USB-Powerbank – Ladeverhalten und Kauffaktoren

Ich schreibe immer munter über meine Solar-Ladegeräte und vernachlässige dabei, die USB-Powerbank zu erwähnen. Dabei sind sie sehr wichtig, denn sie übernehmen in Verbindung mit einem Solar Ladegerät oder einem Dynamo-Ladegerät die wichtige Aufgabe, unstete Ladeströme in gleichmäßige Ladeströme umzuwandeln. Zum Hintergrund: Beim Fahrradfahren gibt es Phasen, in denen man sehr langsam fährt und ggf. komplett zum Stillstand kommt, z.B. an Ampeln. Beim Laden mit Solarmodulen sind es Wolken, die den Ladestrom versiegen lassen. Viele angeschlossene Geräte verweigern dann die Aufnahme dieser niedrigen Ladeströme. Einige beenden sogar den laufenden Ladevorgang und dieser muss manuell wieder gestartet werden. Diese negativen Faktoren lassen sich mit der richtigen Powerbank vermeiden. Dazu später mehr….

USB-Powerbank von klein bis gross

Aktuell habe ich 14 USB-Powerbanks im Shop

Kapazität der USB Powerbank

beliebte Irrtümer

Ich möchte in diesem Beitrag zunächst auf die Kapazität von USB-Powerbanks eingehen. Die Kapazität wird in Wattstunden (Wh) angegeben. Häufig wird die Angabe in Amperestunden (Ah) oder auch Milliampere (mAh) gemacht. Dies führt zu Irrtümern, denn die Angabe in mAh oder Ah allein sagt nichts über die Kapazität der Powerbank aus, wenn man nicht die Spannung berücksichtigt. Z.B. enthält die Guide 10+ Powerbank 4 Akkus mit je 2.300mAh. Das ergibt in Summe 9,2Ah. Anders als übliche USB-Powerbanks enthält das Guide 10+ NiMH-Akkus mit einer Spannung von 1,2V. Demnach liegt die Kapazität bei 11Wh (9,2Ahx1,2V). Üblicherweise enthält eine USB-Powerbank hingegen Li-Ion-Zellen mit 3,6V Spannung. Oftmals sind 18650-Zellen in der Powerbank enthalten.

Ein weiterer häufig gemachter Fehler ist es, den Ladungsspeicher in Ah auf die Ausgangsspannung zu beziehen. Der Minigorilla hat einen z.B. einen Akku mit 9.000mAh und eine Ausgangsspannung von bis zu 19V. Würde man diese Kombi zugrunde legen, hätte der kleine Minigorilla eine phantastische Kapazität von 171Wh. Tatsächlich hat er eine Kapazität von 9Ah x 3,7V = 33,3Wh. Daher wird für eine Spannung von 19V auch der Ladungsspeicher von 1,75Ah (33,3Wh/19V) angegeben.

Butter bei die Fische

Was besagt diese Angabe? Vereinfacht könnte man errechnen, dass z.B. ein Handy, das 0,5 Watt in der Stunde verbraucht ca. 76 Stunden an der 10.400er Powerbank betreiben könnte (38Wh/0,5W). Oder anders: Wenn das Handy eine Kapzität von 1,5Ahx3,7V=5,55Wh hat, kann ich es mit der Powerbank 6,8 Mal (38/5,55) aufladen. So kann man sich ungefähr ausrechnen, was man mit der Powerbank anstellen kann. Aber eben nur „ungefähr“. :-/ Die meisten USB-Powerbanks enthalten Lithium-Ionen-Zellen. Eine Untersuchung  (nochmals danke Georg) hat ergeben, dass die meisten Li-Ion-Akkus mit bereits nur 90% der angegebenen Kapazität ausgeliefert werden. Da fast alle Akkus betroffen sind, muss man davon ausgehen, dass auch nahezu alle Li-Ion-Powerbanks diese Kapazitätslücke aufweisen. Begründet wird dies damit, dass die Hersteller sich gerne weit aus dem Fenster hängen und die Kunden dies nicht zu sehr verübeln. Grmpf.

Zu dieser Kapazitätslücke kommen noch Transferverluste. Wenn eine USB-Powerbank ein Smartphone lädt, erfolgt dies über die USB-Schnittstelle. Bei der Stromabgabe wird also die Spannung auf ca. 4,5-5V angehoben. Das Smartphone legt den Strom wieder bei niedrigerer Spannung ab. Durch diese Spannungswandlung geht Kapazität verloren. Ein weiterer Kapazitätsverlust erfolgt durch die Lagerung von Li-Ion-Akkus. Üblicherweise verlieren Li-Ion-Akkus bei Zimmertemperatur ca. 15% p.a. an Kapazität. Dazu mehr im nächsten Absatz.

Typische Lebensdauer einer USB-Powerbank

Oben genannte Untersuchung hat ebenfalls gezeigt, dass mit jeder zusätzlichen Ladung der Powerbank Kapazität verloren geht. Die Höhe des Kapazitätsverlustes ist davon abhängig, wie der Li-Ion-Akku aufgeladen wird. Maßgeblich für den Kapazitätsverlust und damit die Lebensdauer der Li-Ion-Akkus sind folgende Faktoren:

  • die Entladungstiefe
  • die Ladehöhe
  • die Lagerungstemperatur

Die Entladungstiefe: Die Untersuchung hat gezeigt, dass Akkus, die immer vollständig entladen wurden, ca. 300-500 Ladezyklen überlebt haben. Wurden die Akkus hingegen nach 50% Entladung wieder aufgeladen, so haben sie die 3-4-fache Lebensdauer gezeigt, also 1.200 bis 1.500 Ladezyklen erreicht.

Ebenfalls ist es nicht empfehlenswert, die Akkus „bis zum Anschlag“ aufzuladen. Je höher der Akku geladen wird, desto höher ist die interne Spannung. Wird der Akku immer auf eine Spannung von 4,2V geladen, d.h. erfolgt eine komplette Vollladung, dann schafft der Akku ca. 300-500 Ladezyklen. Wird der Akku hingegen nur zu 80% geladen (Spannung ca. 4V), schafft der Akku ca. 1.200-2.000 Ladezyklen. Die Lagerungstemperatur ist ein wesentlicher Faktor für die Lebensdauer des Akkus. Die Untersuchung hat ergeben, dass eine Lagerung über drei Monate bei 60°C einen Kapazitätsverlust von 40% ergibt. Erstaunlich ist, dass selbst bei einjähriger Lagerung bei (etwas erhöhter) Zimmertemperatur von 25°C der Verlust immerhin noch 20% beträgt. Packen Sie den Akku in den Kühlschrank, kommen Sie mit 5-10% Verlust aus.

Fazit

Was heißt das nun für die Praxis? Im Alltag dürfte es schwer sein, die USB-Powerbank beim Ladestand von 50% wieder auf nur 80% aufzuladen. Beim Handy und einem Bürojob mag das ja noch einigermaßen gelingen. Aber wenn man unterwegs ist und der Handyakku schwächelt, dann saugt man im Zweifel die angeschlossene Powerbank komplett aus. In Zeiten sinkender Preise für Handyakkus und Powerbanks wird sich vermutlich eh niemand um o.g. Untersuchungsergebnisse scheren. Aber in heißen Gegenden, in denen die Energie knapp ist, wird man vielleicht etwas sorgsamer auf ausreichende Kühlung der Akkus achten. Auch beim Aufladen einer Powerbank mit einem Solarladegerät sollte darauf geachtet werden, dass diese möglichst kühl gelagert wird. Worauf man bei der Auswahl der USB-Powerbank beim solaren Laden achten muss, behandelt der nächste Absatz.

Powerbanks für Solar-Ladegeräte

Was gilt es bei der Auswahl einer Powerbank für ein Solar-Ladegerät zu beachten? „Bigger is better“ zählt hier nicht unbedingt, da noch einige Faktoren mehr eine Rolle spielen. Zunächst einmal muss die Eingangsspannung der USB-Powerbank der Ausgangsspannung des Solarmoduls entsprechen. Gängig sind 5V-Geräte und Powerbanks, wie der Minigorilla und Powergorilla, die eine Spannung von >12V verarbeiten können. Soll mit einem 12V-Ladegerät eine USB-Powerbank geladen werden, muss ein Spannungswandler eingesetzt werden.

Unabhängig davon, ob es sich um eine 5V- oder 12V-Powerbank handelt, muss die Powerbank auch niedrige Ladeströme verarbeiten können. Es gibt Powerbanks, die nehmen nur Ströme > 100-300mA auf. Bei widrigen Wetterbedingungen können die Ladeströme eines Solarmoduls aber sehr gering sein. Nimmt die Powerbank diese Ströme nicht auf, wird Energie verschenkt.

Wichtig ist weiterhin, dass sich die digitale Anzeige an der Powerbank gut ablesen lässt. Meist setzt man das Solarladegerät in der prallen Sonne ein. Dann ist die Sicht auf Messinstrumente und digitale Anzeigen meist sehr schlecht. Eine Powerbank mit kräftigen LED hilft hier.

Große Powerbanks nur für mehrtägige Touren

Neben dem Gewicht und der Größe der Powerbank spielt auch die Relation zur Modulleistung eine Rolle. Einerseits, was den Eingangsstrom der Powerbank angeht: So wird Energie verschenkt, wenn ich ein Modul mit 2A Leistung an einer Powerbank mit max. 1A Input einsetze. Andererseits, was die Kapazität der USB-Powerbank angeht: Wenn ich drei Powerbanks zu einem Modul anbiete, wählen 95% der Kunden die größte Powerbank aus. Ich hingegen würde eine Powerbank auswählen, die ich mit dem Modul an einem Tag aufladen kann (vorausgesetzt, ich möchte 1x am Tag meine Geräte aufladen). Mehr Energie bekomme ich über das Modul eh nicht hinein.

Sehr große Powerbanks machen dann Sinn, wenn man diese zu Hause komplett voll lädt und dann unterwegs per Solar immer etwas drauf lädt. Oder wenn man die USB-Powerbank auch anderweitig – ohne Solarmodul – für längere Zeit einsetzen möchte. Einer meiner Lieferanten hat mal eine 1.000mAh-Powerbank zu seinem Modul angeboten. Die war so klein, dass man sein Handy nicht 1x aufladen konnte. Auf dieses Defizit angesprochen, erläuterte der Lieferant, dass es für Kunden psychologisch sinnvoll sei, dass die Powerbank schnell geladen ist. 😀

Und warum keine Solar-Powerbank?

Ich werde häufig gefragt, was ich von Solar Powerbanks halte. Das sind USB-Powerbanks, in die eine Solarzelle eingebaut wurde. Mein Rat: Finger weg! Die solare Leistung ist so gering, dass man auf diese verzichten sollte. Kauft Euch lieber eine solar-taugliche Powerbank und ladet die mit einem vernünftigen Solar-Ladegerät auf. Mehr zu diesem Thema, lest Ihr im Blog-Beitrag