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Hallo zusammen,

ich beschäftige mich aktuell mit Li-Ion-Akkus im Format 21700 und möchte verschiedene Zellen miteinander vergleichen. Dabei ist mir aufgefallen, dass die reine Kapazitätsangabe in mAh offenbar nicht ausreicht, um beurteilen zu können, welcher Akku in der Praxis tatsächlich die beste Leistung beziehungsweise Laufzeit bietet. Je nach Hersteller werden beispielsweise Kapazitäten von 4.000, 4.500, 5.000 oder inzwischen sogar 6.000 mAh angegeben. Gleichzeitig unterscheiden sich die Zellen teilweise erheblich beim maximal zulässigen Entladestrom.

Mich würde deshalb interessieren, wie ein aussagekräftiger Test von 21700 Li-Ion-Akkus durchgeführt werden sollte. Ist es sinnvoll, alle Zellen zunächst vollständig auf die übliche Ladeschlussspannung zu laden und sie anschließend unter identischen Bedingungen mit einem konstanten Strom zu entladen? Welche Rolle spielen dabei Entladestrom, Entladeschlussspannung und die während des Tests gehaltene Spannung?

Außerdem frage ich mich, welcher Messwert für einen Vergleich besonders relevant ist. Viele Hersteller werben hauptsächlich mit der Kapazität in mAh. In der Praxis dürfte aber auch entscheidend sein, welche Energie in Wattstunden tatsächlich aus der Zelle entnommen werden kann. Kann deshalb eine 21700-Zelle mit einer etwas niedrigeren Kapazität unter Belastung möglicherweise besser abschneiden als ein Akku mit einer höheren nominellen mAh-Angabe, wenn sie ihre Spannung während der Entladung besser hält?

Interessant wäre für mich ebenfalls, wie stark sich Hochstromzellen und auf maximale Kapazität ausgelegte Zellen unterscheiden. Eine 21700-Zelle mit beispielsweise 4.000 oder 4.500 mAh und hoher Strombelastbarkeit verfolgt schließlich ein anderes Konzept als eine 5.000- oder 6.000-mAh-Zelle mit deutlich niedrigerem maximalen Dauerentladestrom. Sollte man solche Akkus überhaupt anhand eines einzigen Gesamtergebnisses miteinander vergleichen, oder müsste ein Test immer berücksichtigen, ob die Zelle beispielsweise für eine Taschenlampe, ein Werkzeug, einen Akkupack oder ein anderes Gerät vorgesehen ist?

Wie wichtig ist außerdem der Unterschied zwischen geschützten und ungeschützten 21700-Zellen? Geschützte Akkus besitzen zusätzliche Elektronik und können dadurch etwas länger beziehungsweise dicker als eine normale ungeschützte 21700-Zelle ausfallen. Sollte bei einem Vergleich neben Kapazität und Belastbarkeit deshalb auch berücksichtigt werden, ob die Zelle überhaupt mechanisch in das jeweilige Gerät passt und ob das Gerät bereits eine eigene Schutzelektronik besitzt?

Mich würde daher interessieren, welche Messwerte bei einem seriösen 21700-Akku-Test tatsächlich entscheidend sind und wie man anhand von gemessener Kapazität, Wattstunden, durchschnittlicher Spannung, Entladezeit und maximaler Strombelastbarkeit beurteilen kann, welche Zelle für den eigenen Einsatzzweck am besten geeignet ist.

Hallo,

bei einem Vergleich von 21700 Li-Ion-Akkus sollte man tatsächlich nicht ausschließlich auf die aufgedruckte Kapazität in mAh schauen. Ein interessanter Überblick mit Messwerten verschiedener Zellen findet sich unter https://www.akkuline.de/tests/21700-li-ion-akku-test/. Dort werden zahlreiche geschützte und ungeschützte 21700-Akkus unter vergleichbaren Bedingungen getestet.

Für den dort beschriebenen Test werden die Zellen zunächst mit einem Li-Ion-Ladegerät auf 4,2 V geladen. Anschließend erfolgt die Entladung mit konstant 4 A bis zu einer Spannung von 2,5 V. Dadurch entstehen einheitliche Testbedingungen, sodass sich unterschiedliche Modelle besser miteinander vergleichen lassen. Der Entladestrom von 4 A soll dabei laut Test ungefähr einer anspruchsvolleren Anwendung wie einer modernen leistungsstarken LED-Taschenlampe entsprechen.

Besonders interessant ist, dass nicht nur die erreichte Kapazität betrachtet wird. Akkuline bewertet auch die tatsächlich abgegebene Energie in Wattstunden. Das ist für einen Vergleich hilfreich, weil die mAh-Angabe lediglich die elektrische Ladungsmenge beschreibt. Zwei Akkus mit beispielsweise nominell 5.000 mAh können sich unter Belastung trotzdem hinsichtlich ihrer durchschnittlichen Spannung und damit der tatsächlich nutzbaren Energie unterscheiden.

Die Testergebnisse zeigen diese Unterschiede recht deutlich. Beim Samsung INR21700-50S mit nominell 5.000 mAh wurden beispielsweise 4.933 mAh bei 4 A Entladestrom erreicht. Die durchschnittliche Spannung lag bei 3,50 V und die gemessene Energie bei 17,3 Wh. Beim ebenfalls mit 5.000 mAh angegebenen Samsung INR21700-50E wurden dagegen 4.811 mAh, durchschnittlich 3,47 V und 16,7 Wh gemessen.

Noch deutlicher wird, warum die Kapazität nicht das einzige Auswahlkriterium sein sollte, wenn man die Strombelastbarkeit betrachtet. Die getesteten 21700-Zellen reichen von Modellen mit vergleichsweise niedrigen Dauerströmen bis zu ausgesprochenen Hochstromzellen. Beim EVE INR-21700-40P werden beispielsweise 4.000 mAh und bis zu 50 A Dauerbelastung angegeben, während der getestete Nitecore NL2150R mit 5.000 mAh für maximal 7 A angegeben wird.

Das bedeutet allerdings nicht automatisch, dass die Zelle mit dem höheren Entladestrom grundsätzlich „besser“ ist. Für ein Gerät mit relativ geringer Leistungsaufnahme kann eine hohe Kapazität wichtiger sein, weil eine möglichst lange Laufzeit gewünscht wird. Bei Werkzeugen oder anderen Anwendungen mit hohem Strombedarf kann dagegen eine Hochstromzelle sinnvoller sein, selbst wenn ihre Kapazität etwas niedriger ausfällt. Deshalb sollte ein Testergebnis immer zusammen mit dem vorgesehenen Einsatzzweck betrachtet werden.

Auch geschützte und ungeschützte Zellen sollte man nicht völlig gleich behandeln. Eine ungeschützte 21700-Zelle hat grundsätzlich das namensgebende Format von ungefähr 21 mm Durchmesser und 70 mm Länge. Bei geschützten Akkus kommt zusätzliche Schutzelektronik hinzu. Dadurch können diese laut Akkuline je nach Konstruktion etwa 1 bis 5 mm länger und ungefähr 1 mm dicker sein. Das kann bei engen Akkufächern bereits darüber entscheiden, ob ein Akku überhaupt eingesetzt werden kann.

Bei der Auswahl sollte daher zunächst geklärt werden, welche Bauform und welcher Zelltyp vom Gerätehersteller vorgesehen sind. Ungeschützte Einzelzellen sollten insbesondere nicht einfach als Ersatz für geschützte Akkus eingesetzt werden, wenn das Gerät keine dafür vorgesehene Schutztechnik besitzt. Akkuline weist bei seinen 21700-Zellen ebenfalls auf die Bedeutung einer geeigneten Schutzelektronik und einer fachgerechten Verwendung von Li-Ion-Zellen hin.

Für einen sinnvollen Vergleich würde ich deshalb mehrere Werte gemeinsam betrachten: die tatsächlich gemessene Kapazität, die abgegebene Energie in Wh, die Spannungslage unter Last, den zulässigen Dauerentladestrom sowie die Frage, ob eine Schutzschaltung vorhanden ist. Erst zusammen ergeben diese Werte ein brauchbares Bild davon, wie gut eine 21700-Zelle für eine bestimmte Anwendung geeignet ist.

Der Test zeigt damit auch, warum ein Akku mit der größten aufgedruckten mAh-Zahl nicht automatisch für jeden Einsatzzweck die beste 21700-Zelle ist. Wer hauptsächlich lange Laufzeiten benötigt, setzt andere Prioritäten als jemand, der sehr hohe Ströme benötigt. Gerade die Kombination aus real gemessenen Wattstunden und Strombelastbarkeit ist deshalb eine gute Grundlage, um verschiedene 21700 Li-Ion-Akkus sinnvoll miteinander zu vergleichen.

Hallo,

vielen Dank für die ausführliche und wirklich hilfreiche Erklärung. Jetzt verstehe ich deutlich besser, warum man bei einem Vergleich von 21700 Li-Ion-Akkus nicht einfach nur auf die angegebene Kapazität in mAh schauen sollte.

Besonders interessant fand ich den Hinweis auf die tatsächlich abgegebene Energie in Wattstunden und die durchschnittliche Spannung während der Entladung. Mir war vorher nicht bewusst, dass zwei Akkus mit derselben nominellen Kapazität unter identischer Belastung durchaus unterschiedliche Ergebnisse liefern können. Dadurch wird für mich auch verständlicher, weshalb ein kontrollierter Test mit gleichem Entladestrom und gleicher Entladeschlussspannung wesentlich aussagekräftiger ist als ein reiner Vergleich der Herstellerangaben.

Auch die Unterscheidung zwischen Hochstromzellen und Zellen, die hauptsächlich auf eine möglichst hohe Kapazität ausgelegt sind, hat mir weitergeholfen. Ich hatte zunächst angenommen, dass eine 21700-Zelle mit beispielsweise 5.000 oder 6.000 mAh grundsätzlich die bessere Wahl wäre. Jetzt ist mir klar, dass bei Anwendungen mit einem hohen Strombedarf eine Zelle mit etwas geringerer Kapazität, dafür aber höherer Belastbarkeit, durchaus geeigneter sein kann.

Den Punkt mit geschützten und ungeschützten 21700-Zellen werde ich ebenfalls berücksichtigen. Gerade die abweichenden Abmessungen geschützter Akkus hatte ich bisher kaum beachtet. Wenn dadurch Länge und teilweise auch Durchmesser größer ausfallen, sollte man natürlich vor dem Kauf prüfen, ob der jeweilige Akku überhaupt in das vorhandene Gerät passt und welche Art von Zelle vom Hersteller vorgesehen ist.

Für meinen zukünftigen Vergleich werde ich daher nicht nur die mAh-Angabe betrachten, sondern insbesondere auch die gemessenen Wattstunden, die Spannung unter Last, den zulässigen Dauerentladestrom und die vorhandene Schutzschaltung berücksichtigen. So lässt sich wahrscheinlich wesentlich besser beurteilen, welcher Akku für den jeweiligen Einsatzzweck geeignet ist.

Nochmals vielen Dank für die ausführliche Antwort und die verständliche Erklärung der einzelnen Messwerte. Damit kann ich die Ergebnisse solcher 21700-Akku-Tests jetzt wesentlich besser einordnen und weiß auch, worauf ich beim Vergleich verschiedener Zellen besonders achten sollte.