Wat is de werkelijke uitvoercapaciteit van een powerbank?

Weet u hoe vaak u uw mobiele telefoon kunt opladen met een 10000mAh of 20000mAh powerbank?

Een veelgemaakte fout bij mensen die willen weten hoe vaak ze een apparaat met een powerbank kunnen opladen is om de capaciteiten van beide apparaten door elkaar te delen, oftewel:

Aantal ladingen = powerbank-capaciteit (mAh) / smartphone-capaciteit (mAh)

Bijvoorbeeld, als u een smartphone met een batterijcapaciteit van 2500mAh hebt en u koopt een 10000mAh powerbank, hoeveel ladingen zou u dan kunnen krijgen?

Als we de bovenstaande formule toepassen, krijgen we 4 volle ladingen:

Aantal ladingen = 10000 mAh / 2500 mAh = 4 ladingen

DAT IS EEN GROOT MISVERSTAND!!

Helaas is deze berekening verkeerd omdat de 10000mAh van de powerbank naar de interne batterijcapaciteit verwijst.

De werkelijke beschikbare capaciteit bij de USB-uitgangspoort van de powerbank zou een resultaat dat dichter bij de waarheid ligt geven:

Aantal ladingen = werkelijke powerbank-capaciteit / smartphone-capaciteit

Als we aannemen dat de werkelijke capaciteit 6000 mAh is, zouden we genoeg stroom voor 2 volledige smartphone-ladingen hebben:

Aantal ladingen = 6000 mAh / 2400 mAh = 2,5 ladingen

Hoewel deze tweede formule technisch gezien nog steeds verkeerd is (capaciteiten delen zich bij verschillende spanningen), wilden we u op een eenvoudige manier laten zien dat het aantal ladingen veel lager dan verwacht is, ondanks het feit dat de powerbank met een capaciteit van 10000 mAh wordt geadverteerd.

In het volgende artikel leggen we uitgebreid uit hoe u de werkelijke capaciteit en het aantal ladingen van een powerbank voor verschillende apparaten en laadspanningen kunt berekenen.

Hoewel de inhoud van dit artikel misschien een beetje technisch en saai is om te lezen, hebben we geprobeerd om het zo begrijpelijk mogelijk te maken voor mensen zonder technische ervaring.

Na het lezen van dit artikel zult u een powerbank-expert zijn!

👇ANDERE HANDIGE POSTS DIE JE KAN LEZEN👇

Wat zit er in een Powerbank?

Ten eerste moet u vertrouwd raken met de 2 basiselementen die deel van een powerbank uitmaken:

1. Een oplaadbare batterij met een bepaalde capaciteit (mAh) en nominale spanning (V).
2. Een elektronische schakeling die het oplaad- en ontlaadproces van de oplaadbare batterij regelt en andere belangrijke functies uitvoert, zoals bijvoorbeeld bescherming tegen overspanning en overontlading, temperatuurbeheersing, enz.

Zoals we hierna zullen zien, hangt de werkelijke uitvoercapaciteit van een powerbank af van de kwaliteit van dergelijke onderdelen.

Batterijcapaciteit en -spanning

De batterij van een powerbank bestaat uit lithium-ion (Li-Ion) of lithium-polymeer (LiPo) cellen.

Gewoonlijk worden cellen met een nominale spanning van 3,7 volt (V) en een capaciteit van 1500 tot 5000 milliampère-uur (mAh) gebruikt. Er zijn echter ook cellen met andere spanningen op de markt, b.v. 3.6V, 3.8V of 3.85V.

Bovendien kan de batterij bestaan uit een enkele cel of uit verschillende cellen die met elkaar zijn verbonden:

Dus vanaf nu weet u wanneer u de capaciteit van een powerbank geadverteerd ziet, dat het naar de capaciteit van de interne batterij verwijst!

Spanning USB Uitgangspoort

We hebben al gezien dat een powerbank bestaat uit een interne batterij met een bepaalde capaciteit (mAh) en een nominale spanning (V), meestal van 3,7 volt (V).

Bij het opladen van een apparaat met een powerbank is het echter belangrijk om te weten dat de USB-uitgangspoort van elke powerbank met een standaardspanning van 5V werkt.

