robernd
Ambitioniertes Mitglied
- 23
Hallo,
obwohl über dieses Thema schon viel geschrieben wurde, habe auch ich mich ausführlich mit dem Ladeverhalten des Nexus 7 beschäftigt. Die wichtigsten Erkenntnisse zuerst:
Das Nexus 7 stellt keine besonderen Anforderungen an das Ladegerät. Selbst das schwächste USB-Netzteil ist prinzipiell geeignet. Weil ich nicht ausschließen kann, dass manch ein Gerät trotzdem Probleme macht, wiederspreche ich nicht Asus' Verbot, ein fremdes Ladegerät zu verwenden.
Das mitgelieferte USB-Kabel ist recht kurz. Ein deutlich längeres USB-Kabel verlängert den Ladevorgang. Es spricht allerdings nichts dagegen, sich ein beliebig langes Kabel aus dickeren Drähten zu basteln.
Technische Einzelheiten
Um Nexus und Ladegerät unabhängig voneinander zu untersuchen, habe ich zunächst das mitgelieferte Ladegerät durch ein Labornetzgerät mit einstellbarer Spannung und großer Leistung ersetzt. Mit einem Adapterkästchen mit Messanschlüssen in einer kurzen USB-Verlängerung lassen sich Ladespannung und -strom messen.
Die folgenden Ausführungen enthalten fast alles, was ich herausgefunden habe, und sind deshalb recht langwierig. Hoffentlich kann der eine oder andere von euch trotzdem etwas damit anfangen. Ich schreibe es auch auf, damit ich es nicht selbst wieder vergesse
Weil ich nicht in das Gerät hineinschauen kann, gibt es auch einige Interpretationen (Spekulationen wäre wohl übertrieben). Dabei kommt mir zugute, dass ich auch schon eigene Ladeschaltungen entworfen habe, allerdings nur weniger intelligente.
Ladeverfahren bei Li-Ion
Die Netzteilspannung, oberhalb derer der Ladevorgang beginnt (Ladeanzeige oben rechts in der Ecke), ist recht niedrig. Je nach Ladezustand des Akkus sind es zwischen 3,8 (Akku fast leer) und 4,3 Volt (Akku voll). Das ist plausibel. Üblicherweise werden Li-Ionenakkus mit konstanter Spannung um die 4,2 Volt geladen. Das ist die je nach Typ etwas unterschiedliche sogenannte Ladeschluss-Spannung. Der Strom ist zusätzlich begrenzt, um einen entladenen Akku nicht zu überlasten. Deshalb ist die Ladespannung am Akku bei entladenem Akku niedriger als 4,2 Volt. Wenn sich die Akkuspannung der Schluss-Spannung nähert, nimmt der Strom ohne weiteres Zutun ab bis auf praktisch Null.
Die von außen zugeführte Spannung muss um 0,1 bis 0,2 Volt größer sein als die aktuelle Akkuspannung, weil jede Ladeschaltung einen gewissen Spannungsverlust aufweist.
Eigenschaften des Nexus 7
Die Ladeanzeige des Nexus richtet sich nicht nach irgendeiner Spannung sondern nach dem Ladestrom. Die Anzeige geht aus, wenn der Strom fast Null ist. Dabei ist es egal, ob der Akku voll ist oder die von außen zugeführte Spannung zu klein ist. Wenn wir die Spannung an der USB-Zuleitung langsam erhöhen, geht die Ladeanzeige des Nexus bereits bei einer Stromaufnahme von wenigen mA an. Ich habe die Spannung bis auf 5,5 Volt erhöht (weiter habe ich mich nicht getraut), ohne dass der Ladestrom über 260 mA gestiegen wäre. - Nanu?
Beim plötzlichen Einschalten mit 5,0 V und mehr stellt sich ein Strom von ungefähr 850 mA ein. Beim herunter Regeln der Netzteilspannung bleibt der Strom zunächst einigermaßen konstant bis er bei ungefähr 4,7 V recht schnell auf die oben erwähnten 260 mA absinkt. Beim wieder Hochregeln bleibt es aber bei 260 mA. - Aha! Das Nexus schützt damit offenbar zu schwache Versorgungsgeräte. Praktisch alle Festspannungs-Netzgeräten (dazu gehören auch die USB-Netzteile) begrenzen nämlich ihren Strom, wenn sie überlastet werden. Das bedeutet, sie senken dann ihre Spannung, damit der Maximalstrom nicht überschritten wird.
Wie oben beschrieben verhält sich die Ladeschaltung des Nexus 7, wenn es ausgeschaltet ist. Im Eingeschalteten Zustand ist es ganz ähnlich, jedoch finden wir noch eine weitere Stufe dazwischen bei ungefähr 450 mA. Wie schwach so ein Ladegerät oder wie lang die Zuleitung auch immer ist, das Nexus 7 stellt den Ladevorgang nie vollständig ein. Es reduziert allerdings den Ladestrom und verlängert damit drastisch die Zeit, bis der Akku voll ist.
Für Leute, die es ganz genau wissen wollen, hier noch eine Tabelle mit der Stromaufnahme des ausgeschalteten Nexus und der Spannung des Ladegeräts. Der Akku ist laut Anzeige mit 12 % fast leer. Das kostenlose Battery Monitoring Widget zeigt uns eine Akkuspannung von 3,72 V an.
Die erste Spalte enthält die von mir eingestellte Netzteil-Spannung, die zweite Spalte die Stromaufnahme beim langsamen Erhöhen, die dritte Spalte beim Absenken der Spannung. Die dritte Spalte ist also von unten nach oben zu lesen. Dabei wird der Strom Null bei etwas höherer Spannung erreicht, weil der Akku inzwischen etwas höher geladen ist.
Volt - mA - mA
3,8 - 030 - 000
3,9 - 125 - 088
4,0 - 129 - 129
4,1 - 132 - 131
4,2 - 132 - 131
4,3 - 132 - 131
4,4 - 132 - 131
4,5 - 268 - 268
4,6 - 267 - 267
4,7 - 267 - 464
4,8 - 266 - 659
4,9 - 264 - 853
5,0 - 263 - 849
5,1 - 263 - 849
5,2 - 262 - 849
Während des Ladevorgangs mit 5,0 Volt sinkt die Stromaufnahme von anfangs 850 mA allmählich bis auf unter 100 mA (bei vollem Akku). Bei vollem Akku zeigt uns das Battery Monitoring Widget eine Akkuspannung von 4,20 V an. Jetzt schaltet die Ladeanzeige bereits unter 4,3 V ab.
Ein eingeschaltetes Nexus 7 verbraucht zusätzlich Strom. Das beeinflusst bei leerem Akku die gesamte Stromaufnahme kaum. Der Eigenverbrauch fehlt einfach bei der Akkuladung. Anders ist es bei vollem Akku. Schalten wir es ein, steigt der gemessene Stromverbrauch drastisch an. Bei voller Beleuchtung entlädt sich trotz externer Versorgung sogar der Akku. Das merken wir, wenn nach dem Ausschalten wieder mit deutlicher Stromaufnahme nachgeladen wird.
Eigenschaften des Ladegeräts
Das mitgelieferte ASUS-Ladegerät liefert laut Aufschrift bis zu 2000 mA. Ich habe sogar einen höheren Wert gemessen. Seine Leistung wird allerdings nicht ausgenutzt, weil das Tablet auch bei fast leerem Akku nicht mehr als 850 mA aufnimmt. 2000 mA bei den dünnen Drähten und Steckerlein des USB-Kabels wäre auch etwas viel. Tassidar hat in seiner Beschreibung etwas von einer magischen Spannung von 4,95 V geschrieben. Auch ich habe diese Zahl gefunden. Sie hängt aber nicht mit dem Nexus sondern mit dem Ladegerät zusammen. Wenn wir das Geräte bis an seine Grenze belasten (etwas mehr als 2000 mA), schaltet es ziemlich plötzlich ab. Kurz vorher liefert es gerade diese Spannung von 4,95 V. Die Ausgangsspannung ohne Belastung beträgt 5,2 V.
Die Tabelle zeigt einige Kombinationen von Ausgangsspannung und Strom, die ich bei meinem Ladegerät gemessen habe. Die Belastung erfolgt dabei durch unterschiedliche elektrische Widerstände. Die erste Spalte enthält die Spannung am Geräteausgang, die zweite den Belastungswiderstand (999 bedeutet keiner) und die dritte Spalte den daraus berechneten Strom.
Volt - Ohm - mA
5,20 - 999 - 0000
5,15 - 10, - 0515
5,08 - 4,7 - 1081
5,02 - 3,0 - 1673
4,98 - 2,7 - 1844
4,95 - 2,4 - 2063
4,93 - 2,2 - 2282
1,10 - 1,9 - 0570
Irgendwo habe ich gelesen, dass das ASUS Netzgerät auch Spannung auf die Signalleitungen des USB-Anschlusses legen würde. Das ist falsch. Zumindest mein Exemplar tastet die Signalleitungen nicht an. Allerdings gibt es das bei anderen Ladegeräten. Ein E-Book Reader von Sony akzeptiert z.B. ein USB-Ladegerät nur dann, wenn auf den Signalleitungen eine Spannung liegt.
Fremde Ladegeräte
Eine ganze Hand voller Ladegeräte braucht Platz und Gewicht. Speziell auf Reisen möchte ich möglichst mit nur einem Gerät auskommen. Ich habe keine Hemmungen, Tablet, Handy, Kamera oder E-Book Reader mit dem gleichen Gerät zu bedienen. Obwohl es sehr unwahrscheinlich ist, können wir nicht ausschließen, dass ein beliebiges Ladegerät mit dem Nexus Schwierigkeiten macht. Diese Geräte sind Schaltnetzteile, die zur Spannungsregelung den Strom hochfrequent zerhacken. Die Ladeschaltung im Nexus tut wahrscheinlich Ähnliches. Im ungünstigen Fall kann es Überlagerungen beider Schaltvorgänge geben, die vielleicht zu ungeahnten Effekten führen. Wir kennen so etwas von LED-Lampen, die an elektronischen Transformatoren fürchterlich flackern.
Meine Erfahrungen deuten darauf hin, dass das Nexus die üblichen USB-Netzgeräte nur zur Hälfte des aufgedruckten Maximalstroms belastet. Ein fremdes Ladegerät wird also weder überlastet noch kann ein überdimensioniertes Gerät das Nexus überlasten.
Das Gerät von ASUS macht einen sehr guten Eindruck. Seine Ausgangsspannung ist mit weniger Hochfrequenzstörungen überlagert als andere USB-Netzteile von mir. Damit ist es sicher gut geeignet, auch anderes Spielzeug zu versorgen. Leider ist es verhältnismäßig groß. Deshalb werde ich ein kleineres (und schlechteres) Gerät auf Reisen mitnehmen. Dafür braucht der Ladevorgang dann auch die ganze Nacht. Dauerbetrieb mit externer Versorgung ist dann kaum noch möglich.
Ladekabel
Alle angegebenen Werte sind mit dem mitgelieferte recht kurzen USB-Kabel gemessen Dieses Kabel ist in meinem Fall 95 cm lang und hat einen äußeren Durchmesser von 3 mm. Mit einem ähnlichen Kabel von 150 cm Länge erreichen wir auch einen Ladestrom von 850 mA. Ab 200 cm Länge reduziert sich der Ladestrom auf 450 bis 260 mA.
Spannungsausgang
Im Normalbetrieb erwartet das Nexus am USB-Anschluss eine Lade- oder Betriebsspannung. Wenn das Ladegerät abgesteckt ist, liefert dieser Anschluss keine Spannung. Anders ist es, wenn wir ein OTG-USB Kabel anstecken. Sein Pin 4 (von insgesamt 5) ist mit Ground verbunden und signalisiert dem Nexus, dass ein externes Gerät auf eine Betriebsspannung wartet. Dann kommen dort 5,1 Volt heraus.
Wenn es jemandem gelingt, mit einem OTG-Kabel das Ladegerät anzuschließen (z.B. über einen USB-Hub), wird er sein schönes Spielzeug wahrscheinlich zerstören.
Änderung: Die ursprüngliche Beschreibung der Einschaltreihenfolge für die Versorgungsspannung für ein USB-Gerät war falsch. Ursache: Mein OTG-Kabel mit Wackelkontakt.
Zur Erinnerung: 1000 mA (Milliamper) = 1 A
obwohl über dieses Thema schon viel geschrieben wurde, habe auch ich mich ausführlich mit dem Ladeverhalten des Nexus 7 beschäftigt. Die wichtigsten Erkenntnisse zuerst:
Das Nexus 7 stellt keine besonderen Anforderungen an das Ladegerät. Selbst das schwächste USB-Netzteil ist prinzipiell geeignet. Weil ich nicht ausschließen kann, dass manch ein Gerät trotzdem Probleme macht, wiederspreche ich nicht Asus' Verbot, ein fremdes Ladegerät zu verwenden.
Das mitgelieferte USB-Kabel ist recht kurz. Ein deutlich längeres USB-Kabel verlängert den Ladevorgang. Es spricht allerdings nichts dagegen, sich ein beliebig langes Kabel aus dickeren Drähten zu basteln.
Technische Einzelheiten
Um Nexus und Ladegerät unabhängig voneinander zu untersuchen, habe ich zunächst das mitgelieferte Ladegerät durch ein Labornetzgerät mit einstellbarer Spannung und großer Leistung ersetzt. Mit einem Adapterkästchen mit Messanschlüssen in einer kurzen USB-Verlängerung lassen sich Ladespannung und -strom messen.
Die folgenden Ausführungen enthalten fast alles, was ich herausgefunden habe, und sind deshalb recht langwierig. Hoffentlich kann der eine oder andere von euch trotzdem etwas damit anfangen. Ich schreibe es auch auf, damit ich es nicht selbst wieder vergesse
Weil ich nicht in das Gerät hineinschauen kann, gibt es auch einige Interpretationen (Spekulationen wäre wohl übertrieben). Dabei kommt mir zugute, dass ich auch schon eigene Ladeschaltungen entworfen habe, allerdings nur weniger intelligente.Ladeverfahren bei Li-Ion
Die Netzteilspannung, oberhalb derer der Ladevorgang beginnt (Ladeanzeige oben rechts in der Ecke), ist recht niedrig. Je nach Ladezustand des Akkus sind es zwischen 3,8 (Akku fast leer) und 4,3 Volt (Akku voll). Das ist plausibel. Üblicherweise werden Li-Ionenakkus mit konstanter Spannung um die 4,2 Volt geladen. Das ist die je nach Typ etwas unterschiedliche sogenannte Ladeschluss-Spannung. Der Strom ist zusätzlich begrenzt, um einen entladenen Akku nicht zu überlasten. Deshalb ist die Ladespannung am Akku bei entladenem Akku niedriger als 4,2 Volt. Wenn sich die Akkuspannung der Schluss-Spannung nähert, nimmt der Strom ohne weiteres Zutun ab bis auf praktisch Null.
Die von außen zugeführte Spannung muss um 0,1 bis 0,2 Volt größer sein als die aktuelle Akkuspannung, weil jede Ladeschaltung einen gewissen Spannungsverlust aufweist.
Eigenschaften des Nexus 7
Die Ladeanzeige des Nexus richtet sich nicht nach irgendeiner Spannung sondern nach dem Ladestrom. Die Anzeige geht aus, wenn der Strom fast Null ist. Dabei ist es egal, ob der Akku voll ist oder die von außen zugeführte Spannung zu klein ist. Wenn wir die Spannung an der USB-Zuleitung langsam erhöhen, geht die Ladeanzeige des Nexus bereits bei einer Stromaufnahme von wenigen mA an. Ich habe die Spannung bis auf 5,5 Volt erhöht (weiter habe ich mich nicht getraut), ohne dass der Ladestrom über 260 mA gestiegen wäre. - Nanu?
Beim plötzlichen Einschalten mit 5,0 V und mehr stellt sich ein Strom von ungefähr 850 mA ein. Beim herunter Regeln der Netzteilspannung bleibt der Strom zunächst einigermaßen konstant bis er bei ungefähr 4,7 V recht schnell auf die oben erwähnten 260 mA absinkt. Beim wieder Hochregeln bleibt es aber bei 260 mA. - Aha! Das Nexus schützt damit offenbar zu schwache Versorgungsgeräte. Praktisch alle Festspannungs-Netzgeräten (dazu gehören auch die USB-Netzteile) begrenzen nämlich ihren Strom, wenn sie überlastet werden. Das bedeutet, sie senken dann ihre Spannung, damit der Maximalstrom nicht überschritten wird.
Wie oben beschrieben verhält sich die Ladeschaltung des Nexus 7, wenn es ausgeschaltet ist. Im Eingeschalteten Zustand ist es ganz ähnlich, jedoch finden wir noch eine weitere Stufe dazwischen bei ungefähr 450 mA. Wie schwach so ein Ladegerät oder wie lang die Zuleitung auch immer ist, das Nexus 7 stellt den Ladevorgang nie vollständig ein. Es reduziert allerdings den Ladestrom und verlängert damit drastisch die Zeit, bis der Akku voll ist.
Für Leute, die es ganz genau wissen wollen, hier noch eine Tabelle mit der Stromaufnahme des ausgeschalteten Nexus und der Spannung des Ladegeräts. Der Akku ist laut Anzeige mit 12 % fast leer. Das kostenlose Battery Monitoring Widget zeigt uns eine Akkuspannung von 3,72 V an.
Die erste Spalte enthält die von mir eingestellte Netzteil-Spannung, die zweite Spalte die Stromaufnahme beim langsamen Erhöhen, die dritte Spalte beim Absenken der Spannung. Die dritte Spalte ist also von unten nach oben zu lesen. Dabei wird der Strom Null bei etwas höherer Spannung erreicht, weil der Akku inzwischen etwas höher geladen ist.
Volt - mA - mA
3,8 - 030 - 000
3,9 - 125 - 088
4,0 - 129 - 129
4,1 - 132 - 131
4,2 - 132 - 131
4,3 - 132 - 131
4,4 - 132 - 131
4,5 - 268 - 268
4,6 - 267 - 267
4,7 - 267 - 464
4,8 - 266 - 659
4,9 - 264 - 853
5,0 - 263 - 849
5,1 - 263 - 849
5,2 - 262 - 849
Während des Ladevorgangs mit 5,0 Volt sinkt die Stromaufnahme von anfangs 850 mA allmählich bis auf unter 100 mA (bei vollem Akku). Bei vollem Akku zeigt uns das Battery Monitoring Widget eine Akkuspannung von 4,20 V an. Jetzt schaltet die Ladeanzeige bereits unter 4,3 V ab.
Ein eingeschaltetes Nexus 7 verbraucht zusätzlich Strom. Das beeinflusst bei leerem Akku die gesamte Stromaufnahme kaum. Der Eigenverbrauch fehlt einfach bei der Akkuladung. Anders ist es bei vollem Akku. Schalten wir es ein, steigt der gemessene Stromverbrauch drastisch an. Bei voller Beleuchtung entlädt sich trotz externer Versorgung sogar der Akku. Das merken wir, wenn nach dem Ausschalten wieder mit deutlicher Stromaufnahme nachgeladen wird.
Eigenschaften des Ladegeräts
Das mitgelieferte ASUS-Ladegerät liefert laut Aufschrift bis zu 2000 mA. Ich habe sogar einen höheren Wert gemessen. Seine Leistung wird allerdings nicht ausgenutzt, weil das Tablet auch bei fast leerem Akku nicht mehr als 850 mA aufnimmt. 2000 mA bei den dünnen Drähten und Steckerlein des USB-Kabels wäre auch etwas viel. Tassidar hat in seiner Beschreibung etwas von einer magischen Spannung von 4,95 V geschrieben. Auch ich habe diese Zahl gefunden. Sie hängt aber nicht mit dem Nexus sondern mit dem Ladegerät zusammen. Wenn wir das Geräte bis an seine Grenze belasten (etwas mehr als 2000 mA), schaltet es ziemlich plötzlich ab. Kurz vorher liefert es gerade diese Spannung von 4,95 V. Die Ausgangsspannung ohne Belastung beträgt 5,2 V.
Die Tabelle zeigt einige Kombinationen von Ausgangsspannung und Strom, die ich bei meinem Ladegerät gemessen habe. Die Belastung erfolgt dabei durch unterschiedliche elektrische Widerstände. Die erste Spalte enthält die Spannung am Geräteausgang, die zweite den Belastungswiderstand (999 bedeutet keiner) und die dritte Spalte den daraus berechneten Strom.
Volt - Ohm - mA
5,20 - 999 - 0000
5,15 - 10, - 0515
5,08 - 4,7 - 1081
5,02 - 3,0 - 1673
4,98 - 2,7 - 1844
4,95 - 2,4 - 2063
4,93 - 2,2 - 2282
1,10 - 1,9 - 0570
Irgendwo habe ich gelesen, dass das ASUS Netzgerät auch Spannung auf die Signalleitungen des USB-Anschlusses legen würde. Das ist falsch. Zumindest mein Exemplar tastet die Signalleitungen nicht an. Allerdings gibt es das bei anderen Ladegeräten. Ein E-Book Reader von Sony akzeptiert z.B. ein USB-Ladegerät nur dann, wenn auf den Signalleitungen eine Spannung liegt.
Fremde Ladegeräte
Eine ganze Hand voller Ladegeräte braucht Platz und Gewicht. Speziell auf Reisen möchte ich möglichst mit nur einem Gerät auskommen. Ich habe keine Hemmungen, Tablet, Handy, Kamera oder E-Book Reader mit dem gleichen Gerät zu bedienen. Obwohl es sehr unwahrscheinlich ist, können wir nicht ausschließen, dass ein beliebiges Ladegerät mit dem Nexus Schwierigkeiten macht. Diese Geräte sind Schaltnetzteile, die zur Spannungsregelung den Strom hochfrequent zerhacken. Die Ladeschaltung im Nexus tut wahrscheinlich Ähnliches. Im ungünstigen Fall kann es Überlagerungen beider Schaltvorgänge geben, die vielleicht zu ungeahnten Effekten führen. Wir kennen so etwas von LED-Lampen, die an elektronischen Transformatoren fürchterlich flackern.
Meine Erfahrungen deuten darauf hin, dass das Nexus die üblichen USB-Netzgeräte nur zur Hälfte des aufgedruckten Maximalstroms belastet. Ein fremdes Ladegerät wird also weder überlastet noch kann ein überdimensioniertes Gerät das Nexus überlasten.
Das Gerät von ASUS macht einen sehr guten Eindruck. Seine Ausgangsspannung ist mit weniger Hochfrequenzstörungen überlagert als andere USB-Netzteile von mir. Damit ist es sicher gut geeignet, auch anderes Spielzeug zu versorgen. Leider ist es verhältnismäßig groß. Deshalb werde ich ein kleineres (und schlechteres) Gerät auf Reisen mitnehmen. Dafür braucht der Ladevorgang dann auch die ganze Nacht. Dauerbetrieb mit externer Versorgung ist dann kaum noch möglich.
Ladekabel
Alle angegebenen Werte sind mit dem mitgelieferte recht kurzen USB-Kabel gemessen Dieses Kabel ist in meinem Fall 95 cm lang und hat einen äußeren Durchmesser von 3 mm. Mit einem ähnlichen Kabel von 150 cm Länge erreichen wir auch einen Ladestrom von 850 mA. Ab 200 cm Länge reduziert sich der Ladestrom auf 450 bis 260 mA.
Spannungsausgang
Im Normalbetrieb erwartet das Nexus am USB-Anschluss eine Lade- oder Betriebsspannung. Wenn das Ladegerät abgesteckt ist, liefert dieser Anschluss keine Spannung. Anders ist es, wenn wir ein OTG-USB Kabel anstecken. Sein Pin 4 (von insgesamt 5) ist mit Ground verbunden und signalisiert dem Nexus, dass ein externes Gerät auf eine Betriebsspannung wartet. Dann kommen dort 5,1 Volt heraus.
Wenn es jemandem gelingt, mit einem OTG-Kabel das Ladegerät anzuschließen (z.B. über einen USB-Hub), wird er sein schönes Spielzeug wahrscheinlich zerstören.
Änderung: Die ursprüngliche Beschreibung der Einschaltreihenfolge für die Versorgungsspannung für ein USB-Gerät war falsch. Ursache: Mein OTG-Kabel mit Wackelkontakt.
Zur Erinnerung: 1000 mA (Milliamper) = 1 A
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