Лента для сварки литий ионных аккумуляторов
Обновлено: 09.05.2024
Современная аккумуляторная батарея состоит из нескольких Li-ion аккумуляторов, для соединения которых используется никелевая лента.
Никелевая лента широко используется для создания аккумуляторных сборок из двух или более аккумулирующих электрическую энергию элементов. Для этого применяется точечная (контактная) сварка. С её помощью отрезок ленты приваривается к полюсам нескольких элементов, соединяя их в аккумуляторную батарею (АКБ). Коммутационные схемы бывают последовательными, параллельными и смешанными (комбинированными).
Цели и задачи меж-аккумуляторных соединений
Сборка батарей из аккумуляторов обусловлена необходимостью получения источников постоянного тока с заданными рабочими характеристиками. Используя определённую схему соединения, можно суммировать нужные параметры отдельных источников и получить групповой накопитель с более высоким напряжением или ёмкостью, либо с комбинацией этих двух параметров. Полученные таким образом аккумуляторные батареи используют для автономного питания электроприборов с различной потребляемой мощностью, запуска ДВС, резервного хранения электроэнергии.
Никелевая лента как оптимальный материал для сборки аккумуляторных батарей
- низкое удельное сопротивление 0,087 Ом•мм 2 /м;
- низкая теплоёмкость 460 Дж/кг, препятствующая перегреву проводника;
- высокая прочность на разрыв (предел 450 МПа) и пластичность;
- стойкость к коррозии, окислению;
- способность выдерживать нагрев до 960°C и ток до 17,8 ампер (кратковременно до 35 ампер) без изменения свойств.
Технологичность сварочной никелевой ленты обеспечивается её профилем, а именно: прямоугольным сечением, толщиной от 0,127 до 0,2 мм, шириной от 5 до 10 мм. Этот форм-фактор обеспечивает устойчивое размещение отрезка ленты с плотным прилеганием на плоской поверхности плюсового контакта небольших аккумуляторов типоразмера 18350 или 18650, удобное для последующего приваривания. Благодаря эргономичному форм-фактору процесс сварки легко автоматизировать. Малая толщина ленты не способствует увеличению габаритов готовой батареи. Существует никелевая лента с увеличенной шириной, с высеченными в ней квадратными отверстиями. Её назначение – создание эффективного соединения между четырьмя, шестью или большим числом аккумуляторов, установленных параллельно в «батарейных» держателях.
Обоснованность точечной сварки для соединения аккумуляторов в батарею
Никелевая лента хорошо подходит для сварки в группы однотипных элементов питания с разными активными компонентами, включая никель-кадмиевые (Ni-Cd) или никель-металлогидридные (Ni-Mh) аккумуляторы. Однако сегодня «никелевые» источники питания утратили свои позиции на рынке, уступив место более совершенным литий-ионным (Li-ion) батареям.
Конструктивно литий-ионные батареи представляют собой сборки из одиночных цилиндрических «пальчиковых» аккумуляторов. Поскольку в силу химического состава литиевые аккумуляторы взрывоопасны, а их ёмкость при нагреве снижается, соединение методом пайки из-за сравнительно длительного нагрева не рекомендуется и практически не применяется. Более эффективным, быстрым, безопасным способом является точечная сварка короткими импульсами тока большой силы, в процессе которой никелевая лента приваривается к полюсам элементов, соединяя их. Время воздействия электрода в точке контакта ленты с поверхностью аккумулятора составляет всего несколько миллисекунд. Этого достаточно для её надёжного приваривания к накопителю, при этом ни контакт аккумулятора, ни сам накопитель, не нагреваются до критических значений, поскольку тепловой импульс, возникающий при сварке, минимален.
Точечная сварка против пайки
При точечной сварке аккумуляторов с помощью никелевой ленты не нужен оловянный припой, который повышает сопротивление в месте контакта на 30-35%, и хотя незначительно, но увеличивает вес батареи, что важно при производстве источников питания для мобильных устройств. Ещё один недостаток пайки заключается в том, что она уступает сварке в качестве и прочности соединения на отрыв. Важно заметить, что при точечной сварке никеля не образуется окалина, что обычное дело при работе с медью, которая как олово, повышает сопротивление проводника.
