Контроллер точечной сварки своими руками для сваривания аккумуляторов 18650
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.
Таймер для контактной сварки
Когда то я озадачился созданием точечной сварки своими руками для соединения аккумуляторов 18650. Сначала был собран таймер на 555, потом на микроконтроллере pic16f628a. Для него была написана самодельная прошивка, управление энкодером с нажатием, от 0.01 сек до 10 сек и до 10 импульсов. Но этот аппарат точечной сварки давно продан и мне нужно было чем то сваривать аккумуляторы 18650. Для этого на aliexpress был заказан этот таймер за 11.14$ или около 700 российских руб.
Приехало чуть быстрее чем за месяц.
Посмотрим что он из себя представляет.
Что такое контактная сварка?
Берем большой транс, чтоб пробки в квартире не выбивало (от микроволновки например). Срезаем вторичку, первичка на 220 остаётся. Выбираем шунт. Вместо тысяч витков старой вторички запихиваем 2-5 витков толстого провода. Для сварки аккумов можно 3-5 витков сечением 35мм. Для более толстых пластин и проволоки 2 витка сечением 70-120мм. Оконцовываем толстые проводки. Крепим к концам провода электроды в зависимости от задачи. И если подать на первичку транса 220 вольт, то во вторичке пойдет ток в районе 1000А, который разогревает место контакта электродов с металлом. Если это толстое железо или проволока то выдержка обычно большая, несколько секунд и можно просто подавать 220 вольт на транс через автомат или любым другим ручным методом. Если же варить круглые литиевые аккумы, то там тонкие пластины 0.1-0.3мм и нужны очень короткие выдержки, при этом они должны быть одинаковыми для повторяемости результатов. Прожиг аккумуляторов недопустим, разгерметизация банки — банка на выброс. Вот для замены автомата или кнопки, для того чтоб точно выставить короткую выдержку и применяется этот таймер.
Для тех, кто мало представляет что это такое и с чем его едят, можно почитать:
мой прошлый обзор
или обзор от Yurok
Упаковано хорошо, картонная коробочка и внутри плата под несколькими слоями вспененного полиэтилена. Если играть коробкой в футбол то ничего не повредится.
Внутри плата с хорошего качества.
Микросехема контроллера от STMicroelectronics STM8S003F3, триггер Шмитта 74hc14d, оптрон moc3021 и pc817, симистор BTA41600B, стабилизатор lm317k диоды и прочая обвязка.
Силовой симистор желательно прикрутить на радиатор через термопасту. Можно прикрутить его прямо на корпус контактной сварки, но тогда это нужно делать через изолятор. Слюдяная прокладка и изолятор на винт крепления. Плата разделена на две части белой полосой — та часть, которая ближе к симистору, находится под опасным напряжением 220 вольт. Китайские иероглифы возле этой полосы как раз об этом говорят. Большая часть платы контактной сварки находится под низким напряжением и безопасна.
Расшифровка надписей возле светодиодов по порядку от ручек регуляторов:
— Состояние. Светит когда есть питание.
— Статус. Мигает в норме и горит когда подключено постоянное напряжение. При питании постоянным напряжением плата работать не будет.
— Педаль. Тухнет когда нажата педаль.
— Триггер. Светит пока открыт симистор и идет сварка.
Выносной дисплей таймера для точечной сварки содержит несколько светодиодных семисегментных индикаторов, драйвер LED семисегментного индикатора TM1650, и обвязку к нему.
Для работы контактной сварки кроме этой платы таймера нужны:
— Питающий трансформатор на переменное напряжение 9-12в. От постоянки плата не работает. Не видит импульсы сети. Должен мигать второй слева светодиод, от постоянки он не мигает. Большая мощность трансформатора не нужна, от него питается только логика. Зарядка от сотового не подойдет. Готовый подходящий транс есть у этого же продавца. Нужно выбрать версию 220в, стоит меньше 6$ или 370 руб.
— Педаль или кнопка. Что то, что будет замыкать контакты на плате. Нормально разомкнутая.
Готовая педаль от продавца стоит примерно столько же.
— Трансформатор контактной сварки. Силовая часть то есть. Ну если вы интересуетесь такой платой то наверное знаете что это такое. Это трансформатор с первичной обмоткой на 220В и вторичной на низкое напряжение (1-6В) и большой ток (100-1000А). Этот ток и варит.
