Analisi della carica e scarica di un power bank con Quick Charge 3.0

La carica rapida Quick Charge è una tecnologia sviluppata dal marchio Qualcomm con la fine di superare le limitazioni esistenti dei cavi USB in modo da poter ricaricare qualsiasi dispositivo mobile in maniera più veloce.

Il problema è, come possiamo trasmettere più potenza al dispositivo? La risposta sembra semplice, aumentare la corrente fornita al dispositivo. Tuttavia, i cavi USB ammettono una quantità limitata di corrente prima di bruciarsi, per cui la nostra capacità di carica sarebbe limitata da quella corrente.

Per risolvere questo problema, Quick Charge fa salire la tensione USB dei 5V tradizionali della porta USB arrivando anche ai 12V, in questo modo si riesce a trasmettere più potenza con la stessa corrente USB. (Ricordiamo: potenza = tensione x corrente).

L’obbiettivo di questa analisi è studiare i vantaggi e svantaggi di questa tecnologia durante il processo di carica del power bank utilizzando la ricarica veloce QC3.0 e la ricarica standard a 5V.

Per fare queste prove, il brand RAVPower ci ha ceduto il suo power bank da 20100 mAh e ci ha fornito le attrezzature per analizzare e misurare la potenza fornita al power bank durante tutto questo processo di carica.

Attrezzature necessarie per analizzare il processo di carica del power bank RAVPower
Attrezzature necessarie per analizzare il processo di carica del power bank RAVPower

Il modello RAVPower da 20100 mAh è un power bank con l’ultima tecnologia di carica, avendo Quick Charge 3.0 sia nella porta di entrata (micro-USB) che in quella di uscita (USB) e una porta type C, che può essere utilizzata sia come entrata che come uscita (bidirezionale). Inoltre, ha un’altra uscita USB con ricarica intelligente iSmart.

RAVPower 20100 mAh
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RAVPower 20100 mAh
  • Ingresso e Uscita Quick Charge 3.0: Con tecnologia più veloce di 75%, ricarica smartphone compatibili da 0 a 80% in soli 60 minuti; l'ingresso QC3.0(la porta micro usb) consente una ricarica veloce...
  • Ingresso e Uscita Type-C: Il power bank ricarica fino a 5V/3A; è compatibile con Nintendo Switch, MacBook da 12 pollici, Google Pixel 2, Samsung Galaxy S8/S8 Plus, Huawei Mate 10 Pro
  • Capacità Maggiore e Ricarica Più Rapida: con 20100mAh è in grado di ricaricare il Nintendo Switch 2,5 volte, l'iPhone X 4,4 volte; il power bank si ricarica completamente in sole 4,5 ore (ricarica...

Ora, procederemo a descrivervi i processi di carica (standard e con Quick Charge 3.0). C’è da tenere in conto che prima di tutto si è provveduto a scaricare totalmente il power bank per la realizzazione delle suddette prove.

Analisi della ricarica del Power Bank

Ricarica con Quick Charge 3.0

Per ricaricare il power bank con ricarica rapida è necessario utilizzare un caricabatterie USB con QC 3.0 compatibile, nel nostro caso, abbiamo usato questo caricatore RAVPower da 30W QC 3.0 collegato alla porta verde per iniziare il processo di carica.

Caricatore RAVPower QC 30
Utilizzeremo la porta verde di ricarica rapida QC 3.0

Protocollo di ricarica Quick Charge 3.0

A differenza dei processi di ricarica normali (a 5V) dove nelle porte USB le linee di dati D+ e D- non sono necessarie, nei processi di ricarica con QC 3.0 si usano per controllare le tensioni della porta USB.

Perciò, attraverso l’utilizzo delle linee di dati il caricatore e il power bank si comunicano per stabilire la tensione ideale nella porta USB. La suddetta tensione verrà condizionata per il power bank, la sua temperatura, il suo livello di carica, ecc.

Qui, si dettagliano i diversi livelli di tensione disponibili nel protocollo di ricarica QC 3.0:

Protocolli di tensione Quick Charge 3.0
Protocolli di tensione Quick Charge 3.0

Come si può apprezzare nella tabella, esistono fino a 3 livelli di tensione: 5V (standard), 9V e 12V, inoltre a una modalità “Continua” dove il power bank può specificare la tensione di carica a intervalli da 200 mV.

Dopo di stabilire la tensione USB, comincia a ricaricarsi il nostro power bank:

Grafica ricarica veloce QC 3.0 RAVPower 20100mAh
Grafica ricarica veloce QC 3.0 RAVPower 20100mAh

Il grafico precedente rappresenta il processo di ricarica del modello RAVPower da 20100 mAh. Si può apprezzare come il power bank stabilisce la tensione USB attorno ai 7,2V all’inizio della ricarica e una corrente USB da 2,4A approssimativamente.

Da notare che, per questa tensione di lavoro (7,2V) le caratteristiche tecniche del caricabatterie limitano la corrente di uscita fino a 2A, il massimo per tensioni tra 6,5-9V.

