Как своими руками сделать точечную сварку для 18650
При переупаковке литий-ионных элементов типоразмера 18650 (при ремонте АКБ) или при создании новой батареи встает вопрос, каким способом соединить банки шинками. Обычно это делается одним из способов – точечной сваркой или пайкой. У каждого метода есть свои плюсы и минусы. Так при сварке создается очень локальный и очень кратковременный нагрев. Это положительно влияет на емкость батареи – во время процесса сепаратор не расплавляется. Минусом считается небольшая площадь пятна контакта, которая может ограничивать максимальный ток. В некоторых случаях (сборка батареи для ноутбука и т.п.) кратковременная высокая токоотдача не нужна, поэтому сварка считается предпочтительной. В других ситуациях выбор метода за пользователем.
Чем можно варить
Самый лучший вариант сварки для новых аккумуляторов 18650 – промышленный аппарат. Для большинства пользователей он не доступен, поэтому приходиться делать что-то свое.
Аккумулятором
Суть метода точечной сварки, как разновидности контактной сварки, состоит в быстром разогреве соединяемых металлических деталей проходящим через место сопряжения током. При этом выделяется большое количество тепла, которое расплавляет металл в точке контакта, а сжатие способствует диффузии расплавленных областей и образованию прочного соединения. Задача состоит в том, чтобы получить в месте сопряжения достаточно высокий ток. Такой ток можно получить от аккумулятора – например, токоотдача полностью заряженного автомобильного аккумулятора может составлять 700+ ампер. Но наибольший ток зависит от переходного сопротивления в месте прилегания свариваемых поверхностей, поэтому важно уделить внимание чистоте контактируемых граней. Также ток ограничивает сечение проводов, поэтому надо брать провода сечением не менее 10 кв.мм. (лучше 16 кв.мм.).
Никелевая лента.
Сначала надо подготовить шинки – их вырезают из никелевой ленты (точнее, лента изготовлена из никелированной стали). Дальше надо подключиться к аккумулятору – лучше сделать это с помощью штатных автомобильных зажимов. К ним надо подключить проводники соответствующего сечения. С обратной стороны можно сделать специальные наконечники, а можно не делать – не очень удобно, но не возникнет дополнительного переходного сопротивления.
Приварка шинки.
Варить надо в нескольких точках – обычно, в 3..5. По окончании процесса надо проверить качество соединения – подергать рукой. Шинка не должна отрываться.
Приваренная никелевая полоска.
Прибор из трансформатора
Если под рукой нет аккумулятора, можно сделать сварочный аппарат из понижающего трансформатора. Подойдет трансформатор габаритной мощностью 150..200 Вт. Это означает, что сечение центрального стержня сердечника должно быть 17…20 кв.мм. Надо удалить вторичную обмотку и намотать другую – 2..3 (можно 4) витка проводом соответствующего сечения. В интернете можно найти советы мотать вторичку кабелем от сварочного аппарата, но для приварки шинок к аккумуляторам достаточно проводника сечением (не толщиной!) 10..16 мм.
Неплохо для подобной цели подходят трансформаторы от неисправных СВЧ-печей, к тому же их можно купить по цене лома. В первую очередь надо удалить вторичную высоковольтную обмотку и выколотить шунты (они занимают место, которого и так немного, и несколько снижают мощность трансформатора).
Трансформатор от СВЧ-печи с удаленной вторичной обмоткой и выколоченными шунтами.
В освободившееся место надо уложить не менее трех витков провода. Если взять проводник сечением 16 кв.мм, можно постараться, и уложить 4 витка.
Укладка вторичной обмотки.
Выведенные концы обмотки можно снабдить наконечниками. Крепить их надо обжимом, а не пайкой – при нагреве припой может потечь.
Выводы вторичной обмотки с кабельными наконечниками.
Чтобы управлять током и длительностью импульса, потребуется модуль NY-D01, а для его питания – маленький трансформатор с выходным напряжением 9..12 VAC. Все это надо подключить согласно схеме, приложенной к плате, и упрятать в подходящий корпус.
Плата контроллера NY-D01.
После окончательно сборки можно опробовать аппарат. Возможно, придется подобрать параметры сварки для получения оптимального результата.
Приварка шинок с помощью самодельного аппарата.
Конструкция трансформатора от СВЧ-печи такова, что он ощутимо греется даже на холостом ходу. Нельзя держать первичную обмотку под напряжением сети дольше получаса.