Zelfs deze spanning kan hoger zijn (9V, 12V of 20V) als zowel het aangesloten apparaat als de powerbank snellaadprotocollen ondersteunen, zoals Quick Charge (QC) of Power Delivery (PD).

Dit verschil tussen de batterijspanning en de spanning bij uitgangspoort van de powerbank is de reden waarom de capaciteit van een powerbank bij de USB-uitgangspoort verschilt van de capaciteit die op de interne batterij wordt aangegeven.

Bijvoorbeeld, een 10000mAh powerbank zou een capaciteit van 7400mAh hebben bij de USB-uitgangspoort bij een laadspanning van 5V.

Om samen te vatten

In deze sectie hebben we geleerd dat:

• Een powerbank uit een interne batterij (bestaande uit één of meer Li-Ion of LiPo cellen) en een elektronische schakeling bestaat.
• De capaciteit die op een powerbank wordt vermeld de capaciteit van de interne batterij aangeeft en niet gelijk is aan de capaciteit die via de uitgangspoort beschikbaar is.

Hoe bereken je de werkelijke uitvoercapaciteit van een Powerbank?

Nu dat we bekend zijn met de belangrijkste onderdelen van een powerbank, laten we een stap-voor-stap methode leren om de werkelijke uitvoercapaciteit van een powerbank te berekenen voor een bepaalde laadspanning (of uigangspoortspanning).

Om de theoretische concepten beter te begrijpen, zal elk hoofdstuk bovendien een praktisch voorbeeld bevatten met de echte gegevens van een powerbank met een capaciteit van 10000 mAh, het PB178 model van het merk Ugreen:

De specifieke gegevens die wij over dit model willen weten zijn de capaciteit (mAh) van het apparaat, en de spanning (V) van de batterij:

• Battery Capacity: 10000mAh 3,85V

Later zullen we ook uitleggen wat de gegevens van de Rated Capacity, die sommige fabrikanten in de specificaties van hun powerbanken op beginnen te nemen.

Opgeslagen energie

Zoals we al weten, is een powerbank een elektronisch apparaat dat energie opslaat in een interne batterij om deze later over te dragen aan de batterij van andere apparaten, of sommige zelfs direct van stroom te voorzien.

Deze energie wordt gemeten in wattuur (Wh) en wordt berekend door de capaciteit (mAh) te vermenigvuldigen met de nominale spanning (V) van de interne batterij:

Spanningsomzetting

Tijdens het opladen van een apparaat verhoogt het elektronische circuit van een powerbank de nominale spanning van de batterij (bv. 3,7 V) tot de spanning van de USB-uitgangspoort (5V standaardspanning).

Als we aannemen dat de spanningsomzetting (van 3,7V naar 5V) een ideaal proces was, d.w.z. zonder energieverliezen, zou alle in de powerbankbatterij opgeslagen energie volledig moeten worden overgedragen naar de USB-uitgangspoort.

Daarom kunnen we de volgende gelijkwaardigheid definiëren:

Opgeslagen Energie Powerbank = Uitvoerenergie Powerbank

Laten we deze vergelijking in termen van capaciteit en spanning uitdrukken:

Batterijcapaciteit (mAh) x Nominale batterijspanning (V) = Uitvoercapaciteit (mAh) x Oplaadspanning (V)

Uit de bovenstaande vergelijking kennen we alle variabelen behalve de capaciteit bij de USB-uitgangspoort.

Als we deze variabele oplossen, krijgen we een eerste benadering voor de werkelijke capaciteit aan de uitgang van een powerbank in functie van de oplaadspanning van het apparaat (5V is de standaardspanning):

Uitvoercapaciteit (mAh) = [ Batterijcapaciteit (mAh) x Nominale batterijspanning (V) ] / Laadspanning (V)

Energie-efficiëntie

Tot dusver hebben we de werkelijke capaciteit bij de uitgangspoort van een powerbank berekend, ervan uitgaande dat het mogelijk is om 100% van de in de batterij opgeslagen energie te leveren.

Helaas werkt de in het vorige hoofdstuk gedefinieerde formule niet in het echte leven:

Opgeslagen Energie Powerbank ≠ Uitgevoerde energie Powerbank FOUT!

De energie aan de uitgangspoort van een powerbank zal ALTIJD minder zijn dan de opgeslagen energie en de geleverde hoeveelheid zal van de kwaliteit van de 2 componenten afhangen:

De ontladingsefficiëntie van een powerbank kan gedefiniëerd worden als de verhouding tussen de geleverde energie bij de USB-uitgangspoort en de opgeslagen energie in de batterij:

Het is redelijk logisch dat de energie-efficiëntie van een powerbank nooit 100% zal zijn:

Zelfs als we een nieuwe powerbank kopen en de batterij in perfecte staat is, zal er altijd energie verloren gaan als gevolg van het spanningsomzettingsproces van het elektronische circuit van de powerbank om apparaten op te laden.

Dit energieverlies zal hoger of lager zijn, afhankelijk van de kwaliteit van het elektronische circuit.

Bruikbare energie en werkelijke capaciteit

Nu we het concept van energie-efficiëntie in een powerbank kennen, zijn we klaar om de energie en capaciteit bij de USB-uitgangspoort van de powerbank te berekenen.

Met de Energie-efficiëntieformule als startpunt, nemen we de variabele Opgeslagen energie naar de andere kant van de vergelijking, en zo krijgen we de beschikbare energie bij de uitgangspoort van de powerbank:

Energie-efficiëntie Powerbank = Uitgevoerde energie / Opgeslagen energie

De met deze formule berekende energie is de bruikbare energie van de powerbank, d.w.z. de energie die beschikbaar is voor het opladen van verschillende apparaten.

Als we deze formule analyseren, is het enige element dat we niet kennen de energie-efficiëntie van de powerbank.

If we analyze this formula, the only element we don’t know is the energy efficiency of the power bank.

Deze waarde moet worden vastgesteld. U vraagt zich misschien af, welke waarde moet ik gebruiken?

Op basis van onze ervaring, na analyse van een groot aantal modellen, bevelen wij aan een efficiëntie van 85% (0,85) te gebruiken:

Er zijn powerbanks met een efficiëntie van meer dan 90% en er zijn er ook met een efficiëntie van minder dan 80%, maar als een powerbank van voldoende kwaliteit is, zal de ontladingsefficiëntie ongeveer 85% * bedragen.

*Opmerking: deze efficiëntie kan enigszins afnemen wanneer met snellaadprotocollen wordt gewerkt.

We hebben al gezien hoe we de bruikbare energie van een powerbank kunnen berekenen, en als we willen weten wat de werkelijke capaciteit bij de uitgangspoort voor een bepaalde laadspanning is, hoeven we alleen maar de bovenstaande vergelijking uit te drukken in termen van capaciteit en spanning:

Uitgevoerde energie = Efficiëntie x Opgeslagen energie

Uitvoercapaciteit (mAh) x Laadspanning (V) = Efficiëntie x Batterijcapaciteit (mAh) x Nominale batterijspanning (V)

Vervolgens lossen we onze variabele op, die de werkelijke capaciteit aan de uitvoerpoort zou zijn, en tenslotte krijgen we de algemene formule:

Deze formule is geldig voor elke laadspanning. Als we bijvoorbeeld de werkelijke capaciteit aan de uitgangspoort van een powerbank willen berekenen voor een laadspanning van 5V zouden we de volgende formule toepassen:

Indien u de capaciteit van de powerbank aangeeft in termen van energie (watt-uur of Wh) kunt u de volgende formule gebruiken:

Samenvatting

In deze sectie hebben we geleerd:

1. Dat de energie aan de uitgangspoort van een powerbank bekend staat als bruikbare energie en ALTIJD minder zal zijn dan de energie die in de batterij is opgeslagen.
2. Dat de bruikbare energie van een powerbank afhangt van de kwaliteit van de onderdelen (toestand van de batterij en efficiëntie van het elektronische circuit).
3. Dat de energie-efficiëntie van een powerbank de verhouding is tussen de energie die aan de uitgangspoort wordt geleverd en de energie die in de batterij is opgeslagen.
4. Hoe de (theoretisch) bruikbare energie en de werkelijke capaciteit aan de uitgangspoort van een powerbank kan worden berekend als we de specificaties van de bank kennen en uitgaan van een energie-efficiëntie van 85% wanneer de batterij volledig is ontladen.

Formules

• Opgeslagen energie (Wh) = [Batterijcapaciteit (mAh) x Batterijspanning (V)] / 1000
• Energie-efficiëntie (%) = [Uitgevoerde energie (Wh) / Opgeslagen energie (Wh)] x 100
• Uitgevoerde (of bruikbare) energie (Wh) = opgeslagen energie (Wh) x 0,85
• Werkelijke uitvoercapaciteit (mAh) = [Uitgevoerde energie (Wh) / Oplaadspanning (V)] x 1000

Gebruikssituatie

We hebben de formules toegepast met de gegevens van de powerbank die in dit deel als voorbeeld wordt gebruikt, ervan uitgaande dat deze een energie-efficiëntie van 85% heeft:

Gegevens Ugreen Power Bank:

• Interne batterijcapaciteit van 10000mAh en nominale spanning van 3,85V.
• Ontladingsefficiëntie van 85%.

Resultaten:

• Opgeslagen Energie (Wh) = (10000mAh x 3.85V) / 1000 = 38.5 Wh
• Bruikbare energie (Wh) = 38,5Wh x 0,85 = 32,725 Wh
• Werkelijke uitvoercapaciteit bij 5V (mAh) = (32,725 Wh / 5V) x 1000 = 6545 mAh

Hoe meet je de werkelijke uitvoercapaciteit van een powerbank?

Tot nu toe hebben we een aantal formules gezien waarmee we de bruikbare energie en de werkelijke capaciteit van een powerbank kunnen bepalen voordat we hem kopen.

Deze formules zijn gebaseerd op de aanname dat een standaard powerbank een energie-efficiëntie van ten minste 85% heeft wanneer deze volledig ontladen wordt.

Maar, zoals we hierna zullen zien, de energie-efficiëntie kan per powerbank verschillen.

Vergelijking van werkelijke en theoretische gegevens

Als we al een powerbank hebben gekocht en we willen de werkelijke capaciteit, bruikbare energie en energie-efficiëntie ervan weten, dan zou het nodig zijn deze volledig te ontladen (van 100% naar 0%) door een elektronische belasting met een constante spanning (V) en stroom (A) op een USB-uitgang aan te sluiten, en een multimeter aan te sluiten om de totale geleverde energie te meten.

Laten we onze Ugreen powerbank ontladen met een elektronische belasting van 10W (5V/2A) en de gegevens verkregen door de multimeter vergelijken met de resultaten van de formules die in het vorige hoofdstuk zijn gepresenteerd:

Wij zien dat de werkelijke en theoretische gegevens vrij goed overeenkomen, en dat we voor dit model zelfs betere resultaten verkrijgen dan de formules voorspellen.

Kortom:

Voor de theoretische berekening van de bruikbare energie en de werkelijke capaciteit van een powerbank kunnen we een andere waarde van energie-efficiëntie gebruiken, bijvoorbeeld 80% of 90%, maar wij zijn van mening dat 85% een geldige gemiddelde waarde is voor vrijwel elke powerbank.

Meer voorbeelden uit de praktijk: Het PowerBank20 project 📋

Om de beste powerbanks op de markt aan te bevelen, is één van de tests die we in PowerBank20 uitvoeren de analyse van de energie-efficiëntie van de powerbank wanneer deze volledig ontladen wordt.

In de volgende tabel ziet u enkele van de gegevens die wij in deze test hebben opgenomen voor de op onze website geanalyseerde modellen van bekende merken:

Conclusies

Voordat u een powerbank koopt:

1. De bruikbare energie en de werkelijke uitvoercapaciteit kunnen worden geraamd door alleen de specificaties te kennen en een theoretisch energierendement van 85% vast te stellen.
2. Zodra we de bruikbare energie van de powerbank kennen, kunnen we een schatting maken van het aantal oplaadbeurten dat hij kan uitvoeren op een mobiele telefoon.

Hoe bereken je het aantal ladingen dat je uit een powerbank kunt halen? 📱

Om te berekenen hoe vaak je een apparaat kan opladen met een powerbank, moeten we het volgende weten:

Zodra wij deze gegevens kennen, passen wij simpelweg de volgende formule toe om het aantal ladingen te verkrijgen:

Vergeet niet dat dit een algemene formule is, en dat deze werkt voor elk apparaat dat met een powerbank kan worden opgeladen (mobiele telefoon, tablet, smartwatch…).

Aan de andere kant is het resultaat, logischerwijs, niet 100% precies, maar het helpt om een idee te krijgen van hoeveel ladingen de powerbank die we misschien willen kopen ongeveer kan leveren.

Voorbeeld: Hoeveel ladingen zitten in 10000 mAh?

Hier zullen we een schatting maken van het aantal ladingen dat we zouden hebben op onze Bq Aquaris X2 Pro smartphone, die een 3100mAh batterij heeft, ervan uitgaande dat we de 10000 mAh powerbank van Ugreen willen kopen.

Vervolgens zullen wij het resultaat vergelijken met de werkelijke gemeten gegevens zodra wij de powerbank aanschaffen.

De formule voor het schatten van het aantal ladingen van de Bq Aquaris X2 Pro met de Ugreen powerbank is als volgt:

Aantal ladingen = Bruikbare energie powerbank / Oplaadenergie apparaat

In de volgende tabel staan de specificaties van beide toestellen:

Specs	Ugreen PB178 Power Bank	Bq Aquaris X2 Pro Smartphone
Batterijcapaciteit	10000 mAh	3100 mAh
Batterijspanning	3,85V	3,85V
Opgeslagen energie	38500 mWh = 38,5 Wh	11935 mWh ~ 12 Wh

Laten we de bruikbare energie van de Ugreen powerbank berekenen, ervan uitgaande dat deze in staat is 85% (0,85) van de opgeslagen energie (38,5 Wh) te leveren:

Bruikbare energie powerbank = 10000 mAh x 3,85 V x 0,85 = 32725 mWh ~ 33 Wh

Vervolgens berekenen we hoeveel energie onze mobiele telefoon nodig zou hebben om zijn batterij op te laden, ervan uitgaande dat het oplaadproces (kabel, spanningsomzetting…) een efficiëntie heeft van 85% (0,85):

Oplaadenergie apparaat = (3100 mAh x 3,85 V) / 0,85 = 14041 mWh ~ 14 Wh

We zien dat de batterij van de Bq Aquaris X2 Pro ongeveer 2000 mWh extra energie moet ontvangen (14000 – 12000 mWh) om zijn capaciteit van 12 Wh volledig op te laden.

Tenslotte berekenen wij het geschatte aantal ladingen:

Aantal ladingen = 33 Wh / 14 Wh = 2,36 ladingen

Daarom weten we dat als we de Ugreen powerbank met een capaciteit van 10000 mAh kopen, we energie zouden hebben voor 2 volledige ladingen (van 0% tot 100%) op onze Bq Aquaris X2 Pro, en daarna nog energie zouden hebben voor een derde gedeeltelijke lading (van 0% tot 36%).

Maar, voor onze nieuwsgierige lezers, laten we eens kijken naar het werkelijke aantal oplaadbeurten van de mobiele telefoon na aanschaf van de Ugreen powerbank.

Gegevensvalidatie

De volgende tabellen tonen de resultaten van de tests waar wij de mobiele telefoon opladen en de powerbank ontladen, zowel voor standaard laden (de gebruikelijke oplaadmethode voor elk apparaat met een USB-laadpoort) als voor snelladen met Quick Charge 3.0 en Power Delivery (deze mobiele telefoon is compatibel met beide protocollen).

Wij hebben ook geverifieerd dat de in beide proeven verkregen gemiddelde efficiëntie verschilt van de 85% die in de theoretische formules is vastgesteld.

Bq Aquaris X2 Pro Smartphone

1. Wij merken op dat deze mobiele telefoon een gemiddeld laadrendement heeft van 80% met een vereiste energievoorziening van ongeveer 15Wh.
2. De oplaadkabel wordt in aanmerking genomen voor de meting van de oplaadenergie van het apparaat.

Ugreen PB178 Power Bank

1. Wij merkten dat dit model in staat is meer energie te leveren (90%) dan wat wij voor de theoretische berekening hadden vastgesteld (85%).
2. Om de energie die een powerbank via zijn USB-uitgang kan leveren te meten, voeren we een volledige ontlading uit door een elektrische belasting met constant vermogen aan te sluiten. Rekening houdend met het laadvermogen van een mobiele telefoon hebben we onze tests uitgevoerd met 10 en 14 W voor respectievelijk standaard en snelladen.

Met deze gegevens berekenen we het werkelijke aantal keer laden door de bovenstaande formule toe te passen: