Qual è la capacità reale di un Power bank?

Sai quante volte puoi ricaricare il tuo smartphone con un power bank? Sai quante ricariche sono 10000 mAh? e 20000 mAh?

Uno degli errori più abituali tra chi vuole conoscere quante ricariche del loro smartphone può fare un power bank è quello di dividere le capacità di entrambi i dispositivi, ovvero:

Numero di ricariche = Capacità Power bank (mAh) / Capacità Smartphone (mAh)

Per esempio, se il tuo smartphone ha una batteria da 2500mAh di capacità e vuoi acquistare un power bank da 10000mAh, quante ricariche potresti fare?

Applicando la formula precedente otterremo 4 ricariche complete:

Numero di ricariche = 10000 mAh / 2500 mAh = 4 ricariche

¡ERRORE!

Ci spiace dirti che questo calcolo sarebbe sbagliato perché i 10000mAh del power bank sono la capacità del loro pacco batterie.

Un risultato più “vicino alla realtà” si otterrebbe utilizzando la capacità reale disponibile sulla porta USB di uscita del power bank:

Numero di ricariche = Capacità reale Power bank / Capacità Smartphone

Supponendo che la capacità reale sono 6000 mAh avremmo per 2 ricariche complete del nostro smartphone:

Numero di ricariche = 6000 mAh / 2400 mAh = 2,5 ricariche

Anche se questa formula è sbagliata da un punto di vista tecnico (vengono divise capacità a voltaggi diversi) abbiamo voluto farvi vedere in modo semplice che il numero di ricariche è molto minore del previsto, pur avendo il power bank una capacità dichiarata da 10000 mAh.

E questo è il problema principale che si ritrovano molti utenti su Amazon al momento di acquistare un power bank:

Su questo articolo vi spiegheremo dettagliatamente come calcolare la capacità reale e il numero di ricariche di un power bank per qualsiasi dispositivo e per diverse tensioni di ricarica.

A colpo d’occhio il contenuto di questo articolo può essere un po’ tecnico e noioso da leggere, però abbiamo cercato di spiegare tutto il più semplice possibile in modo che qualsiasi persona possa capirlo anche senza avere conoscenze previe sull’argomento.

Una volta letta sarai un esperto nel mondo dei power banks!

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Componenti di un Power bank

Innanzitutto, dobbiamo conoscere i 2 elementi basici che costituiscono un Power bank:

• Un pacco batterie ricaricabile di una determinata capacità (mAh) e tensione nominale (V).
• Un circuito elettronico che controlla il processo di ricarica e scarica della batteria ricaricabile, inoltre a realizzare altre importanti funzionalità come, per esempio, la protezione contro sovratensione, sovrascarica, monitoraggio della temperatura, ecc.

Come vedremo più in avanti, la capacità reale di un power bank dipenderà della qualità di entrambi i componenti.

Capacità e tensione nominale della batteria

Il pacco batterie di un power bank può essere composto da celle agli ioni di litio (Li-Ion) o al litio-polimero (LiPo).

Di solito vengono utilizzare celle con una tensione nominale da 3,7 volt (V) e una capacità che varia dai 1500 fino ai 5000 milliamperora (mAh). Nonostante ciò, possiamo anche trovare sul mercato celle con altre tensioni, per esempio: 3,6V, 3,8V o 3,85V.

Inoltre, questo pacco batterie può essere costituito da un’unica cella o da varie collegate tra di loro:

Detto questo, quando vedi su un annuncio la capacità dichiarata di un power bank ricordati che si parla sempre della capacità del pacco batterie inserito al suo interno.

Tensione della porta di uscita

Abbiamo visto che un power bank è composto da un pacco batterie al suo interno, che una determinata capacità (mAh) e tensione nominale (V) la quale, di solito, è da 3,7 volt (V).

Tuttavia, quando si ricarica un dispositivo con un power bank dobbiamo sapere che la porta di uscita USB di qualsiasi power bank lavora a una tensione standard da 5V.

Questa tensione può anche essere maggiore (9V, 12V o 20V) nei casi in cui sia il dispositivo che il power bank siano compatibili con protocolli di ricarica rapida come, per esempio, Quick Charge (QC) o Power Delivery (PD).

Questa differenza tra la tensione del pacco batterie e la tensione di uscita del power bank è il motivo per cui la capacità di un power bank è diversa nella sua porta di uscita USB rispetto a quella del suo pacco batterie interno.

Per esempio, un power bank da 10000mAh (a 3,7V) avrebbe una capacità da 7400mAh nella sua porta di uscita USB a una tensione di ricarica da 5V.

Riassunto

In questa sezione abbiamo visto che:

1. Un power bank è composto da un pacco batterie interno (composto, a sua volta, da una o varie celle Li-Ion o LiPo).
2. La capacità dichiarata di un power bank corrisponde alla capacità del suo pacco batterie ed è diversa da quella disponibile nella porta di uscita.

Come calcolare la capacità reale di un Power bank

Ora andremo a conoscere un metodo guidato passo-passo per poter calcolare la capacità reale di un power bank adatto per qualsiasi tensione di ricarica (o tensione della porta di uscita).

Inoltre, per capire al meglio i concetti teorici, ogni sezione sarà composta anche di un esempio pratico nel quale si utilizzano i dati reali di un power bank da 10000 mAh di capacità del marchio Ugreen (modello PB178):

Per essere precisi, i dati che ci interessano conoscere di questo modello sono la capacità (mAh) e la tensione (V) del suo pacco batterie:

• Battery Capacity: 10000mAh 3.85V

Più in avanti, spiegheremo anche cosa significa il dato Rated Capacity che alcune aziende stanno iniziando ad aggiungere tra le specifiche di un power bank.

Energia immagazzinata

Com’è ben saputo, un power bank è un dispositivo elettronico che immagazzina energia nel suo pacco batterie interno per, successivamente, trasferirla alla batteria di altri dispositivi.

Questa energia viene misurata in wattora (Wh) e si calcola moltiplicando la capacità (mAh) per la tensione nominale (V) del suo pacco batterie interno:

Conversione del voltaggio

Durante il processo di ricarica di un dispositivo, il circuito elettronico di un power bank eleva la tensione nominale del pacco batterie (es. 3,7V) alla tensione della porta di uscita USB (la tensione standard è 5V).

Supponendo che la conversione del voltaggio (da 3,7V a 5V) fosse un processo ideale, cioè, senza perdite energetiche, tutta l’energia immagazzinata all’interno del pacco batterie del power bank si dovrebbe trasferire completamente alla sua porta di uscita USB.

Pertanto, in questo caso potremmo stabilire la seguente uguaglianza:

Energia immagazzinata Power bank = Energia di uscita Power bank

Andiamo a scomporre questa equazione in termini di capacità e tensione:

Capacità batterie (mAh) x Tensione nominale batterie (V) = Capacità di uscita (mAh) x Tensione di ricarica (V)

Dell’equazione precedente conosciamo tutte le variabili eccetto la capacità nella porta di uscita.

Isolando questa variabile otterremo una prima approssimazione per conoscere la capacità reale nella porta di uscita di un power bank a seconda della tensione alla quale si realizzi la ricarica del dispositivo (essendo 5V la tensione standard):

Capacità di uscita (mAh) = [Capacità pacco batterie (mAh) x Tensione nominale pacco batterie (V)] / Tensione di ricarica (V)

Efficienza energetica

Fino a questo momento abbiamo calcolato la capacità reale di un power bank nella sua porta di uscita ritenendolo capace di fornire il 100% dell’energia immagazzinata nel suo pacco batterie.

Purtroppo, dobbiamo dirti che la formula definita nella sezione precedente non si compie mai:

Energia immagazzinata Power bank ≠ Energia di uscita Power bank ERRORE!

