Der seltsame Grund, warum der Laptop-Akku schneller leer wird, wenn er fast voll ist

Sie ziehen Ihren Laptop bei 100 % aus der Steckdose, und innerhalb der ersten zwanzig Minuten ist er schon bei 85 %. Dann scheint er seltsamerweise in den nächsten zwei Stunden ohne großen Aufwand von 60 % auf 30 % zu kriechen. Kommt Ihnen das bekannt vor?

Es ist eines dieser kleinen, hartnäckigen Rätsel, die einen innehalten lassen und überlegen, ob der Akku bereits nachlässt oder ob der „Premium“-Laptop, den man gekauft hat, nicht so premium ist, wie behauptet wurde. Die beruhigende Wahrheit ist jedoch, dass höchstwahrscheinlich nichts kaputt ist. Ihr Akku funktioniert genau so, wie es die Lithium-Ionen-Chemie vorgibt. Sobald Sie die Wissenschaft dahinter verstehen, werden Sie sehen, dass der steile frühe Abfall kein Defekt ist, sondern eine faszinierende Eigenart der modernen Technik.

Der Akku Ihres Laptops entlädt sich nicht gleichmäßig

Es folgt einer Kurve, die den Abfall an den Anfang legt

Um zu verstehen, was wirklich vor sich geht, muss man das mentale Bild einer Batterie als einen Wasserbehälter, der langsam mit gleichmäßigem Tempo leerläuft, vergessen. Lithium-Ionen-Batterien verhalten sich nicht so. Im Gegensatz zu alten Blei-Säure-Batterien, der Art, die den Anlasser Ihres Autos antreibt, halten sie während der meisten ihres Entladezyklus eine relativ stabile Spannung und fallen erst gegen Ende stark ab. Interessanterweise gibt es auch am oberen Ende der Kurve einen ähnlichen steilen Bereich.

Wenn Sie sich das oben gezeigte Lithium-Ionen-Entlade-Diagramm ansehen, werden Sie drei verschiedene Bereiche erkennen. Der erste tritt gleich zu Beginn der Entladung auf: ein nichtlinearer „Spannungsabfall“, bei dem sich die Zelle von ihrer maximalen Ladespannung einpendelt. Der zweite ist ein langer, nahezu flacher Plateau in der Mitte. Der dritte, nahe der Erschöpfung, ist das „Knie“ der Kurve, bei dem die Spannung stark abfällt.

Was das einfach gesagt bedeutet, ist, dass die Spannung Ihres Akkus stark schwankt, wenn er fast voll oder fast leer ist - aber während des langen mittleren Bereichs relativ stabil bleibt. Da Ihr Laptop die Spannung als primäres Signal zur Schätzung der verbleibenden Lebensdauer verwendet, verwirren diese Schwankungen die Software. Wenn die Spannung bei 95 % schnell abfällt, interpretiert die Messschaltung dies als schnellen Kapazitätsverlust. Sie verlieren tatsächlich nicht schneller Energie bei 95 % als bei 60 %; die Chemie ‚setzt sich‘ nur auf eine Weise, die den Sensoren wie eine Entladung erscheint.

Ich finde das auf eine kontraintuitive Weise clever. Dieselbe flache Kurve, die Lithium-Ionen so nützlich macht und Ihrem Laptop stundenlang eine konstante Stromversorgung bietet, ist genau das, was die Prozentanzeige an den Rändern täuschend erscheinen lässt. Es ist ein Kompromiss, der in die fundamentalen Gesetze der Physik eingebaut ist, und kein Fehler Ihres Geräts.

Der Batteriestand auf Ihrem Bildschirm ist eine ausgefeilte Schätzung

Und es wird näher an den Extremen unsicherer

Hier ist die zweite Ebene des Puzzles: Dieser kleine Prozentsatz in der Taskleiste ist keine direkte Messung. Kein Sensor im Inneren der Batterie kann tatsächlich sehen, wie viel Energie noch übrig ist. Dein Laptop macht eine fundierte Schätzung. Batterien sind elektrochemische Systeme, die sich mit jedem Ladezyklus leicht verändern, sodass sie nie zweimal auf die gleiche Weise reagieren.

Um zu diesem Prozentsatz zu gelangen, kombinieren die meisten Laptops zwei verschiedene Techniken. Die erste ist die Spannungsabfrage, bei der das System die Spannung der Batterie, denken Sie daran als Innendruck, mit einer bekannten Entladekurve vergleicht. Die zweite ist das Coulomb-Zählen, bei dem der Energiefluss in die Batterie und aus der Batterie über die Zeit verfolgt wird. Es ist ein bisschen so, als würde man Sandkörner zählen, während sie durch eine Sanduhr fließen. Eine Zeit lang genau, aber kleine Fehler häufen sich unvermeidlich an. Das System versucht, diese Fehler mithilfe von Spannungswerten zu korrigieren, aber der Haken ist, dass die Spannungskurve selbst zu einem sich bewegenden Ziel wird, während die Batterie altert.

Die Ironie dieser Schätzung besteht darin, dass der lange, flache mittlere Teil der Entladungskurve der Batterie, in dem sich die Spannung kaum ändert, tatsächlich der schwierigste Teil für das System ist, die Ladung zu schätzen. Es gibt nicht viele Signale, mit denen man arbeiten kann. Deshalb stützt sich die Software während dieses Abschnitts stark auf ihre interne Mathematik. Erst in der Nähe der steilen Kurvenabschnitte, wenn die Batterie fast voll oder fast leer ist, ändert sich die Spannung genug, damit der Laptop seine Schätzung neu kalibrieren kann. Deshalb scheint dein Batteriestand manchmal am Ende einer Ladung zu springen oder zu fallen. Das im System enthaltene Modell ist endlich auf die Realität getroffen.

Das ist auch der Grund, warum eine alternde Batterie zu lügen scheint. Wenn die Kapazität sinkt, versucht die Tankanzeige sich anzupassen, aber wenn sie kürzlich nicht neu kalibriert wurde, misst sie möglicherweise immer noch gegen den Geist ihres ursprünglichen Designs. Um die Wahrheit zu erfahren, überprüfen Sie die Ladezyklusanzahl der Batterie auf Ihrem Windows-Laptop, um zu sehen, wie weit sie von den Werksangaben abgewichen ist. Sie zeigt 100 % an, weil der „Eimer“ voll ist, selbst wenn dieser Eimer jetzt nur noch halb so groß ist wie früher.

Daran ist etwas fast Menschliches. Wir alle tragen ein internes Modell unserer eigenen Ausdauer mit uns herum, das darauf basiert, wie die Dinge früher waren. Dann stoßen wir eines Tages früher als erwartet an eine Grenze und erkennen, dass sich die Grenzen verschoben haben.

Das Verständnis dieser Eigenart kann verändern, wie Sie berechnen

Sobald man die Kurve versteht, machen einige praktische Gewohnheiten viel mehr Sinn. Die wirkungsvollste davon ist, die Extreme ganz zu vermeiden. Wenn Lithium-Ionen-Batterien über einen längeren Zeitraum nicht benutzt werden, sollte man sie bei 40-50 % Ladung lagern, um die Kalenderalterung und Selbstentladung zu minimieren. Allgemeiner gesagt, hält man seine Batterie am besten in der Mitte ihres Bereichs — zum Beispiel zwischen 20 % und 80 % —, um genau die Bereiche zu vermeiden, in denen sowohl chemische Belastungen als auch Schätzungen ungenau sind, was den einfachsten Weg darstellt, die Laptop-Batterie langfristig gesund zu halten.

Viele Laptop-Hersteller integrieren dies inzwischen in ihre Batteriegesundheitseinstellungen; Apple, Lenovo und Dell bieten alle Modi an, die das Laden aus genau diesem Grund absichtlich bei 80% stoppen. Wenn Ihnen der Abfall von 100% ungewöhnlich dramatisch vorkommt oder Ihr Laptop bei 20% unerwartet herunterfährt, kann es auch sinnvoll sein, die Laptop-Batterie zu kalibrieren, um genaue Messwerte zu erhalten. Im Laufe der Zeit, nach Hunderten von kleinen Ladevorgängen und Nachfüllungen, kann die Anzeige durcheinander geraten; sie vergisst, wie sich ein echtes 100% anfühlt, und verliert den Überblick, wo 0% tatsächlich liegt. Ein vollständiger Entlade-Lade-Zyklus liefert dem System die Daten, die es benötigt, um seine Schätzungen neu zu verankern. Dies stellt die verlorene chemische Kapazität nicht wieder her, macht die Anzeige aber wieder zuverlässig.