Самоделка из конденсаторов
Если нет трансформатора достаточной мощности, можно пробовать применить батарею из оксидных конденсаторов. Конденсатор имеет свойство накапливать энергию в течение относительно длительного времени, а потом почти мгновенно отдавать ее. Можно собрать батарею достаточной емкости из оксидников, зарядить ее от любого имеющегося источника напряжения, и разряжать на контакты сварочного устройства.
Принцип действия сварочного устройства на конденсаторах.
Сопротивление R зависит от наибольшего тока источника. Его можно рассчитать по формуле R=U/Imax, где:
- U – напряжение источника;
- Imax – наибольший отдаваемый ток.
Так, если есть 12-вольтовый источник с наибольшим током в пол ампера, то резистор должен быть 24 Ома и его мощность должна составлять U*I=6 ватт. Можно ставить резистор и с меньшей мощностью – расчеты показывают, что батарея в 100 000 мкФ полностью зарядится за 12 секунд, причем наибольший ток будет идти только в первый момент, потом он падает по экспоненциальному закону. Резистор даже меньшей мощности сгореть не успеет.
Начальный ток зависит от напряжения, до которого заряжены конденсаторы, а длительность тока разряда (а, следовательно, энергия, передаваемая к месту сварки), зависит от емкости батареи. Ее выбирают по необходимости – насколько массивными окажутся свариваемые детали, насколько сложно их прогреть.
Конденсаторы должны с запасом выдерживать рабочее напряжение. Так, для 12-вольтового источника надо применять емкости не менее, чем на 16 вольт.
Готовые аппараты с Китая
Если нет желания заниматься самоделками, можно прибегнуть к помощи торговых интернет-площадок Юго-Восточной Азии. Существует два варианта решения проблемы:
- подобрать готовые сборки из батарей типоразмера 18650 (если предстоит разовая работа);
- купить готовый аппарат для точечной сварки (если подходящую сборку найти не удалось или предстоят масштабные работы).
В ценах 2021 года такое устройство обойдется от 1200 до 5000 рублей.
5000 W
Сварочный аппарат 5000 W.
Китайцы заморачиваться с названием не стали, и назвали этот аппарат просто – 5000 W. Он предназначен для приварки ленты толщиной 0,1 или 0,15 мм. Сварочный ток регулируется. Производитель обещает высокое качество соединения и красивый шов. Многочисленные положительные отзывы оставляют надежду, что это так.
Сварка с помощью аппарата 5000 W.
BTL-02
Также неплохую репутацию имеет аппарат BTL-02.
Сварочный аппарат BTL-02.
Работает от аккумуляторов, заявленный наибольший ток – 1,1 кА. Варит никелированную сталь толщиной до 0,2 мм. Имеет защиту от сверхтока, перезаряда АКБ и т.д. Имеет 30 градаций настройки сварочного тока и 25 градаций настройки времени импульса. Декларируется, что электроды служат до 50 000 сварок. Потом их можно заменить.
LC-DB1
Устройство LC-DB1.
Этот аппарат относится к классу «ручек». Продавцы тщательно скрывают его технические характеристики, делая упор в описании на дизайн в стиле HighEnd и возможность работы в режиме Split – электроды разъединяются, их можно держать двумя руками на удобном расстоянии.
Разделение электродов.
Все, что удалось найти — что аппарат предназначен для приварки никелевых полосок к аккумуляторам 18650. Зато цена – одна из самых низких. Решение о приобретении – за потенциальным покупателем.
Технология сварки и советы по соединению банок между собой
Как известно, контактная сварка состоит из двух операций:
- плотное сжатие заготовок;
- разогрев места контакта мощным импульсом тока.
Для прижатия соединяемых поверхностей во многих аппаратах применяются специальные струбцины. При сварке ячеек АКБ они не нужны – аккумулятор достаточно хрупкий предмет, не надо превышать усилие одной человеческой руки, чтобы не сломать банку. Возможно, для каждой ленты и даже для каждого типа аккумуляторов (корпуса делают из разного металла) придется подобрать параметры сварки. Ориентироваться надо на следующие цифры:
- минимальный ток – 500 А (если меньше, качество соединения страдает);
- максимальный ток – 1000 А (если больше, начинают обгорать электроды);
- длительность импульса – 15..20 мс.
По окончании процесса надо опробовать качество получившегося шва. Прочность должна быть такой, что рукой оторвать шинку от аккумулятора невозможно.
Для наглядности рекомендуем серию тематических видео.
Контактная сварка является надежным и щадящим методом соединения элементов 18650 в батарею. Очень важно освоить технологию, подобрать режимы, и тогда АКБ прослужит долго.
Сварка никелевой ленты в домашних условиях
Сообщить модераторам
Информация
Да, я конечно понимаю, что 20 — 50 руб за контакт в фирме это не деньги, но самому сварить — это ж достаточно интересно. 🙂
Уже попробовал самое доступное — сварка от нового автомобильного аккумулятора. Почему от нового?
Машину угнали (не страшно — она была не единственная и не особо ценная), а аккумулятор был снят, лежал дома, и остался.Так что расходов на аккумулятор именно ради сварки не было.
1) Первая попытка была как в одном из ютуб видео
http://youtube.com/watch?v=mOdn_H2CMk4 />
Для тестов использовались 2 бритвы Нева и медные провода 1,5 мм2. Как бы коротко я ни старался замкнуть контакты, в обоих бритвах всегда прожигались сквозные дыры с значительным почерненим вокруг.
Почитал, как народ делает: ставит управление от микроконтроллера, который через реле управляет импульсами и подбирают очень короткие импульсы для сварки в программе — это тоже очень интересно, тем более я с подобными платами имел дело по основной работе.
Но от того, чтобы бежать покупать себе Ардуино,а не жечь сомнительными экспериментами казенное, и искать достаточно мощное реле, меня остановило сомнение: неужели человек не может сделать чирк контактом на нужные 0,1 сек или даже меньше. Это может получаться нестабильно, но хотя бы один раз что-то похожее на сварку получилось бы, а у меня одни только дыры.
Что-то я делал не так, похоже, что мой подход не работает в принципе.
2) Затем прочитал под видео, что у автора очень старый аккумулятор, и вероятно мой новый создает слишком сильный ток и его нужно как-то ограничить..
И тут я вспомнил, что когда-то лет 6 назад по ошибке купил целую пачку бытовых ламп галогенов на 12В вместо нужных 250В. 3 дня ушло на их поиски и я сделал параллельное подключение этих 12 ламп по 50 Вт каждая.
Получилась общая нагрузка 600 Вт и номинальный ток
50А. Однако лампы накаливания имеют такое свойство: в первый момент подсоединения к сети через них течет ток в несколько раз превышающий номинальный (чуть ли не в 10 раз больший для стандартной лампочки Ильича)Именно поэтому лампы быстро перегарают от частых включений.
Для галогенов я информацию по превышению номинального тока в момент включения не нашел, но она очевидно тоже гораздо больше номинальной. 12 ламп оказалось вполне достаточно, чтобы относительно успешно «склеивать» 2 бритвы.
При этом сварка происходит именно в первый момент, а дальше бритвы просто греются. Дырки прожечь можно, если криво прижимать контакт так, что ток течет через одну точку, но в большинстве попыток сварка происходила без дыр.
Информацию о том, что «Китайцы варят 2В и 30A» я попытался проверить c помощью 12В и 30А , уменьшив кол-во ламп, — очевидно, что тут ошибка в нулях может быть 300A или 3000A (30ью можно только подогреть детали, при том 30ью умноженными на неизвестный коэффициент повышение при вкл)
Качество этой сварки пока оставляет желать лучшего — самые лучшие образцы хоть и с усилием можно разорвать руками и разрыв происходит по сварке. Видимо нужно больше тока, но я пытался получить как можно лучшее качество на имеющимся.
Самое лучшее качество получилось если как можно сильнее сжимать зачищенные бритвы и ток подавать короткими импульсами по 6-8 штук подряд, не снижая прижим электродов.
Подозреваю, что этот вариант будет совсем слаб для сварки никелевой ленты 0,2, нужно будет усиливать ток.
Ленту заказал — продолжение следует.
Ультрабюджетная точечная сварка литиевых аккумуляторов дома
В жизни каждого «радиогубителя» возникает момент, когда нужно сварить между собой несколько литиевых аккумуляторов — либо при ремонте сдохшей от возраста АКБ ноутбука, либо при сборке питания для очередной поделки. Паять «литий» 60-ваттным паяльником неудобно и страшновато — чуть перегреешь — и у тебя в руках дымовая граната, которую бесполезно тушить водой.
Коллективный опыт предлагает два варианта — либо отправиться на помойку в поисках старой микроволновки, раскурочить её и достать трансформатор, либо изрядно потратиться.
Мне совершенно не хотелось ради нескольких сварок в год искать трансформатор, пилить его и перематывать. Хотелось найти ультрадешёвый и ультрапростой способ сваривать аккумуляторы электрическим током.
Мощный низковольтный источник постоянного тока, доступный каждому — это обычная б.у. АКБ от машины. Готов поспорить, что он у вас уже есть где-то в кладовке или найдётся у соседа.
Чтобы сваривать аккумуляторы током от батареи, нам нужно будет выдавать ток короткими импульсами в считанные миллисекунды — иначе получим не сварку, а выжигание дыр в металле. Самый дешёвый и доступный способ коммутировать ток 12-вольтовой батареи — электромеханическое реле (соленоидное).
Проблема в том, что обычные автомобильные реле на 12 вольт рассчитаны максимум на 100 ампер, а токи короткого замыкания при сварке в разы больше. Есть риск, что якорь реле просто приварится. И тогда на просторах Алиэкспресс я наткнулся на мотоциклетные реле стартера. Подумалось, что если эти реле выдерживают ток стартера, причём много тысяч раз, то и для моих целей сгодится. Окончательно убедило вот это видео, где автор испытывает аналогичное реле:
Моё реле было куплено за 253 рубля и доехало до Москвы меньше, чем за 20 дней. Характеристики реле с сайта продавца:
- Предназначено для мотоциклов с двигателем 110 или 125 кубов
- Номинальный ток — 100 ампер сроком до 30 секунд
- Ток возбуждения обмотки — 3 ампера
- Рассчитано на 50 тыс. циклов
- Вес — 156 граммов
Агрегат порадовал качеством — под контакты выведены два омеднённых резьбовых соединения, все провода — залиты компаундом для водонепроницаемости.
На скорую руку собрал «тестовый стенд», контакты реле замыкал вручную. Провод использовал одножильный, сечением 4 квадрата, зачищенные наконечники фиксировал клеммником. Для подстраховки снабдил одну из клемм к АКБ «страховочной петлёй» — если бы якорь реле решил бы пригореть и устроить короткое замыкание, я бы успел сдёрнуть клемму с АКБ за эту верёвку:
Испытания показали, что машинка работает на твёрдую пятёрку. Якорь очень громко стучит, а электроды дают чёткие вспышки; реле не пригорает. Чтобы не тратить никелевую полосу и не практиковаться на опасном литии, мучил лезвие канцелярского ножа. На фото вы видите несколько качественных точек и несколько передержанных:
Передержанные точки видны и на изнанке лезвия:
Едем дальше. Как показал эксперимент на лезвии, выдержать необходимую длину импульса для сварки вручную невозможно, надо делать управление от тактовой кнопки или на микроконтроллере.
Сначала нагородил простую схему на мощном транзисторе, но быстро вспомнил, что соленоид в реле хочет кушать аж 3 ампера. Порылся в ящике и нашёл взамен транзистору MOSFET IRF3205 и набросал простую схему с ним:
Схема довольно нехитрая — собственно, MOSFET, два резистора — на 1К и 10К, да диод, предохраняющий цепь от индуцированного соленоидом тока в момент обесточивания реле.
Сначала пробуем схему на фольге (с радостными щелчками жжёт дырки насквозь через несколько слоёв), потом достаём из загашника никелевую ленту для соединения аккумуляторных сборок. Коротко жмём кнопку, получаем громкую вспышку, и рассматриваем прожжённую дыру. Блокноту тоже досталось — прожгло не только никель, но и пару листов под ним 🙂
Даже сваренную двумя точками ленту разделить руками не выходит.
Очевидно, что схема работает, дело за тонкой настройкой «выдержки и экспозиции». Если верить экспериментам с осциллографом того же товарища с YouTube, у которого я подсмотрел идею с реле стартера, то на срыв якоря уходит около 21мс — от этого времени и будем плясать.
Дополняем схему — вместо нажатий кнопки вручную доверим отсчёт миллисекунд Ардуине. Нам понадобятся:
Подскажите как припаять никелерованную ленту к батарее 26650 обычным паяльником?
нужно зачистить до свежего металла контакт в месте пайки,
нанести активный флюс (кислоту, паяльный жир и т. д.)
и применить паяльник ватт 150, не меньше.
Сразу после припайки остудить корпус влажной тряпочкой.
Суть: нужно максимально сократить время пайки, кислота и гипер-мощный паяльник с огромным жалом успеют прогреть именно точку пайки до плавления припоя, и пайка произойдет успешно, а нагрев не успеет разойтись по всей батарее.
Слабым же паяльником не получится прогреть именно точку пайки, теплоемкости жала банально не хватает, чтоб прогреть сам металл до плавления припоя, и он не прилипает, приходится держать долго, пока не прогреется весь корпус батареи, что, сам знаешь, к чему в итоге приведет.
Так что : кислота, паяльник 150-200 ватт, мокрая тряпочка для охлаждения и постараться припаять за пол-секунды .