Wenn die Akkuleistung nicht wächst, muss halt schneller geladen werden können – das ist die Devise der Gerätehersteller. Und deswegen verlassen sich Firmen wie Samsung, OnePlus und Oppo schon längst nicht mehr auf den USB-Standard, sondern pumpen mithilfe von Schnellladen deutlich mehr Leistung durch die Kupferadern in Richtung Smartphone. Welche Technologien diverse Hersteller momentan verwenden, und wie sich unterscheiden, zeige ich euch in einer Übersicht.

Schnellladen: Wie es zur Technologie kam

Noch ist’s nicht lange her, da musste ein Smartphone die ganze Nacht hindurch laden, um wieder auf einen Akkustand von 100 Prozent zu kommen. Allerdings liefen auch weniger energiehungrige Hintergrund-Apps auf den Geräten, die das Telefon schneller entleerten. Im Laufe der Jahre änderte sich das etwas: Inzwischen synchronisiert ein Gerät häufig mehrere Mail-Konten, diverse soziale Netzwerke, lädt Infos für smarte Assistenten und bietet selbst im deaktivierten Modus ein Always-On-Display. Das zieht an den kleinen Akkumulatoren, die in Smartphones für ausreichende Stromzufuhr sorgen. Allerdings ist hier schneller Ende, als einem lieb sein könnte. Und weil neue Akkutechnologien auf sich warten lassen, musste auf Seiten der Gerätehersteller eine andere Lösung her: Der Akku musste schneller geladen werden, um so wenigstens die Strompausen am Netzstecker so erträglich wie möglich zu machen.

Ein kurzer Exkurs in die Zellphysik

Ein Smartphone-Akku ist schon seit Jahren mit derselben Chemie ausgestattet, völlig egal, ob es nun ein Samsung- oder Apple-Smartphone ist. Auf der Beschriftung des Akkus wird immer das Kürzel „Li-Ion“ lesbar sein. Das ist eine Kurzform für Lithium-Ion: Die positiv und negativ geladenen Elektroden werden durch einen Separator voneinander getrennt. Wird Energie angefordert, entrinnt positiv geladenes Lithium von der positiven Elektrode aus der Kobalt-Sauerstoff-Schicht und „wechselt“ zum negativ geladenen Graphit. Nun gibt es bei den Li-Ionen Akkus einen Nachteil: Man kann den Akku entweder auf Leistungsfähigkeit trimmen, sodass er eine hohe Entladegeschwindigkeit hat. Das ist etwa bei Modellbau-Akkus der Fall. Oder man optimiert in Richtung Kapazität, sodass auf möglichst geringem Raum möglichst viele Kilowattstunden Energie gepresst werden können. Smartphone-Akkus sind eher in der zweiten Kategorie zu finden. Leider haben die bisherigen Lithium-Polymer-Akkus ihre maximale Energiedichte schon erreicht. Deswegen wird zum Teil bis auf den letzten Millimeter Material in den Akku gestopft, was bekanntlich zum Teil nicht gut ausging.

Schnellladen in der Theorie

Gehen wir einen Schritt weiter auf die Lade- und Entladegeschwindigkeit ein. Während in den letzten Jahren die Kapazität sich fast verdoppelte, sank die theoretische Maximalbelastung der Akkus. Ausgenutzt wurde diese Belastung nie, doch jetzt wird es spannend: Die mögliche Ladegeschwindigkeit wuchs.

Im Modellbau wird von der sogenannten C-Rate gesprochen: 1 C entspricht der gespeicherten Leistung eines Akkus in Amperestunden. Würde ein Akku also mit einem C geladen werden, wäre er nach einer Stunde voll. Bei Lithium-Ionen-Akkus ist 1 C in der Regel eine Ladegeschwindigkeit, die der Chemie des Akkus nicht schadet. Ich möchte einmal theoretisch vorrechnen, wie ein 3.000 mAh fassender Akku mit einer Nennspannung von 3,8 Volt geladen werden könnte – das sind zwei gängige Größen im Smartphonemarkt.

Ausgehend vom normalen USB-Anschluss, der 5 Volt und 0,5 Ampere liefert, bräuchte der Akku bei einem idealen Ladevorgang ohne Verluste mit einer gemittelten Spannung von 3,8 Volt 5 Stunden und 56 Minuten. USB 3.0 liefert immerhin einen Ampere, was in einer Ladezeit von etwa 3 Stunden resultiert. Diese Rechnung wollen wir für das Schnellladen von Smartphones beibehalten.

Quick charge: Qualcomms Quasi-Standard

Mit Quick Charge hat sich der Hersteller, dessen Mobilprozessoren in so ziemlich jedem High-End-Smartphone stecken, eine Monopolstellung verschafft: Die Technologie ist nur mit den Snapdragon-Prozessoren aus dem eigenen Hause kompatibel, wie man sie etwa aus den Samsung-Galaxy-Geräten oder von HTC, HP, LG oder Asus kennt. Einige Mittelklasse-CPUs unterstützen die Technik ebenfalls, etwa der Snapdragon 617 oder 627. Die Technologie setzt auf eine Kommunikation zwischen Ladegerät und Smartphone.

Erkennt der Prozessor, dass das Ladegerät Quick Charge unterstützt, gibt es über die Datenleitung einen Austausch und der clevere Lademodus ist aktiviert. Quick Charge 2 erhöhte dann einfach die Spannung und Stromstärke, wodurch das Telefon natürlich schneller geladen werden konnte. Mit dem aktuellen Standard Quick Charge 3 führte Qualcomm „INOV“ ein: Mit der „Intelligent Negotiation for Optimum Voltage“ können Telefon und Lader bilateral kommunizieren und im gesamten Ladeprozess die Spannung auf bis zu 0,2 Volt genau regeln.

Name	Nennspannung	Stromstärke	Maximale Ladeleistung	Vorteile
Quick Charge 1.0	5 Volt	2 Ampere	10 Watt	Schneller als USB
Quick Charge 2.0	5, 9 oder 12 Volt, statisch	2, 2 und 1,67 Ampere	18 Watt	Mehr Volt: Höherer Wirkungsgrad
Quick Charge 3.0	2,6 bis 20 Volt, dynamisch in inkrementellen 200mV-Schritten	2,5 und 4,6 Ampere	18 Watt	Inkrementelle Regelung: Geringere Abwärme, Optimierung
Quick Charge 4	Bisher unbekannt	Bisher unbekannt	28 Watt	USB Type-C-Zwang, 5 Minuten: 50% Kapazität
Quick Charge 4+	Bisher unbekannt	Bisher unbekannt	Bisher unbekannt	15% schneller, 15% kühler, 20% effizienter

Offiziell wird Quick Charge 4.0 vom aktuellen Snapdragon 835 bereits unterstützt. Das Samsung Galaxy S8 als eines der wenigen Smartphones, die diesen Prozessor schon verbaut haben, nutzt das Schnellladen aber noch nicht – wahrscheinlich, weil die Software noch nicht ganz fertig ist. Vielleicht wird das Feature jedoch als Softwareupdate nachgereicht.

Drosselung bei hohen Temperaturen

Unser theoretischer Akku aus obigem Beispiel wäre übrigens beim Schnellladen mit Quick Charge 3.0 nach rund 50 Minuten voll. Das stimmt natürlich nicht, weswegen ich dieses Beispiel an dieser Stelle auch stoppe. Dafür gibt es nun zwei Erläuterungen, die allgemeingültig sind: Der optimale Ladevorgang eines Li-Ion-Akkus sieht aus wie eine logarithmische Kurve. Während das bei geringen Ladeströmen zu vernachlässigen ist, sind 18 Watt bei so kleinen Akkus schon eine ganze Menge. Das ist auch der Grund, warum Qualcomm mit dem Slogan „50 Prozent in 30 Minuten“ wirbt und nicht mit 100 Prozent in einer Stunde.

In den weniger geladenen Prozenten des Akkus entspricht die Ladekurve fast komplett der ideal berechneten Ladedauer, bei mehr Prozenten flacht die Kurve merklich ab und der Akku füllt sich langsamer. Zusätzlich wird beim Schnellladen einiges vom Strom umgewandelt – in Form von Abwärme: Der Prozess, den Strom aus dem Kabel zum Ladestrom für den Akku umzuwandeln, ist verlustbehaftet. Etwa 15 bis 20 Prozent der Energie werden zu Wärme, die das Smartphone auf bis zu 40 Grad aufwärmt. Ab dieser Temperatur greift bei Quick Charge eine automatische Drosselung des Ladestroms, die das Gerät vor Schäden schützt.

VOOC Flash Charge: Eigenbrötlerei von Oppo

Einen etwas anderen Ansatz verfolgt der chinesische Hersteller Oppo. Das sogenannte VOOC Flash Charge setzt nicht auf höhere Spannung, sondern höhere Ströme. So bleibt die Spannung bei den USB-typischen 5 Volt, dafür werden aber beim Schnellladen 4 Ampere durch das Kabel gejagt. Nach Adam Riese sind also maximal 20 Watt Ladeleistung möglich. Laut Oppo sind so innerhalb von 30 Minuten rund 75 Prozent des Akkus wieder gefüllt. Das sind natürlich Laborbedingungen, trotzdem ist VOOC auf dem Papier damit etwas fixer als Quick Charge 3.0.

Die Temperatur des Smartphones bleibt im Vergleich zur Konkurrenz auch deutlich geringer: Da die Spannung nicht besonders stark umgewandelt werden muss, kann das Gerät trotz Schnellladen kälter bleiben. Die Wärmeentwicklung am Ladegerät ist dafür etwas höher. Die Technik von Oppo hat allerdings einen nennenswerten Nachteil gegenüber Qualcomms Lösung: Durch die hohen Ströme muss ein spezielles Kabel her, da nicht jedes USB-Kabel VOOC unterstützt. Das liegt daran, dass höhere Ströme größere Adernquerschnitte im Kabel benötigen – sonst ist der Widerstand zu groß, was sich darin äußert, dass das Kabel warm wird und einige Watt an Leistung bereits auf dem Weg zum Smartphone verloren gehen. Würde VOOC diese Vorsichtsmaßnahme nicht nutzen, könnte es im schlimmsten Fall sogar zu Kabelbränden kommen.

VOOC Flash Charge auf dem deutschen Markt fast irrelevant

Ähnlich wie bei Quick Charge kommunizieren Ladegerät und Smartphone miteinander; die Datenleitung tauscht die nötigen Parameter aus. So kann es dann zum Pairen und dem Schnellladen kommen. Um Schäden am Smartphone zu verhindern, baut Oppo sogar eine Sicherung ein, die die Verbindung im Notfall trennen könnte. Hohe Amperezahlen sind im schlimmsten Falle nämlich gefährlicher als eine höhere Spannung.

Name	Nennspannung	Stromstärke	Maximale Ladeleistung	Vorteile
VOOC Flash Charge	5 Volt	4 Ampere	20 Watt	Geringere Wärmeentwicklung, 75% in 30 Minuten
Super VOOC	Nicht bekannt	Nicht bekannt	~40 Watt	2500 mAh in 15 Minuten geladen, noch nicht im Einsatz

Oppo macht es ähnlich wie Qualcomm: Nur Smartphones der eigenen Marke dürfen den Ladestandard nutzen. Deswegen ist VOOC Flash Charge auf dem deutschen Markt auch fast irrelevant. Unterstützt sind nur:

• Oppo R11, R9 und R7 in allen Versionen
• F1 und F3
• Find 7 in allen Versionen
• N3

Dash Charge: Ziemlich genau dasselbe

Die meisten von euch werden mit VOOC Flash Charge nichts am Hut haben. Vielleicht nutzt ihr aber ein OnePlus-Gerät? Dann wirst du mit Dash Charge die gleichen Vorteile wie VOOC Charge nutzen können. Denn Dash Charge ist – bis auf den Namen und kleine Feinheiten – genau dasselbe wie VOOC. Allerdings macht OnePlus Abstriche vom Original.

Innerhalb von 30 Minuten sollen rund 60 Prozent geladen sein. Drei der OnePlus-Geräte sind derzeit mit Dash Charge kompatibel: Das OnePlus 3, 3T und auch das neue OnePlus 5 nutzen die Schnellladetechnologie. Auch bei Dash Charge muss beim Schnellladen ein USB Type C-Ladekabel her, das die hohen Ströme von Punkt A nach B transportieren kann. Wahlweise nimmst du das Kabel aus dem Lieferumfang oder wählst eines der unterstützten Kabel für Dash Charge. Mit einem normalen Kabel dauert der Ladevorgang länger, weil keine 4 Ampere geladen werden.

Name	Nennspannung	Stromstärke	Maximale Ladeleistung	Vorteile
Dash Charge	5 Volt	4 Ampere	20 Watt	Geringere Wärmeentwicklung, 60% in 30 Minuten

SuperCharge: Nicht Tesla, sondern Huawei

Ein weltweites Supercharger-Netzwerk hat Huawei zwar nicht. Dafür laden die Smartphones des Herstellers dank SuperCharge schneller als die Autos von Tesla. Mit dem sogenannten SCP-Chip im Ladegerät sowie dem Smartphone, kommunizieren auch bei diesem Ladestandard beide Geräte miteinander. SuperCharge geht aber noch einen Schritt weiter als VOOC Flash Charge: Statt 5 Volt zu senden, geht Huawei direkt auf 4,4 Volt herunter. Das entspricht der Maximalspannung des Akkus, mit welchem er 100 Prozent seiner Leistung aufgenommen hat. Beim Schnellladen sorgt das dafür, dass im Telefon selbst keine Elektronik mehr die Spannung verringern muss, sondern die Energie ohne Umwege in den Akkumulator geladen werden kann.

Da der interne Spannungswandler des Smartphones mit SuperCharge keine Arbeit hat, wird er auch nicht warm – dadurch bleibt das Gerät kalt. Bei 4,4 Volt transportiert der Ladestandard 5 Ampere durch das USB-C-Kabel, das entspricht 22 Watt Leistung. Laut Huawei reicht ein 20-minütiger Ladevorgang für einen ganzen Tag Nutzung des entsprechenden Huawei-Mobiltelefons. Auch bei SuperCharge heißt es wieder: Ein spezielles Kabel fürs Schnellladen muss her. Die hohen Ströme erlauben kein generisches Kabel, da es sonst zu Kabelbränden kommen könnte. SuperCharge ist mit dem Huawei Mate 9, dem P10 und P10 Plus kompatibel, laut Tests ist das Mate 9 nach 111 Minuten voll geladen.

Name	Nennspannung	Stromstärke	Maximale Ladeleistung	Vorteile
Super Charge	4,5 Volt	5 Ampere	22 Watt	Strom geht direkt in Li-Ion-Akku

Pump Express: MediaTeks Lösung

MediaTek als größter Konkurrent zu Qualcomm kann die Technologie Quick Charge natürlich nicht nutzen. Und wie dem so ist, muss es von MediaTek ein vergleichbares Angebot geben, sonst gäbe es ja ein Alleinstellungsmerkmal. Die Alternative bietet MediaTek unter dem Namen Pump Express an. Die inzwischen dritte Generation muss sich leistungstechnisch nicht verstecken: Ähnlich wie SuperCharge umgeht auch MediaTek die internen Schaltkreise des Smartphones und lädt den Akku direkt auf seine maximal möglichen 4,4 Volt. Mit Pump Express 3.0 erreicht der Akku schon nach 20 Minuten schnellladen etwa 70 Prozent seiner Gesamtkapazität, noch schneller ist auf dem Papier niemand.

Derzeit unterstützen nur sehr wenige Geräte Pump Express 2.0, darunter etwa das Meizu MX6. Die Pump-Express-Technologie wurde hier nur umbenannt und heißt beim MX6 mCharge. Bisher ist kein Smartphone mit Unterstützung der dritten Revision auf dem Markt, obwohl MediaTek schon für das Ende von 2016 entsprechende Geräte prophezeite. Grundvoraussetzung für Pump Express 3.0 ist der derzeit aktuellste MediaTek-Chip Helios X20, welcher schon in einigen Smartphones verbaut ist. Vielleicht kann hier in Zukunft ein Software-Update weiterhelfen.

Name	Nennspannung	Stromstärke	Maximale Ladeleistung	Vorteile
Pump Express	5/7/9/12 Volt	3 Ampere	20 Watt	Schneller als USB
Pump Express 2.0	5-20 Volt, dynamisch in inkrementellen 0,5V-Schritten	3 Ampere	25 Watt	Volt abhängig von Kabelqualität. Niedrige Qualität: Höhere Spannung
Pump Express 3.0	3-6 Volt, dynamisch in inkrementellen 10mV-Schritten	5 Ampere	24	Strom geht direkt in Li-Ion-Akku, 70% in 20 Minuten, voll nach 75 Minuten

Akku laden: So lebt er deutlich länger

Jeder Hersteller kocht zwar sein eigenes Süppchen. Dennoch gibt es einige Tips, die ihr beim Aufladen beachten könnt, um den Akku zu schonen und ihn trotzdem noch schneller füllen zu können:

• • Flugzeugmodus an und Hintergrundanwendungen beenden: Ist jegliche Funkverbindung unterbrochen, können Programme nicht nach außen funken. Dadurch sinkt die Belastung des Mobiltelefons
  • Während des Ladevorgangs nicht benutzen. Lass‘ das Telefon am besten an der Seite liegen, denn schon leichte Belastungen verlangsamen den Ladeprozess teils enorm
  • Raus aus der Sonne! Handys im Idealfall in schattigen und kälteren Umgebungen aufladen – denn schon ab einer Temperatur von 45 Grad nimmt ein Akku Schaden, was sich durch kürzere Laufzeiten und geblähte Backen äußert
  • Akku konditionieren? Das ist bei aktuellen Akkus nicht nötig, der sogenannte Memory-Effekt tritt nicht mehr auf
  • Möglichst früh an die Steckdose? Generell gilt: Der Smartphone-Akku hat eine höhere Lebenserwartung, wenn er immer einen Ladestand zwischen 30 und 80 Prozent aufweist
  • Smartphone nicht voll lagern? Das ist richtig. Die ideale Lagerspannung von Lithium-Ionen-Akkus liegt bei 3,85 Volt, das entspricht etwa 30-40 Prozent Akkuladung. In diesem Lagerzustand geht die wenigste Explosionsgefahr aus. Außerdem verlieren die Zellen hier auf die Dauer weniger Leistung als im voll geladenen Zustand

Dieser Artikel erschien zuerst auf Androidpiloten

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Images by Mika Baumeister

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Schlagwörter: Dash Charge, Punp Express, Quickcharge, Schnellladen, smartphone schnell laden, supercharge, VOOC Flash Charge