analysieren, sind die einzigen Daten, die wir nicht kennen, die Energieeffizienz der Powerbank.

Diese Daten müssen von uns ermittelt werden. Aber wie?

Basierend auf unserer Erfahrung empfehlen wir nach Analyse einer Vielzahl von Modellen einen Wirkungsgrad von 85% (0,85):

Es gibt Powerbanks mit einem Wirkungsgrad von mehr als 90% und auch solche mit einem Wirkungsgrad unter 80%, aber wenn unsere Powerbank von ausreichender Qualität ist, wird ihre Entladeeffizienz bei etwa 85% liegen.*

*Hinweis: Diese Effizienz kann leicht reduziert sein, wenn Schnellladungen verwendet werden.

Wir haben bereits gesehen, wie man die Nutzenergie einer Powerbank berechnet. Wenn wir wissen möchten, wie groß ihre tatsächliche Kapazität am Ausgangsport für eine bestimmte Lastspannung ist, müssen wir einfach die vorherige Gleichung in Bezug auf Kapazität und Spannung ausdrücken:

Ausgangsleistung = Effizienz x Gespeicherte Energie

Ausgangskapazität (mAh) x Ladespannung (V) = Effizienz x Batteriekapazität (mAh) x Nennspannung der Batterie (V)

Als nächstes lösen wir nach unserer Unbekannten, die die reale Kapazität am Ausgangsport wäre, und erhalten schließlich die Formel:

Diese Formel gilt für jede Lastspannung. Wenn wir beispielsweise die tatsächliche Kapazität am Ausgangsport einer Powerbank für eine Lastspannung von 5V berechnen möchten, würden wir folgende Formel anwenden:

Falls die Powerbank-Kapazität in Energie (Wattstunden Wh) angegeben wird, können Sie die Formel wie folgt verwenden:

Zusammenfassung

In diesem Abschnitt haben wir gelernt:

1. Dass die Energie am Ausgang einer Powerbank als Nutzenergie bezeichnet wird und IMMER geringer ist als die in ihrem Akku gespeicherte Energie.
2. Dass die nutzbare Energie einer Powerbank von der Qualität ihrer Komponenten abhängt (Zustand des Akkus und Effizienz der elektronischen Schaltung).
3. Dass die Energieeffizienz einer Powerbank das Verhältnis zwischen der an ihrem Ausgang zugeführten Energie und der in ihrem Akku gespeicherten Energie ist.
4. Dass die theoretisch nutzbare Energie und die tatsächliche Kapazität am Ausgangsport einer Powerbank zu berechnen sind, wobei ihre Spezifikationen bekannt sind und eine Energieeffizienz von 85% angenommen wird, wenn der Akku vollständig entladen ist.

Anwendungsbeispiel:

Wir wenden die Formeln mit den Daten der in diesem Abschnitt exemplarisch verwendeten Powerbank unter der Annahme an, dass diese eine Energieeffizienz von 85% hat:

Daten der Ugreen Powerbank:

• Interner Akku mit 10000mAh Kapazität und einer Nennspannung von 3,85V
• Energieeffizienz bei Entladung von 85%.

Ergebnis:

• Gespeicherte Energie (Wh) = (10000mAh x 3,85V) / 1000 = 38,5 Wh
• Nutzenergie (Wh) = 38,5 Wh x 0,85 = 32,725 Wh
• Tatsächliche Kapazität von 5V (mAh) = (32.725 Wh / 5V) x 1000 = 6545 mAh

So messen Sie die tatsächliche Kapazität einer Powerbank

Bisher haben wir einige Formeln gesehen, die es uns ermöglichen, die nutzbare Energie und die tatsächliche Kapazität einer Powerbank vor dem Kauf zu berechnen.

Diese Formeln basieren auf der Annahme, dass eine generische Powerbank im vollständig entladenen Zustand eine Effizienz von 85% hat.

