Schadet Schnellladen dem Akku Ihres Smartphones?
Kurze Antwort: Nein, es schadet nicht. Unten finden Sie eine ausführliche Erklärung, warum.
Um diese Frage zu beantworten, müssen drei Faktoren betrachtet werden:
⚠️ Erster Faktor: Akku-Chemie und ihre Grenzen.
In Smartphones kommen am häufigsten Li-Ion- und Li-Pol-Akkus zum Einsatz. Sie ähneln sich in Aufbau und chemischen Prozessen sehr, obwohl Li-Pol-Akkus eine geringfügig höhere Spannung haben können (bis zu 4.35V). Beide Akkutypen werden oft unter dem gemeinsamen Begriff Lithium-Akkus zusammengefasst. Daneben gibt es LiFePo4-Akkus, die ebenfalls zu den Lithium-Akkus zählen, aber eine andere Spannung (max. 3.65V) und eine geringere Energiedichte haben und deshalb bislang nicht für Smartphones verwendet werden.
Lange Zeit galt für Li-Ion-Akkus die Regel, dass der Lade-/Entladestrom 0.5-1C nicht überschreiten sollte, also 0.5-1A je 1000mAh Kapazität. Mit der Zeit hat sich die Akkuchemie verändert: Es werden andere Elektrolyte und Elektrodenmaterialien verwendet, sodass einige Hersteller Hochstrom-Akkus entwickeln konnten, die ohne Schaden Ströme bis zu 6C (OPPO), 8-12C (Infinix) und sogar bis zu 15C (Xiaomi, Vivo) pro Zelle aushalten.
⚠️ Zweiter Faktor: Temperatur.
Die Temperatur ist wohl der wichtigste Faktor für die Langlebigkeit und den stabilen Betrieb von Akkus. Wärme entsteht:
im Akku selbst während des Ladens; sie hängt von seiner Chemie und der Fertigungstechnologie ab (siehe ersten Faktor)
im Ladecontroller bei der Umwandlung der vom Ladeadapter gelieferten Spannung auf das Spannungsniveau des Akkus
in den Komponenten des Smartphones während ihres Betriebs (Prozessor, Speicher usw.).
Die Wärmeableitung (Kühlung) ist eine wichtige technische Aufgabe, und oft dient das Metallgehäuse des Smartphones als Kühlkörper.
Die Temperatur der internen Komponenten und insbesondere des Akkus zu überwachen ist sehr wichtig, deshalb wird der Akku immer mit Temperatursensoren ausgestattet. Wird ein festgelegter Temperaturschwellenwert überschritten, wird der Ladestrom verringert oder ganz unterbrochen, und in besonders kritischen Fällen schaltet sich das Smartphone aus.
⚠️ Dritter Faktor: Ladetechnologie und Ladeprotokoll des Akkus.
Es gibt viele verschiedene Ladeprotokolle für Akkus, die im Zuge der Weiterentwicklung der Akku- und Ladecontroller-Technologien entstanden sind und sich weiterentwickelt haben. Die ersten Protokolle wie DCP, QC2.0 und PD liefern vom Ladeadapter zum zu ladenden Gerät einen Strom mit fester Spannung. Welche Spannung dabei anliegt und mit welcher Stromstärke geladen wird (im Rahmen der festen Varianten, die der Ladeadapter anbietet) bestimmt der Ladecontroller des Smartphones. Zum Beispiel 5V1.5A oder 9V3A.
Mit der Zeit kamen effizientere Schnellladeprotokolle auf, zum Beispiel PPS (wird von Smartphones von Samsung und Google Pixel verwendet) und ähnliche (QC3, QC4, QC5, UFCS) sowie proprietäre (Samsung SFC, OPPO VOOC/SuperVOOC, Xiaomi HyperCharge). Diese Protokolle unterscheiden sich vorteilhaft von den früheren dadurch, dass sie Spannung und Strom innerhalb des zulässigen Bereichs flexibel verändern können, zum Beispiel 3.3-21V5A, und den Strom mit der passenden Spannung und Stärke direkt an den Akku weitergeben, ohne ihn umzuwandeln. Das senkt die Gesamterwärmung des Geräts deutlich (Verluste bei der Spannungsumwandlung können bis zu 10% betragen, was zu einer spürbaren Erwärmung des Smartphones einschließlich seines Akkus führt). Der Einsatz solcher Schnellladeprotokolle erlaubt es, die Ladeleistung deutlich zu steigern und dabei die Akkutemperatur während des Ladevorgangs in einem akzeptablen Bereich zu halten.
Der Akku wird nach dem CC/CV-Schema geladen: Zu Beginn des Zyklus wird der entladene Akku mit der maximal zulässigen Stromstärke geladen (bei ständiger Temperaturkontrolle). Sobald die für den jeweiligen Akku maximal erlaubte Spannung erreicht ist (zum Beispiel 4.2V), wird die Spannung festgehalten und die Stromstärke sinkt allmählich. Am Ende des Ladezyklus fällt der Ladestrom fast vollständig ab, und es wird mit sehr geringem Strom ein konstantes Spannungsniveau gehalten.
Wichtig: Das Ladeprotokoll wird beim Verbindungsaufbau zwischen Ladeadapter und zu ladendem Gerät festgelegt. Dabei müssen nicht nur Ladeadapter und Smartphone das benötigte Protokoll (und seine Version) unterstützen, sondern in manchen Fällen muss auch das Kabel dies zulassen. Für das maximale Laden der Top-Modelle von Samsung ist zum Beispiel ein USB-C - USB-C-Kabel mit E-Marker-Chip und einer Einstufung von 100W oder 240W nötig, da der Strom bis zu 5A erreichen kann. Ein gewöhnliches USB-C - USB-C-Kabel ohne E-Marker-Chip (60W) erlaubt dagegen nur einen Strom von 3A, was es nicht möglich macht, das Potenzial des Schnellladens des Smartphones voll auszuschöpfen.
ℹ️ Fazit:
Ladeprotokolle mit direktem Laden des Akkus ohne Spannungsumwandlung (PPS und ähnliche) sind deutlich effizienter, erzeugen beim Laden die geringste Wärme und sind im Hinblick auf eine längere Akku-Lebensdauer die bevorzugte Lademethode.
Der Ladecontroller des Akkus ist ein ebenso wichtiger Bestandteil des Systems wie der Akku selbst und sorgt für dessen Unversehrtheit. Der Controller wählt das beste verfügbare Ladeprotokoll aus, bestimmt den optimalen Ladestrom anhand des Ladestands des Akkus und berücksichtigt die Eigenschaften und Grenzen des Akkus sowie den zulässigen Betriebstemperaturbereich, sodass am Ende auch bei einfacheren und älteren Schnellladeprotokollen ein akzeptables Ergebnis erzielt wird.