Nella fase finale della ricarica, la tensione USB sale fino ai 7,6V appross. e la corrente inizia a scendere pian piano si avvicina il power bank al 100% della carica.

Ricarica a 5V

Con lo stesso caricabatterie ma utilizzando la porta USB di ricarica standard, procederemo a realizzare la ricarica del power bank (fatta la sua scarica totale).

Grafico ricarica a 5V RAVPower 20100mAh
Grafico ricarica a 5V RAVPower 20100mAh

Conclusioni e confronto dei processi di carica

Una volta fatti i due tipi di carica possibili nel power bank di RAVPower, analizziamo i risultati:

 Ricarica rapida QC3.0Ricarica standard 5V
Tempi di ricarica5h 38 min11h 35 min
Energia teorica del power bank (Wh)74,3 Wh74,3 Wh
Energia totale fornita (Wh)81,5 Wh85,5 Wh
Efficienza di ricarica del power bank74,3 Wh/81,5 Wh = 91,16%74,3 Wh/85,5 Wh=86,9%
Potenza massima istantanea (W)17,63W (18W máx QC3.0)7,86W
Corrente massima istantanea (A)2,45A1,60A
Temperatura massima raggiunta (ºC)41ºC42,4ºC

Efficienza

Prima di tutto, è importante il fatto che, per un power bank con una batteria da 74,3Wh, sia stata necessaria più energia di quella che esso può salvare, a cosa si deve questo?

La risposta è alquanto semplice, durante il processo di ricarica, parte dell’energia fornita al power bank si perde (si dissipa) come calore. Questo si deve al fatto che, all’interno il power bank ha dei circuiti che realizzano diverse funzioni, dalla protezione del power bank contro cortocircuiti e sovra voltaggi come allo stesso controllo della carica delle batterie agli ioni di litio all’interno.

Più efficiente è il power bank, meno energia si dissipa e questo non solo si vede riflesso nel consumo ma anche nella temperatura che raggiunge il power bank durante l’uso.

Questa efficienza non solo dipende dal tipo di carica, ma anche varia se il processo è di scarica, dato che i circuiti usati non sono gli stessi per la carica che per la scarica.

È per questo che si pensa che un power bank di questa capacità sia capace di ricarica uno smartphone da 2500 mAh 8 volte (8×2500 = 20000 mAh) al 100% di carica.

Il che non è vero, perché durante il processo di ricarica, una parte dell’energia che ha il power bank si perde in forma di calore nei circuiti interni dello stesso così come nello stesso cellulare e il cavo che gli unisce.

Inoltre, l’efficienza ottenuta durante il processo di ricarica QC3.0 è superiore a quella normale, allora non solo apprezziamo la differenza nei tempi di ricarica ma anche nelle temperature, essendo una variazione comunque non troppo distante.

In generale, il power bank con il processo di ricarica QC3.0 è molto efficiente, molto rapido e inoltre le temperature raggiunte sono più che accettabili.

Tempo di ricarica

In secondo posto, c’è da analizzare i tempi di ricarica per ogni processo, essendo il processo di ricarica con QC3.0 fino a 2,05 volte più veloce che un processo di ricarica normale, il che è apprezzabile se guardiamo le potenze fornite attraverso il cavo USB, arrivando a essere 2,24 volte maggiore nel caso del processo di ricarica QC3.0.

Analisi della scarica del Power Bank (ricarica di un dispositivo)

Ora, realizzeremo le prove di scarica del power bank di RAVPower ricaricando un dispositivo.

Studieremo la ricarica del dispositivo utilizzando la ricarica rapida Quick Charge 3.0 come la ricarica standard a 5V e analizzeremo i risultati ottenuti con ogni tipo di ricarica.

Perciò, si ricaricherà il power bank Tqka da 10000 mAh che ammette ricarica rapida QC 3.0 nella sua porta di entrata.

Comunemente si può pensare che un power bank come il RAVPower da 20100 mAh è capace di ricaricare un dispositivo da 10000 mAh almeno due volte. Tuttavia, le prove che vi mostreremo ora dimostreranno che questo non è del tutto vero, dovuto all’energia che si perde durante il processo di scarica, sia nella batteria esterna (RAVPower) come nel dispositivo che la riceve (Tqka).

Scarica con Quick Charge 3.0

Abbiamo fatto una prima ricarica totale con Quick Charge 3.0 del dispositivo Tqka che ha una batteria da 37Wh (10000mAh x 3,7V). Dopo, lo ricaricheremo per una seconda volta per dimostrare che non è possibile ricaricarlo ancora al 100% con l’energia che resta nel power bank RAVPower dopo la prima ricarica.

Grafico del processo di ricarica completa nel dispositivo Tqka 10000mAh con Quick Charge 3.0
Grafico del processo di ricarica completa nel dispositivo Tqka 10000mAh con Quick Charge 3.0

Come si può apprezzare nei risultati della tabella, per ricaricare il nostro dispositivo Tqka al 100% con Quick Charge 3.0 il power bank RAVPower ha fornito un totale da 51,32Wh.

