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Akku laden mit TP4056

Die integrierte Schaltung TP4056 ist ein Laderegler für Lithium-Batterien mit Ladeschlussspannung 4,2V. Er verfügt über einen Konstant-Strom und Konstant-Spannung Lademechanismus. Der Baustein hat acht Anschluss-Pins (8-poliges SOP-Gehäuse) und benötigt nur wenige externe Komponente, um einen funktionierenden Ladekreis aufzubauen. Der maximale Ladestrom beträgt 1000 mA, kann jedoch mit einem RProg-Widerstand auf andere Werte programmiert werden. Der TP4056 beendet den Ladevorgang automatisch, wenn der Ladestrom auf 1/10 des voreingestellten Ladestroms abfällt. Der Baustein verfügt über eine Stromüberwachung, Unterspannungssperre und stellt zwei Status-Pins zur Verfügung, die als Anzeige benutzt werden können. Darüber hinaus steht ein Eingang für einen Temperatursensor (NTC) zur Verfügung. Durch Verbindung des Pins mit Masse kann die Funktion deaktiviert werden. Mit einem HIGH-Signal am Eingang CE (Pin 8) kann der Baustein von extern angesteuert und in den normalen Betriebsmodus versetzt werden.

Standard-Verschaltung des TP4056

Am Pin 2 (PROG) des TP4056 wird ein Widerstand, der den Ladestrom bestimmt, angeschlossen. Die Höhe des Ladestroms ist eine wichtige Größe, die sich auf die Kapazität und Lebensdauer eines Akkus auswirkt. Der Ladestrom bei Li-Ion-Akkus soll, sofern nicht anders angegeben, vorzugsweise im Bereich 37% bis 40% der Akkukapazität liegen. Wenn z.B. die Akku-Kapazität mit 1000mAh angegeben wird, soll der Ladestrom im Bereich 370mA bis 400mA liegen.
Den gewünschten Ladestrom kann man mithilfe der folgenden Tabelle einstellen:

Widerstand-Ladestrom-Tabelle

Lademodul TP4056

Lademodul "TP4056"

Das Lademodul „TP4056“ ist eine fertige „Mini“-Platine, die den Laderegler TP4056 mit der notwendigen Umgebung beinhaltet. Das Modul kann direkt verwendet werden. Es wird jeweils nur eine Batterie geladen. Für Spannungsversorgung können die Anschlusspins IN+ und IN- verwendet werden. Alternativ steht ein Mini-USB-Anschluss für Spannungsversorgung zur Verfügung.
Der maximale Ladestrom beträgt 1A. Eingangsspannung liegt im Bereich 4,5V bis 5,5V. Volle Ladespannung beträgt 4,2V.
Mit zwei Leuchtdioden wird der aktuelle Status angezeigt. Rote LED steht für den Ladevorgang. Blaue LED leuchtet auf, wenn Akku vollständig aufgeladen ist.
Polaritätsumkehr ist nicht erlaubt.
Im Auslieferungszustand ist das Modul mit dem RProg-Widerstand von 1,2 kOhm auf einen Ladestrom von 1A eingestellt. Bei Akkus mit geringerer Kapazität als 1000 mAh kann es notwendig sein, durch Tausch des Widerstandes eine andere Einstellung vorzunehmen. Ein zu hoher Ladestrom kann für Akkus mit geringer Kapazität gefährlich werden.

Lademodul "TP4056" Rückseite

Lademodul "TP4056" Aufbau

Der Schaltplan

Schaltplan

Bei dem Ladevorgang eines Akkus ist es wichtig, den richtigen Ladestrom einzustellen. Ein zu hoher Strom kann den Akku schädigen, kleine Ströme schonen zwar den Akku, verlängern jedoch den Ladevorgang. Die empfohlene Höhe des Ladestromes wird oft mithilfe der C-Rate ausgedrückt (Li-Po Akkus). Bei einem Akku mit der Kapazität von 1000 mAh bedeutet 1C, dass der Ladestrom den Wert von 1000 mA nicht überschreiten soll. 0,5C würde dann dementsprechend 500 mA bedeuten. Unser Li-Po Akku hat eine Kapazität von 1100 mAh und die empfohlene Ladestromstärke von 1C. Damit beträgt der maximale Ladestrom 1100 mA = 1,1A. Im Laufe des Ladevorgangs nimmt der Ladestrom dann kontinuierlich ab.

Lithium Akku 3,7V

Solarpanele 6V

In dem Experiment verwenden wir abwechselnd unterschiedliche Spannungsquellen (Stromquellen). Eine Möglichkeit ist Anschluss an PC über die USB-Schnittstelle. In diesem Fall ist der Ladestrom automatisch auf 500 mA begrenzt.
Die zweite Möglichkeit ist ein Ladevorgang mit einem Netzteil. In diesem Fall kann es notwendig sein, den Ladestrom je nach Akku zu begrenzen. Die Strombegrenzung kann mit der Änderung des Rprog-Widerstandes auf dem Lademodul erreicht werden.
Zum Schluss werden zwei Solarpanele, die in Reihe verschaltet werden, als Stromquelle fungieren. Die Panele dürfen maximal mit 150 mA belastet werden. Auch hier muss der Ladestrom entsprechend angepasst werden. Die in Reihe geschaltete Panele stellen in diesem Fall am Ausgang eine Spannung von 12V zur Verfügung (6V pro Panel).
Um die Spannung IN+ des Lademoduls nicht zu überschreiten, wird ihm ein Spannungsregler mit 5V am Ausgang vorgeschaltet.

Die Testschaltung

Testschaltung (Grundausführung)

Kurzvideo

Kurzvideo

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