Трансформатор для точечной сварки аккумуляторов 18650
Обновлено: 04.05.2024
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:
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.).
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.
Варить надо в нескольких точках – обычно, в 3..5. По окончании процесса надо проверить качество соединения – подергать рукой. Шинка не должна отрываться.
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).
В освободившееся место надо уложить не менее трех витков провода. Если взять проводник сечением 16 кв.мм, можно постараться, и уложить 4 витка.
Выведенные концы обмотки можно снабдить наконечниками. Крепить их надо обжимом, а не пайкой – при нагреве припой может потечь.
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.
После окончательно сборки можно опробовать аппарат. Возможно, придется подобрать параметры сварки для получения оптимального результата.
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.
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
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.
BTL-02
Также неплохую репутацию имеет 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
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.
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.
Инженер-электроник. Работаю в мастерской по ремонту бытовых приборов. Увлекаюсь схемотехникой.
Аппарат точечной сварки из СВЧ
Для правильной сборки батареи из аккумуляторов 18650 решил собрать аппарат точечной сварки из трансформатора от СВЧ. Конструкция простая, много статей в интернете. Я решил собирать с платой управления, с возможностью контроля времени импулься и силы. Для этого заказал плату с алиэкспресса. Трансформатор купил на авито, провод КГ 1х50 (2 м) купил в электроцентре.
Начал удалять высоковольтную обмотку. Сначала стамеской срезал одну сторону:
Затем также срезал другую сторону, оставшуюся часть засверлил и выбил. Убрал шунты между обмоток.
Намотал один виток кабеля 50 квадрат на трансформатор (больше не уместилось). Напряжение вторичной обмотки получилось ~1,7 В. Затем все собрал на доске
Сварные электроды сделал из одножильного кабеля 6 квадрат, муфты и болтов из нержавейки. В муфте нарезал резьбу и болтами зажал медную жилу.
Для питания платы управления нужно было переменное напряжение 9-12 Вольт. Для этого купил на авито древний блок питания и вынул из него трансформатор.
Аппарат заработал, но никелевую полосу не получалось нормально приварить. Нужен был долгий импульс, который приводил к сильному нагреву полосы и аккумулятора.
Подумав над тем, что не так, решил, что недостаточное напряжение вторичной обмотки, и решил перемотать вторичную обмотку, чтобы сделать два полных витка. Для этого снял изоляцию с кабеля и затянул жилу в термоусадку. Благодаря этой манипуляции поместился еще один виток на трансформаторе. Напряжение вторичной обмотки поднялось примерно до 3 В.
Собрал все снова
Попробовал — и вуаля! Пластинка приварилась как положено на минимальном временном интервале (20 мс).
На доске аппарат выглядел мягко говоря не очень здорово, поэтому решил сделать для него корпус из компьютерного блока питания.
Распечатал трафарет для кнопок платы управления
Выпилил и высверлил отверстия
Места в корпусе оказалось слишком мало, поэтому пришлось размещать все очень плотно
Изначально хотел вентилятор убрать и заглушить отверстие пластиной алюминия, но трансформатор был больше, чем корус. Ничего дельного не придумал, как закрыть торчащий трансформатор, и решил просто на длинных винтах сбоку прикрепить вентилятор. Чтобы он не был декорацией, взял остаток блока питания (диодный мост с конденсатором) и подключил к нему вентилятор.
Подключил педаль с алиэкспресса через разъем.
Вот что в итоге получилось:
Аппарат точечной сварки для аккумуляторов своими руками.
Началось всё, как ни странно, не с необходимости варить аккумуляторы, а с моей любви решать нестандартные задачи. Ко мне в магазин пришли пластины для сварки аккумов. Посмотрел я на них, потом на пару 18650, у которых одна перемычка держалась "на соплях", и оторвал её. Так у меня появился стимул…
Дня три перелопачивал интернет. Как оказалось, всё до банального просто. Дело было за трансформатором от микроволновки, который не преминул найтись в запасах нашей конторы.
Не буду расписывать процесс срезания старой обмотки, это всё расписано на многих ресурсах. Больше времени занял поиск провода для вторичной обмотки. Нашёлся на 16 кв.мм. Не айс, конечно, другие вон по 50 квадратов мотают. Особо настырные с какой-то матерью и все 70 забивают. Но что есть, то есть, начинаем эксперименты.