Come abbiamo visto, è più l’energia fornita che quella di cui ne aveva bisogno il dispositivo (51,32Wh-37Wh). Questa energia che resta da 14,32Wh corrisponde all’energia persa durante il processo di scarica del power bank.

Dopo la prima ricarica completa Tqka, procederemo a realizzare una seconda ricarica con l’energia che resta della batteria esterna.

 1º ricarica del dispositivo2º ricarica del dispositivo
Tempo di ricarica4h 15min0h 55,33min
Energia teorica del power bank (Wh)74,3Wh23Wh
Energia teorica del dispositivo (Wh)37Wh37Wh
Energia totale fornita (Wh)51,32Wh5,09Wh
Efficienza del processo di scarica37Wh/51,32Wh = 72,09%
Efficienza della scarica del power bank(51,32+5,09)Wh/74,3Wh = 75,92%
Potenza massima istantanea (W)14,37W (18W max. QC3.0)5,25W
Corrente massima istantanea (A)1,7A1,13A
% Carica fatta100%9,92%

D’altronde, nella seconda ricarica del dispositivo Tqka si può apprezzare come NON si raggiunge il 100% della ricarica, tale come previsto. Unicamente raggiungiamo una ricarica del 9,92% nel dispositivo prima di finire la batteria del power bank, essendo l’energia fornita da 5,09Wh.

Il power bank RAVPower da 20100 mAh potrà ricaricare il dispositivo Tqka da 10000 mAh con ricarica veloce approssimativamente 1,1 volte. *

Questo numero di ricariche può variare secondo il dispositivo da 10000 mAh collegato e l’efficienza di esso durante la ricarica, ma si conferma che con un power bank da 20100 mAh non ricarichiamo 2 volte al 100% un dispositivo da 10000 mAh.

Scarica a 5V

Ora, procederemo a ripetere il processo precedente ma ricaricando il dispositivo Tqka con la porta USB standard a 5V:

Grafica del processo di ricarica completa nel dispositivo Tqka 10000 mAh a 5V
Grafica del processo di ricarica completa nel dispositivo Tqka 10000 mAh a 5V

Dopo la prima ricarica, osserviamo nella tabella che, per una ricarica completa del dispositivo il power bank ci ha messo più tempo che con Quick Charge 3.0 ma è stato più efficiente nel processo di ricarica (minori perdite).

Questo permette che il dispositivo abbia potuto ricaricarsi un pochino di più (15,43%) nella seconda ricarica prima di esaurirsi la batteria del power bank.

 1º ricarica del dispositivo2º ricarica del dispositivo
Tempo di ricarica7h 48min0h 59min
Energia teorica del power bank (Wh)74,3Wh28,85Wh
Energia teorica del dispositivo (Wh)37Wh37Wh
Energia totale fornita (Wh)47,45Wh7,32Wh
Efficienza del processo di scarica37Wh/47,45Wh = 77,97%
Potenza massima istantanea (W)7,94W7,13W
Corrente massima istantanea (A)1,65A1,52A
% Carica fatta100%15,43%

Il power bank di RAVPower da 20100 mAh ricaricherà il dispositivo Tqka da 10000 mAh con ricarica standard approssimativamente 1,15 volte. *

Nello stesso modo, il numero di ricariche verrà determinato dal dispositivo collegato. Anche si conferma che con la ricarica standard a 5V ricaricheremo più volte un dispositivo che con la ricarica rapida.

Conclusioni e confronto dei processi di scarica

Una volta analizzata la ricarica con Quick Charge e quella a 5V andiamo a confrontare i risultati ottenuti in una ricarica completa del dispositivo:

 Ricarica del dispositivo con QC 3.0Ricarica del dispositivo a 5V
Tempo di ricarica4h 15min7h  48min
Energia teorica del power bank (Wh)74,3Wh23Wh
Energia teorica del dispositivo (Wh)37Wh37Wh
Energia totale fornita (Wh)51,32Wh47,45Wh
Efficienza del processo di scarica37Wh/51,32Wh = 72,09%37Wh/47,45Wh = 77,97%
Potenza massima istantanea (W)14,37W (18W max. QC3.0)7,94W
Corrente massima istantanea (A)1,7A1,65A
% Carica fatta100%100%

Come conclusioni dei risultati ottenuti nelle molteplici prove realizzate si giustifica che la ricarica normale è un 5,88% più efficiente rispetto alla ricarica rapida QC 3.0, il che si traduce in un maggior percentuale di carica (fino a un 5,52% in più) nella seconda carica del dispositivo.

Tuttavia, come da aspettare, i tempi di ricarica sono decisamente maggiori nel processo di scarica normale, essendo la ricarica rapida 1,83 volte più veloce rispetto alla normale.

In definitiva, possiamo riassumere questa analisi in:

Utilizzare un power bank con ricarica rapida per ricaricare un dispositivo implica il fatto di ottenere una ricarica in un tempo minore, essendo invece, il numero di ricariche minore nel power bank grazie a un numero maggiore di perdite durante il processo di ricarica del dispositivo rispetto alla ricarica standard a 5V.

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