Schnelllade-Technologien

Schadet das rasche Auftanken dem Akku?

Dass Akkus empfindliche Bauteile sind, wissen SmartphoneBesitzer nicht erst seit Samsungs Note7-Desaster, bei dem die Energiespeicher öfter buchstäblich verbrannten. Doch auch unter normalen Bedingungen büßen Lithium-Ionen-Akkus je nach Smartphone-Modell und Nutzungsverhalten nach durchschnittlich zwei Jahren deutlich an Speicherfähigkeit ein. Der schonende Umgang mit ihnen kann diese Schwelle hinauszögern. Dazu empfiehlt es sich, den Akku möglichst nie ganz vollzuladen und das vollgeladene Smartphone nie lange Zeit an der Steckdose hängen zu lassen. Womit das bequeme Laden über Nacht schon mal ein NoGo ist. Und auch den Einsatz bis zur vollständigen Entleerung nimmt der Akku seinem Besitzer auf Dauer übel.

Und nun setzen die Entwickler von Ladeelektronik diese empfindlichen Bauteile beim Laden quasi einer Druckbetankung aus. Statt dem Energiespeicher wie bisher innerhalb von drei bis vier Stunden ganz gemächlich neue Reserven zuzuführen, versprechen Systeme wie USB PD (Power Delivery), Huawei SuperCharge, Qualcomm Quick Charge und andere, die Ladezeit deutlich zu verkürzen. Besonders Quick Charge scheint immer neue Rekorde aufzustellen. Gaben die Amerikaner für Version 3 noch an, den Akku innerhalb von 36 Minuten auf 80 Prozent zu laden, so soll Version 4+ unter optimalen Bedingungen fünf Stunden Laufzeit aus fünf Minuten Ladezeit holen. Dass das beeindruckende Geschwindigkeiten sind, die das Leben erleichtern, steht außer Frage. Doch was sagt der Akku dazu?

Eine gute Quelle zu allen Aspekten von Akkus ist die Seite batteryuniversity.com, die von der auf Batterie-Management spezialisierten Firma Cadex betrieben wird.

Bestimmte Vorgaben

Vier wichtige Bedingungen müssen erfüllt sein, um einen Li-Ion-Akku mit Höchstgeschwindigkeit laden zu können. Zunächst braucht die Speicherzelle ein spezielles Design und muss auch gut in Form sein. Zudem darf die Schnellladung nur bis zu einem bestimmten Füllgrad des Akkus angewendet werden, auf 100 Prozent Auftanken ist damit ausgeschlossen. Weiterhin müssen alle Einzelzellen in einem Akku-Verbund innerhalb enger Toleranzen gleiche Eigenschaften haben. Das spielt bei SmartphoneAkkus keine Rolle, da diese nur aus einer Zelle bestehen. Bei Tablets kann es jedoch ein wichtiger Aspekt sein. Als vierter und letzter Punkt muss der Ladevorgang bei moderaten Temperaturen erfolgen.

Damit kommen für Quick Charge und Co überhaupt nur Smartphones mit speziell dafür entwickelten Akkus in-

frage. Eines der Hauptprobleme beim schnellen Laden ist die Energie, die von der langsam reagierenden Zelle nicht sofort aufgenommen werden kann. Diese kann zur Erhitzung, zur Gasentwicklung oder zum Absetzen von Lithium an der Anode führen. Durch Konstruktion und Materialwahl lassen sich diese Effekte auf ein Minimum reduzieren.

Doch auch dann muss die Elektronik den Ladevorgang genau überwachen. Hierzu steckt in jedem Akku ein Temperatursensor. Zudem wird der Akku mit einer Serie von Stromimpulsen geladen. Aus der Spannung bei ein- und ausgeschaltetem Strom kann mit Kenntnis des Zellaufbaus auf den chemischen Zustand der Zelle geschlossen werden. So lässt sich die Ladegeschwindigkeit sehr genau dem anpassen, was dem Akku gerade noch guttut. Sie wird mit zunehmendem Alter des Akkus aber etwas an Effektivität einbüßen.

Exakte Dosierung ist wichtig

Auch an anderer Stelle bemüht sich die Ladetechnik – bestehend aus Steckernetzteil, USB-Kabel und LadeRegler im Smartphone – um schonenden Umgang mit dem Material. Steckernetzteile waren zu Anfang der Handygeschichte auf etwa 5 Watt Ausgangsleistung (5 Volt/1 Ampere) ausgelegt, doch das würde bei Weitem nicht mehr reichen, um die heutigen großen Akkus in Rekordzeit zu laden. Deshalb wurde zunächst der Strom auf 2 Ampere erhöht, was doppelte Ausgangsleistung und grob die halbe Ladezeit bringt. Für eine weitere Geschwindigkeitssteigerung hätte der Strom weiter erhöht werden müssen, doch dafür sind die USB-Kabel zu dünn und die Stecker zu filigran. Die Ingenieure griffen also auf einen

Neue Ladetechniken versprechen, bis zu fünf Stunden Smartphone-Laufzeit aus fünf Minuten Laden zu holen. Das freut den Benutzer, doch wie reagiert der Akku auf den schnellen Energietransfer?