Heutzutage werden die Mehrzahl der Top-Smartphones mit beschleunigten Lademöglichkeiten angeboten. Doch wie funktionieren Schnellladegeräte genau und wie kann man diese noch effizienter gestalten? Dies werden wir im Folgenden untersuchen.
Der Durchbruch des Schnellladens
Nahezu jedes neue Spitzenmodell auf dem Markt ist mit einer Schnellladefunktion ausgestattet. Hersteller werben oft mit beeindruckenden Angaben wie „80% Ladung in 30 Minuten“ oder „vollständige Aufladung in weniger als einer Stunde“, wenn sie ihre neuesten Geräte bewerben.
Die weitläufige Einführung des Schnellladens ist eine Reaktion auf die zunehmende Nutzung von Smartphones, da viele Nutzer ihre Geräte mehrfach am Tag aufladen müssen. Es ist aber auch eine Notwendigkeit, denn mit der Vergrößerung der Handys einhergehend, benötigen diese auch größere Akkus, um mit dem gestiegenen Strombedarf mithalten zu können. Ohne Schnellladung würden wir stundenlang auf das Aufladen unserer Telefone warten.
Im Grunde genommen erhöht das Schnellladen die Wattzahl (W), die in den Akku eines Telefons geleitet wird. Ein herkömmlicher USB-Anschluss liefert 2,5 W an das verbundene Gerät, während Schnellladegeräte diese Menge deutlich erhöhen. Aktuelle Geräte verfügen oft über 15-W-Netzteile direkt nach dem Auspacken. Manche Hersteller bieten sogar 50-W-, 80-W- oder 100-W-Ladegeräte an.
Für den Endverbraucher ist es einfach, ein passendes Schnellladegerät zu verwenden. Für die Hersteller ist es jedoch komplizierter, als nur ein Netzteil mit höherer Wattzahl zu nutzen.
Der Ablauf des Schnellladens
Bevor wir fortfahren, sollte eine grundlegende Formel beachtet werden: Die Wattzahl (Leistung) wird aus dem Produkt von Strom (A, Ampere) und Spannung (V, Volt) errechnet. Strom ist die Menge des transportierten elektrischen Flusses, während Spannung die Kraft ist, die diesen Strom antreibt. Somit liefert das Laden mit 3 A/5 V eine Leistung von 15 W.
Viele Hersteller werben mit der Fähigkeit, eine schnelle Teilladung zu ermöglichen, beispielsweise das Aufladen von 50-80 % des Akkus innerhalb einer halben Stunde. Dies hängt mit der Funktionsweise des Lithium-Ionen-Akkus zusammen. Wer schon einmal den Ladevorgang einer Batterie beobachtet hat, wird festgestellt haben, dass die Ladegeschwindigkeit mit der Zeit abnimmt.
Der Ladevorgang kann in drei Phasen unterteilt werden. Für detailliertere Informationen empfiehlt sich die Abbildung „Ladestufen von Lithium-Ionen“ im Artikel der Batterie Universität. Hier ist eine kurze Zusammenfassung:
Phase 1 – Konstanter Strom: Die Spannung steigt an, während der Strom auf einem hohen Niveau gehalten wird. In dieser Phase wird dem Gerät schnell viel Energie zugeführt.
Phase 2 – Sättigung: Die Spannung hat ihren Höhepunkt erreicht und der Strom beginnt zu sinken.
Phase 3 – Erhaltungsladung: Der Akku ist vollständig aufgeladen. Der Strom fließt entweder sehr langsam oder lädt in regelmäßigen Abständen kleine „Nachfüllmengen“ nach, wenn das Telefon den Akku beansprucht.
Die Leistung und Dauer jeder Phase hängt vom jeweiligen Schnellladestandard ab. Ein Standard ist ein festgelegter Ladeprozess, der einem bestimmten Gerät, Ladegerät und einer bestimmten Leistung entspricht. Unterschiedliche Hersteller entwickeln verschiedene Ladestandards, die unterschiedliche Leistungen und Ladezeiten ermöglichen.
Schnellladestandards
Im Folgenden werden verschiedene Schnellladestandards aufgeführt, die in Mobiltelefonen Anwendung finden:
USB Power Delivery (USB-PD): Jedes Smartphone hat ein USB-Ladekabel – selbst die Lightning-Kabel für Apples iPhones haben am anderen Ende einen USB-Anschluss. USB 2.0, seit zwei Jahrzehnten ein etablierter Standard, hat eine maximale Ausgangsleistung von 2,5 W. Aufgrund des höheren Leistungsbedarfs von USB-Anschlüssen wurde der USB-PD-Standard entwickelt. USB-PD hat eine maximale Leistung von 100 W und wird für eine Vielzahl von Geräten genutzt, darunter die meisten Top-Smartphones. Alle USB-4-Geräte werden die USB-PD-Technologie verwenden, was hoffentlich zur Standardisierung beiträgt.
Qualcomm Quick Charge: Qualcomm ist der am weitesten verbreitete Chipsatz für Android-Flaggschiffgeräte, und ihre neuesten Prozessoren sind mit ihrem proprietären Quick Charge-Standard kompatibel. Das aktuelle Quick Charge 4+ hat eine maximale Ausgangsleistung von 100 W.
Samsung Adaptive Fast Charging: Dieser Standard wird von Samsung-Geräten, insbesondere der Galaxy-Reihe, genutzt. Er hat eine maximale Ausgangsleistung von 18 W und passt die Ladegeschwindigkeit automatisch an, um die Lebensdauer des Akkus zu schonen.
OnePlus Warp Charge: OnePlus verwendet seinen eigenen Warp Charge-Standard, der die Geräte mit bis zu 30 W auflädt. Im Gegensatz zu anderen Standards, die die Spannung erhöhen, bietet Warp Charge auch eine 30-W-Ladung mit voller Geschwindigkeit, ohne Erhöhung der Spannung.
Oppo Super VOOC Charging: Oppo nutzt einen proprietären Standard, der seine Geräte mit bis zu 50 W auflädt.
Die meisten Unternehmen, die keine eigene Ladetechnologie besitzen, verwenden entweder USB-PD oder Qualcomm Quick Charge oder passen diese an ihre jeweiligen Geräte an. Firmen wie Apple, LG, Samsung und Google setzen diese Standards für ihre Top-Smartphones ein.
Viele dieser Methoden erhöhen die Ladegeschwindigkeit durch Erhöhung der Spannung ihrer Adapter. Eine Ausnahme bilden die Lösungen von Oppo und OnePlus, die anstelle der Spannung den Strom deutlich erhöhen. Das Schnellladen mit diesen Geräten erfordert die Verwendung ihrer eigenen Kabel.
Die Zukunft des Ladens
Die Ladetechnologie wird kontinuierlich verbessert, und die Hersteller steigern die Ladegeschwindigkeiten stetig. In den kommenden Jahren werden mehr Unternehmen mit der Ladetechnik experimentieren und neue Standards in der Branche entstehen. Es ist jedoch wahrscheinlich, dass viele dieser Standards weiterhin USB-PD als Basis nutzen werden.
Auch das kabellose Schnellladen gewinnt an Bedeutung. Die drahtlose Übertragung großer Strommengen birgt Gefahren ohne angemessenes Wärmemanagement. Das kabellose Laden ist immer noch deutlich langsamer als das kabelgebundene, da Technologieunternehmen weiterhin daran arbeiten, das Problem der Wärmeentwicklung zu lösen. Aus diesem Grund haben Unternehmen wie OnePlus 30-W-Ladegeräte mit großen Lüftern auf den Markt gebracht, um einen ausreichenden Luftstrom zu gewährleisten.