Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Lithium Batterie oder Li-Ion Akku Schutz gegen Kurzschluss


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von Daniel E. (danebn)


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Hallo Leute,

ich baue gerade eine Schaltung, die ich entweder über 4x Lithium AA 
Batterien in Reihe oder 2x Li-Ion Akku in Reihe versorgen möchte.

Das meiste der Schaltung ist soweit aufgebaut, allerdings habe ich jetzt 
bedenken, was passiert, wenn man die Batterien/Akkus falsch in die 
Halterung einsetzt.

Zwei Möglichkeiten:

1. alle Batterien/Akkus sind falsch eingesetzt --> negative Spannung 
bzw. Vin auf GND

2. eine Batterie/ ein Akku ist falsch eingesetzt --> Kurzschluss 
zwischen den Batterien/Akkus
oder noch Schlimmeres?

Gibt es Möglichkeiten diese 2 Fälle abzusichern, um die Schaltung nicht 
zu zerstören und sich die Batterien/Akkus nicht in Rauch auflösen?


Kann mir außerdem noch jemand sagen, ob ich für Lithium Batterien auch 
ein BMS brauche oder nur für die Li-Ion Akkus?

Danke im Voraus

: Bearbeitet durch User
von soso... (Gast)


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Daniel E. schrieb:
> 1. alle Batterien/Akkus sind falsch eingesetzt --> negative Spannung
> bzw. Vin auf GND

Ein Verpolschutz auf PMOS-Basis ist zuverlässig und kostet keine 
Spannung:
http://www.lothar-miller.de/s9y/categories/39-Verpolschutz
Ich verwende den in allen Geräten, wo man etwas falsch machen kann. Wenn 
der Stecker oder Batteriehalter schon verpolungs ausschließt, kann man 
das ja weglassen.

> 2. eine Batterie/ ein Akku ist falsch eingesetzt --> Kurzschluss
> zwischen den Batterien/Akkus
> oder noch Schlimmeres?

Hier sollte eigentlich nichts passieren?
Ich verwende trotzdem grundsätzlich immer Sicherungen. Folgende kann ich 
empfehlen:
http://www.littelfuse.de/products/fuses/surface-mount-fuses/nano-2-fuses/449.aspx
Das sind echte Drahtsicherungen, d.h. kein Degrading wie bei 
Chipsicherungen.
Für die gibts auch Halter, man kann sie aber direkt verlöten.

Zusätzlich sind Akkus mit Zellschutz sinnvoll. Das mag in Summe 
übertrieben scheinen, kostet aber nicht übermässig viel und bei Li-Akkus 
sollte man auf Numme sicher gehen.

von Rolf M. (rmagnus)


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Daniel E. schrieb:
> 2. eine Batterie/ ein Akku ist falsch eingesetzt --> Kurzschluss
> zwischen den Batterien/Akkus
> oder noch Schlimmeres?

Warum sollte es da einen Kurzschluss geben? Sie sind doch in Reihe, 
nicht parallel. Die Spannung, die an deiner Schaltung ankommt, wird aber 
praktisch 0 sein.

von Daniel E. (danebn)


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Danke für die Antwort.

Ja stimmt habe ich übersehen.
Die Frage ist entstanden, da ich überlege bei den Li-Ion Akkus jeweils 2 
Akkus parallel zu Schalten und diese dann in Reihe (wären also gesamt 
auch 4 Akkus).

Da würde ein falschen Einsetzen ein Problem darstellen oder?

von MiMa (Gast)


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Daniel E. schrieb:
> Ja stimmt habe ich übersehen.
> Die Frage ist entstanden, da ich überlege bei den Li-Ion Akkus jeweils 2
> Akkus parallel zu Schalten und diese dann in Reihe (wären also gesamt
> auch 4 Akkus).
>
> Da würde ein falschen Einsetzen ein Problem darstellen oder?

Bei der Serienschaltung ist es egal. Wenn eine verpolt ist kommt 0 raus, 
wenn beide verpolt sind ist die Spannung an der Schaltung negativ.

Wenn du bei der Parallelschaltung allerdings verpolst, dann hast du 
einen Kurzschluss.

Nimm wie von soso vorgeschlagen Akkus mit integriertem Schutz und dann 
hast du keine Probleme mit den Akkus. (Mit der Schaltung trotzdem -> 
Sicherung und Verpolungsschutz)

von Rolf M. (rmagnus)


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Daniel E. schrieb:
> Da würde ein falschen Einsetzen ein Problem darstellen oder?

Wenn du zwei Akkuzellen anti-parallel schaltest, gibt's ein nettes 
Feuerwerk.

von Dietrich L. (dietrichl)


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MiMa schrieb:
> Bei der Serienschaltung ist es egal. Wenn eine verpolt ist kommt 0 raus,

Wenn dann aber noch weitere in Serie dazukommen, bleibt am Ende doch 
noch Spannung übrig.
Mit Last ist die Stromrichtung in der falsch gepolten Zelle dann auch 
falsch, d.h. sie wird geladen. Je nach Ladezustand dieses Akkus ist das 
aber auch nicht so gut...

von MiMa (Gast)


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Dietrich L. schrieb:
> MiMa schrieb:
>> Bei der Serienschaltung ist es egal. Wenn eine verpolt ist kommt 0 raus,
>
> Wenn dann aber noch weitere in Serie dazukommen, bleibt am Ende doch
> noch Spannung übrig.
> Mit Last ist die Stromrichtung in der falsch gepolten Zelle dann auch
> falsch, d.h. sie wird geladen. Je nach Ladezustand dieses Akkus ist das
> aber auch nicht so gut...

MiMa schrieb:
>> Die Frage ist entstanden, da ich überlege bei den Li-Ion Akkus jeweils 2
>> Akkus parallel zu Schalten und diese dann in Reihe (wären also gesamt
>> auch 4 Akkus).

Der TO hat aber gar nicht genug Akkus um noch weitere in Serie zu 
schalten ;-)


Rolf M. schrieb:
> Wenn du zwei Akkuzellen anti-parallel schaltest, gibt's ein nettes
> Feuerwerk.

Auch schon bei den kleinen?

von Daniel E. (danebn)


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Was passiert bei den Batterien, wenn 1 von 4 falsch herum in der Reihe 
ist?

von MiMa (Gast)


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Daniel E. schrieb:
> Was passiert bei den Batterien, wenn 1 von 4 falsch herum in der Reihe
> ist?

Das was Dietrich L. bereits geschrieben hat. Die Fragestellung lautet 
aber ganz klar jeweils 2 Parallele in Serie schalten.

Gerne aber nochmal: Wenn eine Zelle der Parallelschaltung verpolt ist, 
dann macht er einen Kurzschluss über 2 Zellen.
Wenn die Serienschaltung verpolt ist, dann ist die Spannung ~0V

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Dann wird die eine irgendwann tiefentladen, dann umgepolt - wenn sie 
nicht schon davor abbrennt.

von MiMa (Gast)


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Stefanus F. schrieb:
> Dann wird die eine irgendwann tiefentladen, dann umgepolt - wenn sie
> nicht schon davor abbrennt.

Wieso? Bei einer Spannung von 0V fließt kein Strom. Somit wird nichts 
umgepolt oder tiefentladen. ;-)

von batman (Gast)


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Vielmehr passiert das bei der ganz normalen Reihenschaltung.

von Maik S. (yellowbird)


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Nach extern nicht, intern wird bei Anschluss nach außen der Strom 
ausgeglichen.

Halterungen für Lio Akkus würde ich nur für Fälle nutzen wo man wirklich 
nur eine braucht oder jedes Fach absichern.

An Balancer etc. hast du gedacht ?

Gerade wenn man die Batterien unterschiedlich handeln kann oder einzelne 
Zellen ersetzen kann läufst du große Gefahr das die Akkus in 
unterschiedlichsten Ladezuständen zusammenarbeiten sollen, was zum 
Abbrand der Akkus führen kann (maximaler Akkustrom zum laden), Entladung 
eines akkus unter die kritische Grenze...)

von Daniel E. (danebn)


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Maik S. schrieb:

> Gerade wenn man die Batterien unterschiedlich handeln kann oder einzelne
> Zellen ersetzen kann läufst du große Gefahr das die Akkus in
> unterschiedlichsten Ladezuständen zusammenarbeiten sollen, was zum
> Abbrand der Akkus führen kann (maximaler Akkustrom zum laden), Entladung
> eines akkus unter die kritische Grenze...)

Deswegen möchte ich jetzt wahrscheinlich die 4 Lithium Batterien in 
Reihe verwenden.
Diese sind nicht wiederaufladbar soweit ich weiß.

Da alle in Reihe sind spielen kleine Spannungsunterschiede keine Rolle.

Ich verstehe jetzt leider nur noch nicht ganz:

   Gibt es bei den Batterien auch eine kritische Spannung, bei der sie 
sich
   entflammen können oder ähnliches?

   Kann eine Batterie beschädigt werden, wenn sie falsch herum 
eingesetzt
   ist?

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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>> Dann wird die eine irgendwann tiefentladen, dann umgepolt - wenn sie
>> nicht schon davor abbrennt.

> Wieso? Bei einer Spannung von 0V fließt kein Strom.
> Somit wird nichts umgepolt oder tiefentladen.

Oha, da habe ich was verwechselt.
1
       3,7V     3,7V      3,7V
2
       +  -     +  -      +  -
3
+-------||-------||--------||-------+
4
|                                   |
5
|                                   |
6
|                                   |
7
+-->>-------||------[===]-----------+
8
           +  -    + Last -
9
           3,7V     7,4V

Die falsch gepolte Geisterfahrer-Zelle habe ich unten eingezeichnet. Den 
Stromfluss habe ich von Plus nach Minus als Doppel-Pfeil eingezeichnet.

Der Stromfluss durch die Zelle wird sie aufladen und überladen. Jetzt wo 
ich das Bild vor Augen habe ist das völlig klar.

von Daniel E. (danebn)


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Ok
Also ein Akku würde aufgeladen werden.
Aber was passiert mit einer Batterie, die nicht aufladbar ist?

Wie z.B.:
https://www.amazon.de/gp/product/B000IWW1G6/ref=ox_sc_act_title_1?smid=A3JWKAKR8XB7XF&psc=1

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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> Aber was passiert mit einer Batterie, die nicht aufladbar ist?
Auf vielen Batterien steht drauf "Niemals aufladen, da 
Explosionsgefahr." Ich habe das so noch nie erlebt, aber einmal eine 
gesehen, die geplatzt und ausgelaufen ist. Aber das war eine Alkalische 
Zelle.

von Daniel E. (danebn)


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Ich frage mich dann aber wie Hersteller von elektronischen Geräten ihre 
Produkte absichern, um so etwas zu verhindern, denn man kann ja nie 
wissen, wie der Verbraucher damit umgeht.

Wenn zum Beispiel ein ferngesteuertes Auto für Kinder verkauft wird, 
dass mit 4 AA Batterien in Reihe funktioniert und ein Kind legt eine 
Batterie falsch herum ein, dann wird es ja (hoffentlich) auch nicht 
einfach explodieren oder zu brennen anfangen, oder?

Gibt es dafür irgendwelche Schaltungen?

: Bearbeitet durch User
von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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> Ich frage mich dann aber wie Hersteller von elektronischen
> Geräten ihre Produkte absichern

Durch die mechanische Bauform des Batteriehalters. Falsch herum 
eingelegte Batterien bekommen einfach keinen Kontakt.

von batman (Gast)


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Das ist bei Reihenschaltung von Rundzellen meist nicht gegeben. Aber 
erstmal muß ja Strom fließen. Der Anwender muß es benutzen und das wird 
bei falsch eingelegten Batterien meistens scheitern. Das Batterien 
vereinzelt platzen und auslaufen, ist aber Alltag.

von MiMa (Gast)


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Stefanus F. schrieb:
> Die falsch gepolte Geisterfahrer-Zelle habe ich unten eingezeichnet. Den
> Stromfluss habe ich von Plus nach Minus als Doppel-Pfeil eingezeichnet.
>
> Der Stromfluss durch die Zelle wird sie aufladen und überladen. Jetzt wo
> ich das Bild vor Augen habe ist das völlig klar.

Schöne Zeichnung, hat nur leider nichts mit dem genannten Beispiel zu 
tun.
2s2p. Da gibt es keine einzelne "Geisterfahrerzelle"

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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> Schöne Zeichnung, hat nur leider nichts mit dem genannten Beispiel zu tun.

Ich habe mich auf die Frage bezogen, was passiert, wenn eine von 4 
Zellen falsch gepolt ist.

von batman (Gast)


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Bin mir auch nicht sicher, ob eine Parallelschaltung von losen 
Primärzellen überhaupt erlaubt ist. Gesehen hab ichs jedenfalls noch 
nie.

von Daniel E. (danebn)


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Werde jetzt ziemlich sicher die 4x1,5V Lithium Batterien in Reihe 
verwenden.

Gibt es bei Batterien auch eine Untergrenze, bis welcher sie entladen 
werden dürfen?

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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> Gibt es bei Batterien auch eine Untergrenze, bis welcher sie entladen
> werden dürfen?

Du meinst bei 1,5V Alkaline oder Zink-Kohle? nein.

Aber: Entladene Zellen sollte man bald entsorgen, weil sie dazu neigen, 
auszulaufen und dabei mindestens die Kontakte des Batteriehalters 
zerstören.

von Daniel E. (danebn)


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Stefanus F. schrieb:

> Du meinst bei 1,5V Alkaline oder Zink-Kohle? nein.
>
> Aber: Entladene Zellen sollte man bald entsorgen, weil sie dazu neigen,
> auszulaufen und dabei mindestens die Kontakte des Batteriehalters
> zerstören.

Nein ich meine Lithium Batterien so wie die hier:

https://www.amazon.de/gp/product/B000IWW1G6/ref=ox_sc_act_title_1?smid=A3JWKAKR8XB7XF&psc=1

: Bearbeitet durch User

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