Akku-Ladezustand messen: So wird’s gemacht

Selbst die besten Lithium-Ionen-Akkus verlieren irgendwann an Power - und zwar dauerhaft. Da liegt es nahe, den Ladezustand zu messen, um frühzeitig Ausfälle zu erkennen und Ersatz zu beschaffen. Für die Messung braucht es eigentlich Profi-Equipment. Doch mit ein paar Tricks kann jeder mehr über seinen Akku lernen!

Was bedeutet Ladezustand beim Akku?

Akkus (und Batterien) liefern Strom über eine elektrochemische Reaktion. Dabei wandern Elektronen vom Minus- zum Pluspol. Diese Wanderung erzeugt eine Spannung, die in unterschiedlichen Phasen des Elektronenflusses unterschiedlich hoch ist. Je leerer der Akku, desto geringer ist die sogenannte Klemmenspannung.

Zudem bestehen Akkus aus mehreren Einzelzellen, die jeweils eine endliche Menge an elektrochemischen Reaktionspartnern bereithalten. Alle Zellen zusammengenommen haben eine bestimmte Akku-Kapazität - also eine maximale Stundenanzahl, bis der Akku leer ist und ans Ladegerät muss.

Aus dem Zusammenhang zwischen der maximalen Akku-Kapazität und der Klemmenspannung ergibt sich der aktuelle Ladezustand, der zum Beispiel auf dem Display eines Smartphones oder einer Smartwatch in Prozent angegeben wird.

Darüber hinaus zählt ein Wert, den man als allgemeinen Ladezustand des Akkus bezeichnen kann: Mit zunehmender Erschöpfung der elektrochemischen Bestandteile und je nach Umgebungstemperaturen, Ladeverhalten und Anzahl erfolgter Ladezyklen wird der Akku schwächer und kann dementsprechend nicht mehr so viel Strom erzeugen. Der Akku verliert also an Kapazität.

Dieser Zustand lässt sich über die Höhe des Innenwiderstands ermitteln - am Anfang ist er niedrig, die elektrochemische Reaktion lässt sich problemlos umkehren. Mit zunehmender Alterung wird der Widerstand immer höher, die Umkehrung wird immer unvollständiger.

Wie kann man beim Akku den Ladezustand messen?

Klemmenspannung und Innenwiderstand sind grundsätzliche technische Faktoren, die jedes Ladegerät bzw. Netzteil an einem Akkupack mit Lademesser problemlos ermitteln kann. Sonst könnten Akkus gar nicht korrekt aufgeladen werden.

Doch Lithium-Ionen-Akkus sind wesentlich komplexer. Theoretisch müsste man die Anzahl und Reaktionsfähigkeit der einzelnen Teilchen bestimmen, die für die elektrochemische Reaktion verantwortlich sind. Diese Reaktionsfähigkeit hängt wiederum von ebenso vielen individuellen Faktoren ab.

Kann man den Ladezustand beim Akku also überhaupt genau messen? Natürlich. Es ist nur sehr aufwendig. Für den Alltag und die Einsatzbereitschaft moderner elektronischer Geräte reichen gut kalkulierte Näherungswerte jedoch vollkommen aus. Die Spannung und der Widerstand bieten sich dafür bestens an.

Jeder Akkutyp - ob Litihium-Ionen-Akku oder beispielsweise ein Nickel-Metallhydrid-Akku (NiMH) - hat eine besondere Spannungskurve. Das macht es leichter, für unterschiedliche Akkutypen bestimmte Ladegeräte zu konstruieren und entsprechende Messtechnik einzubauen.

Zwar sind auch diese speziellen Spannungskurven von vielen Faktoren abhängig und werden durch das Ladeverhalten oder die Umgebungsbedingungen beim Akku-Einsatz verschoben. Dazu gehören insbesondere Temperaturschwankungen oder Leistungsabrufe unter Volllast.

Deshalb kommt der Innenwiderstand ins Spiel. Er bietet sozusagen als Kontrollgröße einen zweiten Wert, der eine genauere Aussage über den Akkuzustand möglich macht. Welche Rolle dieser Innenwiderstand zusätzlich spielt, erklären wir im Beitrag Akku-Kapazität messen.

Wie messen Ladegeräte und Smartphones den Ladezustand des Akkus?

Wie können Smartphone oder Laptop den Ladestand so genau widergeben, wenn es doch so viele Einflussfaktoren gibt und die Messung so kompliziert ist? Smarte Geräte tragen ihren Namen zurecht. Denn auch beim Akku laden gehen sie ziemlich schlau vor:

  1. Der Akku bzw. die Ladelektronik verfügt über einen Chip und eine Steuerungssoftware.
  2. Darauf sind Informationen zu Akkukapazität, (typischen) Spannungskurven gespeichert.
  3. In der Benutzung sammelt die Elektronik weitere Informationen über den Akkuzustand.
  4. Diese Informationen werden über die Ladestandanzeige in Prozentangaben übersetzt.

Die Ladelektronik in smarten Geräten arbeitet also ebenfalls nur mit „Näherungswerten“, sammelt und verarbeitet aber so viele Daten, dass diese Näherung immer präziser wird - zumindest im Idealfall.

Für möglichst präzise und realistische Angaben muss das Gerät seinen Akku genau „kennenlernen“. Dies funktioniert am besten über eine Kalibrierung des Akkus. Die einfache Schritt-für-Schritt-Anleitung gibt es in unserem Ratgeber Akku refreshen.

Wofür muss man den Ladezustand des Akkus messen?

Jeder kennt das: Sobald die Ladestandanzeige des Akkus unter 100 % fällt, werden wir unruhig. Fällt sie gar unter 70% oder noch weniger, machen wir uns hektisch auf die Suche nach einer Steckdose. Dieses Verhalten stammt aus einer Zeit, in der Akkus noch einen Memory-Effekt hatten und eine volle Ladung die Lebensdauer tatsächlich optimieren konnte.

Bei modernen Lithium-Ionen-Akkus ist nicht nur der Memory-Effekt Geschichte. Auch die 100%-Formel gilt nicht mehr. Im Gegenteil: Wer den Akku schon nach kurzer Benutzung wieder auf 100% lädt oder das Gerät stundenlang am Ladekabel lässt, senkt die Lebensdauer empfindlich.

Denn in Lithium-Ionen-Akkus ist die Balance aus Ent- und Aufladen, also die Raktionsfähigkeit der elektrochemischen Bestandteile, besonders feinfühlig. Mit jedem unnötigen Aufladen wird ein neuer Ladezyklus angestoßen. Und spätestens bei 1.000 Ladezyklen ist Schluss. Egal, wie hochwertig der Akku ist oder wieviel Strom je Zyklus verbraucht wird.

Die längste Lebensdauer besitzen Lithium-Ionen-Akkus bei einem Ladestand, der konstant zwischen 30 und 70% liegt. Dazu muss man diese Spanne natürlich messen und ablesen können. Der Ladezustand ist außerdem eine perfekte Kontrollgröße für viele entscheidende Faktoren rund um den mobilen Einsatz smarter Geräte:

  1. Stimmen die Energieeinstellungen?
  2. Welche (unnötigen) Prozesse oder Apps verbrauchen viel Strom?
  3. Gibt es überflüssige Komfortfunktionen, die ich ausschalten sollte (Display, Funk etc.)?
  4. Wie lange kann ich mein Gerät gefahrlos und ohne Netzkabel unterwegs betreiben?
  5. Brauche ich eine zusätzliche Powerbank oder einen Ersatzakku?
  6. Läuft mein Gerät generell ordnungsgemäß oder ist es veraltet?

Da man Lithium-Ionen-Akkus nicht auffrischen oder wiederbeleben kann, gilt es aus der vorhandenen Kapazität und Lebensdauer alles herauszuholen. Dafür haben wir einige wertvolle Tipps in unserem Ratgeber Volle Leistung und trotzdem Strom sparen? So hält der Laptop-Akku länger zusammengestellt.

Diese Kniffe funktionieren in vielen Details auch für Smartphones, Tablets und alle smarten elektronischen Geräte, bei denen der Akku mehr als nur ein paar Lämpchen und Schaltkreise betreiben soll.

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Allgemeine Informationen liefert unser Ratgeber Batterien und Akkus. Spannende Einblicke und einen Einkaufsguide gibt es im Blog-Ratgeber Akku für Notebook - Was sollten Sie beim Kauf beachten?

Für alles Weitere sind wir gern persönlich da: Über unser Kontaktformular oder per Telefon liefern wir Expertenantworten auf alle Kundenfragen zum richtigen Akku.

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