Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik TP4056 Verpolungsschutz


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von Andre K. (andre1980)


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Ich baue mir ein kleines Gerät, mit einem TP4056 Lademodul, Akku, 
ESP-12F und Sensoren.

Link zum TP4056 Lademodul 
https://elektro.turanis.de/html/prj224/index.html

Das TP4056 Modul kann den Akku laden und gleichzeitig überwacht es Strom 
und trennt den Akku vom Rest der Schaltung, falls die Spannung zu wenig 
wird (Batterie leer).

Da das TP4056 Modul einen verpolten Anschluss einer Batterie nicht 
überlebt, wäre eine Schutzschaltung nicht schlecht.

Eine Diode oder ein MosFET in der Zuleitung fällt aus, da der Strom ja 
in beide Richtungen fließt, beim Laden bzw. Entladen.

Bleibt eigentlich nur der Weg über eine parallele Diode zur Batterie und 
in einer Zuleitung eine Sicherung.

Ein PTC als Sicherung wird nicht funktionieren, da sein Widerstand auch 
beim Laden/Entladen steigt.

Bleibt eigentlich nur eine Schmelzsicherung.

Ein Relay würde auch ausscheiden, da es Zuviel Strom verbraucht.

Was für Möglichkeiten gibt es noch das Lademodul vor verpolt 
angeschlossenen Batterien zu schützen?

Da das Modul schon für paar Cent zu kaufen ist, überlege ich, es 
steckbar auf die Platine zu bringen. Da der Akku eigentlich nie 
entnommen wird, wird der Fall auch nicht so oft vorkommen.

Sorgen macht mir, das Modul Steckbar so fest zu bekommen, dass es das 
Herrausziehen und Einstecken des USB Kabels aushält. Dann wohl eher doch 
Diode und Schmelzsicherung.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Andre K. schrieb:
> Dann wohl eher doch Diode und Schmelzsicherung.

Ich würde es so machen. Aber die Diode muss dann schon ziemlich robust 
sein.

von Crazy H. (crazy_h)


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Wenn das Modul den Akku auch läd, wieso muß man dann wegen einmal Akku 
einlegen, eine Schutzschaltung einbauen? Einmal aufpassen würde doch 
reichen. Mal abgesehen davon, gibt es Akkuhalter, die beim verpolten 
Einlegen keinen Kontakt herstellen.

von Andre K. (andre1980)


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Crazy H. schrieb:
> Wenn das Modul den Akku auch läd, wieso muß man dann wegen einmal Akku
> einlegen, eine Schutzschaltung einbauen? Einmal aufpassen würde doch
> reichen. Mal abgesehen davon, gibt es Akkuhalter, die beim verpolten
> Einlegen keinen Kontakt herstellen.

Menschen machen Fehler. Und das auslöten des Moduls ist dann schon mehr 
aufwand als eine Sicherung zu tauschen.

Gibt es diese Halter auch 18650? Hast du einen Link dazu? Wie ist der 
Interne Schutz aufgebaut?

Ich überlege sowieso einen anderen  Akkuhalter zu nehmen. Der jetzige 
ist scharfkantig und komplett aus Metall. Beim ersten unachtsamem 
Einlegen hatte ich direkt einen Kurzschluss, da die Klemme vom Pluspol 
die Kunststoff Isolierung weggeschabt hat.


Der Akku liefert bis zu 10A. Da die Diode nur kurz, bis zum fliegen der 
Sicherung, den Strom halten kann, sollte eine Diode ausreichen, die für 
den Peakstrom von über 10A ausgelegt ist. Oder sollte man lieber eine 
10A Diode nehmen?

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


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Andre K. schrieb:
> Der Akku liefert bis zu 10A.

Sicher, im Kuzschlussfall? Oder ist er für maximal 10A im Normalfall 
ausgelegt?

> Da die Diode nur kurz, bis zum fliegen der
> Sicherung, den Strom halten kann, sollte eine Diode ausreichen, die für
> den Peakstrom von über 10A ausgelegt ist. Oder sollte man lieber eine
> 10A Diode nehmen?

Kommt auf die Dauer des Peaks an. Schau im Datenblatt der Diode nach, 
wie lange sie den wirklichen Kurzschlussstrom aushält.

von Andre K. (andre1980)


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Hmm. Im Datenblatt finde ich nur den Maximalen Entladestrom. Aber du 
hast Recht, dass ist der Strom, wo der Hersteller keinen Schaden 
garantiert.

Es steht noch das sie die Batterien mit Kurzschluss getestet haben (100 
Ohm) und innerhalb von 3 Stunden kein Brand oder Explosion aufgetreten 
sind.

Mit was für einen Kurzschlussstrom kann man bei einer 22Ah Batterie 
rechnen? Hab da gar keine Ahnung.

Datenblatt der Batterie: 
https://www.tme.eu/Document/cf2b91a94627173083963b831db6ea62/ACCU-18650-2.2P-HV.pdf

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Andre K. schrieb:
> Es steht noch das sie die Batterien mit Kurzschluss getestet haben (100
> Ohm)

100 Ohm ist kein Kurzschluss. Auch nicht 100 Milli-Ohm.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Andre K. schrieb:
> Mit was für einen Kurzschlussstrom kann man bei einer 22Ah Batterie
> rechnen? Hab da gar keine Ahnung.

Das kann man so pauschal nicht sagen. Mein Modellauto hatte eine 4Ah 
Batterie (NiMh), die war für 5etwa 50 Ampere Laststrom gedacht. Im 
Kurzschlussfall hätte sie viel mehr geliefert.

von Andre K. (andre1980)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> 100 Ohm ist kein Kurzschluss. Auch nicht 100 Milli-Ohm.

Ja, klar. So stand es nur im Datenblatt

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Da steht etwas von 35mΩ Impedanz. Damit würde bei 3,5V satte 100A 
fließen. Aber ich denke, das ist zu einfach gerechnet.

von Andre K. (andre1980)


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Wenn ich die Videos richtig verstanden habe, soll man den 
Innenwiderstand messen/errechnen und kann daraus den Kurzschlussstrom 
errechnen.

von Crazy H. (crazy_h)


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Andre K. schrieb:
> Gibt es diese Halter auch 18650? Hast du einen Link dazu? Wie ist der
> Interne Schutz aufgebaut?
Nein hab ich nicht, nur zufälligerweise mal welche bekommen. Das ist 
mechanisch gelöst. Bei vielen 18650 ist der Pluspol versenkt und die 
Kontaktlasche am Halter beim Minus breiter. Wenn der Akku falsch 
eingelegt wird, hat der Plus einfach keinen Kontakt, weil er am Rand 
aufliegt.

von Siggi E. (Gast)


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Stefan ⛄ F. schrieb:
> Da steht etwas von 35mΩ Impedanz. Damit würde bei 3,5V satte 100A
> fließen. Aber ich denke, das ist zu einfach gerechnet.

Ja, das ist die AC 1kHz Impedanz.

Ri_DC is etwas höher.

von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Für den Kurzschlussstrom wäre es notwendig den Gesamtwiderstand zu 
bestimmen.
Es addieren sich:
- Innenwiderstand des Akkus
- Widerstand der Zuleitung
- Widerstand der Leiterbahnen
- Widerstand der Sicherungen im Kaltzustand
Kannst es mal mit einer SB530 30V5A Peak 150A probieren.

von Gscheidhaferl (Gast)


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Vermutlich stehe ich nach diesem Post für gewisse Individuen
sofort als eine Mischung aus Haarspalter/Prinzipienreiter und
Nullchecker/besserdieKlappehalter da, aber egal,  sei's drum:


[In diesem speziellen Fall als LiIon- ... vorerst unwichtig]

Einzelzelle ..... (wofür der TP4056 ja auch "gedacht" ist)

ist nicht gleich (eigentlich eher "ist das Gegenteil von")

Batterie (wie fälschlicherweise im TP4056-Datenblatt steht,

völlig Datenblatt-untypisch sog. "Umgangssprache" folgend)-:


_Batterie_= geometrisch (wie genau ist abh. vom Zusammenhang)
sinnvolle Zusammenstellung/Anordnung mehrerer (/gleichartiger
bzw. identischer, wenn auch nicht immer zwingend) Einzelteile.

Z.B. folgt Wikipedia hierbei - gewissermaßen gezwungenermaßen -
der genannten Umgangsprache, was die Elektrotechnik betrifft:

https://de.wikipedia.org/wiki/Batterie

Es muß sich gar nicht um Primär- oder Sekundärzellen handeln -
z.B. nennt man (dort verlinkt unter "Militär") ja auch mehrere
Geschütze (m.o.w. parallel (u. teils in Reihe)) eine_Batterie.

Die logisch falsche Verwendung für einzelne Primärzellen wird
beim Lesen glasklar, sie ermöglicht z.B. "Batterien-Batterie(n)"
und noch diverse weitere Späße (bzw. mehr Unsinn) dieser Art.


Ich bitte die Ratgeber-Community um Verzeihung - "euch" als
Erfahrene/Wissende könnte das nerven, aber Rookies helfen.
(Richtige/eindeutige Bezeichnungen in Fragestellungen jedoch
sollten auch für die Ratgeber einfacher und angenehmer sein.)



Nun aber zum eigentlichen Thema, bei dem ich (der Nullchecker)
mich ja schon wundere, wieso die am Ende v.m.g. Ideen nicht
schon da stehen (vermutlich checke ich da wieder etwas nicht):

Crazy H. schrieb:
> Mal abgesehen davon, gibt es Akkuhalter, die beim verpolten
> Einlegen keinen Kontakt herstellen.

Crazy H. schrieb:
> Bei vielen 18650 ist der Pluspol versenkt und die
> Kontaktlasche am Halter beim Minus breiter. Wenn der Akku falsch
> eingelegt wird, hat der Plus einfach keinen Kontakt, weil er am Rand
> aufliegt.

Ja, so etwas habe ich auch oft gesehen. Mechanisch vermeiden
kann man Fehlpolung also im Grunde schon - evtl. nicht immer.


Die Eingangsfrage bietet (für mich) Unklarheiten - eine davon:

Andre K. schrieb:
> Eine Diode oder ein MosFET in der Zuleitung fällt aus, da der Strom
> ja in beide Richtungen fließt, beim Laden bzw. Entladen.

Lade-Strompfad ist nicht gleich Entlade-Strompfad (es sei denn,
man hat z.B. einen Akkuteststand mit Lader umschaltbar zu Last
(zwecks ebenjener Entladung) - natürlich Strom u. Zeit geloggt).


Logik-Level-Mosfet (die gibt es bis mit Schaltspannung V_GS bis hin
zu niedrigen 2,5V oder gar 1,8V spezifiziert), P-Ch "darüber" oder
N-Ch "darunter", schalten lassen von einem Optokoppler (an V_Akku),
nur bei richtiger Polung - anderenfalls sperrt Bodydiode Stromfluß.

Gibt es wenigstens als N-Kanal auch für n0(="zig") oder gar n00 A.
(U./o. so niederohmig, daß die 1,5% nur unwesentlich mehr werden.)

[OUT+anOUT- = über Fet geschlossener Kurzschluß (so nennt man
übrigens jeden ungewollten Schluß an der Last vorbei, daher "kurz",
nicht wegen z.B. eines "namensverdienenden" kurzen (niedrigen)
Spannungsfalles/Widerstandes/Impedanz/...) kann damit ohne jegl.
Schutzmaßnahmen überstanden werden, falls (möglich) man möchte.]


+: (Rote?) warn-LED bei falscher Polung (diese anstelle o.g. Diode).

["Schalter für Funktion auch bei völlig entleertem Akku" bitte
von Anfang an weglassen - ist nicht "eine gute Idee, für'n Fall",
sondern: Tiefenentladene LiIon sind einfach Schrott - leider.]

von Gscheidhaferl (Gast)


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Gscheidhaferl schrieb:
> schalten lassen von einem Optokoppler (an V_Akku),
> nur bei richtiger Polung

(Plus R zwischen G und S, der das Gate mit Strom << Ladestrom
des Optokopplers entlädt - also ohne richtigrum eingelegten
Akku den Fet "schnell" (vor möglicher Falsch-Einlegung eines
weiteren) wieder sperrt (und auch sonst gesperrt hält).)

von Gscheidhaferl (Gast)


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Gscheidhaferl schrieb:
> OUT+anOUT- = über Fet geschlossener Kurzschluß

Quatsch - ich hatte leider nicht richtig korrekturgelesen.
In dem Fall begrenzte der TP4056 den Strom (nur max. 1A).

"Interessant" ((evtl. sehr) hoher Strom) nur, wenn man +/-
eines_Akkus an D/S (oder S/D) bringt - das würde "warm",
bei einem für nur max. 1A ("sparsam") ausgelegten Fet.

von Andre K. (andre1980)


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Sry, ich bin wirklich nicht vom Fach.

Aber der Akku hängt doch ständig am TP4056 Modul.

Wenn das TP4056 Modul mit Spannung versorgt wird, z.B. über den 
integrierten USB-Port, dann prüft das Modul ob der Akku in dem Berreich 
ist, wo er geladen werden kann, und lädt diesen dann.

Wenn das TP4056 Modul nicht mit Spannung versorgt wird, dann überprüft 
er auch den Akku Bereich, und schützt auch vor Tiefentladung. Die 
angeschlossene Verbraucherschaltung entlädt den Akku über das TP4056 
Modul.

Somit fließt der Strom in der Batterie Anschlussleitung doch in beiden 
Richtungen. Zum Laden in die eine, zum Entladen in die andere. Sollte 
das nicht die Mosfet Varianten ausschließen? Oder warum nicht? Würde es 
gern verstehen.

Das TP4056 Modul selber verträgt kein verpolten Akku. Der geht in 
Bruchteilen von Sekunden in Rauch auf, was wirklich mehrere im Netz 
berichten. Selber probieren möchte ich das nicht wirklich.

Somit muss der Verpolschutz doch in die Bat+ und Bat- Leitung zwischen 
Akku und TP4056 Modul.

Ein Verpolschutz zwischen Out+ und Out - würde ja nur die 
Verbraucherschaltung schützen, aber nicht das TP4056 Modul. Oder besteht 
da die Annahme, dass das TP4056 Modul nicht in Rauch aufgeht, wenn kein 
Verbraucher am Out+/Out- angeschlossen ist?

: Bearbeitet durch User
von Manfred (Gast)


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Andre K. schrieb:
> Somit muss der Verpolschutz doch in die Bat+ und Bat- Leitung zwischen
> Akku und TP4056 Modul.

Dann mache es doch einfach, Ansätze wurden hier zur Genüge genannt.
Ich habe das letztes Jahr schon einmal für einem anderen Thread gemalt.

Als Diode habe ich eine Schottky im TO-220 gewählt, die es vor Jahren 
mal günstig beim Resteramscher gab.

Wenn, Bedenkenträger, der Akku nicht genug Strom liefert um die 
Sicherung auszulösen, wird eben die Diode warm - das passiert ja nicht 
unbeaufsichtigt, sollte man merken.

von Andre K. (andre1980)


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Ja. Es klang nur so, als ob es mit Mosfets gehen würde. Danke

von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Und hier hättest Du alle Varianten:
http://www.lothar-miller.de/s9y/categories/39-Verpolschutz

Zumindest gingen hier die meisten davon aus, dass Du so etwas bereits 
gesucht und auch gelesen hättest.

von Andre K. (andre1980)


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Natürlich. Aber die Mosfet Variante geht nicht. Oder etwa doch? Es wird 
immer verwirrender.

von Manfred (Gast)


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Andre K. schrieb:
> Ja. Es klang nur so, als ob es mit Mosfets gehen würde. Danke

Möchtest Du Funktion oder maximalen Aufwand? Für jedes Problem gibt es 
mehrere Lösungen, welche man einsetzt, muß man selbst entscheiden.

Andre K. schrieb:
> Natürlich. Aber die Mosfet Variante geht nicht. Oder etwa doch?

Ich ziehe sie in Zweifel, da Strom in beide Richtungen fließen dürfen 
soll.

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