Reklama dynamiczna

niedziela, 28 grudnia 2014

Coś o power bankach, lub po polsku - bankach energii

Coraz więcej osób zmienia swoje dotychczasowe telefony komórkowe na smartfony, posiadające z roku na rok coraz większe ekrany, mocniejsze procesory, szybsze tryby transmisji danych itd.

To z kolei powoduje, że producenci zmuszeni są do montowania większych ogniw, które byłyby w stanie sprostać zwiększonemu apetytowi urządzeń na energię. Obecne baterie w telefonach posiadają pojemność w granicach 3Ah dla topowych modeli, a pomimo tego nie pozwalają na pracę tak długo jak byśmy chcieli. Dwa dni na jednym ładowaniu jest tutaj rzadkością.

Taki stan rzeczy zapoczątkował powstanie nowych urządzeń - przenośnych banków energii dysponujących złączem USB i kierowanych jako zapasowe źródło zasilania do naszych mobilnych maskotek. Tak jak w przypadku większości urządzeń, tak i tutaj są power banki lepsze i gorsze, "mocniejsze" i "słabsze". Jak odróżnić jeden od drugiego i czym kierować się przy ich wyborze przedstawię w tym tekście. 

Pojemność

Podstawowym parametrem przy wyborze zapasowego banku energii powinno być dopasowanie jego pojemności do baterii naszego smartfona, tabletu itp., czyli aby PB - skrót od Power Bank - pozwalał na przynajmniej jedno pełne naładowanie urządzenia.

Dla przykładu iPhone 5s posiada wbudowaną baterię o pojemności 1560 mAh, więc mały marketowy power bank o pojemności 2300 mAh powinien go naładować do pełna. Ale czy na pewno?
Możemy to oszacować z grubsza przy pomocy poniższego wzoru:
\[ \text{Rzeczywista pojemność PB} \cdot \text{sprawność PB} \cdot \frac{\text{wydajność baterii telefonu}} {\text{pojemność baterii telefonu}} = \text{ilość ładowań}\]
Dla przykładu: $$2300mAh \cdot 0,8 \cdot \frac{0,9}{1560}=1,06$$ Wg powyższego wyliczenia, możemy przyjąć, że każdy marketowy power bank o pojemności 2300mAh powinien naładować naszego iPhone'a na styk.

No dobrze, ale co to jest Rzeczywista pojemność PBsprawność PB i wydajność baterii telefonu?
Pierwsze dwa terminy zostaną wyjaśnione w następnym podpunkcie, dotyczącym sprawności power banku, natomiast wydajność baterii jest to ilość prądu jaką przekażemy do baterii i jaką ona przyjmie, bowiem nie jest tak, że przekazując do baterii np. 1000mAh, spowodujemy że faktycznie będzie tyle posiadała. Wydajność baterii możemy w powyższym obliczeniu można pominąć (oczywiście zmniejszając tym samym dokładność obliczenia) lub szukać tej informacji na baterii lub stronach producenta.
Należy pamiętać, że w powyższym obliczeniu nie wzięto pod uwagę ciągłego zużywania energii przez telefon podczas ładowania czy np. temperatury otoczenia. Jeżeli więc zaczniecie ładować telefon oglądając w tym czasie youtube'a z głośniczkami na maksymalnej głośności, to może się okazać, że PB padnie zanim telefon zdąży się do końca naładować.

Sprawność Power Banku

Poprzedni wzór powinien wystarczyć do oszacowania "na oko" (wiem, wiem, "na oko" to facet w szpitalu zmarł ;) pojemności power banku, jaka będzie potrzebna do naładowania naszego telefonu. 
Jedną z jego zmiennych jest sprawność samego banku energii, czyli ilość prądu jaką zużyjemy do naładowania power banku, a ilością jaką odda on podłączonym do niego urządzeniom. Nigdy nie jest to 100%. Jest to zawsze mniej i właśnie o ile mniej zależy od rodzaju zastosowanych ogniw oraz elektroniki użytej do sterowania power bankiem. 
Przed zakupem ciężko jest ocenić faktyczną sprawność (chyba, że znajdziemy takie informacje na urządzeniu lub w Internecie), ale jeżeli już posiadamy własny power bank, to dzięki poniższemu wzorowi możemy sprawdzić do jakiej kategorii urządzeń się on kwalifikuje - tych o gorszych parametrach, czy lepszych, a także w wielu przypadkach czy mamy oryginał, czy podróbkę.
Obliczoną sprawność możemy w końcu wykorzystać do uściślenia wzoru z poprzedniego podpunktu, dotyczącego pojemności.
$$\frac{\text{rzeczywista pojemność PB}\cdot \text{średnie napięcie rozładowania}}{\text{deklarowana pojemność}\cdot \text{napięcie zamontowanych w PB ogniw}} = \text{sprawność konwersji}$$
przy czym:
  • rzeczywista pojemność PB (lub też pojemność rozładowywania PB) jest to ilość prądu jaką power bank jest w stanie oddać od pełnego naładowania do całkowitego rozładowania. Podaje się ją w miliamperogodzinach (mAh) lub amperogodzinach (Ah), zaś mierzy się ją wg wzoru: $$\text{prąd rozładowania}\cdot\text{czas rozładowania}=\text{rzeczywista pojemność PB}$$ na przykład w teście power banku TP-Link TL-PB 10400, który przeprowadziłem dla benchmark.pl użyłem poniższego obliczenia:
    $$0,71A\cdot9\text{godzin i }47\text{minut}=6,94Ah$$ Należy pamiętać, że 9 godzin i 47 minut, to nie jest liczba 9,47. Musimy przeliczyć jaką częścią godziny jest 47 minut. W tym celu wystarczy ilość minut podzielić przez całkowitą ilość minut w godzinie, tj. 47/60=0,78. Powyższe obliczenie powinno zatem wyglądać tak: $$0,71A\cdot9,78=6,94Ah$$ Jeżeli dysponujemy stałym obciążeniem to do wykonania powyższego obliczenia można użyć amperomierza - każdy zwykły multimetr go posiada. Jeżeli ktoś robi zakupy na e-bayu, może tam znaleźć za kilka / kilkanaście złotych fajne rzeczy, które pomogą ustalić pojemność rozładowania w przyjemniejszy sposób niż rozcinanie kabli w celu szeregowego podłączenia multimetru.

    Tester USB mierzący napięcie, prąd i pojemność wraz z rezystorem.
    Tester USB mierzący napięcie, prąd i pojemność wraz z podłączonym rezystorem 1A.
    Pierwszą z nich są różnej maści mierniki USB nazywane "USB doctor charger" (nie wszystkie mierzą pojemność, czyli "capacity" po angielsku), zaś drugą rezystory USB pomagające wykonać pomiary. Można ich szukać na e-bay'u wpisując "USB Load resistor".

    Tester USB mierzący parametry jak wyżej w wersji z wyświetlaczem OLED.
    Tester USB mierzący parametry jak wyżej w wersji z wyświetlaczem OLED.
    Dwa mierniki zaprezentowane zostały na zdjęciach powyżej, wraz z podłączonym do nich jednoamperowym rezystorem. Ceny mierników kształtują się od około 4 do kilkunastu dolarów amerykańskich, natomiast rezystory między 1, a 2 dolary. Oczywiście w cenę wliczona jest przesyłka z Chin. Nie jest to więc majątek, a można mieć fajny gadżet, który stanowczo ułatwi wykonanie zadania. 
  • średnie napięcie rozładowania jest to nic innego jak średnie napięcie rozładowania w trakcie całego procesu rozładowywania power banku ;) Stałe napięcie możemy uzyskać podłączając rezystory jak na powyższych zdjęciach lub np. żarówkę. 
  • deklarowana pojemność to pojemność power banku, którą deklaruje producent (jest na ogół całkowita pojemność zamontowanych w środku ogniw), np. 2300mAh, lub 10400mAh.
  • napięcie zamontowanych ogniw, czyli po prostu napięcie ogniw znajdujących się w power banku. Nie jest to 5V, które PB oferuje na "wyjściu", ale 3,6 lub 3,7V podnoszone następnie przetwornicą "step-up" do 5V wymaganych przez standard USB. 
Deklarowaną pojemność i napięcie zamontowanych ogniw można odnaleźć w specyfikacji technicznej urządzenia lub na stronach producenta (np. dla power banku Xiaomi 10400, którego test przygotowuję, można znaleźć tutaj)

Ilość złączy i ich typ

Gdy już przebrniemy przez różnego rodzaju obliczenia, warto zwrócić uwagę na ilość i rodzaj gniazd jakie zostały zamontowane w power banku. Zwyczajowo już, do ładowania podłączonych urządzeń służy gniazdo USB typu A w ilości jednej lub dwóch sztuk, zaś do ładowania power banku służy port micro USB typu B (jak w większości nowych telefonów). Takie połączenie gniazd pozwoli nam korzystać z jednego kabla (USB typu A do micro USB typu B) zarówno do ładowania power banku, jak też podłączanych do niego urządzeń - jak na poniższych zdjęciach.

Ładowanie telefonu kablem USB typ A do micro USB typ B
Ładowanie telefonu kablem USB typ A do micro USB typ B

Podłączenie tego samego kabla na odwrót umożliwia ładowanie PB z ładowarki sieciowej
Podłączenie tego samego kabla na odwrót umożliwia ładowanie PB z ładowarki sieciowej

Prąd ładowania Power Banku i urządzeń

Prąd ładowania, zarówno power banku, jak i podłączonych urządzeń, (wyrażany w amperach "A", lub "I"), w przeciwieństwie do napięcia (wyrażanego w woltach "V") może się bardzo różnić w poszczególnych modelach. Według specyfikacji napięcie dla portu USB 3.0 może kształtować się w zakresie 4,45V do 5,25V, zaś natężenie prądu do 900mA (czyli 0,9A). Tutaj należy wyjaśnić, że są to wartości dotyczące komputerów i podłączanych do nich urządzeń. Power banki, jak też ładowarki sieciowe dysponują na ogół napięciem 5,0 do 5,3V, ale za to ich prąd ładowania może przekraczać nawet 2A, co stanowi ponad dwukrotność tego co oferują porty USB w komputerze. To właśnie dzięki temu telefon, czy tablet szybciej naładuje się z ładowarki sieciowej niż z komputera.

Podobnie rzecz się ma z power bankami. Warto sprawdzić jakim prądem mogą one ładować podłączone urządzenia. Dobrze byłoby gdyby był to port oferujący 2A, bo wtedy telefon szybciej będzie się ładował.
Również cenną informacją będzie - zwłaszcza przy pojemnych power bankach - jakim prądem mogą być one ładowane. Im wyższa wartość, tym krótszy czas ładowania. Prezentowany na powyższych zdjęciach power bank Xiaomi 10400 może być ładowany prądem 2A i w specyfikacji producent podaje, że z ładowarki 2A będzie się on ładował 5,5 godziny, zaś z ładowarki 1A aż 12 godzin.
Oczywiście możliwość ładowania power banku prądem 2A nic nam nie da, jeżeli nie będziemy posiadać dwuamperowej ładowarki, a tego typu zasilacze wcale nie są bardzo powszechne.

Poza prądem ładowania urządzeń, jak też power banku warto pamiętać, aby dysponował on odpowiednią ilością portów do ładowania podłączanych urządzeń. Wymieniony już Xiaomi 10400 ma tylko jeden port USB oferujący natężenie 2,1A - czyli może ładować tylko jedno urządzenie na raz. Jednemu to wystarczy, drugiemu nie. Na przykład TP Link TL-PB10400 ma dwa porty USB oferujące prąd 2A i 1A, zaś Xiaomi 16000 dysponuje dwoma portami oferującymi 2,1A, przy czym - jak zaznacza producent - gdy korzystamy z nich jednocześnie, to sumaryczny prąd będzie wynosił 3,6A przy 5,1V.

Kombinacji nie brakuje, wiec każdy powinien znaleźć coś dla siebie. 

Passthrough test

Nie wiem jak nazwać to po polsku, ale chodzi o to, że w momencie kiedy PB jest ładowany z sieci, można do niego podłączyć telefon, aby był w tym samym momencie ładowany. Dzięki temu, przy pomocy jednej ładowarki, można ładować dwa urządzenia jednocześnie. Oczywiście będzie to trwało odpowiednio dłużej, ale jeżeli wykonamy takie podłączenie np. na noc to jest szansa, że rano obydwa urządzenia będą podłączone.


Takie jest szczytne założenie, ale w praktyce nie zawsze jest tak różowo. Otóż TP Link TL-PB10400 oficjalnie ma napisane w instrukcji, aby nie ładować z niego urządzeń w momencie kiedy sam jest ładowany. Znowu Xiaomi 10400 podobno potrafi wykonać taką operację, ale jak sprawdziłem nie jest tak pięknie.
Jak widać na powyższym zdjęciu, power bank był ładowany prądem 2,06A, zaś do telefonu przekazywał 0,22A. Tak niski prąd można by było jeszcze przeboleć, gdyby był on stały, tymczasem, prąd co chwilę spadał do zera, aby następnie wynosić 0,22A. Nie sądzę, aby taka operacja była zdrowa dla baterii telefonu.

Zabezpieczenia

Power banki to nie tylko baterie z przyłączonymi do nich portami USB - chociaż w przypadku najtańszych pewnie jest niewiele lepiej. Lepsze modele posiadają szereg różnego rodzaju zabezpieczeń, chroniących zarówno podłączane urządzenia, jak i same banki energii. 

Najczęściej posiadają one:
  • kontrolę temperatury, dzięki czemu chroniona jest elektronika urządzenia, jak i ogniwa PB,
  • ochrona przed przepięciami na wejściu i wyjściu chroniąca z jednej strony PB, z drugiej ładujące się z niego urządzenia,
  • ochrona przed zwarciem,
  • ochrona przed nieprawidłowym podłączeniem kabli. Przy oryginalnych kablach jest to niemożliwe, ale gdybyśmy pomylili kable, moglibyśmy próbować ładować PB przez inny port, niż producent sobie wymyślił:)
  • ochrona przed całkowitym rozładowaniem i przeładowaniem ogniw,
  • ochrona przed nadmiernym poborem prądu z power banku

Podsumowanie

Osobiście byłem bardzo sceptyczny do banków energii - stary jestem i wszelkie nowości mnie odstraszają ;) Miałem jednak okazję testować jeden z nich m.in. podczas wypadu w góry, gdzie tak dobrałem naładowanie baterii w telefonie, aby padła na trasie. Chciałem przetestować ładowanie telefonu w "realu". Podłączyłem więc telefon do PB i rozpocząłem jego ładowanie. 


Godzinę później musieliśmy z kolegą wzywać TOPR do starszego mężczyzny, który zasłabł i prosił o pomoc. W tamtym miejscu tylko mój telefon miał zasięg.
Cała sytuacja skończyła się dobrze, ale przedstawiona sytuacja pokazała mi na ile ważne jest posiadanie dodatkowego źródła energii. Nieważne, czy Wasz telefon sam się rozładuje bo dawno nie widział ładowarki, czy może Wy sami nie do końca go naładujecie (braknie czasu, albo jesteście skąpi i żałujecie mu prądu;) ważne jest, aby niezależnie od ograniczeń związanych z baterią w każdym przypadku móc z niego skorzystać, a to może zapewnić tylko dodatkowe źródło energii jakim jest power bank. 

Linki:

1 komentarz:

  1. Witam.
    Moim zdaniem należało by tak naprawdę operować nie amperogodzinami a watogodzinami. To za kilowatogodziny płacimy dystrybutorowi energii elektrycznej. Dlaczego Wh? Bo pokazuje ilość energii. Wyobraźmy sobie, że w jednym powerbanku mamy akumulator 12V, w drugim 3,6V. Jeden i drugi będzie miał pojemność 10Ah. Który będzie miał więcej energii? Z tego z akumulatorem 12V 10Ah naładujemy swoje urządzenia około 3 razy więcej. W powerbankach ten błąd rozliczania pojemnści w mAh ratuje fakt, że wszystkie urządzenia zazwyczaj operują na napięciu 5V, i telefon, i powerbank, a akumulatory wewnątrz nich również mają napięcie średnie ok. 3,6V.

    OdpowiedzUsuń

Bardzo proszę o zachowanie netykiety.

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...