Wissen: USB Power Delivery Ladegeräte für Drohnen (PD & PPS)

Viele moderne Drohnen lassen sich mittlerweile alle direkt per USB-C-Kabel aufladen. Damit der Akku auch schnell wieder voll ist, braucht ihr jedoch ein passendes Netzteil. Wir erklären euch, worauf es ankommt und was das mit USB Power Delivery und PPS zu tun hat.

Den Akku der DJI Mavic 3 Pro (Testbericht) schnell am Ladegerät vom Smartphone wieder aufladen? Das muss doch gehen, schließlich verwenden beide Geräte einen USB-C-Buchse. Ganz so einfach ist es leider nicht.

Viele USB-Netzteile (oder USB-Ladegeräte) haben zwar den richtigen Stecker, sie stellen aber zu wenig Leistung bereit oder arbeiten mit dem falschen Ladeprotokoll, um die Akkus moderne Consumer-Drohnen schnell wieder aufzuladen.

Im Folgenden Artikel gehen wir zunächst kurz auf die technischen Grundlagen und Voraussetzungen ein. Im Anschluss kümmern wir uns um die wichtigsten Fragen rund um Drohnen-Ladegeräte.

USB Power Delivery (PD) & PPS: Darauf müsst ihr achten

Die Zeiten in denen Geräte sich „einfach“ mit einer USB-Spannungsquelle zufriedengegeben haben und direkt mit voller Leistung geladen wurden, sind schon länger vorbei. Früher war die Systemspannung von 5 V der Standard für USB. Ströme bis maximal 2,4 A waren das höchste der Gefühle. Mehr als circa 12 W Leistung wurde selten benötigt und Geräte mit größeren Akkus, wie Tablets luden entsprechend gemächlich vor sich hin.

Das hat sich mit der Einführung von Schnellladeprotokolle, wie PPS oder QC grundlegend geändert. Die Verbraucher (in unserem Fall die Drohne oder die Akkuladestation) nimmt nicht einfach nur eine fixe Spannung entgegen, sondern handelt mit dem Ladegerät zuvor die optimale Ladespannung und den Strom aus.

Damit das funktioniert, müssen entsprechende Ladegerät / USB-Netzteile natürlich die passenden Standards zur Kommunikation unterstützen.

Die wichtigsten Begriffe, die ihr hierbei unterscheiden müsst, sind:

• PD: Power Delivery, häufig auch PD 3.0
• PPS: Programmable Power Supply
• QC: Quick Charge (Schnellladeverfahren von Qualcomm)

Für Drohnen des Herstellers DJI, wie beispielsweise die DJI Mavic 3 Pro (Testbericht) oder die DJI Air 3 (Testbericht), sind Ladegeräte mit PD 3.0 und/oder PPS Pflicht, wenn ihr nicht ewig auf einen vollen Akku warten wollt.

USB Power Delivery ermöglicht grundsätzlich die Übertragung von bis zu 240 W (USB PD 3.1) über ein zertifiziertes USB-C-Kabel. Dazu verwendet das System definierte Spannungsstufen zwischen 5 und 20 V mit bis zu 5A (maximal 100 W), wenn das Netzteil USB PD 3.0 unterstützt.

Für Geräte mit USB PD 3.1-Support gibt es die sogenannte Extended Power Range (EPR), welche drei weitere Leistungsstufen mit 28 V, 36 V und 48 W bereitstellt. Damit lassen sich dann bis zu 140 W, respektive 180 W und 240 W über ein USB-Kabel schicken.

PPS ist ein Zusatz, der mit USB PD 3.0 implementiert wurde und als Schnellladeprotokoll in Konkurrenz mit Quick Charge tritt. Im Vergleich zu den fest definierten Leistungsstufen von USB PD, kann PPS die optimale Spannung und den Strom sehr fein mit dem Verbraucher aushandeln. Das steigert die Effizienz des Ladevorgangs, da die Ladestation oder die Drohne, die einkommende Spannung nicht erneut, oder in nur sehr geringem Umfang, umwandeln muss. Ein PPS-Ladegerät kommuniziert damit laufend mit dem Verbraucher (der Drohne) und regelt die Spannung entsprechend den Bedürfnissen nach.

Damit ihr aktuelle Drohnen problemlos aufladen könnt, wird also ein USB Power Delivery-Netzteil mit USB PD 3.0 und PPS benötigt.

Welche Leistung benötigt ein USB-Drohnen-Ladegerät?

Ein weiterer wichtiger Faktor ist die Leistung des USB-Ladegerätes. Nur weil ein Netzteil USB Power Delivery unterstützt, bedeutet des nicht, dass automatisch 100 W oder mehr abgegeben werden können.

Jedes Netzteil hat eine maximale Leistung, die sich auf dem Typenschild findet. Bei Netzteilen mit mehrere Ports (USB-Ausgängen) ist die maximale Leistung häufig pro Port begrenzt und es kann noch einmal eine andere Leistungsgrenze geben, wenn zur gleichen Zeit mehrere Geräte mit dem Netzteil verbunden sind und Leistung fordern.

Hochwertige USB PD-Netzteil stellen dafür zumeist mindestens über eine USB C-Buchse ein dediziertes Leistungsangebot bereit, welches nicht von weiteren Ausgängen beeinflusst wird.

Am Beispiel unser beiden oben genannten Drohnenmodelle von DJI, solltet ihr ein Netzteil mit mindestens 65 Watt verwenden. Einige Akkuladestationen von DJI können auch mit 100 Watt umgehen.

Für die DJI Mini 3 Serie (Testbericht) oder die DJI Mini 4 Pro (Testbericht) sind bereits Ladegeräte mit 30 Watt ausreichend. Auch Autel lädt seine EVO Nano Serie mit 30 Watt. Ein passendes USB PD-Netzteil hätte in dieser Klasse typischerweise 36 Watt.

Funktionieren auch Ladegeräte mit geringer Leistung?

Wer ein Ladegerät unter 65 Watt mit einer Mavic 3 Pro oder einer DJI Air 3 verbindet, erlebt eine von drei Situationen:

1. Der Ladevorgang dauert einfach länger. Das macht auch Sinn. Hat das Netzteil beispielsweise nur 45 W, benötigt es einfach mehr Zeit, bis dieselbe Energie in den Akku geladen wurde.
2. Der Ladevorgang startet gar nicht. In diesem Fall fehlt wahrscheinlich die Kompatibilität zu USB PD / PPS.
3. Der Ladevorgang bricht ab. Auch hier ist häufig die fehlende PD 3.0-Unterstützung der Fall.

Funktioniert das Aufladen einer Drohne auch mit QC-Netzteilen (Quick Charge)?

Zur perfekten Verwirrung sind manche USB-Ladegeräte auch mit dem QC-Standard von Qualcomm kompatibel. QC gibt es ebenfalls in verschiedenen Versionen. Die für euch relevanten Versionen sind QC 4+ oder QC 5. Diese beiden Varianten des Ladestandards sind nämlich mit USB PD inklusive PPS kompatibel.

Netzteile mit QC 5 können dabei ebenfalls bis zu 100 W abgegeben. Bei QC 4+ ist bei maximal 27 W Schluss, wenn das Netzteil im PD-Modus betrieben wird. Im nativen QC-Lademodus liefern QC 4+ und vorhergehende Versionen (Quick Charge 4 / Quick Charge 3) maximal 18 Watt.

Kurz um: QC 4+ kann funktionieren, wird aber längere Ladezeiten mitbringen. QC 5-Netzteile sind in der Regel auch zeitgleich USB PD PPS-zertifiziert und funktionieren ohne Probleme (Ausnahmen bestätigen die Regel…).

Fun Fact: Für einige Controller, beispielsweise die DJI RC Pro (Testbericht) oder die DJI RC 2 (Testbericht) sind jedoch auch QC 3 und QC 4 für eine Schnellladung völlig ausreichend.

Woran erkenne ich, ob mein Drohnen-Ladegerät USB PD und PPS kann?

Ihr habt bereits ein USB-Netzteil mit USB-C-Anschluss zu Hause? Dann liegt es natürlich nahe, dass man vor einer Neuanschaffung erst einmal prüfen möchte, ob das vorhandene Netzteil USB PD unterstützt.

Ihr erkennt passendes Netzteil im Normalfall an zwei Dingen:

1. USB Power Delivery und/oder PPS werden direkt auf dem Typenschild des Ladegerätes genannt.
2. Das Ladegerät listet für den USB C-Port die für PD typischen Spannungs- und Stromkombinationen (etwa eine Liste von 5V/3A, 9V/3A, 15V/3A, 20V/3,25A für ein typisches 65-W-Netzteil)

Netzteile bereits etwas betagterer Smartphones oder Tablets fallen damit in der Regel raus.

In der Drohne laden oder doch lieber Ladestation?

Bei vielen Drohnenmodellen habt ihr entweder die Möglichkeit, den Akku im eingesetzten Zustand direkt über USB-C in der Drohne aufzuladen oder aber ihr nehmt den Akku heraus und setzt ihn in eine spezielle Ladestation ein.

Bei vielen Modellen ergeben sich hier keine Unterschiede in Bezug auf die maximale Ladegeschwindigkeit. Die Ladung dauert dann also gleich lang, egal ob ihr den Akku in der Drohne oder in der Ladestation aufladet.

Es gibt aber auch Drohnen, dazu gehören die DJI Mavic 3 (in allen Varianten) oder die DJI Air 3, die hier einen Unterschied machen. Wird der Akku direkt in der Drohne geladen, genehmigt sich der Akku maximal 65 Watt. Findet der Ladevorgang in der Akkuladestation statt, kann mit bis zu 100 W geladen werden – ein entsprechendes Netzteil vorausgesetzt.

Kabel ist nicht gleich Kabel

Bis jetzt haben wir uns vor allem auf passende USB-Netzteile zum Aufladen der Drohne bzw. der Akkus fokussiert. Neben einem passenden USB PD-Netzeil ist ein kompatibles Kabel aber genauso wichtig.

Achtet beim Kauf eines USB-C-Kabels also nicht nur auf die maximal unterstütze Datenrate, sondern vor allem auf eine Eignung und Kompatibilität mit USB PD. Hochwertige Kabel sind in der Regel bis 100 W freigegeben.

Wer bereits neue USB PD 3.1-Hardware anschaffen möchte, findet schon heute Kabel für noch höhere Leistungen.

Minderwertige Kabel führen in der Regel zu langen Ladezeiten oder Ladeabbrüchen.

Drohne lädt langsam: Das sind die Top-Gründe (und Lösungen)

Wer nicht zum originalen Netzteil des Drohnenherstellers greift, etwa weil kein Netzteil mehr direkt mitgeliefert wird, kann natürlich Probleme beim Laden bekommen.

Folgende Gründe führen zu einer langsamen Ladung:

1. Die Ladeleistung des USB-Netzteils ist (zu) gering. Hier hilft nur die Anschaffung eines Netzteils mit mehr Leistung. Am besten direkt ein 100-W-Netzteil.
2. Das Netzteil unterstützt kein PD 3.0 / PPS. Es kann vorkommen, dass Netzteile die Drohne dann trotzdem Energie liefern, jedoch mit geringer Geschwindigkeit. Durch die fehlenden Protokolle können die Geräte keine hohe Ladeleistung aushandeln und es wird langsam geladen.
3. Das verwendete Kabel unterstützt nicht die volle Ladeleistung des USB-PD-Netzteils. USB PD-Kabel haben Chips an Bord, die unterstütze Leistungsübertragung an das USB-Netzteil übermitteln. Ist das USB-C-Kabel nicht USB PD-fähig, kann das Netzteil noch so stark sein, die Ladung wird nur mit geringer Leistung erfolgen. Auch hier hilft nur der Tausch des Kabels.
4. Falscher USB-Port verbunden. Wenn euer USB PD-Ladegerät mehrere USB-Anschlüsse hat, versichert euch, dass der richtige Port für den Anschluss der Drohne genutzt wird. Häufig werden Power Delivery-Ports mit „normalen“ USB-Ausgängen ohne PD in einem Gerät kombiniert.
5. Leistung wird aufgeteilt. Ebenfalls möglich ist, dass bei USB-Netzteilen mit mehreren Anschlüssen beim parallelen Aufladen mehrere Geräte die Gesamtleistung zwischen den verschiedenen Anschlüssen aufgeteilt wird. Dann hilft nur: Die Drohne einzeln aufladen.

Drohne mit der Powerbank oder Powerstation aufladen

Natürlich könnt ihr eure Drohne auch mit einer Powerbank oder gar mit einer Power Station aufladen. Im Grunde gelten hier dieselben Kriterien, wie für das USB-Steckernetzteil: USB PD 3.0 und PPS müssen unterstützt werden, damit es flott geht.

Außerdem muss die Powerbank / Powerstation genügend Leistung über ihre USB C-Schnittstelle bereitstellen können.

Damit das Ganze sinnvoll ist, muss die Powerbank natürlich groß genug sein. Dazu vergleich ihr die Angabe für die Energie in Wattstunden (Wh) der Powerbank mit der Größe des Akkus. Dabei eine Effizienz von circa 90 % anzunehmen, dürfte bei guten Komponenten und Kabel hinkommen oder gar konservativ gerechnet sein.

Ein Beispiel: Ihr möchtet euren Mavic 3 Pro Akku (77 Wh) mit einer Powerbank komplett aufladen. Dann muss die Powerbank mindestens 77 Wh / 0,9 = 86 Wh Energie speichern können, um in etwa eine Akkuladung zu ermöglichen.

Bei Powerstations gilt prinzipiell dasselbe. Da hier die Kapazität aber meist deutlich höher ist (je nach Größe des Gerätes), klappt eine Ladung meistens recht problemlos.

Hinweis: Die Kombination aus Powerbank und einigen DJI Drei-Wege-Ladehubs ist – je nach Powerbank – häufig nicht möglich. Das Lade-Hub mit eingelegten Flugakkus wird hier im Normalfall ebenfalls als Energiequelle ausgeben und stattdessen die Powerbank laden – also genau das umgekehrte Ergebnis.

Welche USB PD-Ladegeräte sind empfehlenswert?

Es gibt da draußen eine riesige Anzahl an zertifizierten USB PD-Ladegeräten, die potenzielle alle verwendet werden können, um eure Drohne schnell aufzuladen.

Wir listen an dieser Stelle einfach einmal einige Modell auf, mit denen wir bisher in der Praxis gute Erfahrungen gemacht haben, um eine Mavic 3 Cine Drohne oder die DJI Mini 3 Pro von DJI zu laden. Teilweise sind die Modelle älter und wurden bereits durch Nachfolgeprodukte ersetzt.

• Anker GaN Prime 735* (65 Watt)
• Apple 96W USB‑C Netzteil*
• Anker PowerPort 3 Mini* (30 Watt)
• Anker PowerPort+ 5 USB-C (60 Watt)
• Pro User 2-Fach-USB Car Charger* (108 W total, 90 W PD)
• Pro User Mini USB-C Car Carger* (30 Watt)
• DJI Original 65 Watt Netzteil* (DJI PD65EU)
• Anker PowerHouse 555 Power Station* (100 Watt PD)

Kabel, die sich in der Praxis bewährt haben:

• Apple 240W USB‑C Ladekabel*
• Apple 60W USB‑C Ladekabel*
• Anker 765 USB C Kabel* (140 Watt)
• CableTex USB C Kabel* (100 Watt)
• DJI USB C Highspeed Kabel

Schlusswort

Wir hoffen, euch hat dieser Artikel einen Blick hinter die Kulissen der Ladetechnologien für Drohnen gegeben und ihr wisst nun, auf welche Kriterien es bei einem guten USB-Ladegerät für eure Drohne ankommt.

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Drohnen-Ladegeräte: Häufige Fragen (FAQ)