18650 сварка: Контактная сварка для аккумуляторов 18650 / Хабр

Содержание

Точечная сварка для литий-ионных аккумуляторов с симистором на 100А

Раньше для сборки небольших батарей из аккумуляторов типоразмера 18650 использовал пайку, но для сборки батареи 12S4P для электрического велосипеда решил применить точечную (контактную) сварку. Наверное самый простой и дешёвый способ изготовления подобной сварки — мощное реле и свинцово-кислотный аккумулятор. Но в таком случае нужно вручную контролировать длительность включения реле, чтобы не перегреть и не прожечь оболочку аккумулятора. Поэтому решил заказать готовый контроллер с цифровой регулировкой количества импульсов и мощности.

Подтверждение покупки


Контроллер был выбран первый попавшийся, и насколько я сейчас вижу, можно было взять точно такой же, но чуть дешевле, или более слабую версию ещё дешевле. вы

Продавец нарисовал схематическое изображение сварочного аппарата:

Из неё становится понятно, что кроме контроллера так же потребуется: мощный трансформатор, не мощный трансформатор, медные электроды и педаль.

В качестве мощного трансформатора обычно используют трансформатор от микроволновки, слегка переделывая его. Я пошёл по тому же пути.


Суть переделки заключается в уменьшении напряжения вторичной обмотки. Для работы магнетрона микроволновки требуется большое напряжение, поэтому вторичная обмотка трансформатора намотана большим количеством витков тонкого провода (ВНИМАНИЕ! напряжение там очень большой, несколько киловольт, не пытайтесь измерять его бытовым мультиметром). А для контактной сварки большого напряжения не требуется, но нужен большой ток, поэтому вместо большого количества витков нужно намотать несколько витков более толстого провода.


Сейчас мне кажется, что можно было поступить значительно проще, и вместо удаления вторичной обмотки нужно было распилить её в одном месте и соединить все витки параллельно, получив в итоге один виток с большим сечением. Но на тот момент я просто распилил болгаркой трансформатор в месте сварочного шва и вытащил вторичную обмотку (она намотана более тонким проводом) и магнитные шунты (полоски металла между первичной и вторичной обмоткой).

2 сложенный вдвое. У меня получилось намотать 5 витков, что в итоге дало примерно 5 вольт. Лучше мотать более толстым проводом меньшее количество витков. Говорят, что оптимально 2-3 витка. Чем больше витков — тем выше будет напряжение и больше риск образования дуги во время не плотного прижатия электродов. Хотя народ нормально варит и от 12В аккумуляторов.


В качестве электродов взял медный пруток диаметром 6мм, заточив концы конусом. Для соединения проводов и электродов применил клеммник, в который идеально влез электрод. И также влез бы сдвоенный провод, но в процессе намотки один из проводов получился короче, поэтому после выхода из трансформатора сечение провода уменьшается вдвое.


В качестве корпуса для сварочного аппарат использовал корпус от компьютерного блока питания, в него идеально влез силовой трансформатор и осталось место для всего остального.


Для питания платы используется дополнительный понижающий трансформатор небольшой мощности. На плате написано, что рекомендуется подавать на вход 9-12В. И это должно быть переменное напряжение сетевой частоты, так как по нему контроллер отслеживает переход через ноль, поэтому импульсный блок питания не подойдёт. У меня нашёлся подходящий трансформатор, с выходом 9В (0.3А). При таком напряжении контроллер потребляет около 100мА тока в дежурном режиме.


Вместо педали может быть просто кнопка (нормально-разомкнутая), но у меня уже была педаль, поэтому применил её.


Разъём питания остался родным, а вместо вентилятора была установлена плата с индикаторами, ручки регулировки количества импульсов и их мощности, а так же разъём для подключения педали


Сразу же после сборки сварочный аппарат заработал. Сначала побаловался с толстым металлом — на максимальной мощности и длительности электроды раскалились до красна. Затем начал тренироваться на дохлых банках 18650 и полоске из никеля толщиной 0.1мм.


Слева можно увидеть неудачные попытки сварки. На боковой поверхности это происходит из-за того, что прямо за тонкой стенкой находится слой электролита и меди и ток находит себе более «короткую» дорогу. В случае с торцевой стороной аккумулятора прожиг ленты случается из-за плохого прижима одного из электродов, в таком случае ток протекает только через тонкую никелевую полоску и она сгорает в месте контакта, при этом сам АКБ не портится. Далее несколько удачных попыток, где чем правее — тем больше длительность сварки.


Также поигрался с мощностью. Слева направо увеличение мощности от 1 до 99 с шагом 10. Затем по новой заточил электроды и сделал ещё 4 точки на максимальной мощности и длительности в 1 импульс (20мс).


Отрыв полосы показал, что даже на минимальных настройках лента 0.1мм проваривается и соединяется с аккумулятором. Начиная с 40% мощности лента уже рвётся при попытке отрыва. А с 70% появляется шанс прожечь боковую стенку аккумулятора насквозь.


Вскрытие показало, что привариваться к боковой стенки аккумулятора 18650 — плохая идея.

Так как слой меди и электролита достаточно близко к стенке, и ток предпочитает течь через них, а не по корпусу банки. В случае с плюсовой и минусовой клеммой таких проблем нет, так как между ними и начинкой АКБ находится воздушный зазор, да и похоже сами они сделаны из более толстого металла. Но если всё равно умудриться прожечь аккумулятор с торца, то тут будет важно, с какой стороны. Если это плюсовая клемма — то никаких проблем. Если минусовая — то есть вероятность разгерметизации банки, и чтобы это проверить, нужно прогнать её циклом разряд-заряда, и если при этом из места прожига начнёт вытекать электролит или появится резкий химический запах — то банку в утиль.


Ещё немного потренировавшись взялся за то, ради чего всё это затевалось. В итоге варил батарею на настройках 1 импульс и 99% мощности. Несколько раз не сильно плотно прижимал электроды к банкам, из-за чего лента прогорала, но вроде без последствий для АКБ. Но, по-хорошему, стоит изготовить электроды такой конструкции, чтобы они были независимо подпружинены (либо раздельно прижимать их).

2. Никакой особой разницы не заметил, так же хорошо варят, и дают такую же яркую дугу и делают дырку в ленте/аккумуляторе в случае не плотного прижима.

В целом данным контроллером я доволен, что мне требовалось сделать — он выполнил. Стоило ли собирать сварочный аппарат ради одного раза? Не знаю. У меня есть вещи, которые я купил, и не использовал ни разу — вот там спорный вопрос. А тут… В общем, лёгких путей я не искал. Если что забыл, спрашивайте в комментариях.

P.S. После обсуждения в комментариях хотелось бы уточнить, что представленный на фото прожиг на боковой стороне аккумулятора 18650 и на торце уже готовой сборки случились по разным причинам. В случае с боковой стороной, ток пошёл вглубь АКБ, так как сразу за стенкой находится слой хорошо проводящего электролита и меди. А в случае с торцом был плохой прижим ленты, и ток пошёл только через ленту, в результате чего она прогорела, но это совершенно никак не отразилось на АКБ. То есть получилось не красиво, но ничего страшного.

Отдельно прожечь торцевые части АКБ на тех настройках, с которыми я варил батарею — мне не удалось. Отдельно прожечь ленту — без проблем. Пример разного расстояния между электродами, при одинаковых настройках и отсутствии под пластиной проводящего материала:

И аналогично для боковой стенки банки 18650:

И для минусовой стороны (старался ставить электроды максимально близко, насколько позволяла их толщина):

Но это просто для примера, до такого лучше не доводить, и уменьшить величину тока.
Так как даже крошечного отверстия достаточно для выхода электролита

При правильно подобранном режиме сварки на банке и ленте не должно оставаться следов перегрева металла, при этом лента не должна легко отрываться от банки

Чтобы избежать подобных «коротких путей» для тока, продаются пластины с прорезями. А для моего варианта батареи и вовсе существует специальная лента:

точечная сварка для аккумуляторов 18650 своими руками

Информация по сборке точечной сварке для аккумуляторов 18650 в домашних условиях, список компонентов и инструкция по сборке

ТЕСТ:

Чтобы понять, обладаете ли вы достаточной информацией о сборке самодельного аппарата для сварки АКБ:
  1. Из каких рабочих элементов состоит аппарат для соединения аккумуляторов?

а) Источник питания и элементы управления

б) Источник питания, элементы управления, заземление.

  1. Почему нельзя использовать пайку АКБ?

а) Процесс слишком трудоемкий и долгий.

б) В процессе пайке создается чересчур высокая температура — литийный накопитель в результате перегреется, и выйдет из строя.

  1. С какой целью делают прибор из автомобильного аккумулятора?

а) Для упрощения процесса – не потребуется перемотка трансформатора.

б) Получим больший уровень заряда.

в) Получится контролировать напряжение подаваемого тока.

  1. Как проверить надежность скрепления после сварки?

а) Один раз дернуть руками за место соединения.

б) Несколько раз ударить молотком и убедиться, что детали не шевелятся относительно друг друга.

  1. Какие меры предосторожности следует применить при работе со сваркой, изготовленной на основе автомобильного аккумулятора?

а) Не подходить близко к аппарату, производить все действия на максимально безопасном расстоянии.

б) Надеть защитные перчатки, чтобы агрегат не разрядился в человека.

Ответы:

  1. а) Аппарат для сварки — это источник питания и элемент управления.
  2. б) Под воздействием высоких температур, создаваемых при пайке, литийные элементы сгорят.
  3. а) Аккумулятор от автомобиля используют для упрощения сборки агрегата. Много времени экономит возможность не заниматься перемоткой трансформатора. В результате соединение получится такое же качественное, как при полной сборке аппарата из новых деталей, но конструкция выйдет более простой, а потому и процесс скрепления ускорится.
  4. а) Чтобы убедиться в надежности соединения, достаточно один раз дернуть сваренные детали руками – если компоненты не шевелятся, то процесс прошел успешно.
  5. б) Чтобы обезопасить себя от удара током, достаточно использовать при работе защитные перчатки. 
Точечная сварка

Если аккумулятор израсходовал свой жизненный ресурс, придется произвести его замену. Аккумуляторная батарея располагается в различных блоках, где соединение производят при помощи сварки. Для замены старых элементов используют различные варианты сварки: точечную или конденсаторную. Это можно сделать в домашних условиях, если ознакомиться с инструкциями.

Определение: Точечная сварка аккумуляторов – это получение быстрого разряда для скрепления нескольких деталей.

Суть и применение

точечной сварки – 3 шага при монтаже

Приспособление для сварки состоит из элемента управления и источника питания.

Источник питания — это ток, элемент управления — это те детали, которыми человек осуществляет весь процесс соединения деталей.

  1. Батарею нужно поставить на ровную поверхность, на контакты положить небольшую пластинку, соединяющую несколько ёмкостей в одну.
  2. При сварке потребуется использовать несколько медных электродов, которые располагаются параллельно и прикладываются к пластине.
  3. Когда ток начнёт подаваться на электроны, произойдёт небольшое замыкание, и пластина присоединится к батарее — сверху на ней появятся заметные маленькие точки.

Это хороший вариант сборки АКБ, заменяющий пайку. Дело в том, что при пайке литийный накопитель сильно перегреется, и в результате он испортится.

Используя подобный вид сварки, получим мгновенный разряд, который качественно скрепит материал, но изделие при этом не будет перегрето. Таким способом можно починить батарею шуруповерта, ноутбука и иной техники.

8 необходимых деталей

Для осуществления сварки батареи дома, потребуется собрать устройство, состоящее из органов управления и источника тока.

