17. Oktober 2013: Stromversorgung für portable Geräte

Das Thema Stromversorgung betrifft nicht nur Notebooks, Smartphones und ähnliche Geräte. Betrachten wir es mal etwas breiter.

Batterien oder Akkus?

Trotz der vielen Akkus, die in allen möglichen Geräten stecken: Es gibt immer noch Anwendungsbereiche für Primärzellen, also nicht aufladbare Batterien. Ein Beispiel sind viele Uhren: Eine einzelne Zelle tut hier ein Jahr oder länger ihren Dienst. 1000mal wieder aufladbar ist hier sicher kein Argument.

Die meisten Primärzellen verbrauche ich in meiner Hausautomatisierung, bei der die mittlerweile 90 Komponenten per Funk kommunizieren. Auch hier muss ich die Batterien höchstens einmal im Jahr wechseln. Trotzdem kaufe ich Mignon-Primärbatterien mittlerweile im Kilopack (40 Stück) für etwa 10 EUR.

NiMH-Akkus

NiMH-Akkus gibt es in den meisten Bauformen, die wir von Primärzellen her kennen. Anders ausgedrückt: Es gibt sie fast überall für wenig Geld. Deshalb sind sie meine bevorzugte Stromquelle für transportable Geräte wie MP3-Player, Kamera, Taschenlampen usw. Dabei muss man schon suchen, um MP3-Player mit AAA-Batterien zu finden. Zu meinem Reisegepäck gehören jeweils vier AA- (Mignon-) und AAA-Akkus. Selbst mein Handfunkgerät läuft damit.

NiMH-Akkus haben eine Nennspannung von 1,2 V, während die meisten Primärbatterien eine Nennspannung von 1,5 V haben. Das stört aber selten: Akkus liefern diese 1,2 V fast bis zum Ende, während die Spannung von Primärzellen während der Entladung ständig sinkt - eben bis auf 1,2 V. Nur wenige Geräte brauchen eine minimale Zellenspannung von 1,3 V. Die kann man dann wirklich nur mit Primärzellen betreiben.

NiMH-Akkus gibt es in zwei Varianten, normal und vorgeladen – neudeutsch ready to use. Seit ein paar Jahren kaufe ich nur noch die vorgeladene Variante. Dabei geht es mir nicht um die elektrische Leistung, die ich da mit bekomme - die ist nur Cent-Bruchteile wert. Diese Zellen verlieren aber ihre Ladung sehr viel langsamer als die ältere, normale Variante. Die normalen NiMH-Zellen entladen sich innerhalb einiger Monate weitgehend selber. Wenn man sie dann braucht, sind sie garantiert leer. Die vorgeladene Variante verliert anfangs auch etwas Ladung. Aber 70-80% der Ladung sind auch noch nach einem Jahr vorhanden.

Seit ich diese "vorgeladenen" NiMH-Akkus benutze, war meine Kamera noch immer sofort einsatzbereit. Gleiches gilt für mein Handfunkgerät, das ich zwar immer in meinem Büro-Rucksack mit mir herumtrage, aber nur vielleicht einmal im Jahr nutze. Aber ohne Funkgerät fühlt man sich als Funkamateur ganz einfach nackt :-)

Noch ein Tipp für Geräte, die man nur selten nutzt: Ich lege zwischen eine der Zellen und den zugehörigen Kontakt des Gerätes ein Stück Papier oder Plastikfolie. Das verhindert sicher, dass die Batterien entladen werden. Das wirkt nicht nur, wenn das Gerät versehentlich mal eingeschaltet wird. Speziell wenn das Gerät nur einen Einschalt-Taster besitzt, ist immer etwas Elektronik in Betrieb. Ein besonders unrühmliches Beispiel ist eines meiner Funkgeräte: Schaltet man es aus, zieht es immer noch 8 mA. Nimmt man bei Mignon-Akkus eine Kapazität von 2000 mAh an, dann sind die Akkus nach 250 h, oder 10 Tagen, leer. Besonders unschön ist, dass dieser Strom auch dann noch fließt, wenn die Akkus ihre Entlade-Schlussspannung unterschritten haben. Anders ausgedrückt: Sie werden vom Gerät kaputt gemacht.

Lithium-Ionen-Akkus

Akkus mit dieser Technik haben gegenüber den NiMH-Akkus vor allem einen Vorteil: Bei gleichem Energiegehalt sind sie kleiner und vor allem leichter. Deshalb werden sie heute in den meisten tragbaren Geräten eingesetzt - vom Handy über MP3-Player, Navi und Kamera bis zum Notebook. Leider gibt es hier aus Endanwendersicht kaum Standardformate, was den Austausch schwierig und teuer macht.

In manchen besonders kompakten Geräten, vor allem vielen Apple-Produkten und Ultrabooks, sind diese Akkus Teil der tragenden Struktur und fest eingeklebt. Viele dieser Geräte sind deshalb reif für's Entsorgen, wenn der Akku nach 3-5 Jahren einen Großteil seiner Kapazität verloren hat. Bei einem Navi macht das nicht so sehr viel aus, weil man es über den Zigarettenanzünder mit Strom versorgen kann. Viele Apple-Süchtige wird es auch nicht stören, weil sie sowieso jedes Jahr das neueste iPhone haben müssen.

Bei einem Notebook führt schon aus Gewichtsgründen kein Weg an Lithium-Ionen-Akkus vorbei. Man sollte deshalb schon beim Kauf darauf achten, dass passende Akkus im Handel preiswert verfügbar sind. Bei vergleichbarem Energieinhalt können die Preise zwischen 25 und über 100 EUR variieren.

Diese Frage ist besonders wichtig wenn man sich ein gebrauchtes Notebook zulegt, siehe PC-Tipps vom 12. Januar 2013. Selten wird der Akku eines solchen Gerätes länger als eine Stunde durchhalten.

Natürlich hat die mangelnde Normung Gründe und die liegen hauptsächlich an der Lade-Problematik: Wenn man Zellentyp und Ladegerät nicht genau aufeinander abstimmt, kann ein Lithium-Ionen-Akku schon mal abbrennen. Früher passierte das immer wieder mal, siehe dazu dieses Youtube-Video. Lithium ist das leichteste aller Metalle und hat die unangenehme Eigenschaft, leicht zu brennen. Lithium reagiert auch heftig mit Wasser. Man darf auf keinen Fall versuchen, einen brennenden Lithium-Ionen-Akku mit Wasser zu löschen!

Powerbanks

Auch wenn man Lithium-Ionen-Akkus nicht einfach tauschen kann, man kann sie recht gut als externe Geräte einsetzen. Der wichtigste Schlüssel dazu ist der USB-Anschluss, den heute auch die meisten Handys als Ladestecker nutzen. Die entsprechende EU-Vorschrift sollte den Wildwuchs an Netzteilen begrenzen. Jeder USB-Hostanschluss lässt sich auch als 5V-Stromversorgung nutzen, wie das jede Maus und jede Webcam auch machen. Ich lade mein Handy schon lange nur noch am Notebook.

USB und Lithium-Ionen-Akkus ergänzen sich gut: USB liefert 5 V Spannung und die Akkus brauchen gut 4 V zum Laden. Auch ist es kein Problem, mit einem Spannungswandler wieder 5 V zu erzeugen. Die Kombination aus Lithium-Ionen-Akku, Ladeeinrichtung und Spannungswandler entwickelte sich zu einer eigenen Geräteklasse, die sich "Powerbank" nennt.

Mit einer Powerbank kann man sein Handy nachladen oder die vielen Geräte betreiben, die heute ihren Strombedarf über einen USB-Anschluss decken. Das beginnt bei Leselampen und endet sicher nicht bei Ventilatoren.

Findige Entwickler haben das Konzept noch weiter getrieben, z.B. bei www.pearl.de, Bestellnummer PX-1627: Diese Powerbank hat einen extrem großen Akku und einen sehr leistungsfähigen Spannungswandler mit einstellbarer Ausgangsspannung. Mit diesem Gerät kann man sogar ein Notebook betreiben.

Interessant ist eine Powerbank, wenn man so sein Reisegepäck verkleinern kann oder öfter mal vergisst, eines seiner Geräte zu laden. Oder wenn man unbedingt ein Gerät weiter betreiben will, für das man keinen Ersatz-Akku mehr auftreiben kann.

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