AA Batteriewahl für CREE LED
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AA Batteriewahl für CREE LED

Betrachtungen zur Wahl geeigneter Batterien bzw. Akkus für geregelte CREE LED Taschenlampen mit einer oder 2 AA Zellen.

Wer sich eine leistungsstarke LED Taschenlampe - etwa mit einer CREE LED - zugelegt hat oder die Anschaffung gerade plant, der steht (so es sich um ein Modell für Standard AA / Mignon Zellen handelt) ggf. vor der Frage, mit welchem Energiespender er diese nun betreiben soll, NiMH-Akku, Sanyo Eneloop LSD-Akku, Lithium Batterie oder Alkaline Primärzelle. Vorweg: Alles ist möglich, alles hat seine Vor- und Nachteile. Man muss sein Anwendungsprofil abwägen und kann sich anhand dessen entscheiden.

Ich mache also mal ein paar Beispielrechnungen anhand der von uns bevorzugten Fenix TK20 Taschenlampen sowie meiner Zebralight H501w Stirnleuchte und meiner iTP Light A2 EOS auf. Andere geregelte CREE LED Taschenlampen für 1 oder 2 AA-Zellen verfügen über ähnliche Leistungs- und Verbrauchsdaten, die Ergebnisse sind also zumindest für die Entscheidungsfindung grob übertragbar.

Ich habe nach bestem Wissen und Gewissen mit ordentlichem Equipment gemessen. Wir haben zwei Fenix TK20 im Bestand, es wurden beide vermessen und die Ergebnisse waren praktisch identisch. Die Zebralight H501w und die iTP Light A2 EOS sind dagegen jeweils nur 1 x vorhanden.
Alle Annahmen die ich im Folgenden treffe beruhen auf eigenen Messungen (wie hier geschildert) bzw. anderen öffentlich verfügbaren Informationen (Entladekurven, Kapazitäten etc.).
Die daraus resultierenden Berechnungen zu Laufzeiten sind rein theoretischer Natur bei Idealbedingungen, sollten sich in der Praxis (ebenfalls bei Idealbedingungen) aber durchaus bestätigen. Es schadet aber nicht, zur Sicherheit überall mal 10-20% abzuziehen, denn die Idealbedingungen wird man selten vorfinden.
Ich habe mich bemüht den Artikel auch für Nicht-Techniker verständlich zu halten und gehe auch gar  nicht zu sehr in die Tiefe bei der Theorie. Am Ende zählt letztlich doch, was ich in der Praxis erreichen kann.

Hier nun also die Messungen zum Stromverbrauch einer Fenix TK20 am geregelten Labornetzgerät bei Zimmertemperatur:

Spannung Strom (low) Leistung (low) Strom (high) Leistung (high)
3,0 V 175 mA 0,53 W 1.170 mA 3,51 W
2,9 V 182 mA 0,53 W 1.220 mA 3,54 W
2,8 V 188 mA 0,53 W 1.290 mA 3,61 W
2,7 V 196 mA 0,53 W 1.390 mA 3,75 W
2,6 V 203 mA 0,53 W 1.460 mA 3,80 W
2,5 V 215 mA 0,54 W 1.500 mA 3,75 W
2,4 V 225 mA 0,54 W 1.550 mA 3,72 W
2,3 V 235 mA 0,54 W 1.600 mA 3,68 W
2,2 V 245 mA 0,54 W 1.640 mA 3,61 W
2,1 V 258 mA 0,54 W 1.700 mA 3,57 W
2,0 V 270 mA 0,54 W 1.820 mA 3,64 W
1,9 V 285 mA 0,54 W 1.950 mA 3,71 W
1,8 V 301 mA 0,54 W 2.010 mA 3,62 W
1,7 V 325 mA 0,55 W
2.180 mA 3,71 W
1,6 V 342 mA 0,55 W 2.280 mA 3,65 W
1,5 V 366 mA 0,55 W 2.250 mA 3,38 W

Leistungsregelung:

Als geregelte LED Taschenlampe versucht eine elektronische Schaltung sowohl in der Fenix TK20 als auch in der Zebralight H501w für gleichbleibende Helligkeit unabhängig von der Batteriespannung zu sorgen. Je weiter die Spannung (gemessen in Volt) fällt, desto höher wird also die Stromaufnahme (Ampere, hier in mA angegeben). Die aufgenommene Leistung (das ist das Produkt aus der Spannung und der Stromstärke, gemessen in Watt) bleibt bei der Fenix TK20 weitestgehend konstant bei ca. 0,5W in der niedrigen Stufe und gut 3,5W in der hohen Stufe. Zwischen den beiden Stufen liegt also der Faktor 7 bei der Leistungsaufnahme, was aber nicht bedeutet, dass die Lichtausbeute auch sieben mal so hoch ist: laut Herstellerangaben (45 Lumen low und 150 Lumen high) ist mit der dreifachen Lichtausbeute zu rechnen. Je mehr Leistung wir der Fenix TK20 also abverlangen, desto schlechter wird der Wirkungsgrad. Dies ist aber keine alleinige Eigenschaft der Fenix TK20, das trifft für andere CREE LED-Taschenlampen und andere Hersteller ebenfalls zu.

Es wurde nur der Spannungsbereich für die in Frage kommenden Batterien bzw. Akkus berücksichtigt, von 3V (also 1,5V je Zelle) bis hinunter zu 1,5V (0,75V / Zelle). Tatsächlich vermag die Fenix TK20 sogar noch bei knapp 1,4V Gesamtspannung die Ausgangsleistung konstant zu halten, darunter steigt dann die Stromaufnahme überproportional an, die Lichtausbeute wird aber deutlich geringer. Dies spielt in der Praxis aber keine Rolle, da Batterien oder Akkus spätestens unter 0,8V ohnehin als leer zu betrachten sind.

Messungen zum Stromverbrauch einer Zebralight H501w am geregelten Labornetzgerät bei Zimmertemperatur:

Spannung Strom
(low)
Leistung
(low)
Strom
(medium)
Leistung
(medium)
Strom
(high)
Leistung
(high)
1,5 V 28 mA 0,04 W 107 mA 0,16 W 1.066 mA 1,60 W
1,4 V 34 mA 0,05 W 120 mA 0,17 W 1.076 mA 1,51 W
1,3 V 35 mA 0,05 W 128 mA 0,17 W 1.086 mA 1,41 W
1,2 V 35 mA 0,04 W 132 mA 0,16 W 1.094 mA 1,31 W
1,1 V 37 mA 0,04 W 145 mA 0,16 W 1.106 mA 1,22 W
1,0 V 38 mA 0,04 W 161 mA 0,16 W 1.119 mA 1,12 W


Verglichen mit den Ergebnissen der Fenix TK20 sind die Werte der Zebralight H501w zumindest in der hohen Leistungsstufe etwas auffälliger: Die Leistungsaufnahme liegt im gemessenen Bereich zwischen 1,6 W und 1,2 W. Damit würde bei schwächer werdender Batterie die Lichtausbeute auch entsprechend abnehmen. Was hier nach schlechter Regelung aussieht ist auf der anderen Seite aber schonender für die Energiespender, denn sie werden bei nachlassender Spannung weniger belastet, was insbesondere Alkaline Batterien zugute kommt.
In der Praxis spielt bei Verwendung von NiMH-Akkus oder Lithium Batterien ohnehin nur der Spannungsbereich um die 1,2 V bis 1,3 V herum eine Rolle, dann relativiert sich auch der Unterschied in der Stromaufnahme wieder.
Bei Spannungen unter 1,0V nimmt die Leuchtstärke stark ab, unter 0,9V schaltet die Zebralight H501w ab, womit eine schädliche Tiefentladung von NiMH-Akkus sicher vermieden wird. Somit wird man also rechtzeitig vorgewarnt, dass die Batterie bzw. der Akku bald leer ist und steht nicht plötzlich im Dunkeln. Versucht man allerdings, die Leuchte mit bereits sehr schwacher Batterie einzuschalten, so gelingt dies bei Spannungen unter 1,05V nicht mehr. Auch das macht Sinn, denn sie würde praktisch nicht mehr lange laufen, ein baldiger Wechsel des Akkus bzw. der Batterie wäre ohnehin fällig.

Messungen zum Stromverbrauch einer iTP Light A2 EOS am geregelten Labornetzgerät bei Zimmertemperatur:

Spannung Strom
(low)
Leistung
(low)
Strom
(medium)
Leistung
(medium)
Strom
(high)
Leistung
(high)
1,5 V 57 mA 0,09 W 368 mA 0,55 W 870 mA 1,31 W
1,4 V 63 mA 0,09 W 372 mA 0,52 W 860 mA 1,20 W
1,3 V 68 mA 0,09 W 378 mA 0,49 W 850 mA 1,11 W
1,2 V 74 mA 0,09 W 384 mA 0,46 W 840 mA 1,01 W
1,1 V 81 mA 0,09 W 390 mA 0,43 W 830 mA 0,91 W
1,0 V 87 mA 0,09 W 395 mA 0,40 W 820 mA 0,82 W
0,9 V 88 mA 0,08 W 396 mA 0,36 W 810 mA 0,73 W
0,8 V 66 mA 0,05 W 370 mA 0,30 W 780 mA 0,62 W

 

Auch bei der iTP Light A2 EOS ist die Regelung nicht so konstant, was bei Akku-Betrieb oder mit Lithium-Batterien in deren hauptsächlichen Spannungsbereichen von 1,2 V bis 1,3 V nicht sonderlich auffällt, die Leuchtstärke ändert sich kaum merklich. Unter 0,8V wird's dann schnell immer dunkler, bis die Lampe dann unter 0,5V ganz abschaltet. Hier ist also Vorsicht beim Akkubetrieb geboten, wer hier bis zum Abschalten wartet, mutet seinem Energiespender eine schädliche Tiefentladung zu!
Mit Alkaline Batterien ist in der hohen Stufe über die gesamte Laufzeit eine kontinuierlich abnehmende Helligkeit wahrnehmbar, das lässt sich (wenn auch nicht so ausgeprägt) auch in der mittleren Stufe beobachten. Dafür kann man mit der iTP Light A2 EOS Alkali Batterien quasi bis auf den letzten Rest ausquetschen, denn wo andere Lampen zur Sicherheit für die Akkus bereits abgeschaltet haben, leuchtet die A2 EOS solange, bis die Batterie wirklich nichts mehr zu bieten hat. Diese Restkapazität kann in der mittleren Stufe freilich nur noch mit verminderter Helligkeit abgerufen werden, die helle Stufe wird in diesem Falle identisch hell sein. Die niedrige Stufe wird dagegen oftmals noch einige Stunden nutzbar sein.

Laufzeitberechnung:

Mit diesen Messwerten sind wir nun gerüstet, um die theoretischen Laufzeiten bei Verwendung der verschiedenen AA-Batterien bzw. Akkus zu errechnen:

Laufzeiten Fenix TK20 mit 2xAA (Mignon)

Batterie / Akku Kapazität Spannung Zeit (low) Zeit (high)
Sanyo Eneloop LSD NiMH 2.200 mA 1,2 V 08:53 1:17
Standard NiMH 2.700 mA 1,2 V 12:00 1:44
Lithium Batterie 2.700 mA 1,3 V 13:18 1:51
Lithium Batterie Energizer Ultimate 3.000 mA 1,3 V 14:47 2:02

 

Laufzeiten Zebralight H501w mit 1xAA (Mignon)

Batterie / Akku Kapazität Spannung Zeit (low) Zeit (med) Zeit (high)
Sanyo Eneloop LSD NiMH 2.200 mA 1,2 V 57:09 15:09 1:50
Standard NiMH 2.700 mA 1,2 V 77:09 20:27 2:28
Lithium Batterie 2.700 mA 1,3 V 77:09 21:06 2:29
Lithium Batterie Energizer Ultimate 3.000 mA 1,3 V 85:43 23:26 2:46

 

Laufzeiten iTP Light A2 EOS mit 1xAA (Mignon)

Batterie / Akku Kapazität Spannung Zeit (low) Zeit (med) Zeit (high)
Sanyo Eneloop LSD NiMH 2.200 mA 1,2 V 27:02 5:13 2:23
Standard NiMH 2.700 mA 1,2 V 36:29 7:02 3:13
Lithium Batterie 2.700 mA 1,3 V 36:43 7:08 3:11
Lithium Batterie Energizer Ultimate 3.000 mA 1,3 V 44:07 7:56 3:32

 

Die Kapazitäten sind die Herstellerangaben, die Spannungen entsprechen ungefähr dem Mittelwert während der gesamten Leistungsabgabe. Es wurden die in der ersten Tabelle ermittelten Ströme passend zur jeweiligen Spannung als Berechnungsgrundlage herangezogen. Die berechneten Laufzeiten sind in Stunden und Minuten angegeben.
Dass man die Zebralight H501w in der niedrigen Stufe eine halbe Woche laufen lassen kann liest sich zwar gut, ist aber zumindest beim Geocachen praxisfremd. Die schwache Leuchtstärke reicht im Bett oder Zelt als Leseleuchte, zur Ausleuchtung des Weges reicht sie aber kaum. Für genau diesen Zweck reicht aber die mittlere Stufe aus, die hohe Stufe brauche ich persönlich höchst selten. Ebenso komme ich bei der Fenix TK20 praktisch die ganze Zeit mit der niedrigen Stufe aus, die hohe Stufe ist äußerst selten und dann auch nur sehr kurz in Betrieb.
Bei der iTP Light A2 EOS ist die mittlere Stufe wohl für die allermeisten Aufgaben einer EDC*-Leuchte vollkommen ausreichend, wer mehr braucht, hat genügend Reserve nach oben bei etwas weniger als der halben Laufzeit. Als Leselicht und für ähnliche Zwecke ist die iTP Light A2 EOS selbst in der niedrigen Stufe mit ein bis zwei Tagen Laufzeit gut zu gebrauchen.

*) EDC: every day carry, sinngemäß "immer dabei"

NiMH LSD-Akkus (Sanyo Eneloop u.ä.):

Sanyo Eneloops oder andere LSD-Zellen (low self discharge, niedrige Selbstentladung) sowie Standard Marken-NiMH-Akkus sind eine gute Wahl, wenn es sich um wiederaufladbare Batterien handeln soll. Das Viererpack Sanyo AA Eneloops kostet unter 9,00 EUR und ein gescheites Schnell-Ladegerät mit Einzelzellenüberwachung und ein wenig Schnickschnack wie das BC700 für rund 30 EUR sind da sicherlich eine gute Wahl. Von allzu einfachen Ladern ohne Einzelzellenüberwachung (erkennbar u.A. auch daran, dass die Akkus nur paarweise geladen werden können) sollte man unbedingt die Finger lassen, da wird dann am falschen Ende gespart.

Standard NiMH Akkus:

Herkömmliche NiMH Akkus haben eine höhere Kapazität als LSD-Akkus, entladen sich bei Nichtgebrauch aber deutlich schneller von selbst. Wer also seine frisch geladenen Akkus auch mal gerne 1-2 Monate oder länger liegen lässt, der ist mit Sanyo Eneloops oder anderen LSD-Zellen deutlich besser bedient. Wer regelmäßig mit der Lampe unterwegs ist, der kann sich auch bei den Standard NiMH Akkus umsehen, sollte aber von allzu günstigen NoName-Zellen Abstand nehmen. Alle großen Hersteller bieten Akkus mit ca. 2.500 bis 2.700 mAh an, da kann man ruhig zugreifen.

Lithium Batterien:

Die absoluten Leistungssieger sind jedoch Lithium-Batterien. Sie liefern die höchste Spannung, haben mit bis zu 3.000 mAh (Energizer Ultimate, ab ca. 6 EUR im Viererpack) die höchste Kapazität bei gleichzeitig dem niedrigsten Gewicht, welches etwa 2/3 dem einer herkömmlichen Batterie entspricht. Sie sind bis zu 15 Jahre lagerfähig, auslaufsicher und bringen auch bei tiefsten Temperaturen konstant hohe Leistungen.
Insbesondere bei der Zebralight H501w sind Lithium-Zellen höchst interessant, weil sie deutlich leichter sind und die Stirnleuchte in der mittleren Stufe fast einen ganzen Tag lang versorgen können. Ferner lohnt sich für die Zebralight H501w alleine die Anschaffung von Akkus samt Ladegerät kaum.

Alkaline Batterien:

Schwer simulieren bzw. errechnen lässt sich das Verhalten von Alkaline Batterien, die jedoch durchaus eine Alternative sein können, auch wenn sie leistungsmäßig deutlich unter den o.g. Werten liegen. Während NiMH-Akkus und Lithium-Batterien eine flache Entladekurve haben (d.h. sie behalten über einen langen Zeitraum auch bei hoher Leistungsabgabe eine konstante Spannung und fallen erst am Ende ihrer Kapazität deutlich ab), nimmt die Spannung bei Alkaline-Zellen stetig ab. Und je tiefer die Spannung sinkt, desto mehr Strom fordert die Taschenlampe an. Diesen kann die Batterie dann aber aufgrund ihres hohen Innenwiderstandes nicht mehr liefern und die Leistung nimmt rapide ab.
Bei der Fenix TK20 bedeutet das in der Praxis, dass der Modus mit voller Leuchtstärke selbst bei frischen Batterien nur kurz verwendet werden kann. Schon nach wenigen Minuten vermag die Alkaline-Zelle den hohen Strom nicht mehr zu liefern und die Leuchtstärke nimmt deutlich ab. Wer die hohe Stufe benötigt, ist mit Alkaline Batterien eher schlecht bedient.
In der niedrigen Leistungsstufe kann man jedoch etwa mit der Hälfte bis 2/3 der Laufzeit einer Sanyo Eneloop-Zelle rechnen und bei Preisen von weniger als 2,00€ im Achterpack beim Discounter geht die Rechnung gut auf, "Premium-Zellen" (ohne hier Marken nennen zu wollen) die ein vielfaches (!) kosten rechnen sich definitiv nicht, denn da greift man besser gleich zu Lithium-Zellen, diese halten 3 bis 4 mal so lange und können auch die hohe Leistungsstufe problemlos bedienen.
Da die Zebralight H501w bei schwacher Batterie relativ früh abschaltet vermag sie die Kapazität einer Alkaline-Zelle noch etwas schlechter zu nutzen, als die TK20. Hier sollte man sich bei mittlerer Stufe auf ca. 50% der Sanyo Eneloop-Leistung einstellen, danach ist die Batterie in der Kopfleuchte nicht mehr zu gebrauchen.
Zwar haben Alkaline-Zellen rein rechnerisch auch 2.500 bis 3.000 mAh Kapazität, brechen in Hochstromanwendungen aber schnell zusammen. Eine in der Fenix TK20 "entleerte" Alkaline-Zelle hat gut und gerne noch 20-30% Restkapazität, die "leere" Batterie aus der Zebralight H501w hat noch mehr Reserven, die sich aber nur noch in genügsamen Verbrauchern nutzen lassen. Diese muss man also nicht gleich entsorgen, sie tun in Uhren, Taschenrechnern oder Fernbedienungen sicherlich noch Wochen oder gar Monate ihren Dienst, selbst die iTP Light A2 EOS kann damit noch einige Zeit versorgt werden, bis die Batterie dann restlos leer ist.


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