2022年4月18日 星期一

行動電源測試--紫米20號兩萬五千毫安時100W * 小米兩萬毫安時45W * 小米一萬毫安時18W


緣起

之所以買這些行動電源主要是為了使用投影機時可以不用再帶延長線跟電源供應器,主要還是鎖定在紫米20號這顆,能夠單口輸出100W在網路上可以找到不少,但是品質、穩定性、回充速度、能否邊充邊用(行動電源接力)、使用時間、災情等,觀察了很久的才決定紫米20號當作主力。

而小米那顆沒有當主力主要考量原因是因為單口輸出上限45W,跟我的投影機功耗接近,部分行動電源的最大功耗是短暫可達上限,一旦使用久了會降低輸出能力進行保護,所以挑選上我以冗餘量至少大於20%為考量,冗餘一直是我的重點,像廁所我一定放一包備用衛生紙再加上一包備用的備用衛生紙(X),所以是先買紫米20號,後來再買一顆當作接力電源,剛好小米這兩顆都遇到有折價券可以用,就買來做測試。 

以下測是為不嚴謹隨便做做,真的要做至少要做5-6循環再統計,僅供參考XD。

參與測驗對象

主要負載

AAXA M5 投影機,正常模式直流功耗44-45W/19-20V供電電壓,ECO模式26-27W/19-20V供電電壓,如果是使用電源供應器實際交流電會消耗快50W,轉換率大概是90-95%,交流轉換到直流約  交流電能50W*0.9 = 直流電能45W

行動電源(只列我看上的重點,網路上一堆規格說明)

1.紫米20號行動電源(QB826)

使用21700三星50E圓柱型鋰電池5串1並,剛好電池滿壓總壓落在20V上下,供電給20V裝置理論上轉換率會最高,電壓轉換設計中,升降壓幅度越小轉換率越高,損耗率越低,同樣的升壓或降壓幅度,降壓電路會比升壓電路有效率、損耗小,這顆又剛好電池理論容量有3.7V/25000毫安時/約90Wh,理論上至少可以給投影機供電1.5小時以上(45W功耗情況下)。

這台有兩個type C口都可以充電,另外一個可以在100W輸出孔使用時以最高45W補電,可以做行動電源合併接力,你會想這樣有意義嗎,當然有,因為可以使用任何閒置的行動電源或是瓦數雖然帶不動投影機但有輸出10W以上能力就能夠延長紫米20號使用時間的效果,兩顆行動電源就算都誘騙到20V檔位,還是有一定壓差做輸出直接並聯必須還要額外加一點點周邊電路改裝,不如行動電源接力方便。

最高100W理論輸出功率,將來如果換了新微投功率更高一些也能繼續使用,最高65W的理論回充功率,幾乎什麼常見充電協議都有,多數手機、筆電都能充,不吃pd協議的裝置買誘騙頭90%都能供出9V、12V、15V、20V的指定電壓,觀察了發布後一年來的網路資訊、拆解內容,判斷應該能夠給我的裝置穩定使用。

電源指示燈為0-100精準整數顯示,整體過程大致符合線性呈現,在45W使用時基本上可以到做1%對應1分鐘(其實更多一點點),此外不管是充放電都最多只感受到表面有不明顯微微升溫而以。

2.小米兩萬毫安時45W(PB2050SZM)

根據對岸影音及部落格創作者資料,小米已經不像第一代行動電源那樣使用18650電池了,最近似乎都是使用ATL的高壓鋰聚合電池(均壓3.7V滿壓4.35V)或力神的高壓鋰聚合電池(均壓3.85V滿壓4.4V)藉此來提升能量密度,對比一般鋰聚合/傳統18650的均壓3.7V滿壓4.2V來說,根據對岸拆解不同行動電源案例裡,似乎換成高壓電池後鼓脹案例的分享上面,拆開都是這類高壓電池包,這種高壓電池方案日後自己要維修也不容易,因為不管是主板還是電池,都跟一般電壓的鋰電池不同。

這塊對岸博主拆開說是兩塊一萬毫安串聯,電池理論容量74Wh,殼體標示如果用在20V的話額定容量是2Ah,總計40Wh,實際測量是保守了,會略高。

Type C口輸出能力最大45W,剛好可以推動aaxa m5,部分行動電源的最大值其實只能是短暫值,但這顆的確可以45W穩定輸出到低電量跳脫為止,只是指示燈是四格顯示,無法精準知道何時會斷電,理論最大回充45W,一樣支持一堆常見協議,多數手機、筆電都能充,也能使用誘騙器,但瓦數上限45W,很多情況下無法保證不會一邊充一邊掉電,此外以最大功率放電溫度會很高(不建議穿保護套,原廠也沒送保護套,通常會送的是盜版的)

穩定性、耐用度有待時間檢驗。

3.小米一萬毫安時18W(PLM13ZM)

首先必須反推一下小米,尤其是在網路買,這顆我在蝦皮官方店買的,收到第二天有問題,反應聊聊等了兩天才有回覆,總共四天才告訴我去據點送修,光是處理時間成本跟油錢我都可以買新的還有剩了,所以要買他的產品必須賭人品,或建議要買小米產品家裡附近要有能送修的點或是小米直營的服務據點,不然出問題要自己送去,有時候稍微遠一點就不符成本了。

寫輸出輸入上限12V,但都沒看到不經過誘騙器這顆會主動輸出12V過,都是看到上限9V輸出或輸入,輸出功率上限18W,拿來當作紫米20號接力邊補電邊放電使用剛好,但這顆最大功率放電會燙得不得了(不建議穿保護套,原廠也沒送保護套,通常會送的是盜版的)

無法為多數筆電供電,無法確認有沒有筆電能靠這個供電,除非能吃5V、9V、12V這幾個pd檔位。

這顆第二天後我就棄用了,因為充電冒出奇怪味道,充電電壓會劇烈壓降並充電輸入端子嚴重發熱,封存在鐵製容器中,有空再拆開來修,因為送回去距離我最近的震旦要來回車程至少一小時,完全不划算。

備註:
小米在網拍上一堆假貨,然後商家用各種話術在唬人,比如說官方*正品*,正品沒說正版,想買正版他會說要照官方價錢,一堆人貪小便宜看到價錢大概只有一半就下單,連驗證網頁都是假的XD,小米至少電池連接還是用鎳帶點焊,盜版的都用銅線粗糙錫焊上去,電路板看起來也很廉價,只有殼像而已,殼上印的字跟正版比起來非常假。

其他配角

Type C 轉5.5升20V 100W PD誘騙器。

65W PD充電器。

萬波T6 Max投影機(直流穩定功耗約89-90W/19-20V,隨附電源供應器交流供耗約99W,啟動失敗)。

量測工具

USB介面電流電壓功率計、三用電表、交流數位瓦時計。

量測方法

藉由負載放電,放到用盡後,再進行回充,經歷數輪紀錄過程中電壓電流功率及總瓦時變化。

觀察在45W及26W時的使用時間及總瓦時,觀察回充時的的總瓦時,換算轉換率。

鋰電池的基本特性及電路簡介

電池容量能有效釋放出來的部分跟初始滿壓值以及放電率溫度有關。升降壓轉換率跟升降壓集成晶片與周邊電路設計有關,採用TI方案的通常會比採用小廠方案的來得高效。

原則上是溫度越低電池瓦時總量越低(如10度0度-10度這類,爬山時尤為明顯),會越快到達截止電壓,電池溫度太高會造成自放電遽增,行動電源整體溫度過高也會造成阻抗過高。

放電倍率越大,有效輸出容量會越低,白話文就是電池輸出電流越大反而能汲取出來的有效能量越少。所以根據 P=I*V,今天如果同樣的輸出功率,電池包整體電壓越高,輸出電流就可以下降,但電池串聯數越多,也會相對應到其他成本的增加。

電池電壓會隨使用下降,如果要維持固定功耗,電池輸出電流勢必要拉升,所以後期理論上會越用效率越差,大功率使用會比小功率使用效率差。

不管使用何種電壓電池組合,都會遇到必須經過升降壓模組調整電壓輸出給目標設備問題,而不同的電路設計、採用集成晶片好壞、製造工藝、散熱等,都會轉換率有所不同,但升降壓差越大效率會越低,尤其是升壓電路更是如此。

電池能量輸出=電池有效輸出+電池本身耗損+電路板升降壓耗損;

電池能量輸入=充電器功耗-線損-電路板升降壓轉換損耗-電池本身損耗

實際數據

1.紫米20號

這顆第一次拿到手約有44%的電,先充到100%後直接使用誘騙器接aaxa m5的45W功率檔位使用,可以使用106分鐘,過程電池顯示的每1%數字大約都能跟時間呈現線性比例對上,非常難得,因為不少行動電源的數字顯示電量並非是線性呈現的,後來再經過兩次完全充放後上usb測量表做實測。

上兩圖為一放電後一充電曲線,19-20V檔位44-45W功耗下可穩定運行109分鐘,可輸出81.95Wh,充電時可以回充88.36Wh,相對電池標稱理論容量90.7Wh,輸出轉換率為81.95/90.7=90.35%,如果是相對回充容量輸出轉換率為81.95/88.36=92.7%,充放電後紫米20號表面不明顯微溫。

上兩圖為一放電後一充電曲線,19-20V檔位26-27W功耗下可穩定運行187分鐘,理論上應該可以再多幾分鐘,因為時間太長放電到47%後隔天再繼續接力,會自放電一點瓦數,可輸出81.69Wh,充電時可以回充89.12Wh,相對電池標稱理論容量90.7Wh,輸出轉換率為81.69/90.7=90%,如果是相對回充容量輸出轉換率為81.69/89.12=91.6%,充放電後紫米20號表面不明顯微溫,與45W使用時數據相差無幾,因為45W是充飽電立刻做放電測量,放完電後立刻做充電測量,26W實驗做到一半中間隔了一個晚上,難免有自放電。

在充電器散熱良好情況下大概2小時就可以充90%以上的電,如果充電器散熱不佳可能中途會掉速,拉長充電時間。

這顆充飽後會維持0.2W浮充,時間太長無法確定會不會後續自己斷電。

補充其他次測試:45W使用一個半小時後剩29%,回充至100%顯示66.93Wh。

2.小米兩萬毫安時

剛到手時約1格電,先進行充電再放電,19-20V45W下大約可用50分鐘,後續再做充放電測量數次,如下圖。

上圖為19-20V45W放電紀錄,中斷原因為行動電源跳脫,表面溫度很高,無法確定是否為溫度保護或是低電壓保護跳脫。

上圖為冷卻後再強行打開放電紀錄,時間可多放電幾分鐘。


上圖為充電曲線紀錄,基本上要超過兩個半小時才可能充飽,充電時本體會升溫。

經上面三圖顯示19-20V檔位44-45W功耗下可穩定運行50+9分鐘,可輸出總計51.06Wh,充電時可以回充66.84Wh,相對電池標稱理論容量74Wh,輸出轉換率為51.06/74=69%,如果是相對回充容量輸出轉換率為51.06/66.84=76.4%,高瓦數放電表面升溫非常明顯(45W模式53度,ECO模式43度),充電升溫比較沒那麼高。

上兩圖為在ECO模式19-20V檔位26-27W功耗下可穩定運行139分鐘,可輸出總計60.6Wh,充電時可以回充76.81Wh,相對電池標稱理論容量74Wh,輸出轉換率為60.6/74=81.9%,如果是相對回充容量輸出轉換率為60.6/76.81=78.9%,高瓦數放電表面升溫非常明顯(ECO模式43度),充電升溫比較沒那麼高。

這邊有個比較有趣的數據是回充時瓦數比標稱瓦數高,這也很正常,一個是電池容量本來就有冗餘,一個是損耗,多數行動電源剛開始用時須經過深度放電再回充來活化、校正、低瓦數能放更深度,後來我再做一次深放後充電,充電瓦數就到了70.94Wh,如果是這個數據,那Eco模式下的轉換率還要調整。

小米這顆充飽後會自行斷電,不會浮充。

不過可以確定的是如果用45W大概只能用60分鐘,用26W能用2小時再多一點是確定的,小米這顆用最高瓦數轉換率最低,相比之下,紫米20號只多5000毫安時的容量卻能比小米多更多比例時間可以使用,這就是電池組以5串1並發揮的最大效果。

補充其他次測試:26W使用兩小時十分回充71.99Wh,使用兩小時回充65.89Wh,感覺回充轉換率很不穩定,26W輸出的確都可以穩定兩小時輸出。

3.小米一萬毫安時

拿到時充飽後,以最大功率輸出能29.85Wh,轉換率29.85/37=80.7%,充電冒奇怪的味道出來,所以沒充電測試,因為會充電端發熱降壓到3.7V,估計內部電路板管理晶片跟電容燒了,就封存到鐵製容器裡,哪天拆來研究。

這顆拿來全速幫紫米20號補電時,可以在使用aaxa m5 45W時延長至少一小時使用時間,下面測試後證明不行

小米一萬豪安時這顆我又拿了一顆新的,實際幫紫米行動電源接力補電狀況下,44W附載使用1小時20分鐘情況下,正常會100%掉到29%電量,接上小米一萬這顆一邊使用一邊補電後(自動判斷12V去進行充電到自身電量剩不到25%格,期間最高輸出功率約16W-17W),1小時20分後此時紫米剩下57%(而且小米1萬豪安時這顆金屬表面超級燙手,很多轉換能量都變熱能了),理論上的確能夠延長維持時間,但用了快一整顆電量後卻只能多不到20%的電,紫米20%的電量約5000豪安時,也就是小米這顆在最高電壓使用時轉換率非常不理想。

後續我再把小米一萬豪安時這顆充電,滿充需消耗47Wh的電能(這顆規格上寫能以12V充,但每次充電仍是以9V握手,不知道為什麼),再以5V這個檔位去放電測試,在5V情況下可以放出34Wh的電能(理論約37Wh),所以這顆最高效率仍然在5V,高壓快充檔位是附加效果,若想要最大容量使用,還是以5V使用最佳。

後許仔細想想也合理,畢竟3.7-4.2V升到12V情況下,如果以16-17W輸出,那電池端電流會有4安培上下的電流,電流損本來就會很大,再加上升壓損耗,效率不高真的不意外。

但我之前用SP 5000豪安時的5V行動電源做補電測試,效率比小米這顆能充的多,但用Gigastone一萬豪安時5V那顆輸出功率卻拉不起來,很難幫紫米充電。

4.額外測試

針對aaxa m5以及萬波T6 max與紫米20與小米兩萬做峰值輸出曲線量測。

如上圖,當使用小米兩萬毫安時那顆45W輸出時,可以發現啟動時會有一段急遽上升的啟動電流/功耗,會短暫突破45W接近50W,後續aaxa m5就會維持44-45W的運行功耗,使用原廠電供機器也是相同的功耗表現,小米這顆巧合地剛好極限可以供電給aaxa m5使用,這種啟動電流的現象在很多電器都會出現。

如上圖,即便aaxa m5切換成ECO 26W模式也會出現這一段啟動峰值功耗,這會造成如果比較敏感保護機制的行動電源,如果判斷成需進入過載保護狀態就會跳脫無法繼續使用,如紫米20號的第二個type C口就遇到這個狀況,紫米20號第二C口可以有45W的供電能力,但遇到這個狀況就會進入保護導致無法成功啟動(即便是ECO模式,啟動峰值仍然相同),如下圖。


但紫米20號第一type C口因為冗餘足夠,所以能夠順利啟動,如下圖。

可以看到紫米20號對於峰值保護比較敏感,同樣的情況也會在第一type C 100W接口發生,萬播T6 max穩態功耗約89-90W,但啟動電流曲線非常抖,以至於即便是100W輸出能力,也會因為保護跳脫啟動失敗,如下圖。

如下圖使用原裝電源供應器觀察萬撥T6 max開機啟動電流可以發現是一個急遽上升,很容易被保護機制判斷為短路狀態。萬撥T6 max這台投影機真的滿有趣的,功耗是aaxa m5的兩倍,廣告寫的流明數也是遠遠超越aaxa m5,但不管肉眼還是我用光度計去測,都是aaxa m5較亮,真搞不懂對岸產品是不是流明定義有什麼不一樣,上次20220222請官方小編幫我問一下這個問題,至今快兩個月都沒回覆XD。

以上這個額外測試就是我選擇條件中強調冗餘的原因,因為許多機器並沒有緩啟動,會有一個很大的開機電流、短暫峰值功耗,使得行動電源跳脫。

結論

如果紫米20號跟小米2萬毫安時45W讓我再買一次,不考慮送修問題,毫無疑問我會買紫米,各種面向的表現都是最好的。

我的其他行動電源

我平常最常用的一顆行動電源其實是廣穎的C50容量5000毫安時的小行動電源,最大輸出5V2.1A,夠我出門一天手機補電使用,輕薄小巧回充也快速還很穩定,除了小米一萬毫安時那個因為小米客服讓我賭爛以外,第二賭爛就是O坤推薦我買的Gigastone一萬毫安時5V2A的行動電源,本來我還要繼續買廣穎的,跟我說比較常有送修案例,所以推薦我買特價中499的Gigastone的這顆,當時急用就聽信買了,用沒幾次不到三個禮拜充電就出現嘯叫聲,送修快三個禮拜才回來,我買的時製造時間是2021年的,更換新品給我卻是2019年製造的*新品*,放電能力感覺比不上廣穎C50那顆,那時早知道就買現場廣穎一萬毫安的,有18W輸出能力還不用499,聽O坤店員推薦真的是失策,下次一定要堅持。


延伸閱讀

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