Akku-Laufzeit-Rechner

So funktioniert der Akku-Laufzeit-Rechner

Der Akku-Laufzeit-Rechner rechnet aus Kapazität in mAh, Akkuspannung in Volt, Verbrauch des Geräts in Watt und dem Wirkungsgrad, wie lange der Akku hält: Erst werden mAh und Volt zu Wattstunden, dann wird der Wandlerverlust abgezogen und durch den Verbrauch geteilt. Das Ergebnis sind Stunden und Minuten, dazu die nutzbare Energie, die Zahl der Smartphone-Ladungen zu 12 Wh, die man aus dem Akku bekommt, und die Laufzeit bei halbem Verbrauch, für Powerbanks, Laptops, Kameras, E-Bikes und Camping-Batterien.

Merksatz: mAh allein sagen nichts, erst mal Spannung werden sie zu Energie, und 20.000 mAh bei 3,7 Volt sind 74 Wattstunden, nicht mehr als ein kleiner Laptop-Akku. Die Eselsbrücke: Wattstunden geteilt durch Watt gleich Stunden, und 15 Prozent gehen immer an den Wandler.

Drei Beispiele:

• Powerbank 20.000 mAh, 3,7 V, 10 W Verbrauch, 80 % Wirkungsgrad: 74 Wh im Akku, 59,2 Wh nutzbar, 5 Stunden 55 Minuten, 4,9 Smartphone-Ladungen.
• Smartphone-Akku 5.000 mAh, 3,7 V, 2 W, 85 %: 18,5 Wh, 15,7 Wh nutzbar, 7 Stunden 52 Minuten, bei halbem Verbrauch 15,7 Stunden.
• Camping-Batterie 100 Ah (100.000 mAh), 12 V, 45 W Kühlbox, 90 %: 1.200 Wh, 1.080 Wh nutzbar, genau 24 Stunden, 90 Smartphone-Ladungen.

Formeln: Wh = mAh / 1.000 × V, Laufzeit in Stunden = Wh × Wirkungsgrad / Watt, Smartphone-Ladungen = nutzbare Wh / 12. Wer umgekehrt wissen will, wie groß die Batterie für einen Verbrauch sein muss, nimmt den Batteriekapazität-Rechner, und was das Laden an Strom kostet, zeigt der Stromkosten-Rechner.

Wissenswertes zum Thema

mAh, Volt und Wattstunden: Was auf dem Akku steht

Milliamperestunden geben an, wie viel Ladung ein Akku speichert, aber nicht, wie viel Energie, und die hängt von der Spannung ab: Eine Lithium-Ionen-Zelle hat 3,7 Volt Nennspannung, ein Bleiakku im Auto 12, ein E-Bike-Akku 36 oder 48, und 5.000 mAh bedeuten bei 3,7 Volt 18,5 Wattstunden, bei 12 Volt 60. Deshalb vergleichen Fluggesellschaften und die Gefahrgutregeln in Wattstunden, bis 100 Wh im Handgepäck frei, bis 160 mit Genehmigung, und deshalb steht auf Laptop-Akkus und E-Bikes Wh statt mAh. Die Powerbank-Angabe ist die Falle: 20.000 mAh beziehen sich auf die Zellen mit 3,7 Volt, 74 Wh, aber der USB-Ausgang liefert 5 Volt oder mehr, und der Wandler verliert 10 bis 20 Prozent, so dass am Telefon nur 59 Wh ankommen, bei 5 Volt rund 11.800 mAh; Hersteller, die "nutzbare Kapazität" angeben, meinen diese Zahl. Ein Smartphone-Akku hat 12 bis 20 Wh, der Rechner rechnet Ladungen mit 12 Wh, so dass die 20.000er-Powerbank knapp fünf Ladungen schafft, nicht die zehn, die die mAh-Zahl verspricht. Beim Bleiakku kommt die Entladetiefe dazu, von 100 Ah sind nur 50 nutzbar, bei LiFePO4 80 bis 90, und bei Kälte sinkt die Kapazität um ein Viertel. Wie viel Watt ein Gerät zieht, steht auf dem Netzteil oder im Datenblatt, und für PCs rechnet es der PC-Netzteil-Rechner aus den Komponenten.

Wirkungsgrad, Verbrauch und die wirkliche Laufzeit

Der Wirkungsgrad fasst alle Verluste zwischen Zelle und Verbraucher zusammen, den Spannungswandler, das Kabel, die Ladeelektronik im Gerät, und liegt bei Powerbanks mit USB zwischen 80 und 90 Prozent, bei Wechselrichtern von 12 Volt auf 230 Volt bei 85 bis 92, bei direkter 12-Volt-Versorgung einer Kühlbox nahe 100; der Rechner setzt 85 Prozent als Standard. Der Verbrauch ist die zweite Unsicherheit: Geräte ziehen nicht konstant, ein Laptop 10 Watt beim Schreiben und 60 beim Spielen, ein Smartphone 1 Watt im Standby und 5 beim Video, eine Kühlbox 45 Watt beim Kühlen und null, wenn der Kompressor pausiert, so dass der Durchschnitt zählt, und der lässt sich am besten mit einem USB-Messgerät für 10 Euro oder einem Steckdosenmessgerät bestimmen. Die Laufzeit bei halbem Verbrauch, die der Rechner mit ausgibt, zeigt, wie viel Bildschirmhelligkeit und Flugmodus bringen: aus 7 Stunden 52 werden 15,7. Alter und Zyklen senken die Kapazität, nach 500 Vollzyklen hat ein Lithium-Akku noch 80 Prozent, nach 1.000 noch 70, und ein drei Jahre altes Smartphone mit 5.000 mAh hat effektiv 4.000. Das Schnellladen mit hoher Leistung erwärmt den Akku und beschleunigt das Altern, und der Bereich zwischen 20 und 80 Prozent Ladung ist der schonendste. Für Stromspeicher am Haus gelten dieselben Formeln mit Kilowattstunden, der Solarspeicher-Rechner rechnet dort die nutzbare Kapazität gegen den Nachtverbrauch.

Typische Fehler beim Akku-Rechnen

Der erste Fehler ist das Rechnen mit mAh ohne Spannung, 20.000 mAh Powerbank gegen 5.000 mAh Smartphone ergibt scheinbar vier Ladungen, in Wh und nach Wandlerverlust sind es knapp drei bis vier, je nach Handy. Der zweite ist die falsche Spannung: Für Powerbanks gelten 3,7 Volt, auch wenn der Ausgang 5, 9 oder 20 Volt liefert, denn die mAh-Angabe bezieht sich auf die Zellen. Der dritte ist der Nennverbrauch statt des Durchschnitts, ein Laptop-Netzteil mit 65 Watt sagt nichts über die 12 Watt, die er beim Surfen zieht. Der vierte ist das Vergessen des Wirkungsgrads bei Wechselrichtern, der 230-Volt-Betrieb kostet 10 bis 15 Prozent mehr als der direkte 12-Volt-Anschluss. Der fünfte ist der Vergleich von Herstellerangaben: "Bis zu 20 Stunden Laufzeit" gilt für Videowiedergabe bei niedriger Helligkeit, nicht für Zoom-Konferenzen. Und der sechste ist der Bleiakku, der nur zur Hälfte entladen werden darf, so dass 100 Ah nur 50 nutzbare sind; wer die Kühlbox 24 Stunden laufen lassen will, braucht mit Blei die doppelte Batterie. Welche Batteriegröße für den Verbrauch über eine Nacht oder ein Wochenende nötig ist, rechnet der Batteriekapazität-Rechner mit Entladetiefe je Typ.

Ein Stück Geschichte: Von Voltas Säule zum Lithium-Nobelpreis

Alessandro Volta stapelte 1800 Kupfer- und Zinkscheiben mit salzwassergetränkter Pappe und baute die erste Batterie, die Voltasche Säule, und nach ihm ist die Einheit benannt, die der Rechner mit den mAh multipliziert; Gaston Planté erfand 1859 den Bleiakku, den ersten wiederaufladbaren, der bis heute in jedem Auto steckt und in Wohnmobilen als Versorgungsbatterie dient. Waldemar Jungner entwickelte 1899 den Nickel-Cadmium-Akku, Thomas Edison 1901 den Nickel-Eisen-Akku, und Nickel-Cadmium versorgte bis in die 1990er Jahre Akkuschrauber, Rasierer und die ersten Mobiltelefone, mit dem berüchtigten Memory-Effekt, der heute noch als Mythos über Lithium-Akkus erzählt wird. Den Lithium-Ionen-Akku entwickelten Stanley Whittingham in den 1970ern, John Goodenough 1980 mit der Kobaltoxid-Kathode und Akira Yoshino 1985 mit der Graphit-Anode, Sony brachte ihn 1991 für Camcorder auf den Markt, und 2019 bekamen die drei dafür den Chemie-Nobelpreis. Die Energiedichte stieg von 90 Wattstunden je Kilogramm 1991 auf 250 bis 300 heute, der Preis fiel von über 1.000 Dollar je Kilowattstunde 2010 auf unter 100, und das machte Smartphones, E-Bikes und Elektroautos möglich. Die Powerbank als Produkt entstand um 2010 mit dem Smartphone, dessen Akku den Tag nicht mehr schaffte, und die Zahl auf der Verpackung, 10.000 oder 20.000 mAh, wurde zum Verkaufsargument, obwohl die Wattstunden die ehrlichere Angabe wären. Der Rechner rechnet, was Volta in Scheiben stapelte, in Stunden und Minuten.

Praktische Tipps

Rechnen Sie Akkus in Wattstunden, dann sind Powerbank, Laptop und E-Bike vergleichbar. Nehmen Sie bei Powerbanks 3,7 Volt und 80 bis 85 Prozent Wirkungsgrad. Messen Sie den Durchschnittsverbrauch mit einem USB- oder Steckdosenmessgerät statt die Nennleistung zu nehmen. Ziehen Sie bei alten Akkus 20 bis 30 Prozent Kapazität ab. Nutzen Sie bei 12-Volt-Geräten den direkten Anschluss statt des Wechselrichters. Halten Sie Lithium-Akkus zwischen 20 und 80 Prozent, wenn Sie sie lange nutzen wollen. Und prüfen Sie vor dem Flug die Wh-Zahl der Powerbank, über 100 Wh wird es kompliziert. Was der volle Ladezyklus einer 74-Wh-Powerbank an Strom kostet, zeigt der Stromkosten-Rechner: weniger als drei Cent.