Wie wir weiter unten sehen werden, kann die Energieeffizienz jedoch von einer Powerbank zur anderen variieren.

Vergleich von realen und theoretischen Daten

Wenn wir bereits eine Powerbank gekauft haben und ihre tatsächliche Kapazität, Nutzenergie und Energieeffizienz wissen möchten, müssen Sie sie vollständig entladen (von 100% auf 0%), indem eine elektronische Last mit konstanter Spannung (V), Intensität (A) und ein Messgerät angeschlossen werden, um die Gesamtenergie zu messen, die an einen USB-Ausgang geliefert wird.

Wir werden unsere Ugreen-Powerbank mit einer elektronischen Last von 10W (5V / 2A) entladen und die vom Messgerät erhaltenen Daten mit den Ergebnissen der im vorherigen Abschnitt vorgestellten Formeln vergleichen:

Wir stellen fest, dass die realen und theoretischen Daten ziemlich ähnlich sind und sogar für dieses Modell bessere Ergebnisse erzielt werden, als von den Formeln erwartet.

Fazit:

Für die theoretische Berechnung der Nutzenergie und der tatsächlichen Kapazität einer Powerbank können wir einen anderen Energieeffizienzwert verwenden, zum Beispiel 80% oder 90%. Wir gehen jedoch davon aus, dass 85% ein für jede Powerbank gültiger Durchschnittswert ist.

Weitere reale Beispiele: das PowerBank20-Projekt 📋

Um die besten Powerbanks auf dem Markt zu empfehlen, besteht einer der Tests, die wir bei PowerBank20 durchführen, darin, die Energieeffizienz der Powerbank im vollständig entladenen Zustand zu analysieren.

In der folgenden Tabelle können Sie einige der Daten einsehen, die wir in diesem Test für die auf unserer Website von bekannten Marken der Branche analysierten Modelle erfasst haben:

Wenn Sie neugierig sind, alle Daten jeder analysierten Powerbank zu kennen, besuchen Sie diesen Abschnitt.

Zusammenfassung

Vor dem Kauf einer Powerbank:

1. Die Nutzenergie und die tatsächliche Kapazität können nur basierend auf den Spezifikationen der Powerbank geschätzt werden, wenn eine theoretische Energieeffizienz von 85% angenommen wird.
2. Sobald die nutzbare Energie der Powerbank bekannt ist, können wir die Anzahl der Ladungen eines Mobilgeräts abschätzen.

So berechnen Sie die Anzahl der Aufladungen einer Powerbank 📱

Um die Anzahl der Aufladungen zu berechnen, die eine Powerbank für ein Gerät durchführen kann, müssen wir Folgendes wissen:

Sobald wir diese Daten kennen, müssen wir nur noch die folgende Formel anwenden, um die Anzahl der Aufladungen zu erhalten:

Wir erinnern uns, dass es sich um eine allgemeine Formel handelt, die für jedes Gerät gilt, das mit einer Powerbank aufgeladen werden kann (Handy, Tablet, Smartwatch, …).

Auf der anderen Seite ist das Ergebnis logischerweise nicht 100% genau, aber es hilft uns, eine Vorstellung davon zu bekommen, wie viele ungefähre Aufladungen die zum Kauf in Betracht gezogene Powerbank für unser Gerät bieten kann.

Beispiel: Wie viele Aufladungen sind mit 10000 mAh möglich?

Als nächstes schätzen wir die Anzahl der Aufladungen, die wir für unser Bq Aquaris X2 Pro Smartphone mit einem 3100-mAh-Akku hätten, wenn wir die 10000-mAh-Powerbank von Ugreen kaufen.

Später werden wir das Ergebnis mit den realen Daten aus den Messungen vergleichen, sobald wir die Powerbank gekauft haben.