Выбор габаритов никелевой ленты для сварки аккумуляторов
Для сварки аккумуляторов ширина и толщина никелевой ленты подбирается с учётом максимальных значений тока, который будет по ней протекать. Определить их можно зная суммарную ёмкость элементов, предназначенных для сборки. Условно принято считать, что максимальный ток заряда и разряда аккумулятора не должен превышать 0,2 от физического значения его ёмкости. Например, у аккумулятора для мотоцикла или скутера емкостью 30А/ч максимальный ток разряда составит 6А (0,2×30А/ч = 6А). Чем больше суммарная ёмкость, тем больше ток. Исходя из этого, никелевая лента для сварки подбирается по таблице:
| Ширина, мм | Толщина, мм | Величина тока, А |
|---|---|---|
| 5 | 0,127 | 6 |
| 5 | 0,15 | 8 |
| 6 | 0,2 | 11 |
| 8 | 0,2 | 15 |
| 10 | 0,2 | 18 |
Рисунок 1. Никелевая лента для сварки аккумуляторов
Технологический процесс сварки аккумуляторов никелевой лентой
- Формирование группы аккумуляторов, подготовка отрезков никелевой ленты нужного размера и их укладка на плоские контакты расположенных рядом друг с другом элементов питания.
- Кратковременная подача тока в точку сваривания через прижатый к ленте электрод, под действием которого никель плавится, а его частицы прочно «прилипают» к полюсу аккумулятора.
- Прекращение подачи тока, охлаждение сварного соединения.
Схемы коммутации аккумуляторов
Существует три схемы соединения элементов в аккумуляторной батарее, применяя которые можно увеличить емкость батареи, повысить напряжение или сделать, и то, и другое.
Параллельное соединение
При параллельном соединении однополярных клемм накопителей, емкость полученной аккумуляторной батареи будет равна сумме ёмкостей входящих в её состав элементов.
Последовательное соединение
При последовательном соединении разнополярных контактов элементов питания, когда «плюс» одного аккумулятора соединяется с «минусом» следующего, рабочее напряжение полученной батареи будет равно сумме напряжений соединённых в ней накопителей.
Смешанное (комбинированное) соединение
Комбинированная коммутация аккумуляторов на первом этапе подразумевает создание сборок путём последовательного соединения элементов, чтобы добиться нужного суммарного напряжения. На втором этапе эти сборки коммутируются между собой параллельно, благодаря чему их ёмкости суммируются. В итоге получается батарея с повышенным напряжением и увеличенной ёмкостью.
Рисунок 2. Аккумуляторная сборка
Перспективы никелевой ленты как материала для аккумуляторных сборок
На созданных вышеперечисленными способами литиевых батареях работают ноутбуки, электроинструменты, электровелосипеды, сигвеи, квадрокоптеры, медицинское оборудование, электромобили и т д. Даже если в ближайшем будущем произойдёт очередная замена накопителей на более совершенные и эффективные аккумуляторы, то и они будут литиевыми. Скорее всего, это будут литиево-серные (Li-S) или литиево-кислородные источники энергии. Это означает, что никелевая лента, наиболее подходящая для соединения литиевых аккумуляторов, будет востребована не только сегодня и завтра, но и в более отдалённой перспективе.
телефоны:
8 (800) 200-52-75
(495) 366-00-24
(495) 504-95-54
(495) 642-41-95
Никелевые ленты или чем соединяют аккумуляторы в сборках
Не так давно я видел упоминание, что не хватает обзоров необычных товаров и сегодня у меня именно такой обзор. Хотя я бы сам товар не назвал бы необычным, но подобные обзоры мне не попадались, собственно потому я и решил написать.
Неоднократно встречал вопросы, чем варят аккумуляторные сборки. Понятно что это делается специальной лентой, но какие они бывают, чем отличаются и какую лучше использовать, сегодня я и постараюсь рассказать.
Для начала небольшая оговорка по поводу цены, указанной в заголовке. Лента продается чаще всего либо на вес, либо на метраж. В данном случае покупались лоты весом в 1кг, цена такого лота около 52-53 доллара вне зависимости от ширины и толщины, исключение составляет широкая лента, ее стоимость за 1кг выше и о ней я также сегодня расскажу.
Насколько мне известно, существует несколько материалов для лент, Никель и сталь покрытая никелем. Второй вариант по понятным причинам стоит несколько дешевле, но имеет свои недостатки:
1. Сопротивление немного выше.
2. Подверженность коррозии.
