USB-Tester, Messgerät oder Anzeigegerät?

In Forenkommentaren und Tests stoße ich sehr oft auf Messungen der Kapazität von Smartphone-Akkus, Powerbanks und Ähnlichem mit USB-Testern. Einmal habe ich versucht zu erklären, warum solche Messungen keinen Sinn ergeben. Heute gehe ich die Sache einmal von einer anderen Seite an und prüfe die Tester selbst.


Ich kann mir schon Kommentare vorstellen wie: „Es gibt doch schon unzählige Tests zu diesem Tester. Wozu braucht es noch einen?“
Ja, es gibt tatsächlich viele Tests. Das liegt daran, dass das Modell ziemlich beliebt ist, wahrscheinlich sogar eines der beliebtesten. In diesem Fall ist der Test aber nur am Rande ein Test des Geräts.

Zunächst einmal: In diesem Beitrag vergleiche ich 15 Exemplare. Es geht mir aber nicht darum zu zeigen, wie gut oder schlecht der Tester ist, sondern darum zu erklären, warum man dieses Gerät nur zur groben Einschätzung von Strom und Spannung verwenden kann – und erst recht nicht zur Kapazitätsmessung.
Dieser Beitrag ist meine ausführliche Antwort auf die Frage, ob man den Testergebnissen der „Doktoren“ trauen kann oder nicht.

Aber der Reihe nach. Ich habe 15 solcher Tester bestellt. Zum Bestellzeitpunkt kostete ein Stück etwa 2,8 US-Dollar. Der Versand war kostenpflichtig, deshalb habe ich den Preis anhand der Gesamtsumme der Bestellung berechnet.
Kurze Zeit später bekam ich bei der Post ein Paket mit einem Haufen kleiner Tütchen darin.


In den Tütchen waren 15 USB-Tester. Alles wie bestellt, keine Beanstandungen.


Technische Daten laut Hersteller
Modell – KWS-V20
Spannung – 4–20 V (Messgenauigkeit +/-1 %)
Strom – 0–3 A (Messgenauigkeit +/-1 %)
Timer – 0–99 Stunden
Kapazität – 0–99999 mAh

Da dieser Beitrag zum Teil ja doch ein Test des Testers ist, stelle ich ein Exemplar ausführlicher vor. Die anderen sind identisch, deshalb werde ich nicht jedes einzelne zerlegen :)
1. Das Design ist ziemlich vertraut: Auf der einen Seite ein USB-Stecker, auf der anderen eine Buchse zum Anschließen der Last.
2. Die Unterseite des Gehäuses ist matt, deshalb ist dort kaum etwas zu erkennen.
3. Das Gehäuse besteht aus zwei Hälften, die von vier Rastnasen zusammengehalten werden.
4. Die Rastnasen sitzen sehr fest, daher ist das Öffnen umständlich – besonders, wenn man das Gehäuse möglichst unbeschädigt auseinandernehmen möchte.


Im Inneren sehen wir eine recht ordentlich bestückte Platine mit LCD und Anschlüssen. Es gibt neuere Modelle mit OLED-Displays, aber die sind mir bisher noch nicht in die Hände gefallen.


Auf der Rückseite der Platine befinden sich alle übrigen Bauteile: der Controller, der Displaytreiber, der Shunt und der Spannungsregler.
Die Platine selbst sieht schön aus, wird aber an einigen Stellen durch nicht abgewaschene Flussmittelreste etwas beeinträchtigt.


1. Das „Herz“ des Geräts ist der Mikrocontroller 8s003f3p6 von STMicroelectronics. Das ist ein 8-Bit-Mikrocontroller mit einem 10-Bit-ADC.
Daneben befindet sich der Spannungsregler.

2. Da das Display viele Anschlüsse hat, wurde zur Entlastung des Mikrocontrollers ein LCD-Controller eingebaut – HT1621.
In der Nähe des Ausgangssteckers sitzt ein Widerstand mit 50 mΩ, der als Stromshunt dient. Der Widerstand des Shunts ist recht hoch: Bei einem Strom von 2 A fallen an ihm etwa 0,1 V ab. Bei einer Spannung von 5 V kann das schon erheblich sein. Da der maximale Strom des Testers 3 A beträgt, kann der Spannungsabfall bis zu 0,15 V erreichen – ohne die Spannungsabfälle an den Steckverbindern und Leiterbahnen mitzuzählen.
Dieser Widerstandswert wurde gewählt, weil es auf der Platine keinen Verstärker für das Shuntsignal gibt und der Mikrocontroller alles selbst misst.



Anzeige und Bedienung sind denkbar einfach.
Oben auf dem Display werden die gemessene Spannung und die Testdauer angezeigt.
Unten stehen der gemessene Strom und die berechnete Kapazität in mAh, die seit dem letzten Zurücksetzen der Anzeige durch den Tester „geflossen“ ist.


Früher ist mir das irgendwie nicht aufgefallen, aber wie sich herausstellte, beginnt der Tester nicht bei null zu zählen. Oder genauer gesagt: nicht beim kleinsten gemessenen Strom.
1. Ich schließe eine Funk-Tastatur an. Der Strom beträgt 110 mA und sinkt nach einiger Zeit auf 50 mA, aber Timer und mAh-Zähler bleiben stehen.
2. Wir schließen ein Telefon an. Der Strom beträgt 600 mA, der Timer läuft und nach ein paar Minuten hat sich eine gewisse Anzahl mAh „angesammelt“.


Mich interessierte, ab welchem Strom der Timer zu „ticken“ beginnt. Das lässt sich ganz einfach herausfinden: Wir erhöhen den Strom schrittweise und beobachten die Trennpunkte des Timers. Sobald sie blinken, hat die Zählung begonnen.
Bei meinem Exemplar begann die Zählung bei einem Strom von 260 mA.


Der Tester zeigte dabei allerdings 220 mA an. Welcher Schwellenwert genau eingestellt ist, kann ich daher nicht sagen. Wenn man nach dem gemessenen Wert geht, sind es 260; wenn man den in den Einstellungen „fest einprogrammierten“ Wert nimmt, 220. Da es außerdem Messfehler gibt, können es aber auch 200 oder 250 sein.


Für die weiteren Tests habe ich einen einfachen Prüfstand aufgebaut, bestehend aus einem 5-V-Netzteil und einer elektronischen Last.


Da mein USB-Verlängerungskabel einen großen Spannungsabfall verursachte, habe ich die USB-Tester schließlich direkt an das Netzteil angeschlossen.


Da die Genauigkeit der Strommessung das Ergebnis der Kapazitätsmessung am stärksten beeinflusst, habe ich beschlossen, genau diesen Parameter zu überprüfen. Dazu habe ich das Gerät mit Strömen von 100 mA bis 3 A belastet: bis 1 A in 100-mA-Schritten und bis 3 A in 200-mA-Schritten.
Für den Test kam das genaueste Exemplar zum Einsatz. Dabei ist deutlich zu sehen, dass die Werte zunächst zu niedrig und später zu hoch angezeigt werden. Die genauesten Messwerte liegen im Bereich von 1,6–1,8 A. Später wird klar, was ich mit „am genauesten“ gemeint habe.

Das größte Problem ist aber genau diese Abweichung: Würde das Amperemeter einfach nur zu viel oder zu wenig anzeigen, ließe sich das durch eine Anpassung des Shunt-Widerstands beheben. Bei dieser Abweichung kann man das Problem jedoch nur per Softwarekorrektur lösen. Wie das geht – und ob es überhaupt geht –, weiß ich nicht.


Bei einem Laststrom von 2,5 A wird das Gerät nicht besonders heiß. Am stärksten erwärmt sich der Shunt. Da er sich in der Nähe des Ausgangsanschlusses befindet, wird ein Teil der Wärme dorthin abgeleitet.


Ich habe 15 Tester überprüft. Jeder wurde in drei Schritten getestet: Spannungsmessgenauigkeit (ohne Last), Genauigkeit bei 1 A und bei 2 A. Diese Werte habe ich gewählt, weil sie am häufigsten vorkommen, zum Beispiel beim Laden eines Smartphones oder Tablets.
Die Spannungsmessungen habe ich in einem Gruppenfoto zusammengefasst, da die Tester im Durchschnitt fast identische Werte anzeigen. Die Abweichung liegt zwischen 5,19 und 5,27 V. Das ist eine große Spanne, aber die meisten Werte liegen bei etwa 5,22–5,24 V.


Und jetzt kommt der interessanteste Teil: die Überprüfung der Strommessgenauigkeit.
Die Fotos zeigen abwechselnd die Exemplare bei 1 und 2 A.
Damit ihr nicht lange auf die Anzeigen starren müsst, hier die Kurzfassung: Bei 1 A liegt die Abweichung zwischen 0,95 und 1,13 A, bei 2 A zwischen 1,97 und 2,38 A.

Hier komme ich auf die Formulierung „am genauesten“ zurück. Beim oben gezeigten Linearitätstest kam der Tester mit den besten Ergebnissen zum Einsatz. Wie ihr euch denken könnt, sind die Messwerte der übrigen Geräte noch ungenauer.



Ihr fragt euch natürlich: Warum sollten wir dir glauben? Vielleicht funktioniert deine chinesische elektronische Last nicht richtig.
Ein berechtigter Einwand, das gebe ich zu. Deshalb zeige ich zum Vergleich die Messwerte eines geprüften Multimeters.
Die Spannung des Netzteils ohne Last beträgt 5,19 V. Zur Erinnerung: Die meisten Tester zeigten bei diesem Test 5,22–5,24 V an, also etwas mehr als den tatsächlichen Wert. Da diese Daten bei der Kapazitätsmessung aber nicht verwendet werden, schenke ich ihnen nicht allzu viel Beachtung.


Und jetzt der Vergleich zwischen dem tatsächlich eingestellten Laststrom (1 und 2 A) und der Anzeige des schlechtesten Exemplars. Dazu muss man wohl nichts mehr sagen.


Den „leckersten“ Test habe ich mir aber bis zum Schluss aufgehoben. Wie gesagt, solche Tester werden oft verwendet, um die Kapazität von Akkus in Mobilgeräten zu messen. Fast jedes Mal schreibe ich, dass das falsch ist und man den Akku für einen korrekten Test direkt anschließen muss. In einem meiner Testberichte habe ich sogar einen Vergleichstest durchgeführt. Wer neugierig ist, kann ihn hier nachlesen. Hier zeige ich nur ein paar Bilder daraus.
Das Ergebnis der Kapazitätsmessung mit dem „Doktor“: 2900 mAh


Wir schließen den Akku an die elektronische Last an.


Das Ergebnis: 2319 mAh – ein erheblicher Unterschied. Je nach Tester und Smartphone/Tablet kann dieser Unterschied allerdings auch fast null betragen.



Außerdem spielt die Genauigkeit eine Rolle, mit der der Tester selbst die Kapazität berechnet. Man hat mir zwar zu erklären versucht, dass ihr Tester genau sei, aber diesmal wollte ich zeigen, warum ich solchen „Messungen“ außerdem nicht traue.

Also, wie man so schön sagt: „Augen auf die Hände.“
Wir nehmen vier Tester, schalten sie hintereinander, setzen sie zurück und belasten sie mit 2 A. An erster Stelle steht der Tester mit den genauesten Messwerten, die drei anderen habe ich zufällig aus dem Haufen genommen.
Natürlich beeinflusst auch der Laststrom, den der Tester selbst aufnimmt, das Ergebnis – schließlich hat er mindestens eine Hintergrundbeleuchtung. Da der Tester aber nur wenig Strom verbraucht, können wir diesen Einfluss vernachlässigen.
Aber selbst wenn man das nicht macht, kann man auch mit nur ein wenig Physikkenntnissen leicht verstehen, dass der erste die höchsten und der letzte die niedrigsten (und den tatsächlichen Werten am nächsten kommenden) Messwerte anzeigen müsste. Auf dem Foto ist davon aber eindeutig nichts zu sehen.

Unterm Strich haben die USB-Tester also Werte zwischen 1222 und 1333 mAh ermittelt.


Das wäre alles noch in Ordnung: Die Abweichung beträgt gerade einmal 111 mAh, vielleicht ist das für eine halbe Stunde sogar noch akzeptabel. Auf eine Stunde hochgerechnet wären es also 222 mAh, denn man muss schließlich auf eine Stunde umrechnen.
Wenn da nicht ein kleines Detail wäre: Tatsächlich sind nur 1002 durchgelaufen. Den Screenshot habe ich etwa 5 Sekunden nach dem Foto gemacht, aber der Timer war bereits von 29 auf 30 Minuten gesprungen. Das sieht man auf dem Screenshot.

Tatsächlich hat der letzte USB-Tester also 1283 gezählt, obwohl es real nur 1002 waren (sogar noch etwas weniger). Ich habe die Werte des letzten Testers herangezogen, weil die anderen keinen Einfluss auf ihn haben.
Wenn man die Kapazität eines Akkus mit so einem Tester misst, kann man statt 3000 also ganz einfach 3840 mAh herausbekommen – und dabei ist die grundsätzliche Unzulänglichkeit des Messprinzips solcher „Messgeräte“ noch gar nicht berücksichtigt.


Natürlich mag euch dieser Test nicht besonders anschaulich erscheinen. Außerdem fragt ihr euch sicher, was Mathematik damit zu tun hat. Ich versuche es zu erklären.
Unten seht ihr als Beispiel das Foto eines weiteren Tests. Ich habe nicht daran gedacht, ein Foto zu machen, deshalb musste ich ein paar Einzelbilder aus dem Video herausschneiden.
Ich habe noch einen Test mit einem Laststrom von 2 A gestartet. An der elektronischen Last habe ich eine Zeitbegrenzung von 1 Stunde eingestellt. Sobald sie diese Zeit und damit 2000 mAh heruntergezählt hatte, schaltete sie sich ab. Genau diese Werte seht ihr auf ihrem Display.
Während des Aufwärmens begann der USB-Tester, den gemessenen Strom noch stärker zu hoch anzuzeigen: Er startete bei 2,04 A und endete bei 2,14 A statt bei 2,0 A.
Aber selbst das ist noch nicht das Schlimmste. Hätte er statt 2000 eben 2100 gezählt – klar, das sind nicht 1 %, aber immer noch akzeptabel.
Am Ende des Tests standen auf dem Display jedoch 2499. Und hier kommt die „chinesische Mathematik“ ins Spiel. Wie bekannt, ist die Kapazität in mAh der Strom in mA, der innerhalb von 1 Stunde geflossen ist. Klingt eigentlich logisch.
Bei mir lag der Strom bei 2100 mA, die Zeit bei 1 Stunde (tatsächlich waren es 59 min 25 s). Nach aller Logik hätte also 2100 angezeigt werden müssen. Wie kommt der chinesische Tester dann auf 2100 × 1 = 2500???? Und dabei habe ich eines der genauesten Exemplare verwendet, die ich aus 15 Stück ausgesucht hatte.


Fast hätte ich noch etwas vergessen. Noch schlimmer wird es, wenn jemand versucht, die Kapazität der Akkus einer Powerbank mit so einem Tester zu bestimmen. Da blickt man ohne „Flasche Wodka“ überhaupt nicht durch, aber ich versuche es trotzdem zu erklären.
Vor Kurzem habe ich in den Kommentaren dieses Bild gesehen. Daran werde ich es erklären, zumal mich vor nicht allzu langer Zeit ein Bekannter mit einer ähnlichen Frage angerufen hat. Ein anderer hatte sich an ihn gewandt, und am Ende musste ich ihm das alles mündlich auseinandersetzen.
Statt eines Smartphones kann man sich auch irgendeine andere Last vorstellen, denn in diesem Fall spielt sie keine Rolle.

Das Problem ist, dass in einer Powerbank normalerweise ein Aufwärtswandler (manchmal auch ein Abwärtswandler) steckt. Deshalb ist der Strom aus den Akkus nicht gleich dem Strom am Ausgang.
Nehmen wir an, die Akkuspannung beträgt 4 V und am Ausgang liegen die üblichen 5 V an. Wie ihr euch denken könnt, kann Energie nicht aus dem Nichts entstehen. Deshalb ist der Strom vor dem Wandler größer als danach. Bei 4 und 5 V beträgt der Unterschied den Faktor 1,25. Der Strom aus den Akkus ist also mindestens 1,25-mal so groß wie der Ausgangsstrom – und dabei ist der Wirkungsgrad des Wandlers noch nicht berücksichtigt, der keineswegs 100 % beträgt.

Ihr schließt euren Tester am Ausgang der Powerbank an, und er zählt zum Beispiel 3000 mAh. Multipliziert man das mit 1,25, sind es schon 3750 mAh.
Das wäre alles noch in Ordnung, aber es gibt zwei Faktoren, durch die jede Kapazitätsmessung am Ausgang völlig sinnlos wird:
1. Die Akkuspannung ändert sich während des Tests, entsprechend ändert sich auch der Umrechnungsfaktor. Bei 3 V (entladene Akkus) beträgt er zum Beispiel 1,66, bei 4 V dagegen 1,25.
2. Der Wirkungsgrad des Wandlers ist nicht nur schwer vorherzusagen (besonders wenn man die unbekannten Bauteile berücksichtigt), sondern ändert sich auch abhängig vom Laststrom und der Akkuspannung. Der Wirkungsgrad kann also sowohl 95 % als auch 60 % betragen – ein ganz schöner Unterschied, oder?

Was heißt das also? Den bekannten Kapazitätswert am Ausgang müssen wir mit einer unbekannten Zahl zwischen 1,25 und 1,66 multiplizieren und anschließend noch mit einem unbekannten Wirkungsgrad zwischen 60 und 95 %. Was kommt dabei heraus? Ich denke, etwas, das ungefähr so viel mit der Realität zu tun hat wie das Wetter auf dem Mars am 20. November 2025 um halb zwei nachmittags. Deshalb lässt sich die Kapazität nur korrekt messen, indem man den Akku direkt anschließt. Und nicht vergessen: Manche Ladegeräte (zum Beispiel Opus) zeigen etwas zu hohe Werte an. Ein korrekter Test ist deshalb etwas komplizierter, als einfach einen Akku ins Ladegerät zu stecken und auf einen Knopf zu drücken – von den „Doktoren“ ganz zu schweigen.


Und hier noch mein Lieblingsfoto :)
Die Tester stammen von einem anderen Verkäufer, aber das Gesamtbild ist ungefähr dasselbe. Übrigens kann man anhand des ersten und des letzten Messwerts den Stromverbrauch der Tester abschätzen.


Ich hoffe sehr, dass ich anschaulich zeigen konnte, warum USB-Tester nur für eine grobe Einschätzung von Strom und Kapazität taugen, nicht aber für genaue Messungen.
An sich sind solche Tester aber sehr praktisch und ermöglichen es, Strom, Spannung und Kapazität schnell einzuschätzen. Einen Vorwurf kann man ihnen also kaum machen – sie „spielen eben mit den Karten, die sie haben“.
Wie kann man sie also einsetzen?
1. Für eine grobe Einschätzung der oben genannten Werte – ungenau, aber praktisch.
2. Für Vergleichstests. Man kann durchaus recht genau feststellen, dass ein Gerät zum Beispiel die 1,2-fache Kapazität eines anderen hat oder ein anderes nur die Hälfte. Es geht also um relative, nicht um absolute Messungen.
3. Man kann sie neu kalibrieren und recht genaue Ergebnisse erhalten. Wegen des „Schiefstands“ geht das allerdings nur für einen einzigen Messstrom. Wenn wir zum Beispiel statt 1/2 A 0,9/2,1 A angezeigt bekommen, erhalten wir nach der Kalibrierung bei 2 A einen Wert von 0,8/2 A. Kalibrieren wir dagegen bei 1 A, können wir durchaus 1/2,2 A erhalten.
4. Man kann versuchen, teurere Modelle zu verwenden, sollte sie aber unbedingt vorher überprüfen – und zwar weniger den Strom als vielmehr die „Mathematik“.

Ich möchte nicht für alle Tester sprechen. Vielleicht gibt es Modelle, die korrekt messen – davon bin ich sogar ziemlich überzeugt. Aber es gibt diesen Präzedenzfall, deshalb empfehle ich, solche Messungen mit Vorsicht zu betrachten.

Nachtrag. Vielleicht ist nicht allen aufgefallen, worin das Problem besteht. Ich versuche, es in einem kurzen Satz zusammenzufassen:
Der Tester zeigte 2,1 A statt 2,0 A an. Der entscheidende Fehler, der auch in der Überschrift steht: Der Tester hat falsch gerechnet. Denn 2,1 A ergeben in einer Stunde 2100 mAh, der Tester zeigte aber 2499 mAh an. Nach allen Gesetzen der Mathematik und Physik hätte er 2100 mAh anzeigen müssen.

Das war's. Ich hoffe, die Informationen waren nicht nutzlos.