Необходимые материалы:

  1. Трансформатор.
  2. Уголки или деревянные бруски, предназначающиеся для изготовления стоек.
  3. Основа из дерева.
  4. Кнопка включения.
  5. Хороший толстый кабель, предназначающийся для создания вторичной обмотки.
  6. Тонкий привод, подключающийся к сети для запитки.
  7. Наконечники из меди. Используют жала паяльников.
  8. Элементы крепежа, такие как гайки, саморезы и болты.

Это обязательный набор материалов, без которого аппарат собрать невозможно. Трансформатор можно достать из старой микроволновки и телевизора. Когда все детали добыты, переходим к сборке.

Параметры узла должны равняться 180 Вт. Вторичную обмотку снимаем полностью и выкидываем. Если используется микроволновка, то доставать нужно крайне аккуратно, чтобы не повредить изоляцию. Лишние ветки срезается ножовкой, всё что осталось, сбивается при помощи зубила.

Вторичная обмотка изготавливается из сварочного кабеля большого диаметра. 3 витка будет вполне достаточно, чтобы сила тока повысилась до 300, этого хватит для сварки.

В этот же момент на выходе получим довольно малое напряжение в 2 V. Такое значение не повредит свариваемые детали.

Длину воздействия электрического тока регулируем при помощи кнопки: достаточно держать ее в течение 1 или 2 секунды, чтобы произошла хорошая сцепка материалов.

Опытные люди создают улучшенную версию такого аппарата, наподобие споттера. Для этого в схему необходимо добавить несколько конденсаторов, а также тиристор. Конденсатор накопит заряд, а тинистор перенаправит его на электроды.

Процесс эксплуатации упростится, но на качество сварки это не повлияет.

5

нюансов сборки Аппарат

Посмотрите на картинке рабочие элементы устройства. Источник тока должен крепиться на диэлектрическую основу. Для этой цели используют квадратный лист фанеры. Трансформатор помещается на одну из сторон основания. В свободной части крепятся стойки: их желательно изготовить из металлических уголков, или нескольких деревянных брусков. Крепятся они саморезами или болтами. Сверху стойки обязательно проделывается отверстие, через которое фиксируется рычаг с электродами.

Рычаг

Управляющий рычаг должен доставать до центра рабочей площади, когда располагается в опущенном положении. На торец рычага помещаются несколько электродов, изготовленных из меди. Диаметр — полтора или четыре миллиметра. Если используются толстые стержни, то концы предварительно затачиваются. Расстояние между торцевыми частями электродов — 3 мм.

ЭлектродыЗаточка электрода

Заточку электродов нужно производить очень аккуратно. Обязательно обезопасьте себя. Металл может очень сильно нагреться, а потому желательно держать его не руками. Для этих целей используют плоскогубцы. Нежелательно браться за электрод в перчатках – их затянет в обдирочный станок в случае неосторожности. Понадобятся еще защитные очки – поверхностный слой электрода отлетит и может попасть в глаза.

Медные стержни закрепляются в клеммах, с одной стороны к ним подводят провода, идущие от трансформатора, а с другой крепятся электроды. Для соединения клемм с рычагом используют саморезы. Чтобы контролировать процесс сварки, устанавливается кнопка, которая помещается на основании или прямо на рычаге — всё зависит личных предпочтений. Провода изолируем и следим, чтобы они не мешались во время работы.

Соединение

Не следует пренебрегать инструкцией. В случае нарушения установленного порядка действий всех соединений точечную сварку в домашних условиях выполнить не получится. Проверьте каждое соединение перед началом работы с созданным оборудованием. Если прежде работы по сварке не проводились, то следует протестировать аппарат на ненужной пластине, а после переходить на основную деталь.

3 нюанса точечного сварного аппарата 18650 от автомобильного аккумулятора

Можно использовать легкий способ сборки аппарата без перемотки трансформатора, такая конструкция проще в исполнении. Для этих целей используют сварку из аккумулятора машины.

  1. В качестве источника тока аккумуляторная батарея от автомобиля. Напряжения в ней достаточно, чтобы качественно соединить контакт. Органы управления — электрическая колодка, имеющая сечение в пять квадратов, но не меньше. Также потребуется несколько медных стержней.
  2. Чтобы было удобнее работать, электроды покрывают изоляцией, а для фиксации постоянного промежутка между торцами используют соединитель.
  3. Все провода, идущие от аккумулятора, помещаются в клеммник колодки.

Аппарат готов. Переходим к сварке.

Единственным недостатком считается слишком большое напряжение для 12 В, потому пластина может прожечься, если имеется плохой контакт с поверхностью. Чтобы избежать такой неприятности, медные стержни необходимо обработать надфилем, чтобы они прижались максимально плотно.

Как избежать 4-5 ошибок при работе с аппаратом для АКБ 18650

После того, как аппарат будет собран, необходимо провести испытание. Чтобы не допустить ошибок это делается в определенной последовательности:

  1. На подготовленное основание ставим несколько отработанных аккумуляторов, что потребовалось соединить в блок. Для удобства их обматывают скотчем, чтобы они уже располагались в виде готового изделия.
  2. К верхним краям контактов помещаем соединительную пластину. Убедитесь, что пластина равномерно распределена по всей длине будущего сооружения.
  3. Прижимаем электроды. Включаем ток и сварка должна заработать.
  4. На каждой батарее делаем несколько точек — достаточно 2, чтобы фиксация была более надежной.

Управляющий орган удаляется от батареи и проверяется надежность схватки – один раз дергаем контакт рукой. Если он не оторвался, то конструкция соединена надежно.

Если используется аккумуляторная батарея от автомобиля, то работать нужно только в защитных перчатках. На электродах всегда будет постоянный ток. Именно поэтому работать нужно очень аккуратно, чтобы он не замкнулся на посторонних предметах или человеке.

Контактная (точечная) сварка для аккумуляторов, своими руками

Рабочая кнопка устанавливается на одном из выводов вторичной обмотки. На рычаге и кнопке устанавливаются пружины. Они нужны для их быстрого возвращения в исходное состояние.

Чтобы установить определенную длительность сварочного импульса, вместо кнопки можно использовать тиристор или силовое реле, управляемое RC цепью. Резистор должен быть переменным, а емкость конденсатора достаточно большой, чтобы позволял менять длительность импульса в пределах от десятков до сотен миллисекунд.

Имеется большое количество схемных реализаций точечной сварки для аккумуляторов. Многое зависит от имеющихся материалов. Схемы могут меняться для увеличения функциональности устройства, улучшения его потребительских свойств, но суть остается прежней.

Аппарат из конденсаторов

Аппарат для точечной сварки из конденсаторов потребует 8 емкостей по 15000 мкФ на напряжение 25 В. Конденсаторы надо соединить параллельно, чтобы общая емкость стала 120000 мкФ.

Для зарядки можно использовать любой источник напряжения на 12-24 В. Подключается он через выключатель. К выводам конденсатора также подсоединяются электроды через медный кабель сечением 16-30 мм2.

Электроды располагаются параллельно друг другу на расстоянии трех миллиметров. Торцы обтачиваются и выравниваются. Процесс сварки происходит следующим образом.

Конденсаторы заряжаются, выключатель отключает источник зарядки. Никелевая соединительная пластина устанавливается на аккумуляторе. Электроды прижимаются к пластине, замыкая выводы конденсаторов через нее.

Пока происходит разряд емкости идет процесс сварки в точке контакта. Для регулировки длительности импульса можно использовать тиристор, управляемый RC цепью с заданными параметрами.

Точечная сварка для аккумуляторов от обычной точечной сварки отличается малой мощностью и формой рабочих элементов. У обычных аппаратов свариваемая деталь находится между электродами, у сварки для аккумуляторов электроды располагаются с одной стороны свариваемого изделия.

Сварка аккумуляторов 18650 своими руками