Особливості автономного живлення, або що робити у разі віялових відключень, частина 1: павербанки

Останнім часом мені вже неодноразово ставили запитання на одну й ту саму тему — безперебійне живлення різних пристроїв і приладів у разі вимкнення електроенергії. Сьогодні я хотів би трохи розповісти про це, щоб не повторювати відповіді кожному в особистих повідомленнях, заощадити трохи часу собі й дати вам розгорнутіші відповіді.

Як завжди, нагадую: щоб постійно бути в курсі нових тем у блозі, рекомендую підписатися на мій інстаграм, де я публікуватиму сповіщення про всі нові теми й, можливо, писатиму просто про щось цікаве — посилання на акаунт

Через неодноразові обстріли української інфраструктури, зокрема електростанцій і розподільчих підстанцій, останнім часом ми зіткнулися з проблемами електропостачання. Російська пропаганда чомусь подає ці дії як боротьбу з військовими ЗСУ, що виглядає дещо... дивно, адже військовим у чистому полі, з автономним електропостачанням, це якраз глибоко байдуже. Натомість зрештою від цього страждають звичайні цивільні люди: хтось просто не може приготувати їжу собі й дитині, бо вдома електроплита, хтось не може скористатися ліфтом і змушений дертися сходами з візочком. Але водночас у зведеннях МО лунає: ми уразили високоточною зброєю черговий завод Тесла в місті Харків (не жартую, я сам раніше не знав, що в нас, виявляється, є завод Тесла, який виробляє електромобілі).

Ну гаразд, проблема є, і її треба якось розв’язувати. Мені вже доводилося робити це наприкінці 90-х і на початку нульових: тоді теж були віялові вимкнення, але зрештою це стало поштовхом до розроблення власних ДБЖ та їх виробництва. Щоправда, тоді я працював із компаньйоном. Хто ж знав, що більш ніж через 20 років мені доведеться згадати ті нюанси й особливості, з якими ми тоді стикалися.

Загалом ця стаття частково ґрунтується на інформації, отриманій ще тоді, але з урахуванням нинішніх реалій — як особливостей самої проблеми, так і нових технологій та пристроїв.

Отже, почнімо з павербанків — найдоступнішого й майже самодостатнього класу пристроїв. «Майже», бо їм ще потрібен блок живлення (у народі — зарядний пристрій), а так усе просто: купив коробочку й користуєшся.
Просто, але не зовсім, адже, виявляється, є купа нюансів та особливостей. Спробую якось їх систематизувати.

1. Ємність.
Здавалося б, усе гранично просто, але й тут покупця можуть заплутати. Найчастіше на павербанках можна побачити написи на кшталт 5000, 10000, 20000, 40000 мА·год. У цьому разі мається на увазі ємність вбудованого в павербанк акумулятора, приведена до напруги 3.6–3.7 вольта. Тобто навіть якщо всередині стоять два акумулятори по 5000, з’єднані послідовно, напишуть 10000, хоча формально це 5000, але за напруги 7.4 вольта. Можливо, так навіть простіше.


Але іноді може виручити навіть такий малюк. Думаю, корисно тримати його в сумці: він легкий, невеликий, а виручити може дуже добре.



Але це ємність акумулятора, а на виході ми отримаємо менше, бо така вже фізика: павербанк підвищує вихідну напругу, тому зазначені 5000 мА·год із нього не витягнеш. До того ж є ще втрати, тобто ККД.

Якщо грубо, павербанк перетворює 3.7 вольта від акумулятора на 5 вольт на виході, отже, ми вже отримаємо щонайменше 3.7/5=0.74 від початкової ємності, тобто 7400 мА·год у ПБ із заявленою ємністю 10000. З урахуванням ККД (у різних моделей він різний, нехай буде 90%) маємо 7400х0.9=6660 мА·год — майже вдвічі менше від заявленого.

Але не хвилюйтеся: за винятком втрат на ККД, решта енергії нікуди не зникла — ви отримаєте її всю, просто за іншої напруги. А коли з’явилися павербанки на інші напруги (9, 12, 20 вольт), з’ясувалося, що набагато простіше рахувати ємність не в ампер-годинах, а у ват-годинах.
Павербанк на 10000 мА·год має ємність 37000 мВт·год, або 37 Вт·год, тобто умовно може живити навантаження потужністю 3.7 ватта протягом 10 годин або потужністю 37 ватт протягом 1 години.

У цьому разі, що б ми не робили з напругою, віддана енергія майже не змінюється, і рахувати набагато простіше.
Зараз поступово переходять до того, що вказують не лише ємність батареї, а й ємність, яку вона віддає за різних напруг, а також ємність батареї у Вт·год — так правильніше й зручніше.


Але повернімося до звичнішого для користувачів поняття ємності. Павербанки на 5000–10000 зручні як мобільні пристрої, які можна закинути в сумочку чи кишеню й підзарядити смартфон або планшет. Особливо мені в цьому плані сподобався павербанк-акумулятор у форматі акумулятора розміру 21700: компактно й універсально.

Далі йдуть павербанки більшої ємності — 20000–40000, а іноді й 60000 мА·год. Тут можливості зазвичай значно ширші: по-перше, вони часто мають багато виходів, але головне — можуть не лише підзарядити пристрій, а й живити його досить довго, поки немає електроенергії. Як мобільні пристрої вони помітно менш зручні, адже зазвичай сам павербанк можна зарядити в поїзді чи автомобілі. Хіба що під час поїздки автобусом це складніше, але їхати автобусом так довго малоймовірно. Ну, може, хтось і візьме його в похід, хоча й там кожен грам на вагу золота.
Зважайте, що якщо ви плануєте летіти літаком, то тут є обмеження на ємність батареї вашого павербанка:
ємність павербанка не повинна перевищувати 100 Вт·год; павербанки ємністю від 100 Вт·год до 160 Вт·год перевозити можна, але не більше двох на людину; якщо павербанк потужніший за 160 Вт·год, вам не дозволять взяти його на борт.

Останнім часом набули поширення зарядні станції з дуже великою ємністю батареї та купою виходів, але їхня висока ціна стримує популярність.


2. Типи портів.
Тут усе гранично просто, зазвичай використовують такі варіанти.
Для заряджання самого павербанка:
microUSB — мала потужність заряджання, лише до 10-12 Вт; це критично для павербанків великої ємності. Наприклад, модель на 40000 через такий порт заряджатиметься близько 20 годин.
Apple Lightning — за параметрами приблизно те саме, що й microUSB.
USB Type-C — сучасніший тип роз’єму, який, окрім зручнішого використання, дає змогу заряджати з потужністю до 100 Вт (версії з більшою потужністю вже є, але поки що мало поширені), і наш павербанк на 40000 мА·год теоретично зарядиться від нього за півтори години. Погодьтеся, 20 годин і 1.5, навіть 2 — суттєва різниця. Але це залежить від можливостей павербанка та блока живлення.

Для підключення споживачів:
USB Type-A — більш відомий як звичайний або старий USB; у старих моделях павербанків це до 5 вольт і 2-3 ампер (є версії й до 5 А, але для них потрібен спеціальний роз’єм) та до 20 вольт (але частіше до 12) з потужністю до 18 Вт.
USB Type-C — тут усе так само, як і під час заряджання: до 20 вольт і 5 ампер, тобто до 100 Вт.


Іноді павербанк може мати гніздо 5521 або 5525, або просто «кругле гніздо» — найчастіше для заряджання від звичайного блока живлення на 12 вольт чи автомобільного прикурювача, але таких пристроїв мало. Також це може бути вихід на 12 вольт, але таких пристроїв ще менше.


3. Варіанти вихідної напруги та струму.
Старі моделі зазвичай мають щось на кшталт 5 вольт зі струмом до 2-2.5 А — цього достатньо для заряджання будь-якого смартфона чи майже будь-якого планшета, але через малу потужність заряджання може тривати довго.
Новіші моделі підтримують протокол Quick Charge, або QC; тут заряджання може бути швидшим, адже потужність становить уже не 10 Вт, а до 18 Вт. Але що корисніше — вимоги до кабелю нижчі, бо за однакової потужності втрати будуть меншими за вищої напруги.
Ще новіші пристрої підтримують протокол Power Delivery з потужністю 65 Вт, а зі спеціальним кабелем — до 100 Вт. Як я вже писав, є й потужніші, але їх майже не продають. Тут вихідна напруга може сягати 20 вольт, а струм — 5 ампер, тож такі джерела живлення підходять уже не лише для смартфонів і планшетів, а й для ноутбуків. Потрібен роз’єм Type-C.


Крім того, існують пропрієтарні протоколи й режими, наприклад Samsung, Huawei; в останнього напруга та струм помітно відрізняються від поширених.


4. Тип використаних акумуляторів.
Як ми розуміємо, павербанк — це не просто коробочка, з якої чарівним струмом тече електрика: усередині стоять акумулятори, і вони бувають різних типів.
Найчастіше вам траплятимуться павербанки з такими плоскими акумуляторами; власне, і самі павербанки мають плоску форму. Такі акумулятори зазвичай мають дуже непогане співвідношення об’єму до ємності та зручну для павербанка форму.


Але ніщо не минає безслідно, і практика показала, що вони схильніші до здуття. До речі, акумулятори саме такого типу використовуються у ваших смартфонах і планшетах, а іноді й у сучасних ноутбуках. Така проблема виникає далеко не в усіх, але прецеденти є, і не згадати про них не можна. Крім того, такі акумулятори мають меншу механічну міцність, хоча це вже проблема конструкції самого павербанка: вони бувають як у металевих, так і в пластикових корпусах.


Другий тип — циліндричні елементи, найчастіше типорозміру 18650. Я б сказав, що це надійніше й правильніше рішення, якби не хитрощі китайських виробників. Якщо вам дістався павербанк із фірмовими елементами (LG, Samsung, Murata, Sanyo), можете спати спокійно: найімовірніше, вони служитимуть довго. Але іноді встановлюють елементи незрозумілого походження, і ви отримуєте не лише меншу ємність за того самого об’єму й ваги, а й коротший строк служби.


Продаються також павербанки, у які зручно встановлювати акумулятори. Вони зручні не лише тим, що розряджені елементи можна замінювати, а й тим, що такий пристрій може працювати просто як зарядний пристрій. У мене навіть якось був огляд пари таких моделей.


Є й набори для складання, у яких також використовуються циліндричні акумулятори, зазвичай розміру 18650 або 21700


Крім того, є більш «бюджетні варіанти», де продається корпус, а акумулятори ви використовуєте власні. У мене був огляд і такого варіанта.


Головне на цьому етапі — не почати споруджувати відверту дичину з усього, що потрапить під руку. Ні, за належного й правильного підходу працюватиме й таке, але слід розуміти: у разі КЗ одного з акумуляторів у вас удома станеться «бавовна», а воно вам треба?


5. Кабелі, тригери й перехідники.
Звичайні USB-кабелі здебільшого майже не відрізняються один від одного, за винятком того, що іноді їх сильно здешевлюють і залишають лише дроти для передавання живлення. Але такі кабелі можуть некоректно працювати із сучасними пристроями, і заряджання через них відбуватиметься малим струмом, адже насправді лінії даних використовуються ще й для того, щоб зарядний пристрій (блок живлення) міг повідомити ваш пристрій, яким струмом і напругою його краще заряджати. Якщо ця інформація не надходить, пристрій заряджається значно повільніше.
З кабелями Type-C усе частково складніше, а частково простіше: майже з усіма такими кабелями (маються на увазі кабелі зі штекером Type-C з обох боків) ваші пристрої можуть заряджатися з потужністю до 65Вт. Якщо з одного боку кабелю Type-C, а з іншого — звичайний USB, то такий кабель працює як звичайний USB.
Але є спеціальні кабелі Type-C, усередині яких міститься спеціальний чип. Завдяки йому пристрій може споживати до 100Вт потужності (20 вольт 5 ампер), звісно, якщо це забезпечує блок живлення. Тобто для отримання потужності 100Вт цей режим мають підтримувати всі три пристрої — блок живлення (павербанк), кабель і ваш планшет, ноутбук або смартфон.


А ось такий кабель викликає великі сумніви, адже отримати 20 вольт 5 ампер, тобто 100Вт, зі звичайного USB-виходу не вийде через відсутність підтримки протоколу Power Delivery.


Якщо ноутбук не підтримує такий тип живлення (наявність такого роз’єму ще нічого не означає, треба читати інструкцію), можна придбати спеціальний адаптер, усередині якого міститься спеціальний чип, що дає блоку живлення (павербанку) команду видати певну напругу. З одного боку адаптера зазвичай є гніздо для підключення кабелю Type-C, а з іншого — штекер, такий самий, як у вашого ноутбука.


Є й кабелі, які поєднують у собі власне кабель, чип і штекер, як у вашого ноутбука, але їхній асортимент помітно менший.


Насправді тема павербанків значно ширша, але, здається, я й так захопився. Отже, що маємо в сухому залишку і що треба знати, щоб вибрати павербанк.
Визначаємося з призначенням:
Іноді підзарядити смартфон, тобто як запаску в авто — аби лише доїхати до сервісу. Моделі ємністю 5000-10000мАч, наявність функцій швидкого заряджання не надто важлива, простіше почекати, зате коштуватиме дешево й матиме малу вагу та габарити.
Ви активно користуєтеся смартфоном/планшетом і часом можете надовго затриматися далеко від розетки — беремо модель побільшу, наприклад 20000мАч і більше. Протоколи швидкого заряджання зазвичай уже «в комплекті», але не завжди, тож дивимося, чи воно нам треба.
У вас є не лише смартфон, а й робочий ноутбук. Тут уже треба звернути увагу на моделі ємністю 40000 і більше, причому обов’язково з підтримкою протоколу Power Delivery ( PD 2.0, PD 3.0), перехідник/адаптер для живлення вашого ноутбука та відповідний кабель. Але тут я також раджу звернути увагу, чи підтримує цей павербанк швидке заряджання, інакше чекати, поки зарядиться така батарея, доведеться дууууже довго.

На цьому, мабуть, закінчу першу частину. У другій частині планую розповісти про особливості роботи ДБЖ, розрахунок ємності батареї, її вибір для тривалої роботи та інші різні нюанси, якщо, звісно, це цікаво.
Ну і, можливо, у когось виникнуть запитання щодо павербанків — пишіть, доповню статтю.