Если по поводу сопротивления особой разницы нет, то вот материал может быть критичен. При подготовке аккумуляторных сборок для электросамокатов, велосипедов и прочей подобной техники (как раз куда идет много ленты) следует учитывать особенности эксплуатации. Дело в том, что никель сам по себе химически малоактивен, соответственно не подвержен коррозии. Стальную ленту также покрывают никелем в тех же целях, но остаются торцы ленты и особенно места сварки. И если в батарее для ноутбука (к примеру) это не важно, то у какого нибудь Сигвея батарея эксплуатируется в условиях повышенной влажности и рано или поздно может просто проржаветь место контакта.
Но кроме того не забываем, что если никель обычно идет в чистом виде, то сталь это сплав и что там намешали, никому неизвестно, думаю многие слышали про секретные рецепты сплава типа "фольга с картоном" :)
Доставка и упаковка. Здесь пять баллов, мало того что продавец все довольно неплохо упаковал, так еще и отправил при помощи DHL. Заказывалось в два захода по 2 кг в каждой посылке. Единственно к чему можно немного придраться, отправил он не очень быстро, но в любом случае дошло через весьма небольшой время.
Думаю что продавец просто собирает заказы на ленту разной ширины, затем отдает большой заказ на порезку и рассылает покупателям.
Лента предлагается в нескольких вариантах толщины/ширины:
0.1x5mm
0.1x6mm
0.1x8mm
0.1x10mm
0.15x5mm
0.15x6mm
0.15x8mm
0.15x10mm
0.2x5mm
0.2x6mm
0.2x8mm
0.2x10mm
0.15х7х27mm
Выше я выделил варианты, показанные в сегодняшнем обзоре.
Материал заявлен как Никель 99.96%, это я попробую проверить немного позже, а пока немного общей информации о товаре.
Как я уже писал, заказов было два, первый шел на меня, второй на товарища. Сама по себе лента мне лично была не нужна и заказ был разбит на две части отчасти из-за цены и из-за того, что я по получению проверил качество товара и только потом заказал вторую партию.
Но пайкой на самом деле ничего не проверишь, сталь покрытая никелем скорее всего паяться будет точно также.
К сожалению я не химик, который при применении химикатов уже через минуту-две дал бы точный ответ что это такое, потому придется проверять несколько другими способами.
К концам ленты подключаем регулируемый БП. Вообще можно просто подключить нагрузку через ленту, просто надо будет знать какой ток течет в цепи и понадобится скорее всего еще и амперметр, с регулируемым БП просто удобнее.
Щупы тестера подключаем к отмеченным ранее точкам и подаем ток.
Сначала я проверил при токе в 1 Ампер, потом при токе в 5 Ампер. В результате получил некое падение напряжение на ленте, в данном случае это 54.95 мВ при токе в 1 Ампер. При токе в 5 Ампер лента начинает нагреваться, а напряжение расти. Вообще чем ниже ток, тем лучше, но тогда нужен вольтметр с возможностью измерения очень малых напряжений, либо нужна лента большей длины.
Получается, что сопротивление метрового куска ленты составляет почти 55 мОм. Если вы используете другое значение тока, то просто делите измеренное напряжение на ток. Например получили 123мВ при токе 0.45 Ампера, 0.123/0.45=0.273 Ома или 273 мОм.
Теперь приведем измеренное сопротивление к сечению в 1мм.кв. Узкая лента имела толщину 0.2мм и ширину 8мм, что дает на 1.6мм.кв (0.2х8=1.6). Сопротивление в 54-55 мОм умножаем на 1.6, получаем 86.4-88 мОм.
Смотрим в табличку и видим, что никель имеет сопротивление в 87 мОм на 1м при сечении 1мм.кв, что сходится с показанными выше измерениями.
Кстати насчет стали, о которой я говорил выше. В таблице видно что для нее указан диапазон сопротивлений, так как это сплав и соответственно сопротивление зависит от того,ч то там намешали.
Дальше пересчитываем объем взвешенной полоски. сначала приводим ленту к ширине 10мм, для этого 100см умножаем на ширину 0.79см, получаем 79см при ширине ленты 10мм.
Толщина ленты 0.2мм, умножаем на 79, получаем 1,58см или 15,8мм. Такая была бы толщина если бы мы нарезали нашу ленту шириной 10мм на полоски длиной по 10мм и сложили вместе.
Значит теперь вес 1м ленты надо разделить на 1,58 и получим плотность приведенную к 1 куб.см.
13,931,58=8,816
Есть еще третий вариант относительно простой проверки, но его я уже не проводил. Дело в том, что никель магнитится, но точка Кюри для него составляет 358 градусов, а для стали более 800. Соответственно если нагреть полоску никеля до температуры выше чем 358 градусов, то он потеряет магнитные свойства.
Измеряем и получаем, что первая лента имеет нормальные размеры, а вторая вместо ширины 6мм целых 7. У продавца в ассортименте нет такой ленты, после 6 идет сразу 8.
Вообще, я все время ждал, в чем же подвох, так как не бывает все так хорошо, чтобы и цена устроила, и доставка DHL и материал как заявлено. В итоге оказалось что у одной из лент накосячили с размером. Проблема не сильно большая, но если пересчитать к длине ленты, то выходит что ее примерно на 15% меньше.
А что же расчеты. Плотность примерно совпадает, а вот сопротивление у меня почему-то вышло даже ниже заявленных и составило 76 мОм у первой (0.1х5) и 73 у второй (0.15х7). В данном случае я грешу на точность измерений, так как толщина маленькая и возможны естественные погрешности, даже ошибка измерения в 0.01мм при измерении толщины 0.1мм дает уже 10% погрешности, что весьма много.
С большими аккумуляторами и более толстыми лентами результат был немного хуже, ленту получилось отодрать целиком. но товарищ пояснил, почему так произошло. Дело в том, что для нормальной сварки надо не только иметь некое удобство пользования аппаратом, а и хороший прижим, а так как аппарат стоял просто на столе и попутно я снимал видео, то получилось немного хуже, чем планировалось.
Хотя в целом результат достигнут, например на фото сборка 6P1S.
Видео проверок. Поочередные эксперименты сварки лент в порядке - 0.1х4, 0.1х5, 0.15х6(7), 0.12х8 и 0.15х27. На видео временами отчетливо видно как сварочный аппарат приподнимается во время сварки, это то, о чем я писал выше, варить в таких условиях было крайне неудобно, что немного отразилось на результате.
На этом наверное все. От себя могу сказать, что в общих чертах товар полностью соответствует заявленному, доставка быстрая, упаковка нормальная, цена явно ниже чем покупать по метражу. Единственно что немного ухудшило общее впечатление, это ошибка с шириной одной из лент, вместо 6мм было 7 :(
Ленты из обзора - ссылка
Лента 0.5кг широкая - ссылка
Лента 1м широкая - ссылка
Лента обычная по кусочкам - ссылка
Лепестки одинарные никель - ссылка
Лепестки двойные никель - ссылка
Как обычно буду рад вопросам, что смогу, расскажу сам, что не знаю, спрошу у товарища.
Эту страницу нашли, когда искали:
сбора аккумкляторов толщина пластин , пластины для контактов батареи , как отличить никелевые полоскт , выбор полосы для 18650 , зачем в аккумуляторах 18650 припаяны лены , не могу разобраться как соединёны аккумуляторы на абк эл. самокате клипер 690 , пластины типа Н,29*11*0,2мм. монтаж в 2 слоя на аккумулятор - что это? , тест никелевые пластины для аккумуляторов 18650 , как приварить ленту на литиевый аккумулятор , чем паяется никелевая лента для аккумуляторов , контактные пластины для аккумуляторных сборок , чем лучше приваривать аккумуляторы медью никелем , почему никелевые пластины для акумуляторов , состав никелевой ленты применяемой для сварки контактов батарей , какую проволоку лучше использовать для литиевых , пластинки для спаивания аккумуляторов в батарее шуруповерта , способы соединить аккумуляторы между собой без пайки , медная шина для литиевых аккумуляторов , какую ленту использовать для батмреи 50а , металлическую полоску для пайки аккумуляторов , шина для сварки элементов питания аккумуляторов , допустимо ли паять провод к никелевой ленте на литиевой батарее , 18650 толщина никелиевой пластины , зачем никелевые полоски на латарее , как соединить аккумуляторы 18350 между собой без пайки , никелевая лента для аккумуляторов , как соединить аккумуляторы , лента для соединения аккумуляторов
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.
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.
дождаться морозов. Подойдите к бедолаге, у которого не заводится машина — он скоро побежит за новым свежим аккумулятором в магазин, а старый отдаст вам просто так. На морозе старая свинцовая АКБ может и плохо работает, но после заряда дома в тепле выйдет на полную ёмкость.
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.
Пользователь Ютуба AvE тестирует скорострельность реле стартера в сравнении с SSR Fotek на осциллографе
Дополняем схему — вместо нажатий кнопки вручную доверим отсчёт миллисекунд Ардуине. Нам понадобятся:
Читайте также: