تعریف ظرفیت نامی و واقعی پاوربانک چیست و این دو چه تفاوتی با یکدیگر دارند؟

مقدمه :

تاکنون حتماً شنیده‌اید که ظرفیت نامی و واقعی پاوربانک با یکدیگر متفاوت بوده و گاهی از این موضوع به عدم صداقت شرکت‌های تولیدکننده و حربه تبلیغاتی یاد می‌شود که این موضوع از دیدگاه تجاری درست و از دیدگاه فنی کاملاً اشتباه می‌باشد!

جهت توضیح موضوع ابتدا باید به مفهوم انرژی ذخیره شده در پاوربانک پرداخته شود:

انرژی و توان الکتریکی :

وات : واحد توان الکتریکی بوده و از حاصل‌ضرب ولتاژ بر حسب ولت در جریان بر حسب آمپر بدست می‌آید.

ژول : واحد انرژی الکتریکی بوده که حاصل‌ضرب توان الکتریکی در زمان می‌باشد.

وات-ساعت : در استفاده روزمره به دلیل کوچک بودن ثانیه به عنوان واحد زمان در تعریف ژول، اعداد بسیار بزرگی بدست می‌آید که نسبت به حس عادی انسان در شبانه‌روز که واحد آن ساعت می‌باشد، کمی گیج‌کننده و غیرقابل استفاده می‌باشند. بنابراین از واحد دیگری به نام وات-ساعت استفاده می‌شود که معادل انرژی الکتریکی تولیدی یا مصرفی ۱ وات در مدت ۱ ساعت می‌باشد. با پیشوندهای استاندارد در پایه ۱۰، واحدهای میلی وات-ساعت تا مگاوات-ساعت نیز کابرد روزمره دارند.

انرژی ذخیره شده در پاوربانک :

پاوربانک در حقیقت از اتصال چندین سلول باتری لیتیوم-یون یا لیتیوم-پلیمر تشکیل شده است که جهت افزایش جریان خروجی، با یکدیگر به صورت موازی بسته شده‌اند. بنابراین ظرفیت نامی مجموعه بر حسب میلی‌آمپر ساعت برابر حاصل‌ضرب ظرفیت هر سلول در تعداد سلول‌ها خواهد بود و انرژی الکتریکی نامی ذخیره شده در پاوربانک برابر است با:

E­_n = C_n [mAh] × V_Lit [V]= 3.7 C_n [mWh]

در رابطه فوق:

E­_n : انرژی ذخیره شده در پاوربانک بر حسب میلی‌وات-ساعت

C_n: ظرفیت نامی پاوربانک بر حسب میلی‌آمپر-ساعت که روی آن نوشته شده

V_Lit: ولتاژ نامی سلول باتری لیتیوم-یون یا لیتیوم-پلیمر که ۳.۷ ولت فرض می‌شود

با صرف‌نظر موقتی از تلفات، همین انرژی از طریق پورت USB به باتری وسیله شارژشونده (گوشی موبایل، تبلت و غیره) منتقل می‌گردد. اما نکته مهم در اینجاست که ولتاژ استاندارد پورت USB که پاوربانک از طریق آن وسیله را شارژ می‌نماید، ۵ ولت است. بنابراین اگر انرژی و ظرفیت تحویلی توسط پورت USB را به ترتیب با E_u و C_u نمایش دهیم، با صرف‌نظر موقتی از تلفات:

E [mWh] = C [mAh] × V [V] ⇒ E­_n = C_n [mAh] × V_Lit [V] ≈ E_u = C_u [mAh] × V_u [V] ⇒ ۳.۷ C_n ≈ ۵ C_u  ⇒ C_u/C_n = ۳.۷/۵ = ۷۴%        (رابطه شماره ۱)

پس در عمل، افزایش ولتاژ از مقدار ۳.۷ استاندارد سلول باتری به ۵ ولت استاندارد پورت USB، سبب کاهش ۲۶ درصدی راندمان می‌گردد.

ممکن است این سؤال پیش آید که چرا ولتاژ خروجی پاوربانک به جای ۵ ولت، مقدار کمتری (مثلاً ۴.۲ ولت که ولتاژ استاندارد شارژ باتری لیتیوم-یون و لیتیوم-پلیمر می‌باشد) درنظر گرفته نمی‌شود تا طبق رابطه شماره ۱، راندمان افزایش یابد؟

پاسخ این است که وسایل همراه مانند گوشی موبایل، تبلت و غیره همیشه از پاوربانک شارژ نمی‌گردند. بلکه ممکن است از شارژر اریجینال خود، شارژر سولار ، شارژ برق شهر دیواری ، شارژ فندکی خودرو و پورت USB لپ‌تاپ یا کامیپوتر خانگی شارژ شوند که ولتاژ خروجی همه اینها، ۵ ولت استاندارد USB می‌باشد. بنابراین، ولتاژ خروجی پاوربانک نیز به اجبار باید از سایر شارژرهای USB موجود تبعیت نماید.

تلفات انرژی :

محاسبات بالا با فرض تحویل کل انرژی ذخیره شده در پاوربانک به باتری وسیله تحت شارژ انجام گرفت. اما در عمل، انرژی در مسیر شارژ از پاوربانک به باتری وسیله تحت شارژ در مراحل زیر تلف می‌گردد:

• تلفات گرمایی :

اگر به بدنه هر وسیله تحت شارژی مانند گوشی موبایل و تبلت دست بزنید، گرم‌تر بودن آن نسبت به محیط اطراف را حس خواهید نمود که نشان از اتلاف مقداری از انرژی تحویلی به صورت گرما دارد.

علت گرم شدن باتری در مطالب مرتبط با باتری لیتیوم-یون و لیتیوم-پلیمر به تفصیل توضیح داده شده است

• تلفات اهمی :

مقداری از انرژی به صورت افت اهمی ولتاژ در طول کابل شارژ تلف می‌گردد که هر چه طول کابل کمتر و خلوص مس استفاده در کابل شارژ بیشتر باشد مقاومت اهمی کابل و در نتیجه مقدار این تلفات کمتر خواهد شد.

• تغذیه مدارات داخلی :

هر پاوربانک دارای تعداد زیادی مدارات کنترلی و تغذیه‌ای مانند کنترل منحنی شارژ ولتاژ-جریان (iSmart)، چراغ‌های LED یا صفحه نمایش LCD میزان شارژ باقیمانده و چراغ قوه و همچنین مدارات حفاظتی مانند قطع شارژ در صورت افزایش دما بیش از حد مجاز و قطع شارژ پس از پرشدن باتری می‌باشد که مقداری از انرژی دریافتی را مصرف می‌نمایند.

• فرسودگی باتری :

هرچه به پایان چرخه عمر مفید پاوربانک نزدیکتر شویم، ظرفیت الکتریکی و در نتیجه انرژی ذخیره شده نسبت به مقدار نامی کاهش خواهد یافت.

• دمای محیط شارژ :

دماهای خیلی بالا (بیش از ۴۵ درجه سانتیگراد) یا خیلی پایین (زیر صفر درجه سانتیگراد) به شدت بر ظرفیت باتری تأثیرگذار بوده و مقدار آن را از مقدار نامی خود کمتر می‌نمایند.

معمولاً جمع تلفات فوق به طور متوسط %۵ درنظر گرفته می‌شود. بنابراین با درنظرگرفتن رابطه ۱ اگر ظرفیت واقعی پاوربانک را با C_r نشان دهیم :

C_r = ۰.۹۵ × ۰.۷۴ C_n ⇒ C_r/C_n ≈ ۷۰%                    (رابطه شماره ۲)

به عبارت دیگر، در حین فرآیند شارژ به دلیل نیاز به افزایش سطح ولتاژ و همچنین وجود تلفات فوق، حدود %۳۰ ظرفیت نامی (معادل انرژی الکتریکی ذخیره شده) در پاوربانک قابل استفاده نبوده و تلف می‌گردد و کاربر تنها قادر به استفاده از ۷۰ درصد ظرفیت آن می‌باشد.

لازم به ذکر است که تلفات انرژی فوق در پاور‌بانک‌های ارزان‌قیمت بدون برند یا از برندهای ناشناخته به دلیل استفاده از سلول‌های باتری نامرغوب و مدارات داخلی غیر استاندارد، بسیار بیش از مقادیر فوق بوده و ملاحظه می‌گردد که پاوربانک قادر به شارژ گوشی یا تبلت به تعداد بسیار کمتری از مقدار محاسبه شده فوق یا حتی مقدار نامی خود می‌باشد یا به تعبیر بهتر، تفاوت ظرفیت نامی و واقعی پاوربانک بسیار بیش از مقدار فوق است.

باید توجه داشت که با پیشرفت تکنولوژی طراحی و ساخت مدارات کنترلی و حفاظتی پاوربانک، انتظار می‌رود که مصرف داخلی پاوربانک مربوط به این مدارات کاهش و در نتیجه راندمان کلی شارژ پاوربانک در نسلهای جدید افزایش نسبت به مقدار فوق بهبود یابد.