L’energia nella porta di uscita di un power bank è SEMPRE minore rispetto alla sua energia immagazzinata, e la quantità di energia fornita dipende della qualità dei suoi 2 componenti:

Possiamo definire l’efficienza energetica nella scarica di un power bank come il rapporto che esiste tra l’energia fornita nella sua porta di uscita USB e l’energia immagazzinata nel suo pacco batterie:

Dev’essere chiaro che l’efficienza energetica di un power bank mai sarà pari al 100%:

Anche acquistando un power bank nuovo con il suo pacco batterie in perfetto stato, esiste sempre una perdita energetica a causa della conversione del voltaggio che realizza il circuito elettronico del power bank per poter ricaricare un dispositivo.

Questa perdita energetica può essere maggiore o minore a seconda della qualità del circuito elettronico.

Energia utile e capacità reale

Conosciuto l’esempio di efficienza energetica di un power bank, siamo pronti per calcolare l’energia e capacità che disporrà nella sua porta di uscita USB.

Partendo dalla formula dell’efficienza energetica, porteremo la variabile Energia immagazzinata dall’altra parte dell’equazione e, in questo modo, otterremo l’energia disponibile nella porta di uscita del power bank:

Efficienza energetica Power bank = Energia di uscita / Energia immagazzinata

L’energia calcolata in questa formula è l’energia utile del power bank, ovvero, quella che avremo a disposizione per la ricarica dei nostri dispositivi.

Analizzando questa formula, l’unico dato che ignoriamo è l’efficienza energetica del power bank.

Questo dato lo dobbiamo stabilire noi e ti chiederai, quale valore porre?

Basandoci nella nostra esperienza analizzando un’ampia varietà di modelli, consigliamo utilizzare un’efficienza dell’85% (0,85):

Ci sono dei power bank che hanno un’efficienza superiore al 90%, così come ci sono alcuni sotto all’80%, ma se il nostro power bank è di, almeno, una qualità decente, la sua efficienza nella scarica si aggira attorno all’85%*.

*Questo valore può ridursi leggermente quando si lavora con protocolli di ricarica rapida.

Visto come calcolare l’energia utile di un power bank, se vogliamo conoscere la sua capacità reale nella porta di uscita per una determinata tensione di ricarica, dobbiamo semplicemente esprimere l’equazione precedente in termini di capacità e tensione:

Energia di uscita = Efficienza x Energia immagazzinata

Capacità di uscita (mAh) x Tensione di ricarica (V) = Efficienza x Capacità batterie (mAh) x Tensione nominale batterie (V)

Ora isoleremo la nostra incognita, che è la capacità reale nella porta di uscita e, infine, otterremo la formula generale:

Questa formula è valida per qualsiasi tensione di ricarica, vediamolo tramite un esempio nel quale vogliamo calcolare la capacità reale nella porta di uscita di un power bank per una tensione di ricarica da 5V, risulterebbe così:

Nel caso in cui venga indicata la capacità del power bank in termini energetici (wattora – Wh), puoi utilizzare la stessa formula con una piccola modifica, così:

Riassunto

In questa sezione abbiamo imparato:

1. L’energia nella porta di uscita di un power bank si conosce come energia utile ed è SEMPRE minore rispetto all’energia immagazzinata nel suo pacco batterie.
2. L’energia utile di un power bank dipende dalla qualità dei suoi componenti (stato del pacco batterie ed efficienza del circuito elettronico).
3. L’efficienza energetica di un power bank è il rapporto che esiste tra l’energia fornita nella sua porta di uscita e l’energia immagazzinata all’interno del suo pacco batterie.
4. A calcolare teoricamente l’energia utile e la capacità reale nella porta di uscita di un power bank, conoscendo le sue specifiche e supponendo un’efficienza energetica dell’85% quando si scarica interamente la sua batteria.

