B
bernd-das-brot
Fortgeschrittenes Mitglied
- 60
Hallöchen,
Ich habe schon einige Beiträge mit Diskussionen über Ladegeräte, passende USB-Kabel und die Abweichungen zwischen den Herstellerangaben und tatsächlich erreichbaren Ladezeiten gelesen. Dabei kam es nicht selten zu Streit. Auf der Suche nach einer Antwort wurden viele Hilfesuchenden quer durchs Forum und durchs Web gejagt um am Ende doch noch mit Fragezeichen dazustehen. Ich möchte daher mal versuchen etwas Licht ins Dunkel zu bringen.
Eins noch vorweg: Das, was langläufig als Ladegerät bezeichnet wird, ist eigentlich nur ein stabilisiertes Netzgerät, da es nur eine feste Spannung ausgibt und sonst nichts weiter zum Laden des Akkus beiträgt. Das eigentliche Ladegerät ist im Smartphone oder Tablet eingebaut. Ich werde das Netzteil aber weiter als Ladegerät bezeichnen, da sonst die meisten Leser nur unnötig verwirrt werden würden.
Die Werte, die ich hier verwende, stammen von meinem Asus Memo Pad 10 FHD und wurden mittels Adapter an einem Labornetzgerät ermittelt, dass 3A liefern kann.
Jetzt zur eigentlichen Problematik:
Die Angaben, die immer wieder auftauchen, sind der maximale Strom des verwendeten Ladegerätes und der Strom, den das Tablet oder Smartphone maximal zum Laden ziehen kann. Die Nennspannung bei USB ist laut Norm mit 5V ±5 %. Gerade die +5% werden später noch wichtig!
Am Maximalstrom des Ladegerätes kann nichts weiter verändert werden. Dieser Wert gibt nur an, wie viel Strom das Ladegerät dauerhaft abgeben kann. Wird dieser Wert überschritten, ist das Ladegerät überlastet, was ein Einbrechen der Spannung zur Folge hat. Diese Eigenschaft wird später auch noch wichtig.
Der tatsächliche Ladestrom ist von verschiedenen Faktoren abhängig, die von der Ladeelektronik überwacht werden:
Spannung des Akkus:
Die Spannung des Akkus gibt Aufschluss über den Ladestand. Die verwendeten Lithium-Polymer-Akkus (LiPo) haben eine Untergrenze von 3V und eine Obergrenze von 4,22V. Spannungen die darunter oder darüber liegen führen zu einer Schädigung des Akkus. Um die Lebensdauer zu verlängern, geben die Hersteller ein paar mV zu und ab, weshalb im normalen Betrieb meist Spannungen zwischen 3,2V und 4,2V normal sind.
Temperatur des Akkus:
Wird die Temperatur des Akkus wärend des Ladens zu hoch, wird der Ladestrom unterbrochen und notfalls auch das Gerät komplett abgeschaltet, um eine Zerstörung zu verhindern. Eine zusätzliche Sicherung ist noch direkt im Akku verbaut und unterbricht im Fehlerfall die Stromversorgung zum Gerät direkt im Akku. In manchem billigen Akku aus dem fernöstlichen Nachrüstmarkt fehlt eine solche Sicherung, was gerne mal zum einen oder anderen abgebrannten Handy führen kann, das aber nur am Rande.
