Wie die Laufzeit Ihres Handys verbessert werden kann

von Isidor Buchmann

Cadex Electronics Inc.
isidor.buchmann@cadex.com
www.buchmann.ca - www.BatteryUniversity.com
March 2007

Als Sponsor von www.BatteryUniversity.com erhält Cadex Electronics viele interessante Fragen von Akkubenutzern. So schreibt einer: "Hallo! Ich suche den Grund für ein seltsames Phänomen. Meine Kollegin und ich haben identische Handys vom gleichen Anbieter. Nachdem sie in eine neue Wohnung umgezogen war, war die Laufzeit ihres Akkus plötzlich wesentlich kürzer. Ich konnte es nicht glauben; aber dann bemerkte ich, dass auch mein Akku sich anders verhält, wenn ich unterwegs bin. Gibt es da eine rätselhafte Kraft, die den Akku anzapft?

Tatsächlich gibt es diese rätselhafte Kraft, die den Akku anzapft. Ein aktiviertes Handy steht in ständiger Kommunikation mit dem nächsten Funkmast, prüft rund jede Sekunde, ob ein Anruf hereinkommt und benötigt dafür Energie. Die Sendeleistung wird an die Signalstärke angepasst. Je näher sich das Handy am Funkmast befindet, desto weniger Energie wird für die Kommunikation benötigt. Wenn man sich weiter weg oder in einem Umfeld mit elektrischen Störwellen wie einem Einkaufszentrum, einem Krankenhaus oder einer Fabrik befindet, wird mehr Energie benötigt. Dies ist mit einem Restaurantbesuch vergleichbar. Ist dort nicht viel los, kann man sich leise unterhalten; ist es jedoch voll, reden alle laut, um sich verständlich zu machen.

Es hat seine Vorteile, in der Nähe eines Funkmastes zu wohnen, denn der Akku muss weniger oft geladen werden. Kurz gesagt sind Funkmasten des Akkus beste Freunde. Es macht aber auch einen Unterschied, wo im Haus das Handy sich befindet. Bei einem Treffen mit einem großen englischen Handyanbieter wies ein Manager darauf hin, dass sein Sohn wesentlich kürzere Standby-Zeiten hat, seit er sein Zimmer im Keller bezogen hat. Darum sollte man sein Handy möglichst in einem oberen Stockwerk in einem Zimmer liegen haben, das Richtung Funkmast gelegen ist. Und wenn man mit dem Auto unterwegs ist, sollte das Handy nicht auf dem Boden liegen, sondern auf Fensterhöhe, aber nicht dem direkten Sonnenlicht ausgesetzt, da Hitze den Akku beschädigen kann.

Das gleiche Prinzip der Energieeinsparung gilt für die TETRA- und P25-Funk, drahtlose Telefone, Wi-Fi und Bluetooth. Ein am Gürtel sitzendes Handy, das in Verbindung mit einem drahtlosen Headset benutzt wird, hat eine längere Laufzeit, als wenn das Handy beim Kochen auf dem Esstisch liegt. Ein Bluetooth-Headset benötigt mehr Energie, wenn es weiter vom Benutzer entfernt ist, obwohl die Qualität der Kommunikation die gleiche sein mag.

Dazu muss gesagt werden, dass durch das richtige Positionieren eines Drahtlosgeräts nur dann Energie gespart wird, wenn das Gerät eingeschaltet ist. Der Ruhestrom ist sehr gering, wenn solch ein Gerät ausgeschaltet ist und der Akku nur Haushaltfunktionen wie die Versorgung der Uhr erfüllen muss. Haushalten und Selbstentladung kommen im Monat zusammen auf nur 5-10% der zur Verfügung stehenden Akkuenergie.

In den vergangenen Jahren sind bei den Standby- und Sprechzeiten große Fortschritte gemacht worden. Die Energiedichte des Lithiumion-Akkus konnte seit seiner Einführung Anfang der 90er Jahre verdoppelt werden. Außerdem verbrauchen die heutigen Empfänger- und Demodulatorkreise wesentlich weniger Energie. Abbildung 1 zeigt, wie der Leistungsbedarf dieser Kreise seit 2002 abgefallen ist. Es sei nochmals darauf hingewiesen, dass diese Minderung nur für Standby und Empfang gilt. Senden benötigt gegenüber Empfang und Demodulation eine rund fünf Mal so große Leistung. Doch haben auch die Sendekreise der modernen Handysets heute einen besseren Wirkungsgrad.

Abbildung 1: Abfall des Leistungsbedarfs. Zusätzlich zu Akkus mit höherer Kapazität haben die Handyhersteller den Leistungsbedarf der Empfänger- und Demodulatorkreise erheblich gesenkt. (Sieber et al., 2004).

Es liegt nicht immer am Akku
Wenn das Handy tot ist, wird oft dem Akku die Schuld gegeben, denn der Akku ist das einzige Teil eines Handys, das der Nutzer selbst austauschen kann. Die Werkstatt tauscht das Pack oft aus, ohne es zu testen, sodass der gleiche Fehler wieder auftritt.

Mit dem Umsteigen von Nickel- zu Lithiumionen-Akkus sind viele Probleme ausgeschaltet worden. Lithiumion-Packs sind wartungsfrei und müssen nicht regelmäßig entladen werden, damit die Kapazität erhalten bleibt, denn es gibt hier keinen Memory-Effekt. Und doch verdächtigt der Nutzer bei vielen Problemen oft den Akku. Die Folge ist, dass viele gute Packs ausgewechselt und weggeworfen werden. Dies kostet der Handybranche jährlich zehn Millionen Dollar. Handyanbieter geben an, dass 90% der zurückgegebenen Akkus problemlos gewartet werden können.

Heute stehen Geräte zur Verfügung, die einen Akku schnelltesten können, während der Kunde im Laden wartet. Muss der Akku gewartet werden, erhält der Kunde einen Austauschakku, der bereits gewartet worden ist. So werden Versandkosten eingespart und der Akkuhersteller wird nicht mit Tonnen zurückgegebener Akkus überschüttet.

In Abbildung 2 ist der Serviceablauf dargestellt: Der Kunde bringt sein Handy zum Einzelhändler, der Akku wird getestet, und der Kunde erhält ein Austauschpack. Das Austauschpack wird von einem Vorrat von Packs genommen, die in der Werkstatt des Ladens mit einem Akkuanalysegerät gewartet worden sind. Dieses Austauschprogramm wurde vor kurzem von einem großen Serviceanbieter mit Erfolg ausprobiert: Kein Akku wurde wegen eines Defekts zurückgegeben.

Abbildung 2: Ein Handy mit Verdacht auf Akkuausfall wird in den Laden gebracht. Der Akku wird getestet, während der Kunde wartet. Muss der Akku gewartet werden, erhält der Kunde einen Austauschakku. Durch das Warten der Akkus beim Einzelhändler spart die Branche Millionen Dollar und die Kunden sind zufriedener

Pro Tag und Laden werden im Durchschnitt zehn Akkus zurückgegeben, schätzt ein amerikanischer Handyanbieter. Für die Bearbeitungskosten können 15 US$ pro Pack angenommen werden. Für einen Laden summiert sich das auf 150 Dollar pro Tag. Um etwas gegen diese hohen Kosten zu unter-nehmen, nahmen zehn Läden an einem einmonatigen Pilotprojekt teil, bei dem die Akkus der Kunden direkt im Laden mit einem Akkuanalysegerät von Cadex getestet und gewartet wurden. In diesem kurzen Zeitraum wurden 1981 Akkus gerettet und damit rund 30.000 Dollar eingespart.

Akku-Schnelltest
Eines der wichtigsten Merkmale eines modernen Akkuanalysers sind präzise Testresultate durch Schnelltests. In der Vergangenheit wurde der Gesundheitszustand eines Akkus durch Messen des Innenwiderstands geschätzt. Abbildung 3 zeigt jedoch, dass die Fähigkeit eines Akkus, Energie zu lagern, nicht unbedingt vom Innenwiderstand abhängt ist. Bei bestimmten Lithiumion-Akkus kann die Kapazität über die Lebenszeit des Akkus auf die Hälfte des Neuwerts absinken, ohne dass der Innenwiderstand merklich ansteigt.

Abbildung 3: Verhältnis Kapazität zu Innenwiderstand über die Lebenszeit eines Akkus in Zyklen. Der Gesundheitszustand eines Lithiumion-Akkus kann nicht allein durch Messen des Widerstands festgestellt werden.

Die besten Ergebnisse werden erzielt, wenn ein Akku unter normalen Betriebsbedingungen getestet wird. QuickSort™ ist eine solche von Cadex entwickelte Methode, die auf dem elektrochemisch dynamischen Verhalten eines Akkus basiert ist. Sie ist mit einem Hebelarm unter Last vergleichbar. Ein starker Arm bleibt starr, während sich ein schwacher Arm unter Last biegt und träge wird. Dieses Verhalten kann bei der Beurteilung des Gesundheitszustandes eines Akkus genutzt werden. QuickSort™ erzielt eine richtige Beurteilung von 90% über eine große Anzahl verschiedener Lithiumion-Akkus verschiedener Ladezustände..

Eine relativ große Anzahl von Akkus fällt wegen Tief-entladung aus. Dies hat das Cadex-Labor festgestellt, als es 1000 zurückgegebene Packs überprüfen sollte. Von diesen Packs hatten 30% keine Spannungsanzeige und schienen tot zu sein. Der Grund war ein zu tiefes Entladen. Bei einer Spannung zwischen 2,5 und 2,8 V schaltet ein interner Sicherheitskreis den Lithiumion-Akku ab, der daraufhin in einen Schlafmodus übergeht, in dem ein Wiederaufladen nicht möglich ist. Das Boost-Programm des Akkuanalysers C7000 von Cadex aktiviert den Sicherheitskreis wieder und bringt den Akku damit zurück ins Leben. Diese Wieder-herstellung ist permanent, und das Pack kann dem Kunden zurückgegeben werden. Abbildung 4 stellt diesen Prozess dar.

Abbildung 4: Der zu tief entladene Akku erhält einen "Boost"-Strom, der die Zellenspannung wieder in den Betriebsbereich anhebt, wodurch der Sicherheitskreis wieder aktiviert und eine Ladung möglich wird.

Damit ein Handyakku nicht in den Schlafmodus fällt, ist es empfohlen bei einer "Low Bat"-Anzeige den Akky mindestens 30 Minuten zu laden. Ohne diese Speisung kann durch Selbstentladung und periphere Lasten der Akku zu tief entladen werden. Dies kann zu der oben beschrieben Deaktivierung führen.

Neben den Funktionen Schnelltest und Boost bieten die meisten Akkuanalyser auch ein komplettes Wartungsprogramm, das aus Lade- und Entladezyklen besteht. Diese Programme können die Akkus am besten beurteilen und sind für die Wartung von Austauschakkus empfohlen. Abbildung 5 illustriert den Cadex C7400 Analyser.

Abbildung 5: Der Akkuanalyser Cadex C7400 bietet QuickSort™, Boost und komplette Wartungsprogramme. Die vier Ladeschächte nehmen praktisch jeden Kleinakku auf.

Fazit
Ein brauchbares Schnelltesten von Akkus beim Einzelhändler wurde erst durch moderne Akkuanalyser möglich. Das Testen im Laden verbessert den Kundendienst und die Kunden erfreuen sich daran. Durch den Einsatz solcher Analyseger konnten Unternehmen ihre akkubezogenen Reklamationskosten erheblich senken. Auch die Akkuhersteller stehen dem Im-Laden-Testen positiv gegenüber, da sie nicht mehr mit Garantieansprüchen überhäuft werden und Geld sparen.

Über den Autor
Isidor Buchmann ist Gründer und Geschäftsführer der in Vancouver / BC ansässigen Cadex Electronics Inc. Herr Buchmann ist in der Radiokommunikation zu Hause und hat das Verhalten von wiederaufladbaren Akkus über zwei Jahrzehnte hinweg anhand praktischer Anwendungen studiert. Als preisgekrönter Autor vieler Bücher und Artikel über die Wartung von Akkus hat Herr Buchmann auf Seminaren und Konferenzen auf der ganzen Welt technische Vorträge gehalten.
Cadex Electronics ist Hersteller von modernen Akkuladern und Akku-Analysegeräten sowie von PC-Software. Produktinformationen finden Sie im Internet unter www.cadex.com