Elektronik: Wie funktuniert ein PTC (Re-settable Fuse)?
Es geht hier um eine 9 Volt Lithium Blockbatterie, die hier:
https://www.ultralifecorporation.com/ECommerce/product/9-volt/next-generation-9v
Funktuniert der auch bzw. ''aktiviert'' er sich auch dann wenn die Wärme/Hitze von außen kommt? Wenn man die Batterie in die Mirkowelle tut? (Krasses Beispiel, ich weiß).
Und falls ja, was genau verhindert er? Denn ich denke mir wenn für die Umhüllung der Batterie zu heiß wird, dann ''geht sie auf'' und das könnte dann brennen oder macht der PTC etwas was das Lithium (oder was auch immer) vor der Luft schützen würde - wenn die Batterie auf wäre durch die Hitze.
Ihr könnt auch ausführliche Antworten schreiben. Ich werde sie lesen.
3 Antworten
Ich denke da ist eine art PolyFuse verbaut, das sind Sicherungen aus kunststoff, die sich selbst heilen (nach einer Zeit)..
dieser funktioniert nach wärme prinzip wenn zuviel Strom durchfliesst erwärmen diese sich und bilden umso grösseren widerstand..sobald dieser sich abkühlt wird der widerstand kleiner.
Solche Polyfuses sind auch im Raspberry verbaut.
ja genau, dann passiert genau dasselbe
aber ganz ehrlich wen nauf einem nichtmal 1x1mm2 SOVIEL hitze drankommt, wie sihet der rest der batterie dann aus? Und es sit wohl logisch dass Batterien (egal welche TEchnik) bei Kälte oder wärme nicht richtig arbeiten können.
Mir gehts ja darum das sie nicht platzen und einen Brand verursachen. Wenn es von außen so heiß werden würde das die Batterie auf geht dann wäre doch das Lithium in Verbindung mit der Luft oder etwa nicht?
Aber wie würde ein PTC das verhindern? Kann er das Lithium irgendwie ''ausschalten'' oder verstecken oder so, das es nicht an die Luft kommt und dann anfängt zu brennen?
nein..wenn zu viel hitze kommt ,da kann nichts mehr davor schützen dass lithium instabil wird....mit wasser reagiert es extremst..
die PTC wurde nur für normale zwecke entworfen damit bei überstrom diese sich nicht erwärmt..
Und gibt es einen Schutzmechanismus (vllt ist es auch der PTC) der Hitze von außen erkennt die auf die Oberfläche der Batterie draufkommt und wenn die Hitze (droht) zu sehr durch das Gehäuse zu kommen das es sich dann aktiviert und im besten Fall einfach die ganze Batterie abschaltet, so als ob sie dann komplett unbrauchbar oder ''tot'' wäre?
höchstens Wärmeschutz-Isolierung..aus glasfaser wie man es von Feuerfesten Anzügen kennt...dass NIE Hitze drankommt..
PTC ist ein sogenannter Kaltleiter. Kupfer währe z.b. ein Kaltleiter. Kupfer leitet im kalten Zustand besser und hat bei dem Zustand den kleinsten Widerstand.
Das hat mit der Gitterstruktur von Kupfer zu tun. Im kalten Zustand haben wir eine klare Gitterstruktur, diese Struktur also die Anordnung der Elemente innerhalb der Moleküle gibt auskunft darüber wie viele freie Elektronen das Material hat, welche zum Ladungstransport beitragen würde.
Steigt die Temperatur an, so beginnt dieses Gitter damit zu schwingen. Die abstände werden größer und so verringert sich auch die Anzahl der freien Ladungsträgern. Der Widerstand steigt.
Bezieht sich dein Beispiel des Kupfers wegen den metallischen Objekten die die Baterrien kruzschließen?
Ist es egal mit was die Batterien kurzgeschlossen werden?
Ist eine Batterie schon aus Sinn und Zweck aufjedenfall aus einem Kaltleiter ''gebaut'' und gemacht und auch im inneren mit Kaltleitern ausgestattet?
Es kommen in der Natur keine heißleiter vor, sie werden mithilfe von Halbleitermaterial gebaut wie Silizium. Deshalb steigt der innenwiderstand der Batterie ebenfalls mit der Temperatur.
Wenn der Innenstand steigt bedeutet das das die Batterie kühler bleibt?
Kann ein PTC sich auch so aktivieren das wenn die Hitze auch von AUßEN kommt das er gleich die ganze Batterie komplett abschaltet und somit auch kein Kurzschluss mehr da ist (trotz metallischer Objekte an den Kontakten) ?
Oder müsste man dann den Hersteller fragen?
Nein dazu bräuchtest du eine elektronik die bei Überlastung abschaltet oder die Last begrenzt.
Wäre das dann ein 'over current protection' ?
Ja richtig. Im Englischunterricht scheinst du aufgepasst zu haben XD
Laut Hersteller angaben haben meine diesen 'over current protection' :D
also der kann auch Hitze wahrnehmen die von außerhalb kommt ? (nicht vom Kurzschluss)
nein. Der schließt nur über den Strom auf eine Überlastung. Für eine zusätzliche Abschaltung bei thermischer Überlast wird entweder ein Wärmeabhängiger Widerstand benötigt oder man macht es ganz billig mit einem Bimetall.
Das Bimetall fungiert dann als Schalter. Wird es zu warm, so erwärmt sich der Bimetall mit, dadurch verbiegt sich das Bimetall und öffnet bzw schließt (je nach Ausführung) den Kontakt.
Bei der Variante mit dem Widerstand z.b. PT100 Widerstand wird die Temperatur erfasst. Eine zusätzliche Elektronik interpretiert diese Temperatur und schaltet ab sobald ein gewisser Wert überschritten wird.
Ich habe nichts vor.
Hab vor einigen Tagen mein Zimmer komplett aufgeräumt und alte 9V Lithium Batterien gefunden die zu unseren alten Rauchmeldern gehörten.
Hab mich dann informiert wie man die fachgerecht entsorgt und bin dabei irgendwie auch auf die Gefahren von 9V Dingern gestoßen. War erstaunt wie gefährlich die sein können und einfach so locker im Schrank rumliegen. Gut, wusste ich ja vorher nicht besser.
Aber konnte auch irgendwie nicht so ganz glauben das gerade die mit Lithium nicht irgendwie gesichert sind.
Also die (potenzielle) Gefährlichkeit dieser Dinger hat mich ein bisschen interessiert und was für Schutzmechanismen für verschiedene Szenarien es haben könnte. Vorallem da es ja irgendwie als ein unschuldiges Alltagsgegenstand gesehen werden könnte.
Sind PTC und overcurrentprotection verschiedene Sachen oder ein und dasselbe ?
nein das sind 2 grundverschiedene Dinge. Der PTC beschreibt im Grunde das Verhalten des elektrischen Widerstandes bei Temperaturänderung und der Überlastungsschutz ist eine Elektronik die die Aufgabe hat die Leistungsaufnahme zu überwachen und bei Überlastung abzuschalten.
Mein Batterien haben beides :)
Und noch 'low short circuit temperature' was genau wäre das dann?
Wüsste ich jetzt nicht direkt was damit gemeint sein soll. Am besten du schaust dir mal an wieso eine Lithium Batterie funktioniert ;) da gibt es anschauliche Videos von simpleclub auf youtube.
Schau dir mal seinen ganzen Fragekatalog dazu an. Es scheint endlos.
https://www.gutefrage.net/nutzer/fr4g3st3ll3r/fragen/eigene
z.B.
https://www.gutefrage.net/frage/elektronik-wie-funktuniert-ein-ptc-re-settable-fuse
Grundsätzlich gibt es verschiedene PTC. PTC heisst ja einfach, positiver TemperaturCoeffizient, also irgendein Gebilde, dessen Widerstand mit der Wärme zunimmt.
Oder anders bezeichnet: Ein Kaltleiter.
https://de.wikipedia.org/wiki/Kaltleiter
Diesen Elementen ist es wurst, ob die Wärme von aussen kommt, oder durch Stromfluss durch sie hindurch zustandekommt.
Kann ein PTC auch im Falle großer erhitzung von außen dennoch sich so aktivieren/einspringen, das er die ganze Batterie ganz abschaltet
- also auch wenn sie kurzgeschlossen wäre durch metallisches Objekt an den Polen aber Hhitze dennoch auch von außen kommt -
und somit eben dieser Kurzschluss aufhört und die Batterie sich (sofort) anfagen würde mit der Zeit immer mehr abzukühlen?
Oder müsste man da beim Hersteller nachfragen?
Gedacht ist es sicher so, wie du beschreibst. Ein PTC könnte das, also auch abschalten, wenn man die Batterie von aussen heizt, OHNE Kurzschluss.
Aber welche Technologie eingesetzt wird und wie schnell sie reagiert, müsste man beim Hersteller fragen.
Sag mal: warum interessiert dich dieses Spezialthema derart intensiv?
Hab vor einigen Tagen mein Zimmer komplett aufgeräumt und alte 9V Lithium Batterien gefunden die zu unseren alten Rauchmeldern gehörten.
Hab mich dann informiert wie man die fachgerecht entsorgt und bin dabei irgendwie auch auf die Gefahren von 9V Dingern gestoßen. War erstaunt wie gefährlich die sein können und einfach so locker im Schrank rumliegen. Gut, wusste ich ja vorher nicht besser.
Aber konnte auch irgendwie nicht so ganz glauben das gerade die mit Lithium nicht irgendwie gesichert sind.
Ich hab z.B. als Kind immer hin und wieder gerne (rechteckige) Sachen aus Spaß sehr ordentlich und exakt nebeneinander sortiert (weils für meine Kindesaugen schön aussah) und wenn da so ein Kind - oder auch ein Erwachsener - Münzen auf die Kontake tut, eig aus positiver Intention weil es glaubt damit die Kontake vor Staub zu schützen, und kein Wissen über die Gefährlichkeit von 9V Batterien hat, dann könnte das doof enden.
Also die (potenzielle) Gefährlichkeit dieser Dinger hat mich ein bisschen interessiert und was für Schutzmechanismen für verschiedene Szenarien es haben könnte. Vorallem da es ja irgendwie als ein unschuldiges Alltagsgegenstand gesehen werden könnte.
Wenn es dann so passiert das sich bis zu fünf nebeneinander liegende und sich direkt berührende dann auch noch etwas gegenseitig erhitzen dann wäre das nice to have wenn da eine Sicherung da ist, die auch die Hitze ''von außen'' erkennt, die Batterie komplett abschaltet und durch eben diese komplette Abschaltung auch den Kurzschluss beendet.
Und wenn dann auch eben dieser Kurzschluss beendet ist, dann erhitzten die sich nicht mehr und können eben diese Hitze auch nicht an die neben liegenden/berührenden weitergeben. Und diese neben liegenden würden somit dann auch nicht ''von außen'' erhitzt werden, ich denke du verstehst was ich meine :)
Verstehe, ja. Ich habe als Kind auch mal 4,5V-Taschenlampen-Flachbatterien (allerdings nur Zink-Kohle-Technik) kurzgeschlossen und als Taschenwärmer missbraucht... Die waren zum Glück so schlecht, dass sie nicht so heiss wurden, dass sie ausliefen... Könnte aber passieren, und Kalilauge ist ziemlich ungesund auf der Haut.
Weißt du vllt was das hier bedeutet:
Protection: PTC rated for 0.70A hold current at 23°C
https://www.amazon.de/Ultra-Lithium-U9VL-J-Power-1200mAh-Silber/dp/B007HY63JE
Das heisst: Der Schutz, also "der PTC ist ausgelegt für 0.70A Dauerstrom bei 23 Grad Umgebungstemperatur."
Letzte Frage dann:
Was bedeutet das für ein Beispiel wenn eine Batterie dann kurzgeschlossen wird? Geht er (PTC) dann nicht mehr?
Und was ist wenns im Sommer passiert wo die Umgebunstemparatur höher ist?
Doch, dann "geht" er erst recht. Er unterbricht also sehr bald. Weil warm genug.
Wenn die Umgebungstemperatur höher ist, so ist der zulässige Dauerstrom einfach tiefer. Die interne Temperatur des PTC muss einfach tief genug bleiben. Das hatten wir ja bei einer andern Frage von dir, dass eben die Abstrahlung der Wärme auch eine Rolle spielt, und dass der PTC auch äussere Wärme "sieht".
Vllt kannst du mir noch helfen diese Grafik zu lesen:
https://www.ultralifecorporation.com/ECommerce/product/9-volt/next-generation-9v
Gehe auf CHARTS und dann die zweite Grafik
'Short Circuit Test @ 55°C Temperature vs Current vs Time'
Wie darf ich diese verstehen? Gibts einen bestimmen Grund wieso die es ab 55° Grad getestet haben und nicht einfach bei 15° - 30° ? (Winter - Sommer Temparatur im Zimmer)
Das mag folgende Gründe haben:
- sie wollten zeigen, dass die Batterie auch noch bei 55 Grad 10 Stunden einwandfrei funktioniert
- sie wollen eine langsame Erwärmung ab Zimmertemperatur vermeiden, weil dann die erkennbare Abschalttemperatur sehr davon abhängt, wo man die Temperatur misst (an der Oberfläche des Batterie oder innen drin und wo denn genau?).
- Sie wollen keine schlecht reproduzierbare Kurve, wie man sie wohl erhielte, wenn man eine neue Batterie von Beginn weg kurzschliessen würde.
Das Lesen ist dann nicht so schwer:
- Sie entladen die Batterie zuerst 10h mit einer konstanten Last, die ungefähr 120mA Strom zieht. Das ergibt die graue Stromfluss-Kurve.
- Sie starten bei 55° Umgebungstemperatur, durch die Entladung steigt die Temperatur auf etwas über 60°. Das ergibt die rote Temp.kurve.
- Nach knapp 10 Stunden steigern sie den Entladestrom von ca. 120mA auf 400mA. Offenbar ist das alles, was sie nach 10Stunden auch bei Kurzschluss noch abzugeben vermag: Nach 10 Stunden Entladung mit 120mA sind genau 1,2Ah entnommen, womit die Batterie gemäss Nominalkapazität praktisch schon "leer" ist.
Bei einem Kurzschluss einer neuen Batterie ab Zimmertemperatur würden die Kurven wohl ganz anders aussehen.
Etwas was ich nicht verstehe ist, wenn sie die Batterie ab 55° kurzschließen, dann geht ja der current etwas runter aber die Temperatur geht hoch?
Müsste der weniger current auch nicht für weniger Temparatur sorgen? Ich kann mir grad nur vorstellen, dass das der PTC sein muss wie du schonmal gesagt hast wenn die Temperatur hoch geht dann geht der current niedriger?
Ich würde diese Grafik gerne so verstehen, das diese Erwärmung ab 55° die hoch geht, irgendwie noch nicht der Kurzschluss ist sondern der PTC der auf Wärme (von außen) reagiert.
Sondern der Kurzschluss erst da ganz knapp vor der 10ten Stunde beginnt/gemacht wird und dann der over current protection sich aktiviert und die Batterie daraufhin (sofort) abschaltet.
Nur die Überschrift von 55° gibt mir zu denken. Die rote Linie bleibt ja nach der 10ten Stunde immernoch im 50er Temperaturbereich obwohl der current (fast gleich) null ist - also muss die Batterie weiterhin von außen erhitzt geworden sein wenn selbst nach Stunden die Batterie im 50er Temperaturbereich bleibt obwohl der current seit Stunden fast gleich null ist?
Ich werde mich mit der Firma in Kontakt setzen müssen.
Es steht ja: Test @ (=bei) 55° (= Umgebungstemperatur)! Kann sich also nie unter 55° abkühlen.
Nein, diese Grafik kannst du nicht mit Wärme von aussen verstehen.
Sie schliessen die Batterie nicht "ab 55°" kurz, sondern ab 10 Stunden.
Dann steigt zuerst beides kurz (Strom und Temperatur),
dann schaltet der Schutz ab,
und somit sinkt auch beides wieder, der Strom auf null, die Temp. gegen Umgebungstemperatur.
Genau, bei 55°. Die rote Linie geht aber dann direkt hoch in den 60er Bereich. Daher war ich verwirrt ob sie vllt den Kurzschluss schon da gemacht haben.
Wenn 55° Umgebungstemperatur ist dann ist sie halt bei 55°. Wie kann sie dann in die 60er° hochgehen einfach so, wenn selbst der current am Anfang nichtmal hochgeht?
Nein, der Kurzschlus wurde da sicher nicht am Anfang gemacht, sonst wäre der Startstrom ja viel höher, vielleicht gegen 2A.
Also alles logisch:
- Bei Zeit null ist die Batterie schon auf 55°, weil die Umgebung 55° ist
- Gleichzeitig wir die Batterie belastet/eingeschaltet. Deshalb geht der Current auf 0,10 bis 0,15A hoch. Durch den Strom und die weitere innere Erwärmung geht die Temp. rauf über 60°, wo sie bleibt, weil die Batterie Wärme an die Umgebung abgeben kann.
- Beim Kurzschluss knapp vor 10 Stunden geht der Current stark hoch (offenbar schon fast leer, deshalb nur 0,4A).Und genau ab dann geht auch die Temp. weiter hoch, von 55° gegen 70°, wo dann offenbar der Schutz eingreift und Abschaltung erfolgt.
''dieser funktioniert nach wärme prinzip wenn zuviel Strom durchfliesst erwärmen diese sich''
Aber der Punkt ist ja das es um eine Wärme/Hitze geht die von AUßEN kommt in meinem Beispiel ^^