Spannung der Stromversorgung:
Das ist der Punkt, der der Wichtigste für das ganze Ladezeitdilemma ist. Durch die Überwachung der Spannung des Ladegeräts kann die Ladeelektronik feststellen, wie viel Strom es maximal ziehen kann, bevor die Stromquelle dauerhaft überlastet wird. Beim Anstecken des Kabels wird erstmal kontrolliert ob die Spannunsquelle ein Ladegerät oder eine PC-Schnittstelle ist. Dies wird über die Datenleitung, Pin 2 + 3, erledigt, was auch schon einen Harken hat:
Laut Spezifikation sollen in einem Netzteil die Datenpins über einen 200Ohm Widerstand verbunden sein, was aber nicht bei allen, vor allem den Billig- und bei Universalnetzteilen mit Wechselsteckern, der Fall ist. Manchmal sind sie einfach kurzgeschlossen oder gar nicht verbunden. Das Kurzschließen funktioniert meist ohne Probleme. Sind die Pins aber offen, kommt es auf die Intelligenz der Ladeelektronik an, wie sie mit diesen Zustand umgeht. Eigentlich sollte die Elektronik davon ausgehen, dass die Stromquelle ein ausgeschalteter PC ist und daher nur maximal 500mA ziehen. Manche machen das, andere nicht. Im schlimmsten Fall könnte es zu einer Zerstörung des USB-Ports oder von mehr kommen, wenn die Ladeelektronik die falsche Entscheidung trifft, ein solcher Fall ist mir persönlich aber nicht bekannt. Mein Smartphone, ein LG Optimus 3D, zieht bei offenen Datenpins z.B. seinen vollen Ladestrom, wärent das Asus Tablet den Strom auf 450mA begrenzt.
Handelt es sich um ein Ladegerät, wird erstmal die Spannung gemessen, danach beginnt das Laden mit dem Maximalstrom. Bricht die Spannung ein, wird der Strom soweit reduziert, bis die Spannung stabil bleibt. Dies geschieht so schnell, dass eine evtl. vorhandene Überlastsicherung im Ladegerät nicht auslösen kann.
Unter optimalen Bedingungen wird das Ladegerät mit dem höchst möglichen Strom belastet. Da die Ladeelektronik den Ladestrom aber nur in Stufen einstellen kann, kann es vorkommen, dass der vom Ladegerät maximal zur Verfügung gestellte Strom nicht voll genutzt wird. Es hat sich herausgestellt, dass mein Asus Tablet höchstens 1,75A zieht. Am original Netzteil, welches 2A liefern könnte, liegen also schon mal 250mA brach. Dazu kommt dann noch der Eigenstromverbrauch, wenn das Gerät beim Laden eingeschaltet ist. Eine solche Diskrepanz hat schon eine ordentliche Auswirkung auf die Differenz einer theoretisch ausgerechneten und der tatsächliche Ladezeit.
Der nächste Punkt betrifft die Kabel und Steckverbindungen, das ohmsche Gesetzt lässt da ganz gewaltig Grüßen! Alle Kabel haben einen Eigenwiderstand, der umso größer ist, je länger und je dünner die Adern im Kabel sind und alle Steckverbindungen haben einen Übergangswiderstand, der von der Auflagefläche, dem Anpressdruck, dem Material und der Verschmutzung abhängt. Diese Widerstände addieren sich vom Ladegerät bis zum Smartphone/Tablet. An diesem Gesamtwiderstand geht immer etwas Spannung verloren und zwar umso mehr, je höher die Eingangsspannung und der Strom sind. Da die Spannung in unserem Fall konstant ist, ist der einzige sich verändernde Faktor der Strom.
Jetzt kommen wir wieder zur eingangs erwähnten USB-Spezifikation. Die lässt eine Spannung von 5V ±5 % zu. Viele Originalladegeräte liefern, als zusätzliches Erkennungsmerkmal, die +5%, also etwa 5,25V. Hat ein Ladegerät weniger Spannung, startet die Ladeelektronik schon gar nicht mit seinem Maximalladestrom. Bei meinem Asus Tablet bedeutet das, dass es, anstatt mit 1,75A bei 5,2V, an einem Ladegerät mit unter 5,1V Spannung nur noch mit 1,45A lädt, selbst wenn das Ladegerät mehr Strom liefern könnte. Andere Smartphones oder Tablets unterliegen dieser Beschränkung möglicherweise nicht und laden auch an 5V mit dem vollen Strom. Da kocht halt jeder Hersteller sein eigenes Süppchen.
In Verbindung mit dem Widerstand der Verkabelung bedeutet das, dass selbst bei einem Ladegerät das genügend Spannung hat, am Smartphone/Tablet möglicherweise nicht mehr genug ankommt, weil ein Teil der Spannung in den Kabeln und Steckverbindungen verloren gegangen ist. Das ist umso mehr, je höher der Widerstand und/oder der Strom ist. Da helfen dann nur kürzere oder hochwertigere Kabel, bzw. die Anzahl der Steckverbindungen zu reduzieren. Als Beispiel: Wenn ich mein Tablet direkt mit dem Original Ladekabel anschließe, lädt es mit 1,75A. Stecke ich noch eine USB-Verlängerung dazwischen, bricht der Ladestrom auf 0,65A ein. Als ich dann die Eingangsspannung soweit angehoben habe, dass am Tablet wieder 5,2V angekommen sind, hat es auch wieder mit dem vollen Strom geladen. Die Spannung am Tablet wäre ohne das Verlängerungskabel, in dieser Einstellung, aber über der Spezifikation. An einem Billigen Kabel aus der Grabbelkiste hat es auch nur mit 0,85A geladen. Das beste Ladegerät bringt also nichts, wenn die Verkabelung nichts taugt.
Fazit:
Nicht jede Kombination von Ladegerät, Kabel und Smartphone/Tablet führt auch zur Optimalen Ladezeit. Einige Modelle benötigen eine höher Eingangsspannung um mit voller Leistung zu laden, andere nicht. Welche Kombination bei den eigenen Geräten funktioniert, kann man eigentlich nur durch ausprobieren ermitteln, da kein Anbieter wirklich brauchbare Daten heraus gibt. Die Empfehlung eines Ladegerätes, USB-Kabels oder einer Kombination kann also nur für das gleiche Gerät des selben Herstellers gelten, da es bei einem anderen Gerät schon nicht mehr funktionieren kann.
Ich hoffe etwas geholfen zu haben.
Ich habe schon einige Beiträge mit Diskussionen über Ladegeräte, passende USB-Kabel und die Abweichungen zwischen den Herstellerangaben und tatsächlich erreichbaren Ladezeiten gelesen. Dabei kam es nicht selten zu Streit. Auf der Suche nach einer Antwort wurden viele Hilfesuchenden quer durchs Forum und durchs Web gejagt um am Ende doch noch mit Fragezeichen dazustehen. Ich möchte daher mal versuchen etwas Licht ins Dunkel zu bringen.
Eins noch vorweg: Das, was langläufig als Ladegerät bezeichnet wird, ist eigentlich nur ein stabilisiertes Netzgerät, da es nur eine feste Spannung ausgibt und sonst nichts weiter zum Laden des Akkus beiträgt. Das eigentliche Ladegerät ist im Smartphone oder Tablet eingebaut. Ich werde das Netzteil aber weiter als Ladegerät bezeichnen, da sonst die meisten Leser nur unnötig verwirrt werden würden.
Die Werte, die ich hier verwende, stammen von meinem Asus Memo Pad 10 FHD und wurden mittels Adapter an einem Labornetzgerät ermittelt, dass 3A liefern kann.
Jetzt zur eigentlichen Problematik:
Die Angaben, die immer wieder auftauchen, sind der maximale Strom des verwendeten Ladegerätes und der Strom, den das Tablet oder Smartphone maximal zum Laden ziehen kann. Die Nennspannung bei USB ist laut Norm mit 5V ±5 %. Gerade die +5% werden später noch wichtig!
Am Maximalstrom des Ladegerätes kann nichts weiter verändert werden. Dieser Wert gibt nur an, wie viel Strom das Ladegerät dauerhaft abgeben kann. Wird dieser Wert überschritten, ist das Ladegerät überlastet, was ein Einbrechen der Spannung zur Folge hat. Diese Eigenschaft wird später auch noch wichtig.
Der tatsächliche Ladestrom ist von verschiedenen Faktoren abhängig, die von der Ladeelektronik überwacht werden:
- Spannung des Akkus
- Temperatur des Akkus
- Spannung der Stromversorgung
Spannung des Akkus:
Die Spannung des Akkus gibt Aufschluss über den Ladestand. Die verwendeten Lithium-Polymer-Akkus (LiPo) haben eine Untergrenze von 3V und eine Obergrenze von 4,22V. Spannungen die darunter oder darüber liegen führen zu einer Schädigung des Akkus. Um die Lebensdauer zu verlängern, geben die Hersteller ein paar mV zu und ab, weshalb im normalen Betrieb meist Spannungen zwischen 3,2V und 4,2V normal sind.
Temperatur des Akkus:
Wird die Temperatur des Akkus wärend des Ladens zu hoch, wird der Ladestrom unterbrochen und notfalls auch das Gerät komplett abgeschaltet, um eine Zerstörung zu verhindern. Eine zusätzliche Sicherung ist noch direkt im Akku verbaut und unterbricht im Fehlerfall die Stromversorgung zum Gerät direkt im Akku. In manchem billigen Akku aus dem fernöstlichen Nachrüstmarkt fehlt eine solche Sicherung, was gerne mal zum einen oder anderen abgebrannten Handy führen kann, das aber nur am Rande.
Spannung der Stromversorgung:
Das ist der Punkt, der der Wichtigste für das ganze Ladezeitdilemma ist. Durch die Überwachung der Spannung des Ladegeräts kann die Ladeelektronik feststellen, wie viel Strom es maximal ziehen kann, bevor die Stromquelle dauerhaft überlastet wird. Beim Anstecken des Kabels wird erstmal kontrolliert ob die Spannunsquelle ein Ladegerät oder eine PC-Schnittstelle ist. Dies wird über die Datenleitung, Pin 2 + 3, erledigt, was auch schon einen Harken hat:
Laut Spezifikation sollen in einem Netzteil die Datenpins über einen 200Ohm Widerstand verbunden sein, was aber nicht bei allen, vor allem den Billig- und bei Universalnetzteilen mit Wechselsteckern, der Fall ist. Manchmal sind sie einfach kurzgeschlossen oder gar nicht verbunden. Das Kurzschließen funktioniert meist ohne Probleme. Sind die Pins aber offen, kommt es auf die Intelligenz der Ladeelektronik an, wie sie mit diesen Zustand umgeht. Eigentlich sollte die Elektronik davon ausgehen, dass die Stromquelle ein ausgeschalteter PC ist und daher nur maximal 500mA ziehen. Manche machen das, andere nicht. Im schlimmsten Fall könnte es zu einer Zerstörung des USB-Ports oder von mehr kommen, wenn die Ladeelektronik die falsche Entscheidung trifft, ein solcher Fall ist mir persönlich aber nicht bekannt. Mein Smartphone, ein LG Optimus 3D, zieht bei offenen Datenpins z.B. seinen vollen Ladestrom, wärent das Asus Tablet den Strom auf 450mA begrenzt.
Handelt es sich um ein Ladegerät, wird erstmal die Spannung gemessen, danach beginnt das Laden mit dem Maximalstrom. Bricht die Spannung ein, wird der Strom soweit reduziert, bis die Spannung stabil bleibt. Dies geschieht so schnell, dass eine evtl. vorhandene Überlastsicherung im Ladegerät nicht auslösen kann.
Unter optimalen Bedingungen wird das Ladegerät mit dem höchst möglichen Strom belastet. Da die Ladeelektronik den Ladestrom aber nur in Stufen einstellen kann, kann es vorkommen, dass der vom Ladegerät maximal zur Verfügung gestellte Strom nicht voll genutzt wird. Es hat sich herausgestellt, dass mein Asus Tablet höchstens 1,75A zieht. Am original Netzteil, welches 2A liefern könnte, liegen also schon mal 250mA brach. Dazu kommt dann noch der Eigenstromverbrauch, wenn das Gerät beim Laden eingeschaltet ist. Eine solche Diskrepanz hat schon eine ordentliche Auswirkung auf die Differenz einer theoretisch ausgerechneten und der tatsächliche Ladezeit.
Der nächste Punkt betrifft die Kabel und Steckverbindungen, das ohmsche Gesetzt lässt da ganz gewaltig Grüßen! Alle Kabel haben einen Eigenwiderstand, der umso größer ist, je länger und je dünner die Adern im Kabel sind und alle Steckverbindungen haben einen Übergangswiderstand, der von der Auflagefläche, dem Anpressdruck, dem Material und der Verschmutzung abhängt. Diese Widerstände addieren sich vom Ladegerät bis zum Smartphone/Tablet. An diesem Gesamtwiderstand geht immer etwas Spannung verloren und zwar umso mehr, je höher die Eingangsspannung und der Strom sind. Da die Spannung in unserem Fall konstant ist, ist der einzige sich verändernde Faktor der Strom.
Jetzt kommen wir wieder zur eingangs erwähnten USB-Spezifikation. Die lässt eine Spannung von 5V ±5 % zu. Viele Originalladegeräte liefern, als zusätzliches Erkennungsmerkmal, die +5%, also etwa 5,25V. Hat ein Ladegerät weniger Spannung, startet die Ladeelektronik schon gar nicht mit seinem Maximalladestrom. Bei meinem Asus Tablet bedeutet das, dass es, anstatt mit 1,75A bei 5,2V, an einem Ladegerät mit unter 5,1V Spannung nur noch mit 1,45A lädt, selbst wenn das Ladegerät mehr Strom liefern könnte. Andere Smartphones oder Tablets unterliegen dieser Beschränkung möglicherweise nicht und laden auch an 5V mit dem vollen Strom. Da kocht halt jeder Hersteller sein eigenes Süppchen.
In Verbindung mit dem Widerstand der Verkabelung bedeutet das, dass selbst bei einem Ladegerät das genügend Spannung hat, am Smartphone/Tablet möglicherweise nicht mehr genug ankommt, weil ein Teil der Spannung in den Kabeln und Steckverbindungen verloren gegangen ist. Das ist umso mehr, je höher der Widerstand und/oder der Strom ist. Da helfen dann nur kürzere oder hochwertigere Kabel, bzw. die Anzahl der Steckverbindungen zu reduzieren. Als Beispiel: Wenn ich mein Tablet direkt mit dem Original Ladekabel anschließe, lädt es mit 1,75A. Stecke ich noch eine USB-Verlängerung dazwischen, bricht der Ladestrom auf 0,65A ein. Als ich dann die Eingangsspannung soweit angehoben habe, dass am Tablet wieder 5,2V angekommen sind, hat es auch wieder mit dem vollen Strom geladen. Die Spannung am Tablet wäre ohne das Verlängerungskabel, in dieser Einstellung, aber über der Spezifikation. An einem Billigen Kabel aus der Grabbelkiste hat es auch nur mit 0,85A geladen. Das beste Ladegerät bringt also nichts, wenn die Verkabelung nichts taugt.
Fazit:
Nicht jede Kombination von Ladegerät, Kabel und Smartphone/Tablet führt auch zur Optimalen Ladezeit. Einige Modelle benötigen eine höher Eingangsspannung um mit voller Leistung zu laden, andere nicht. Welche Kombination bei den eigenen Geräten funktioniert, kann man eigentlich nur durch ausprobieren ermitteln, da kein Anbieter wirklich brauchbare Daten heraus gibt. Die Empfehlung eines Ladegerätes, USB-Kabels oder einer Kombination kann also nur für das gleiche Gerät des selben Herstellers gelten, da es bei einem anderen Gerät schon nicht mehr funktionieren kann.
Ich hoffe etwas geholfen zu haben.
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