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Powerbank Kapazität – Wie oft kann das Handy geladen werden?

Tuesday, January 19, 2016 / By: Chef / 3 Comments
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Powerbank Kapazität – Wie oft kann das Handy bzw. Smartphone aufgeladen werden?

Eine häufige Fehlannahme ist, dass die Powerbank Kapazität in direktem Verhältnis zur Kapazität des Handyakkus steht. In diesem Beitrag möchten wir diesen Irrtum aufklären und uns der Frage annehmen, wie oft ein Handyakku mit 2000mAh Kapazität von einer Powerbank mit 12.000mAh aufgeladen werden kann.

Der weit verbreitete Irrtum

Für viele Anwender ist die Frage schnell beantwortet: 6 x 2000mAh = 12.000mAh
Ganze sechs Aufladungen des Handyakkus muss die Powerbank bereitstellen, sonst erfüllt sie nicht die Erwartungen. Aber stimmt das auch?

Du ahnst es schon, wenn die richtige Antwort 6 wäre, würden wir wohl kaum einen Beitrag darüber schreiben. Mal eben schnell die Kapazität der Powerbank durch die Kapazität des Handyakkus dividieren, führt nicht zum richtigen Ergebnis. Tatsächlich kann eine Powerbank mit 12.000mAh einen 2000mAhgroßen Handyakku statt wie erwartet 6 Mal nur etwa 4 bis 4,5 Mal aufladen.

Warum das so ist, und wie jeder diesen Wert selbst errechnen kann, möchten wir hier Schritt für Schritt erklären.

Was passiert beim Aufladen eines Akkus?

Wird ein Akku aufgeladen, wird elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt. Sobald ein Verbraucher angeschlossen wird, wird chemische Energie wieder in elektrische Energie umgewandelt, dabei entsteht neben elektrischer Energie auch Wärmeenergie.
Das merkt man, wenn man beispielsweise das Handy auflädt – auf der Akkuseite wird es warm.
Bei jedem Ladeprozess geht Energie in Form von Wärme verloren und steht dann nicht mehr zum Laden des Akkus zur Verfügung.

Kapazität und Energie, was ist der Unterschied?

Die Kapazität eines Lithium-Ionen Akkus ist das Maß für seine elektrische Ladung. Um seine Kapazität bzw. seine Ladungsmenge zu beschreiben wird die Einheit Milli-Ampere-Stunde (mAh) verwendet.

Energie hingegen steht für die Energiemenge, die im Akku gespeichert werden kann.
Die gespeicherte Energie wird in Watt-Stunden (Wh) angegeben.

Wenn du wissen willst, wie oft dein Handyakku aufgeladen werden kann, musst du deine Aufmerksamkeit vor allen Dingen auf den Energiewert, also die Wattstunden richten und nicht auf die Kapazität in mAh.

Leider geben viele Hersteller nur die Kapazität in Milli-Amperestunden statt in Wattstunden an und Käufer achten daher ausschließlich auf diesen einen Wert. Milli-Amperestunden reichen aber nicht aus. Um den tatsächlichen Energiegehalt eines Powerbank- oder Handy-Akkus zu erhalten, muss die Kapazität mit der Nennspannung der verbauten Batteriezellen multipliziert werden.

Energie (Wh) ist das Produkt aus Kapazität (mAh) und Spannung (V)
Wh = mAh * V

Die Nennspannung variiert bei Li-ion Akkus zwischen 3,6V und 3,8V. Die exakte Spannung findest du auf der Gehäuseaußenseite des Akkus. Die meisten Hersteller vermerken da übrigens auch gleich den Energiegehalt, d.h. die Wattstunden.

Solltest du auf dem Akku die Angabe in Wattstunden nicht vorfinden, kannst du die Wattstunden auch selbst berechnen, und zwar so:

Powerbank:
12.000mAh (Kapazität) x 3,7V (Nennspannung) = 44400mWh, das sind 44,4Wh
Handyakku:
2000mAh (Kapazität) x 3,7V (Nennspannung) = 7400mWh, das entspricht 7,4Wh

Wenn wir jetzt den Energiegehalt der Powerbank durch den Energiegehalt des Handyakkus dividieren, sollte das Ergebnis ebenfalls 6 sein. Schauen wir mal: 44,4Wh / 7,4Wh = 6

Die Zahl sechs ist allerdings nur theoretisch, denn es ist ja noch kein Strom geflossen. Sobald das Handy an die Powerbank angeschlossen wird, fließt Strom und es entstehen Verluste durch Wärme. Verlustwärme ergibt sich zwangsläufig, wenn Strom übertragen wird. Zur Berechnung der Verluste gleich mehr..

Welche Spannung liegt an, wenn ein Handyakku an eine Powerbank angeschlossen wird?

Handys werden über ein USB Ladekabel am USB Ausgang der Powerbank aufgeladen. An USB Ports liegt grundsätzlich  eine elektrische Spannung von 5V an. Die Ausgangsspannung der Powerbank beträgt also 5V, das gleiche gilt für die Eingangsspannung des Handys.

Wie wir gerade erörtert haben, liegen die Nennspannungen von Powerbank und Handyakku aber bei 3,7V.

Welchen Einfluss haben die Ladeschaltungen von Powerbank und Handy?

Um die Nennspannung der Powerbank von 3,7V auf 5V und die 5V Eingangsspannung beim Handy auf eine geringere Spannung zu wandeln benötigen beide Geräte eine Ladeschaltung. Diese sorgt u.a. dafür, dass Spannung erhöht bzw. reduziert wird.
Beide Ladeschaltungen verbrauchen Energie, daher kann der Wirkungsgrad nicht 100% betragen. Ein Teil der Energie wird in Verlustwärme umgesetzt, diese Verluste können wir annäherungsweise kalkulieren.

Umsetzungsverluste der Powerbank:

Wenn wir davon ausgehen, dass der Wirkungsgrad der Powerbank bei einem Entladestrom von 1 Ampere 90% beträgt, kann die Powerbank am USB Ausgang noch eine Energie von 39,96Wh bereitstellen.

44,4Wh * 0,9 = 39,96Wh

Bei höheren Entladeströmen ist der Wirkungsgrad geringer. Tablet PCs oder moderne Smartphone werden mit 1,5A bzw. 2A geladen. Apple iPads z.B. fordern einen maximalen Eingangsstrom von 2,4A.

Kalkuliere bei höheren Strömen mit einer Effizienz von 65 bis 85%, da die Leistungsfähigkeit von Akkus je nach Qualität stark variiert. Verschiedene Akkus identischer Kapazität bringen unterschiedlichste Ergebnisse und manch ein Akku knickt insbesondere bei höheren Ladeströmen regelrecht ein.

Umsetzungsverluste des Handyakkus:

Die Ladeelektronik des Handys nimmt 5V Eingangsspannung entgegen und muss die 5V auf 3,7V Nennspannung konvertieren; auch diese Umsetzung kostet Energie. Darüber hinaus passt eine
Überwachungsschaltung auf, dass der Handyakku nicht überladen und überhitzt wird und im Akku wird infolge chemischer Vorgänge Wärme freigesetzt, was zu einem weiteren Energieverlust führt. Diese Verluste liegen im Schnitt zwischen 20 und 30%, je nach Höhe des Ladesstroms und Qualität der Ladeschaltung.

Für den Handyakku mit 2000mAh / 7,4Wh heißt das:

7,4Wh * 25% = 1,85Wh

Das bedeutet, die Powerbank muss in den Handyakku 1,85Wh (25%) mehr Energie hineingeben, als nachher entnommen werden kann. Insgesamt muss die Powerbank 9,25Wh aufwenden, um den Handyakku mit 7,4Wh vollständig aufzuladen.

7,4Wh + 1,85 = 9,25Wh

Das war’ s schon.

Jetzt setzen wir nur noch die beiden neu kalkulierten Energiewerte von Powerbank und Handyakku in Bezug zueinander, dann wissen wir in etwa, wie oft wir den Handyakku mit der Powerbank
aufladen können:

39,96Wh / 9,25Wh = 4,3

Eine Powerbank mit 12.000mAh kann einen Handyakku mit 2000mAh circa 4,3 Mal aufladen.

Du weißt jetzt, dass du auf den Energiegehalt, also die Wattstunden von Powerbank und Handyakku achten musst, nicht auf die Kapazität. Die Angabe in Wattstunden findest du normalerweise auf dem Gehäuse des Akkus. Anschließend berechnest du die Verluste auf Seiten der Powerbank und auf Seiten des Handys und setzt die kalkulierten Werte in Bezug zueinander.

Diese Faktoren beeinflussen den Wirkungsgrad zusätzlich:

Je höher der angelegte Ladestrom an die Powerbank, desto geringer der Wirkungsgrad. Es macht einen Unterschied, ob du nur ein Handy, oder gleich mehrere Handys oder ein Tablet anschließt.

Bei niedrigen Umgebungstemperaturen sinkt temporär die Kapazität der Powerbank, die Powerbank kann weniger Ladung zur Verfügung stellen.

Die Kapazität sinkt mit dem Alter des Akkus/der Batterie. Sinkt die Kapazität, verringert sich auch die Energie.

Nicht alle Hersteller von Akkus reizen die maximale Lade, – und Entladeschlussspannung der Zellen aus. Zwar wird dann dadurch nicht die volle Kapazität der Zellen ausgeschöpft, die Lebensdauer der Powerbank kann aber i.d.R. erheblich gesteigert werden.

Wenn du während des Aufladeprozesses im Hintergrund Programme oder Apps laufen hast, Wi-Fi aktiviert ist oder der Bildschirm bei voller Helligkeit an ist, muss die Powerbank deutlich mehr Energie zur Verfügung stellen. Entsprechend weniger Aufladezyklen gibt die Powerbank her.

Schlussbemerkung

Achte darauf, nur Markenakkus zu kaufen. „Wer billig kauft, kauft teuer“– eine Aussage, die oft ins Schwarze trifft, gilt uneingeschränkt auch für Akkus und Batterien. Wenn du bereit bist, etwas mehr Geld auszugeben, wirst du in der Regel auch einen besseren Akku bekommen.
Neben einem guten Batteriemanagementsystem ist die Qualität der verbauten Akkuzellen entscheidend. Die Qualität wird sich in einer deutlich besseren Performance, einer höheren Zyklenfestigkeit und einer längeren Lebens- und Nutzungsdauer des Akkus bemerkbar machen.
Wichtig ist zudem, unabhängig von der Qualität des Akkus, dass du auf eine richtige Verwendung achtest, damit die Kapazität des Akkus voll ausgenutzt und seine Lebensdauer so lang wie möglich erhalten bleibt.

In diesem Beitrag erläutern wir, was das Geheimnis einer langen Akku-Lebenszeit ist.

3 thoughts on “Powerbank Kapazität – Wie oft kann das Handy geladen werden?

  • Singh on said:

    Hallo
    finde den Betrag ziemlich informativ und hat mich auch sehr gut gefallen.
    Etwas komisch finde ich das ich noch nie was von znex Powerbanks gehört habe!
    Werden die Powerbanks auch auf Amazon verkauft ?

  • TechFreak on said:

    Was beim Kauf auch noch beachtet werden sollte, ist eine Ladesteuerung welche das Laden beendet sobald der Akku voll ist. Dadurch wird der Akku geschont.

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Ich stimme zu, dass ZNEX diese Daten bis auf Widerrruf speichern darf.