Die Formel zur Schätzung der Anzahl der Aufladungen des Bq Aquaris X2 Pro Handys mit der Ugreen Powerbank lautet wie folgt:

Anzahl der Aufladungen = Nutzenergie Powerbank / Energie aufzuladendes Smartphone

Die folgende Tabelle zeigt die Spezifikationen für beide Geräte:

Specs	Ugreen PB178 PowerBank	Bq Aquaris X2 Pro Smartphone
Battery Capacity	10000 mAh	3100 mAh
Battery Voltage	3.85V	3.85V
Energy Stored	38500 mWh = 38.5 Wh	11935 mWh ~ 12 Wh

Wir berechnen die Nutzenergie der Ugreen Powerbank unter der Annahme, dass sie 85% (0,85) ihrer gespeicherten Energie (38,5 Wh) liefern kann:

Nutzenergie Powerbank = 10000 mAh x 3,85 V x 0,85 = 32725 mWh ~ 33 Wh

Als nächstes berechnen wir, wie viel Energie unser Smartphone benötigen würde, um seinen Akku aufzuladen, wenn der Ladevorgang (Kabel, Spannungswandlung …) einen Wirkungsgrad von 85% (0,85) hat:

Smartphone-Aufladeenergie = (3100 mAh x 3,85 V) / 0,85 = 14041 mWh ~ 14 Wh

Wir sehen, dass der Akku des Bq Aquaris X2 Pro zusätzliche 2000 mWh Energie (14000 – 12000 mWh) benötigt, um seine 12 Wh Kapazität vollständig aufzuladen.

Schließlich berechnen wir die geschätzte Anzahl der Aufladungen:

Anzahl der Aufladungen = 33 Wh / 14 Wh = 2,36 Ladungen

Daher wissen wir, dass wir beim Kauf der Ugreen Powerbank mit einer Kapazität von 10.000 mAh mit 2 vollen Ladungen (von 0% auf 100%) für unser Bq Aquaris X2 Pro Smartphone rechnen können und hätten zusätzlich noch Energie für eine dritte Teilladung (von 0% bis 36%).

Für die neugierigsten Leser werden wir jedoch die Anzahl der tatsächlichen Aufladungen überprüfen, die wir nach dem Kauf der Ugreen-Powerbank auf dem Smartphone erhalten.

Überprüfung der Daten

Die folgenden Tabellen zeigen die Ergebnisse der Tests zum Aufladen und Entladen der Powerbank sowohl für das Standardladen (die übliche Ladung für jedes Gerät mit USB-Ladeanschluss) als auch für das Schnellladen von Quick Charge 3.0 und Power Delivery (dieses Smartphone unterstützt beide Protokolle).

Darüber hinaus wird bestätigt, dass der in beiden Tests erhaltene durchschnittliche Wirkungsgrad von den in den theoretischen Formeln festgelegten 85% abweicht.

Bq Aquaris X2 Pro Smartphone

1. Wir stellen fest, dass dieses Smartphone eine durchschnittliche Ladeeffizienz von 80% bei einer erforderlichen Stromversorgung von ca. 15 Wh hat.
2. Wir stellen fest, dass dieses Smartphone eine durchschnittliche Ladeeffizienz von 80% bei einer erforderlichen Stromversorgung von ca. 15 Wh hat.

Ugreen 10000mAh PB178 PowerBank

1. Wir beobachten, dass dieses Modell in der Lage ist, mehr Energie (90%) zu liefern, als wir für die theoretische Berechnung (85%) ermittelt haben.
2. Um die Energie zu messen, die eine Powerbank über ihren USB-Ausgang liefern kann, wird eine vollständige Entladung durchgeführt, indem eine elektronische Last an eine konstante Stromversorgung angeschlossen wird. Unter Berücksichtigung der Ladeleistung eines Smartphones haben wir unsere Tests mit 10 bzw. 14 W für Standard- bzw. Schnellladung durchgeführt

Mit diesen Daten berechnen wir die Anzahl der realen Belastungen nach der oben genannten Formel: