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So funktioniert induktives Laden

Das Smartphone kabellos laden

07. Oktober 2020, 10:24 Uhr   |  Tilman Röder

Das Smartphone kabellos laden
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Kaum ist man wenige Minuten aus dem Haus, stellt man fest, dass der Smartphone-Akku schwächelt. Dabei hatte man das Gerät doch vorhin erst ans Ladekabel angeschlossen. Aber dann kam eine Nachricht und danach lag das Smartphone auf dem Sofatisch – ohne Ladekabel. Kabellos laden, ist die Alternative.

Seit dem iPhone 8 und iPhone X hat auch Apple kabellos ladefähige Geräte im Programm. Samsung, Huawei, Nokia, LG, Xiaomi, Google, Sony, ZTE und einige weitere sind den Schritt teilweise schon früher gegangen.

So funktioniert induktives Laden

Beim kabellosen Laden erfolgt die Energieübertragung mittels elektromagnetischer Felder. Das Smartphone wird auf die Ladestation gelegt, ohne dass ein Stecker eingesteckt werden muss. In der Ladestation wird mittels eines Oszillators ein magnetisches Wechselfeld erzeugt. Im Smartphone befindet sich eine Spule. In diese wird von der Spule der Ladestation eine Wechselspannung induziert. Es reicht hierbei, dass die Spulen sich nahe sind. Auch kürzere Strecken durch Luft oder einen Isolator können dabei überbrückt werden. Mit zunehmendem Abstand verschlechtert sich jedoch der Wirkungsgrad.

Die meisten Smartphones nutzen den Qi-Standard des WPC (Wireless Power Consortium). In diesem Gremium haben sich mehr alls 200 Unternehmen, vor allem Hersteller von Smartphones und Unterhaltungselektronik sowie elektronischen Bauelementen, zusammengefunden, um gemeinsam einen Standard zu etablieren und damit das problemlose Zusammenspiel von Endgeräten verschiedener Hersteller zu gewährleisten.

Über eine entsprechende Elektronik kommunizieren Ladestation und Smartphone miteinander. Die Ladestation moduliert das Sendefeld, angepasst an die Fähigkeiten und Konfigurationen des Smartphones. Über sie wird auch ein sicherer Betrieb garantiert, zum Beispiel über die sogenannte Foreign Object Detection. Nicht nur die Spule im Smartphone, auch andere metallische Gegenstände wie etwa ein Schlüssel können als Empfänger agieren – die induzierte Spannung wird dann in Wärme umgewandelt und kann im schlimmsten Fall zu einer Beschädigungen führen. Mit der Funktion Foreign Object Detection erkennt die Ladestation, wenn es sich um kein Qi-fähiges Objekt handelt, und schaltet in diesem Fall den Sender ab.

Qi arbeitet im Frequenzbereich 87 bis 205 kHz. Die induktive Energieübertragung zu Smartphones funktioniert mit bis zu 5 W. Manche Modelle können darüber hinaus im sogenannten Fast-Charging-Modus mit einer höheren Leistung induktiv geladen werden, etwa neuere iPhones mit 7,5 W oder andere Geräte mit noch höherer Leistung. Dafür wird die übertragene Spannung erhöht. Höhere Leistung führt in der Regel aber auch zu höheren Temperaturen.

Aktuell liegt der Anteil der in Deutschland verwendeten Smartphones mit einer Fast-Charging-Funktion bei unter 20 Prozent. Auch Geräte, die werksseitig nicht kabellos ladefähig sind, können – mit Hilfe eines Adapters oder einer entsprechend ausgestatteten Hülle – dafür nachgerüstet werden.

Schutz vor Entladung und Viren

Bei einer induktiven Ladestation leg Nutzer:innen das Smartphone einfach darauf, statt es mit Stecker und Kabel anzuschließen. Dafür ist die Ladestation selbst per Stecker und Kabel mit dem Stromnetz verbunden – meist über ein separates Netzteil. Neben der einfacheren und komfortableren Handhabung bieten induktive Ladestationen noch den Vorteil, dass die Steckerbuchsen nicht verschleißen und es einen größeren Schutz gegen Entladung gibt. Auch das Problem mit der Übertragung von Handyviren über manipulierte Stecker (insbesondere im öffentlichen Raum) fällt dadurch weg.

Ein Grund, dass sich das kabellose Laden noch nicht breiter durchgesetzt hat, könnte sein, dass es inzwischen zwar einige Möbelhersteller gibt, die Möbel mit integrierten Ladestationen anbieten, aber wenige Smartphone-Nutzer:innen bereit sind, für dieses Feature ihre Wohnung neu einzurichten. Zwar gibt es separate Ladestationen von Smartphone-Herstellern und Drittanbietern, mit denen ohne große Investitionen die Wohnung mit induktiven Ladestellen ausgestattet werden kann. Manche Nutzer:innen empfinden die Ladestationen, insbesondere aufgrund des Kabels zum Netzteil, aber als klobig und sehen sie als störenden Fremdkörper in der Inneneinrichtung an.

Optisch angepasste Ladestation

Induktive V-Juice Ladestation in der Küche. Bild rechts: Induktive V-Juice Ladestation auf Schlafzimmertisch
© Daniel Lohr

Bild 1: Induktive V-Juice Ladestation in der Küche.

Statt einer dicken Ladestation mit Kabel handelt es sich beim V-Juice Charger um eine weniger als 1 mm dünne Folie, in die auch das Kabel integriert ist. Nach Abziehen der Schutzfolie auf der Unterseite lässt es sich rutschsicher befestigen. Die Ladeelektronik ist ausgelagert und so weit vom Pad entfernt, dass sie hinter oder unter Möbelstücken verborgen werden kann. Erst dort, wo es nicht mehr stört, kommt dann das runde Kabel zum Einsatz, das zum Netzteil führt.

Der V-Juice Charger ist wiederablösbar, sodass sich die Position einfach verändern lässt. Aufgrund des unaufdringlichen funktionellen Designs und dem Fehlen von blinkenden LEDs kann man es gut in das Innendesign einer Wohnung oder eines Büros integrieren. Diese Ladestation gibt es aktuell in sieben verschiedenen Farbvarianten – einfarbig (weiß, anthrazit und zwei Holztöne) sowie Muster (Marmor, Stars & Stripes und Sternenhimmel).

Damit lässt es sich an einem, oder im Idealfall an mehreren »natürlichen Ruheplätzen« des Smartphones installieren, überall dort wo die jeweilige Person gewöhnlich ihr Gerät ablegt. Dies kann beispielsweise die Kommode im Flur, das Tischchen neben dem Sofa, der Schreibtisch und der Nachttisch sein. Dort wird das Smartphone oder Tablet schonend während der »Ruhezeit«, also über eine längere Zeit, geladen.

In der Ruhe liegt die Kraft

Induktive V-Juice Ladestation auf Schlafzimmertisch.
© Daniel Lohr

Bild 2: Induktive V-Juice Ladestation auf Schlafzimmertisch.

Die Macher von V-Juice gehen bewusst einen anderen Weg als die meisten Hersteller von induktiven Ladestationen. Statt über höhere Ladeleistung, sogenanntes Fast Charging, die benötigte Ladezeit zu verkürzen, basiert das Konzept des V-Juice Charger darauf, das Smartphone dort schonend zu laden, wo immer es sich auch befindet, und so die effektive Ladezeit zu verlängern. Auch die Spule unterscheidet sich deutlich von bekannten Qi-Ladestationen. Sie ist mit einem speziellen Verfahren gefertigt, um eine geringe Dicke zu erreichen. Die Spule und das Design sind patentiert.

Im Gegensatz zu vielen günstigen Ladestationen, deren China-Chips oft ohne Foreign Object Detection ausgestattet sind, und die zum Teil andere Geräte stören (EMI), verwendet V-Juice einen hochwertigen Chip von NXP (vormals Philips Semiconductors und Freescale), einem etablierten langjährigem Mitglied des WPC.

Der V-Juice Charger wird demnächst auch über Distributoren für Unternehmen zur Integration in ihre eigenen Produkte erhältlich sein. Entsprechende Kooperationen sind angestrebt. Außerdem strebt das Start-up an, auch im öffentlichen Raum, dem Nahverkehr und der Gastronomie eine Vielzahl seiner Ladestation zur Verfügung zu stellen. Auch als Promotion- Produkt könnte der V-Juice Charger zum Einsatz kommen.

Der Autor

Tilman-Röder von V-Juice
© V-Juice

Tilman-Röder von V-Juice

Tilman Röder

ist seit vielen Jahren in der Elektronikindustrie tätig, bei Unternehmen wie Siemens, Osram und Ericsson. Er hat dort u.a. als Leiter des Projekteinkaufs und als Einkäufer bei der Zentralabteilung

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