Портативный аккумулятор для телефона: как рассчитать реальную емкость

В ватт-часах потери скромнее. Повербанк хранит 37 Вт·ч, а на выход отдаёт около 31,5 Вт·ч. Разница возникает из-за напряжения и преобразования энергии. Именно здесь покупатели чаще всего путают две разные величины, получают лишний запас хода и удивляются, почему телефон не заряжается дважды.

Разбираем расчёт по шагам. Без лишних сценариев и «магических» характеристик.

Почему напряжение меняет цифру на корпусе

Когда я разбираю характеристику повербанка, первый вопрос простой: какое напряжение указано рядом с числом мА·ч?

Внутренний литий-ионный аккумулятор обычно работает при номинальном напряжении 3,7 В. Именно для этого напряжения производитель рассчитывает заявленную ёмкость ячеек.

Наружу устройство выдаёт другой параметр. Базовое напряжение шины USB составляет 5 В, а модели с быстрой зарядкой могут предлагать 9 или 12 В. Следовательно, внутри банка происходит повышение напряжения. Для этого нужен преобразователь, и часть энергии уходит на его работу и нагрев.

Например, энергия аккумулятора с маркировкой 10 000 мА·ч составляет:

10 А·ч × 3,7 В = 37 Вт·ч.

Если подвести эти 37 Вт·ч к шине 5 В без потерь, получится:

37 Вт·ч ÷ 5 В = 7,4 А·ч, или 7 400 мА·ч.

Это промежуточная величина. Дальше начинается цена преобразования.

При типовом КПД 80–85% результат опускается до 5 920–6 290 мА·ч. Цифра в миллиампер-часах уменьшилась примерно на треть, хотя энергетические потери при КПД 85% составляют около 15%.

Здесь сталкиваются две шкалы. В мА·ч измеряют количество заряда, а в Вт·ч — энергию. При разном напряжении одинаковое количество заряда требует разной энергии. Поэтому большая наклейка сама по себе не гарантирует столько же заряда на выходе USB.

Формула реальной ёмкости при 5 В

Считаем прямо, без попытки угадать «на глаз».

Для оценки ёмкости повербанка на 5-вольтовой шине используется формула:

C₅ᵥ = Cном × 3,7 ÷ 5 × КПД

Расшифруем каждый шаг:

1. Cном — ёмкость с маркировки, например 10 000 мА·ч.

2. 3,7 ÷ 5 — поправка на переход от напряжения ячеек к выходному напряжению USB.

3. КПД — коэффициент полезного действия преобразователя и зарядной цепи.

Для банка на 10 000 мА·ч:

• без учёта потерь: 10 000 × 3,7 ÷ 5 = 7 400 мА·ч;
• при КПД 80%: 5 920 мА·ч;
• при КПД 85%: 6 290 мА·ч.

Вот как это выглядит для нескольких распространённых маркировок:

Это расчётные значения для 5 В. Если устройство переключается на 9 или 12 В, число мА·ч на выходе будет меньше при той же энергии. Например, 31,5 Вт·ч при 9 В соответствуют примерно 3 500 мА·ч.

КПД 85% даёт для банка на 10 000 мА·ч около 6 290 мА·ч на шине 5 В. На эти цифры можно опираться при сравнении, пока нет результата инструментального замера.

Точный КПД конкретной модели без USB-тестера определить нельзя. На него влияют ток разряда, протокол быстрой зарядки, температура, состояние ячеек и качество самой зарядной цепи. Диапазон 80–85% удобен для предварительного расчёта. Он не заменяет замер.

Ватт-часы показывают настоящий запас энергии

Для сравнения повербанка с аккумулятором телефона удобнее использовать ватт-часы. Формула простая:

Вт·ч = напряжение × ёмкость в А·ч.

Телефон с батареей 5 000 мА·ч при типичном номинале 3,7 В хранит около 18,5 Вт·ч.

Теперь возьмём повербанк на 10 000 мА·ч:

• запас энергии: 37 Вт·ч;
• после преобразования при КПД 85%: около 31,5 Вт·ч;
• математический верхний предел числа зарядов батареи телефона: 31,5 ÷ 18,5 = 1,7.

Это предел до дополнительных потерь внутри телефона, ограничения минимального остатка и изменения температуры. Поэтому простое деление «10 000 на 5 000 = два полных заряда» здесь не работает. Реальный результат будет ниже.

Ещё одна тонкость: смартфон редко показывает напряжение аккумулятора в бытовых характеристиках. Для грубого расчёта можно принять номинал литий-ионной батареи 3,7 В, но метка «5 000 мА·ч» сама по себе не показывает всю энергию. Батарея на 5 000 мА·ч при 3,7 В и батарея на 5 000 мА·ч при 3,9 В отличаются по запасу.

Ватт-часы заодно помогают готовиться к перелёту. По правилам ICAO и IATA литиевые аккумуляторы в ручной клади ограничены порогом 100 Вт·ч без специального согласования с авиакомпанией.

• 10 000 мА·ч × 3,7 В = 37 Вт·ч;
• 20 000 мА·ч × 3,7 В = 74 Вт·ч;
• 27 000 мА·ч × 3,7 В = 99,9 Вт·ч;
• 30 000 мА·ч × 3,7 В = 111 Вт·ч.

Последний вариант уже выше порога. Для более ёмкого банка понадобится специальное согласование. Сам повербанк следует везти в ручной клади, защитив разъёмы от случайного контакта и повреждения.

Ёмкость в мА·ч полезна только рядом с напряжением. Ватт-часы превращают характеристики разных устройств в честное сравнение.

Что скрыто в specifications: Rated Capacity и остальные параметры

На упаковке встречаются две ёмкости, которые легко перепутать.

Nominal Capacity обычно относится к внутренним ячейкам. Здесь важно напряжение 3,7 В.

Rated Capacity обозначает номинальную отдаваемую ёмкость на выходе. В некоторых характеристиках она сразу приведена для 5 В.

Показательный пример: производитель пишет, что внутренняя ёмкость банка составляет 6 000 мА·ч, а Rated Capacity на выходе 5 В равна 3 600 мА·ч. В таком случае 3 600 мА·ч уже гораздо полезнее для сравнения с зарядкой телефона, чем исходные 6 000.

При покупке я разбираю спецификацию по нескольким позициям:

• Номинальное напряжение ячеек. Для литий-ионного аккумулятора обычно это 3,7 В.
• Rated Capacity или ёмкость на выходе. Сверяю, указано ли значение именно для 5 В.
• Энергетическая ёмкость в Вт·ч. Удобный показатель для оценки запаса хода и перевозки в самолёте.
• Выходное напряжение, ток и мощность. Например, 5 В и 3 А дают 15 Вт, а 9 В и 2 А — 18 Вт.
• Входные параметры. От них зависит скорость зарядки самого банка и то, сколько времени он проведёт без розетки.
• Поддерживаемые протоколы. Power Delivery, Quick Charge и другие стандарты работают только при согласии телефона, кабеля и самого повербанка.

Большая мощность на корпусе сама по себе не разгоняет смартфон. Зарядка идёт по запросу устройства. Если телефон принимает 15 Вт, банк на 45 Вт не выдаст ему 45 Вт: процессор выберет доступный профиль, а кабель и преобразователь должны его поддержать.

Похожий принцип работает и в других сложных приборах: при выборе между МРТ и КТ специалисты сначала смотрят на исходные параметры исследования, а название метода приходит вторым. В спецификации повербанка та же логика: сначала напряжение, энергия и выходная мощность, а крупная ёмкость в мА·ч идёт следом.

Формула показывает идеальный потолок

Расчёт справедлив для полностью заряженного, исправного банка при нормальной температуре. В поездке, в жару или на морозе картина меняется.

На холоде доступная ёмкость литий-ионной батареи снижается: растёт внутреннее сопротивление, сам телефон может отказаться заряжаться или перейти на питание напрямую от повербанка. Единого процента потерь здесь нет: результат зависит от температуры, состояния батареи и тока.

До того как банк полностью оттает, лучше не запускать его на зарядку при минусовой температуре. Производители литиевых аккумуляторов обычно предупреждают о заряде ниже 0 °C. После переноса с холода банк и телефон стоит подержать в тепле, проверить разъёмы и отсутствие конденсата.

Жара действует иначе. Под нагрузкой преобразователь и ячейки нагреваются, а КПД меняется. Высокий ток способен сократить время работы. Из-за нагрева одна и та же модель на зарядке слабого телефона и на зарядке мощного смартфона покажет разные результаты.

Возраст аккумулятора тоже важен. Много циклов, хранение в жаре и постоянный перегрев ускоряют деградацию ячеек. Формула по-прежнему покажет расчётный потолок, однако фактическая отдача со временем уменьшается.

Отсюда простое правило для полевой проверки: запас хода считать по ватт-часам, а фактическую ёмкость подтверждать замером. На морозе сначала дать устройству выйти на стабильный температурный режим. При нормальной температуре — проверить КПД на своём токе и своём протоколе.

Как выбрать внешний аккумулятор и проверить его дома

Сначала задача, потом цифра на упаковке

Определите, сколько энергии нужно взять с собой. Батарея телефона на 5 000 мА·ч — это около 18,5 Вт·ч. Для одного заряда потребуется банк с большим запасом, поскольку преобразование, нагрев и остаточный заряд съедают часть энергии.

Дальше сверяйте характеристики:

1. Определите полезную нагрузку. Посчитайте нужное количество энергии в Вт·ч на день или поездку. Затем прибавьте запас на потери. Для ориентира используйте диапазон КПД 80–85%.

2. Проверьте выходную мощность. Сопоставьте её с максимальной мощностью зарядки телефона. Для быстрой зарядки нужны подходящие протоколы, а не только крупная цифра на корпусе.

3. Учитывайте порты и кабель. USB-C, USB-A и разные стандарты быстрой зарядки имеют разные ограничения. Кабель тоже участвует в согласовании питания.

4. Сопоставьте ёмкость с весом и форм-фактором. Каждые дополнительные 10 000 мА·ч увеличивают габариты и массу. Для кармана важнее может оказаться компактная модель, для дальней поездки — больший запас энергии.

5. Посмотрите защиту и вход. Перегрев, короткое замыкание, перегрузка по току и неисправный вход — типичные узкие места. Отдельные разъёмы и кнопки отключения на модели также полезны в дороге.

Проверка с USB-тестером

Домашний замер можно провести без лаборатории. Понадобится USB-тестер с функцией подсчёта энергии либо измеритель мощности и отдельная нагрузка.

1. Полностью зарядите повербанк через заявленный вход. Запишите время и показания тестера.

2. Подключите нагрузку через измеритель. Для первого замера выберите напряжение и ток, поддерживаемые банком. Обычный телефон подойдёт как постоянная нагрузка.

3. Запишите отдаваемые мА·ч, Вт·ч, время, ток и температуру корпуса. Останавливайте замер при отключении банка.

4. Сравните результат с расчётом. Для маркировки 10 000 мА·ч при 5 В ожидаемый ориентир находится в районе 5 920–6 290 мА·ч. При 9 или 12 В число мА·ч будет другим.

5. При повторной проверке используйте другую нагрузку и сравните время, нагрев и отдаваемую энергию. Результат зависит от режима, поэтому один замер редко раскрывает всю картину.

Тестер подключают последовательно с нагрузкой. Нельзя замыкать выходные контакты, превышать допустимый ток или вскрывать банк. Неисправный повербанк с вздувшейся батареей, запахом, следами нагрева или повреждённым корпусом в замер не отправляют.

Я бы выбирал внешний аккумулятор по трём уровням: сначала энергия в ватт-часах, затем выходная мощность и протоколы, после — реальная ёмкость на выбранном напряжении. Крупная цифра мА·ч остаётся отправной точкой. Расчёт показывает ожидаемый диапазон, а USB-тестер подтверждает, сколько энергии устройство действительно отдаст телефону.