Этот таймер коммутирует первичку, то есть дает напряжение на первичную обмотку силового трансформатора сварки. Аналогично вместо этого таймера можно поставить просто выключатель — при включении выключателя сварка будет варить, пока включен включатель. Но для сварки аккумуляторов 18650 нужен очень короткий импульс (0.01-0.1 сек), иначе прожигается металл аккумулятора. Так же нужно постоянство результатов, то есть все выдержки точечной сварки должны быть строго одинаковы. Такие условия — выдержки в доли секунды и повторяемость выдержек — невозможно реализовать вручную, по этому я купил этот таймер точечной сварки.
Педаль и транс есть у этого же продавца, силовой трансформатор для точечной сварки можно взять от микроволновки или больший по размеру. Трансформатор тяжелый, с китая заказывать дорого. Можно поискать нерабочую микроволновку или старую на барахолке за малые деньги. Или спрашивать в мастерских по ремонту бытовой техники.
Работа таймера:
Подключаем трансформатор питания (переменка 9-12В) и педаль к соответствующим клеммникам, провода, идущие на силовой трансформатор микроволновки, припаиваются. На плате две ручки — левая для регулировки выдержки времени сварки, правая для регулировки тока. На выносном табло видно цифры, аналогично показывающие слева — выдержку времени и справа — ток. Выдержка времени сварки регулируется от 1 до 50, 1 это один период сети то есть 0.02 секунды. То есть таймер может задавать выдержки до 50*0.02 = 1 секунды. Ток сварки регулируется от 30 до 99.
При нажатии педали микроконтроллер отслеживает напряжение в сети 220 вольт, при пике или нижней части синусоиды дает сигнал на симистор. Пока открыт тиристор, идет ток через первичку сварочного трансформатора и идет сварка. Плата срабатывает как электронный выключатель, ключ.
При значении времени 1 на дисплее и значении тока 99 таймер включает симистор на 20 мс, на один период сети. Если нужно меньше, то можно уменьшить ток правым регулятором и контроллер откроет симистор не на полную синусоиду, а только на ее часть.
Я снял осциллограммы с вторичной обмотки сварочного трансформатора на разных значениях тока и выдержках, их можно увидеть на фото ниже:
мой осциллограф не супер качества, любительский, по этому привожу фото с отзывов али — как это должно выглядеть на экране осциллографа:
Смысл регулировки тока в том, что если трансформатор слишком мощный для сварки аккумуляторов 18650 и прочих похожих, а выдержка времени в 0.02 сек слишком большая и прожигает пластину или аккумы, то можно еще понизить ток — импульс станет слабее и аккумуляторы не будет прожигать.
Я попробовал варить пластину никеля на выдержке 1 и токах от 30 (самые правые) до 99 (левее) результат явно виден. Это можно увидеть на фото ниже.
Пластина шириной 8 мм, толщина 0.15 мм.
Последние две пробы сварки я пробовал сделать на большой выдержке и малом токе. При выдержке 10 и 30 и токе 30 — пластина греется, даже меняет цвет но не приваривается. Для сварки тонких никелевых пластин лучше короткий импульс большим током чем длинный импульс но с слабым током.
Последние точки слева, одна из них сквозная, сделаны как раз на выдержках 10 и 30 и малом значении тока сварки 30.
Все это можно наглядно увидеть в видеоверсии обзора ниже:
В общем плата контактной сварки мне понравилась, есть 50 настроек времени от 0.02 сек до 1 сек и при этом еще 70 градаций тока. Контроллер платы отслеживает периоды сети и включает таймер в период максимума или минимума синусоиды, что гарантирует одинаковые результаты сварки и отличную повторяемость сварки аккумуляторов 18650.
Рекомендую этот таймер для создания точечной сварки из микроволновки своими руками.
Если же необходим более мощный сварочник, споттер для сварки машин то у продавца есть этот же таймер с более мощным симистором на 100А, это будет дешевле, чем покупать отдельно симистор на 100А и плату.