Formule:

• Energia immagazzinata (Wh) = [Capacità pacco batterie (mAh) x Tensione pacco batterie (V)] / 1000
• Efficienza energetica (%) = [Energia di uscita (Wh) / Energia immagazzinata (Wh)] x 100
• Energia di uscita o utile (Wh) = Energia immagazzinata (Wh) x 0,85
• Capacità di uscita o reale (mAh) = [Energia di uscita (Wh) / Tensione di ricarica (V)] x 1000

Esempi pratici:

Applicando le formule con i dati del power bank utilizzato come esempio in questa sezione e supponendo che ha un’efficienza energetica dell’85%:

Dati del power bank Ugreen:

• Pacco batterie interno da 10000mAh di capacità e tensione nominale da 3,85V.
• Efficienza energetica nella scarica dell’85%.

Risultato:

1. Energia immagazzinata (Wh) = (10000mAh x 3,85V) / 1000 = 38,5 Wh
2. Energia utile (Wh) = 38,5Wh x 0,85 = 32,725 Wh
3. Capacità reale a 5V (mAh) = (32,725 Wh / 5V) x 1000 = 6545 mAh

Come misurare la capacità reale di un power bank

Finora abbiamo visto le formule che ci permettono conoscere in anticipo qual è l’energia utile e capacità reale di qualsiasi power bank prima di acquistarlo.

Queste formule partono dalla premessa che un power bank generico ha un’efficienza energetica dell’85% quando si scarica interamente.

Tuttavia, come vedremo ora, sappiamo che nella realtà l’efficienza energetica ottenuta può variare tra i power bank.

Confronto dati reali vs teorici

Nel caso in cui ormai abbiamo acquistato un power bank e vogliamo conoscere la sua capacità reale, energia utile ed efficienza energetica, è necessario scaricarlo interamente (dal 100% al 0%) collegando a una sua porta USB di uscita un carico elettronico a una tensione (V) e intensità (A) costante e un multimetro in modo da poter misurare l’energia totale fornita.

Scaricheremo il nostro power bank di Ugreen con un carico elettronico da 10W (5V/2A) e confronteremo i dati ottenuti con il multimetro con i risultati delle formule della sezione precedente:

Osserviamo che i dati reali e teorici sono abbastanza simili e, infatti, questo modello ha ottenuto migliori risultati rispetto alle previsioni delle formule.

In conclusione:

Per il calcolo teorico dell’energia utile e della capacità reale di un power bank possiamo utilizzare un valore diverso di efficienza energetica, per esempio 80% o 90%, però riteniamo che 85% è un valore medio valido per qualsiasi power bank.

Altri esempi con dati reali: il progetto PowerBank20 📋

Con l’obiettivo di consigliare i migliori power bank del mercato, uno dei test che realizziamo su PowerBank20 è quello di analizzare l’efficienza energetica del power bank quando viene scaricato completamente.

Nella seguente tabella puoi consultare alcuni dei dati che abbiamo registrato in questo test per modelli analizzati sul nostro sito web di marchi conosciuti del settore:

In caso di essere curioso di conoscere tutti i dati di ogni power bank analizzato, visita questa sezione.

Conclusioni

Prima di acquistare un power bank:

1. Si può calcolare l’energia utile e la capacità reale conoscendo esclusivamente le sue specifiche e stabilendo un’efficienza energetica teorica dell’85%.
2. Conoscendo l’energia utile del power bank si può procedere a fare una previsione del numero di ricariche che potrebbe realizzare di uno smartphone.

Come calcolare il numero di ricariche in un Power bank 📱

Per calcolare il numero di ricariche che un power bank può fare di un dispositivo bisogna conoscere:

Una volta conosciuti questi dati semplicemente dobbiamo applicare la seguente formula per ottenere il numero di ricariche:

Da ricordare che si tratta di una formula generale, applicabile a qualsiasi dispositivo che possa ricaricarsi con un power bank (smartphone, tablet, smartwatch…).

D’altronde, il suo risultato, naturalmente, non è 100% preciso ma ci serve per avere un’idea di quante ricariche approssimative può offrirci il power bank che vogliamo acquistare per ricaricare il nostro dispositivo.

Esempio: quante ricariche sono 10000 mAh?

Ora, stimeremo il numero di ricariche che avremo a disposizione nel nostro smartphone Bq Aquaris X2 Pro che ha una batteria da 3100mAh, supponendo che volessimo acquistare il power bank da 10000 mAh della Ugreen.

Successivamente, confronteremo il risultato con i dati reali ottenuti dalle misurazioni una volta acquistato il power bank.

La formula per poter stimare il numero di ricariche nello smartphone Bq Aquaris X2 Pro utilizzando il power bank Ugreen è la seguente:

Numero di ricariche = Energia utile Power bank / Energia ricarica Smartphone

Nella seguente tabella sono presenti le specifiche di entrambi i dispositivi:

Specifiche	Power bank Ugreen PB178	Smartphone Bq Aquaris X2 Pro
Capacità batteria	10000 mAh	3100 mAh
Voltaggio batteria	3,85V	3,85V
Energia immagazzinata	38500 mWh = 38,5 Wh	11935 mWh ~ 12 Wh

Andiamo a calcolare l’energia utile del power bank della Ugreen supponendo che è capace di fornire l’85% (0,85) della sua energia immagazzinata (38,5 Wh):

Energia utile Power bank = 10000 mAh x 3,85 V x 0,85 = 32725 mWh ~ 33 Wh

Ora, calcoleremo quanta energia necessita il nostro smartphone per ricaricare la sua batteria supponendo che il processo di ricarica (cavo, conversione del voltaggio…) ha un’efficienza dell’85% (0,85):

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

Vediamo che la batteria del Bq Aquaris X2 Pro ha bisogno di ricevere approssimativamente 2000 mWh extra di energia (14000 – 12000 mWh) per ricaricare completamente la sua capacità da 12 Wh.

Infine, calcoleremo il numero di ricariche stimato:

Numero di ricariche = 33 Wh / 14 Wh = 2,36 ricariche

Pertanto, sappiamo che se acquistassimo il power bank di Ugreen da 10000 mAh di capacità, avremo per 2 ricariche complete (dal 0% al 100%) nel nostro smartphone Bq Aquaris X2 Pro e, inoltre, continueremo ad avere energia per una terza ricarica parziale (dal 0% al 36%).

Nonostante, per i lettori più curiosi, andremo a verificare il numero di ricariche reali che avremo nello smartphone una volta acquistato il power bank della Ugreen.

Validazione dei dati

Nelle seguenti tabelle sono presenti i risultati ottenuti dalle prove di ricarica dello smartphone e scarica del power bank sia per la ricarica standard (quella abituale per qualsiasi dispositivo con porta di ricarica USB) che per la ricarica rapida Quick Charge 3.0 e Power Delivery (questo smartphone è compatibile con entrambi i protocolli).

Inoltre, si verifica che l’efficienza media ottenuta in entrambe le prove differisce dell’85% stabilito nelle formule teoriche.

Smartphone Bq Aquaris X2 Pro

• Osserviamo che questo smartphone ha un’efficienza media nella ricarica dell’80% con una fornitura di energia richiesta da 15 Wh approssimativamente.
• Per la misurazione dell’energia di ricarica del dispositivo si tiene in considerazione il cavo di ricarica.

Power bank Ugreen 10000mAh PB178

• Osserviamo che questo modello è capace di fornire più energia (90%) della quale abbiamo stabilito nel calcolo teorico (85%).
• Per misurare l’energia che può fornire un power bank tramite la sua porta USB di uscita si realizza una scarica completa collegando un carico elettronico a una potenza costante. Avendo in considerazione la potenza di ricarica di uno smartphone realizziamo i nostri test con 10W e 14W per ricarica standard e rapida rispettivamente.

Con questi dati calcoliamo il numero di ricariche reali applicando la formula suddetta: