Wh (watt-hour), atau watt-jam, sering dipakai untuk menyatakan jumlah energi yang tersimpan dalam suatu batere.
Rumus energi adalah: energi = daya x waktu, atau:
E = P x t
Dengan:
E: energi dalam joule (atau watt-jam)
P: daya dalam watt
t: waktu dalam detik (atau jam)
Jika waktu dinyatakan dalam jam, maka satuan energi adalah Wh (watt-hour / watt-jam)
Jika waktu dinyatakan dalam detik, maka satuan energi adalah J (joule).
Hubungan antara arus dan daya adalah sebagai berikut:
P = V x I
Dengan:
P: daya dalam watt
V : tegangan dalam volt
I : arus dalam ampere
Diketahui
P = V x I
E = P x t
maka arus (I) dapat dihitung:
I = P/V = E / (t x V)
Jadi untuk mendapatkan arus (ampere) dari energi (Wh) kita perlu informasi tambahan waktu dalam jam dan tegangan. Jika kasus ini adalah batere, untuk tegangan kita dapat menggunakan tegangan nominal batere tersebut. Waktu dalam jam adalah waktu untuk transfer energi batere tersebut.
Dalam prakteknya jika kita menggunakan batere sungguhan, arus dan tegangan batere biasanya tidak konstan, jadi kita perlu menggunakan kurva pengosongan (discharge curve) untuk mendapatkan angka yang lebih teliti.
Baterai 18650 4200 mWh
Sebagai contoh, misal ada batere dengan kapasitas 4200 mWh seperti di atas, maka berapa arus pada batere tersebut?
Jenis baterai diketahui yaitu Li-Ion (Lithium Ion), dengan tegangan rata-rata adalah 3,7 volt. Misal baterai dihabiskan dalam waktu 2 jam. Maka untuk pengosongan tersebut, arusnya adalah:
I = E/ (t x V ) = 4200 mWh / (2 jam x 3,7 volt) = 4,200 Wh / (2 jam x 3,7 volt) = 0,568 ampere.
Dalam dunia kelistrikan, kita sering perlu melakukan konversi besaran listrik.
Namun demikian kadang-kadang timbul pertanyaan bagaimana mengaitkan satu besaran ke besaran lain yang berbeda, misal ada pertanyaan “1 volt berapa mAh”. Permasalahannya adalah “volt” dan “mAh” adalah besaran yang berbeda, sehingga sebenarnya tidak dapat langsung dikonversikan satu sama lain. Untuk melakukan konversi perlu diketahui konteks pertanyaan tersebut.
Konversi Besaran Listrik
Berikut ini daftar konversi besaran listrik terutama yang terkait dengan perangkat gadget elektronik yang biasa kita pakai sehari-hari
Dalam dunia kelistrikan dan elektronik, dikenal besaran W (watt) dan Wh (watt-hour). Arti dari besaran tersebut adalah sebagai berikut:
W (watt) adalah satuan daya.
W (watt-hour) atau (watt-jam) adalah satuan energi. Secara rumus, energi adalah daya x waktu, atau E=P x t.
Contoh penggunaan satuan daya:
pada motor listrik, untuk menyatakan kekuatan motor. Pada motor bakar seperti mesin disel dan mesin bensin, dipakai juga satuan tenaga kuda / PK
pada lampu, untuk menyatakan listrik yang dikonsumsi. Biasanya makin tinggi nilai watt nya, maka makin terang lampu tersebut.
Contoh penggunaan satuan energi (Wh) / (watt-hour)
pada batere, menyatakan jumlah energi yang disimpan pada sebuah batere
Satuan energi yang standar adalah J (joule), namun seringkali dipakai juga adalah Wh (watt-hour) dan juga Ah (ampere hour) pada tegangan tertentu.
Berikut ini contoh power bank yang menuliskan kapasitas energinya dalam berbagai satuan:
16000 mAh (3.6 volt) . mAh (milli-ampere-hour) bukan satuan energi, maka supaya dapat dipakai untuk mengukur energi, mesti diketahui berapa tegangan kerjanya. Pada kasus ini, tegangan kerja adalah 3.6 volt sehingga dapat dihitung daya dari arus-tegangan-waktu.
57.6 Wh
Powerbank 1600 mAh
Berikut ini contoh aki motor yang menuliskan kapasitasnya dalam Ah (5 Ah). Diketahui tegangan kerjanya adalah 12 volt, sehingga energi tersimpan pada aki tersebut dapat dihitung.
Aki motor 12 volt 5 Ah
Berikut ini contoh lampu LED
Tertulis 18W, 6500K 2000lm 150 mA 220-240 VAC. Artinya lampu tersebut memerlukan daya sebesar 18 watt. Biasanya suatu lampu makin besar dayanya, maka makin terang.
Energi yang dipakai lampu tersebut dapat diukur dengan menggunakan kWh meter, baik kWh biasa (elektromekanik) maupun kWh elektronik. Berikut ini contoh kWh elektromekanik yang biasa dipakai di rumah-rumah, terutama untuk meteran listrik pasca-bayar.
kWh meter biasa
Berikut ini meteran listrik pra-bayar, yang di dalamnya terdapat kWh meter elektronik.
Meteran listrik pra-bayar
Berikut ini contoh kWh meter elektronik yang bukan untuk meteran prabayar.
Satuan dan singkatan yang terkait adalah sebagai berikut:
Wh artinya adalah watt-hour, atau watt jam. W atau watt adalah satuan daya. h / hour maksudnya adalah jam.
‘m’ pada mWh adalah ‘milli’, jadi mWh adalah milli-watt-hour. Sedangkan milli artinya adalah seperseribu.
Kesimpulan : 1 Wh adalah 1000 mWh , karena 1000 x seperseribu = 1
Perlu diperhatikan juga bahwa huruf ‘m’ kecil berbeda dengan huruf ‘M’. ‘m’ artinya milli (seperseribu), sedangkan ‘M’ artinya adalah ‘mega’ atau sejuta.
Huruf singkatan lain yang terkait dengan milli adalah sebagai berikut:
G (giga) = satu milyar
M (mega) = satu juta
k (kilo) = seribu
m (milli) = seperseribu
u (mikro) = sepersejuta
n (nano) = sepersemilyar
Perhatikan ada M (huruf besar) dan m (huruf kecil).
1 MWh = 1000 Wh, sedangkan 1 mWh = 0,001 Wh. Hati-hati tertukar, kalau salah penulisan nilainya sangat berbeda.
Wh (watt hour) adalah satuan energi, pengukurannya menggunakan alat ukur kWh meter seperti pada gambar berikut.
kWh meter biasa, mengukur daya dalam kilowatt-hour
Singkatnya Wh dan mAh itu adalah 2 satuan untuk 2 hal yang berbeda, jadi tidak dapat diubah langsung ke satuan yang lain. Untuk mengubah Wh menjadi mAh dapat dilakukan jika tegangan batere diketahui.
Wh atau watt-hour, atau watt-jam adalah satuan energi. Contohnya yang dipakai di meteran listrik di rumah-rumah, biasanya energi yang dipakai dinyatakan dalam satuan kWh (kilowatt-hour, atau kilowatt jam).
mAh = miliampere.hour umumnya dipakai untuk menyatakan hasil kali antara arus yang diberikan oleh batere dengan berapa lama batere tersebut dapat memberikan arus tersebut.
Meteran listrik KWH-meter yang mengukur pemakaian energi dengan satuan kWh
Berikut ini contoh batere Samsung Galaxy S4 yang menggunakan satuan Wh untuk menyatakan kapasitas baterenya.
Batere smartphone Samsung Galaxy S4 3.8 volt 9.88 Wh
Pada contoh batere di atas, mAh dapat dihitung dari Wh karena tegangan batere diketahui. Kapasitas dalam mAh = 9.88 Wh / 3.8 V = 2.6 Ah = 2600 mAh
Di situ disebutkan spesifikasi baterenya sebagai berikut:
Brand: Lenovo
Voltage: 14.8 Volts
Battery Capacity: 46 Whr
Battery Type: 4 Cell Li-ion
Cell Origin: Samsung (South Korea)
Color: Black
Assembly Origin: Samsung
Warranty: 2 Year
Guarantee: 30 days
Useful Life: 300-500 recharge cycles
Jadi batere yang dipakai adalah Lithium-ion dengan tegangan 14.8 volt, dan kapasitas 46 Whr (watt-hour).
Jika ingin diubah menjadi mAh maka menggunakan rumus:
Singkatnya mAh dan Watt itu adalah 2 satuan untuk 2 hal yang berbeda, jadi tidak dapat diubah langsung ke satuan yang lain. Untuk mengubah mAh ke watt diperlukan informasi tambahan yaitu waktu dan tegangan.
Penjelasan
mAh adalah satuan muatan listrik.
Rumusnya: Q = I x t
Dengan:
Q: muatan listrik (coulomb)
I : arus listrik (ampere)
t : waktu (detik)
Untuk daya baterai, biasanya dipakai waktu dalam satuan jam, sehingga untuk muatan tidak dipakai satuan Coulomb tetapi satuan ‘ampere hour (Ah)’ atau ‘milli ampere hour (mAh)’
watt adalah satuan daya listrik
Rumusnya: P = V x I
Dengan
P: daya listrik (dalam watt)
V : tegangan (dalam volt)
I : arus (dalam ampere)
Penggabungan rumus:
I = Q/t , maka
P = V x I = V x Q/t
Jadi P = V x Q / t
Untuk mengubah Q (mAh) ke P (watt), diperlukan informasi V (tegangan) dan t (waktu).
Untuk kasus baterai, tegangan dapat diambil dari tegangan sel pada baterai tersebut. Misal baterai NiMh = 1,2 volt, baterai Li Ion = 3,7 volt, dan sebagainya
Waktu tergantung berapa lama baterai aktif.
Jika pertanyaannya misalkan: ‘baterai 1000 mAh dapat memberikan daya paling besar berapa watt?’, maka kita perlu tahu seberapa lama suatu baterai dapat memberikan arus sebesar-besarnya. Baterai yang normal biasanya dipakai pada 10% dari kapasitasnya, jadi dapat bekerja selama 10 jam.
Solusi:
Muatan baterai: 1000 mAh
Tegangan baterai : 3,7 volt (Li Ion)
Waktu: 10 jam (waktu tercepat untuk mengosongkan isi baterai)
P (maksimum) = V x Q / t = 3,7 x 1000 mAh / 10 jam = 3,7 x 1 / 10 = 0,37 watt
Untuk kasus powerbank atau baterai, daya dalam watt dapat dihitung berdasarkan informasi pada spesifikasi powerbank atau baterai tersebut. Contoh analisisnya ada di artikel “Powerbank 10000 mAh berapa watt”
Samsung portable battery 10000 mAh
mAh = miliampere.hour adalah satuan untuk muatan listrik pada baterai. Pada baterai dipakai untuk menyatakan hasil kali antara arus yang diberikan oleh batere dengan berapa lama batere tersebut dapat memberikan arus tersebut.
Jumlah energi pada baterai dinyatakan dengan satuan Wh (watt hour, atau watt jam). Untuk menghitung Wh dari mAh, dapat dibaca di artikel 1 mAh berapa Wh.
Untuk dapat mengetahui besaran mAh suatu baterai dapat dibaca di kemasan baterai tersebut. Untuk mengetahui mAh jika yang diketahui Wh, dapat dibaca di artikel 1 Wh berapa mAh.
Watt adalah daya yang dikeluarkan / diserap oleh suatu alat. Untuk dapat mengetahui besaran watt, dapat diukur dengan alat ukur wattmeter, atau dapat juga dengan mengukur arus dan tegangan, kemudian dihitung dengan rumus P (watt) = V (volt) x I (ampere).
Salah satu pertanyaan yang sering diajukan adalah ‘sekian volt itu berapa mAh‘?
Jawaban Ringkas
Untuk mengubah volt menjadi mAh, perlu tambahan informasi arus dan waktu dalam detik.
Jawaban Panjang
Dalam ini perlu diperhatikan bahwa volt dan mAh itu adalah 2 satuan yang berbeda:
Volt adalah satuan untuk tegangan listrik. Dalam batere, angka ini maksudnya adalah berapa tegangan antara terminal-terminal sebuah batere.
mAh adalah satuan energi (listrik). Satuan ini adalah gabungan dari mA (miliampere) dan hour (jam). Satuan ini dipakai di baterai. Satuan mAh adalah satuan dari muatan listrik. Besaran muatan listrik ini dipakai untuk menyatakan kemampuan batere tersebut memberikan arus, atau dengan kata lain adalah kapasitas batere/daya tampung batere tersebut. Satuan mAh adalah hasil kali antara arus yang diberikan oleh batere dan berapa lama batere tersebut dapat memberikan arus sebesar itu.
Rumus energi listrik:
E (energi)= P (daya) x t (waktu)
Dengan:
E (energi) dalam joule
P (daya) dalam watt
t (waktu) dalam detik
Rumus daya listrik
P (daya) = V (tegangan) x I (arus)
Dengan
P (daya) dalam watt
V (tegangan) dalam volt
I (arus) dalam ampere
Gabungan Rumus:
E = V x I x t
Kesimpulan
untuk mengubah volt (tegangan) menjadi mAh (energi), kita perlu tahu juga berapa besar arus dan waktu
Contoh Baterai
Misal ada batere berkapasitas 1000 mAh, maka batere tersebut dapat memberikan arus 1000 mA selama 1 jam, atau 500 mA selama 2 jam, atau 2000 mA selama 1/2 jam. Dalam prakteknya batere makin boros ketika arusnya besar, jadi kalau kita paksa dia memberi arus besar, durasi arus itu tidak sebesar hasil perhitungan.
Muatan listrik (mAh) tidak dapat dihitung dari tegangan listrik (volt). Untuk mengetahui muatan listrik (mAh) suatu baterai dapat diketahui dengan melihat spesifikasi baterai tersebut. Biasanya angka mAh ini tercantum pada baterai tersebut. Kadang-kadang angka yang tercantum adalah dalam Wh (watt-hour). Dalam hal ini angka Wh dapat diubah dengan mudah ke mAh.
Berikut ini contoh beberapa batere dengan volt dan mAh masing-masing.
Contoh pertama adalah batere NiMh merek GP dengan kapasitas 2700 mAh. Pada gambar tersebut tidak nampak jelas tegangan dari batere tersebut, namun biasanya batere NiMh tegangan keluarannya adalah 1,2 volt.
Batere NiMH merek GP berkapasitas 2700 mAh
Berikut ini adalah batere Li-ion untuk smartphone Samsung Galaxy S4. Tegangan batere adalah 3,8 volt, dan kapasitas batere adalah 9.88 Wh. Di sini satuan yang digunakan adalah Wh, bukan mAh. W (watt) adalah hasil kali tegangan (volt) dengan arus (ampere). Untuk mengubah ke satuan mAh, bagi saja Wh dengan volt: 9.88 Wh/ 3.8 volt = 2600 mAh. Jadi kapasitas batere tersebut dalam mAh adalah 2600 mAh. 1 A atau 1 ampere setara dengan 1000 miliampere / 1000 mA, jadi 2600 mAh setara dengan 2.6 Ah.
Batere smartphone Samsung Galaxy S4 3,8 volt 9,88 Wh
Berikut ini adalah sebuah batere kering dengan tegangan 12 volt dan kapasitas 70 Ah. Dalam contoh ini kapasitas batere dinyatakan dengan satuan Ah (ampere-hour), bukan mAh (miliampere-hour). 1 Ah sama dengan 1000 mAh, jadi kapasitas batere itu adalah 70000 mAh.
Pada aki tersebut tertera tegangan aki yaitu 12 volt, dan kapasitasnya yaitu 5 Ah / 10 HR, artinya kapasitas aki tersebut adalah 5 Ah atau sama dengan 5000 mAh, dengan catatan waktu pengosongan adalah 10 jam.
Berikutnya adalah aki Yuasa YTZ6V, dengan tegangan 12 volt dan kapasitas 5,3 Ah (20 HR). Kapasitasnya adalah 5,3 Ah atau sama dengan 5300 mAh
Aki Yuasa YTZ6V tampak depan
Berikut ini contoh baterai 18650 dengan tipe Li-ion, tegangan 3,7 volt, kapasitas 4200 mWh. ‘18650’ adalah menyatakan ukuran baterai tersebut, yaitu diameter 18 mm dengan panjang 650 mm. Kapasitas baterai tertulis dalam satuan mWh, bukan mAh, sehingga kalau mau tahu kapasitas dalam mAh perlu diubah dari mWh ke mAh atau Ah.
Baterai 18650 4200 mWh
Untuk satuan-satuan lain pada batere dapat dibaca di artikel Satuan pada Batere
Kapasitas powerbank saat ini dinyatakan dengan satuan mAh (milli ampere hour). Satuan ini sebenarnya kurang tepat karena sebenarnya satuan untuk energi adalah Joule atau bisa juga watt-jam (Wh). Kalau kita perhatikan PLN mengukur energi yang dikirim ke rumah-rumah dengan menggunakan alat kWh meter, satuannya adalah kWh (kilo-watt-jam). Vendor terkemuka seperti TP-Link berani secara eksplisit menjelaskan arti dari angka mAh yang dia cantumkan, namun vendor abal-abal biasanya tidak demikian.
Satuan mAh supaya dapat dinyatakan untuk mengukur energi memerlukan 1 parameter lagi, yaitu volt (tegangan batere). Beberapa pabrikan powerbank secara jujur menyatakan tegangan yang dimaksud adalah 3.7 volt , yang merupakan tegangan pada batere time Lithium ion yang dipakai di dalam powerbank. Namun kebanyakan pabrikan hanya mencantumkan mAh saja, tanpa mencantumkan tegangannya. Berikut ini contoh powerbank yang menyatakan kapasitasnya adalah 24000 mAh.
Kapasitasnya 24000 mAh, katanya
Kalau mau jujur, seharusnya pabrikan menyatakan kapasitas powerbank dengan referensi tegangan 5 volt, bukan 3.7 volt. Namun kalau pakai angka 5 volt, otomatis angka mAh nya akan lebih kecil dibandingkan dengan kalau pakai 3.7 volt.
Cara yang paling fair adalah menggunakan satuan energi untuk menyatakan kapasitas batere, yaitu dengan Joule atau Watt-jam (Wh). Misalkan pada gambar di atas powerbank dengan kapasitas 24000 mAh. Tegangan keluaran powerbank adalah 5 volt. Maka energi yang dapat diberikan oleh powerbank tersebut adalah 24000 mAh x 5 volt = 120000 volt mAh = 120000 mWh = 120 Wh.
Berikut ini contoh batere yang menyatakan secara lugas berapa kapasitas energi di dalamnya.
Batere CS-2 untuk Blackberry 8520, kapasitas 4.3 Wh
Angka yang tercantum:
3.7 volt
1150 mAh
4.3 Wh
Apakah angka tersebut benar? Coba kita hitung.
Rumus energi:
Energi = tegangan x arus x waktu
Energi = 3.7 volt x 1150 mAh = 4255 mVAh = 4.255 Wh
Angka 4.255 hanya beda sekitar 2% dari 4.3, jadi pabrikan ini jujur menyatakan kapasitas baterenya.
Nah, bagaimana kalau misalkan powerbank 24000 mAh dipakai untuk mengisi Blackberry 8520 dengan kapasitas 4.3 Wh?
Misalkan powerbank 24000 mAh dipakai untuk mengisi batere Blackberry 8520, yang baterenya disebutkan sebagai 3,7 volt, kapasitas 1150 mAh, 4,3 Wh. Batere tersebut mampu menyimpan energi sebanyak 4,3 Wh. Tegangan masukan charger Blackberry adalah 5V , sesuai dengan standar tegangan USB.
Kapasitas powerbank dibagi dengan kapasitas batere Blackberry 8520 = 120 Wh / 4,3 Wh = 28x
Dalam kenyataannya, akan ada energi terbuang pada charger, sehingga energi yang dapat dimanfaatkan biasanya hanya 80% ~ 90% saja. Jika faktor efisiensi ini diperhatikan juga, maka perbandingannya adalah sebagai berikut:
12 Wh * 80% / 4,3 Wh = 22,3 x
Jadi dari perhitungan di atas, dapat disimpulkan bahwa powerbank 24000 mAh seharusnya dapat dipakai untuk mengisi ulang Blackberry 8520 sebanyak 22 kali.
3.6 V 16000 mAh -> kapasitas powerbank berdasarkan tegangan batere di dalamnya (3.6 volt = Lithium Ion).
10200 mAh 5.1 V (typ 1 A) (90%) -> kapasitas powerbank berdasarkan tegangan output 5.1 volt dan arus charging 1 A. Biasanya kalau arus charging besar, maka efisiensi berkurang dan outputnya akan lebih rendah dari 10200 mAh.
DC 5.0 V -> tegangan output 5 volt, yaitu tegangan standar USB
2.0A -> arus maksimal pengisian ke port USB
15000 / 16000 mAh 54/57.6 Wh -> kapasitas dalam mAh untuk 3.7 volt, dan kapasitas dalam satuan Wh. Jadi pabrikan ini jujur menyatakan kapasitas powerbanknya dalam Wh.
Coba kita hitung sendiri dengan data yang ada:
Asumsi tegangan 3.6 volt dengan batere 16000 mAh, maka:
Kapasitas Energi = tegangan x arus x waktu =3.6 volt x 16000 mAh = 57.6 Wh
Kapasitas untuk 5.1 volt:
Arus x waktu = kapasitas / tegangan = 57.6 Wh / 5.1 = 11.294 Ah = 11294 mAh. Namun angka ini belum memperhatikan efisiensi 90%
Koreksi kapasitas pada 5.1 volt dengan efisiensi 90%:
Arus x waktu = kapasitas / tegangan * efisiensi = 57.6 Wh / 5.1 * 90% = 10165 mAh. Angka ini dibulatkan ke atas menjadi 10200 mAh. Pembulatan ini masuk akal jika kita asumsikan perhitungan menggunakan 3 angka penting.
Kesimpulan hasil perhitungan: powerbank yang dinyatakan punya 16000 mAh pada 3.6 volt ternyata menjadi “hanya” 10200 mAh pada 5.1 volt dengan efisiensi 90%.
Catatan
#1 Rumus daya adalah : P = V x I,
Dengan
P (power) satuannya adalah watt (W),
V adalah tegangan, satuannya adalah volt (V),
I adalah arus , satuannya adalah ampere (A).
mAh artinya adalah mili ampere hour, mili ampere adalah satuan arus, di mana 1 ampere = 1000 mili ampere.