Аппарат для точечной сварки с мозгами из Arduino
Как-то понадобился сварочный аппарат для соединения разных аккумуляторов, не то чтобы сильно нужен был, но если захотелось, то почему бы и не сделать. Прочитав в интернетах о подобных сварках выяснил, что необходимо регулировать длительность сварочного импульса чтобы не прожечь металл, а если есть возможность приделать к этому всему дисплей для вывода какой-либо полезной информации, так это вообще «огонь». Для этой цели вполне подошла Arduino Nano. Некоторые составные части были куплены в оффлайне, некоторые на али и ебее.
Компоненты из оффлайна:
— трансформатор (из поломанной микроволновки);
— медный кабель КГ 1х25 сечением 25 мм — 3м (230*3 = 690 руб.);
— наконечник медный ТМ-70 — 2 шт. (35*2 = 70 руб.);
— термоусадочная трубка диаметром 12 мм — 3м (20*3 = 60 руб);
— термоусадочная трубка диаметром 25 мм — 1м (50 руб);
— корпус — 1шт (100 руб.);
— кнопка — 1шт (из личных запасов);
— медный провод одножильный ПВ1 сечением 6 мм — 0,5 м (из личных запасов);
— болты, шайбы, гайки и шурупы (из личных запасов).
Компоненты купленные в онлайне:
— Arduino Nano v.3 куплен тут (126 руб.);
— энкодер KY-040 куплен тут (45 руб.);
— дисплей LCD1602 куплен тут (87 руб.);
— конвертер IIC/I2C для дисплея куплен тут (40 руб.);
— твердотельное реле SSR-40DA, куплен на ебее, но продавец уже не торгует этим товаром, поэтому ссылка на продавца с али (240 руб.);
— соединительные провода, куплены тут (100 руб.);
— варистор 10D471K куплен тут (5 руб)
Цены актуальные на момент совершения покупки.
По отдельности каждый компонент рассматривать не буду, так как на муське полно подобных обзоров по ардуине и всяким шилдам. Хочу отметить что все составляющие хорошего качества, по срокам доставки тоже всё хорошо, около месяца.
Итак приступим. Для начала необходимо переделать трансформатор, для этого ножовкой по металлу спиливаем с одной стороны, вторичную, повышающую обмотку. Она обычно сверху и намотана тонким проводом. При этом очень важно не повредить первичную обмотку, она намотана толстым проводом. Спилили — отлично! Теперь выбиваем с помощью молотка оставшуюся часть обмотки и токоограничивающие шунты, это такие пластины прямоугольные между обмотками, из трансформатора. Задача не простая, но выполнимая.
Для сварочного аппарата вторичная обмотка трансформатора должна содержать 2 витка кабеля сечением не менее 70 квадратных мм. Намотать кабель такого сечения совсем не просто, поэтому будем использовать 3 кабеля КГ 1х25 сечением 25 мм. И всё бы хорошо, но места для 2 витков кабеля в трансформаторе не хватит, из-за того что в нём очень толстая резиновая изоляция. Режем, по всей длине кабеля, очень аккуратно, снимаем изоляцию. Сняли — хорошо! Теперь надо надеть :) На кабель надеваем термоусадочную трубку, все 3 метра. Это ещё та забава, сначала легко — потом не очень. Теперь прогреваем по всей длине промышленным феном чтобы термоусадка поплотнее «села». Кабель режем на 3 равных части, и одновременно тремя кабелями наматываем вторичную обмотку. Края зачищаем, оставляем по 20 сантиметров, сматываем вместе, если всё сделано аккуратно то кабеля сами скрутятся между собой в один цельный сечением 75 квадратных мм. На зачищенные края надеваем примерно по 10 см термоусадочной трубки диаметром 25 мм и снова греем. На кабель надеваем наконечник медный ТМ-70, у меня остался небольшой зазор, чтобы наконечники не слетел в пустоты между кабелем и наконечником были вставлены нарезанные медные толстые одножильные провода. Через шприц вливаем флюс в наконечник и над газовой плитой прогреваем и пропаиваем припоем. Процесс не быстрый, припоя нужно много. После пайки надеваем ещё 10-15 см термоусадочной трубки диаметром 25 мм и греем. В качестве электродов для сварки используется медный одножильный провод сечением 6 квадратных мм.
В процессе переделки трансформатора к сожалению фотографий не делал, в итоге трансформатор буде выглядеть примерно так:
Теперь надо всё это соединить и написать программу для управления.
Дисплей LCD1602 и конвертер IIC/I2C для дисплея соединяются очень просто, вставил и спаял, между ними для изоляции двухсторонний скотч. На конвертере джампер для включения или отключения подсветки и переменный резистор для регулировки контрастности.
Конвертер IIC/I2C и Arduino Nano v.3 подключаем так:
Arduino — LCD i2c
GND GND
5V VCC
A4 SDA
A5 SCL
Arduino — энкодер KY-040
GND GND
5V +
D2 DT
D3 CLK
D4 SW
Для того чтобы прошить устройство не разбирая его целесообразно вывести кнопку сброса на корпус (оранжевый, бело-оранжевый провода).
Arduino — Кнопка
GND 1 контакт кнопки
RST 2 контакт кнопки
Твердотельное реле, через которое подаётся напряжение на трансформатор, подключено следующим образом (синий, бело-синий провода).
Arduino — Реле SSR-40DA
GND — контакт (4)
D5 + контакт (3)
Параллельно реле (контакты 1 и 2) подключен варистор 10D471K для защиты по напряжению. Твердотельным реле повышенное напряжение очень не нравится.
Ардуину пакуем в термоусадку. Как-то не очень получилось. Есть решение — сверху изоленты немного. Знаю, синяя была бы надёжнее…
Теперь надо вставить всё это дело в корпус. С круглыми отверстиями проблем не должно быть, а вот с прямоугольными сложнее, но не на много. Опять же, фото нет, буду рассказывать «на пальцах».
Сверлим отверстия по углам прямоугольника по заранее известным размерам. С помощью линейки и острого ножа прорезаем не глубокие каналы от отверстия до отверстия по периметру. Продеваем капроновую нить в два отверстия, крест накрест, по диагонали и режем как ручной тросовой пилой. От трения пластик нагревается режется очень быстро и ровно. Далее внутрь выламываем треугольники, пластик сломается ровно по линии. Я ошибся с размерами и пришлось подрезать, поэтому нижний край кривоват.
Сборка завершена, «пилим софт». Ардуина должна включать реле на короткий промежуток времени. Временной интервал будет от 10 мс до 120 мс. По нажатию кнопки энкодера выдерживается пауза в 6 секунд, для того чтобы успеть прижать электроды посильнее, после этого включается реле и происходит сварка.
Енкодер работает только на D2 и D3 пинах ардуины. Данные выводы могут быть сконфигурированы в качестве источников прерываний, возникающих при различных условиях: при низком уровне сигнала, по фронту, по спаду или при изменении сигнала. Остальные пины можно менять.
Теперь надо залить скетч в ардуино.
«Ложка дёгтя» в Arduino IDE 1.6.6. Библиотека LiquidCrystal_I2C выводила на дисплей только одну, первую букву текста. Лечится это использованием обновлённой версии библиотеки взятой тут. Как на версии Arduino IDE 1.6.7 не знаю, не проверял.
Сварим что-нибудь. Для начала фото сварки без ардуины, вручную замыкая на минимально возможный промежуток времени контакты через кнопку. Слабонервным не рекомендуется к просмотру :)
Сваривается хорошо, пластина отрывается с «мясом».
В результате получилась полезная в хозяйстве штуковина, с приблизительной себестоимостью около 1600 рублей. В процессе сборки и тестирования сжег одно твердотельное реле, предположительно из-за того что коммутировал им более чем на 2 секунды.
Основные моменты:
— сварные кабели (из трансформатора) большой длины не оставлять;
— общее сечение кабеля не менее 70 квадратных мм.;
— на длительное время реле не замыкать, предполагаю что не более чем на 0,5 секунды;
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.
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).
Для намотки новой вторичной обмотки я использовал провод сечением 10мм^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).
Забыл сфотографировать плату до сборки, поэтому фото уже с отпаянными переменными сопротивлениями, которыми выполняется настройка. В качестве мозгов используется STM8S003F3P6
Тиристор BTA100-800B. Даже после длительной работы совсем ни сколько не нагрелся, поэтому дополнительного радиатора ставить не стал, тиристор просто прикручен одним винтом к корпусу и лишь слегка его касается. Металлическая часть корпуса тиристора изолирована от всех выводов, поэтому никакой дополнительной изоляции при креплении не применял.
Ради интереса попробовал сделать электроды из медного провода сечением 2.5мм^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:
Читайте также: