Akkus in mobilen Geräten

Akkus: Kurzlebig ab Werk

Lithium-Ionen-Akkus in Notebooks leisten oft schon nach einem halben Jahr dramatisch weniger. Die Hersteller kennen die Ursachen, verharmlosen die Problematik aber. Eine klare Kennzeichnung der Akkus und eindeutige Betriebshinweise könnten dem Käufer helfen, Geld zu sparen.

Im mobilen Business-Einsatz sind Notebooks, PDAs und Handys unerlässliche Helfer. Sie sollen unterwegs lange und zuverlässig funktionieren. Deshalb ist das entscheidende Kaufkriterium für ein solches Gerät die Laufzeit des Akkus. Die Hersteller nehmen kein Blatt vor den Mund und überbieten sich gegenseitig mit Laufdauerangaben.

Nach dem Erwerb eines mobilen Geräts mag der Käufer mit der Laufdauer des Akkus noch zufrieden sein. Doch schon nach wenigen Monaten folgt die Ernüchterung - die vollmundig propagierte Laufzeit des Herstellers wird nicht mehr annähernd erreicht. Der Hilfe suchende Griff zum Handbuch entpuppt sich in der Regel als erfolglos. Im User Manual findet der Anwender nur rudimentäre Pflegehinweise für den Akku, oft gefolgt von einem lapidaren Hinweis: "Bleibt die Akkulaufzeit nach vollständigem Laden weiterhin gering, hat der Akku das Ende seiner Lebensdauer erreicht und sollte ausgetauscht werden." Zusätzlich offenbart ein weiterer Blick in die Garantiebestimmungen, dass der Akku nach sechs oder zwölf Monaten von der Garantie ausgeschlossen ist. Der anschließende Gang zum Händler reißt je nach Akkutyp ein dickes Loch ins Portemonnaie.

Der irritierte Anwender fragt sich zu Recht, ob der gute Ruf der Lithium-Ionen-Akkus gerechtfertigt ist. Die Hersteller sprechen dem Lithium-Ionen-Akku eine Lebensdauer von mehr als drei Jahren zu. Zusätzlich soll der Energielieferant deutlich über 500 Ladezyklen unbeschadet überstehen. Wir erläutern, was die Hersteller verschweigen und worauf der Anwender bei Lithium-Ionen-Akkus achten muss. Außerdem haben wir einige namhafte Business-Notebook-Hersteller hinsichtlich der Akkuproblematik um eine offizielle Stellungnahme gebeten.

Dieses Unterfangen entpuppte sich als schwierig, denn teilweise mussten wir mehrere Wochen und sogar Monate auf die Antworten der Akkuspezialisten der Notebook-Hersteller warten. So schickten uns Dell und Toshiba erst nach etwa zweieinhalb Monaten entsprechende Auskünfte. Fujitsu Siemens benötigte für die Beantwortung der Fragen knappe zwei Wochen. Mit nur fünf Tagen reagierte Lenovo am schnellsten auf unseren Fragenkatalog. Hewlett-Packard und Sony haben es nach mehr als drei Monaten nicht geschafft, den entsprechenden Experten zu diesem Thema zu finden. Bei Sony sind die entsprechenden japanischen Ingenieure nicht ausfindig zu machen und bei HP entziehen sich die amerikanischen Kollegen der Rede und Antwort. Auch Samsungs Akkuspezialisten sind seit über fünf Wochen noch nicht auf unsere Fragen eingegangen.

Zusätzlich geben wir in dem Artikel: "Akkus: Die richtige Pflege und preiswerte Alternativen zu Orginalakkus" Tipps, wie Sie Ihre Akkus in mobilen Geräten schonen können. Darüber hinaus erörtern wir, welche Alternativen es zum Kauf eines Originalakkus gibt und worauf Sie dabei achten müssen.

Ladezyklen/Lebensdauer in Theorie und Praxis

Nahezu alle Lithium-Ionen-Akkuhersteller sprechen ihren Energiespendern eine Lebensdauer von etwa 500 bis 800 Lade-/Entladezyklen zu. Einige Notebook-Hersteller wie Fujitsu Siemens sind etwas konservativer und geben zirka 300 Zyklen bei "sachgerechter Pflege" an, andere verschweigen die Angabe völlig - und das nicht ohne Absicht.

Das Erreichen der nominalen Ladezyklen ist von vielen Faktoren abhängig. Als wichtigste Parameter gelten der Entladestrom beziehungsweise die elektrische Belastung und die Temperatur. Unter idealen Bedingungen, das heißt bei 20 Grad Celsius Umgebungstemperatur und einer Belastung mit 1/5 des Nennstroms (0,2 C), erreicht der Akku mehr als 500 Lade-/Entladezyklen bis zum Erreichen der Akkukapazitätsgrenze von 80 Prozent. Ändert man den Belastungswert auf 1 C, so kommt der Akku nur zirka auf die halbe Ladezyklenzahl.

Stressfaktor: Unter Belastung verkürzt sich die Anzahl der Lade- und Entladezyklen signifikant. (Quelle: GP Batteries)
Stressfaktor: Unter Belastung verkürzt sich die Anzahl der Lade- und Entladezyklen signifikant. (Quelle: GP Batteries)

Zusätzlich ist die Differenz zur nominalen Akkukapazität umso größer, je höher der Akku belastet wird. Idealerweise sollte deshalb ein Lithium-Ionen-Akku, ob im Notebook, Handy oder PDA, mit 20 Prozent des Nennstroms belastet werden, um die optimale Leistungsfähigkeit in Bezug auf die Lade- und Entladezyklen zu erreichen. Zum Beispiel sollte ein Notebook-Akku mit einer Kapazität von 4320 mAStunde (11,1 Volt) idealerweise nur mit 864 mA Laststrom betrieben werden. In der Realität erreicht das Notebook diesen Wert (0,2 C) nur mit extrem eingestellten Energiesparoptionen - wenn überhaupt. Unter maximalen Betriebsbedingungen wie bei hoher Auslastung von CPU, Grafik, Display und Festplatte sind elektrische Belastungen bis zur Nennstromangabe (1 C) möglich. Dadurch steigt gleichzeitig die Betriebstemperatur des Akkus dramatisch, die zusätzlich den Alterungsprozess und den Leistungsverfall der Lithium-Ionen-Zelle beschleunigen.

Temperatureinflüsse

Die Temperatur der Akkuzelle während des Entladevorgangs besitzt einen gravierenden Einfluss auf die erreichbare Gesamtakkukapazität. Die Lithium-Ionen-Akkus vertragen weder zu hohe noch zu niedrige Temperaturen. Die ideale "Arbeitstemperatur" liegt laut den Akkuherstellern zwischen 20 und 40 Grad Celsius. Schon bei einer Umgebungstemperatur von 60 Grad Celsius erreicht die Energiequelle nur etwa 95 Prozent ihrer Gesamtkapazität.

Das Gleiche gilt auch für niedrige Temperaturen. So schafft ein Lithium-Ionen-Akku bei einer Temperatur von null Grad Celsius nur etwa 90 Prozent der nominalen Leistung. Bei -20 Grad Celsius sind es zirka 85 und bei -30 Grad Celsius erreicht der Energielieferant nur noch 55 Prozent seiner Gesamtnennkapazität.

Cool bleiben: Die Lithium-Ionen-Akkus fühlen sich bei Betriebstemperaturen zwischen 20 und 40 Grad Celsius am wohlsten. (Quelle: GP Batteries)
Cool bleiben: Die Lithium-Ionen-Akkus fühlen sich bei Betriebstemperaturen zwischen 20 und 40 Grad Celsius am wohlsten. (Quelle: GP Batteries)

In der Praxis bedeuten diese Werte, dass die Notebook-Akkus bei normaler Umgebungstemperatur am effektivsten und längsten arbeiten. Allerdings sind solche Idealvoraussetzungen so gut wie nie zu erreichen. In der Regel sind die einzelnen Akkuzellen in einem Gehäuse mit einer entsprechenden Steuerelektronik untergebracht. Dieser Akkublock sitzt dann überwiegend im Inneren des Notebooks. Durch die "Entladungsarbeit" des Akkus und die Wärmeentwicklung der übrigen Komponenten im Notebook wie Prozessor, Grafikchip, Chipsatz, Festplatte und Spannungsregler können sich die Akkuzellen auf Temperaturen von über 50 Grad Celsius aufheizen. Zusätzlich erhöht eine unzureichende Belüftung der "Hotspots" auf der Unterseite des Notebooks weiter die Innentemperaturen im Gerät. Somit ist schon bei "normalem" Betrieb des Notebooks die volle Gesamtkapazität durch eine zu hohe thermische Belastung der Akkuelemente nie nutzbar. Bei Handys und PDAs ist die Belastung durch hohe Betriebstemperaturen in der Regel nicht gegeben. Bei diesen Geräten beeinflusst ein Lagerort mit starker Sonneneinstrahlung wie auf einem Schreibtisch oder in einem Auto die elektrischen Eigenschaften nachteilig.

Elektrische Belastung

Um den Zusammenhang zwischen der Akkugesamtkapazität und dem Entladestrom zu veranschaulichen, wurde der Begriff C-Rate eingeführt. Der C-Faktor gibt die Höhe des Laststromwerts in Ampere relativ zur nominellen Gesamtkapazität an. Ein Akku mit einer Kapazität von 4000 mAStunde wird bei einer C-Rate von 0,2 mit einem Strom von 800 mA entladen.

Für eine effektive Nutzung der Gesamtkapazität eines Lithium-Ionen-Akkus empfehlen die Akkuhersteller, die Energiespender mit einem definierten Entladestrom zu belasten. Dieser Wert liegt bei 0,2 C. Bei einer Erhöhung des Laststroms auf 0,5 C erreicht der Akku nur noch eine Gesamtkapazität von zirka 98 Prozent und bei 2,0 C sind es nur noch 93 Prozent.

Lastfaktor: Die Laufdauer eines Notebook-Akkus wird neben der Temperatur auch von dem benötigten Laststrom beeinflusst. Dieser sollte möglichst niedrig sein. Der Idealwert liegt bei 0,2 C. (Quelle: GP Batteries)
Lastfaktor: Die Laufdauer eines Notebook-Akkus wird neben der Temperatur auch von dem benötigten Laststrom beeinflusst. Dieser sollte möglichst niedrig sein. Der Idealwert liegt bei 0,2 C. (Quelle: GP Batteries)

In der Praxis bedeutet das: Je höher der Entladestrom beziehungsweise die elektrische Belastung, desto geringer ist die effektiv nutzbare Gesamtkapazität eines Akkus. Um eine möglichst lange Laufdauer zu erreichen, sollte der Anwender das Notebook möglichst mit allen gegebenen Stromsparoptionen betreiben. Darüber hinaus entlastet der Verzicht auf unbenutzte, aber extern angeschlossene Geräte den Energiehaushalt des Akkus.

Um die C-Rate zu reduzieren, könnten die Hersteller Akkus mit hoher Stromkapazität einsetzen. Allerdings müsste diese Maßnahme mit einem höheren Gewicht und Volumen des Akku-Blocks erkauft werden. Denn die elektrische Kapazität des eingesetzten Akkus ist stets ein Kompromiss zwischen der Laufdauer auf der einen Seite und dem Gewicht auf der anderen Seite.

Intelligente Lade- und Steuerelektronik

Eine ganz wesentliche Auswirkung auf die Lauf- und Lebensdauer eines Lithium-Ionen-Akkus hat eine intelligente Ladeelektronik. Sie muss in der Lage sein, den Akku zu schonen und so sicher wie möglich aufzuladen. Zusätzlich sollte die Ladeelektronik den Lithium-Ionen-Akku vor Überladespannungen von über 4,20 Volt schützen. Auch Unterspannungen beziehungsweise Tiefenentladungen unter 2,5 Volt schaden der einzelnen Akkuzelle. Beide Extreme führen zu irreversiblen Beeinträchtigungen der Energiespender und somit zu einer signifikant geringeren Gesamtkapazität und verkürzten Lebensdauer.

Darüber hinaus muss die Ladeelektronik ständig die Temperatur der Akkuzelle überwachen. Denn eine zu hohe thermische Belastung beim Laden des Akkus wirkt sich ebenfalls nachhaltig negativ auf die Lebensdauer und die Gesamtkapazität aus.

Security-Optionen: Ein Lithium-Ionen-Akku in einem Notebook verfügt aus Sicherheitsgründen über umfangreiche Schutzmaßnahmen und besteht aus mehreren zusammengeschalteten Akkuzellen. (Quelle: GP Batteries)
Security-Optionen: Ein Lithium-Ionen-Akku in einem Notebook verfügt aus Sicherheitsgründen über umfangreiche Schutzmaßnahmen und besteht aus mehreren zusammengeschalteten Akkuzellen. (Quelle: GP Batteries)

Der optimale Ladestrom eines Lithium-Ionen-Akkus sollte zwischen 0,6 und maximal 1 C liegen. Mit diesem Ladestrom lassen sich Akkuzellen in zirka 2,5 Stunden vollständig aufladen. Die von den Akkuherstellern propagierten Schnell-Ladeverfahren arbeiten mit Ladeströmen von bis zu 2 C und schaffen es, den Akku innerhalb von 30 bis 60 Minuten zu laden. Allerdings belastet dieses Verfahren den Akku stark und verringert Lauf- und Lebensdauer.

Akkuschutzfunktionen und -parameter

Die Lade- und Steuerelektronik von Akkupacks in mobilen Geräten verfügen über umfangreiche Schutzfunktionen. Neben der Temperatur-, Spannungs- und Stromüberwachung besitzt sie auch eine Kurzschlusssicherung und eine Lade-Balancing-Funktion. Zusätzlich schützt ein Überdruckventil an jeder Akkuzelle vor einem Überdruck innerhalb des Elements bei zu hohen Lade- oder Entladetemperaturen und somit vor einer möglichen Explosion. Trotz der umfangreichen Schutzmechanismen gab es in der Vergangenheit immer wieder Rückrufaktionen von Notebook-Akkus (zum Beispiel von Dell, Sony, Maxdata, FSC, Gericom, Apple) auf Grund der Gefahr von Überhitzung oder Kurzschluss.

Für einen optimal geladenen Akku müssen alle elektrischen Parameter exakt überwacht und geregelt werden. Auch bei der Entladung muss die Elektronik alle relevanten Werte ständig kontrollieren. Deshalb verwenden die Hersteller bei Lithium-Ionen-Akkus überwiegend komplexe, prozessorgesteuerte Ladeschaltungen. Diese sind speziell auf die verwendeten Akkus angepasst. Allerdings regelt die Lade- und Steuerelektronik des Akkus die elektrischen Parameter so aus, dass sie nur einen Kompromiss zwischen der Akkubelastung und der Laufdauer sowie der Leistungsfähigkeit des Gerätes bilden.

Die Kommunikation zwischen einem Akkupack und einem Notebook erfolgt über den standardisierten System Management Bus (SMBus). Zusätzlich steuern und zeigen spezielle Akku-Tools, die auf dem Notebook installiert werden können, die unterschiedlichen Stromsparoptionen und die elektrischen Parameter und Akkukenndaten. In Handys und PDAs sind die Lade- und Steuerelektronik nicht so komplex aufgebaut, da die Akkus nicht so extrem belastet werden.

Qualität und Herstellung

Wer glaubt, alle Lithium-Ionen-Akkus hätten den gleichen Aufbau und eine identische chemische Zusammensetzung, der irrt. Jeder Hersteller von Akkus verfügt über eigene, geheime Rezepturen und mechanische Konstruktionen für die Energiezellen. Den prinzipiellen Aufbau von Lithium-Ionen-Akkus finden Sie in unserem Artikel: Aktuelle und zukünftige Akku-Technologien.

Vorsicht: Welche chemischen Prozesse in einem Lithium-Ionen-Akku ablaufen, kann der Käufer nur erahnen. Der Aufdruck rät zum sorgsamen Umgang.
Vorsicht: Welche chemischen Prozesse in einem Lithium-Ionen-Akku ablaufen, kann der Käufer nur erahnen. Der Aufdruck rät zum sorgsamen Umgang.

Je hochwertiger die chemischen Substanzen und der mechanische Aufbau, desto geringer sind zum Beispiel Leckströme, der Innenwiderstand des Akkus oder chemisch irreversible Reaktionen innerhalb der Akkuzelle. Diese verkürzen die Lebensdauer und verringern die Gesamtkapazität der Energiequelle trotz sorgfältiger Akkupflege noch schneller. Allerdings ist es dem Anwender nicht ersichtlich, wie die Qualität einzelner Akkus zu bewerten ist, denn exakte Angaben fehlen.

Etikettenschwindel: Nur bei neuwertigen Akkus wird die angegebene Gesamtkapazität erreicht. Durch Alterungsprozesse während des Betriebs sowie Lagerung verringert sich die Akkuleistung ständig. Ein Datum, wann der Akkupack hergestellt wurde, fehlt.
Etikettenschwindel: Nur bei neuwertigen Akkus wird die angegebene Gesamtkapazität erreicht. Durch Alterungsprozesse während des Betriebs sowie Lagerung verringert sich die Akkuleistung ständig. Ein Datum, wann der Akkupack hergestellt wurde, fehlt.

Da ein Lithium-Ionen-Akku ein chemisches Reaktionselement darstellt, ist es auch einer natürlichen Alterung unterworfen. Um Rückschlüsse auf die Lebensdauer beziehungsweise Haltbarkeit der Akkuzellen zu ziehen, wäre eine Angabe des Herstellungsdatums unerlässlich. Doch viele Hersteller verzichten darauf - zum Nachteil des Käufers.

Neu: Herstellerangaben in der Kritik: Herstellungsdatum und Hersteller

tecCHANNEL konfrontierte die Notebook-Hersteller mit der Frage: Weshalb fehlt ein Herstellungsdatum auf Akkupacks als ein wichtiger Lebensdauer-Parameter? Auch die Angabe des Akkuherstellers wäre hinsichtlich einer Qualitätsbeurteilung hilfreich.

Zu dieser Frage äußerte sich Dell wie folgt: "Dies trifft bei Dell nicht zu. Durch das einzigartige Geschäftsmodell von Dell und der Fertigung nach Kundenwunsch ist sichergestellt, dass der Akku kaum älter ist als das Notebook selbst. Im Durchschnitt bewegt sich dieser Zeitraum zwischen ein und drei Monaten. Man könnte somit das Kaufdatum mit dem Herstellungsdatum gleichsetzen. Interessant in diesem Zusammenhang ist das Dell-Akku-Tool Quickset. Dieses beinhaltet einen Health Check. Wenn Quickset den Akku als "bald ersetzen" meldet, hat dieser noch 80 Prozent seiner Restkapazität. Je nach Art und Weise, wie das Notebook eingesetzt wird, hält dieser Akku noch mehrere Monate."

Der Vertreter von Fujitsu-Siemens erklärte: "Hersteller und Herstellungsdatum sind kodiert vermerkt, für Endkunden sind diese verschlüsselt. Fujitsu Siemens Computers stellt durch optimiertes "Supply Chain Management" sicher, dass Akkus schnellstmöglich nach Anlieferung verbaut werden."

Der Notebook-Experte von Lenovo stellte klar: "Bei den ThinkPad-Notebooks von Lenovo kann sich der Anwender das Herstellungsdatum und den Hersteller über die Applikationen "Power Manager" oder "Battery Maximiser" anzeigen lassen."

Dirk Lohmann von Toshiba Deutschland meint zu dieser Thematik: "Sämtliche von Toshiba vertriebenen Akkus besitzen eine eindeutige Seriennummer. Über diese Seriennummer steuert Toshiba die Lagerzeiten der produzierten Akkus. Darüber hinaus bietet Toshiba seinen Anwendern eine überdurchschnittlich lange Garantiezeit von zwölf Monaten. Ein Risiko für den Kunden besteht daher unserer Meinung nach für von Toshiba neu erworbene Akkus nicht."

Fazit: Keiner der befragten Hersteller druckt das Herstellungsdatum oder den Hersteller der Akkuzellen auf den Akku-Pack auf. Somit fehlen dem Käufer beim Erwerb des Akkus wichtige Informationen zur Haltbarkeit und Qualitätsbeurteilung. Mit kodierten Vermerken behilft sich Fujitsu Siemens. Dell und Toshiba steuern entsprechend ihre Lagerzeiten. Aber was hilft das dem Kunden? Gar nichts! Er kann die Kodierung beim Kauf nicht entschlüsseln. Und wie lange die Akkus von Dell und Toshiba schon eingelagert sind, weiß er auch nicht. Dagegen hat der Kunde bei Lenovo-Akkus wenigstens die Möglichkeit, sich alle wichtigen Akkuparameter über die mitgelieferten Notebook-Tools "Power Manager" oder "Battery Maximiser" anzeigen zu lassen.

Neu: Stellungnahmen der Notebook-Hersteller zu Miniladezyklen

Wir befragten die Notebook-Hersteller zur Problematik von Miniladezyklen wie folgt: Welchen Einfluss (prozentuale Abweichung) haben ständige kurze Entlade- und Ladezyklen (Beispiel: Dockingstation) auf die "angegebene" Anzahl der Gesamtladezyklen des Akkus? Sind diese mit einem vollständigen Laden und Entladen des Akkus gleichzusetzen?

Die Notebook-Abteilung von Dell erwidert zu diesem Punkt: "Die prozentuale Abweichung ist in erster Linie vom Verwendungszweck abhängig. Eine Zahl aus dem Labor ist diesbezüglich nicht aussagekräftig. Generell sollte ein Akku unter fünf Prozent und über 80 Prozent von der Ladeelektronik anders behandelt werden (geringerer Ladestrom) als zwischen diesen beiden Eckdaten. Das bedeutet bezogen auf Dell-Latitude-Notebooks in der Praxis: Dockt man ein noch zu 48 Prozent geladenes Notebook ein, wird mit einem hohen Ladestrom bis zu 80 Prozent Kapazität geladen. Die restlichen 20 Prozent kommen mit einem wesentlich geringeren Ladestrom aus. Ist der Akku voll, findet keine weitere Ladung mehr statt. Die Akkuelektronik führt lediglich je nach Bedarf eine Prüfung der Kapazität durch. Fällt das Gerät unterhalb 95 Prozent, wird wiederum ein sanfter Ladestrom angewandt. Dies passiert jedoch in extrem seltenen Fällen - wenn zum Beispiel ein System mehrwöchig unbenutzt in der Docking-Station eingesetzt ist. Grund hierfür ist die Selbstentladung. Grob ausgedrückt bedeutet das: Ein Akku verliert zirka 25 Prozent seiner Kapazität innerhalb eines Jahres. Allerdings dauert es sehr lange, bis ein Notebook wieder auf Grund von Selbstentladung "nachgeladen" werden muss."

Der Experte von Fujitsu-Siemens erklärt: "Ständiges Aufladen eines nur zu einem geringen Teil entladenen Akkus schadet der Gesamtlebensdauer eines Akkus. Daher sollte der Anwender im Einzelfall prüfen, ob es für ihn Sinn macht, den Akku aus dem Notebook herauszunehmen, wenn das Notebook über längere Zeiträume hinweg ausschließlich mit stationärer Stromversorgung betrieben wird."

Dazu meint der Lenovo-Sprecher: "Sollte ein normaler Akku beispielsweise 20 Mal von einer Kapazität von 95 auf 100 Prozent aufgeladen werden, nimmt seine Kapazität fast im gleichen Umfang ab, wie wenn der Akku einmal von 0 auf 100 Prozent aufgeladen wird. Grund: Der Ladeumfang ist der gleiche (5 Prozent x 20 = 100 Prozent). Die ThinkPad-Notebooks von Lenovo haben jedoch einen Mechanismus, der solche "Mini-Ladezyklen" verhindert, um die Lebensdauer der Akkuzelle zu verlängern." Wie dieser Mechanismus arbeitet, wollte Lenovo gegenüber tecCHANNEL nicht preisgeben.

Die Problematik der Miniladezyklen erläutert Toshiba so: "Sowohl die Theorie- als auch die Praxiswerte bei Toshiba-Notebooks zeigen, dass eine teilweise Entladung und ein anschließendes vollständiges Laden auch nur anteilig angerechnet werden müssen. So entspricht zum Beispiel das Laden von 3 x 30 Prozent eines Akkus in etwa einem Ladezyklus."

Fazit: In punkto Miniladezyklen bezieht Fujitsu Siemens eine deutliche Position: Ständige kurze Entlade- und Ladezyklen schaden dem Akku. Dagegen verharmlosen Toshiba und Lenovo diese Problematik, indem sie die kurzen Lade- und Entladeprozesse prozentual einem kompletten Ladezyklus gleichsetzen. Allerdings besitzen die ThinkPad-Notebooks von Lenovo einen Mechanismus, der solche Miniladezyklen verhindert. Aber warum - wenn diese prozentual nur wie ein "normaler Lade- und Entladezyklus" zu behandeln sind? Die Antwort von Lenovo: "…um die Lebensdauer der Akkuzelle zu verlängern." Dell weicht unserer Fragestellung aus und meint, dass der prozentuale Einfluss von Miniladezyklen auf die Lebensdauer anwendungsabhängig ist und entsprechende Laborwerte nicht aussagekräftig sind. Bleibt als Resümee, dass das Gros der befragten Hersteller ständige kurze Auf- und Entladungen der Akkus als negativ betrachtet und die Akkulebensdauer darunter leidet.

Update: Akku-Tools

Nahezu alle Notebook-Akkus verfügen über einen speziellen Lade-Controller, der über den standardisierten SMBus mit dem Notebook kommuniziert. Der Controller ist in der Lage, alle relevanten Informationen über den Zustand des Akkus zu sammeln und in bestimmten Registern zu speichern. Doch nicht alle Hersteller nutzen diese Möglichkeiten, um den Verbraucher über den aktuellen Zustand des Energiespenders zu informieren und somit für eine bessere Transparenz in punkto Akkulaufzeit- und lebensdauer zu sorgen.

Vorbildlich: In Notebooks von IBM enthüllt das mitgelieferte Tool "Power Manager" dem Anwender alle relevanten Daten und Parameter des eingesetzten Akkus. Zusätzlich erlaubt es eine individuelle Anpassung der Akkubelastung an die unterschiedlichen Bedürfnisse des Notebook-Nutzers.
Vorbildlich: In Notebooks von IBM enthüllt das mitgelieferte Tool "Power Manager" dem Anwender alle relevanten Daten und Parameter des eingesetzten Akkus. Zusätzlich erlaubt es eine individuelle Anpassung der Akkubelastung an die unterschiedlichen Bedürfnisse des Notebook-Nutzers.

In Bezug auf Akku-Informationen präsentieren sich zum Beispiel die Notebooks von IBM/Lenovo vorbildlich Das herstellerspezifische Programm "Battery MaxiMiser" und "Power Manger" listet alle nötigen elektrischen Parameter und weitere wichtige Akkudaten übersichtlich auf. Neben dem Herstellungsdatum zeigt das Tool auch den Zeitpunkt des ersten Einsatzes sowie die Temperatur des Akkus und seine Ladezyklen an. Zusätzlich gibt der Hersteller die Designkapazität und die Rest- inklusive der aktuellen Ladekapazität an. Mit Hilfe dieser Daten kann der Anwender jederzeit abschätzen, in welchem Zustand sich sein Akku befindet und wann ein Akkuneukauf nötig ist.

Nützliches Tool: Der BatteryMon von PassMark Software enthüllt alle relevanten Parameter des Akkus, wenn diese von den Herstellern in den entsprechenden Registern der Akkuelektronik hinterlegt wurden. Das Bild zeigt, dass wichtige Angaben wie die Anzahl der Ladezyklen oder das Produktionsdatum beim Notebook-Akku unseres Testkandidaten Dell Latitude D600 fehlen.
Nützliches Tool: Der BatteryMon von PassMark Software enthüllt alle relevanten Parameter des Akkus, wenn diese von den Herstellern in den entsprechenden Registern der Akkuelektronik hinterlegt wurden. Das Bild zeigt, dass wichtige Angaben wie die Anzahl der Ladezyklen oder das Produktionsdatum beim Notebook-Akku unseres Testkandidaten Dell Latitude D600 fehlen.

Notebooks wie etwa von Dell, Fujitsu Siemens, Samsung oder Toshiba besitzen keine eigenen expliziten Akku-Informations-Tools. Sie beschränken sich auf die Standardinformationen des Betriebssystems. Diesen Missstand nutzt der Software-Hersteller PassMark mit dem Akku-Tool BatteryMon. Dieses kommerzielle Programm kostet 24 US-Dollar und liest die Daten aus dem Akku-Controller über den SMBus aus und zeigt sie übersichtlich an. Allerdings fehlen in der Regel wichtige Informationen der Notebook-Hersteller wie Herstellungsdatum, Anzahl der Ladezyklen oder Batterietemperaturen.

Update: Garantiezeiten von Notebook-Akkus

Die Akkus in Notebooks zählen zu den Verschleißteilen. Bei nicht sachgemäßer Handhabung können sie Schaden erleiden und in ihrer Lauf- und Lebensdauer deutlich beeinträchtigt werden. Aus diesem Grund gewähren nahezu alle Notebook-Hersteller für die Akkus nicht die gleiche Garantiedauer wie für die Geräte selbst. Außerdem haben die Notebook-Hersteller unterschiedliche Richtlinien dafür, ab wann ein Akku als Garantiefall gilt. Wir befragten die Hersteller, wie lange Sie auf Akkus eine Garantie geben und wann ein Akku bei korrekter Handhabung nach ihren Richtlinien als Garantiefall gilt.

Der Dell-Repräsentant äußerte sich folgendermaßen: "Dell-Latitude-Akkus haben generell zwölf Monate Gewährleistung. Eine Diagnose des Akkus ist einfach, da das Tool Dell Quickset und auch der Akku selbst den Akkuzustand preisgeben, zum Beispiel über die LEDs am Akku. So werden defekte Zellen angezeigt und ein defekter Akku innerhalb des Service-Vertrags kostenfrei ersetzt."

Hierzu sagte der Sprecher von Fujitsu Siemens Computers: "Grundsätzlich geben wir auf Akkus sechs Monate Garantie. Als Kriterium für den Garantieaustausch sehen wir einen Kapazitätsabfall unter 75 Prozent an oder eine Verringerung der Laufzeit unter 75 Prozent - unter definierten Bedingungen. Im Zeitraum von sechs bis zwölf Monaten werden noch Einzelfälle akzeptiert, zum Beispiel bei plötzlichen Totalausfällen."

Lenovo antwortete uns, dass die Garantiezeit der Akkus für alle Notebooks ein Jahr betrage. Welche Richtlinien für einen Garantiefall gelten, hat uns der Hersteller nicht mitgeteilt.

Der Senior Manager Dirk Lohmann erklärte die Garantierichtlinien bei Toshiba folgendermaßen: "Toshiba gewährt auf seine Akkus zwölf Monate Garantie. Es gibt keine Unterschiede zwischen Consumer- und Business-Produkten. Ein Akku ist defekt, wenn er sich entweder gar nicht mehr auflädt oder nicht mehr auf mindestens 50 Prozent seiner ursprünglichen Kapazität laden lässt. Zu beachten ist, dass die Ladekapazität nicht identisch mit der Laufzeit des Notebooks ist. Diese ist wesentlich von der aktuellen Nutzung des Notebooks - beispielsweise DVD-Wiedergabe oder Prozessor-Taktrate - abhängig."

In der folgenden Tabelle finden Sie eine Übersicht über namhafte Notebook-Hersteller und ihre Garantiezeiten:

Garantiezeiten im Überblick

Notebook-Hersteller

Notebook-Garantie

Akkugarantie

Acer

24 Monate / TravelMate 8100, Aspire 9500

6 Monate

Dell

36 Monate / Precision M70, 12 Monate Inspiron XPS M170

12 Monate

Fujitsu Siemens

36 Monate / Lifebook S;

24 Monate / Amilo M

6 Monate

HP

36 Monate / nc6220, 24 Monate / Pavilion zd8231 EA

6 Monate

Lenovo/IBM

36 Monate, alle Notebooks

12 Monate

Samsung

24 Monate, alle Notebooks

6 Monate

Sony

24 Monate, alle Notebooks

12 Monate

Toshiba

36 Monate / Tecra M-Series, 12 Monate / Satellite

12 Monate

Fazit: Achten Sie genau auf die Garantiezeiten der Notebook-Akkus, um unliebsame Überraschungen zu vermeiden. Prüfen Sie darüber hinaus die Richtlinien der einzelnen Hersteller für einen Garantiefall. Sie können von Hersteller zu Hersteller variieren, wie unsere Befragung offenbart.

Neu: Test: Temperaturentwicklung in Notebook-Akkus

Um die Temperaturentwicklung von Notebook-Akkus genau zu erfassen, benutzen wir den mehrkanaligen Daten-Logger 34970A von Hewlett-Packard. Dieser erfasst über hochpräzise Oberflächensensoren der Kategorie T (Cu-CuNi) die Temperaturen auf dem Gehäuse der Akkus. Spezielle Ausgleichsleitungen zwischen Messgerät und Sensoren verhindern unerwünschte Abweichungen der Messwerte.

Hochpräzises Labor-Equipment: Mit modernsten Laborgeräten wird die Temperatur der Akkus im laufenden Betrieb erfasst und aufgezeichnet. Dazu werden spezielle Temperatursensoren auf die Akku-Packs aufgeklebt.
Hochpräzises Labor-Equipment: Mit modernsten Laborgeräten wird die Temperatur der Akkus im laufenden Betrieb erfasst und aufgezeichnet. Dazu werden spezielle Temperatursensoren auf die Akku-Packs aufgeklebt.

Für Temperaturrichtwerte, die aufzeigen, wie stark sich ein Notebook-Akku im Betrieb erwärmt, haben wir die drei Geräte Lenovo ThinkPad Z60m, Toshiba Tecra S3 und Dell Latitude D600 näher untersucht. Dabei mussten die Notebooks im Akkubetrieb unseren Belastungstest tecMark ausführen und parallel eine DVD abspielen. Dieses Szenario entspricht dem "Worst Case" in punkto Akkubelastung. Wir statten die Akkupacks mit drei hochempfindlichen Temperatursensoren aus. Zusätzlich erfassten wir zu Kontrollzwecken die Werte des heißesten Hotspots auf der Unterseite des Notebooks und die Umgebungstemperatur.

Die folgenden Diagramme zeigen die Temperaturverläufe von Notebooks bei Akkubetrieb: Die rote Kurve gibt den Temperaturverlauf eines Hotspots auf der Unterseite des Notebooks an. Der gelbe, blaue und türkisfarbene Linienzug repräsentieren die Temperaturwerte auf der Oberfläche des Akku-Packs. Die grüne Kurve steht für die gemessene Umgebungstemperatur. Der Referenzpunkt liegt bei 40 Grad Celsius. Die Aufteilung der Y-Achse beträgt zehn Grad Celsius pro Einheit.

Lenovo ThinkPad Z60m: Der Testkandidat erhitzt seine Energiespender auf zirka 48 Grad Celsius. Dabei wird die Unterseite des Notebooks nahezu 56 Grad Celsius heiß.
Lenovo ThinkPad Z60m: Der Testkandidat erhitzt seine Energiespender auf zirka 48 Grad Celsius. Dabei wird die Unterseite des Notebooks nahezu 56 Grad Celsius heiß.
Toshiba Tecra S3: Der Proband von Toshiba erwärmt die Energiezellen auf etwa 44 Grad Celsius.
Toshiba Tecra S3: Der Proband von Toshiba erwärmt die Energiezellen auf etwa 44 Grad Celsius.
Dell Latitude D600: Das Notebook erreicht unter Last eine Akkutemperatur von etwa 42 Grad Celsius.
Dell Latitude D600: Das Notebook erreicht unter Last eine Akkutemperatur von etwa 42 Grad Celsius.

Die Auswertung der Messergebnisse ergibt, dass alle von uns untersuchten Notebook-Akkus die Idealtemperatur von 40 Grad Celsius im Batteriebetrieb überschreiten. Die Temperaturen liegen dabei zwischen 42 Grad Celsius beim Dell Latitude D600 und 48 Grad Celsius beim Lenovo ThinkPad Z60m. Allerdings dürften die Temperaturen im Inneren der Akku-Packs bedingt durch die vielen Temperaturübergänge der verschiedenen Materialien noch wesentlich höher liegen - etwa um drei bis fünf Grad Celsius. Dies belegt auch das Akku-Tool "Power Manager" des Lenovo-Notebooks, das bei unseren Messungen eine Akkutemperatur von 51 Grad Celsius anzeigte.

Temperaturmesswerte verschiedner Notebook-Akkus

Notebook

Akkutemperatur außen (°C)

Notebook-Hotspot (°C)

Umgebungstemperatur (°C)

Dell Latitude D600

42

46

25

IBM ThinkPad Z60m

48

55

25

Toshiba Tecra S3

44

42

26

Neu: Herstelleraussagen zur Temperaturproblematik

Bezüglich der Temperaturentwicklung in Notebook-Akkus, die wir in diesem Artikel detailliert erläutern, haben wir namhafte Hersteller um eine offizielle Aussage gebeten. Hier die Antworten auf unsere Fragen: Die Normtemperaturwerte für Akkus von 20 bis 40 Grad Celsius werden in einem Notebook nahezu immer überschritten. Welchen Einfluss hat die, bei "normalem" Betrieb des Notebooks (zum Beispiel DVD-Wiedergabe), entstehende Temperatur (größer 50 Grad Celsius, auf die "angegebene" Laufdauer und Lebensdauer der Akku-Packs?

Christoph Kaub, Produktmanager Latitude-Notebooks, Dell: "Latitude-Notebooks werden als "Ganzes" zertifiziert und getestet. So sieht die Zertifizierung je nach Modell und Konfiguration eine Lagerungs- und Betriebstemperatur zwischen -15 und +65 Grad Celsius vor. Je nach Akkutyp gibt es eine Lebensdauer von 300 bis 500 Ladezyklen (anteilig auf einen kompletten Ladezyklus zu verstehen). Eine explizite Betrachtung, welche Auswirkungen unterschiedliche Umgebungstemperaturen haben, werden dabei nicht vorgenommen."

Fujitsu Siemens Computers: "Die Lauf- und Lebensdauer eines Akkus kann je nach Systemtemperatur und Umgebungstemperatur variieren. So haben zum Beispiel Akkus in Afrika eine niedrigere Lebensdauer als in Norwegen. Fujitsu Siemens Computers achtet beim Design der Notebooks darauf, dass die Akkus nicht beziehungsweise möglichst wenig vom System erwärmt werden. Ein gewisser Temperaturanstieg wird sich aber schon alleine deshalb nicht vermeiden lassen, da die Akkus sich beim Entladen auch selbst erwärmen."

Lenovo: "Bei Temperaturen über 20 Grad Celsius liegen die Kapazitätsunterschiede nicht in einem relevanten Bereich. Und so gibt es bei Temperaturen zwischen 40 und 60 Grad Celsius fast keine Kapazitätsunterschiede. Sollte die Temperatur zu niedrig sein, zirka um die null Grad Celsius, fällt die Kapazität um einige Prozentpunkte. Somit hat die bei "normalem" Betrieb des Notebooks, wie zum Beispiel DVD-Wiedergabe, entstehende Temperatur keinen entscheidenden Einfluss auf die "angegebene" Laufdauer und Lebensdauer der Akkupacks."

Dirk Lohmann, Senior Manager Service und Support, Toshiba Deutschland: "Die technologischen Beschreibungen in Ihrem Artikel können wir bestätigen. Toshiba hat beim Design seiner Notebooks diese Rahmenbedingungen berücksichtigt. Daher können wir nicht bestätigen, dass die Normtemperaturwerte für Akkus bei Toshiba-Notebooks überschritten werden, solange sie bei Zimmertemperatur betrieben werden. Daher sehen wir es nicht als notwendig an, eine besondere Nutzungsempfehlung hinsichtlich reduzierter Lebensdauer der Akkus auf Grund von hohen Temperaturen im Normalbetrieb auszusprechen. Kritischer sehen wir jedoch den Punkt Lagerung, zum Beispiel im Auto. Hier kann sehr schnell durch Sonneneinstrahlung oder durch Lagerung unter null Grad im Kofferraum eine Schädigung des Akkus auftreten."

Fazit: Die meisten Hersteller spielen die problematische Auswirkung von hohen Temperaturen auf die Lauf- und Lebensdauer herunter. Dell und Lenovo sehen die negativen Einflüsse von hohen Temperaturen bis + 65/68 Grad Celsius auf die Lebensdauer als nicht gegeben an. Dagegen äußert Fujitsu Siemens, dass die Lauf- und Lebensdauer je nach System- und Umgebungstemperatur variieren. Toshiba gibt keine Nutzungsempfehlungen hinsichtlich Lebensdauereinbußen bei hohen Temperaturen an. Da im "Normalbetrieb" und Nutzung bei Zimmertemperatur die Rahmenbedingungen eingehalten werden. Die Firma gibt aber zu, dass zum Beispiel bei Sonneneinstrahlung oder Lagerung unter null Grad Celsius im Auto eine Schädigung des Akkus auftreten kann.

Neu: Rückrufaktionen von Notebook-Akkus

Notebook-Akkus sind potenziell gefährlich, denn es sind komplexe chemische Elemente, die bei unsachgemäßer Behandlung oder elektrischen Defekten sehr heiß werden und auch durchaus explodieren können. Um dieser Gefahr vorzubeugen, verfügen die Lithium-Ionen-Akkus in Notebooks über umfangreiche Schutzmaßnahmen. Diese überwachen je nach Akkutyp und Hersteller die Spannung, den Strom und die Temperatur.

Doch auch diese Schutzmaßnahmen können trotz Qualitätsprüfung der Notebook-Hersteller versagen. Dann müssen die Firmen in kostspieligen Rückrufaktionen die "defekten" Akkus ersetzen. tecCHANNEL hat die Notebook-Hersteller auf die Qualitätsproblematik von Akkus befragt. (Dell ließ diesen Punkt unbeantwortet.)

Der Fachmann von Fujitsu Siemens Computers äußerte sich wie folgt. "Wir stellen an unsere Akku-Lieferanten sehr hohe Anforderungen. Vor Einführung neuer Akkus, werden Qualität, Zuverlässigkeit und Leistung im Battery-Labor sorgfältig geprüft".

Der Lenovo-Spezialist antwortete: "Alle Akkus werden einer Qualitätskontrolle beim Hersteller unterzogen."

Der Toshiba-Repräsentant Dirk Lohmann, Senior Manager Service und Support, sagte zu diesem Thema: "Toshiba sichert seinen Anwendern eine konstant hohe Qualität seiner Akkus zu. Detaillierte Infos zum Design unserer Akkus werden nicht veröffentlicht."

Trotz des "hohen Qualitätsbewusstseins" der Notebook-Lieferanten sind Akku-Rückrufaktionen gar nicht so selten, wie die folgende Aufstellung der tecCHANNEL-News belegt.

Dell ruft Notebook-Akkus zurück vom 16.12.2005

HP ruft Notebook-Akkus zurück vom 14.10.2005

Gericom ruft gefährliche Akkus zurück vom 08.07.2005

Fujitsu Siemens ruft Notebook-Akkus zurück vom 15.06.2005

Apple ruft 28.000 PowerBook-Akkus zurück vom 20.08.2004

Alle Notebook-Hersteller gaben als Ursache für die Rückrufaktionen eine mögliche Überhitzung der Energiespender an. Eine Brand- oder Explosionsgefahr sei dadurch nicht ausgeschlossen.

Update: Fazit

Die Lithium-Ionen-Akkutechnologie ist als Energielieferant für Notebooks, Handys und PDAs zurzeit die beste Wahl. Allerdings ist gerade der Einsatz dieser Akkus in den mobilen Helfern in Bezug auf Lauf- und Lebensdauer problematisch. Denn die elektrochemischen Elemente unterliegen ab dem ersten Tag der Fertigung bereits natürlichen Alterungseinflüssen, die durch den Betrieb etwa in sehr heiß werdenden Notebooks noch erhöht werden. So sinkt die elektrische Gesamtkapazität des Akkus ständig. Die Lebensdauer kann je nach Akkupflege zwischen einem halben und drei Jahren variieren.

Den Hauptanteil an dem vorzeitigen Versagen der Lithium-Ionen-Akkus bei den mobilen Geräten trägt die Temperatur. Hierauf sollte der Anwender das besondere Augenmerk richten und durch geeignete zusätzliche Kühlmaßnahmen und zweckmäßigen Betrieb vorbeugen. Die Notebook-Hersteller wissen um die negativen Einflüsse von extremen Temperaturen auf die Akkulauf und -Lebensdauer. Allerdings spielen sie diese Tatsache herunter, da solche Temperaturen im "Normalbetrieb" nie erreicht werden. Rückrufaktionen wegen überhitzter Akkus und unsere Messungen belegen, dass die Notebook-Akkus durchaus sehr hohe Temperaturen erreichen können.

Den Herstellern mobiler Geräte, die ihren Produkten geeignete Akkupacks beilegen, ist die Akkuproblematik durchaus bewusst - wie die Aussagen der Notebook-Hersteller belegen. Sie gewähren auf die Energiezellen selten mehr als sechs bis zwölf Monate Garantie. Zusätzlich geben sie nur rudimentäre Produktinformationen und Pflegehinweise für den schonenden Umgang mit dem empfindlichen Energieversorger. Warum auch? Der Ersatzakku ist sehr teuer und deshalb ein gutes Zusatzgeschäft. So geben Dell und Toshiba überhaupt kein Herstellungsdatum für die Notebook-Akkus an. Bei Fujitsu Siemens sind diese Daten nur kodiert in der Seriennummer versteckt. IBM lässt diese Angaben zwar auf den Akku-Packs vermissen, allerdings offenbart das mitgelieferte Akku-Tool alle relevanten Informationen.

Zusätzlich sollte dem Käufer eines Lithium-Akkus, egal ob für ein Notebook, Handy oder einen PDA, bewusst sein: Eine vom Hersteller angegebene Laufdauer eines Geräts ist ein Idealwert und unter optimalen Bedingungen mit neuen Akkus ermittelt. Bereits nach kurzer Betriebszeit ist diese Laufdauerangabe durch Alterungsprozesse im Akku nicht mehr erreichbar und nie wieder mit der gleichen Energiequelle möglich. Zusätzlich belasten ständiges Auf- und Entladen so genannter "Miniladezyklen" die Lauf- und Lebensdauer von Akkus. Angesprochen auf diese Thematik, äußern sich die Notebook-Hersteller unklar. Fujitsu Siemens spricht deutlich aus, dass Miniladezyklen die Gesamtlebensdauer der Akkus negativ beeinflussen. Dagegen stellen Lenovo und Toshiba klar, dass diese sich nur anteilig auf die Gesamtladezyklenzahl auswirken. Letztlich hängt es vom Anwender ab, die Lauf- und Lebensdauer des Akkus durch einen sorgsamen Umgang deutlich zu verlängern und somit einen kostspieligen Neukauf hinauszuzögern. (hal)

In unserem Forum haben Sie die Gelegenheit uns Ihre Erfahrungen mit Lithium-Ionen-Akkus zu schildern. Teilen Sie uns Ihre Erkenntnisse in punkto Lauf- und Lebensdauer Ihrer Akkuzellen mit. Welche besonderen Maßnahmen ergreifen Sie, um die Akkulaufzeit in ihrem mobilen Gerät zu optimieren? Oder haben Sie schon mal Akkus von Drittanbietern ausprobiert und waren sie mit diesen zufrieden? Auch Kritik und Anregungen rund um das Thema Akku können Sie in unserem Forum posten. (hal)