شکل پایین دیاگرام ساده بخش‌های یک پاوربانک را نشان می‌دهد:

دیاگرام بخش‌های مختلف پاوربانک جهت توضیح ظرفیت نامی و واقعی پاوربانک

 مثال ۱ برای محاسبه تعداد شارژ توسط پاوربانک در حین خاموش بودن وسیله تحت شارژ:

فرض می‌کنیم با یک پاوربانک با ظرفیت ۱۰ هزار میلی‌آمپرساعت می‌خواهیم گوشی آی‌فون ۶S را شارژ نماییم. در صورت پر بودن پاوربانک، چند مرتبه می‌توان گوشی را شارژ نمود تا خود پاوربانک کاملاً خالی شود؟

ظرفیت باتری گوشی گوشی آی‌فون ۶S برابر ۱۷۱۵ میلی‌آمپر ساعت می‌باشد. بنابراین:

(۱۰۰۰۰/۱۷۱۵) × ۰.۷ ≈ ۴.۰۸

یعنی این پاوربانک در صورت پربودن کامل، قادر به ۴ بار شارژ گوشی آی‌فون ۶S از ۰ تا %۱۰۰ و در بار پنجم تا تقریباً %۸ می‌باشد که پس از آن خود کاملاً خالی می‌شود. همچنین، ظرفیت نامی و واقعی پاوربانک این مثال ۳۰۰۰ میلی‌آمپرساعت با یکدیگر تفاوت خواهند داشت.

یک اشتباه بسیار رایج :

برای محاسبه تعداد دفعات شارژ گوشی موبایل یا تبلت توسط پاوربانک، یک اشتباه بسیار رایج این است که تعداد دفعات شارژ را هنگام روشن بودن وسیله در نظر می‌گیرند. اما باید توجه داشت که اگر در حین روشن بودن وسیله عمل شارژ انجام شود، پاوربانک علاوه بر شارژ باتری وسیله موردنظر، وظیفه تأمین انرژی کارکرد سیستم‌های الکترونیکی مختلف گوشی یا تبلت مانند پردازنده (Processor)، صفحه نمایش (Screen)، وای فای (Wi-Fi)، جی پی اس (GPS) و غیره را برعهده دارد که چون انرژی قابل توجه لازم برای کارکرد این سیستم‌ها در محاسبه تعداد شارژ پاوربانک لحاظ نمی‌گردد، سبب تفاوت غیرعادی ظرفیت نامی و واقعی پاوربانک و نارضایتی کاربر خواهد شد.

مثال عددی شماره ۲ به روشن‌شدن موضوع کمک خواهد نمود.

مثال ۲ برای محاسبه تعداد شارژ توسط پاوربانک در حین روشن بودن وسیله تحت شارژ :

در کاربردهای روزمره امروزی مانند روشن نگهداشتن وای فای برای چک کردن تلگرام، وایبر، اینستاگرام و فیس بوک و همچنین انجام بازی و استفاده از جی پی اس، باتری یک گوشی به طور متوسط ظرف ۲ روز تخلیه می‌گردد. پس مصرف روزانه به طور متوسط %۵۰ طرفیت باتری می‌باشد. فرض کنید ظرفیت باتری گوشی شما ۳۰۰۰ میلی‌آمپر ساعت است و می‌خواهید آن را توسط یک پاوربانک با ظرفیت ۱۰۰۰۰ میلی‌آمپرساعت با راندمان %۷۰ شارژ نمایید.

اگر گوشی خاموش باشد، طبق رابطه شماره ۲ تعداد شارژ گوشی توسط پاوربانک برابر خواهد بود با :

(۱۰۰۰۰ / ۳۰۰۰) × ۰.۷ ≈ ۲.۳۳                    (رابطه شماره ۳)

یعنی پاوربانک قبل از تخلیه کامل، گوشی را از صفر تا %۱۰۰ دو بار شارژ نموده و در دفعه سوم تا %۳۳ شارژ می‌نماید.

حال فرض کنید گوشی روشن و در هر شبانه‌روز ۱۲ ساعت روشن باشد. در این صورت، متوسط جریان مصرفی گوشی با فرض خالی شدن ظرف ۲ روز برابر خواهد بود با :

۳۰۰۰ mAh / (2 × ۱۲ h) = 125 mA

اگر ظرفیت جریان دهی پورت شارژ پاوربانک ۱۰۰۰ میلی‌آمپرساعت باشد، زمان پر شدن باتری گوشی برابر خواهد بود با :

۳۰۰۰ / (۱۰۰۰ – ۱۲۵) h ≈ ۳.۴۳ h

پس ظرفیت مصرفی گوشی در مدت زمان شارژ برابر است با :

۱۲۵ mA × ۳.۴۳ h = ۴۲۸.۵۷ mAh

اما منبع تأمین انرژی برای شارژ باتری گوشی و همچنین کارکرد آن، انرژی الکتروشیمیایی ذخیره شده در پاوربانک  می‌باشد و در هر بار شارژ کامل، پاوربانک علاوه بر پر نمودن باتری گوشی، میزان انرژی فوق برای روشن ماندن سیستم‌های مختلف گوشی را نیز فراهم می‌آورد. بنابراین، تعداد دفعات شارژ در حین روشن بودن گوشی برابر خواهد بود با :

۱۰۰۰۰ mAh × ۰.۷ / (۳۰۰۰ mAh + 428.57 mAh) ≈ ۲.۰۴                    (رابطه شماره ۴)

مقایسه روابط ۳ و ۴ نشان می‌دهد که روشن بودن گوشی در حین شارژ توسط پاوربانک به دلیل تأمین انرژی الکتریکی لازم برای تغذیه سیستم‌های مختلف گوشی، کاهش تعداد دفعات شارژ به میزان زیر رادر پی خواهد داشت :

۱۰۰% – (۲.۰۴ / ۲.۳۳) ≈ ۱۲%

همچنین مقایسه دوباره روابط ۳ و ۴ نشان می‌دهد که به تصور کاربر، ظرفیت ظاهری پاوربانک به میزان زیر می‌باشد که به مقدار قابل توجهی کمتر از ظرفیت واقعی آن بوده و تفاوت ظرفیت نامی و واقعی پاوربانک را بیش از آنچه هست نشان خواهد داد:

۲.۰۴ / (۱۰۰۰۰ / ۳۰۰۰) ≈ ۶۱%

به عبارت ساده‌تر، یک پاوربانک با ظرفیت نامی ۱۰۰۰۰ میلی‌آمپرساعت که با راندمان واقعی %۷۰ شارژ ۷۰۰۰ میلی‌آمپرساعت را در حین خاموش بودن گوشی تأمین خواهد نمود، با روشن بودن گوشی شارژ ظاهری به میزان ۶۱۰۰ میلی‌آمپرساعت و راندمان ظاهری به میزان %۶۱ خواهد داشت!

نتیجه‌گیری :

• هر دو مفهوم ظرفیت نامی و واقعی پاوربانک از نظر تعریف درست اما از نظر کاربرد و مقدار متفاوت می‌باشند.
• ظرفیت واقعی پاوربانک‌های امروزی (تکنولوژی سال ۲۰۱۵) تقریباً %۷۰ ظرفیت نامی آنها می‌باشد.
• با بهبود تکنولوژی ساخت و افزایش ولتاژ باتری‌ها و کاهش مصرف داخلی مدارات حفاظتی و کنترلی در نسل‌های جدید پاوربانک ، میزان افت انرژی فوق مرتباً رو به کاهش و راندمان مرتباً رو به افزایش است و در نتیجه مقادیر ظرفیت نامی و واقعی پاوربانک ها به تدریج به یکدیگر نزدیک می‌شوند.
• معیار درست سنجش تعداد شارژ گوشی یا تبلت توسط پاوربانک و محاسبه راندمان آن، زمان خاموش بودن وسیله تحت شارژ است. زیر در زمان روشن بودن، پاوربانک علاوه بر شارژ باتری وسیله تحت شارژ، وظیفه تأمین انرژی سیستم‌های مختلف الکترونیکی وسیله تحت شارژ را نیز بر عهده دارد که از دید کاربر پنهان مانده و ظرفیت ظاهری پاوربانک را از مقدار واقعی آن کمتر و فاصله ظرفیت نامی و واقعی پاوربانک را بیش از مقدار واقعی و در نتیجه راندمان پاوربانک را کمتر از مقدار واقعی آن نشان خواهد داد.

– جهت مطالعه در مورد ساختار پاوربانک به این مطلب مراجعه فرمایید.

– جهت مطالعه در مورد عمر مفید پاوربانک به این مطلب مراجعه فرمایید.

– جهت مشاهده مشخصات فنی و سفارش پاوربانک های برند روپاور (RAVPower) که از برترین برندهای پاوربانک موجود در بازار به لحاظ تکنولوژی ساخت و راندمان می‌باشد، لطفاً به این بخش از سایت مراجعه فرمایید.

مطالب مرتبط