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Kabellos Laden – Was ist der Qi-Standard?

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Akku leer, Netzteil vergessen oder keine Steckdose in Reichweite? Diese Probleme könnten bald der Vergangenheit angehören: Der Qi-Standard für kabelloses Laden wird derzeit meist in mobilen Kleingeräten wie Smartphones oder Tablets verbaut – das Qi-fähige Smartphone muss dabei auf eine entsprechende Qi-Ladestation abgelegt werden und der Akku wird ohne Kabelverbindung aufgeladen. Was sich genau hinter dieser Technik verbirgt, welche Vor- und Nachteile kabellos Laden hat und wie sie sich in Zukunft entwickeln könnte, beleuchten wir in diesem Artikel genauer.

Der Begriff „Qi“ (gesprochen „tschi“) kommt aus dem chinesischen und bedeutet so viel wie „Lebensenergie“. Eingeführt wurde dieser Industriestandard bereits im Jahr 2010 durch das 2008 gegründete WPC (Wireless Power Consortium). Das WPC hat sich zum Ziel genommen hat, den Qi-Standard als Standard zur drahtlosen Energieübertragung weltweit zu etablieren. Mittlerweile sind etwas über 200 Firmen Mitglied des WPC, darunter viele namhafte Hersteller wie Nokia, Samsung, Microsoft, LG oder Philips.

Der Qi-Standard des WPCs ist allerdings nicht der einzige Standard zur kabellosen Übertragung von Energie für Kleingeräte, wie Smartphones oder Tablets. Weitere Gremien sind „Alliance for Wireless Power“ (A4WP) mit der Rezence-Technik sowie „Power Matters Alliance“ (PMA) mit der Powermat-Ladetechnik. Diese beiden konkurrierenden Konsortien haben sich allerdings im Februar 2014 zusammengeschlossen und verkündet, ihre beiden Standards kompatibel zu machen – momentan scheint sich jedoch der Qi-Standard im Bereich der Mobilgeräte durchsetzen zu können.

Samsung EP-NG930 induktives Schnellladegerät im TestModerne Smartphones, Tablets und Laptops werde immer leistungsstärker. Allem Anschein nach kann die Akkutechnologie nicht ganz mit dieser Entwicklung schritthalten und oft ist genau dann der Akku leer, wenn man auf sein Smartphone angewiesen ist. Bei intensiver Nutzung ist meist spätestens gegen Abend die nächste „Stromtanke“ anzusteuern – doch was, wenn man sein Smartphone nicht aufladen konnte, kein Netzteil oder Steckdose zur Verfügung hat?

Um nicht gänzlich auf sein Smartphone verzichten zu müssen, werden sog. Powerbanks, auch mobile Akkus genannt, immer beliebter – doch auch die müssen aufgeladen und herum getragen werden. In Zukunft könnte sich das ändern: Qi-Ladegeräte im Alltag, wie etwa auf der Arbeit oder in der Uni (Qi-Tischlampen oder -Monitore), im Café oder Restaurant (Qi-Ladegeräte in Tischen bzw. Theken), in diversen Möbelstücken oder während man im Auto, in der U-Bahn oder im Bus unterwegs ist, versorgen Ihre Alltagsgadgets überall bequem und kabellos mit Strom, sodass heutiges Akkumanagement bei Smartphones bald der Vergangenheit angehören könnte.

Was verbirgt sich hinter dem Qi-Standard?

Der Qi-Standard zur drahtlosen Energieübertragung basiert auf dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion, auch bekannt von elektrischen Zahnbürsten. Das Prinzip wurde bereits im Jahre 1831 u.a. durch den bedeutenden Experimentalphysiker Michael Faraday beschrieben und später durch Nikola Tesla in großtechnischen Versuchen zur drahtlosen Energieversorgung weiter behandelt. Es wird dabei wird eine sog. „resonante induktive Kopplung“ zwischen Sender und Empfänger verwendet  – daraus abgeleitet die Bezeichnung Induktionsladegerät. Was also schon lange aus der Zahnpflege bekannt ist, gut funktioniert und gern genutzt wird, etabliert sich nun nach und nach bei unseren stromhungrigen Alltagshelfern.

Der Qi-Standard für kabelloses Aufladen soll Interoperabilität bieten, was bedeutet dass unterschiedliche Endgeräte, die jedoch alle den Qi-Standard unterstützen müssen, mit ein und demselben Qi-Ladegerät kabellos aufgeladen werden können. Schauen wir uns das Prinzip des Qi-Standards einmal genauer an: Wie auf unten abgebildeten Grafik zu erkennen ist, existiert eine Sender- sowie eine Empfängerspule zwischen denen Strom durch magnetische Resonanz übertragen wird. Zusätzlich überwachen und steuern bestimmte Chips den Ladevorgang und verhindern Fehlfunktionen.

Prinzip des Qi-Standards

Wirkungsprinzip des Qi-Standards. Quelle: Wikipedia © Wurth Electronics

Die Senderspule sitzt im Qi-Ladegerät, welches oft über Micro-USB mit dem Stromnetz verbunden ist. Von dort fließt der Strom, sofern ein Endgerät auf die Ladestation gelegt wurde, über die Empfängerspule in den Akku des Verbrauchers. Die Empfängerspule ist dabei im oder unmittelbar am Smartphone oder Tablet zu finden und direkt mit dem Akku verbunden. Zusätzlich gibt die Empfängerspule laufend Rückmeldung über den Ladevorgang, sodass dieser optimal gesteuert werden kann. Ist der Akku vollständig geladen, wird der Ladevorgang abgebrochen, sodass keine Schäden entstehen können.

Welche Vor- & Nachteile hat der kabellos Laden per Qi-Standard?

Zu den Vorteilen einer Qi-Ladestation gehört klar der Komfort im Alltag: Einfach sein Smartphone ablegen und fertig – der Akku wird geladen! Hat man sich daran erst einmal gewöhnt, möchte man es meist nicht mehr missen. So kann außerdem kein Verschleiß mehr an den USB-Steckkontakten des Geräts entstehen. Die Standardisierung der Ladegeräte ist ein weiterer Vorteil: Ein Induktionsladegerät kann für verschiedene (bei Dual-Ladegeräten auch gleichzeitig) Qi-kompatible Endgeräte genutzt werden – vor allem unterwegs ein großer Vorteil, vorausgesetzt man findet eine Qi-Ladestation (derzeit leider noch eher selten). Spezielle Akkus könnten sogar diverse, bisher nicht Qi-fähige Geräte, wie etwa Controller einer Spielekonsole oder Kopfhörer, mit dem Qi-Standard nachrüsten und so über eine entsprechende Qi-Ladebox aufladen, wodurch unterschiedliche Netzteile für verschiedene Geräte überflüssig gemacht werden.

Golf 7 Inbay Qi-Ladegerät

Zu den Nachteilen beim kabellosen Laden gehört der niedrigere Wirkungsgrad bei der Energieübertragung, was bedeutet, dass Strom beim Transport verloren geht und nicht im Akku des Smartphones ankommt. Es entsteht u.a. eine geringe Wärmeentwicklung während des Ladevorgangs, wodurch der Energieverbrauch je Ladevorgang leicht ansteigt und sich die Ladegeschwindigkeit verlängert – letzteres zumindest bei den derzeit übertragenen 5 Watt. Hersteller von Qi-Adaptern zum Nachrüsten des Smartphones haben bereits einen hohen Wirkungsgrad  erreicht, was Unterschiede zum Kabel in dieser Hinsicht verschwimmen lässt.

Auch die Ladegeschwindigkeit wird sich deutlich verbessern, sobald der Qi-Standard wie bereits angekündigt bis zu 15 Watt Übertragungsleistung unterstützt. Ein weiter Nachteil ist die Benutzung während des Ladevorgangs per Qi – hier muss das Smartphone auf der Ladestation bleiben, da die Übertragung nur über sehr kurze Distanz möglich ist. Eine Lösung dazu bietet Googles Nexus Qi-Ladegerät: Magneten fixieren das Induktionsladegerät am Smartphone, sodass es auch während des Ladevorgangs benutzt werden kann.

Wie könnte sich kabelloses Laden zukünftig entwickeln?

Derzeit ist der sog. „Low Power Standard“ des vom WPC entwickelten Qi-Standards etabliert und zahlreiche Qi-Ladegeräte sind auf dem Markt erhältlich. Der „Low Power Standard“ in der Version 1.0 wurde dafür entwickelt eine Leistung von etwa 5 Watt kabellos zu übertragen, was für gängige Smartphones ausreicht, um sie in annehmbarer Zeit kabellos aufzuladen. Doch immer größere Displays, schnellere Prozessoren und neue Mobilfunkstandards zusammen mit immer neuen Anwendungsgebieten verlangen auch nach größeren Akkus in unseren Smartphones. Eine ständige Weiterentwicklung des Qi-Standards ist daher nötig und auch geplant, um weiterhin ein schnelles Aufladen der Endgeräte zu ermöglichen.

Qi Möbel: Neue IKEA Design-Kollektion mit kabelloser LadefunktionDer nächste Schritt ist schon geplant: Für das neue Jahr 2015 kündigten bereits Hersteller neue Steuerungseinheiten an, die das Aufladen mit bis zu 15 Watt, also dem Dreifachen der bisherigen Leistung, ermöglichen sollen. Dies würde dann auch für Tablets genügen, um sie kabellos mit Strom zu versorgen – derzeit unterstützt lediglich das Tablet Googles Nexus 7 den Qi-Standard. Auch an der Gebrauchstauglichkeit wird gearbeitet: Manche Hersteller von Qi-Ladegeräten verwenden statt lediglich einer bis zu drei Senderspulen, sodass ein genaues Platzieren des Smartphones auf der Ladestation nicht mehr nötig ist.

Desweiteren soll in Zukunft die „Medium Power“ Spezifikation des Qi-Standards etabliert werden, welche bis zu 120 Watt liefern kann und so etwa auch für Laptops genügend Strom zum Wiederaufladen bietet. Schließlich plant der WPC in einem letzten Schritt kabellose Energieübertragung für Küchen, die bis zu 2kW liefern soll.

Durch die Kompatibilität des Qi-Standards sind viele Einsatzgebiete denkbar: Qi-Ladegeräte könnten etwa in Tischen integriert werden, was bspw. für (Schnell-)Restaurants, Bars oder Cafés einen interessanter Service den Kunden gegenüber darstellt – McDonald’s oder auch Starbucks testen bereits entsprechende Systeme. Auch Flughäfen und Hotels sind interessante Einsatzgebiete, so muss man hier kein eigenes Ladegerät mehr mitführen. Kabellose Ladesysteme sind nicht nur für sondern auch in Autos zu finden – Continental etwa arbeitet an entsprechenden Systemen, sogar für Motorräder.

Der Qi-Standard soll bzw. wird außerdem bereits in diversen Endgeräten verbaut, sodass man sein Smartphone etwa auf dem Fuß eines PC-Monitors, seinem Laptop, Powerbanks oder auf mobilen Bluetooth-Lautsprechern kabellos aufladen kann – es bleibt also weiter spannend!

Kabellos Laden: Qi-Standard im Überblick – Demonstration & Interview (engl.)

Beitragsbilder: © WPC & © obs/Inter IKEA Systems B.V. 2015

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