Первое нажатие на кнопку было, как первый секс, — вроде в теории знаешь, что произойдет, но, всё равно волнительно. Готовился по полной — защитные очки, перчатки, включенный фонарик на случай вылетания автомата на щитке…
Нет, это не то, что вы подумали — с первым сексом всё было нормально.)) А вот опыта коротких замыканий… Нет, вот так — КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ. Так вот такого опыта у меня предостаточно. До сих пор к стене прикручены остатки бокорезов, которыми случайно (О! это великое "случайно!) перекусил кабель, идущий от аккума моего электровела.
Но мы отвлеклись. Первые попытки были так себе. Что-то приваривалось, что-то отваливалось. Электроды не затачивал, думал надурняка всё получится. В общем, чисто русский подход.
Тем не менее, окрыленный успехом и ослепленный искрами, я стал обдумывать конструкцию. На глаза попалась станина для дрели. Это показалось хорошей идеей, и работа закипела…
Хорошо, что я не успел испоганить хорошую вещь. Как оказалось, идея была не самая лучшая. Глубже нырнув в теорию, и пересмотрев кучу конструкций других самодельных и заводских аналогов, я определился с концепцией — два раздельных горизонтальных рычага, подпружиненные для обеспечения усилия прижима около 400 грамм. Большинство китайцев и многие самодельщики упрощают конструкцию, закрепляя электроды жестко на корпусе. Но прижать плоскую поверхность к двум электродам с одинаковым усилием не так просто. Особенно, если в руках батарея круглых скользких аккумов, которые так и наровят разбежаться. Но мы же не ищем легких путей! Поэтому только хардкор, только раздельные крепления.
Концепция — концепцией, но вот конструкция рождалась в муках. Ввиду отсутствия токарно-фрезерных ресурсов, целиком проект я никогда не планирую. Иду от одной базовой точки к другой. Причем всё это перемежается с моментами созерцания стеллажа с гордой наклейкой "Конструкционные материалы", на котором хранятся всякого рода обрезки металла, пластика, картона и прочих полезных в хозяйстве вещей и рысканием по темным углам мастерской с фонариком в надежде, что на глаза попадется какая-нибудь неведомая хрень, которая, пролежав 7-8 лет в пыли, путем хитрых манипуляций превратится в нужную мне деталь. В такие моменты я, как никто, понимаю Микеланджело, который четыре месяца приходил в мастерскую и смотрел на глыбу мрамора, а, когда его спросили "Что ты делаешь?", он ответил — "Я работаю…".
В процессе нашелся более толстый провод на обмотку — 25 квадратов. По опыту других создателей, для сварки аккумов этого достаточно. Ну, гвозди варить я не планирую…
Не буду утомлять описанием процесса постройки механики. Это на словах просто — "собрал агрегат", а на деле — это бесчисленное сверление, пересверление, расточка, скручивание, раскручивание, подгонка, и снова прикручивание.
В итоге — две независимых подпружиненных штанги, электроды из 6 мм медных паяльных жал, заточенных соответствующим образом для обеспечения расстояния между точками около 5 мм.
Электроды зажимаются в держателях, сделанных из соединительных электротехнических планок.
Думаю, конструкция получилась удачная, с минимальным количеством промежуточных соединений силовых линий. Это уменьшает вероятность потерь на сопротивлении соединений.
Корпус сразу планировался из композита. Это "бутерброд" из пластика, зажатого между алюминиевыми слоями. Мой любимый материал для поделок еще со времен работы в рекламном агентстве — легко обрабатывается и не требует финишной окраски. Бывает разных цветов. Используется в рекламном деле. Такой вот лайфхак, пользуйтесь! :)
Рисуем в Кореле макет развертки со всеми отверстиями, добавляем линии сгиба, отдаем на фрезеровку в любую рекламную фирму и, вуаля, у нас практически готовый симпатичненький корпус.
Конечно, не обошлось без косяков. Изначально рисовал под 4 мм композит, а в рекламном был только 3 мм. Переделывал на работе, а там клиенты постоянно дергали, ну и запутался с расчетами. В результате на 6 мм ошибся с длиной верхнего отсека. Дремель в руки, очки на морду и точить. Я, всё-таки не фрезер, поэтому сзади заметен косячок)). Но на скорость не влияет, так что оставил как есть.
Читайте также: