Warum die Akku-Anzeige von Smartphones lügt -- und warum das gut ist

Smartphones zeigen manchmal einen falschen Akkustand an. Das ist jedoch kein Grund zur Beunruhigung, sondern von den Herstellern so gewollt. Grund: Heutige Akkus werden aus Gründen der Langlebigkeit nicht mehr vollständig geladen, Handynutzer möchten jedoch das Gefühl haben, dass ihr Akku voll ist. Eine Untersuchung von Byron G.

Man wacht auf, zieht das voll geladene Handy von der Strippe und wirft einen schnellen Blick in die E-Mails. Über die Nacht wurde das Smartphone geladen und die Ladestandanzeige zeigt 100%. Nach einer schnellen Dusche will man einem Kunden eine wichtige Datei schicken, die man am Abend zuvor vergessen hat. Man betrachtet das Telefon und stellt fest, dass der Akku bereits auf 90% herunter ist. Ein Akkuverlust von 10% in 10 Minuten? Das Telefon muss defekt sein!

Eine gängiger Kritikpunkt an heutigen Smartphones ist ihre kurze Akkulaufzeit gegenüber älteren Handys. Vor einigen Jahren war es durchaus möglich, dass man nach einem einwöchigen Urlaub noch mit Rest-Akkulaufzeit heimkam, wenn man das Ladegerät vergessen hatte (Ist mir mehrmals passiert). Bei den neuesten Telefonen auf dem Markt kann man hingegen von Glück reden, wenn man ein Wochenende ohne neuerliches Aufladen zurandekommt.

Im Grunde ist das auch verständlich. Seinerzeit hatten Handys eine überschaubare Liste an Funktionen: Anrufen und angerufen werden. Heute nutzt man die Geräte für E-Mail, Surfen im Netz, GPS-Navigation, Fotos, Videospiele und eine Menge andere Dinge. Früher hatten Handys winzige Displays, heute besitzen sie gigantische Touchscreens mit hellen und satten Farben. All diese Funktionen haben ihren Preis: Einen relativ hohen Energieverbrauch.

Interessanterweise liegen Verbesserungen im Akkulade-Management der Problemwahrnehmung des Durchschnittsnutzers zugrunde. Alte Handys legten ein ziemlich unelegantes Ladeverhalten an den Tag: In der Regel luden Sie den Akku bis an die obere Kapazitätsgrenze auf und wechselten dann in den Modus „Erhaltungsladung“, um die höchstmögliche Akkuladung sicherzustellen. Auf diese Weise hatte man zwar kurzfristig immer die bestmögliche Akkuladung, schadete jedoch dem Akku auf lange Sicht. Die Website Battery University setzt uns das genauer auseinander:

Der Zeitraum, in dem ein Akku bei voller Ladung verbleibt sollte so kurz wie nur möglich gehalten werden. Andauernde hohe Spannung verursacht Korrosion, insbesondere bei erhöhten Temperaturen.

Und das ist auch der Grund, warum viele moderne Handys bis zu 10% ihrer Ladung innerhalb weniger Minuten „verlieren“, nachdem sie vom Ladegerät abgestöpselt werden. In Wahrheit war der Akku vorher nur für einen kurzen Moment zu 100% geladen. Danach sorgte das Akkumanagement dafür, dass sich das Gerät wieder auf einen Stand von etwa 90% entlädt. Dass das Gerät über Nacht geladen wurde, hat darauf keinen Einfluss: Die Steckdose wird lediglich dazu verwendet, einen teilweisen Ladestand zu halten.

Um das genauer zu untersuchen, habe ich CurrentWidget auf meinem HTC Droid Incredible installiert. Diese App protokolliert, wie viel Elektrizität vom Akku gezogen oder vom Ladegerät empfangen wird. Ich habe die App so eingestellt, dass sie alle 10 Sekunden Protokolldaten aufzeichnet und auf diese Weise Daten von einigen Tagen gesammelt. Natürlich besteht Abhängigkeit von verschiedene Faktoren (Geräte-Hardware, Firmware, Kernel, usw.), aber die Trends, die ich hier beschreibe, treffen auf immer mehr aktuelle Handys zu und sind nicht auf einen Gerätetyp oder einen Hersteller beschränkt.

Grafik 1 zeigt den Akkustand im Verlauf einer Nacht, wie er vom System gemeldet wird (orange Punkte), wenn das Ladegerät angeschlossen ist. Erkennbar ist, dass Ladestrom (grüne Punkte) schrittweise abnimmt, je näher die Ladung dem Wert von 100% kommt. Nachdem der Akku komplett geladen wurde, wird das Ladegerät komplett „abgestellt“ und das Handy stellt vollständig auf Akkuversorgung um. Erst etwa 2 Stunden später erhält das System wieder neuen Strom vom Ladegerät und auch dann nur in kurzen Stößen.

Der steile Abfall in der angezeigten Akkuladung nach der Marke 6,5 Stunden zeigt das Telefon, nachdem das Ladegerät abgestöpselt wurde. An diesem Punkt steigt zwar der Stromverbrauch, da das Gerät in Benutzung ist, das erklärt aber nicht den Verlust von 6% Akkuleistung innerhalb von 3 Minuten. Genauso ist es unmöglich, dass das Gerät vorher 100% Ladung behielt während der langen Phasen, in denen es ausschließlich vom Akku Strom erhält.

Mithilfe der Daten von CurrentWidget ist es allerdings recht einfach, den tatsächlichen Akkustand festzustellen. Nimmt man an, dass das erste Ablesen des Akkustands genau ist, wird jeder nachfolgende Punkt auf Basis des Verbrauchs in mA und der abgelaufenen Zeit berechnet. Grafik 2 stellt diese Projektion dar.

Jetzt ist erkennbar, dass der Abfall von 6% in der Akkuladung lediglich eines ist: Der Versuch der Akkuanzeige, die Realität einzuholen.

Halten wir also fest, Telefonhersteller haben im Grunde drei Möglichkeiten:

1. Einen älteres Akkumanagement zu verwenden, welcher einen vollen Akku nach dem Laden garantiert, aber mittelfristig die Lebenszeit des Akkus verringert
2. Neueres Akkumanagement zu verwenden und den Akkustand genau anzeigen zu lassen
3. Neueres Akkumanagement zu verwenden und bei dem angezeigten Akkustand zu „flunkern“

Option 1 fällt aus naheliegenden Gründen weg, da die Lebensdauer der Geräte so verringert wird. Option 2 wäre zwar ehrlich, würde aber zu vielen Beschwerden führen. Mal ehrlich: Wer will schon sehen, dass der Akkustand des eigenen Handys absinkt, während es an das Ladekabel angesteckt ist? Option 3 bietet einen etwas merkwürdigen, aber gangbaren Kompromiss. Die Handyhersteller gehen davon aus, dass sich die Handy-Nutzer mit weniger Sorgen über einen schnellen Verlust an Akkukapazität nach dem Laden machen als über ein „defektes“ Ladegerät, das ihr Telefon nicht auf 100% Kapazität hält, wenn es eingesteckt ist.

Bumpen oder Nichtbumpen? -- Das ist hier die Frage!

Eine populär gewordene Technik in der Community nennt sich „Bump Charging“ (Sinngemäß etwa: „Sprunghaftes Laden“. Ein Gerät per Bump Charging aufzuladen, bedeutet: Das Gerät komplett ausschalten und es an ein Ladegerät anschließen, nun warten, bis das Handy voll aufgeladen ist, aber dann das Gerät noch nicht wieder einschalten. Stattdessen muss man das Kabel herausziehen und sofort wieder ins Handy stecken. Somit kann das Gerät mehr Energie annehmen, bevor es den Status „voll“ anzeigt. Dieser Vorgang kann mehrere Male wiederholt werden, jedes Mal wird dabei ein wenig mehr Ladung in den Akku „hineingequetscht“. Aber funktioniert das tatsächlich?

Die folgende Grafik zeigt die Akkuentleerung, nachdem das Gerät einen sechsfachen „Bump Charge“-Zyklus mitgemacht hat und daraufhin eingeschaltet wurde, um Akkuleistung zu verbrauchen. Beachtenswert ist, dass das System selbst nach über einer Stunde keinen Verlust an Akkuleistung unter 100% meldet (orange Punkte). Erst dann scheint der Akkustand stetig abzunehmen. Erneut ist klar, dass die Batterieanzeige nicht die Realität abbildet: Wie kann sonst die Rate, in der die Akkuleistung abnimmt, immer stärker steigen, während der aktuell an den Messpunkten ermittelte Stromverbrauch nahezu konstant bleibt? Und warum bildet die hochgerechnete Akkuleistung nicht die gemeldete ab, wohl aber später exakt den An- und Abstieg?

Die Antwort liegt auf der Hand: Bump Charging funktioniert. Denn -- wenn wir die hochgerechneten Werte nicht am ersten Datenpunkt im Graphen, sondern an einem späteren Messwert ausrichten, passiert folgendes:

Wenn man die Daten anders ausrichtet, scheint es so, als dass Bump Charging die ursprüngliche Kapazität des Akkus um rund 15% erhöht. Dabei fällt ins Auge, dass die Kurven im Graphem nur dann auseinandergehen, wenn der Akku erneut bis 100% geladen wird. Genau wie bei den ersten beiden Graphen meldet das Telefon 100% Ladestand bis zu dem Moment, in dem das Ladekabel abgezogen wird. Ab diesem Zeitpunkt sank der Ladestand rapide, solange, bis er wieder mit unserer Hochrechnung korreliert.

Was bedeutet das alles?

Wer dringend die höchstmögliche Akkukapazität benötigt, muss die Bump Charge-Technik einsetzen. Derzeit experimentieren manche Nutzer mit „Fixes“, um die Problematik zu umgehen, bis jetzt habe ich aber noch nichts gesehen, was funktioniert. Man sollte sich beim Bump Chargen aber zurückhalten: Wenn man diese Technik wiederholt anwendet, besteht die Gefahr, dass der Akku geschädigt wird und schneller seine Kapazität verliert. Profi-Nutzern, die sich sowieso in ein paar Monaten einen neuen Akku anschaffen, wird das nichts ausmachen. Dem Durchschnittsnutzer, der sein Gerät einige Jahre verwenden möchte, würde ich Bump Charging jedoch nicht empfehlen. Wer seinen Akku sowieso nie auf 0% entlädt, benötigt diese Technik auch nicht.

Wer in der Lage ist, sein Gerät häufig an die Steckdose oder den USB-Port zu bringen, sollte genau das tun: Aufladen, wenn man nach Hause kommt, im Auto an den Zigarettenanzünder anschließen und per USB aufladen, wenn man ins Büro kommt. Warum? Die Battery University erklärt es so:

Mehrere teilweise Entladungen mit regelmäßigem Nachladen sind erheblich besser für Lithium-Ionen-Akkus als eine vollständige Ladung. Einen teilweise geladenen Lithium-Ionen-Akku neu zu laden schadet nicht, denn es gibt hier keinen Memory-Effekt.

Davon abgesehen ist der beste Ratschlag, den ich zu geben imstande bin: Nicht so sehr auf die Akkuanzeige achten, stattdessen das Smartphone einfach benutzen. Am besten ist es, das Smartphone immer dann aufzuladen, wenn man die Möglichkeit hat und sich nicht zu sehr auf die exakten Zahlen zu versteifen. Wenn die Akkulaufzeit nicht ausreicht, muss man sich eben einen Akku mit höherer Kapazität kaufen.

Dieser Artikel stammt von Byron G. Er erschien zuerst im XDA-Developers Forum und wurde auf phandroid.com neu veröffentlicht. Mit freundlicher Erlaubnis des Autors haben wir diesen aufschlussreichen Text ins Deutsche übersetzt. Herzlichen Dank für die Genehmigung.

Bild „Handyakku“: trekkyandy (cc)