Ausgabe 21 · Februar 2016
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Steckdose unterwegs – Teil 4
Leistungsstarke Nabendynamo-Ladeadapter mit Pufferakku
2011 erschien der letzte Artikel der Reihe »Steckdose unterwegs«. Seither gibt es immer neue Produkte auf dem Markt. Diesmal sollen hier leistungsfähige, hochwertige Ladelösungen mit Akkupuffer das Thema sein.

Warum überhaupt einen Akkupuffer verwenden?
Eigentlich erscheint es widersinnig einen zusätzlichen Pufferakku zu nutzen, um einen Akku im Smartphone oder Navi zu laden. Der Pufferakku kostet Geld, muss mit nicht vernachlässigbarer Umweltbelastung produziert werden, hat eine begrenzte Lebensdauer, ist vergleichsweise schwer und unförmig groß, bietet zusätzliche Möglichkeiten für Defekte und hat störende Verluste beim Be- und Entladen. Warum also sollte man sich all das antun?
Der Grund liegt in der Ignoranz der Hersteller vieler Mobilgeräte: Gerade die Hersteller besonders teurer Smartphones wie Apple und Samsung sorgen dafür, dass mit simplen Nabendynamo-Ladegeräten, bei denen bei langsamerer Fahrt der Ladestrom sinkt, der Ladevorgang in diesen Situationen abgebrochen wird oder dauerhaft auf sehr niedrigem Leistungsniveau verbleibt. Erst nach einem vollständigen Abfall der Ladespannung z. B. bei einem Ampelstopp ist wieder maximale Ladeleistung möglich. Garmin lässt beim überwiegenden Teil seiner Outdoor-GPS-Geräte bei jedem Ampelstopp und damit verbundener Ladeunterbrechung eine nervige Warnmeldung erscheinen. Ähnliche Ärgernisse gibt es auch bei vielen anderen Mobilgeräten. Die einfachste Umgehung dieser Probleme ist es, die elektrische Energie vom Nabendynamo in einem Pufferakku zwischenzuspeichern, der dann ohne Unterbrechungen oder Schwankungen kontinuierlich Strom am USB-Ausgang bereit stellt.
Neben den negativen Aspekten bietet ein Akkupuffer aber auch Vorteile gegenüber der direkten Versorgung von Mobilgeräten. So können gute Pufferlösungen bei schneller Fahrt dank höherem maximalen Eingangsstrom mehr Energie vom Nabendynamo ernten, als es das Mobilgerät erlauben würde. Diese Reserve kann dann bei nachfolgender Langsamfahrt oder Pause – oder gar am Abend im Zelt – genutzt werden. Außerdem gibt es Argumente dafür, während der Fahrt nur den Puffer zu laden und die oft empfindliche und undichte Micro-USB-Buchse des Smartphones nicht durch ein eingestecktes Ladekabel zu belasten. Geladen wird dann bei einer Pause in trockener und erschütterungsfreier Situation. Auch bietet der Pufferakku die Möglichkeit, beim Radfahren geerntete elektrische Energie beim Wandern oder einem Pausentag auf Radreise zu nutzen. Zudem lassen sich manche Puffer auch mit Netzstrom laden.
Busch&Müller: USB-Werk

Das USB-Werk ist eine sehr kompakte und robuste Ladelösung mit einem
kleinen integrierten Puffer, der nur wenige Minuten Ampelstopp überbrücken
kann. Genutzt wird ein zweizelliger LiFePO4-Akku mit

Wenn einige Minuten lang weder Strom vom Nabendynamo kommt noch ein Verbraucher am USB-Anschluss Strom aufnimmt, dann schaltet sich das Gerät aus. Will man bei Stillstand des Fahrrads das USB-Werk aktivieren um einen neu angesteckten Verbraucher zu versorgen, so muss man das Nabendynamo-Rad kurz in Bewegung setzten.
Beworben wird das USB-Werk zurückhaltend mit einem maximalen USB-Strom von
Cinq5: The Plug III in Kombination mit Smart Power Pack II

The Plug hatten wir schon im ersten Artikel dieser Reihe untersucht –
damals noch in einer anderer Bauform. Gleich geblieben ist das robuste
Aluminiumgehäuse, das elegant anstelle der Ahead-Kappe moderner Vorbauten
angebracht wird. Die dritte Version ist etwas leistungsfähiger geworden,
hat aber nach wie vor die etwas irritierende Eigenschaft, manche
leistungshungrige Verbraucher bei langsamen bis mittelschnellem Tempo
überhaupt nicht zu laden. Ein Verbraucher wie beispielsweise der weiter
unten vorgestellte Pufferakku »Boropower IP036« (typisch für preisgünstige
chinesische »Powerbank«-Lösungen) beginnt erst bei Fahrgeschwindigkeiten
oberhalb

Nun wird vom Reiserad-Hersteller Tout Terrain (Cinq5 ist dessen
Zubehör-Marke) eine speziell zum Plug III passende Puffer-Lösung
angeboten: Smart Power Pack II. Das außergewöhnliche daran ist die
Möglichkeit, den Eingangsstrom in drei Stufen vorwählen zu können,
100/400/
Bedient wird das Smart Power Pack mittels eines Tasters. Als Anzeige dient eine Mehrfarb-LED. Diese kann u.a. den Ladestand anzeigen. Der Taster dient auch dazu den USB-Ausgang einzuschalten. Alternativ gibt es die Möglichkeit per »Auto-On/Off« ein ähnliches Verhalten wie das des USB-Werks zu erreichen, also bei bewegtem Nabendynamo die USB-Spannung einzuschalten und nach fünf Minuten Stillstand automatisch abzuschalten. Außerdem gibt es ein weiße LED als kleine Taschenlampe und 2 rote LED zur Verwendung als Notfall-Rücklicht. Das Einschalten der Spezialfunktionen und erst recht die Programmierung der Ladestrom-Stufen mit nur einer Taste bedürfen recht hoher Konzentration und möglichst einer direkt vorliegender Bedienungsanleitung.
Als Speichermedium ist eine Lithium-Ionen-Zelle NCR18650A von Panasonic
verbaut – ein vergleichsweise hochwertiges Markenprodukt, dem man die
angegebenen
Ingenieurbüro Thomas Treyer: Be On Bike Dynamo Harvester

Recht neu auf dem Markt ist der Dynamo-Harvester. Hier hat ein in der
Fahrradszene bislang unbekanntes Ingenieurbüro eine aufwändige Lösung
realisiert, um in einem breiten Geschwindigkeitsbereich jeweils angepasst
möglichst hohe Leistung entnehmen zu können. Ein Microcontroller variiert
dazu gezielt das Lastverhalten des Schaltreglers, um jeweils den »maximum
power point« des Nabendynamo zu finden. Die zum Zeitpunkt des Test noch
nicht verfügbar »Plus«-Version des Harvester soll noch höhere Leistungen
ernten können. Für die Plus-Version nennt der Hersteller bis zu
Als Akku ist ein Samsung ICR18650-30A verbaut – eine hochwertige
Lithium-Ionen-Zelle mit nominell

Jens During: Forumslader Automatik V5

Bereits im
ersten Artikel »Steckdose unterwegs«
war ein Forumslader mit im Test – und lieferte mit Abstand die höchste
Leistungsentnahme vom Nabendynamo. Damals gab es zwei manuell zu
schaltende Stufen für langsame und schnelle Fahrt. Der aktuelle
Forumslader Automatik V5 schaltet automatisch 4 Stufen, um jeweils höchste
Leistung entnehmen zu können. Schaltkriterium ist dabei die Frequenz der
Nabendynamo-Spannung entsprechend dessen Drehzahl. Entgegen der
aufwändigen »maximum power point«-Suche des Microcontrollers im Dynamo
Harvester zur Ansteuerung eines Schaltreglers werden hier schlicht
verschiedene Kondensatoren in die Wechselstrom-Zuleitung aus dem
Nabendynamo geschaltet. Bei langsamem Tempo kommt zudem eine
Spannungsverdopplerschaltung zum Einsatz, um auf das mit 10 bis
Wie auch beim Dynamo Harvester kann ein Bluetooth-Modul Informationen zum Smartphone senden. Das Modul ist hier aber optional. Eine App wird nur für Android angeboten, läuft aber auch auf alten Geräten mit Android 2.2 noch problemlos. Die App bietet neben der Bereitstellung von Fahrgeschwindigkeit und barometrischer Höhe sowie daraus errechneten Werten auch Lade- und Entladestrom sowie die Akkuspannung an. Man kann überdies beobachten, wie zwischen den Ladestufen umgeschaltet wird. Alle Messwerte werden in einer detaillierten Statistik gespeichert. Notwendig zum Laden von Geräten ist die App nicht.

Minimal-Lader und Powerbank Boropower IP036

Der Minimal-Lader wurde ebenfalls bereits im
ersten Artikel dieser Reihe
vorgestellt: Eine extrem einfache Selbstbaulösung aus einem
Brückengleichrichter mit Schottky-Dioden, Glättungs-Elko und einer
5,1-Volt-Zenerdiode zur Spannungsbegrenzung sowie einem 330-µF-Kondensator
im Wechselstromzweig zur Leistungserhöhung. Alternativ wird hier auch ein
230-µF-Serienkondensator getestet. Als Puffer dient eine Powerbank
Boropower IP036, wie sie so oder ähnlich bei Internet-Händlern angeboten
wird. Auf Knopfdruck kann mit 4 LEDs der Ladestand angezeigt und eine LED
als Taschenlampe geschaltet werden. Als Speichermedium verwendet diese
zwei Lithium-Ionen-Zellen Samsung ICR18650-26C. Nominell haben diese
jeweils

Sinewave Revolution

Außer Konkurrenz, da ohne Akkupuffer, soll hier noch kurz das Sinewave Revolution vorgestellt werden. Dies ist die Ladelösung eines kleinen Hersteller in den USA, die sich wachsender Beliebtheit bei dortigen Reiseradlern erfreut. Bislang wird das Gerät noch nicht von Europa aus vertrieben. Es handelt sich um ein verschraubtes Kunststoff-Kästchen in Streichholzschachtel-Größe. Die Elektronik ist wasserdicht in Harz vergossen – nur die USB-Buchse ragt heraus.

Maximale dauerhafte Leistung am USB-Ausgang
Während Outdoor-GPS-Geräte mit ca.
Die Messungen zeigen, dass der Forumslader mit Abstand die höchste
Dauerleistung bietet. Der Sinewave Revolution erreicht im Diagramm etwas
höhere Leistung als der Dynamo-Harvester. Da Powerbank-Lösungen wie das
hier getestete Boropower IP036 (ebenso das Smart Power Pack) aber nur
einen Wirkungsgrad von 75–

Ladeleistung zum Akkupuffer
Wenn kein Verbraucher am USB-Anschluss versorgt wird, wünscht man sich
möglichst hohe Ladeleistung in den Puffer-Akku. Eine Messung war bei den
Testmustern hier aber nicht immer möglich. Zum einen Bestand nicht immer
die Möglichkeit die Akku-Anschlüsse zugänglich zu machen oder das Einfügen
des Meßgeräte-Shunt für die Strom-Messung beeinträchtigte die Funktion des
Ladeadapter. Herr Treyer hatte beim Dynamo Harvester bereits explizit
darauf hingewiesen, dass ein Strommessgerät störend wirken würde – und das
zeigte sich dann auch bei über

Leistung aus dem Nabendynamo
Einerseits wünscht man sich maximale Ladeleistung – andererseits muss
diese Leistung auch vom Fahrer aufgebracht werden. Zwar geht bei allen
Lösungen bis auf den Minimal-Lader die Leistung stark zurück, wenn der
Puffer-Akku voll ist und auch am USB-Anschluss nichts verbraucht wird.
Aber während des Ladevorgang bremst die aufzubringende Leistung natürlich
schon ein wenig. Zu der elektrischen Leistung ist dabei noch der
Wirkungsgrad eines hochwertigen Nabendynamo zu bedenken, der bei niedrigen
Leistungen bei 50–

Wirkungsgrad Akku zu USB-Anschluss
Wenn der USB-Anschluss teilweise oder ausschließlich aus dem Akku gespeist
wird, ist ein hoher Wirkungsgrad der Elektronik wünschenswert. Die
Messungen zeigen, dass die billige chinesische Boropower Powerbank hier
erstaunlich gute Werte liefert – insbesondere bei niedrigen
Entnahmeleistungen. Hervorragend mit über

Daten im Überblick
Produkt | Hersteller | Preis | Gewicht | Akku- Kapazität | Abmessungen ohne Kabel und Befestigung | Abdichtung | Zubehör |
---|---|---|---|---|---|---|---|
USB-Werk | Busch&Müller | 60– |
30– |
LiFePO4 |
Gehäuse und Steckverbindungen spritzwasserdicht | Kabel mit USB-Buchse oder Mini-/Micro-USB-Stecker | |
Dynamo-Harvester | Ingenieurbüro Thomas Treyer |
20– |
Li-Ion |
Eingeschränkter Spritzwasserschutz bei geschlossenem Gummistopfen auf USB-Buchse | Smartphone-Apps für iPhone und Android | ||
Forumslader Automatik V5 | Jens During | 105– |
(Kompakt-Version) |
LiMn (alternativ |
Elektronik spritzwasserfest, aber USB-Buchse ungeschützt | Smartphone App für Android | |
The Plug III | tout terrain | 145– |
- |
(Kopf) |
mit aufgesetzter Gummikappe spritzwasserdicht | ||
Smart Power Pack II | tout terrain |
Li-Ion |
mit aufgesetztem Gummi-Deckel eingeschränkt spritzwasserdicht | ||||
Revolution | Sinewave Cycles | - | Elektronik wasserdicht vergossen, aber USB-Buchse ungeschützt | ||||
Minimal-Lader | Eigenbau |
5– Teilekosten |
20– |
- |
(mindestens) |
bei Verguß mit Epoxidharz wasserdicht, aber USB-Buchse ungeschützt | |
IP036 | Boropower | ca. |
Li-Ion |
nicht wasserdicht |
Fazit
Alle hier vorgestellte Lösungen haben sich im über ein Jahr (2014/2015) erstreckenden Test im Labor und in der Praxis als tauglich erwiesen. Mit sparsamen Verbrauchern wie Garmin Outdoor-GPS-Geräten reicht das USB-Werk auch bei sehr langsamen Fahrern für wochenlangen Betrieb ohne Nachladen am Netz. Wer ein modernes Smartphone intensiv nutzen will und immer mal längere Pausen überbrücken muss, der hat derzeit mit dem Forumslader V5 die meisten Reserven. Smartphone-Nutzer die eher wie Randoneure zügig und ohne große Pausen unterwegs sind, haben mit dem Dynamo Harvester mehr als genug Energie verfügbar. Der Minimal-Lader mit der einfachen chinesischen Powerbank ist auch mit kleinstem Budget bezahlbar. The Plug III und das Smart Power Pack II verhalten sich deutlich anders als die anderen Ladelösungen und können somit bei speziellen Anwendungen Vorteile bieten. Zudem sind sie mechanisch sehr elegant und robust ausgeführt. Das Sinewave Revolution ist eine besonders leichte, kleine und leistungsstarke Lösung.
Zum Autor
Andreas
Oehler (Jg. 1966) arbeitet als Maschinenbauingenieur beim
Fahrradbeleuchtungshersteller Schmidt Maschinenbau.