Ladezeit Akku (Quickcharge) - Ampere, Volt, Watt?
Hallo zusammen, ich als Elektro-Legastheniker recherchiere momentan Schnelllade-Technologien und verstehe nicht, wie das bei Handys funktioniert. Die dort verwendeten Techniken benutzen je nach Ladezustand des Akkus verschieden hohe Spannungen bei gleichbleibendem Ladestrom (meist 2A).
Ich dachte bis jetzt aber immer, dass bei der Ladegeschwindigkeit einzig und allein die Ampere-Zahl ausschlaggebend ist?! Fakt ist aber: Diese Technologien laden ja wirklich erheblich schneller.
Wenn Spannung ins Spiel kommt, muss es ja irgendwas mit dem Widerstand zu tun haben. Wie funktioniert das genau?
2 Antworten
Die Spannungsdifferenz zwischen Akku und Ladespannung bewirkt den Ladestrom. Durch stärkere Erwärmung beim Schnelladen reduziert sich aber die Lebensdauer, der Akku altert schneller. Das Schnelladen funktioniert auch nur bis 80%, sollte dann mit geringerem Strom weiter geführt werden. Weitere Infos unterhttps://de.wikipedia.org/wiki/Ladeverfahren jeweils die für Lithium-Ionen-Akkus angegebenen
Mit folgender Formel kann man die Ladezeit eines Akkus berechnen:
Ladezeit = [(Kapazität des Akkus in mAh) / (Ladestrom in mA)] * 1.3
Akkus benötigen elektrische Arbeit um sich aufzuladen, daher ist der Multiplikator 1.3 in der Formel enthalten. Dieser stellt den Wirkungsgrad dar.
Ein Standardhandyakku mit einer Kapazität von 2800mAh würde also bei einem Ladestrom von 2A in etwa nach 1h 49min geladen sein.
(2800mAh÷2000mA)×1.3=1.82h
1.82h×60min = 109.2min = 1h 49min
Die Schnellladefunktion erlaubt allerdings höhere Ladeströme und höhere Spannungen... Das Ladegerät, das Kabel und der Akku müssen dafür verifiziert sein.
Statt der 5V und 2A sind nun beispielsweise bis zu 12V und 3A möglich. Wegen der thermischen Verlustleistung (Hitzeentwicklung) sollte der Ladestrom aber möglichst nicht größer als das 1.25fache der Akkukapazität sein. In unserem Beispiel also maximal 2800×1.25=3500mA .
Akkumulatoren besitzen je Ladezustand und Typ verschiedene Ladeverfahren.
Den größten Teil macht das Konstantstrom-Ladeverfahren aus (Spannung und Widerstand sind variabel, Stromstärke ist konstant). Der Akku wird über eine gewisse Zeit also beispielsweise mit 3A geladen. Er ist dabei einerseits einer thermisch sehr hohen Belastung ausgesetzt...andererseits bestünde die Gefahr eines Überladens. Beides verkürzt die Lebensdauer des Akkus. Aus diesem Grund springt der Ladezyklus entweder bei 100% Akkuladung in den Ladungserhaltungsmodus über, oder es wird nur bis zu einer gewissen Prozentzahl mit diesem Verfahren geladen...
(2800mAh÷3000mA)×1.3 = 1.21h
1.21×60min = 72.8min = 1h 13min
Der Akku wäre jetzt also schon nach etwa 73min von 0% auf 100% geladen. Ein Smartphone würde aber bis auf 100% etwas länger benötigen.
Der Grund dafür ist das Umschalten in das Konstantspannungs-Ladeverfahren gegen Ende des Ladezyklusses (Stomstärke und Widerstand sind Variabel, Spannung ist konstant). Je voller der Akku dann geladen ist, desto kleiner ist die aktuelle Spannungsdifferenz und desto kleiner wird dann also auch der Ladestrom.
Deswegen dauern 90->100% auch länger als 10->20% oder 40->50% etc...
In 73min wäre unser Akku eigentlich auf 100% gewesen...Da er aber nur bis beispielsweise 80% mit konstantem Strom geladen wird, ist er nach 58min zu 80% geladen.
(73min/100%)×80% = 58min
Für die letzten 20% benötigt er nun bei konstanter Spannung vergleichsweise mehr Zeit pro %Ladung...ca. 30min für 80->100%...
58min + 30min = 88min = 1h 28min
Die Gesamtladedauer liegt also bei etwa 1.5h... Ein Galaxy S7 benötigt laut Hersteller zum Vergleich etwa 1.4h... Die Beispielrechnung ist also schon sehr realitätsnah.
Hier zum selber nachlesen:
https://www.reichelt.com/reicheltpedia/index.php5/Ladeverfahren
Ich hoffe, das hat dir ein wenig geholfen... Grüße 🖖